摘  要： 文章以深圳地铁 5 号线国产化车辆为例，阐述了车辆控制程序门部分的设计，重点分析了软件接口文件和软件代码的编写思路。

关键词： 地铁车辆； 网络控制； 门控

 

      深圳地铁5 号线国产化车辆网络控制程序采用了DTECS 网络控制系统平台和 MULTIPROG 编程系统。

      DTECS 是专为轨道车辆的列车控制和通信而设计的一套车载计算机系统，包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具，它控制并监视整个列车。

      DTECS 是一个分布式控制系统， 它将分布于整个列车的各个智能单元联结成一个列车网络， 这些单元可分别安装于车下设备箱中、 司机台或车厢内的控制柜中，各不同的分布式单元将使用TCN 总线连接起来。这种系统的最大的优点是：显著减少各箱柜之间的连线，方便将来对系统功能的扩展。总线的扩展比较简单，只须增加一根连接到该单元的电缆线，并更新应用软件就能和新的单元进行通信。

      DTECS 的模块包括车辆控制模块（VCM）、TCN 网关模块（GWM）、事件记录模块（ERM）、数字量输入输出模块（DXM）、数字量输入模块（DIM）、模拟量输入输出模块（AXM）、远程通信模块（RCM）、总线耦合模块（BCM）、智能显示单元（IDU）。

      车辆控制程序是下载到VCM 里的程序 ，DXM、DIM、AXM 用来采集硬线电路的信号 ，DXM 和 AXM用来输出VCM 发给外部硬线电路的控制信号，IDU 显示相应的信息给司机。 VCM、DXM、DIM、AXM、IDU、主门控器（MDCU）之间通过 MVB 总线进行通信。

      MULTIPROG 的编程系统已广泛地应用于不同工业领域，除可靠性和适应性之外，还拥有强大的功能和直观的用户界面。 MULTIPROG支持所有功能图块编程语言。工具包可用来调整用户特有的运行控制系统，能根据用户程序的大小进行联机改变， 用户界面可使用多种语言，支持具有多个控制器的分布式系统。通过兼容的版本， 可进行统一的 MULTIPROG 版本管理 。MULTIPROG 适用于工程的各个生命阶段。 通过直观的功能处理， 用户可在自动控制工程内的各个阶段得到支持：包括工程处理、控制应用程序的创建、控制器的参数化和配置、代码生成（编译）和下装到控制器、测试、试运行和服务、文档归档等。

      控制软件的开发过程大体分为以下几个步骤：定义编程规范，软件接口设计，软件代码设计，软件的测试与验证，系统联调，地面维护软件的编写。

      深圳地铁5 号线国产化车辆为 6 节编组， 每节车有10 个门和 10 个门控器（EDCU）。 10 个门控器中包括2 个 MDCU 和 8 个从门控器 （LDCU），每个门控器监视并控制相应的门。每节车EDCU 之间通过 CAN 总线进行通信。 2 个 MDCU 通过 MVB 总线和 VCM 进行通信，以令牌的方式交替对本节车的 EDCU 进行轮询。在正常通信状态下，2 个 MDCU 发送相同的数据给VCM（互为冗余），并且接收 VCM 发出的控制指令。

 

      按照编程规范进行编程有利于程序的整合。 深圳地铁5 号线国产化车辆网络控制程序的编程规范包括变量定义规范和公共库设计规范。

      变量定义规范主要分以下几方面： 变量名称定义规范、变量组名称规范、变量描述规范、变量缩写规范。 变量名称主要由变量的性质、设备名称、车号、设备号、变量含义等属性确定。 例如 G_Door11_CbkDoorEn 表示 A1 车第一个门使能反馈（Cbk是反馈的缩写。 En是使能的缩写。Door后面第一个“1”表示车号，1、2、3、4、5、6分别代表A1、B1、C1、C2、B2、A2 车；第二个“1”表示门号）。

