HXD2型机车微机网控系统深度自主检测平台的研究.pdf

西铁科技3/202315研究与探讨HXD2型机车微机网控系统深度自主检测平台的研究西安局集团公司西安机车检修段左楠白刚郑宇昊摘要：以虚拟仪器技术为基础，设计了HXD2型机车微机网控系统自主检测研究平台。针对不同的控制部件，检修研究需求也会不同，因此需要检修研究平台具有良好的通用性和可扩展性。本文以HXD2型机车核心控制产品为例，设计出基于虚拟仪器技术的深度自主检修研究平台，重点论述了系统硬件及软件的设计方法。关键词：虚拟仪器技术；自动测试；系统设计0引言在国内轨道交通行业，随着机车车辆的性能的不断提升，车载各部件控制系统逐渐复杂，控制产品的测试分析手段缺失也越来越明显。导致机车车辆在调试以及运营中，故障种类增多，而故障点的定位较困难。如CCU故障、CW故障、RIOM故障、TCU故障等。急需一套集成各测试资源的检修测试研究手段，用来判定故障控制产品的故障点，便于维修研究。近年来虚拟仪器技术在自动测试系统中的应用越来越广泛，运用虚拟仪器技术可以共享硬件和软件资源，方便、快速地组建各种自动测试系统。虚拟仪器技术将计算机、仪器设备与软件三者相结合，是计算机硬件、软件和总线技术向其他相关技术领域密集渗透过程中，与测试技术、仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术 1-3。本系统基于HXD2型机车的核心控制产品所需的测试资源，通过应用虚拟仪器技术，将系统内各测试设备有机结合，最大限度的发挥了测试系统的综合测试能力，在软件系统方面采用通用软件平台及个性化测试程序集相结合的方式，实现了测试流程的快速开发。1系统方案本系统以主控制器（工控机）作为系统控制中心，由其发出控制指令，控制系统内各设备自动完成测试任务；系统内各种测试测量设备有机结合，为完成自动测试任务提供丰富的硬件资源，使系统具有完成多种测试任务的能力。传统的电力机车控制产品测试应用单独的测试设备搭建测试系统，测试设备利用率低，测试成本高、测试效率低。本系统通过虚拟仪器技术将工控机与多种测试设备整合为一个系统，通过丰富的I/O接口对被试产品进行不同信号的加载、采集和调整，通过简单友好的用户界面，方便使用者快速完成系统的设置和控制。测试系统主要由机柜和操作台两部分组成，其中机柜由继电器阵列模块、光电转换模块、通信模块、信号源和检测设备模块及主控制器五部分组成。系统结构示意图如图1所示。信号源和检光电转电编号测设备模块换模块继电器阵电信号列模块晚编号被试样件主控制器通信模块操作台机柜图1系统结构示意图图中黑色箭头表示电信号、绿色箭头表示测试系统内部数据通信、红色箭头表示测试系统对外数西铁科技3/202316HXD2型机车微机网控系统深度自主检测平台的研究研究与探讨据通信。主控制器通过测试系统内部数据通信控制通信模块、信号源和检测设备模块及继电器阵列模块工作。继电器阵列模块构成信号源和检测设备模块与被测件之间的电气通路。信号源和检测试备模块提供测试所需的各种电气信号及电气信号的检测功能。光电转换模块实现输人光信号向电信号转换及向被测件输出光信号。设计完成后的HXD2型机车技术主导局核心控制产品深度自主检修研究平台如图2 所示。图2 HXD2型机车技术主导局核心控制产品深度自主检修研究平台2硬件设计继电器阵列：平台为实现测试被测件的功能，需在平台内各种信号源及检测设备与被测件各功能电路之间构成电气通路。电气通路的构成主要由继电器阵列模块完成。继电器阵列由通用继电器办卡及多路复用继电器办卡组成。通过外部接线，使各继电器板卡之间构成一种包括4条总线的总线结构，每条总线的一端可以与任意一种信号源或检测设备连接，另一端与一组I/O端口组连接，每个I/O端口组有多个I/0端口，每个I/0端口可连接被测件上的某个功能电路的输入或输出端口。