CN110716450A - 基于uic网关的动车组仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于UIC网关的动车组仿真方法及系统。所述方法包括:第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;所述第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过UIC网关反馈至所述第一模拟器。本发明提供了一套完整的可进行列车全套系统应用模拟的仿真方法及系统,满足了相关国际标准,并实现与国外设备的互联互通和互操作,可以与国外的符合标准的列车进行互联互通和仿真测试。
Description
技术领域
本发明涉及列车应用模拟器设计技术领域,尤指一种基于UIC网关的动车组仿真方法及系统。
背景技术
现有列车网络控制试验台主要针对中国标准动车组等系列列车进行设计,采用中国定义的列车级传输规范等标准,实现不同车型间的互联互通和互操作。而国际上尤其是欧洲的列车设备普遍遵循欧洲标准,国内的仿真设备与国外的列车网络设备仍然不能做到互联互通。目前国内一些大学及科研单位也开展过对国外UIC网关的研究,但由于国外的技术封锁和条件限制,对于这类网关的一些研究和开发多处于实验室验证阶段,未能形成成熟产品,因此,基于UIC(International Union of Railways)网关的应用也未能实现与外国厂商的设备及相关子系统的互联互通。
发明内容
为了解决上述问题,本发明实施例提供一种基于UIC网关的动车组仿真方法,所述方法包括:
第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过UIC网关反馈至所述第一模拟器。
作为本发明的一个实施例,所述第一模拟器接收操作命令包括:所述第一模拟器接收工控机发送的操作命令。
作为本发明的一个实施例,在所述第一模拟器接收操作命令之前还包括:所述第一模拟器接收变量控制指令,将所述变量控制指令通过UIC网关发送至对应的子系统;所述子系统根据所述变量控制指令动作,并反馈其状态信息至所述第一模拟器,以完成仿真测试。
作为本发明的一个实施例,在所述第一模拟器接收操作命令之前还包括:配置UIC网关,调用预设测试用例进行数据设置,读取并对比UIC网关的网络配置信息,以完成UIC网关测试。
本发明实施例还提供一种基于UIC网关的动车组仿真系统,所述系统包括:第一中央控制单元及第二中央控制单元;所述第一中央控制单元包括第一模拟器及第一UIC网关,所述第二中央控制单元包括第二模拟器及第二UIC网关;
所述第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
所述第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过所述第二UIC网关反馈至所述第一模拟器。
可选的,在本发明一实施例中,所述系统还包括工控机,所述工控机向所述第一模拟器发送操作命令,以及接收所述第一模拟器及所述第二模拟器发送的执行结果。
可选的,在本发明一实施例中,所述工控机还包括显示器及键盘,所述显示器用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果。
可选的,在本发明一实施例中,所述系统还包括HMI,所述HMI用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果,以及接收操作命令。
可选的,在本发明一实施例中,所述系统还包括电源模块,用于向第一中央控制单元及第二中央控制单元供电。
可选的,在本发明一实施例中,所述系统还包括开关控制器及以太网交换机。
本发明提供了一套完整的可进行列车全套系统应用模拟的仿真方法及系统,满足了相关国际标准,实现与国外设备的互联互通和互操作,可以与国外的符合标准的列车或设备进行互联互通和仿真测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于UIC网关的动车组仿真方法的流程图;
图2A及图2B为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的硬件结构图;
图3为本发明实施例一种基于UIC网关的动车组仿真系统的结构示意图;
图4为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的核心架构图;
