一種地鐵車輛空調溫度控制器故障檢測平臺的設計*

朱文發 吳 浩 鄭樹彬 蔣啟幀 劉新廠

(1.上海工程技術大學城市軌道交通學院，201620，上海;2.上海申通地鐵集團有限公司維護保障中心，200237，上海∥第一作者，助教)

目前，由于地鐵車輛所用空調溫度控制器多是國外的技術，現有檢修設備無法滿足當前檢修的需要。加上地鐵大部分設備已經進入理論上的故障高發期，并且目前缺少相應的檢測設備，使地鐵車輛維修部門在空調溫度控制器出現故障時不能以最短時間和最快速度完成檢修任務，給檢修和維護帶來困難［1－2］。本文設計了一套適用于既有車輛空調溫度控制器的檢測平臺。該平臺設計主要包括硬件電路設計與軟件設計兩大部分。

1 硬件電路設計

該平臺硬件電路采用DSP(數字信號處理)控制技術［3－4］。它主要由信號采集電路，調理電路，繼電器電路及上位機通信電路等模塊組成(見圖1)。如圖1所示，電路板是以TI的32位浮點型微控制器TMS320F28335為核心的采樣板，其可以分為:模擬采樣部分，數字I/O(輸入/輸出)口，繼電器控制部分等。模擬采樣部分共有8路采樣電路，采用隔離采樣芯片HCPL_7800A為前端調理信號，經過高精度運算放大器組成的差分放大器，輸入到DSP的A/D(模擬/數字)采樣口;在數字I/O口中，DSP控制管腳的信號經過32路電源轉換芯片后，輸入或輸出控制信號;在繼電器控制部分中，DSP通過專用驅動芯片驅動17路繼電器的輸出和關斷，用于實現地鐵空調板電源的供給。

2 上位機軟件設計

本軟件系統在編程時采用模塊化的設計理念，每個功能的實現均由一個單獨模塊完成;軟件系統主要由串口通信、數據提取、數據庫、用戶登錄等功能模塊組成。

圖1 地鐵車輛空調溫度控制器檢測平臺的電路原理圖

2.1 串口通信模塊的程序設計

本程序主要實現以下兩個功能:向下位機發送操縱指令;接受下位機發送來的數據。串口在建立通信前，進行通信的雙方必須將串口參數設置一致，否則將無法建立通信［5］。利用 LabVIEW 軟件的VISA配置串口(VISA Configure Serial Port)函數對串口進行初始化。其主要端口設置如下:① VISA資源名稱為COM1;② 波特率為119200 bit/s;③ 數據位為8;④ 奇偶為0;⑤ 停止位為1;⑥ 流控制為None;⑦ 終止符為F。

根據測試系統的通信協議，利用VISA Configure Serial Port函數設置串口參數;利用VISA寫入(VISA Write)函數向下位機發送配置命令;利用VISA讀取(VISA Read)函數讀取下位機發送來的數據。從而建立上位機與下位機之間的通信。串口通信程序如圖2所示。

圖2 串口通信程序圖

2.2 數據提取模塊的程序設計

下位機所發送的每一幀輸出數據包含了握手信號、測試模塊、測試路數、測試值、校驗位等信息。本程序的功能主要是將這些信息從下位機所發送的數

據中分離出來。如圖3所示，利用LabVIEW軟件中的匹配模式(Match Pattern)函數對VISA Read函數讀取到的數據進行匹配提取。先使用正則表達式“FFFF”找到數據的握手信號，將匹配之后的子字符串利用截取字符串函數將字符串中包含的4個字節分別提取出來。將匹配之后的子字符串的第一個字節、第二個字節、第三個字節進行與運算后同匹配之后的子字符串的第四個字節進行比較，判斷數據在傳輸中有無丟包;將匹配之后的子字符串的第二個字節的低四位與匹配之后的子字符串的第三個字節組合成測量數據。在LabVIEW軟件中需要將字符串轉換成字節數組才能進行與運算，利用字符串至字節數組轉換函數和字節數組至字符串轉換函數能實現字符串與字節數組之間的相互轉換。至此，已經能夠從下位機的輸出數據中分離出測量模塊、測量路數、測量數據等信息。

