專利名稱：一種用于仿真列車司機控制裝置的設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及與軌道交通機車車輛牽引控制相關(guān)的計算機仿真技術(shù)，尤其涉及 一種用于仿真列車司機控制裝置的設備。
背景技術(shù)：
在軌道交通機車車輛中，牽引系統(tǒng)為列車提供動力來源，其常由牽引變壓器、牽引 變流器和牽引電機三部分組成，其中，通過對牽引變流器進行控制可以改變牽引電機的工 作狀態(tài)，從而改變列車的動力情況。圖1是司機控制裝置控制牽引系統(tǒng)的工作流程圖，如圖 1所示，安裝在列車司機室中的司機控制裝置可以實現(xiàn)對列車動力的控制，其控制信息通過 列車級網(wǎng)絡傳送給安裝在牽引變流器中的牽引控制裝置，牽引控制裝置根據(jù)接收的控制信 息及牽引控制算法生成牽引控制信號，并將該牽引控制信號發(fā)送給牽引變流器以實現(xiàn)相應 的控制。牽引控制算法是整個牽引控制裝置的核心，其直接影響列車牽引性能的好壞，因 此在推出一套牽引控制算法之前必須對其進行反復的測試，如果直接在真實列車的牽引系 統(tǒng)上進行測試，設備價格普遍比較昂貴、占地面積大，需要極高的試驗成本，且系統(tǒng)工作在 高電壓高轉(zhuǎn)速之下，一旦發(fā)生意外，會嚴重危害人身財產(chǎn)安全。為了能夠安全高效地進行試驗，目前常采用半實物仿真作為試驗平臺，這種方案 僅需要一臺真實的牽引控制裝置，而牽引系統(tǒng)的主電路通過仿真控制器來實現(xiàn)，在這種情 況下，牽引控制裝置還需要獲取來自司機操作方面的控制信息，為此，通常使用實際的司機 控制裝置和相應的通信設備來實現(xiàn)控制信息傳送。然而，以上這種方式會需要占據(jù)較大面 積，且設備成本較高，不利于在小型實驗室內(nèi)進行試驗。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種成本投入少、易于在小型實驗室內(nèi)與牽引系統(tǒng)搭 建成牽引控制測試平臺進行試驗的用于仿真列車司機控制裝置的設備。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種用于仿真列車司機控制裝置的設備，包 括仿真處理設備和與其相連的通信適配器，該仿真處理設備包括用于根據(jù)控制列車牽引控制裝置需要的物理量和與所述列車牽引控制裝置通信 的網(wǎng)絡環(huán)境生成總線管理器配置文件并下載到所述通信適配器的配置文件生成模塊；用于根據(jù)所述控制列車牽引控制裝置需要的物理量封裝成對應的控制信息并發(fā) 送的參數(shù)收發(fā)模塊；用于接收所述控制信息并通過所述通信適配器發(fā)送到通信網(wǎng)絡以傳送給所述列 車牽引控制裝置的底層通信模塊。作為一種實施方式，所述總線管理器配置文件包括收發(fā)所述控制列車牽引控制裝 置需要的物理量的端口號、端口大小、端口周期和設備地址。作為一種實施方式，所述控制列車牽引控制裝置需要的物理量包括以下之一或任意組合換向開關(guān)、主斷路器開關(guān)、牽引控制手柄、電制動控制手柄、速度限制手柄、受電弓 開關(guān)、司機鑰匙開關(guān)。作為一種實施方式，當所述物理量為換向開關(guān)、主斷路器開關(guān)、受電弓開關(guān)或司機 鑰匙開關(guān)時，通過網(wǎng)絡所發(fā)送數(shù)據(jù)為布爾量或數(shù)字開關(guān)量；當所述物理量為牽引控制手柄、電制動控制手柄或速度限制手柄時，通過網(wǎng)絡所 發(fā)送數(shù)據(jù)為模擬量。作為一種實施方式，本實用新型的仿真處理設備還包括用于建立用戶輸出界面， 接收所述參數(shù)收發(fā)模塊發(fā)送的來自所述列車牽引控制裝置的物理量后通過所述用戶輸出 界面顯示；以及用于建立用戶輸入界面，通過所述用戶輸入界面接收控制列車牽引控制裝置的物 理量，并將該接收的物理量發(fā)送給所述參數(shù)收發(fā)模塊的人機交互模塊。作為一種實施方式，所述用戶輸入界面以圖形和/或數(shù)字的形式顯示輸入的物理 量的值。作為一種實施方式，所述用戶輸入界面包括以下之一或任意組合牽引手柄控制手柄、電制動控制手柄和速度限制手柄分別以豎條狀圖形和輸入數(shù) 值關(guān)聯(lián)的形式顯示輸入的物理量的值；主斷路開關(guān)、受電弓開關(guān)和司機鑰匙開關(guān)各自以按 鈕松開或按下的形式顯示斷開狀態(tài)或閉合狀態(tài)；換向開關(guān)以圓形或橢圓形或矩形顯示，在 所述圓形或橢圓形或矩形上設置各方向的控制位。