图5为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的消息传递示意图;
图6为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统与国外设备进行联合调试主要硬件连接方式示意图;
图7为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的软件程序架构图;
图8为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的一种指令流动层级图;
图9为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的另一种指令流动层级图
图10为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的仿真程序信息关门指令流传播流示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于UIC网关的动车组仿真方法及系统。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
VAS(Vehicle Application Simulator)车辆应用模拟器,基于国内标准动车组相关的试验台的结构及实验环境,对现有的网络设备进行再创新,搭建了一套符合国际标准的列车仿真环境,使其模拟的车辆应用的软件及设备满足EN61375及UIC556等相关国际标准,实现与国外的设备实现互联互通和互操作并可对相关设备进行仿真及测试。同时,UIC车辆应用模拟器(下列简称VAS)的软件采用模块化编程,可以模拟某个设备的单一功能或功能集,也可以同时模拟多个设备,或设备的全部功能。
如图1所示为本发明实施例一种基于UIC网关的动车组仿真方法的流程图,所述方法包括:
步骤S1,第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
步骤S2,第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过UIC网关反馈至所述第一模拟器。
在本实施例中,第一执行机构及第二执行机构可通过工控机进行模型模拟,也可为真实的执行机构,例如,列车车门。其中,第二执行机构还可设置于被测子系统中。第一模拟器在执行操作命令后,会产生相应的执行结果,与第二模拟器反馈回来的执行结果一起显示于与第一模拟器连接的显示屏上,或者通过工控机显示两个模拟器的执行结果,其中,执行结果表示执行机构根据当前操作命令是否完成相应动作。操作命令可以通过第一模拟器发送至第二模拟器。此外,第一模拟器与第二模拟器的可互换,以及,第一模拟器与第二模拟器可集成设置,即命令和状态第一模拟器还可以发给自己,这里的第一、第二并非对模拟器的限定。
作为本发明的一个实施例,第一模拟器接收操作命令包括:所述第一模拟器接收工控机发送的操作命令。其中,操作指令由第一模拟器直接接收,或者,通过工控机接收,再由工控机发送至第一模拟器。
作为本发明的一个实施例,在第一模拟器接收操作命令之前还包括:第一模拟器接收变量控制指令,将所述变量控制指令通过UIC网关发送至对应的子系统;子系统根据所述变量控制指令动作,并反馈其状态信息至所述第一模拟器,以完成仿真测试。在仿真运行前,需要进行自动仿真测试,通过发送变量控制指令控制相应的被测的子系统动作,验证仿真流程正确,保证仿真可以顺利进行。
作为本发明的一个实施例,在第一模拟器接收操作命令之前还包括:完成UIC网关测试,包括但不限于配置UIC网关,调用预设测试用例进行数据设置,读取并对比UIC网关的网络配置信息。在仿真运行前,可以进行自动UIC网关测试,通过配置、读取并对比UIC网关的网络配置信息,保证在仿真运行之前,各个网关可以正常工作,保证仿真可以顺利进行。
此外,本发明中的基于UIC网关的动车组仿真方法的具体实施,可参考基于UIC网关的动车组仿真系统的具体实施,其中第一模拟器与第二模拟器,第一网关与第二网关可以互为冗余,重复之处不再赘述。
本发明提供了一套完整的可进行列车全套系统应用模拟的仿真方法及系统,满足了相关国际标准,并实现与国外设备的互联互通和互操作,可以与国外的符合标准的列车或设备进行互联互通和仿真测试。
本发明实施例还提供一种基于UIC网关的动车组仿真系统,所述系统包括:第一中央控制单元及第二中央控制单元;所述第一中央控制单元包括第一模拟器及第一UIC网关,所述第二中央控制单元包括第二模拟器及第二UIC网关;
