內(nèi)燃動(dòng)車組顯示屏軟件設(shè)計(jì)

矯德余， 吳 濤， 宋小寧， 溫天宇

(北車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司， 遼寧大連 116022)

內(nèi)燃動(dòng)車組顯示屏軟件設(shè)計(jì)

矯德余， 吳 濤， 宋小寧， 溫天宇

(北車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司， 遼寧大連 116022)

顯示屏是內(nèi)燃動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的重要組成部分。簡述了內(nèi)燃動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能需求，介紹了顯示屏軟硬件配置及應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)了顯示屏軟件架構(gòu)，分別從顯示功能、故障診斷功能、設(shè)定功能和輔助功能等方面對應(yīng)用軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，所設(shè)計(jì)的顯示屏軟件功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定、界面友好，滿足內(nèi)燃動(dòng)車組實(shí)際應(yīng)用需求。

軟件設(shè)計(jì)； 顯示屏； 內(nèi)燃動(dòng)車組； 組態(tài)

內(nèi)燃動(dòng)車組是由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)主發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)而由交流電傳動(dòng)方式進(jìn)行整車控制的動(dòng)車組式列車。內(nèi)燃動(dòng)車組主要用于無變電站和接觸網(wǎng)的軌道區(qū)域的旅客運(yùn)輸，常見于第三世界國家。某內(nèi)燃動(dòng)車組項(xiàng)目單列車為3輛編組形式，其中包括2輛動(dòng)車和1輛拖車(即：Mc3+ Tc2+ Mc1)，能夠以最高100 km/h的速度運(yùn)行，兩列內(nèi)燃動(dòng)車組可以編組連掛運(yùn)行。內(nèi)燃動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是列車的高層通信與控制系統(tǒng)，采用滿足IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的列車通信網(wǎng)絡(luò)，由絞線式列車級總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)組成，整車的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 內(nèi)燃動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

顯示屏(簡稱HMI，又稱人機(jī)接口) 是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的重要組成部分，每列內(nèi)燃動(dòng)車組配備兩個(gè)顯示屏，分別分布于兩個(gè)動(dòng)車的司機(jī)室內(nèi)。顯示屏負(fù)責(zé)完成車輛和車載設(shè)備的狀態(tài)顯示、各級故障的診斷與報(bào)警、車輛參數(shù)的設(shè)定及其他輔助功能，是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供給司乘人員和車輛維護(hù)人員與內(nèi)燃動(dòng)車組交互的重要可視接口。

1 顯示屏簡介

1.1 設(shè)備硬件

某內(nèi)燃動(dòng)車組顯示屏設(shè)計(jì)采用10.4寸按鍵式液晶顯示屏，滿足EN 50155和UIC 612-01標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)基于32位飛思卡爾MPC5200B處理器，主頻400 MHz，256 MB DDR內(nèi)存，32 MB Flash和1MB Non RAM，同時(shí)內(nèi)置1 GB擴(kuò)展卡。為了能夠滿足多途徑的連接方式，配置了1對MVB-EMD接口，2個(gè)CAN接口，1個(gè)高速以太網(wǎng)接口，1個(gè)全雙工的RS232接口和1個(gè)USB接口。設(shè)備供電電壓采用24～110 V寬電壓供電方式，以滿足在不同環(huán)境下的應(yīng)用需求。

