WAG-9H型印度货运电力机车CCU控制软件架构设计

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2023年12月21日发(作者：)

总第202期2021年第4期工业设计现代工业经济和信息化ModernIndustrialEconomyandInformationizationTotalof202No.4，2021DOI:10.16525/.14-1362/n.2021.04.23WAG-9H型印度货运电力机车CCU控制软件架构设计梁永瑞，赵摘豆，李骁猛西安710016）（中车永济电机有限公司，陕西要：阐述WAG-9H型印度货运电力机车中央控制单元CCU（CentralControlUnit）硬件结构和CCU功能及控制软件开发流程，并对CCU控制软件的架构设计进行了介绍。关键词：CCU；MVB总线；开发流程；软件架构中图分类号：U264文献标识码：A文章编号：2095-0748（2021）04-0055-03引言WAG-9H型印度货运电力机车TCMS网络控制系统由中车永济电机有限公司设计，其中央控制单元CCU硬件采用中车大连电力牵引研发中心有限公司的产品。CCU是TCMS网络控制系统的核心部件，采用符合IEC61375-1国际标准的多功能车辆总线（MVB）与机车其他控制子系统设备进行数据交互，从而实现机车MVB总线管理、机车运行逻辑控制和故障诊断等功能[1]。1CCU硬件平台介绍WAG-9H型印度货运电力机车TCMS网络系统包含2个中央处理单元CCU、1个事件记录仪ERM，其中CCU1与ERM共用一个3U机箱，并与RIOM1、GW1组成I型网络控制柜，安装在机械间低压电气柜1内。网络，能够从网络中自动获取相关运行数据进行存储，当故障发生时，ERM能够自动记录故障发生的时间、故障代码、故障描述以及对应的列车速度、弓网电压、原边电流、牵引/制动级位等环境变量。ABX1ABCDEFsX4X1ABCDEFsX4X2POW-INX3X2X5X6X3X5X6图1中央控制单元CCU其中，运行记录的频率为200字节/100ms，采用FIFO的记录方式至少可以记录7d的数据；故障记录分为3个文件循环记录，每个文件记录10000条，累计记录30000条故障信息。这些记录数据可以通过以太网或USB接口进行下载，并通过上位机软件进行解析，方便检修人员对列车发生的故障进行深入分析。CCU内嵌嵌入式VxWorks实时操作系统，在操作系统上配置了符合IEC61131-3标准的、面向工程应用的图形化软件编程工具。CCU系统架构为7层结构设计[2]（如下页图2所示），自底向上依次为：1）BSP层：板级支持包层、硬件板卡与VxWorks操作系统的接口，实现硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟、计时器和总线内存地址映射、内存分配等功能；2）Linux系统层：VxWorks操作系统内核，实现中央控制单元CCU采用3U-40TE机箱设计，由电源板卡、CCU板卡和ERM板卡组成，如图1所示。其中，板卡之间通过PC/104总线连接在一起，具有USB、以太网、RS232、S485/RS422等通信接口。其CPU采用IntelCeleron500MHz处理器，该处理器具有256kBL2高速缓存，100MHzFSB，板上集成256MBSDRAM、1MBFlashEPROM、2GBEDOM电子硬盘，具有看门狗和实时时钟功能。事件记录仪ERM通过MVB总线接入整车控制收稿日期：2021-03-01第一作者简介：梁永瑞（1987—），男，毕业于西安理工大学，硕士研究生，工程师，研究方向为轨道交通机车网络控制系统设计。