作為本實用新型的一種實施方式，所述仿真處理設備還與被測試的列車牽引控制 裝置連接，所述仿真處理設備通過輸入/輸出接口接收所述列車牽引控制裝置發(fā)送的物理量。作為本實用新型的一種實施方式，所述仿真處理設備為帶有插槽的計算機，所述 通信適配器通過插入所述插槽與所述計算機相連。作為另一實施方式，所述仿真處理設備為板卡，所述通信適配器帶有插槽，所述板 卡通過插入所述插槽與所述通信適配器相連。作為本實用新型的一種實施方式，所述與列車牽引控制裝置通信的網(wǎng)絡為多功能 車輛總線(Multifunction Vehicle Bus, MVB)網(wǎng)絡、控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network, CAN)、W0RLDFIP (現(xiàn)場總線國際標準 IEC1158-2)網(wǎng)絡或以太網(wǎng)(Ethernet)。本實用新型采用帶通信適配器的仿真處理設備即可生成并發(fā)送測試牽引系統(tǒng)需 要的控制信息給牽引控制裝置，無需使用實際的司機控制裝置和相應的通信設備來實現(xiàn)控 制信息傳送，成本投入少、占地面積小，且易于根據(jù)需要測試的不同的牽引系統(tǒng)發(fā)送相應的 控制信息。
圖1是司機控制裝置控制牽引系統(tǒng)的工作流程圖；圖2是本實用新型的用于仿真列車司機控制裝置的設備的一實施方式的結(jié)構(gòu)框 圖；圖3是本實用新型的用于仿真列車司機控制裝置的設備的另一實施方式的結(jié)構(gòu) 框圖；[0027]圖4是用于仿真列車司機控制裝置的設備與牽引系統(tǒng)共同搭建的測試結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是仿真處理設備的人機交互模塊建立的用戶界面的一實施例。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型的具體實施方式
以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行具體說明。在實際列車上，司機控制裝置包含如下控制和顯示部分牽引控制手柄，輸出模擬量，變化范圍從0%-100% ；電制動控制手柄，輸出模擬量，變化范圍從0% -100% ；速度限制手柄，輸出模擬量，變化范圍從0% -100% ；換向開關(guān)，輸出三態(tài)量，分為向前、向后、空擋兩種狀態(tài)；主斷路(VCB)開關(guān)，輸出開關(guān)量，分為閉合和斷開兩種狀態(tài)；受電弓開關(guān)，輸出開關(guān)量，分為閉合和斷開兩種狀態(tài)；司機鑰匙，輸出開關(guān)量，分為閉合和斷開兩種狀態(tài)；網(wǎng)壓、網(wǎng)流，輸入模擬量，單位為A ；牽引力發(fā)揮及給定，輸入模擬量，單位為百分比；牽引系統(tǒng)狀態(tài)，輸入開關(guān)量，分為正常和故障兩種狀態(tài)；當前電機轉(zhuǎn)速，輸入模擬量，單位為rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。本實用新型為了實現(xiàn)實驗室環(huán)境下列車牽引控制半實物仿真，選取合適的硬件設 備，然后在硬件設備上采用軟件仿真的方式來模擬司機控制裝置。本實用新型的用于仿真列車司機控制裝置的設備能夠?qū)嵻嚿系倪@些物理量通 過通信網(wǎng)絡的方式傳輸給牽引控制裝置，如MVB網(wǎng)絡、CAN網(wǎng)絡、W0RLDFIP網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)等。圖2是本實用新型的用于仿真列車司機控制裝置的設備的一實施方式的結(jié)構(gòu)框 圖。如圖2所示，用于仿真列車司機控制裝置的設備包括仿真處理設備1和與仿真處理設 備1相連的通信適配器2。選取與仿真處理設備1相連的通信適配時應考慮傳輸控制信息 的通信網(wǎng)絡及通信數(shù)據(jù)格式是否符合列車牽引控制裝置的要求。仿真處理設備1包括配置 文件生成模塊11、參數(shù)收發(fā)模塊12和底層通信模塊13。