      公共库是程序经常用到的用户自己定义的功能和功能块的集合。本项目中，所有用户自己定义的功能块都放在一个库里，然后在程序中插入该功能库，就可以使用库里面的功能和功能块。本项目的公共库内容如表1 所示。

      软件的接口文件包括数据流文件和功能描述文件。数据流文件是网络中需要传输数据的集合。控制程序门部分所需的数据流有两种：一种是通过DXM、DIM 采集的硬线电路的信号， 例如采集左门开保持信号、门零速信号等；另一种是MDCU 与 VCM 通信的数据，如VCM 发给门控的检测到障碍物时自动关门的延时时间、第一节车第三个门的门开状态反馈信号等。MDCU 与 VCM 的数据流内容如下：

      1）VCM 发给 MDCU 的数据 。 VCM 向所有 MDCU发送时间日期、车号、控制指令和参数信息。

      2）MDCU 发给 VCM 的信息。 MDCU 向 VCM 发送相应车辆门的诊断信息、统计信息和状态信息。诊断信息包括MDCU 所在车辆的所有门的故障信息。 例如门锁到位失效、 门驱动电机线短路等 。 统计信息包括MDCU 所在车辆的所有门控器的软件版本号和所有门的开关门次数。 状态信息包括 MDCU 所在车辆的所有门的状态信息，如门开状态、门零速状态等。

      功能描述文件是根据用户的要求编写的各个系统需要实现功能的文件，其编写要求全面、清楚。 深圳地铁5 号线国产化车辆门系统的功能描述文件主要有以下内容：车门系统的控制开关、主要控制功能、车门的监控、故障诊断、单门开关功能、逃生门的功能、车门工作参数调节功能、时间日期同步、车号确认和硬连线信号确认。通过分析功能说明文件来确定哪些部分是由EDCU 实现的，哪些部分是由硬线电路实现的，哪些部分是由网络控制程序实现的。 如果是网络控制程序实现的， 需确定输入输出信号及那些信号和输入输出信号的逻辑关系。

      软件代码编写是以前面的两项工作为基础进行的，网络控制程序门控部分的内容主要包括以下几个方面：

      根据上节所述，控制程序门部分所需的数据流有硬线采集的数据，也有MDCU 发送过来的数据。 每节车有两个互为冗余的MDCU，它们发送给 VCM 的数据相同，所以程序中需要判断采用哪个MDCU 的数据。 控制程序可以通过MDCU 发送过来的生命信号的状态检测 MDCU和VCM 是否正常通信， 对应的变量分别是 MDCU1 通信正常、MDCU2通信正常。 判断流程如图 2 所示。

      根据输入数据和控制逻辑，VCM把相应的输出数据发送给所有MDCU。比如车门控制切换功能的实现，当司机发现硬连线传输开关门指令出现故障时，司机可旋转司机室屏柜中的门控制切换开关。 DXM采集门控制切换开关的信号， 如果采集到高电平表示司机发现硬连线传输的开关门命令有问题， 选择了网络开关门命令，则 VCM 发送网络开关门有效命令给每个车的MDCU，车门控制器根据网络信号执行开关门操作。

      门控制功能程序包括： 车门网络控制与硬线控制切换功能、顺序开门功能、车门回路旁路、零速旁路和开关门命令。车门网络控制与硬线控制切换功能是把司机室中切换按钮的状态通过VCM 发给 MDCU，再由 MDCU 负责判断采用网络还是硬线指令。 顺序开门功能是 VCM检测是否2 个充电机都故障，如果是，则需要发送顺序开门指令给MDCU，由 EDCU 来执行顺序开门。 开关门命令包括发给MDCU 的开关门命令、 发给乘客信息系统（PIS）的开关门命令和发给ATC 的开关门命令。

       门监视程序包括：门隔离状态监控、门紧急解锁状态监控、门开状态监控、门开状态判断、门关状态判断、门零速状态判断、门关好锁闭状态判断。