西安地鐵一號線車輛智能司機控制器測試臺裝置

史富強

（陜西交通職業技術學院 陜西 西安 710018）

西安地鐵一號線車輛智能司機控制器測試臺裝置

史富強

（陜西交通職業技術學院 陜西 西安 710018）

文中首先分析西安地鐵一號線司機控制器的工作原理，然后對司機控制器閉合表的邏輯關系進行分析；并根據西安地鐵一號線車輛司機控制器現場技術檢測的需要設計出一款能進行數據采集、檢測的智能型測試臺裝置；最后對測試臺的現場應用性能做出客觀評價。

西安地鐵一號車輛；司機控制器；性能參數；智能型；測試臺裝置

司機控制器是操縱地鐵列車運行的主令電器，可實現列車牽引、制動、惰行工況，直接影響列車操縱平穩性和各種工況的實現。西安地鐵一號線司機控制器包括主控手柄、換向手柄、鑰匙開關和警惕按鈕開關按鈕；主控手柄可控制列車的牽引、制動和惰行工況；換向手柄可以改變列車的牽引方式。目前對司機控制器檢測使用萬用表“通斷”功能結合圖紙判斷檔位的閉合，檢測效率低下，錯誤率高，急需研發一款智能司機控制器測試臺[1]。

1 司控器的工作原理

司控器操作時必須先插入司機鑰匙并打開到運行位置（ON位），取消司控器的機械聯鎖，才能實現對方向手柄和主控手柄操作。如圖1所示為西安地鐵一號線車輛司控器鑰匙開關閉合表。

圖1 司機控制器鑰匙開關閉合表

鑰匙開關是由5個速動開關觸點構成，分別是KS1、KS2、KS3、KS4和KS5。當鑰匙處于ON位時，5個速動開關的1、2端閉合，解除司機控制器的機械連鎖[2]。

換向手柄由7個速動開關構成，分別是REV1、REV2、REV3、REV4、REV5、REV6和REV7。當換向手柄處于不同的位置（F、0、R）時，在棘輪的作用下7個速動開關有不同的邏輯閉合，閉合的速動開關可將DC110 V電壓輸送到中央處理平臺進行電信號采集，從而判斷列車的牽引模式[3]。

主控手柄是由11個速動開關構成，分別是MC1、MC2、MC3、MC4、MC5、MC6、MC7、MC8、MC9、MC10、MC11、MC12、MC13和MC14。主控手柄和方向手柄工作類似，都是通過DC110 V電信號的通斷來判斷檔位。牽引位時，啟動電路牽引接觸器，主控手柄位置的變化實現牽引最小功率到最大功率的變化，實現列車速度控制。制動位時，啟動電路制動接觸器，制動力可在最小值和最大值之間變化，實現列車的制動減速。零位時，列車的牽引和制動力矩為零。司機控制器主控手柄拉到最下端FB位為緊急制動位，進入緊急制動狀態。主控器手柄還裝有警惕按鈕，如果司機在緊急狀況失去了對手柄的控制，警惕按鈕將轉到OFF位，在限定時間內未再次按壓，將發出報警提示，再經過 3 s后啟動緊急制動[4]。

2 測試臺檢測系統原理

設計的測試臺將采用“上位機+下位機”架構。“下位機”是主控制部分，微處理器選用ATMEL公司的ATmaga 128L芯片，使用位移芯片74HC164/74HC165擴展微處理器I/O口，具有多通道開關量輸入輸出功能，能夠完成對司機控制器所有觸電的實時檢測，并通過程序的判斷，顯示最終的邏輯結果[5]。硬件系統架構如圖2所示。

圖2 硬件系統框圖

司機控制器測試臺的硬件以上位機工控屏為核心，以MODBUS RTU為通訊方式，和下位機進行數據交換。上位機工控屏供電電壓DC24 V，使用WEINVIEW公司專業的設計軟件EBproV500進行友好的上位機界面設計。上位機程序會根據通訊協議將使用到的寄存器按報文下發，每一條報文包括3部分：報文頭（站址、命令碼和字節數）、數據和檢驗碼。因此，在MUDBUS協議的報文中，每幀包括11位：1個起始位、1個校驗位、1個停止位和8個數據位。需要注意的是在RTU模式下，報文發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。下位機硬件部分包括電源系統、數據采集系統、CPU最小系統、數據移位系統和通訊系統[6]。

由于司控器測試臺大多在實驗室、檢修室和地面進行檢測，工作電壓為AC220 V。通過各級電源電路，會分別產生DC24 V和DC5 V的工作電壓。DC24 V電壓將提供上位機工控屏和閉合測試支路上的工作電壓，DC5 V將提供ATmaga 128L和位移芯片74HC164/74HC165的工作電壓。

數據移位系統由74HC164/74HC165 8位移位寄存器組成，其中74HC164構成了信號控制回路，74HC165構成了信號采集回路。48路數字量信號各需6塊移位芯片構成級聯模式，最終由微處理器發送相應指令控制I/O口的電平高低[7]。單片機ATmaga 128L的PA0管腳為信號控制的數據腳，PA2為時鐘腳。PA0數據通過位移芯片74HC164并出8位控制信號，通過級聯方式，6塊74HC164控制著48路“釋能電路”支路。位移芯片74HC164的每一路控制信號通過限流電阻控制 “釋能電路”中三極管的基級。當控制信號為高電平時，三極管導通，1P1處為低電平；當控制信號為低電平時，三極管關斷，1P1處為高電平。此處的反邏輯設計更好保證了系統的抗干擾能力。控制信號控制“釋能電路”[8]原理如圖3所示。位移芯片74HC165實現了數據的采集，74HC165采集到的電壓需小于DC5 V，因此在1P1和信號地之間接有穩壓二極管1N4733，同時增加了RC充放電路，保障了采集到的信號更加穩定、可靠。

