CN103631147B - 列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法，包括仿真控制系统、输入输出模块和测试件，所述仿真控制系统包括控制单元和设备仿真单元，所述输入输出模块包括通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源，所述设备仿真单元分别通过通讯接口模块、控制器接口模块、电源控制接口模块与所述通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源连接，所述输入输出模块的输出端与所述测试件连接。本发明是一个综合型的试验台，能够适用于多种协议，提供多种电源，适用性广，该试验台既可以用于列车网络控制设备以及关联设备的试验、检测，又可用于整列车网络在线调试，减少实物列车验证时间，减少研发周期，缩短车上调试时间，从而降低研发成本。

Description

列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法。

背景技术

随着网络系统的普遍应用，列车电子设备越来越多的接受控制网络的控制和调度，随之带来的问题就是各个系统和网络系统的控制接口变得越来越多，同时由于整车设计的系统性的要求，对于控制接口的信息量的要求也越来越高，这就造成系统控制接口变得越来越复杂，如何提高设备接口的一致性，简化接口设计过程，保障接口的完整性和可靠性就成为整车设计中的一个关键问题。

国内列车网络的试验台大部分停留在能够进行简单的信号的输入、输出，仅仅能够检测通讯网络的部分功能，大部分的网络功能仅能靠在现车进行调试检验，费时费力，可靠性差。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种既可以用于列车网络控制设备以及关联设备的试验、检测，又可用于整列车网络在线调试，适用性广，功能多的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，包括仿真控制系统、输入输出模块和测试件；

所述仿真控制系统包括控制单元和设备仿真单元，所述设备仿真单元用于对不同形式的列车网络系统建立仿真模型，模拟测试件的功能及通信，在仿真时根据列车网络系统中各设备的实际情况选取相应的仿真模型，并对参与仿真的设备的参数进行设置；控制单元用于完成数据交换、控制逻辑分析验证、性能对比、检测结果评价及优化，验证测试件的设计性能是否满足设计要求；

所述输入输出模块包括通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源，所述设备仿真单元分别通过通讯接口模块、控制器接口模块、电源控制接口模块与所述通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源连接，所述输入输出模块的输出端与所述测试件连接；所述通讯接口组件包含了不同的通讯接口，支持不同的通讯协议，通过通讯信号连接器组与不同通讯接口的测试件连接，设备仿真单元在仿真过程中，实时将仿真模型中的各数据参数发送给输入输出模块，再通过通讯接口组件中的相应的协议接口发送给相应的测试件；

所述测试件为列车网络控制系统，包括具有不同通讯方式的列车网络控制设备以及关联设备；

多套仿真试验台通过以太网络连接进行数据交换，以模拟整列车的网络设备环境，仿真再现车辆运行状态。

进一步，所述设备仿真单元包括司控器仿真单元、牵引系统仿真单元、制动系统仿真单元、车门系统仿真单元、空调系统仿真单元、旅客信息系统。

进一步，所述通讯接口组件包括电流环、ARCNET协议接口、WTB协议接口、MVB协议接口、CAN协议接口、LAN协议接口、RS485接口、RS232接口、RS422接口中多种。

进一步，所述逻辑控制器包括PWM模块、AO模块、AI模块、DO模块和DI模块，通过控制信号连接器组与所述测试件连接。

进一步，所述可调电源包括DC5V、DC12V、DC24V、DC110V多组电源，通过电源输出连接器组与所述测试件连接。

进一步，所述仿真控制系统安装在工控机上。

本发明的另一个技术方案是：

一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)试验人员将待测定的测试件与输入输出模块中相应的协议接口、逻辑控制器、可调电源的输出端连接，进而将测试件与在仿真控制系统的仿真模型联接在一起进行试验；

2)根据测试件的需要，调节可调电源，满足测试件的输入电源要求；

3)设备仿真单元在仿真过程中，实时将仿真模型中的各数据参数发送给输入输出模块，再通过相应的协议接口发送给相应的测试件；

4)逻辑控制器执行逻辑运算，提供相应的数字量、模拟量，控制测试件的控制逻辑。

5)测试件接收到设备仿真单元发送的数据参数和逻辑控制器输出的数字量、模拟量后，测试件根据相应的控制逻辑控制相关设备运行，并同时通过输入输出模块将相关数据发送至设备仿真单元中，以设置仿真模型中的数据参数；

6)在仿真结束后，控制单元对测试件的设计性能进行评价，评判是否满足设计要求。

综上内容，本发明所述的一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台及试验方法，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)该试验台是一个综合型的试验台，能够适用于多种协议，提供多种电源，同时试验台还具有TCN协议、ARCNET协议的网络数据逻辑分析功能,是一个适用性广，功能多的试验台。

(2)该试验台既可以用于列车网络控制设备以及关联设备的试验、检测，又可用于整列车网络在线调试，减少实物列车验证时间，减少研发周期，缩短车上调试时间，从而降低研发成本。

