内燃动车组显示屏软件设计

矫德余， 吴 涛， 宋小宁， 温天宇

(北车大连电力牵引研发中心有限公司， 辽宁大连 116022)

内燃动车组显示屏软件设计

矫德余， 吴 涛， 宋小宁， 温天宇

(北车大连电力牵引研发中心有限公司， 辽宁大连 116022)

显示屏是内燃动车组网络控制系统的重要组成部分。简述了内燃动车组网络控制系统的功能需求，介绍了显示屏软硬件配置及应用开发环境，设计了显示屏软件架构，分别从显示功能、故障诊断功能、设定功能和辅助功能等方面对应用软件进行了设计。实际应用表明，所设计的显示屏软件功能完善、运行稳定、界面友好，满足内燃动车组实际应用需求。

软件设计； 显示屏； 内燃动车组； 组态

内燃动车组是由内燃机带动主发电机发电，进而由交流电传动方式进行整车控制的动车组式列车。内燃动车组主要用于无变电站和接触网的轨道区域的旅客运输，常见于第三世界国家。某内燃动车组项目单列车为3辆编组形式，其中包括2辆动车和1辆拖车(即：Mc3+ Tc2+ Mc1)，能够以最高100 km/h的速度运行，两列内燃动车组可以编组连挂运行。内燃动车组网络控制系统是列车的高层通信与控制系统，采用满足IEC 61375标准的列车通信网络，由绞线式列车级总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)组成，整车的网络拓扑如图1所示。

图1 内燃动车组网络拓扑图

显示屏(简称HMI，又称人机接口) 是网络控制系统的重要组成部分，每列内燃动车组配备两个显示屏，分别分布于两个动车的司机室内。显示屏负责完成车辆和车载设备的状态显示、各级故障的诊断与报警、车辆参数的设定及其他辅助功能，是网络控制系统提供给司乘人员和车辆维护人员与内燃动车组交互的重要可视接口。

1 显示屏简介

1.1 设备硬件

某内燃动车组显示屏设计采用10.4寸按键式液晶显示屏，满足EN 50155和UIC 612-01标准。系统基于32位飞思卡尔MPC5200B处理器，主频400 MHz，256 MB DDR内存，32 MB Flash和1MB Non RAM，同时内置1 GB扩展卡。为了能够满足多途径的连接方式，配置了1对MVB-EMD接口，2个CAN接口，1个高速以太网接口，1个全双工的RS232接口和1个USB接口。设备供电电压采用24～110 V宽电压供电方式，以满足在不同环境下的应用需求。

1.2 系统及开发环境

显示屏内嵌Linux操作系统，具有安全、高效、稳定的特点。显示屏应用软件由UniCAP软件开发，UniCAP是显示屏软件的集成开发环境，基于Windows XP系统UniCAP可以根据拓扑、部件和它们之间的连接关系、特性来描述分布式控制系统。UniCAP提供了符合IEC 61131-3的语言，包括：功能块图(FBD)，顺序功能图(SFC)，结构化文本(ST)，C语言和C++语言。功能块库包含了大量的通用功能块，同时也有特别用于TCMS系统的功能块，如用于TCN通信(过程数据和消息收发)的功能块，用于生成和操作诊断记录的功能块，用于操作HMI屏幕的功能块等。UniCAP组件如图2所示，各组件功能见表1。

2 软件设计

2.1 架构设计

根据应用需求，设计显示屏软件架构如图3所示。当显示屏上电后，系统进入配置界面，待所有设备全部连接到网络上后，系统进入主界面，通过各功能键分别进入相应界面。根据功能不同，将显示屏软件主要分为以下几部分：显示功能，包括主界面、门界面以及柴油机等参数界面，主要用于显示车辆和设备的相关参数信息；故障诊断功能，包括实时故障界面和故障记录，主要负责故障的诊断和记录；设定功能，包括开关界面和维护相关界面，通过设定功能可以进行车辆参数的设定和车载设备的控制；辅助功能，主要包括刷新时间、监视数据等界面，多用于网络系统或车辆调试使用。

图2 集成开发环境UniCAP的软件组件

表1 UniCAP组件的功能

图3 软件流程图

2.2 显示功能设计

界面显示利用UniCAP软件中FPD功能块中可视化Label和State功能实现。Label可视化模块可以从参数列表中进行内容索引，内容的字体大小以及表现形式可以在Resource string索引列表中自行编写，ResourceID可选择索引列表中的类别，ResourceIndex则作为Resource string 的索引码，用于选择该类别下的某一内容信息。该可视化模块的内容、边框以及背景颜色均可以通过参数中的对应控制变量进行设定，如图4所示。

