西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 朱慧勇

鐵路運(yùn)輸屬于日常生活中主要的運(yùn)輸方式，鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行速度及運(yùn)載能力是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。在鐵路行業(yè)中，運(yùn)輸是主要內(nèi)容，現(xiàn)代運(yùn)輸技術(shù)在不斷的發(fā)展，具有低成本及高效率的優(yōu)勢(shì)，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)及集約化的經(jīng)營(yíng)模式，逐漸成為現(xiàn)代化鐵路行業(yè)的典范。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為電力機(jī)車主要技術(shù)，以列車主要的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建大量列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)產(chǎn)品，而且還能壟斷相應(yīng)行業(yè)。所以具備自主產(chǎn)權(quán)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，能夠有效提高我國(guó)電力機(jī)車競(jìng)爭(zhēng)力。

1 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，也就是車輛級(jí)和列車級(jí)，動(dòng)車以一個(gè)動(dòng)車組單元作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元，單元之間利用列車總線進(jìn)行通信。允許列車級(jí)WTB/單元機(jī)MVB 結(jié)構(gòu)，還允許列車級(jí)ETB/單元級(jí)環(huán)形以太網(wǎng)ECN。列車級(jí)控制總線可以使用絞線式列車總線WTB、基于EMD為通信介質(zhì)的多功能車輛總線MVB。車輛控制級(jí)可以使用將EMD 作為通信介質(zhì)的多功能車輛總線MVB，功能級(jí)控制總線可以使用RS485 通信總線及HDLC 等通信方式[1]。系統(tǒng)使用分布式控制技術(shù)，也就是分布式收集、執(zhí)行、中央集中控制和管理的模式，中央控制單元CCU 集控制、監(jiān)測(cè)及診斷功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)交換的集合，并且對(duì)接收數(shù)據(jù)及向子控制系統(tǒng)指令進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)及診斷的功能。為了使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可靠性得到提高，每個(gè)列車都配置雙CCU，從個(gè)人實(shí)現(xiàn)控制冗余。正常情況中，系統(tǒng)會(huì)選擇列車控制端CCU 作為主控設(shè)備，在主控單元出現(xiàn)故障的時(shí)候，備用的主控單元就會(huì)自動(dòng)升級(jí)為主控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車中央控制單元功能，保證列車正常運(yùn)行。此冗余功能能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫切換。

2 系統(tǒng)主處理單元的硬件設(shè)計(jì)

西門子S7-300 PLC 主要是面向制造工程系統(tǒng)的解決方案，其主要性能特點(diǎn)為：具備通用性及豐富CPU，性能較高，模塊化設(shè)計(jì)，因?yàn)槭褂肕MC 存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)免維護(hù)。S7-300 是一種可擴(kuò)展模塊系統(tǒng)，也就是擴(kuò)展模塊具有不同組合。CPU型號(hào)不同，其功能也各有不同，全部CPU 中都具備集成輸入輸出點(diǎn)。并不是全部中央處理單元都具備通信接口，比如CPU315-2DP 為集成具有PROFIBUS 接口處理單元，此信號(hào)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量及開(kāi)關(guān)量的輸出、輸入，并且電源能夠?qū)崿F(xiàn)不同交流電的連接，并且具有較高的抗震動(dòng)及兼容性，使其能夠滿足最高工業(yè)環(huán)境使用需求。

3 系統(tǒng)中主處理單元的功能設(shè)計(jì)

3.1 通信方式

3.2 MPU 應(yīng)用程序

3.2.1 主處理單元MPU的功能設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)核心為MPU，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重要功能模塊，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)FIPV 總線的管理，接收網(wǎng)絡(luò)傳輸信息幀并且解析，利用FIP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送其他模塊命令，BCU、TCU 等，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的控制。在本系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主處理單元MPU 基本功能，也就是實(shí)現(xiàn)FOPV 總線管理功能，包括總線仲裁機(jī)制、變量交換等。MPU應(yīng)用程序的功能較為復(fù)雜，并且具有較高的可靠性及實(shí)時(shí)性需求，尤其是在MPU 程序內(nèi)部的多任務(wù)調(diào)度能力需求方面。

3.2.2 主處理單元MPU 系統(tǒng)功能的構(gòu)成

應(yīng)用程序?qū)DM通信庫(kù)作為基礎(chǔ)，那么就要對(duì)FDM通信庫(kù)進(jìn)行編譯，對(duì)C 源程序中user_opt 文件進(jìn)行修改，以軟件、硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)處理器類型選項(xiàng)、編譯器及操作系統(tǒng)等選項(xiàng)的設(shè)置。

根任務(wù)的主要功能為：

其一，初始化系統(tǒng)。主要指的是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)內(nèi)存分配、I/O 系統(tǒng)，并且還能夠以系統(tǒng)符號(hào)實(shí)現(xiàn)工具及資源的初始化，實(shí)現(xiàn)日志任務(wù)、異常處理任務(wù)的創(chuàng)建。

其二，設(shè)置任務(wù)調(diào)度方式。VxWorks 中系統(tǒng)默認(rèn)的任務(wù)通過(guò)搶先機(jī)搶占式開(kāi)展，所以就要設(shè)置FIPV 網(wǎng)絡(luò)初始化及總線仲裁實(shí)現(xiàn)高優(yōu)先，對(duì)沒(méi)有較高實(shí)時(shí)性要求并且占據(jù)大量系統(tǒng)資源的任務(wù)設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)。

其三，實(shí)現(xiàn)功能任務(wù)的創(chuàng)建。主處理單元MPU功能主要是由五部分構(gòu)成。

函數(shù)返回值是一種任務(wù)ID，能夠便于今后的操作。此函數(shù)能夠?qū)⑷蝿?wù)創(chuàng)建到就緒狀態(tài)中設(shè)置，還能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存空間的自動(dòng)分類，使其能夠轉(zhuǎn)變成為任務(wù)控制塊或者堆棧。

其四，初始化FIPV。在根任務(wù)中設(shè)置初始化函數(shù)FIPV_Init，主要目的就是實(shí)現(xiàn)FIPV 網(wǎng)絡(luò)初始化、MPS 變量、內(nèi)存區(qū)域初始化及信息幀定義的配置等。此函數(shù)能夠?qū)ζ渌蝿?wù)功能提供必要元素，并且創(chuàng)建工作環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)主處理單元基本功能的設(shè)計(jì)，后續(xù)功能需要在今后研究過(guò)程中完善。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)能量交換、邏輯關(guān)系及總線掃描的觀察，表示其滿足前期網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)的需求。