每条总线同一时刻可以连接一种信号源和/或多种检测设备（如有必要且各资源之间不冲突），每条总线同一时刻可以连接被测电路的一个输人或输出端口，如此同一时刻平台能够向被测样件的一路功能电路提供多种信号资源和检测资源，能够满足所有功能电路的测试需求。总线结构示意图如图3所示资源1一输入输出组1端口1输入输出组1端口N输入输出组2 端口1输入输出组2 端口N输入输出组3端口1输入输出组3端口N输入输出组4端口1资源N一输入输出组4端口N总总总总线线线线1234图3继电器模块结构示意图（1）信号源及检测设备模块：信号源及检测设备模块是系统的核心模块，该模块提供测试被测样件时所需的各种激励源，并检测被测件输出的各种信号。该模块由示波器、程控直流电源、程控交流电源、程控数字万用表、程控直流电源组成。(2）光电转换模块：光电转换模块的作用是将被测件输出的光信号转换为电信号以便于系统检测。并将系统输出的电信号转换为光信号提供给被测件。光电转换模块由光电转换电路板构成。（3）通信模块：通信模块的作用是向被测件提供所需的各种通信总线资源。该模块由CAN端口、RS485端口、RS232端口、以太网端口等组成。3软件设计在软件的设计中，本系统采用了系统运行软件和测试程序集TPS(TestProgramSet)相结合的方式。系统运行软件整合设备控制系统、数据处理系统和人机交互系统，具有强大的函数库，便于TPS开发人员灵活快速地开发和维护TPS。T P S开发人员可以针对不同的电子产品测试需求，开发不同的TPS，完成电子产品的自动测试。软件系统主要由以下几个模块组成：(1)底层控制模块。该模块主要功能为系统的初始化、控制系统内各测试设备、读取系统内各测试设备数据、执行TPS指令、系统运行错误的处理(2)TPS读取和执行模块。该模块主要功能为读取TPS、按顺序将TPS内的指令传递给底层控制模块执行测试流程(3)测试结果显示及测试数据保存模块。该模块主要功能为实时显示自动测试结果、将样件的最终测试数据记录保存在工控机的硬盘上。（4）人机界面模块。该模块主要功能为提供统一的操作、显示界面和操作提示界面，实现TPS与操作员的交互。(5)TPS开发模块。该模块主要功能为提供简单易用的TPS开发环境与多种多样的TPS结构模板，实现TPS的快速开发。西铁科技3/202317上接第9 页）HXD2型机车微机网控系统深度自主检测平台的研究研究与探讨开始系统初始化读取TPS+执行一条TPS香是否完成所有TPS的执行？是保存测试数据+结束图4自动测试一般流程结果分析：(1）从轴流风筒到制动柜不存在死角及负压区，充分利用风量对电阻片的散热(2）制动电阻柜内部风流分布均匀，从而保证散热均匀，避免了局部过热电阻片烧红而损坏的情况。2结论通过不断地模拟与改进，最终达到了风机风量的综合利用及对制动电阻柜的均布散热。根据模型图纸制作出相应的零件焊接到导流风筒上，用风速表在电阻柜顶面的各个点位测得的实际结果在8.8-10.5m/s之间，平均为9.7 m/s，最大与最小时的波动率在15%以内，满足均衡散热要求。系统软件完成自动测试的一般流程如图4所示。4结束语本文主要从硬件设计和软件设计方面对HXD2型机车技术主导局核心控制产品深度自主检修研究平台进行了说明，设计的平台可以满足电力机车控制部件检修测试研究的各项需求。参考文献：1SolidWorks2016机械设计.人民邮电出版社，2 0 18.2闻邦椿.机械设计手册.机械工业出版参考文献：1路亚峰，陈义军，温新歧等.虚拟仪器技术研究现状与展望.国外电子测量技术,2 0 10,2 9(11):35-37.2刘昕,方卫,基于TestonDemand平台的弹上电缆自动测试系统的研制与设计实现.仪器仪表学报，2 0 13,34（增刊I)：67-71.3陈福彬，柴海莉，高晶敏.基于LabVEIW的自动化测试平台的设计.国外电子测量技术,2 0 12,31(11)：9-14.0.500.002Q3450.00快34520代蒸更文井号费夜格记11此州业2图14导流风筒总装图社,2 0 11.3孙志礼.机械设计 M.东北大学出版，2011.