數據提取模塊的數據提取程序如圖3所示。

圖3 數據提取程序圖

2.3 數據庫模塊的程序設計

上位機在接收到下位機的測量數據后，根據測量數據判斷地鐵空調控制板的故障。預先將空調控制板的高發故障存入數據庫中，設置相應的索引條件查詢數據庫，將查詢的結果在上位機中顯示。本文主要涉及數據庫的存儲及查詢數據庫兩大模塊:

1)數據存儲:如圖4所示，首先用“Create Connection VI”子程序創建數據庫對象，然后，用“Open Connection VI”子程序打開數據庫對象。這里需要提供連接數據庫的連接字符串，其格式與Microsoft Visual Basic的ADO對象的連接字符串完全相同;打開數據庫成功后，就可以用“SQL Execute VI”子程序執行數據庫操作了。“SQL Execute VI”的“Command Text”參數為SQL(結構化查詢語言)存儲命令。本文以二進制的形式將測量數據保存在數據庫中，因此，在存儲時需要將數據強制轉換為二進制。當存儲數據后，應調用“Close VI”子程序關閉數據庫連接［6－7］。

2)數據查詢:利用SQL－SELECT命令來完成數據查詢。查詢條件可選擇被測對象類型、被測對象編號、測試時間、測試人、是否合格等中的一項或幾項。多項查詢時，則按查詢條件相與。若不選擇，則為查詢所有的數據。如果沒有符合條件的記錄，則系統會給出相應的提示信息。數據查詢程序如圖5所示。

圖5 數據查詢程序

2.4 用戶登錄模塊的程序設計

用戶密碼登錄主要是防止非授權用戶的進入，只有合法的用戶在驗證后才能進行測試和其它一些操作(比如查看數據等)，以增加系統和測試數據的安全性。如圖6所示，為用戶登錄界面，用戶輸入用戶名和密碼后，點擊“用戶登錄”，即可進入系統操作。如果用戶信息不正確的話，會提示“用戶名或密碼錯誤，請重新輸入”，此時請聯系管理員確認正確的用戶名和密碼。用戶登錄模塊主要涉及數據庫查詢方面的知識，此處不再贅述。

圖6 系統登錄界面

2.5 上位機界面

地鐵空調控制板檢測平臺分別對空調控制器的供電電源、輸入端電壓、輸出端及主控板4個故障高發功能區進行檢測。圖7所示為上位機軟件界面。在該軟件中可以顯示測得各路檢測電壓、定位故障區域，以便于檢修人員直觀地觀察故障。

圖7 上位機界面

3 結語

利用此檢測平臺可以對出現故障的溫度控制器進行一系列的性能測試，分析溫度控制器的故障信息。該檢測平臺的開發將在很大程度上降低控制器的更新率和委外檢修量，為企業節約維護成本。同時基于該控制器檢測裝置的研究，也有利于消化吸收國外產品技術，加快空調控制器的國產化步伐。

表2 門體本身故障表

表3 門體之間故障表

在門體之間安全回路的故障判斷上，有一些工程項目并非完全是由 TCMS來處理的，而是由MDCU來做比較判斷，這樣也能實現故障判斷的功能。但是，由于不同車輛之間的EDCU是沒有通信的，所以前一節車的最后一個EDCU和后一節車的第一個EDCU之間的安全聯鎖回路狀態是沒辦法判斷的。如果集中由TCMS來判斷，則不會存在此問題。

在客流高峰時，車內乘客異常擁擠，車門系統頻繁承受超常工況［3］，這就決定了地鐵車門系統必須具有高可靠性和高可用性。這個要求以及車輛功能本身的需求，決定了車門安全聯鎖回路的存在。車門安全聯鎖回路的重要性，決定了對車門安全聯鎖回路故障點檢測的必要性。本文介紹的基于多點采集判斷車門安全聯鎖回路故障點的方案，經過實際運用，確實可以幫助司機或維護人員快速地找到故障點，并排除故障，給運營和維護帶來了便利。

［1］李春明.城軌車輛集中開關門控制分析及改進設計［J］.城市軌道交通研究，2012(4):118.

［2］胡文偉.廣州地鐵1號線客室車門控制系統的設計［J］.電力機車技術，2000(2):15.

［3］王建兵，朱小娟.上海地鐵車輛客室車門故障原因及整改措施［J］.電力機車與城軌車輛，2006(1):46.