城市轨道车辆蓄电池工程车控制软件平台化设计研究

方小晴

摘要：随着国内城市轨道交通建设的持续发展，城市轨道交通市场对蓄电池工程车辆的需求逐年增多，其中绝大多数为采用单司机室或双司机室设计、以蓄电池为动力源的调车工程车辆。这类工程车在控制需求方面往往差异较小，项目数量众多，并总是处于多项目并行生产和调试的状态，占用了大量软件设计资源，软件设计人员面临较大的设计压力。

关键词：轨道交通;蓄电池;软件平台

1 控制软件设计现状

现有的蓄电池调车工程车控制软件没有针对控制功能进行合理的模块划分，也没有相应的工程车软件编程规范供软件开发者参考，导致软件设计者在软件编程、变量命名、数据传输协议制订等方面存在着一定的随意性，各个控制功能需求间互有掺杂和重复，增加了程序运行错误的概率，以及调试和维护的难度。如何整合梳理这类工程车的软件控制需求、提炼划分通用控制功能模块、形成通用的控制功能模块化库、设计通用的软件平台架构、最终形成该类型蓄电池工程车的通用控制软件平台是本次研究的关键技术点。

2 研究思路

1）围绕控制功能标准化、模块化、平台化这一设计理念，首先需要收集以往各类蓄电池工程车项目的控制需求，对控制需求进行深入分析，梳理每个控制功能需求的输入信号、处理逻辑、输出信号，并结合以往项目的控制软件实际运用情况，对已有的控制需求描述进行明确定义和查漏补缺，最后筛选提炼出这类蓄电池工程车共有的通用控制功能需求。然后根据前期梳理总结的通用控制功能需求进行软件设计需求分析，研究软件模块划分的具体规则，固定特定功能的实现方法，形成统一的软件通用控制功能模块化库。

2）探究模块化库的适用性，研究软件平台架构的设计方法和具体措施，运用形成的通用控制功能模块化库搭建整车控制软件平台，形成统一的平台化整车控制软件。

3）在蓄电池工程车上安装运用该平台化控制软件，验证适用性，根据具体运用情况逐步优化完善该平台软件。

3 研究过程

1）制定统一的变量命名的规则和缩写规则，编制变量名词及缩写字典，后续控制软件中所有变量的命名均遵循该字典的要求;制定工程车控制及监控系统与其他子系统之间的通用通讯协议，平台化控制软件遵循该通讯协议。

2）对蓄电池工程车进行控制需求的梳理、筛选和分析，针对筛选出的通用控制功能进行软件设计需求分析，运用基于IEC61131-3標准的Multiprog编程系统的功能块图（FBD）编程语言，固定这些控制功能的实现方法和逻辑语句，形成满足通用控制需求的控制软件功能模块库。这些功能模块可以在Multiprog软件的代码工作单中被直接调用，调用后只需输入相应的变量参数即可实现具体控制功能。

3）完成对控制软件功能模块库的测试。模块的功能测试主要采用黑盒测试和白盒测试的技术方法进行测试，其中黑盒测试主要采用边界值分析和等价类划分法来设计测试用例，白盒测试主要是对每个功能模块的内部逻辑语句、分支进行覆盖。功能模块测试包括了模块的正常值等价类输入数据测试、非正常值等价类输入数据测试、边界值的输入数据测试等。同时实现了功能模块测试到功能模块设计的可追溯性，并保证覆盖了需要测试的所有功能模块。

4）运用控制软件功能模块库，合理设计整车控制软件架构，运用Multiprog软件搭建平台化的整车控制软件。控制软件平台的系统结构（见图1），根据控制需求的性质将平台化控制软件结构划分成8个POU组：①数据输入功能。②主电路控制功能。③辅助电路控制功能。④控制和保护功能。⑤牵引/电制动控制功能。⑥空气制动控制功能。⑦数据输出功能。⑧其他控制功能。每一个POU组又包含若干个具体控制功能的程序，这些程序均调用了功能模块库中相关的功能模块。

5）依托具体工程车项目，在蓄电池工程车上对平台化控制软件进行装车运用，完成调试验证。目前采用平台化设计的控制软件已经在国内某些城市的城市轨道交通项目中得到了运用，运用情况良好。

4 运用效果

采用平台化设计的控制软件运用改善效果明显。

1）有效减少了代码工作单界面中变量和逻辑运算的数量，使程序界面更加简洁，极大地方便了调试过程中对机车状态的监控。

2）Multiprog软件中IO状态的读取由以前的直接调用以编号命名的IO变量改为先赋值再调用被赋值的全局变量。这种设计极大地方便了IO状态变量的修改，能有效减少修改IO变量定义时的工作量，同时可以避免修改遗漏，极大地提升了软件开发效率。

3）有效减少了整车控制软件的开发和调试周期。过去从确定控制需求到软件最终定版至少需要2个月时间，采用蓄电池工程车控制软件平台后该过程缩短至1个月左右。设计人员配合现场调试的时间也明显减少，过去从整车落车到调试完成出厂，设计人员配合调试的时间至少需要1个月，采用该蓄电池工程车控制软件平台后配合调试的时间缩短至15 d左右。

5 结语

城市轨道车辆蓄电池工程车统一控制软件平台的建立，实现了工程车控制软件在功能需求分析、变量命名、协议制订、模块化软件设计、测试维护等各个开发阶段的高效设计和标准化管理，大大缩短了软件开发周期，提升了软件设计质量，节省了设计资源的投入，降低了设计成本，对于城轨车辆和电力机车在控制软件结构设计优化方面具有重要的参考价值。

参考文献

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