其中參數(shù)收發(fā)模塊12用于根據(jù)控制列車牽引控制裝置需要的物理量封裝成對應的控 制信息并發(fā)送給底層通信模塊13。其完成數(shù)據(jù)應用層上的工作。底層通信模塊13用于接 收所述控制信息并通過所述通信適配器發(fā)送到通信網(wǎng)絡以傳送給列車牽引控制裝置。底層 通信模塊13用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏈路層和物理層傳輸。配置文件生成模塊11用于根據(jù)控制列車牽引控制裝置需要的物理量和與所述列 車牽引控制裝置通信的網(wǎng)絡環(huán)境生成總線管理器配置文件并下載到通信適配器2。通信適 配器2將根據(jù)總線管理器配置文件中的配置信息發(fā)送控制信息。根據(jù)仿真處理設備1與牽引控制裝置通信的網(wǎng)絡環(huán)境(以MVB網(wǎng)絡為例)，以及控 制列車牽引控制裝置需要的物理量為過程數(shù)據(jù)，其具有周期性收發(fā)的特性，生成與之相符 的MVB總線管理器配置文件，如設置好設備地址、端口號、端口大小、端口周期等參數(shù)(示例 參見表1，但并不代表所有應用必須與此表相同)。[0048]表 1
端口號端口大小端口周期數(shù)據(jù)內(nèi)容8132bit16ms換向開關(guān)設定、主斷路器開關(guān)設定82128bit32ms牽引力設定、電制力設定，速度限制值8332bit32ms司機鑰匙開關(guān)狀態(tài)、受電弓開關(guān)狀態(tài)等如圖3所示，示例了用于仿真列車司機控制裝置的設備的另一實施方式的結(jié)構(gòu)框 圖。該用于仿真列車司機控制裝置的設備的仿真處理設備1包括配置文件生成模塊11、參 數(shù)收發(fā)模塊12、底層通信模塊13以及人機交互模塊14。其中，配置文件生成模塊11、參數(shù) 收發(fā)模塊12、底層通信模塊13能夠?qū)崿F(xiàn)的功能參見關(guān)于圖2的各模塊的描述，在此不再贅 述。圖4是用于仿真列車司機控制裝置的設備與牽引系統(tǒng)共同搭建的測試結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖3、圖4所示，牽引控制裝置3通過通信適配器4連入到通信網(wǎng)絡，從而與仿真處理 設備1通信。在列車實際運行過程中，必須對接觸網(wǎng)電壓、接觸網(wǎng)電流、主斷路器開關(guān)狀態(tài) 反饋、受電弓升降狀態(tài)反饋、牽引變流器輸出功率以及牽引變流器工作狀態(tài)等信號進行監(jiān) 測，為了處理這些實時性要求更高的物理量，牽引控制裝置3還通過線纜直接與仿真處理 設備1的輸入/輸出接口相連。因此本實用新型中，牽引控制裝置會將司機控制裝置需要監(jiān)測的信號通過網(wǎng)絡傳 送給仿真處理設備1。下載到通信適配器的MVB總線管理器配置文件中還包括為這些這些 物理量設置的端口號、端口大小和端口周期(示例參見表2，但并不代表所有應用必須與此 表相同)。表 2
端口號端口大小端口周期數(shù)據(jù)內(nèi)容9164bit16ms接觸網(wǎng)電壓、接觸網(wǎng)電流9264bit16ms主斷路器開關(guān)狀態(tài)反饋，受電弓升降狀 態(tài)反饋9364bit16ms牽引變流器輸出功率，牽引變流器工作 狀態(tài) 仿真處理設備1的參數(shù)收發(fā)模塊接收到來自牽引控制裝置3的物理量后會傳送給人機交互模塊14，然后人機交互模塊14將這些物理量通過其建立的用戶輸出界面顯示。人機交互模塊14還用于建立用戶輸入界面，通過該用戶輸入界面接收控制列車 牽引控制裝置的物理量，并將該接收的物理量發(fā)送給所述參數(shù)收發(fā)模塊的人機交互模塊。 所述用戶輸入界面以圖形和/或數(shù)字的形式顯示輸入的物理量的值。建立的用戶輸入界面 包括以下之一或任意組合牽引手柄控制手柄、電制動控制手柄和速度限制手柄分別以豎條狀圖形和輸入數(shù) 值關(guān)聯(lián)的形式顯示輸入的物理量的值；主斷路開關(guān)、受電弓開關(guān)和司機鑰匙開關(guān)各自以按鈕松開或按下的形式顯示斷開 狀態(tài)或閉合狀態(tài)； 換向開關(guān)以圓形或橢圓形或矩形顯示，在所述圓形或橢圓形或矩形上設置各方向 的控制位。為更清楚地顯示人機交互模塊14建立的用戶輸入界面，圖5示出了人機交互模塊 建立的用戶界面的一實施例。