行業(yè)：軌道交通
應(yīng)用需求：隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強，為提高交通運輸能力以適應(yīng)經(jīng)濟增速，國家正在大力發(fā)展軌道列車技術(shù)。當(dāng)前現(xiàn)代交通中軌道列車的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要被日本、德國等發(fā)達(dá)國家所壟斷，為提高我國軌道列車的核心競爭力，自主研發(fā)列車中的關(guān)鍵技術(shù)勢在必行。
面臨的挑戰(zhàn)：在統(tǒng)一的平臺上自主開發(fā)多種通信協(xié)議，實現(xiàn)與現(xiàn)有設(shè)備的通信與聯(lián)調(diào)。
解決方案：CompactRIO -40~70℃的工作溫度范圍，抗50g沖擊，完全能勝任機車工作環(huán)境要求，整個系統(tǒng)基于NI LabVIEW圖形化的軟件開發(fā)平臺和CompactRIO硬件平臺，統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境大大提升了開發(fā)效率、縮短了開發(fā)周期。基于NI提供的CompactRIO自定義模塊，我們很快開發(fā)出HDLC協(xié)議控制模塊，滿足了通信需求。
監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)我們在列車兩端車頭駕駛艙各配置了一個CompactRIO作為主控制器，又給每個車廂配備了一個CompactRIO集成化控制器和若干總線通訊和數(shù)據(jù)采集模塊。CompactRIO控制器之間同時采用Ethernet LAN和RS485通訊，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)以達(dá)到冗余。系統(tǒng)支持多個協(xié)議接口，可實現(xiàn)車輛控制單元與VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency，變頻調(diào)速系統(tǒng)）等復(fù)雜元器件通信，控制對象包括車門、空調(diào)、廣播、多媒體設(shè)備、無線設(shè)備等。 cRIO-9074是一款集實時操作系統(tǒng)和FPGA于一體的控制器機箱，利用控制器自帶的以太網(wǎng)口可以方便地通過TCP/IP協(xié)議與上位機進(jìn)行交互，NI提供的C系列模塊8槽擴展機箱NI 9144 設(shè)有2個以太網(wǎng)端口，可借助菊花鏈 (daisy-chain)方式連接多個EtherCAT從設(shè)備。此外，利用NI labVIEW的Modbus I/O Server技術(shù)，我們很容易地基于以太網(wǎng)實現(xiàn)了cRIO-9074與列車信息顯示系統(tǒng)Proface觸摸屏的Modbus Ethernet通訊。
豐富的C系列模塊支持多測試對象和多通訊接口
NI C系列模塊家族中包括了多種規(guī)格的模擬數(shù)字I/O、繼電器模塊、串行接口模塊和CAN通訊模塊等等，這些模塊大大提高了系統(tǒng)的兼容性，使系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活。在這次列車監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)中，我們用到了以下模塊：
模擬I/O模塊——NI9201、NI9203、NI9211、NI9263、NI9265；
數(shù)字I/O模塊——NI9435、NI9401、NI9522、NI9423；
繼電器模塊——NI 9481、NI 9485；
RS485/422串行接口模塊——NI 9871；
高速CAN通訊模塊——NI 9853；
存儲模塊——NI 9802。
其中，NI9401+FPGA編程完成HDLC通訊協(xié)議，實現(xiàn)了cRIO與車廂內(nèi)設(shè)備HDLC通訊協(xié)議；NI9853+FPGA編程完成CANopen通訊協(xié)議，實現(xiàn)了cRIO與車廂中各CANopen接口設(shè)備的通訊。我們又將各車廂設(shè)備數(shù)據(jù)匯總到cRIO 9074，通過NI9871傳輸至整車的RS485通訊總線，完成駕駛艙與各車廂設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。此外，NI 9422、NI9423完成了24V邏輯數(shù)字控制；NI9481、NI9485完成大電壓、大功率繼電器控制；模擬輸入輸出通道完成了多對象數(shù)據(jù)采集和控制；NI9802+FPGA編程拓展了在線存儲容量。
現(xiàn)場調(diào)試大獲全勝
在成都某地鐵列車編組的車廂內(nèi)，我們基于CompactRIO高速數(shù)字模塊，使用自行開發(fā)的HDCL 基本協(xié)議和相關(guān)時序邏輯的FPGA IP Core，與日本三菱公司的HDLC設(shè)備聯(lián)調(diào)成功。在六編組機車上，我們完成了6臺cRIO-9074的聯(lián)機測試，驗證了該監(jiān)測系統(tǒng)中RS485、CANopen、HDLC等多種通訊協(xié)議，測試結(jié)果表明，CompactRIO在機車環(huán)境中具有優(yōu)越的工作性能和極強抗干擾性。
目前，該系統(tǒng)的全部功能和技術(shù)儲備均已完成，即將應(yīng)用到城市軌道交通（地鐵）的動態(tài)編組機車中。
