LabVIEW在CRH380BL高速动车组调试中的应用

刘玉铃，张永波，杨冠军，李文斌，贾 敏

(中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司，河北 唐山 063035)

0 引言

随着京沪高铁的开通运营，国产新一代CRH380BL高速动车组以其高度的安全可靠性以及卓越的舒适性赢得了社会各界的好评，并越来越受到人们的关注。而这一切成绩则基于CRH380BL高速动车组的精细制造，单车调试是动车组制造过程中的一个重要环节，车辆组装完成后就要对单个车辆进行功能调试。单车调试的质量和效率严重影响着其后的列车调试以及动车组交付运行。

本文针对CRH380BL高速动车组的单个车辆的调试工作引入一种单车模拟试验台，以LabVIEW虚拟仪器开发平台为工具，设计编写单个车辆中的各个子系统的监测和控制界面，通过OPC技术完成与被调试车辆的MVB总线的连接，并顺利通过CRH380BL动车组现场调试验证。

1 LabVIEW简介

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Warkbench)的简称，是美国国家仪器公司(National InstrumentsTM，NI)推出的一种基于图形程序的虚拟仪器仪表开发平台，与仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作，是简化且更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境［1］，其在测量测试、数据采集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获得了广泛的应用［2］。

一个完整的LabVIEW开发环境包括基本模块和扩展模块两部分。引擎部分是整个图形化开发环境的核心，它包括编辑模块、运行模块和调试模块，其程序主要包括两个部分:前面板(即人机界面)和程序框图。

前面板(Front Panel)用于模拟真实仪器的面板操作，由控件和指示元件组成。控件集成了旋钮、开关等用户输入控制对象，可以为程序输入数据。指示元件类似仪器的输出装置可以显示输出值以及实现图表和文字显示。

程序框图是用图标连线方式的图形，是程序的图形化源代码。工作指令由G语言编制的图标式流程图获得，它既可被用作最高的程序也可以是被其它程序调用的子程序［2］(每个程序都可以称为一个VI)。流程式的程序设计与科技工程人员较为熟悉的数据流和方框图的概念是一致的，而且由于流程图与传统程序设计语言的语法细节无关，因此更易于工程设计人员上手，减少构建和测试程序的时间。

2 单车调试系统组成

动车组的单个车辆中的各个子系统通过MVB网络与头车司机室的中央控制单元连接，由中央控制单元集中控制管理［3-4］。单车调试时单个车辆中没有中央控制单元，因此需要借助单车模拟试验台，实现中央控制单元的部分功能。

单车调试系统主要由模拟试验台和被调试车辆组成，模拟试验台和被调试车辆中的各个子系统之间通过车辆总线 MVB(Multifunction Vehicles Bus)连接［5］，用单车模拟试验台模拟中央控制单元指令输出，完成单车调试工序各个子系统的例行试验项目，其网络结构示意图如图1所示。

图1 单车调试系统网络结构示意图

工控机通过PCI转MVB卡和调试车辆上的各个子系统进行通信，PCI转MVB卡使用西门子的MVB PC/104模块，通过母板插接到工控机的PCI插槽上。工控机上安装有PCI转MVB卡的通信驱动程序和OPC Server，LabVIEW运行在工控机上，通过DSC模块中的OPC客户端与MVB卡的OPC服务器连接，实现与MVB总线的数据交互。西门子AS318模块担当MVB BA(Bus Administrator)，负责MVB通信的管理和仲裁［6］。

3 单车调试模拟软件设计

CRH380BL动车组包括9种不同的车型，为满足不同车型的调试需求需要为每种车型编制单独的模拟软件;根据CRH380BL的电路图以及各系统控制逻辑，分析出各子系统控制信号的逻辑关系，然后用LabVIEW软件设计出各个子系统的调试监控界面［7-9］。单车调试模拟软件采用主界面VI+各个子系统界面VI的方式编制。

3.1 主界面VI设计

主界面VI主要负责各个子系统界面VI和MVB通讯数据处理VI的调用，满足多个子系统界面VI同时执行和使用权限控制的需求。主界面启动时首先会出现欢迎对话框和密码输入对话框，当输入密码与预先存储在文本文件中的密码一致时才进入主界面并启动MVB通讯数据处理VI;点击主界面左侧的子系统按钮可以启动对应的子系统界面VI。图2和图3分别显示了EC车的主界面和主界面程序框图。

图2 EC车模拟软件主界面

图3 EC车模拟软件主界面程序框图

3.2 子系统界面VI设计

各子系统界面VI实现对应子系统的监测和控制，包括各个子系统的部件状态监视、启动信号输出、温度数据和固件版本等显示，采用中文和英文两种语言显示。EC车的辅助供电系统(APS)操作界面如图4所示。