(3)该试验台仅通过改变仿真软件，即可实现不同的列车或部件的仿真、试验，无需改变硬件设备，极大的缩短了对不同设备、列车进行试验的周期、成本，极大的减少了工作量。

(4)该试验台还可以通过软件的仿真再现车辆运行的状态，远程指导现场列车的检修。

附图说明

图1本发明结构示意图。

如图1所示，仿真控制系统1，输入输出模块2，测试件3，控制单元4，设备仿真单元5，通讯接口模块6，控制接口模块7，电源控制接口模块8，通讯接口组件9，通讯信号连接器组10，逻辑控制器11，控制信号连接器组12，可调电源13，电源输出连接器组14。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，是一种适用于基于ARCNE协议的动车组列车网络和基于TCN网络地铁列车的半实物综合仿真试验台，包括仿真控制系统1、输入输出模块2和测试件3。

测试件3为列车网络控制系统，即可以是动车组网络控制系统，也可以是地铁列车网络控制系统，主要包括具有不同通讯方式的列车网络控制设备以及关联设备等等，如司控器、牵引系统、制动系统、车门系统、空调系统、旅客信息系统等。

仿真控制系统1包括控制单元4和设备仿真单元5，安装在工控机上，用于完成数据交换、设备仿真、控制逻辑分析验证、性能对比、检测结果评价及优化等,还可以通过以太网络将多个半实物仿真试验台进行数据交换，以进行整列车网络系统的系统仿真，并实时将收发的数据和检测结果等显示在工控机的显示器上。

其中，设备仿真单元5可对不同形式的动车组网络系统和TCN网络地铁列车网络系统建立仿真模型，模拟测试件3的功能及通信等。在一次仿真时，可根据网络系统中各设备的实际情况选取相应的仿真模型，并对参与仿真的设备的参数进行设置。设备仿真单元5通过输入输出模块2与测试件3之间建立实时的数据传输平台，设备仿真单元5在仿真过程中，实时发送仿真模型中各数据参数给输入输出模块2，同时输入输出模块2根据测试件3发送的相关数据进行仿真控制。

仿真控制系统1主要有司控器仿真单元、牵引系统仿真单元、制动系统仿真单元、车门系统仿真单元、空调系统仿真单元、旅客信息系统等。控制单元4则用于完成数据交换、控制逻辑分析验证、性能对比、检测结果评价及优化等，进而通过半实物仿真来验证测试件3的设计性能是否满足设计要求。

设备仿真单元5通过安装在工控机上的仿真软件模拟列车网络系统的各个相关子系统,为测试件3提供仿真控制，而且仅通过改变仿真软件，即可实现不同的列车或部件的仿真试验，另外，通过仿真软件的仿真还可以再现车辆运行的状态。

输入输出模块2包括通讯接口组件9、逻辑控制器11及可调电源13，用于提供各种数字量、模拟量、各种通讯接口以及多种电源形式，模拟列车网络系统的相关硬件接口。

通讯接口组件9包含了不同的通讯接口，支持不同的通讯协议，通过通讯信号连接器组10与不同通讯接口的测试件3进行连接，从而实现与牵引系统、制动系统、空调系统、车门系统等相互配合进行试验。通讯接口组件9包括电流环、ARCNET协议接口、WTB协议接口、MVB协议接口、CAN协议接口、LAN协议接口、RS485接口、RS232接口、RS422接口中的一种和多种。设备仿真单元5通过通讯接口模块6与通讯接口组件9双向通信连接，通讯接口组件9同时用于进行以太网与测试件3之间的通信协议转换。

逻辑控制器11为可编程逻辑控制器，包括PWM模块、AO模块、AI模块、DO模块和DI模块。设备仿真单元5通过PLC控制器接口模块7与逻辑控制器11连接，逻辑控制器11通过控制信号连接器组12与测试件3连接。

可调电源13包括DC5V、DC12V、DC24V、DC110V多组电源。设备仿真单元5通过电源控制接口模块8与可调电源13的输入端连接，可调电源13的输出端通过电源输出连接器组14与测试件3连接。

下面详细描述该试验台的试验过程：

1、试验人员将待测定的测试件3通过输入输出模块2中的通讯信号连接器组10、控制信号连接器组12及电源输出连接器组14与通讯接口组件9中的相应的协议接口、逻辑控制器11、可调电源13的输出端连接，进而将测试件3与在仿真控制系统1的仿真模型联接在一起进行试验。

2、根据测试件3的需要，调节可调电源13，满足测试件3的输入电源要求，如牵引系统设备与DC110V电源的输出端连接，用以为牵引系统中的设备提供DC110V的直流电源。

3、设备仿真单元5在仿真过程中，实时将仿真模型中的各数据参数发送给输入输出模块2，再通过通讯接口组件9中的相应的协议接口发送给相应的测试件3，如车门系统仿真数据通过RS485接口与作为测试件3的车门系统设备连接。

4、逻辑控制器11执行逻辑运算，提供相应的数字量、模拟量，控制测试件3的控制逻辑。

5、测试件3接收到设备仿真单元5发送的数据参数和逻辑控制器11输出的数字量、模拟量后，测试件3根据相应的控制逻辑控制相关设备运行，并同时通过输入输出模块2将相关数据发送至设备仿真单元5中，以设置仿真模型中的数据参数，将测试件3的动态特性、静态特性等真实地反映出来。

