列控車載設備自動測試系統的設計及實現

宋志丹 易海旺 鄭一祥 汪 洋

列控車載設備自動測試系統的設計及實現

宋志丹 易海旺 鄭一祥 汪 洋

摘 要：針對列控車載設備的檢測維修保障的迫切需求，基于VXI總線技術設計列控車載設備自動測試系統的結構及軟硬件，集成多種儀器儀表，整合實驗室測試設備，建立一個自動測試軟件開發平臺，完成對多類型被測對象的測試、分析與診斷，實現車載設備板卡自動化功能、性能和集成測試。

關鍵詞：列控車載設備;VXI總線;自動測試系統

宋志丹：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 科研與安全管理部 助理研究員

易海旺：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 列車運行自動控制事業部 助理研究員

鄭一祥：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 列車運行自動控制事業部 副研究員

汪 洋：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 列車運行自動控制事業部 助理研究員

列控車載設備是保證列車運行安全、提高運輸效率的重要裝備，其關鍵模塊需滿足SIL4級的要求。針對車載設備測試方法單一、診斷效率低、故障隔離率低、工作量大、測試誤差大、工裝多且雜等缺點，利用計算機技術，集成儀器儀表開發自動測試平臺實現設備流程化、批量化、高精度測試。自動測試軟件平臺的趨勢是通用化、系列化和標準化，使用現代軟件平臺構建的測試系統具有模塊化、層次化和易升級的特點，可以靈活配置測試資源，進行系統功能重構，實現不同被測對象的測試需求。

1 系統結構

自動測試系統 (ATS)是指采用計算機控制能實現自動測試的系統，也就是對那些能自動完成激勵、測量、數據處理并顯示或輸出結果的一類系統的統稱，其核心技術是對系統中可程控設備的控制。

測試系統軟件平臺是與被測對象及其測試設備密切相關的軟件體系，軟件平臺由測試程序集(TPS)、TPS開發工具和測試資源庫三部分組成。圖1為針對測試需求而設計的系統軟件功能模塊的結構圖。

圖1 系統軟件功能結構圖

2 系統工作流程

在測試過程中，操作人員通過人機交互界面可打開軟件的各個功能面板，可進行設備的管理、測試流程邏輯與參數配置的管理等操作。開發測試任務時，根據需要啟動“測試任務編輯模塊”，編輯制定測試有關的型號、階段、配置、項目信息，然后選定本次測試任務的硬件設備，使設備與任務綁定，并對設備參數進行配置。測試信息配置完成后，保存到本地數據庫的配置庫中。測試信息任務編輯后，啟動測試執行控制模塊，開始測試執行任務。該模塊啟動后，可以加載已建立的測試任務，解析其中的測試信息，將有效指令傳輸給測試執行驅動引擎，該引擎根據測試樹和各項測試信息來驅動硬件動作，實現測試工作，并同步的將測試結果顯示出來，測試工作完成后將結果保存到本地數據庫的結果庫中。系統測試工作流程如圖2所示。

3 系統設計及接口

3.1 設備管理模塊

設備管理模塊是測試系統硬件設備設置管理的操作接口，可對車載設備測試系統的硬件資源進行集中管理，其輸入主要是設備管理配置信息，輸出為設備設置信息及設備的自檢情況信息。該模塊的主要外部接口是硬件驅動接口及數據庫接口。設備管理工作分為設備管理和系統自檢2個部分。

3.2 TPS開發平臺

測試流程邏輯與參數配置模塊是測量系統軟件的設計操作入口，可對各種型號、各類測試任務進行配置和編輯，該軟件的輸入信息是測試任務信息，輸出內容為可指導測試執行軟件模塊工作的配置信息。用戶根據列車系統車載設備測試案例要求，可預先配置好對應各種型號及擬定環境的測試任務。執行特定測試時，只要將其對應的測試任務加載到系統即可迅速啟動測試。