1.2 系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境

顯示屏內(nèi)嵌Linux操作系統(tǒng)，具有安全、高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)。顯示屏應(yīng)用軟件由UniCAP軟件開發(fā)，UniCAP是顯示屏軟件的集成開發(fā)環(huán)境，基于Windows XP系統(tǒng)UniCAP可以根據(jù)拓?fù)?、部件和它們之間的連接關(guān)系、特性來描述分布式控制系統(tǒng)。UniCAP提供了符合IEC 61131-3的語言，包括：功能塊圖(FBD)，順序功能圖(SFC)，結(jié)構(gòu)化文本(ST)，C語言和C++語言。功能塊庫包含了大量的通用功能塊，同時(shí)也有特別用于TCMS系統(tǒng)的功能塊，如用于TCN通信(過程數(shù)據(jù)和消息收發(fā))的功能塊，用于生成和操作診斷記錄的功能塊，用于操作HMI屏幕的功能塊等。UniCAP組件如圖2所示，各組件功能見表1。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)顯示屏軟件架構(gòu)如圖3所示。當(dāng)顯示屏上電后，系統(tǒng)進(jìn)入配置界面，待所有設(shè)備全部連接到網(wǎng)絡(luò)上后，系統(tǒng)進(jìn)入主界面，通過各功能鍵分別進(jìn)入相應(yīng)界面。根據(jù)功能不同，將顯示屏軟件主要分為以下幾部分：顯示功能，包括主界面、門界面以及柴油機(jī)等參數(shù)界面，主要用于顯示車輛和設(shè)備的相關(guān)參數(shù)信息；故障診斷功能，包括實(shí)時(shí)故障界面和故障記錄，主要負(fù)責(zé)故障的診斷和記錄；設(shè)定功能，包括開關(guān)界面和維護(hù)相關(guān)界面，通過設(shè)定功能可以進(jìn)行車輛參數(shù)的設(shè)定和車載設(shè)備的控制；輔助功能，主要包括刷新時(shí)間、監(jiān)視數(shù)據(jù)等界面，多用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或車輛調(diào)試使用。

圖2 集成開發(fā)環(huán)境UniCAP的軟件組件

表1 UniCAP組件的功能

圖3 軟件流程圖

2.2 顯示功能設(shè)計(jì)

界面顯示利用UniCAP軟件中FPD功能塊中可視化Label和State功能實(shí)現(xiàn)。Label可視化模塊可以從參數(shù)列表中進(jìn)行內(nèi)容索引，內(nèi)容的字體大小以及表現(xiàn)形式可以在Resource string索引列表中自行編寫，ResourceID可選擇索引列表中的類別，ResourceIndex則作為Resource string 的索引碼，用于選擇該類別下的某一內(nèi)容信息。該可視化模塊的內(nèi)容、邊框以及背景顏色均可以通過參數(shù)中的對應(yīng)控制變量進(jìn)行設(shè)定，如圖4所示。

State可視化模塊不僅可以像Label模塊一樣從參數(shù)列表中進(jìn)行靜態(tài)內(nèi)容索引顯示，同時(shí)還可以顯示動(dòng)態(tài)內(nèi)容，State模塊在參數(shù)列表中比Label模塊多添加了顯示模式功能。State模塊之所以可以顯示動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，正是因?yàn)轱@示模式的多樣化，才使之變得更加靈活。MLR_STATE 有兩種工作模式，這2種工作模式通過Mode 輸入切換。當(dāng)Mode=0時(shí)Val輸入值直接被顯示。當(dāng)Mode=1時(shí)通過ResourceID參數(shù)和 ResourceIndex 輸入顯示MLR string 中定義好的內(nèi)容。對于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)，在索引列表中需要選擇形如$s15$v字樣的索引內(nèi)容，該形式使State可視化模塊將直接顯示Val所關(guān)聯(lián)的變量，如圖5所示。

圖4 Label參數(shù)列表

圖5 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示

2.3 故障診斷功能設(shè)計(jì)

顯示屏的故障診斷功能對司機(jī)及調(diào)試人員來說起到至關(guān)重要的作用，此功能可以直觀的反映出列車在運(yùn)行及調(diào)試過程中各子設(shè)備所存在的故障信息。通過故障診斷界面可以查找實(shí)時(shí)故障以及所有發(fā)生過的故障信息。通過按鍵操作，可以選擇查看更為詳細(xì)的故障指南，提示并指導(dǎo)司機(jī)及維修人員針對此故障如何進(jìn)行操作及維修。在本設(shè)計(jì)中，我們使用封裝好的故障記錄模塊Event Record，可以控制其輸入變量來增加故障的設(shè)備源信息以及故障發(fā)生車輛號，并可以在參數(shù)中添加故障代碼，故障描述等重要的信息，以上這些信息均可以在故障記錄塊中進(jìn)行設(shè)置，在記錄的同時(shí)，我們采用可視化卷列表ScrlList SD來索引故障塊中所添加的各類信息。如圖6所示。

