CN201853130U

CN201853130U - 一种用于仿真列车司机控制装置的设备

Info

Publication number: CN201853130U
Application number: CN2010206295352U
Authority: CN
Inventors: 马驰
Original assignee: Locomotive and Car Research Institute of CARS
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-11-29

Abstract

本实用新型涉及一种用于仿真列车司机控制装置的设备，包括仿真处理设备和与其相连的通信适配器，该仿真处理设备包括：用于根据控制列车牵引控制装置需要的物理量和与所述列车牵引控制装置通信的网络环境生成总线管理器配置文件并下载到通信适配器的配置文件生成模块；用于将控制所述列车牵引控制装置需要的物理量封装成对应的控制信息并发送的参数收发模块；用于接收所述控制信息并通过所述通信适配器发送到通信网络以传送给所述列车牵引控制装置的底层通信模块。采用本实用新型，成本投入少、且易于在小型实验室内与牵引系统搭建成牵引控制测试平台进行试验。

Description

一种用于仿真列车司机控制装置的设备

技术领域

本实用新型涉及与轨道交通机车车辆牵引控制相关的计算机仿真技术，尤其涉及一种用于仿真列车司机控制装置的设备。

背景技术

在轨道交通机车车辆中，牵引系统为列车提供动力来源，其常由牵引变压器、牵引变流器和牵引电机三部分组成，其中，通过对牵引变流器进行控制可以改变牵引电机的工作状态，从而改变列车的动力情况。图1是司机控制装置控制牵引系统的工作流程图，如图1所示，安装在列车司机室中的司机控制装置可以实现对列车动力的控制，其控制信息通过列车级网络传送给安装在牵引变流器中的牵引控制装置，牵引控制装置根据接收的控制信息及牵引控制算法生成牵引控制信号，并将该牵引控制信号发送给牵引变流器以实现相应的控制。

牵引控制算法是整个牵引控制装置的核心，其直接影响列车牵引性能的好坏，因此在推出一套牵引控制算法之前必须对其进行反复的测试，如果直接在真实列车的牵引系统上进行测试，设备价格普遍比较昂贵、占地面积大，需要极高的试验成本，且系统工作在高电压高转速之下，一旦发生意外，会严重危害人身财产安全。

为了能够安全高效地进行试验，目前常采用半实物仿真作为试验平台，这种方案仅需要一台真实的牵引控制装置，而牵引系统的主电路通过仿真控制器来实现，在这种情况下，牵引控制装置还需要获取来自司机操作方面的控制信息，为此，通常使用实际的司机控制装置和相应的通信设备来实现控制信息传送。然而，以上这种方式会需要占据较大面积，且设备成本较高，不利于在小型实验室内进行试验。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种成本投入少、易于在小型实验室内与牵引系统搭建成牵引控制测试平台进行试验的用于仿真列车司机控制装置的设备。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于仿真列车司机控制装置的设备，包括仿真处理设备和与其相连的通信适配器，该仿真处理设备包括：

用于根据控制列车牵引控制装置需要的物理量和与所述列车牵引控制装置通信的网络环境生成总线管理器配置文件并下载到所述通信适配器的配置文件生成模块；

用于根据所述控制列车牵引控制装置需要的物理量封装成对应的控制信息并发送的参数收发模块；

用于接收所述控制信息并通过所述通信适配器发送到通信网络以传送给所述列车牵引控制装置的底层通信模块。

作为一种实施方式，所述总线管理器配置文件包括收发所述控制列车牵引控制装置需要的物理量的端口号、端口大小、端口周期和设备地址。

作为一种实施方式，所述控制列车牵引控制装置需要的物理量包括以下之一或任意组合：换向开关、主断路器开关、牵引控制手柄、电制动控制手柄、速度限制手柄、受电弓开关、司机钥匙开关。

