列车网络控制系统半实物仿真平台设计及应用.pdf

列车网络控制系统半实物仿真平台设计及应用

发表时间：2019-09-19T09:32:14.280Z来源：《电力设备》2019年第8期作者：刘维洋

[导读]摘要：根据列车网络控制系统测试需求的概念,设计半实物仿真平台,描述了网络仿真平台的设计，具体实现方法和应用过程,充分表

明其所设计的仿真测试平台能够解决现有测试方法的许多问题,具有较强的技术和创新功能。

（中车大连电力牵引研发中心有限公司辽宁省大连市116052)

摘要：根据列车网络控制系统测试需求的概念,设计半实物仿真平台,描述了网络仿真平台的设计，具体实现方法和应用过程,充分表明其

所设计的仿真测试平台能够解决现有测试方法的许多问题,具有较强的技术和创新功能。

关键词：半实物仿真；网络控制系统；建模；功能测试

网络控制系统(TCMS)是对列车牵引系统、制动系统以及列车内部主要设备的状态进行监控，实现对车辆的管理、监控和诊断功能。网

络控制系统作为轨道交通设备的神经和大脑，其运行的可靠性关系到列车的安全，以及人民生命财产的安全。因此，网络控制系统在正式

运行前，必须经过充分的测试和验证。然而，车辆的动静态调试阶段，主要是各子系统设备与设备、设备与车身网络之间协调的调试过

程，而不是帮助各子系统发现错误的过程。因此，迫切需要一套高效可靠的地面测试系统来测试网络控制系统。

半实物仿真平台设计1.

设计需求分1.1析

网络控制系统的基础上，分析当前在装货前功能测试的方法，明显的优点和缺点应该扬长避短的设计平台，测试平台的设计应具有以

下特点:一是测试平台可以真正模拟列车网络控制系统的工作条件:二是测试平台的测试过程操作简单，方便专业介入;第三，测试过程不需

要第三方的配合，可以灵活自由的进行测试。

半实物仿真技术是物理仿真与数字仿真相结合的一种仿真技术，它比数字仿真更接近真实情况，能够解决物理仿真无法模拟的一些问

题。半实物仿真作为替代真实环境或设备的一种典型方法，不仅提高了仿真的逼真度，而且，解决了以往系统中，存在的许多复杂的建模

问题。

系统方1.2案设计

基于半实物仿真技术的设计思想，构建了列车网络半实物仿真平台，测试车辆控制单元(VCU)的功能和网络通信在网络控制系统中的

状态。设计、测试单位、部门的联邦控制器，远程输入单元(RIOM)，显示(DDU)，及其他模块的物理访问的形式模拟循环，牵引系统、辅

助系统、制动系统等体积相对较大的子系统的数学仿真模型运行在访问模拟电路、系统设计的原则，如图1。

具体实现1.3

根据平台设计原理图，模拟器、VCU、RIOM、DDU通过MVB总线相互连接，通过MVB总线相互通信。上位机(建模工具和监控软件)

通过以太网电缆连接到模拟器。控制器和FlexI/O之间，以及通过硬线连接到FlexI/O和RIOM之间。采用FlexI/O将采集到的硬线信号经调理

后发送给RIOM单元的DI或AI模块进行采集;同时，接收来自RIOM单元DO或AO模块的硬线信号。因为在半实物仿真平台的使用不同的网络

控制系统测试项目，每个项目的控制表的硬线信号RIOM混凝单元不同，导致强硬路线收到RIOM单元接线方式会有所不同，因此，分析在

每个项目中，将需要更改一次硬线连接。为了避免重复布线的问题，可以通过调整FlexI/O模块中收集的相关硬线信号的顺序，使之与项目

中RIOM单元的数据通道相对应，从而避免硬线的重连。

上位机采用MATLAB/Simulink软件作为前端仿真建模工具，用于网络控制系统各子系统的建模以及模型代码的生成和下载。上位机还

运行实验监控软件，实现了项目管理、测试启停控制、测试参数输入、反馈变量监控、测试数据记录等实时仿真测试功能。采用NIPXI-

8109模拟器，运行各子系统仿真模型的可执行目标代码，该模拟器可与MATLAB/Simulink无缝连接。VCU机箱用于运行被测网络控制系统

的主控程序，RIOM机箱用于采集控制器发出的硬线控制信号。

该平台还引入了故障注入模块对网络控制系统进行干扰，用于模拟车辆运行过程中网络控制系统的噪声和振动干扰。该模块由干涉注

入硬件板卡和测试软件两部分组成。测试软件用于控制干扰的类型、启动和停止时间以及干扰的持续时间。

半实物仿真平台应用2.

仿真测试2.1流程

在使用网络半实物仿真平台进行仿真测试时，测试人员一般需要进行以下几个步骤：测试分析与设计，测试用例设计，离线模型搭

建、