中国城市轨交的新时代_CompactRIO_HDCL

中国城市轨交的新时代

2011/9/6 13:52:00

应用需求：随着我国经济实力的不断增强，为提高交通运输能力以适应经济增速，国家正在大力发展轨道列车技术。当前现代交通中轨道列车的关键技术和设备主要被日本、德国等发达国家所垄断，为提高我国轨道列车的核心竞争力，自主研发列车中的关键技术势在必行。

面临的挑战：在统一的平台上自主开发多种通信协议，实现与现有设备的通信与联调。

解决方案：CompactRIO -40~70℃的工作温度范围，抗50g冲击，完全能胜任机车工作环境要求，整个系统基于NI LabVIEW图形化的软件开发平台和CompactRIO硬件平台，统一的开发环境大大提升了开发效率、缩短了开发周期。基于NI提供的CompactRIO自定义模块，我们很快开发出HDLC协议控制模块，满足了通信需求。

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完整案例分析

监测系统总体架构我们在列车两端车头驾驶舱各配置了一个CompactRIO作为主控制器，又给每个车厢配备了一个CompactRIO集成化控制器和若干总线通讯和数据采集模块。CompactRIO控制器之间同时采用Ethernet LAN和RS485通讯，构成环网以达到冗余。系统支持多个协议接口，可实现车辆控制单元与VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency，变频调速系统）等复杂元器件通信，控制对象包括车门、空调、广播、多媒体设备、无线设备等。 cRIO-9074是一款集实时操作系统和FPGA于一体的控制器机箱，利用控制器自带的以太网口可以方便地通过TCP/IP协议与上位机进行交互，NI提供的C系列模块8槽扩展机箱NI 9144 设有2个以太网端口，可借助菊花链 (daisy-chain)方式连接多个EtherCAT从设备。此外，利用NI labVIEW的Modbus I/O Server技术，我们很容易地基于以太网实现了cRIO-9074与列车信息显示系统Proface触摸屏的Modbus Ethernet通讯。

丰富的C系列模块支持多测试对象和多通讯接口

NI C系列模块家族中包括了多种规格的模拟数字I/O、继电器模块、串行接口模块和CAN通讯模块等等，这些模块大大提高了系统的兼容性，使系统的开发更为灵活。在这次列车监控系统的研发中，我们用到了以下模块：
模拟I/O模块——NI9201、NI9203、NI9211、NI9263、NI9265；
数字I/O模块——NI9435、NI9401、NI9522、NI9423；
继电器模块——NI 9481、NI 9485；
RS485/422串行接口模块——NI 9871；
高速CAN通讯模块——NI 9853；
存储模块——NI 9802。

其中，NI9401+FPGA编程完成HDLC通讯协议，实现了cRIO与车厢内设备HDLC通讯协议；NI9853+FPGA编程完成CANopen通讯协议，实现了cRIO与车厢中各CANopen接口设备的通讯。我们又将各车厢设备数据汇总到cRIO 9074，通过NI9871传输至整车的RS485通讯总线，完成驾驶舱与各车厢设备的数据交互。此外，NI 9422、NI9423完成了24V逻辑数字控制；NI9481、NI9485完成大电压、大功率继电器控制；模拟输入输出通道完成了多对象数据采集和控制；NI9802+FPGA编程拓展了在线存储容量。

现场调试大获全胜

在成都某地铁列车编组的车厢内，我们基于CompactRIO高速数字模块，使用自行开发的HDCL 基本协议和相关时序逻辑的FPGA IP Core，与日本三菱公司的HDLC设备联调成功。在六编组机车上，我们完成了6台cRIO-9074的联机测试，验证了该监测系统中RS485、CANopen、HDLC等多种通讯协议，测试结果表明，CompactRIO在机车环境中具有优越的工作性能和极强抗干扰性。

目前，该系统的全部功能和技术储备均已完成，即将应用到城市轨道交通（地铁）的动态编组机车中。