作为一种实施方式，当所述物理量为换向开关、主断路器开关、受电弓开关或司机钥匙开关时，通过网络所发送数据为布尔量或数字开关量；

当所述物理量为牵引控制手柄、电制动控制手柄或速度限制手柄时，通过网络所发送数据为模拟量。

作为一种实施方式，本实用新型的仿真处理设备还包括用于建立用户输出界面，接收所述参数收发模块发送的来自所述列车牵引控制装置的物理量后通过所述用户输出界面显示；以及

用于建立用户输入界面，通过所述用户输入界面接收控制列车牵引控制装置的物理量，并将该接收的物理量发送给所述参数收发模块的人机交互模块。

作为一种实施方式，所述用户输入界面以图形和/或数字的形式显示输入的物理量的值。

作为一种实施方式，所述用户输入界面包括以下之一或任意组合：

牵引手柄控制手柄、电制动控制手柄和速度限制手柄分别以竖条状图形和输入数值关联的形式显示输入的物理量的值；主断路开关、受电弓开关和司机钥匙开关各自以按钮松开或按下的形式显示断开状态或闭合状态；换向开关以圆形或椭圆形或矩形显示，在所述圆形或椭圆形或矩形上设置各方向的控制位。

作为本实用新型的一种实施方式，所述仿真处理设备还与被测试的列车牵引控制装置连接，所述仿真处理设备通过输入/输出接口接收所述列车牵引控制装置发送的物理量。

作为本实用新型的一种实施方式，所述仿真处理设备为带有插槽的计算机，所述通信适配器通过插入所述插槽与所述计算机相连。

作为另一实施方式，所述仿真处理设备为板卡，所述通信适配器带有插槽，所述板卡通过插入所述插槽与所述通信适配器相连。

作为本实用新型的一种实施方式，所述与列车牵引控制装置通信的网络为多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB)网络、控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)、WORLDFIP(现场总线国际标准IEC1158-2)网络或以太网(Ethernet)。

本实用新型采用带通信适配器的仿真处理设备即可生成并发送测试牵引系统需要的控制信息给牵引控制装置，无需使用实际的司机控制装置和相应的通信设备来实现控制信息传送，成本投入少、占地面积小，且易于根据需要测试的不同的牵引系统发送相应的控制信息。

附图说明

图1是司机控制装置控制牵引系统的工作流程图；

图2是本实用新型的用于仿真列车司机控制装置的设备的一实施方式的结构框图；

图3是本实用新型的用于仿真列车司机控制装置的设备的另一实施方式的结构框图；

图4是用于仿真列车司机控制装置的设备与牵引系统共同搭建的测试结构示意图；

图5是仿真处理设备的人机交互模块建立的用户界面的一实施例。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式以及系统结构进行具体说明。

在实际列车上，司机控制装置包含如下控制和显示部分：

牵引控制手柄，输出模拟量，变化范围从0％-100％；

电制动控制手柄，输出模拟量，变化范围从0％-100％；

速度限制手柄，输出模拟量，变化范围从0％-100％；

换向开关，输出三态量，分为向前、向后、空挡两种状态；

主断路(VCB)开关，输出开关量，分为闭合和断开两种状态；

受电弓开关，输出开关量，分为闭合和断开两种状态；

司机钥匙，输出开关量，分为闭合和断开两种状态；

网压、网流，输入模拟量，单位为A；

牵引力发挥及给定，输入模拟量，单位为百分比；

牵引系统状态，输入开关量，分为正常和故障两种状态；

当前电机转速，输入模拟量，单位为rpm(每分钟转数)。

本实用新型为了实现实验室环境下列车牵引控制半实物仿真，选取合适的硬件设备，然后在硬件设备上采用软件仿真的方式来模拟司机控制装置。

本实用新型的用于仿真列车司机控制装置的设备能够将实车上的这些物理量通过通信网络的方式传输给牵引控制装置，如MVB网络、CAN网络、WORLDFIP网络或者以太网等。

图2是本实用新型的用于仿真列车司机控制装置的设备的一实施方式的结构框图。如图2所示，用于仿真列车司机控制装置的设备包括仿真处理设备1和与仿真处理设备1相连的通信适配器2。选取与仿真处理设备1相连的通信适配时应考虑传输控制信息的通信网络及通信数据格式是否符合列车牵引控制装置的要求。仿真处理设备1包括配置文件生成模块11、参数收发模块12和底层通信模块13。其中：

参数收发模块12用于根据控制列车牵引控制装置需要的物理量封装成对应的控制信息并发送给底层通信模块13。其完成数据应用层上的工作。底层通信模块13用于接收所述控制信息并通过所述通信适配器发送到通信网络以传送给列车牵引控制装置。底层通信模块13用于实现数据的链路层和物理层传输。