圖3 控制信號控制釋能電路原理

3 測試臺系統軟件設計

司機控制器測試臺軟件包括兩部分，分別是下位機控制軟件和上位機軟件。下面分別介紹兩種軟件的設計思路[9]。

下位機控制軟件使用高級語言C語言編寫，通過接收上位機軟件發送下來的指令，控制微處理器進行相應操作，根據司機控制器操作的邏輯關系和閉合關系，編寫相應司機控制器檔位的判斷程序，經過實時采集上來的數據與理論值進行比較，將每個觸點的結果以報文的形式發送給上位機進行顯示。若某一結果錯誤，同時驅動報警電路，提醒檢測人員記錄錯誤信息[10]。下位機控制軟件流程圖如圖4所示。

圖4 下位機控制軟件流程圖

程序中驅動74HC164的代碼如下：

上述程序完成了一條檢測電路的驅動過程，其中void sendshuju（）函數作用是將單片機PA0端口中的數據通過位移芯片74HC164將數據依次發送出去。void sendshuju（）函數的作用是讀取每一條支路上采集的電壓信號[11]。

上位機使用了以安全、可靠性著稱的觸摸式工業控制屏MT6071iE，前面板防護級別為IP65，支持USB數據下載上傳功能。上位機程序需要在EasyBuilder Pro編寫環境中進行，負責將檢測人員的信息下發給下位機，控制數據采集[1]；并接收下位機上傳上來的數據進行分析、顯示。將錯誤的信息存儲在配方地址中，自動生成EXCEL文檔格式用于查看和下載。

地鐵車輛智能司機控制器測試臺上位機軟件編寫了兩種檢測模式，一種為司機控制器手柄檔位檢測；一種為速動開關糾錯檢測。其中司機控制器“手柄檔位檢測”可以快速完成對一臺司機控制器的測試，只顯示該檔位的最終結果。而“速動開關糾錯檢測”可以對司機控制器進行詳細的檢測，可以看到內部每一個觸點的動作情況，方便技術人員進行查錯糾錯。

“記錄查看”功能可以查看以往對司機控制器測試過程中記錄的錯誤信息，并可以通過USB下載至電腦，進行數據統計。上位機界面如圖5所示。

圖5 上位機界面

4 測試過程及步驟

根據西安地下鐵道運營分公司車輛部檢修車間檢修司機控制器的方法，首先接通司機控制器測試臺電源，打開軟件系統的測試主界面。用連接線將司機控制器和測試臺可靠連接。插入司機鑰匙，根據軟件提示進行相應操作[1]，觀察軟件界面中的該位置速動開關是否正確。待司機控制器測試完成后，會彈回到主測試界面。同時，測試的數據自動存入了上位機工控屏中，以便查看。測試后，上位機電腦會自動切除供電電源，斷開司機控制器和測試臺的連接線，將主控手柄和方向手柄回復零位，鑰匙開關恢復“OFF”位置。關閉司機控制器電源。

5 結束語

地鐵車輛智能司機控制器測試臺統集測量、信號采集、通信、程序開發、數據存儲等于一體，全自動檢測大大提升了效率和可靠性。通過對西安地鐵運行分公司車輛維修過程中司機控制器的測試，驗證了本系統硬件、軟件設計合理，可以滿足西安地鐵車輛司機控制器的性能檢測要求[12]。

[1]西安市地下鐵道有限責任公司.西安地鐵一號線車輛合同文件[G].西安：西安市地下鐵道有限責任公司，2010.

[2]袁虎林.深圳地鐵3號線車輛司機控制器試驗裝置的研制[J].城市軌道交通研究，2013（9）:20-21.

[3]史富強，西安地鐵2號線電動客車HRDA制動系統[J].電子設計工程，2011（1）：12-14.

[4]史富強.西安地鐵1號線車輛EP2002制動系統[J].電子設計工程，2011（1）：27-30.

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[8]周志輝.廣州地鐵3號線電動車組的制動控制[J].電力機車與城軌車輛，2004（4）:14-17.

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[12]陶功安，袁立祥，馬喜成.廣州地鐵3號線地鐵車輛[J].機車電傳動，2006（4）：53-55.

圖7 軟件流程圖

4結論

基于CAN總線的壓力傳感器的設計，能夠較好的檢測井下的壓力數據，能夠實時掌握井下壓力是否超標等信息，通過CAN總線進行傳輸，具有傳輸距離遠、穩定可靠和抗干擾能力強的優勢，與傳統的RS485總線和頻率信號傳輸方式相比，CAN總線接入節點多，傳輸距離遠，通信可靠等優點，適合于構建井下監控系統網絡。通過實際測試和老化實驗，基于CAN總線的壓力傳感器檢測井下壓力實時性強，能夠準確的根據壓力變化進行聲光報警，CAN總線傳輸距離超過5 km，傳感器運行穩定可靠，能夠達到監控系統中壓力傳感器的設計要求。

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Test bench for intelligent driver controller of vehicle in Xi'an Metro Line ONE

SHI Fu-qiang
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an 710018，China）

This paper first analyzes the work principle of the Xi'an metro line driver controller，and then analyzes the logic relationship of the controller.According to the needs of the Xi'an Metro Line 1，the intelligent test bench for data acquisition and detection is designed.

Xi'an metro vehicle；driver controller；performance parameter；intelligent；test bench

TN05

A

1674－6236（2016）18-0075-04

2015-10-15 稿件編號：201510096

陜西省教育廳專項科研項目（16JK1069）

史富強（1971—），男，陜西扶風人，碩士，副教授。研究方向：軌道車輛技術的研究與教學工作。