如圖5所示，作為用戶輸入界面，用戶可以將數(shù)值輸入到牽引 設定值下面的框中，這樣牽引控制手柄的豎條狀圖中的三角指示標將升到與該數(shù)值對應的 地方，同樣牽引設定值下面的框中也會顯示輸入的數(shù)值。其他手柄也類似。主斷路器開關(guān)、 受電弓開關(guān)和司機鑰匙開關(guān)用三個可以按下的按鈕表示。換向開關(guān)用一圓形表示，其中按 鈕的上部表示方向向前的狀態(tài)、按鈕的下部表示方向向后的狀態(tài)、按鈕的左部表示空擋狀 態(tài)。作為用戶輸出界面，當人機交互模塊14接收到來自牽引控制裝置3反饋的接觸網(wǎng) 電壓、接觸網(wǎng)電流或牽引變流器輸出功率時，將通過該界面顯示出相應的數(shù)值。當人機交互 模塊接收到來自牽引控制裝置3的主斷路器開關(guān)狀態(tài)反饋，受電弓升降狀態(tài)反饋或牽引變 流器工作狀態(tài)時，將通過該界面顯示出各自的狀態(tài)。圖5示出的是用戶輸入界面和輸出界面在同一界面的實施例，可選地，人機交互 模塊14建立的用戶輸入界面和輸出界面也可以是互為分開的界面。例如，當需要輸入信息 時，僅顯示上述的用戶輸入界面。當需要查看牽引控制裝置3反饋的物理量時，僅顯示包含 反饋物理量的用戶輸出界面。本實用新型中，硬件設備上，仿真處理設備1可以是計算機。在計算機上設置PCI 插槽，該插槽是基于PCI局部總線(Pedpherd Component Interconnect，周邊元件擴展接 口)的擴展插槽。通信適配器2通過插入該PCI插槽與仿真處理設備10相連。例如，通 信網(wǎng)絡為MVB網(wǎng)絡時，計算機可以選用為控創(chuàng)C4004M-AT965/ATEX工控機(德國控創(chuàng)集團 生產(chǎn))，MVB網(wǎng)絡適配器可以選用大連海天SSMV41DD網(wǎng)卡(大連海天自動化有限公司生 產(chǎn))，此通信適配器插在工控機的PCI插槽上。只要通信適配器的接口與計算機上的插槽接 口類型一致，插槽也可以是其他接口類型的插槽。控創(chuàng)C4004M-AT965/ATEX工控機可通過 National Instruments公司的Labview 8. 5軟件建立本實用新型的參數(shù)收發(fā)模塊12和人 機交互模塊14 ；可通過Microsoft公司的Visual C++軟件建立本實用新型的底層通信模 塊13 ；可通過MVB Configuration Tools軟件生成MVB總線管理器配置文件。本實用新型中，仿真處理設備1還可以是板卡，例如PC-104板卡，相應地，通信適 配器2為帶PC-104插槽的MVB網(wǎng)絡適配器，板卡通過插入MVB網(wǎng)絡適配器的插槽與MVB網(wǎng) 絡適配器連接。軟件上可更換主程序開發(fā)工具為其他如Visual C++,Visual Basic等其他高級編程工具建立底層通信模塊13、參數(shù)收發(fā)模塊12以及配置文件生成模塊。這種技術(shù)方 案可以大大地縮小仿真處理設備1的體積。另外，根據(jù)不同的通信網(wǎng)絡，只需要建立對應的 底層通信模塊，即可應用于CAN、W0RLDFIP以及以太網(wǎng)等其他網(wǎng)絡。本實用新型中，用于仿真列車司機控制裝置的設備所用的硬件僅作為開發(fā)平臺， 具有通用性。由于在開發(fā)平臺上采用軟件方式實現(xiàn)仿真，因此參與的設備少，而且相較于純 硬件方式易于定位故障、也不會因操作不當導致司機控制裝置的真實設備損壞，節(jié)約了維 護費用。還可通過變更軟件模塊實現(xiàn)不同類型的司機控制裝置。本實用新型的保護范圍并不局限于上述具體實施方式
中所公開的具體實施例，而 是只要滿足本實用新型權(quán)利要求中技術(shù)特征的組合就落入了本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于仿真列車司機控制裝置的設備，包括仿真處理設備和與其相連的通信適配 器，該仿真處理設備包括用于根據(jù)控制列車牽引控制裝置需要的物理量和與所述列車牽引控制裝置通信的網(wǎng) 絡環(huán)境生成總線管理器配置文件并下載到所述通信適配器的配置文件生成模塊；用于將所述控制列車牽引控制裝置需要的物理量封裝成對應的控制信息并發(fā)送的參 數(shù)收發(fā)模塊；用于接收所述控制信息并通過所述通信適配器發(fā)送到通信網(wǎng)絡以傳送給所述列車牽 引控制裝置的底層通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述總線管理器配置文件中包括 收發(fā)所述控制列車牽引控制裝置需要的物理量的端口號、端口大小、端口周期和設備地址。