State可视化模块不仅可以像Label模块一样从参数列表中进行静态内容索引显示，同时还可以显示动态内容，State模块在参数列表中比Label模块多添加了显示模式功能。State模块之所以可以显示动态实时数据，正是因为显示模式的多样化，才使之变得更加灵活。MLR_STATE 有两种工作模式，这2种工作模式通过Mode 输入切换。当Mode=0时Val输入值直接被显示。当Mode=1时通过ResourceID参数和 ResourceIndex 输入显示MLR string 中定义好的内容。对于动态实时显示的数据，在索引列表中需要选择形如$s15$v字样的索引内容，该形式使State可视化模块将直接显示Val所关联的变量，如图5所示。

图4 Label参数列表

图5 动态数据显示

2.3 故障诊断功能设计

显示屏的故障诊断功能对司机及调试人员来说起到至关重要的作用，此功能可以直观的反映出列车在运行及调试过程中各子设备所存在的故障信息。通过故障诊断界面可以查找实时故障以及所有发生过的故障信息。通过按键操作，可以选择查看更为详细的故障指南，提示并指导司机及维修人员针对此故障如何进行操作及维修。在本设计中，我们使用封装好的故障记录模块Event Record，可以控制其输入变量来增加故障的设备源信息以及故障发生车辆号，并可以在参数中添加故障代码，故障描述等重要的信息，以上这些信息均可以在故障记录块中进行设置，在记录的同时，我们采用可视化卷列表ScrlList SD来索引故障块中所添加的各类信息。如图6所示。

图6 故障诊断

2.4 设定功能设计

显示屏的设定功能在网络系统中也起到了重要的作用，通过显示屏的时间设定、轮径设定、空调运行模式设定、运行数据修改等操作界面可以对网络系统的其他设备进行参数设定，以满足当前列车运行的最佳状态。另外，在列车调试过程中，通过显示屏可以模拟发出过程数据信息，辅助VCU以及其他设备完成必要的调试操作。在本设计中，将功能块与ST语言相结合，利用二者各自的优势实现显示屏的设定功能。如图7所示。

图7 设定功能

2.5 辅助功能设计

在设计中，除了设计显示屏通用的显示、设定等功能外，由于此项目具有列车重联的状态，我们还设计了提示界面，当列车解联及重联时会弹出提示界面，提示司机作出相应的操作。同时，为了使得该设计应用起来更具有广泛性，还增加了语言切换功能，以满足各国的应用需求。

3 界面应用

通过上述设计，共设计出应用界面38个，包括：主界面、重联主界面、诊断界面、车辆设定界面(如图8所示)和柴油机参数界面、牵引参数界面、监视数据界面、故障指南界面等。

4 总 结

基于UniCAP集成开发环境开发显示屏软件具有快速高效的特点，通过架构设计和各个功能界面的设计完成了内燃动车组显示屏软件设计，实现了状态参数显示功能、故障诊断功能、车辆设定功能、辅助功能等，现场应用表面该软件运行稳定可靠，得到了用户的广泛好评。

[1] 陈特放，曾秋芬.列车微机与网络控制技术及应用[M].北京：科学出版社，2012.

[2] 张立斌．基于Qt的电力机车显示屏系统的软件设计[D]．大连：大连海事大学，2008．

[3] 计三有，张伟建．基于Qt/Embedded的嵌入式门座起重机作业监控系统控制界面的设计[J]．工程机械，2014，45(2)：1-7．

Software Design of Human Machine Interface for Diesel Multiple Unit

JIAODeyu,WUTao,SONGXiaoning,WENTianyu

(CNR Dalian Electric Traction R&D Center Co., Ltd., Dalian 116022 Liaoning, China)

Human Machine Interface is an important part of Train Control and Monitoring System for Diesel Multiple Unit. This paper introduces the functional requirements of Train Control and Monitoring System, and the application development environment of hardware and software for the Human Machine Interface. It designs the display software architecture, and the detailed display pages respectively from the display function and fault diagnosis function, set function and auxiliary function. The display software owns perfect function, stable operation, and friendly interface. Practical application shows that the designed software meets the demand of Diesel Multiple Unit.

software design; human machine interface; diesel multiple unit; configuration software

1008-7842 (2015) 06-0050-04

5—)男，工程师(

2015-06-05)

U266.1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.13