内燃机车通信软件研发平台

关 颖，黄 飞

（中车大连机车研究所有限公司 电力电子事业部，辽宁 大连 116021）

0 引言

内燃机车大致分为电传动机车、液力传动机车和机械传动机车，但无论哪种传动方式的机车，其控制系统都是总线控制系统形式，控制设备都通过总线形式实现信息互联互通，实现协调控制。然而目前内燃机车的总线通信形式包括 CAN、MVB等多种形式，在设计内燃机车控制设备的通信部件时需要针对其具体通信形式设计测试设备和软件，这样便延长了研发时间并增加了研发投入，因此急需一种能够辅助大部分内燃机车通信部件研发的平台。

针对以上问题，本文基于工控机与windows编程技术设计一种内燃机车通信部件研发平台。本研发平台基于软件技术通过通信方式模拟内燃机车柴油机运行、空气制动系统、内燃机车网络控制主机、内燃机车牵引变流控制器、各种辅助控制设备运行情况。目前，本文所设计的内燃机车通信部件研发平台已辅助3种内燃机车数十款产品的设计，具有非常实际的应用价值。

1 设计原理

典型的内燃机车电气控制设备之间的通信拓扑结构如图1所示[1]。如图1所示本文所列的典型内燃机车通信拓扑结构，具体某种车型的控制器数量会比图 1所示略少。例如：当需要测试机车显示屏通信功能时，本通信软件研发平台便能模拟仿真图 1中除了机车显示屏之外的设备运行情况，这样对机车显示屏而言便像正的安装在机车上运行一样。

目前和谐型内燃机车最多有两个司机室，每个司机室最多有两个机车显示屏用于显示机车运行工况与各项参数。每台机车装配有主控微机，该微机负责整台机车的网络控制、整机的控制逻辑、牵引变流控制以及整机的故障判断和处理等工作[2]。另外柴油机的管理与控制一般由柴油机厂商提供的电喷控制器来负责，该电喷控制器通过总线通信形式与机车主控微机实现互联互通。内燃机车还有很多辅助系统，包括柴油机冷却系统、空压机系统、空调与环境控制系统等，一般的设计是由独立的控制器进行控制。本文所设计的内燃机车设备通信软件研发平台包括拓扑图中所有设备的模拟，针对具体车型具体设备的试验时，修改相关配置文件即可实现网络切换和设备切换。

2 详细设计

详细介绍包括研发平台结构设计以及各种通信软件设计。

2.1 总体结构设计

本研发平台由标准 19英寸机柜构成设备搭载平台，如图2所示。

试验台的测试装备包括：试验台配电箱、工控机显示屏、工控机、2个键盘、2个鼠标、“合闸”按钮和“分闸”按钮。试验台配电箱内包括220VAC、110VDC、74VDC、24VDC、12VDC、-12VDC 和5VDC等多种电源，这样可以满足各种机车控制设备的需要。选用研华生产的工控机并配合其最新二次开发系统进行测试软件的开发，具体如下：

（1）使用研华工业级计算机和高精度数据采集与控制卡[3]，信号采用隔离保护，防止误操作，延长使用寿命；

（2）界面采用.NET技术，画面美观简洁，采用虚拟仪器界面，操作直观，适于操作；

（3）研华提供基于.NET的产品驱动，可以很容易的与人机界面整合；

（4）现场采用软件滤波功能以防止现场干扰。

图1 内燃机车通信拓扑图Fig.1 Communication topology of diesel locomotives

图2 研发平台结构图Fig.2 Pictrue research and development platform structure

2.2 柴油机电喷控制器模拟软件设计

柴油机电喷控制器是负责柴油机控制的关键部件，通过 CAN总线或 MVB总线与机车主控制微机相连，接收主控制微机传送的指令并控制柴油机稳定在规定的转速范围，并通过总线将柴油机运行参数发布至网络[4]。一般情况，柴油机生产厂商会提供通信协议以供柴油机用户使用，因此只要根据通信协议并结合实际应用逻辑便可以写出柴油机电喷控制器的模拟软件[5]。柴油机电喷控制器的模拟软件运行在本平台的工控机中，通过通信板卡实现通信，在登录该软件之前可以选择配置文件来决定所需模拟车型的总线通信形式。本文所开发的柴油机电喷控制器软件界面如图 3所示。通过设置软件。

2.3 通信软件设计

以研华 610H工控机为平台，加入各种通信板卡实现常规通信功能模拟。常规通信软件由 Visual C++进行开发，可模拟的通信包括以太网通信、CAN通信、RS232通信、RS422通信。软件界面如图 4所示，各种通信参数均可通过本软件进行设置，单击系统配置中的按钮即可，如图 5，即为设备配置串口。

本文所开发的常规通信软件覆盖绝大部分机车总线通信形式。即可以用于配合机车通信软件开发与测试，也可以安装随车运行以监控机车的总线状态。除常规通信软件外，本文还设计了 MVB总线测试软件，MVB多功能车辆总线是一种主要用于（但也并非专用于）对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线[5]。随着MVB技术的不断发展，ESD和OGF已趋向于不再采用，主要以EMD为主，也有用采用ESD+的，目前EMD可以分为“庞巴迪”式和“西门子”式，它们两者有较大的区别，互操作性也有较大的差别，本平台提供EMD与ESD+两种方式[6]。

图3 柴油机电喷控制器模拟软件Fig.3 Simulation software of diesel engine mechatronic controller

图4 常规通信软件界面Fig.4 Conventional communication software interface

图5 设备配置Fig.5 Configuration

本文基于我公司自主研发的 MVB通信板卡，设计MVB通信测试软件，实现MVB通信参数设置，端口数据发送与显示等功能，由于界面较为简单，本文不做描述。

3 结论

目前，本文所设计的内燃机车通信软件研发平台已在本公司内部得到运用，经过不断增加内容和完善，本内燃机车通信软件研发平台已满足公司所有内燃机车电控产品通信软件测试需求。在电控产品的研发和生产中发挥关键作用，同时也支撑了相关产品的检修业务。本研发平台具有体积小，扩展性好等优点，它的成功研制为内燃机车控制设备的开发与生产提供了高效便捷的手段，具有实际的应用价值。

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