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于，所述控制列車牽引控制裝置需要的物理 量包括以下之一或任意組合換向開關(guān)、主斷路器開關(guān)、牽引控制手柄、電制動控制手柄、速 度限制手柄、受電弓開關(guān)、司機鑰匙開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設備，其特征在于所述物理量為換向開關(guān)、主斷路器開關(guān)、受電弓開關(guān)或司機鑰匙開關(guān)時，通過網(wǎng)絡所發(fā) 送數(shù)據(jù)為布爾量或數(shù)字開關(guān)量；所述物理量為牽引控制手柄、電制動控制手柄或速度限制手柄時，通過網(wǎng)絡所發(fā)送數(shù) 據(jù)為模擬量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的設備，其特征在于，所述仿真處理設備還包括用于 建立用戶輸出界面，接收所述參數(shù)收發(fā)模塊發(fā)送的來自所述列車牽引控制裝置的物理量后 通過所述用戶輸出界面顯示；以及用于建立用戶輸入界面，通過所述用戶輸入界面接收控制列車牽引控制裝置的物理 量，并將該接收的物理量發(fā)送給所述參數(shù)收發(fā)模塊的人機交互模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設備，其特征在于，所述用戶輸入界面以圖形和/或數(shù)字的形 式顯示輸入的物理量的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設備，其特征在于，所述用戶輸入界面包括以下之一或任意 組合牽引控制手柄、電制動控制手柄和速度限制手柄分別以豎條狀圖形和輸入數(shù)值關(guān)聯(lián)的 形式顯示輸入的物理量的值；主斷路開關(guān)、受電弓開關(guān)和司機鑰匙開關(guān)各自以按鈕松開或按下的形式顯示斷開狀態(tài) 或閉合狀態(tài)；換向開關(guān)以圓形或橢圓形或矩形顯示，在所述圓形或橢圓形或矩形上設置各方向的控 制位。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設備，其特征在于所述仿真處理設備與所述列車牽引控制裝置連接，所述仿真處理設備通過輸入/輸出 接口接收所述列車牽引控制裝置發(fā)送的物理量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的設備，其特征在于所述仿真處理設備為帶有插槽的計算機，所述通信適配器通過插入所述插槽與所述計算機相連，或者，所述仿真處理設備為板卡，所述通信適配器帶有插槽，所述板卡通過插入所述插槽與 所述通信適配器相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的設備，其特征在于，所述與列車牽引控制裝置通 信的網(wǎng)絡為多功能車輛總線MVB網(wǎng)絡、控制器局域網(wǎng)絡CAN、WORLDFIP網(wǎng)絡或以太網(wǎng)絡。
專利摘要本實用新型涉及一種用于仿真列車司機控制裝置的設備，包括仿真處理設備和與其相連的通信適配器，該仿真處理設備包括用于根據(jù)控制列車牽引控制裝置需要的物理量和與所述列車牽引控制裝置通信的網(wǎng)絡環(huán)境生成總線管理器配置文件并下載到通信適配器的配置文件生成模塊；用于將控制所述列車牽引控制裝置需要的物理量封裝成對應的控制信息并發(fā)送的參數(shù)收發(fā)模塊；用于接收所述控制信息并通過所述通信適配器發(fā)送到通信網(wǎng)絡以傳送給所述列車牽引控制裝置的底層通信模塊。采用本實用新型，成本投入少、且易于在小型實驗室內(nèi)與牽引系統(tǒng)搭建成牽引控制測試平臺進行試驗。
文檔編號G05B19/418GK201853130SQ20102062953
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者馬馳 申請人:中國鐵道科學研究院機車車輛研究所