第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过所述第二UIC网关反馈至所述第一模拟器。
在本实施例中,第一执行机构及第二执行机构可通过工控机进行模型模拟,也可为真实的执行机构,例如,列车车门,其中,第二执行机构还可设置于被测子系统中。第一模拟器在执行操作命令后,会产生相应的执行结果,与第二模拟器反馈回来的执行结果一起显示于与第一模拟器连接的列车显示屏上,或者通过工控机显示两个模拟器的执行结果,其中,执行结果表示执行机构根据当前操作命令是否完成相应动作。第一模拟器与第二模拟器的可互换,这里的第一、第二并非对模拟器、网关及中央控制单元的限定。
作为本发明的一个实施例,系统还包括工控机,所述工控机向所述第一模拟器发送操作命令,以及接收所述第一模拟器及所述第二模拟器发送的执行结果。
作为本发明的一个实施例,工控机还包括显示器及键盘鼠标,所述显示器用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果,键盘鼠标可以提供仿真端的控制输入。
作为本发明的一个实施例,系统还包括HMI,所述HMI用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果,以及接收操作命令。其中,这里的HMI可以使用但不限定于中国标准动车组上使用的HMI。
作为本发明的一个实施例,系统还包括电源模块,用于向第一中央控制单元及第二中央控制单元供电。
作为本发明的一个实施例,系统还包括开关控制器及以太网交换机。
具体的,如图2A及图2B为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的硬件结构图。其中,图2A为系统机柜正面图,图2B为系统机柜后视图。本发明仿真系统的硬件主要包括:柜体,公司商标,显示屏(HMI),中央控制单元2个(CCU,Central Control Unit集成了网关和仿真器两个部分的功能),开关控制器,工控机,显示器键盘,电源模块等。其中,工控机上设置有两块MVB板卡。由于网关和仿真器采用我公司生产的CCU作为硬件载体,并且使用了两台CCU,所以仿真器拥有两套网关和两套仿真模块。因此,两个仿真单元既可以模拟一个单元的两个互为冗余的节点,也可以模拟两个不同单元的两个主节点。其中,当前设备型号机柜高为42U,1U约为44.45mm,不排除日后有其它型号的推出。
图3主要显示了设备主要部件连接关系和通信介质。每一台CCU之中都包括一个网关和一个模拟器,两台CCU之间采用WTB(Wire Train Bus列车总线)相互连接,网关与模拟器之间的通信采用MVB(Multifunction Vehicle Bus车辆总线)相互连接,模拟器和工控机(PC)之间采用MVB相互连接。两台CCU与工控机的连接结构左右对称。注意,此发明后文在阐述中都默认以CCU1为主控方,CCU2为从控方书写,CCU1与CCU2功能可以全部互换,故不赘述。
图4说明了仿真系统的核心架构。图中CCU1(第一中央控制单元)和CCU2(第二中央控制单元)为两个硬件载体,其中分别包括网关A(第一UIC网关,加载网关A程序),网关B(第二UIC网关,加载网关B程序),模拟器A(第一模拟器,加载模拟器A的控制软件程序),模拟器B(第二模拟器,加载模拟器B的控制软件程序),连接至工控机(加载子系统仿真模型A和模型B)。
在模拟器A端为主控时,网关A模型A中的命令操作可以通过网关和模拟器的通信传导至模型B,模型B执行完相应的动作后,可以将当前状态通过模拟器传递回模拟器A。主要传递路径为:使用工控机操作子系统模型A触发事件,信号通过MVB传递至CCU1中的模拟器A,然后通过MVB总线传递至网关A,通过WTB总线传递至网关B,通过MVB传递至模拟器B,通过MVB传递至工控机子系统B采取相应的动作后,反馈模型B当前状态给模拟器B,反馈状态给网关B,网关B反馈给网关A,网关A反馈给模拟器A,模拟器A反馈给模型A和HMI。此时操作人员可以通过显示屏和工控机的模型A同时看到这条操作完成后,列车反馈的状态。(显示屏HMI只是为了展示,对实现模拟器主要作用没有影响,当然也可以操作HMI上的按钮对模拟器指令进行发送,HMI等同于列车显示器)。
值得注意的是,工控机中模拟的子系统模型可以使用实物进行等效替代。例如,可以在工控机与模拟器之间连接一个真实的门,这个门可以在模拟器的操作下实现真实车门的功能,如果接入了一个真实的门,这个门替代了工控机模拟的一个门,而车辆其余的门由工控机继续等效模拟。
