基于LabVIEW的深圳5号线列车仿真系统研究
摘 要： 基于 LabVIEW 的地铁车辆仿真系统由工业计算机、测试机箱、输入输出模块和测试对象组成，整个仿真系统包括司机台仿真模块和控制系统仿真模块。 司机台仿真模块提供仿真信号输入，控制系统仿真模块对输入信号进行逻辑处理，输出控制指令，从而验证列车控制系统的功能。
关键词： 地铁车辆； 仿真系统； 测试； LabVIEW
随着城市的迅速发展， 地铁车辆在城市交通系统中发挥了重要的作用，同时市场竞争也越来越激烈，因此在地铁车辆的生产过程中，既要缩短设计周期，降低生产和调试成本，又要保证车辆的运行稳定性，成为了抢占市场份额的重要因素。 基于 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的城轨车辆仿真系统很好地解决了这个问题， 本文阐述了此系统在深圳地铁5 号线国产化车辆中的应用。
1 LabVIEW 简介
LabVIEW是一种图形化的编程语言， 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。图形化的程序语言，又称G 语言。 使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具，所有 LabVIEW 程序都被称为虚拟仪器（VI）。
2 列车仿真系统结构
整个仿真系统由工业计算机、测试机箱、输入输出模块和测试对象组成。如图1 所示。
由图1 看出：
1）工业计算机作为运行 LabVIEW 仿真测试程序的主机，提供仿真测试界面和输入/输出变量；工业计算机内安装有PCI 总线的多功能数据采集卡 、CAN 卡 、串口卡等设备，用于与其他设备的连接。
2）测试机箱与工业计算机通过 RS422 接口连接，用于采集I/O 变量。 根据网络控制系统的测试需求，工业计算机通过测试机箱、采样通信板卡向被测网络控制系统输出各类测试命令和信号。
3）测试机箱通过硬线与输入输出模块连接 ，输入输出模块通过MVB 总线与网络控制系统中的模块连接， 其他子系统的各类信号经 PCI 板卡送至工业计算机进行分析与处理。
3 列车仿真系统的软件设计
列车仿真系统分为司机台仿真模块和控制系统仿真模块，其中司机台仿真模块是仿真手工操作，获得输入信号，如各种按钮的开/关、主控手柄的位置信息，方向手柄的位置信息，旋钮的位置信息等。 控制系统仿真模块的子VI 按照电气原理图进行设计，分为自运行 VI和调用时显示的VI， 前者为后台模式， 在程序后台运行，以保持当前的全局变量，后者为当前模式，显示当前的仿真状态。 软件变量的设计规范主要有以下内容：
1）全局变量。 由于整个系统的各个模块相互联系，所以在系统的设计过程中，要明确全局变量，方便模块间的调用。 本程序中的全局变量主要是指手动输入值和智能设备的输入输出变量、控制按钮等。
2）调试用临时全局变量。 整个仿真系统采用分工设计，单独的模块设计完成后先内部调试，此临时全局变量是为方便模块内程序调试而设置，在系统完成后可以删除。
3）局部变量。 局部变量只在模块内部使用，与其他模块没有逻辑关系。局部变量在程序中是指继电器的常开和常闭触点，由全局变量赋值，通过逻辑关系控制继电器触点的断开和闭合。
3.1 司机台仿真模块
司机台仿真模块包括A 车主控制台，A 车副控制台，A 车继电器柜，A 车左右侧墙，B、C 车继电器柜。
深圳地铁5 号线车辆操作台前面板包含整列车的司机台控制和继电器柜中的按钮、 旋钮控制， 点击按钮，程序将调用相应程序的前面板。
3.2 控制系统仿真模块
以列车激活控制电路的仿真设计为例进行说明。
3.2.1 列车激活回路的电气原理
列车激活回路的主要作用是检查列车的完整性，并在列车完好的情况下激活列车， 是整个硬线控制电路的重要部分。激活触发旋钮采用三位置的自复位旋转开关（即 ON，0，OFF 位）：0 为常态，ON 位激活列车，OFF 位关闭列车。若在一单元激活列车，激活触发旋钮旋至ON 位，通过列车永久 110 V 电源使继电器得电，相应的触点断开或是闭合，完成整列车的激活。
3.2.2 仿真模块的设计
每个程序模块包含条件选择结构和循环结构，条件选择结构用于选择该循环结构是后台程序还是当前显示，循环结构是程序执行的主体。程序模块按照功能划分为：变量赋值和按照电气原理图执行的逻辑顺序。根据变量的类型和属性，按照软件变量的设计规范，对变量进行赋值。
图2 为部分程序结构的逻辑关系图，由图中可以看出输入变量经过各种逻辑关系组合，得到输出变量，在程序的前面板上显示为继电器的得电或失电， 控制台面板上相应的指示灯点亮或熄灭、仪表指针的动作等。
4 系统的测试
模块分工设计完成后，经过整合，进入系统测试阶段，测试的主要工作是验证系统输入是否能够得到正确的系统输出。经过测试，该仿真系统可准确地验证列车控制系统的功能，完全满足系统的需求。
5 结束语
基于LabVIEW 的仿真系统在深圳地铁 5 号线国产化车辆中应用良好，既能发现整个系统与列车功能要求的差别，又能使各个子系统与列车控制系统进行仿真通信测试， 从而保障在车辆的静态调试和动态调试之前发现问题和解决问题，节省了调试时间，降低了调试成本。 同时，该仿真系统具有很好的通用性，在后续的系统设计中也可以推广应用。
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