3.3 MVB通讯数据处理VI设计

MVB通讯数据处理VI主要负责各子系统界面操作数据和MVB总线上的数据之间的数据转换以及MVB总线通信状态检测。利用被调试车辆中SKS(输入输出设备)［10］的生命信号来检查MVB总线通信是否正常，该信号在0和1之间循环，程序中每次检测到该信号为1时计数，然后以进度条的形式在前面板显示。MVB通讯数据处理VI的前面板和程序框图如图5所示。

图4 EC车辅助供电系统操作界面

图5 MVB通讯数据处理VI的前面板和程序框图

4 与MVB总线通信的实现

OPC(OLE for Process Control—用于过程控制的OLE)［11］是一个工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。OPC为工业控制设备与应用软件之间建立了统一的数据存取规范，这个接口规范不但能够应用于独立计算机，而且可以支持网络上不同应用程序之间的通信，以及不同平台上应用程序之间的通信［12］。单车调试模拟程序利用LabVIEW软件自带的DSC模块中的OPC客户端连接OPC服务器［13］，OPC服务器通过MVB卡及其驱动程序实现与MVB总线的数据交互。如图6所示。

图6 LabVIEW软件与MVB总线的通讯示意图

当OPC服务器收到MVB总线的数据时，OPC服务器将数据转换为标准的OPC格式［14］，供OPC客户端访问。OPC客户端可读取数据并将要发送新数据写入OPC服务器，由OPC服务器发布到MVB总线上。OPC服务器将数据分为组和项，并将数据在一个标准接口上显示。OPC客户端的数据被分为不同的组后，可以组为单位，发出更新通知的请求。项是OPC服务器所发布的数据的相关信息。

通过DSC模块内建的与OPC Server通讯的机制，使系统复杂性大大简化，编程规模和读写速度皆不受变量数量的限制，大大缩短了软件开发周期，提高了软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。

5 结束语

LabVIEW的图形化编程环境，可以使用户灵活设计各种监控系统而无需具备太多编程经验;通过CRH380BL动车组的单车调试现场应用验证，基于LabVIEW编写的该单车调试模拟软件)能够很好地与被调试车辆的MVB总线上的各个子系统进行通讯，可以实现被调试车辆上的各个子系统的监测和控制，满足各个子系统的例行测试要求。单车模拟试验台的应用使动车组单车调试更加智能，大大提高了CRH380BL动车组调试工序的效率。

［1］陈敏，汤安.虚拟仪器软件LabVIEW与数据采集［J］.小型微型计算机系统，2001，22(4):501-503.

［2］杨乐平，李海涛，肖相生，等.LabVIEW程序设计与应用［M］.北京:电子工业出版社，2001.

［3］刘建强，郑琼林，张永锋，等.CRH3型动车组列车网络传输介质电气特性研究［J］.机车电传动，2010(6):7-11.

［4］沙淼，王伟，徐建波.CRH5型和CRH3型动车组列车网络控制系统的比较［J］.铁道车辆，2012，50(1):25-27.

［5］IEC61375-1，Electric Railway Equipment-Train Bus-Part 1:Train Communication Network［S］.

［6］凌青，张进元.基于LabVIEW的地铁车辆控制单元软件测试系统［J］.机车电传动，2010(6):63-66.

［7］王建群，南金瑞，孙逢春，等.基于LabVIEW的数据采集系统的实现［J］.计算机工程与应用，2003，39(21):122-125.

［8］雷振山，肖成勇，魏丽，等.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用(第2版)［M］.北京:中国铁道出版社，2012.

［9］陈树学，刘萱.LabVIEW宝典［M］.北京:电子工业出版社，2011.

［10］张顺广，王欣，张翔.具有MVB接口的输入输出设备的分析［J］.铁道机车车辆，2010，30(5):4-7.

［11］Ffyy0106.OPC Overview 1.0.pdf［EB/OL］.http://download.csdn.net/detail/ffyy0106/373678，2008-03-08.

［12］何奇文.OPC技术在LabVIEW 8.0 DSC模块中的运用［J］.计算机工程与设计，2006，27(22):4389-4391.

［13］National Instruments.LabVIEW User Manual［Z］.Temas:National Instruments，2010.

［14］0PC Foundation.OPC Data Access Custom Interface Specification 3.0［EB/OL］.http://en.pudn.com/downloads90/doc/detail342104_en.html，2012-09-21.