3.3 測試執行模塊

測試執行軟件是測量系統軟件的核心執行機構，其輸入信息主要來自“測試流程邏輯與參數配置模塊”的測試信息，輸出信息為測試結果或過程提示信息等內容。該軟件外部接口主要有數據庫接口、硬件驅動接口和網絡接口。

按照模塊化的設計思路，將測試執行控制邏輯與測試執行指令分離開，控制程序分為執行控制模塊和執行驅動引擎，將測試控制過程設計成一個“執行控制模塊”調用“執行驅動引擎”，以及遠程調用“通信協議解析模塊”控制調度“執行驅動引擎”的雙路工作模式。

測試執行模塊的功能邏輯如圖3所示。

3.4 數據管理與報表生成模塊

圖2 系統測試工作流程

圖3 測試執行模塊功能邏輯圖

數據管理與報表生成模塊是測試系統的主要信息管理接口，可對測試系統的測試信息、測試結果集中進行管理，管理對象主要是本地數據庫。另外，列控系統車載設備被測單元的測試結果評判標準存儲在本地數據庫，報表生成模塊依據預先存儲數據執行測試結果的自動統計分析。測試結果以報表形式輸出。

另外，數據管理操作也可以獨立于報表生成而單獨進行，用于日常維護分析。根據具體應用條件和需求，將模塊設計成數據檢索、數據處理和報表生成3個子功能單元。

3.5 數據庫設計方案

本地數據庫存儲本地測試任務信息、資源信息及測試結果等內容，在設計時針對每種需求信息分類，設計成以下3個單獨數據庫：

1．測試任務庫：保存有關測試型號、測試階段、測試配置、測試項目的所有信息，包括ID、名稱、在測試樹中的位置、相關儀器的配置信息、開關動作、被測信號的理論范圍和類型等，該庫是進行測試執行的基礎。

2．設備配置庫：保存系統的硬件描述信息，是設備管理操作及測試執行過程需要調用的信息。

3．測試結果庫：保存每一次測試任務的執行信息和相應的結果信息，包括任務ID、相應的執行ID、操作員信息、測試目標信息、測試時間及結果數據的相應的路徑等。結果庫中保存了測試數據文件的路徑，包括配置文件和波形文件。每個配置文件對應一個完整的測試任務，保存此測試任務的所有信息。而波形文件存放進行波形測量的測試項目的波形數據。

4 測試

根據系統軟件測試計劃，對自主研發的列控系統車載設備樣機進行相關功能和性能測試，測試內容包括軌道電路信息接收 (CFSK)模塊、測速測距 (CODO)模塊、車載應答器傳輸模塊 (BTM)、列控接口模塊，以及列控系統車載設備整機功能和性能。將待測產品與系統適配器連接，上電并啟動測試系統軟件，待系統自檢通過后，根據測試案例，編制測試任務，進行產品檢測和診斷分析。

功能測試：每一次測試任務執行后，彈出檢測結果;如出現異常，生成聲音報警提示;30s內無暫停測試時繼續執行，如有暫停測試進行“故障診斷”;結束暫停后，繼續測試任務運行，直到功能測試任務結束。測試任務結束后，提供測試統計分析報告。

性能測試：對于列車系統車載設備性能檢測有多項指標，依據列控系統車載設備性能指標，如軌道電路靈敏度、速度信號脈沖頻率、應答器傳輸頻率及接收比特率，進行性能指標檢測。測試任務結束后，提供測試統計分析報告。

根據檢測需要，自動測試系統可內嵌測試結果專家系統，對于功能測試和性能檢測過程可能遇到的各種情況，進行故障描述及可能出現的故障原因，并提供相應的參考維修信息。

測試案例如下所示。

測試步驟：

1.CFSK板上電正常;期望結果：電源指示燈顯示、無碼顯示都正常。

2.測試平臺TPS開發，發生一個FSK信號0Hz碼，幅值為0的信號;期望結果：CFSK板顯示無碼。

3.運行一個自動步進 (1.4Hz)增加頻率，直到增加到最小低頻值，等待循環，繼續運行一個自動步進 (1 mV)增加幅值的測試腳本段，當RS-232接收到正常，中斷等待;期望結果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼的幅值。

