RS422总线广泛应用于工业现场数据连接,许多工业设备的通信接口都采用了RS422总线。因此利用RS422总线实现模型与实物的实时数据交换以进行半实物仿真,是目前工业装备研制过程中的迫切需求。 世冠科技自主研发的GCAir系统仿真测试验证一体化平台,可以满足虚拟到半实物的一体化仿真需求,能够支持RS422总线的管理调度,基于GCAir可以实现RS422总线半实物仿真。 本文以控制器Cont和执行装置Act之间RS422总线通信为例,详细介绍了在GCAir中通过RS422总线实现半实物仿真的方法。通过搭建工程实际测试,验证了基于GCAir的RS422总线通信能够满足工业装备半实物仿真的需求。 RS422总线标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,最初由电子工业协会制订发布,现已广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、电子等领域的数据通信。
RS422总线采用全双工通信方式,以平衡发送和差分接收方式传输信号,数据传输采用五线制,发送正、发送负、接收正、接收负、地线,其中发送信号和接收信号通常以两组双绞线为传输介质。RS422总线支持单点发送、多点接收的通信方式,允许在相同传输线上连接多个接收节点。
- 抗干扰能力强——采用平衡发送和差分接收,能够有效减少噪声信号的干扰;
- 可靠性强——接口信号电平较低,不易损坏接口电路芯片。
2.1 GCAir简介
GCAir系统仿真测试验证一体化平台是世冠科技基于MBSE思想完全自主研发的一款工业软件,为复杂装备系统研制的正向设计提供了工具支撑,为数字孪生技术落地应用提供了解决方案。GCAir支持多源异构模型集成,从全虚拟到半实物一键切换,能够在同一平台上完成模型在环、软件在环、硬件在环测试,具备连续综合集成测试验证的能力,可应用于复杂装备从设计研发到运行维护的全生命周期。它有以下特点:
在GCAir中单击“总线+”按钮新建“RS422总线”,选择“所属库”并输入总线名称,在“总线管理”窗口的“基本属性”选项卡中显示新建总线的基本属性。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974392619_tnn2er.jpg?imageView2/0)
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974394373_2nnrcq.jpg?imageView2/0)
根据通信接口协议文件,在“报文信号”选项卡中,对RS422总线的通信报文进行配置,包括报文的名称、长度、周期、相位、模式、大小端等。选中某条报文后,配置该条报文包含的信号,包括信号的名称、类型、描述、起始字节、起始位、数据长度、是否有符号、初始值、增益、偏移等。 本例中控制器Cont发送、执行装置Act接收的报文长度为6,包括2个帧头、3个指令信号、1个校验,通信周期5ms,报文信号配置如图3所示。 执行装置Act发送、控制器Cont接收的报文长度为9,包括2个帧头、6个指令信号、1个校验,通信周期10ms,以同样格式完成配置。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974396813_cb4gib.jpg?imageView2/0)
根据通信接口协议文件,在“信号释义”选项卡中,按照需要对信号进行说明描述,提高模型的可读性。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974390092_kee1av.jpg?imageView2/0)
根据通信接口协议文件,在“报文节点”选项卡中,配置总线报文节点,可设置通信波特率、奇偶校验、停止位、收发矩阵等参数。 本例中波特率为230400bps,无奇偶校验,报文Cont_to_Act由控制器Cont发送、执行装置Act接收,报文Act_to_ Cont由执行装置Act发送、控制器Cont接收,报文节点配置如图5所示。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974394760_rzurqg.jpg?imageView2/0)
在GCAir中单击“子系统+”按钮新建子系统,子系统命名为“Cont”,作为控制器子系统。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974389192_itfysd.jpg?imageView2/0)
点击“ICD配置”,选择对应的库Lib_T,点选“总线”,选择建立的RS422总线,并设置节点,在右侧子系统上可调整RS422总线位置。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974393414_pm1sea.jpg?imageView2/0)
选中子系统,右键选择“进入子系统内部”,编辑子系统模型,并完成内部信号连线。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974395255_3bi4yx.jpg?imageView2/0)
以同样的方法,建立执行装置Act子系统,并添加RS422总线。将两个子系统的RS422总线连接起来,仿真工程就搭建完成了。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974391984_1um2ql.jpg?imageView2/0)
GCAir支持在2D面板中提供数据值、曲线、仪表等多种形式的数据显示。本例通过“变量表”显示收发数据的实时数值,通过“y(t)曲线”显示数据的实时曲线,通过属性设置将信号分别与变量表、曲线相关联。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974393845_e8b2qu.jpg?imageView2/0)
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GCAir软件支持通过RS422总线进行实时数据交换,可通过“一键切换”的方式从虚拟仿真切换到半实物仿真。方法如下: a)从GCAir菜单选择“建模/设置硬件文件”,从列表中选择硬件文件:HWConfig.xml,此文件描述了实际的RS422板卡硬件资源。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974391523_gjjk3l.jpg?imageView2/0)
b)右键单击Act子系统,选中“设置为被测硬件”,在“Bus”选项卡中单击“硬件端口”栏,从中选择使用的RS422总线硬件通道,Act子系统外框变为红色。即在半实物仿真中Cont子系统为虚拟模型,Act子系统被设备实物代替。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974395901_5op29o.jpg?imageView2/0)
c)在外部连接选定的RS422总线硬件通道接口和设备接口。 单击更换“引擎按钮”,勾选“获取实时仿真机IP”。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974389601_6emvmw.jpg?imageView2/0)
单击“开始”按钮进行半实物仿真,可打开2D面板查看RS422总线收发的实时数据或曲线。 ![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1679974396450_fek6cf.jpg?imageView2/0)
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GCAir系统仿真测试验证一体化平台不但可以进行虚拟仿真,也支持通过RS422总线等进行数据通信实现半实物仿真。在GCAir中,只需设置被测硬件,即可一键从虚拟仿真切换到半实物仿真,实现在虚拟模型与实物之间实时进行数据通信,操作简单方便。通过测试表明,基于GCAir的RS422总线通信能够满足工业装备半实物仿真的需求。