窑56窑现代工业经济和信息化******************第11卷多任务调度、任务间的同步、进程间通信、中断处理、定时器和内存管理；3）数据链路层：以太网、MVB、RS232等的链路层程序，包括总线管理、过程数据、远程文件访问等；4）协议层：实现TCN总线协议，MVB设备间数据通信；5）管理层：用于配置文件更新、运行数据和故障数据的记录与下载；6）控制软件开发底层：PLC控制引擎、自定义功能块代码；7）应用层：符合IEC61131-3标准的OpenPCS开发机车控制软件程序。应用层OpenPCS机车控制软件编程控制软件开发底层PLC引擎管理层配置文件更新、数据记录与下载协议层通信协议数据链路层总线管理Linux系统层VxWorksBSP层RS232、ETH、USB硬件机箱、板卡图2CCU系统架构CCU系统文件包括Bootrom、VxWorks镜像、MPU配置文件和PLC控制程序。Bootrom由BSP生成，用来加载VxWorks镜像。VxWorks镜像包括操作系统内核和网络通信等功能。MVB配置文件使用专用工具“MVB-CT”软件生成，包括MVB设备地址、端口地址、Fcode和特征周期等参数配置[3]。MPU配置文件由专用工具“Sqliteadmin”软件生成，包括项目配置信息、大小开端转换、运行数据记录、故障数据记录、监视变量等参数配置。PLC控制程序由OpenPCS软件开发并编译而成，实现机车的逻辑控制。2CCU控制软件CCU控制软件使用OpenPCS软件编译环境，并采用符合IEC61131-3标准的结构化文本ST语言开发。按照CCU整车控制软件开发流程和控制软件系统架构可开发出用于整车控制及故障保护逻辑的应用程序。CCU控制软件开发流程可按照以下6个步骤完成：编制一份符合CCU规范的标准数据流，并采用Excel公式提取出用于控制逻辑编程的变量文件；根据整车控制逻辑在OpenPCS软件中进行编程，并通过在线运行的方式对程序的正确性进行验证后生成文件；根据数据流按照端口号从小到大先宿端口后源端口的原则编写端口配置文件，在MVB-ct工具中生成/文件；在数据流中提取Unit格式类型的数据并使用Sqliteadmin工具生成配置大小开端的文件；根据CCU硬件资源的不同生成符合其硬件配置的VxWorks配置文件；最后使用FlashFXP工具，并通过以太网将这些文件下载到目标机CCU。按照以上CCU控制软件开发流程完成各项文件并下载至CCU后，即可进行整车控制程序和故障保护逻辑的编译和测试工作。CCU控制软件开发流程如图3所示：数据流端文件置口文配件开换端转文件orks图3CCU控制软件开发流程图在CCU控制软件开发流程中最为重要的一项任务就是在OpenPCS软件中搭建整车控制及故障保护并生成文件，该环节中可使用控制软件系统架构中的方式完成。CCU整车控制及故障保护逻辑控制软件系统架构可分为以下三个层次：根据数据流编制控制软件的变量文件（如：”、“”等），其包含带有CCU存储区物理地址的直接变量（DirectGlobalVariable）和用于逻辑运算的中间变量（GlobalVariable）；使用ST语言编写整车控制逻辑和故障保护逻“

2021年第4期梁永瑞，赵豆，李骁猛：WAG-9H型印度货运电力机车CCU控制软件架构设计窑57窑辑，其中在主程序“”内编写时间管理及控制子逻辑的调用任务。控制子逻辑（如：“ACU_”、“VCB_”）可使用OpenPCS软件自带的功能块和自定义功能块完成功能逻辑搭建；按照数据流和控制逻辑中的变量内容，完成CCU向其他控制单元发送的MVB通信变量的赋值文件（如：“CCU_”“CCU_”、）的编写。按照CCU控制软件系统架构完成整车控制及故障保护逻辑文件并下载至目标机CCU后，可使用OpenPCS的在线运行功能（Online）,通过单步调试方法修正和完善控制程序，最后可通过陪测设备或者列车半实物仿真测试进行功能验证。ACU_pressor_Mode_ograph__er_Spd_ing__ctive_State__liance___TEL_able_____图4CCU控制软件系统架构图3结语WAG-9H型印度货运电力机车CCU整车控制及故障保护逻辑已完成系统软配置件的编制及控制软件的编程和测试，即将进行列车级半实物仿真测试验证，并装车调试运行。这将为后期装车运行、开拓印度铁路市场奠定基础。[3][1][2]参考文献肖家博，黎福海.基于TCN的车辆控制单元（VCU）的研究与设计[J].机车电传动，2010（1）：30-32.韩红彬，王晓鹏.HXD2系列电力机车MPU软件结构设计[J].铁道机车与动车，2017（8）：4-7.于跃，姜悦礼.基于TCN的大功率交流传动电力机车网络控制系统[J].电力牵引与控制，2010（30）：10-12.（编辑：王红霖）DesignofCCUControlSoftwareArchitectureforWAG-9HIndianElectricFreightLocomotive(CRRCYongjiElectricCo.,Ltd.,Xi’anShaanxi710016)Abstract:ThispaperintroducesthehardwarestructureofCentralControlUnit(CCU)ofWAG-9HIndianfreightelectriclocomotive,elaboratesthefunctionsofCCUandthedevelopmentprocessofControlsoftware,ds:CCU;MVBbus;developmentprocess;softwarearchitectureLiangYongrui,ZhaoDou,LiXiaomeng欢迎投稿欢迎订阅编辑部电话：************编辑部邮箱：******************

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