圖6 故障診斷

2.4 設(shè)定功能設(shè)計(jì)

顯示屏的設(shè)定功能在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中也起到了重要的作用，通過顯示屏的時(shí)間設(shè)定、輪徑設(shè)定、空調(diào)運(yùn)行模式設(shè)定、運(yùn)行數(shù)據(jù)修改等操作界面可以對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，以滿足當(dāng)前列車運(yùn)行的最佳狀態(tài)。另外，在列車調(diào)試過程中，通過顯示屏可以模擬發(fā)出過程數(shù)據(jù)信息，輔助VCU以及其他設(shè)備完成必要的調(diào)試操作。在本設(shè)計(jì)中，將功能塊與ST語言相結(jié)合，利用二者各自的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)顯示屏的設(shè)定功能。如圖7所示。

圖7 設(shè)定功能

2.5 輔助功能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，除了設(shè)計(jì)顯示屏通用的顯示、設(shè)定等功能外，由于此項(xiàng)目具有列車重聯(lián)的狀態(tài)，我們還設(shè)計(jì)了提示界面，當(dāng)列車解聯(lián)及重聯(lián)時(shí)會(huì)彈出提示界面，提示司機(jī)作出相應(yīng)的操作。同時(shí)，為了使得該設(shè)計(jì)應(yīng)用起來更具有廣泛性，還增加了語言切換功能，以滿足各國的應(yīng)用需求。

3 界面應(yīng)用

通過上述設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)出應(yīng)用界面38個(gè)，包括：主界面、重聯(lián)主界面、診斷界面、車輛設(shè)定界面(如圖8所示)和柴油機(jī)參數(shù)界面、牽引參數(shù)界面、監(jiān)視數(shù)據(jù)界面、故障指南界面等。

4 總 結(jié)

基于UniCAP集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)顯示屏軟件具有快速高效的特點(diǎn)，通過架構(gòu)設(shè)計(jì)和各個(gè)功能界面的設(shè)計(jì)完成了內(nèi)燃動(dòng)車組顯示屏軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)參數(shù)顯示功能、故障診斷功能、車輛設(shè)定功能、輔助功能等，現(xiàn)場應(yīng)用表面該軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，得到了用戶的廣泛好評。

[1] 陳特放，曾秋芬.列車微機(jī)與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[2] 張立斌．基于Qt的電力機(jī)車顯示屏系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[D]．大連：大連海事大學(xué)，2008．

[3] 計(jì)三有，張偉建．基于Qt/Embedded的嵌入式門座起重機(jī)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)控制界面的設(shè)計(jì)[J]．工程機(jī)械，2014，45(2)：1-7．

Software Design of Human Machine Interface for Diesel Multiple Unit

JIAODeyu,WUTao,SONGXiaoning,WENTianyu

(CNR Dalian Electric Traction R&D Center Co., Ltd., Dalian 116022 Liaoning, China)

Human Machine Interface is an important part of Train Control and Monitoring System for Diesel Multiple Unit. This paper introduces the functional requirements of Train Control and Monitoring System, and the application development environment of hardware and software for the Human Machine Interface. It designs the display software architecture, and the detailed display pages respectively from the display function and fault diagnosis function, set function and auxiliary function. The display software owns perfect function, stable operation, and friendly interface. Practical application shows that the designed software meets the demand of Diesel Multiple Unit.

software design; human machine interface; diesel multiple unit; configuration software

1008-7842 (2015) 06-0050-04

5—)男，工程師(

2015-06-05)

U266.1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.13