6、在仿真结束后，控制单元4进行控制逻辑分析验证、性能对比、检测结果评价及优化等，进而通过半实物仿真对测试件3的设计性能进行评价，评判是否满足设计要求，如果不满足设计要求，可调整测试件3的参数，或修改测试件3的设计。

该试验台可用于对现有或即将使用的列车网络以及配套电子设备进行地面联合调试、对网络系统和网络控制其他配套电子设备进行地面的接口测试，以满足列车试制研究和批量生产出厂试验的要求。多套仿真控制系统1和输入输出模块2通过以太网络连接，通过工业控制计算机安装的仿真控制软件，对各个通信端口进行数据操作，可以模拟整列车的网络设备环境，并进行动车组列车和基于TCN网络地铁列车的控制算法与控制逻辑验证和优化等，构建跟现车1：1的网络设备开发调试环境。

仿真控制系统1是在工控机，具有显示器，各种控制控制开关，接口等，和输入输出模块2安装在试验操作台上，仿真控制系统1设有显示器。

该试验台是一个综合型的试验台，能够适用于多种协议，提供DC5V、DC12V、DC24V、DC110V等多种电源，还同时具有TCN协议、ARCNET协议的网络数据逻辑分析功能,是一个适用性广，功能多的试验台。该试验台仅通过改变仿真软件，即可实现不同的列车或部件的仿真、试验，无需改变硬件设备，极大的缩短了对不同设备、列车进行试验的周期、成本，极大的减少了工作量。

该试验台既可以用于列车网络控制设备以及关联设备的试验、检测，又可用于整列车网络在线调试，减少实物列车验证时间，减少研发周期，缩短车上调试时间，从而降低研发成本。该试验台还可以通过软件的仿真再现车辆运行的状态，远程指导现场列车的检修。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：包括仿真控制系统、输入输出模块和测试件；

所述仿真控制系统包括控制单元和设备仿真单元，所述设备仿真单元用于对不同形式的列车网络系统建立仿真模型，模拟测试件的功能及通信，在仿真时根据列车网络系统中各设备的实际情况选取相应的仿真模型，并对参与仿真的设备的参数进行设置；控制单元用于完成数据交换、控制逻辑分析验证、性能对比、检测结果评价及优化，验证测试件的设计性能是否满足设计要求；

所述输入输出模块包括通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源，所述设备仿真单元分别通过通讯接口模块、控制器接口模块、电源控制接口模块与所述通讯接口组件、逻辑控制器及可调电源连接，所述输入输出模块的输出端与所述测试件连接；所述通讯接口组件包含了不同的通讯接口，支持不同的通讯协议，通过通讯信号连接器组与不同通讯接口的测试件连接，设备仿真单元在仿真过程中，实时将仿真模型中的各数据参数发送给输入输出模块，再通过通讯接口组件中的相应的协议接口发送给相应的测试件；

所述测试件为列车网络控制系统，包括具有不同通讯方式的列车网络控制设备以及关联设备；

多套仿真试验台通过以太网络连接进行数据交换，以模拟整列车的网络设备环境，仿真再现车辆运行状态。

2.根据权利要求1所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：所述设备仿真单元包括司控器仿真单元、牵引系统仿真单元、制动系统仿真单元、车门系统仿真单元、空调系统仿真单元、旅客信息系统。

3.根据权利要求1所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：所述通讯接口组件包括电流环、ARCNET协议接口、WTB协议接口、MVB协议接口、CAN协议接口、LAN协议接口、RS485接口、RS232接口、RS422接口中多种。

4.根据权利要求1所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：所述逻辑控制器包括PWM模块、AO模块、AI模块、DO模块和DI模块，通过控制信号连接器组与所述测试件连接。

5.根据权利要求1所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：所述可调电源包括DC5V、DC12V、DC24V、DC110V多组电源，通过电源输出连接器组与所述测试件连接。

6.根据权利要求1所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台，其特征在于：所述仿真控制系统安装在工控机上。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的列车网络控制系统半实物综合仿真试验台的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)试验人员将待测定的测试件与输入输出模块中相应的协议接口、逻辑控制器、可调电源的输出端连接，进而将测试件与在仿真控制系统的仿真模型联接在一起进行试验；

2)根据测试件的需要，调节可调电源，满足测试件的输入电源要求；

3)设备仿真单元在仿真过程中，实时将仿真模型中的各数据参数发送给输入输出模块，再通过相应的协议接口发送给相应的测试件；

4)逻辑控制器执行逻辑运算，提供相应的数字量、模拟量，控制测试件的控制逻辑；

5)测试件接收到设备仿真单元发送的数据参数和逻辑控制器输出的数字量、模拟量后，测试件根据相应的控制逻辑控制相关设备运行，并同时通过输入输出模块将相关数据发送至设备仿真单元中，以设置仿真模型中的数据参数；

6)在仿真结束后，控制单元对测试件的设计性能进行评价，评判是否满足设计要求。