图5为本发明实施例中基于UIC网关的动车组仿真系统的消息传递示意图。此处网关软件程序采用的是UIC556等国际标准对应的协议,所以可以做到可以与国外厂商的信息进行互联互通。
图6中CCU1和CCU2代表装载应用模拟器的设备,通过WTB互相连接网关后与国外的设备网关通过WTB总线进行连接。图中的CCU3和CCU4连接的额外的两个测试网关。可以是另一套应用模拟器的网关设备,也可以是国外列车的实物。在此系统中,哪些设备使用实物哪些设备使用软件仿真都可以根据实际条件和仿真场景的需要进行调整。图中HMI表示列车显示屏,CCU代表可以装载模拟器和网关的节点设备。
在本发明一具体实施例中,两个仿真单元既可以模拟一个单元的两个互为冗余的节点,也可以模拟两个不同单元的两个主节点。在两种模式下,均可以与外国的列车进行联调和互操作。VAS(Vehicle Application Simulator)车辆应用模拟器主要的测试功能目前分为两部分:子系统测试和网关测试,还可以进行相关的拓展。
具体的,仿真程序测试流程包括:
第一步:建立硬件连接,按下仿真命令按钮。
第二步:工控机上的模型A程序中的变量发生数值变化,发出程序指令给模拟器A列车网络控制系统(TCMS)。
第三步:TCMS指令在模拟器A内下传至列车级子系统控制仿真系统。
第四步:列车级子系统变量控制指令下发至相关车辆级子系统(牵引单元级),本单元发至本单元车辆级子系统,其它单元则发至其他单元车辆级子系统。
第五步:车辆级子系统控制指令下发至子系统并控制子系统控制器。
第六步:子系统控制器控制仿真系统执行本单元动作变化。
第七步:子系统动作变化后状态改变,反馈其状态给车辆级子系统。
第八步:车辆级子系统反馈其状态给列车级子系统。
第九步:列车级子系统反馈给列车网络控制系统(TCMS)。
第十步:在仿真端显示设备中显示执行机构动作后状态。
其中,第四步如发送至其它单元子系统则通过网关进行转发。
此外,进行网关自动测试的大致如下。网关程序会根据标准完成1)两个网关独立工作。2)两个网关互为冗余工作情况下是否符合标准。
具体的,UIC网关自动测试步骤包括:
第一步:建立硬件连接,按下网关测试按钮。
第二步:TCN(Train communication Network)/UIC网关配置,(如,选择配置类型:A机车B普通车厢C带转向架的车厢D车组)读取拓扑信息,建立节点,明确列车车辆状态。
第三步:网络配置完毕,连接WTB(Wire Train Bus)线缆,连接MVB(MultifunctionVehicle Bus)线缆。
第四步:调用事先设置好的测试用例进行数据设置。
第五步:读取拓扑消息。
第六步:比较拓扑计数器数值。
第七步:比较本地网络配置信息。
第八步:读取其它节点网关的网络配置信息。
第九步:对比所有网关的网络配置信息。
第十步:若所有数据均与预期结果一致,则测试通过,进入下一个测试用例,从新读取拓扑消息,如果结果与预期结果不一致,则本测试不通过。跳出循环。
本测试主要把控自动测试分为两种工况:
1、AC节点为参考,BD节点为被测试节点
2、BD节点为参考,AC节点为被测试节点。
本主控程序测试主要包括以下六种场景:
1、无节点为主控,且无节点申请主控;
2、无节点为主控,有一个节点申请主控;
3、一个节点为主控,另一个节点申请主控;
4、无主控,两个节点同时申请主控;
5、无主控,ACD三个节点同时申请主控;
6、两个节点为主控。
在上述几种场景中,程序可以对网络进行确认,修正和自动配置。在底层两个网关即可以表示同一个单元的设备,也可以进行不同网段的信息交互的模拟。上述仿真程序的测试程序是基于流程一建立完善且运行稳定的情况下,建立良好的通信机制下,进行测试和应用的。
本发明中的VAS车辆应用模拟器在通过与国外公司生产的网络设备进行完整互联互通测试后,证明我公司研制的UIC车辆应用模拟器(VAS)在基于IEC61375,UIC556等相关标准后可实现列车网络控制系统的全部仿真功能。其中网关应用程序进行了针对UIC556标准的设计,同时在模拟器中通过模拟列车子系统的功能(某些子系统由于在UIC标准中与中国标准动车组的列车设计不同,也发生了相应的改变),通信接口及设备配置信息,可以满足网关产品的认证和一致性测试,TCMS命令、控制系统和软件的验证,列车软硬件的设计及开发变更的有效验证。
图7简单描述了整个仿真软件的系统架构,其软件包括多个子系统,可以进行全方位替代仿真列车子系统并进行相应的仿真测试。
图8简要描述了仿真模拟器软件各个模块,信息流,和硬件之间的耦合关系。其中模块均为软件模块,虚线方框为硬件装载的软件范围,WTB和MVB为列车级和车辆级总线。