配置文件生成模块11用于根据控制列车牵引控制装置需要的物理量和与所述列车牵引控制装置通信的网络环境生成总线管理器配置文件并下载到通信适配器2。通信适配器2将根据总线管理器配置文件中的配置信息发送控制信息。

根据仿真处理设备1与牵引控制装置通信的网络环境(以MVB网络为例)，以及控制列车牵引控制装置需要的物理量为过程数据，其具有周期性收发的特性，生成与之相符的MVB总线管理器配置文件，如设置好设备地址、端口号、端口大小、端口周期等参数(示例参见表1，但并不代表所有应用必须与此表相同)。

表1

端口号	端口大小	端口周期	数据内容
				81	32bit	16ms	换向开关设定、主断路器开关设定
82	128bit	32ms	牵引力设定、电制力设定，速度限制值
				83	32bit	32ms	司机钥匙开关状态、受电弓开关状态等

如图3所示，示例了用于仿真列车司机控制装置的设备的另一实施方式的结构框图。该用于仿真列车司机控制装置的设备的仿真处理设备1包括配置文件生成模块11、参数收发模块12、底层通信模块13以及人机交互模块14。其中，配置文件生成模块11、参数收发模块12、底层通信模块13能够实现的功能参见关于图2的各模块的描述，在此不再赘述。

图4是用于仿真列车司机控制装置的设备与牵引系统共同搭建的测试结构示意图。如图3、图4所示，牵引控制装置3通过通信适配器4连入到通信网络，从而与仿真处理设备1通信。在列车实际运行过程中，必须对接触网电压、接触网电流、主断路器开关状态反馈、受电弓升降状态反馈、牵引变流器输出功率以及牵引变流器工作状态等信号进行监测，为了处理这些实时性要求更高的物理量，牵引控制装置3还通过线缆直接与仿真处理设备1的输入/输出接口相连。

因此本实用新型中，牵引控制装置会将司机控制装置需要监测的信号通过网络传送给仿真处理设备1。下载到通信适配器的MVB总线管理器配置文件中还包括为这些这些物理量设置的端口号、端口大小和端口周期(示例参见表2，但并不代表所有应用必须与此表相同)。

表2

仿真处理设备1的参数收发模块接收到来自牵引控制装置3的物理量后会传送给人机交互模块14，然后人机交互模块14将这些物理量通过其建立的用户输出界面显示。

人机交互模块14还用于建立用户输入界面，通过该用户输入界面接收控制列车牵引控制装置的物理量，并将该接收的物理量发送给所述参数收发模块的人机交互模块。所述用户输入界面以图形和/或数字的形式显示输入的物理量的值。建立的用户输入界面包括以下之一或任意组合：

牵引手柄控制手柄、电制动控制手柄和速度限制手柄分别以竖条状图形和输入数值关联的形式显示输入的物理量的值；

主断路开关、受电弓开关和司机钥匙开关各自以按钮松开或按下的形式显示断开状态或闭合状态；

换向开关以圆形或椭圆形或矩形显示，在所述圆形或椭圆形或矩形上设置各方向的控制位。

为更清楚地显示人机交互模块14建立的用户输入界面，图5示出了人机交互模块建立的用户界面的一实施例。如图5所示，作为用户输入界面，用户可以将数值输入到牵引设定值下面的框中，这样牵引控制手柄的竖条状图中的三角指示标将升到与该数值对应的地方，同样牵引设定值下面的框中也会显示输入的数值。其他手柄也类似。主断路器开关、受电弓开关和司机钥匙开关用三个可以按下的按钮表示。换向开关用一圆形表示，其中按钮的上部表示方向向前的状态、按钮的下部表示方向向后的状态、按钮的左部表示空挡状态。

作为用户输出界面，当人机交互模块14接收到来自牵引控制装置3反馈的接触网电压、接触网电流或牵引变流器输出功率时，将通过该界面显示出相应的数值。当人机交互模块接收到来自牵引控制装置3的主断路器开关状态反馈，受电弓升降状态反馈或牵引变流器工作状态时，将通过该界面显示出各自的状态。

