行業(yè)：軌道交通
應(yīng)用需求：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)增速，國(guó)家正在大力發(fā)展軌道列車(chē)技術(shù)。當(dāng)前現(xiàn)代交通中軌道列車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要被日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，為提高我國(guó)軌道列車(chē)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，自主研發(fā)列車(chē)中的關(guān)鍵技術(shù)勢(shì)在必行。
面臨的挑戰(zhàn)：在統(tǒng)一的平臺(tái)上自主開(kāi)發(fā)多種通信協(xié)議，實(shí)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(jī)車(chē)工作環(huán)境要求，整個(gè)系統(tǒng)基于NI LabVIEW圖形化的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和CompactRIO硬件平臺(tái)，統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境大大提升了開(kāi)發(fā)效率、縮短了開(kāi)發(fā)周期。基于NI提供的CompactRIO自定義模塊，我們很快開(kāi)發(fā)出HDLC協(xié)議控制模塊，滿足了通信需求。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)我們?cè)诹熊?chē)兩端車(chē)頭駕駛艙各配置了一個(gè)CompactRIO作為主控制器，又給每個(gè)車(chē)廂配備了一個(gè)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(shí)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(gè)協(xié)議接口，可實(shí)現(xiàn)車(chē)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(duì)象包括車(chē)門(mén)、空調(diào)、廣播、多媒體設(shè)備、無(wú)線設(shè)備等。 cRIO-9074是一款集實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和FPGA于一體的控制器機(jī)箱，利用控制器自帶的以太網(wǎng)口可以方便地通過(guò)TCP/IP協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行交互，NI提供的C系列模塊8槽擴(kuò)展機(jī)箱N(xiāo)I 9144 設(shè)有2個(gè)以太網(wǎng)端口，可借助菊花鏈 (daisy-chain)方式連接多個(gè)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(shí)現(xiàn)了cRIO-9074與列車(chē)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(cè)試對(duì)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(kāi)發(fā)更為靈活。在這次列車(chē)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(chǔ)模塊——NI 9802。
其中，NI9401+FPGA編程完成HDLC通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了cRIO與車(chē)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(shí)現(xiàn)了cRIO與車(chē)廂中各CANopen接口設(shè)備的通訊。我們又將各車(chē)廂設(shè)備數(shù)據(jù)匯總到cRIO 9074，通過(guò)NI9871傳輸至整車(chē)的RS485通訊總線，完成駕駛艙與各車(chē)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(duì)象數(shù)據(jù)采集和控制；NI9802+FPGA編程拓展了在線存儲(chǔ)容量。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試大獲全勝
在成都某地鐵列車(chē)編組的車(chē)廂內(nèi)，我們基于CompactRIO高速數(shù)字模塊，使用自行開(kāi)發(fā)的HDCL 基本協(xié)議和相關(guān)時(shí)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(jī)車(chē)上，我們完成了6臺(tái)cRIO-9074的聯(lián)機(jī)測(cè)試，驗(yàn)證了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中RS485、CANopen、HDLC等多種通訊協(xié)議，測(cè)試結(jié)果表明，CompactRIO在機(jī)車(chē)環(huán)境中具有優(yōu)越的工作性能和極強(qiáng)抗干擾性。
目前，該系統(tǒng)的全部功能和技術(shù)儲(chǔ)備均已完成，即將應(yīng)用到城市軌道交通（地鐵）的動(dòng)態(tài)編組機(jī)車(chē)中。