此外,图8中的模拟器A与工控机之间的划分,模拟器B与工控机之间模块划分只是实现方式的一种,也可以将实施模块在模拟器和工控机之间进行调整例如图9所示。即,也可以将输入信号模块放入工控机,或是将执行机构模块模拟放入工控机模拟,抑或是接入实物进行测试环境的搭建。
在本发明一具体实施例中,如图10所示,对于门系统来说模拟器执行从操作员按下按钮生成关门指令开始系统内的信息传导过程完成了一系列的网络控制具体实施例层级如下:在工控机的人机操作台上按下关门按钮,TCMS系统生成关门指令,下发至列车级主设备,通过网关下发至下一层的牵引单元级的门控系统,再下发到设备级的门控制器DCU(Door control unit),再下发作用到车门进行关闭动作,全列检测到所有门均关闭的状态后,反馈门关闭状态设备级门控制器DCU,再上传给牵引单元级门控系统,在反馈给列车级主设备,再反馈TCMS系统得知门全部关闭状态。
本发明提供了一套完整的可进行列车全套系统应用模拟的仿真方法及系统,满足了相关国际标准,并实现与国外设备的互联互通和互操作,可以与国外的符合标准的列车进行互联互通和仿真测试。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于UIC网关的动车组仿真方法,其特征在于,所述方法包括:
第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过UIC网关反馈至所述第一模拟器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一模拟器接收操作命令包括:所述第一模拟器接收工控机发送的操作命令。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一模拟器接收操作命令之前还包括:
所述第一模拟器接收变量控制指令,将所述变量控制指令通过UIC网关发送至对应的子系统;
所述子系统根据所述变量控制指令动作,并反馈其状态信息至所述第一模拟器,以完成仿真测试。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一模拟器接收操作命令之前还包括:配置UIC网关,调用预设测试用例进行数据设置,读取并对比UIC网关的网络配置信息,以完成UIC网关测试。
5.一种基于UIC网关的动车组仿真系统,其特征在于,所述系统包括:第一中央控制单元及第二中央控制单元;所述第一中央控制单元包括第一模拟器及第一UIC网关,所述第二中央控制单元包括第二模拟器及第二UIC网关;
所述第一模拟器接收操作命令,控制第一执行机构执行所述操作命令;
所述第二模拟器通过UIC网关从所述第一模拟器获取所述操作命令,根据所述操作命令,控制第二执行机构执行所述操作命令,并将执行结果通过所述第二UIC网关反馈至所述第一模拟器。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述系统还包括工控机,所述工控机向所述第一模拟器发送操作命令,以及接收所述第一模拟器及所述第二模拟器发送的执行结果。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述工控机还包括显示器及键盘,所述显示器用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果。
8.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述系统还包括HMI,所述HMI用于显示所述第一模拟器的执行结果以及第二模拟器的执行结果,以及接收操作命令。
9.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述系统还包括电源模块,用于向第一中央控制单元及第二中央控制单元供电。
10.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述系统还包括开关控制器及以太网交换机。
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- 2019-10-28 CN CN201911030566.8A patent/CN110716450A/zh active Pending
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