图5示出的是用户输入界面和输出界面在同一界面的实施例，可选地，人机交互模块14建立的用户输入界面和输出界面也可以是互为分开的界面。例如，当需要输入信息时，仅显示上述的用户输入界面。当需要查看牵引控制装置3反馈的物理量时，仅显示包含反馈物理量的用户输出界面。

本实用新型中，硬件设备上，仿真处理设备1可以是计算机。在计算机上设置PCI插槽，该插槽是基于PCI局部总线(Pedpherd Component Interconnect，周边元件扩展接口)的扩展插槽。通信适配器2通过插入该PCI插槽与仿真处理设备10相连。例如，通信网络为MVB网络时，计算机可以选用为控创C4004M-AT965/ATEX工控机(德国控创集团生产)，MVB网络适配器可以选用大连海天SSMV41DD网卡(大连海天自动化有限公司生产)，此通信适配器插在工控机的PCI插槽上。只要通信适配器的接口与计算机上的插槽接口类型一致，插槽也可以是其他接口类型的插槽。控创C4004M-AT965/ATEX工控机可通过National Instruments公司的Labview 8.5软件建立本实用新型的参数收发模块12和人机交互模块14；可通过Microsoft公司的Visual C++软件建立本实用新型的底层通信模块13；可通过MVB Configuration Tools软件生成MVB总线管理器配置文件。

本实用新型中，仿真处理设备1还可以是板卡，例如PC-104板卡，相应地，通信适配器2为带PC-104插槽的MVB网络适配器，板卡通过插入MVB网络适配器的插槽与MVB网络适配器连接。软件上可更换主程序开发工具为其他如Visual C++、Visual Basic等其他高级编程工具建立底层通信模块13、参数收发模块12以及配置文件生成模块。这种技术方案可以大大地缩小仿真处理设备1的体积。另外，根据不同的通信网络，只需要建立对应的底层通信模块，即可应用于CAN、WORLDFIP以及以太网等其他网络。

本实用新型中，用于仿真列车司机控制装置的设备所用的硬件仅作为开发平台，具有通用性。由于在开发平台上采用软件方式实现仿真，因此参与的设备少，而且相较于纯硬件方式易于定位故障、也不会因操作不当导致司机控制装置的真实设备损坏，节约了维护费用。还可通过变更软件模块实现不同类型的司机控制装置。

本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实施方式中所公开的具体实施例，而是只要满足本实用新型权利要求中技术特征的组合就落入了本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于仿真列车司机控制装置的设备，包括仿真处理设备和与其相连的通信适配器，该仿真处理设备包括：

用于将所述控制列车牵引控制装置需要的物理量封装成对应的控制信息并发送的参数收发模块；

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述总线管理器配置文件中包括：

收发所述控制列车牵引控制装置需要的物理量的端口号、端口大小、端口周期和设备地址。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制列车牵引控制装置需要的物理量包括以下之一或任意组合：换向开关、主断路器开关、牵引控制手柄、电制动控制手柄、速度限制手柄、受电弓开关、司机钥匙开关。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：

所述物理量为换向开关、主断路器开关、受电弓开关或司机钥匙开关时，通过网络所发送数据为布尔量或数字开关量；

所述物理量为牵引控制手柄、电制动控制手柄或速度限制手柄时，通过网络所发送数据为模拟量。

5.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述仿真处理设备还包括用于建立用户输出界面，接收所述参数收发模块发送的来自所述列车牵引控制装置的物理量后通过所述用户输出界面显示；以及

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述用户输入界面以图形和/或数字的形式显示输入的物理量的值。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述用户输入界面包括以下之一或任意组合：

牵引控制手柄、电制动控制手柄和速度限制手柄分别以竖条状图形和输入数值关联的形式显示输入的物理量的值；

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

所述仿真处理设备与所述列车牵引控制装置连接，所述仿真处理设备通过输入/输出接口接收所述列车牵引控制装置发送的物理量。

9.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于：

所述仿真处理设备为带有插槽的计算机，所述通信适配器通过插入所述插槽与所述计算机相连，或者，

所述仿真处理设备为板卡，所述通信适配器带有插槽，所述板卡通过插入所述插槽与所述通信适配器相连。

10.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述与列车牵引控制装置通信的网络为多功能车辆总线MVB网络、控制器局域网络CAN、WORLDFIP网络或以太网络。