4.運行一個自動步進 (1 mV)減少幅值的測試腳本段，當RS-232接收到無碼，中斷等待;期望結果：CFSK板顯示無碼，且測試TPS界面顯示掉碼的幅值。

5.運行一個自動步進 (1.4Hz)增加頻率、幅值為0的測試腳本段，當頻率變化到符合ZPW-2000有效頻率值，中斷等待增加頻率;期望結果：CFSK板顯示無碼，且測試TPS界面顯示掉碼的幅值。

6.重復運行3、4測試腳本段，直到 ZPW-2000所有低頻都測試到有效，中止頻率低頻循環腳本，進入載頻循環，繼續重復運行2、3、4、5項測試腳本段;期望結果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼或掉碼的幅值。

7.上述測試項結束，進入制式改變測試項，進入移頻信息測試，重復2、3、4、5(步進為1.4Hz)、6項測試;期望結果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼或掉碼的幅值。

測試結果：測試結果正確，并自動生成測試報告 (包括模擬信號、譯碼結果)。

5 人機交互界面

人機交互界面提供各配置文件編輯工具，各功能配置文件操作簡便、配置項管理簡單。軟件各功能監視信息全面、詳細，各功能操作直觀方便，易于使用。

提供軟件的實時在線幫助，幫助信息內容全面，涵蓋軟件各功能中所采用的模塊說明、配置描述、操作命令、操作方法說明等詳細信息。

所有為操作監視人員提供的人機界面均使用圖形界面實現，提供按鈕、菜單等方式完成基本操作;操作命令及參數有明確的定義，操作次數合理，有充分的幫助信息可用;提供錯誤檢測和多次確認功能防止操作員的誤操作。操作流程界面如圖4、圖5所示。

6 結束語

本系統結合數字電路板、模擬電路板及數模混合電路板的測試診斷需求，形成了具有圖形化操作環境、支持擴展算法庫特點的電路板故障診斷開發與運行平臺，實現了多種電路板檢測監視、故障分析、性能評估等功能。根據應用實例，對列控系統車載設備進行測試需求分析，結合實驗室測試設備，搭建自動測試系統，對系統的結構、軟件、接口進行設計，進而對車載設備關鍵模塊 CFSK、BTM、測速測距等進行測試，實現了模塊批量生產的自動測試應用。為批量生產減輕了工作量，大量節約成本，該產品具有良好的市場前景。

［1］中華人民共和國鐵道部．運基信號［2005］224號．既有線CTCS－2級區段應答器報文定義及應用規則［M］．2005．

［2］中華人民共和國鐵道部．科技運［2010］136號．CTCS－2級列控系統應答器應用原則(V2．0)［M］．2010．

［3］中華人民共和國鐵道部．科技運［2004］14號．CTCS技術規范總則(暫行)［M］．2004．

［4］中華人民共和國鐵道部．科技運［2008］36號．客運專線鐵路信號產品暫行技術條件－列控系統車載設備［M］．2008．

［5］范勇，蘭景英，李繪卓．軟件測試技術［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2009．11．

［6］郁蓮．軟件測試方法與實踐［M］．北京：清華大學出版社，2008．11．

Abstract:Urgent needs of security for the train control system testing and maintenance to vehicle equipment，the paper describes the system structure of the train control system on-board equipment automated testing system，the main function of software and hardware design，integration of a variety of instrumentation and integration of laboratory testing equipment，based on VXI bus technology;establishes an automatic test software development platform for testing，analysis and diagnostic to multi-object to be measured，completes the testing to automation function，performance and integration for train control system vehicle equipment on board-level．

Key words:Train control system on-board equipment;VXI bus;Automated testing system

鐵科院院基金項目 (1151GC4503)

2013-01-21

(責任編輯：諸 紅)