機車車載安全防護系統(tǒng)出廠測試設備的研制

王蘇敬

(1 中國鐵道科院研究院集團有限公司 機車車輛研究所， 北京 100081；2 北京縱橫機電科技有限公司， 北京 100094)

機車車載安全防護(6A)系統(tǒng)是用于提高機車防范安全事故能力的系統(tǒng)性、平臺化的安全防護裝置[1]。

針對生產車間現有6A系統(tǒng)的測試設備及工裝較為分散情況，為提高測試效率，滿足 6A系統(tǒng)批量生產的產能要求，依據《機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))例行試驗大綱》，設計開發(fā)基于模塊化通用測控系統(tǒng)的6A系統(tǒng)出廠測試設備。

1 測試設備功能指標

6A系統(tǒng)出廠測試設備測試對象分為單一板卡以及組裝完成的整機。單一板卡共計11種17塊，具體如下：

(1)CPU板卡CPU1、CPU2；

(2)交換板卡SWT1、SWT2；

(3)電源板卡PW1、PW2；

(4)存儲板卡ST1、ST2；

(5)空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)板卡：AB；

(6)走行部故障檢測子系統(tǒng)板卡： AT1；

(7)防火監(jiān)控子系統(tǒng)板卡：AF；

(8)列車供電監(jiān)測子系統(tǒng)板卡：AP；

(9)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)板卡：AV1、AV2、AV3；

(10)高壓絕緣檢測子系統(tǒng)板卡：AG；

(11)音視頻語音終端。

裝配完畢的6A整機測試需求為：進行音視頻語音終端部分、電源箱部分、中央處理平臺部分、子系統(tǒng)部分的硬件接口及軟件功能測試。

經整理分析測試設備主要功能指標如下：

(1)5路模擬信號、15路數字信號——對6A系統(tǒng)機車空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)的功能測試；

(2)2路模擬、10路數字信號——對6A系統(tǒng)機車高壓絕緣監(jiān)測子系統(tǒng)的功能測試；

(3)485通信——對6A系統(tǒng)列車供電監(jiān)測子系統(tǒng)的功能測試；

(4)4路模擬信號、CAN總線通信——對6A系統(tǒng)機車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)的功能測試；

(5)2路模擬信號、485通信——對6A系統(tǒng)機車防火監(jiān)控子系統(tǒng)的功能測試；

(6)14路模擬信號——對6A系統(tǒng)機車視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的功能測試；

(7)以太網通信——對6A系統(tǒng)中央處理平臺的通訊功能測試；

(8)2路模擬信號、以太網通信——對6A系統(tǒng)音視頻語音終端的功能測試；

(9)2路模擬信號采集——對6A系統(tǒng)電源的功能測試。

2 測試設備原理及組成

2.1 測試設備原理

6A系統(tǒng)測試設備采取以工控機作為主控模塊，通過PCI-6229多功能測控板卡+3U信號調理機箱的測控系統(tǒng)實現與6A主機或單板板卡信號的匹配測試，設計過程中充分考慮了測控系統(tǒng)的模塊化通用性，并兼顧系統(tǒng)的可擴展性。測試設備原理圖如圖1所示。

2.2 測試設備組成

測試設備包括：機柜、工控機、模塊化通用測控系統(tǒng)和人機交互設備。

圖1 測試設備系統(tǒng)原理圖

機柜：采用可移動式設計，在批量生產時可根據生產車間情況進行整機功能測試及老化期間巡檢測試。

工控機：包含主控單元模塊、通信模塊(COM、485、以太網)。

模塊化通用測控系統(tǒng)：以NI公司PCI-6229多功能測控板卡為主+3U信號調理機箱的測控系統(tǒng)，系統(tǒng)具備可擴展性，可根據需要添加測控板卡和調理電路板，定義最小應用單元為1塊PCI-6229板卡和X(X可選3、6、8)槽位3U調理機箱，可實現32路模擬量采集、4路模擬量輸出、2路PWM以及48數字量輸入輸出的信號測控，實際應用時可根據實際對測控系統(tǒng)的路數要求增減最小單元。接口轉換部分根據被測件的不同通過不同工裝線實現與被測件的連接。

人機交互設備：包含顯示器、鍵盤、鼠標、打印機、音視頻顯示終端等，界面易于操作，提高測試效率。

2.3 模塊化通用測控系統(tǒng)

以PXI-6229為核心數控板卡+ X(X可選3、6、8)槽位的3U信號調理機箱，同時考慮測控系統(tǒng)的可擴展性，一個完備的最小單元1塊PCI-6229板卡和8槽位3U調理機箱，最小單元可實現如下信號測控：

32路模擬量采集(電壓電流可選)；

4路模擬量輸出(電壓電流可選)；

2路PWM(電平DC5VDC24VDC110可選)；

48數字量輸入輸出(DC110VDC24V可選)；

上述信號用6個槽位，另兩個槽位為擴展性預留，可根據系統(tǒng)需要擴展板卡和調理電路，調理機箱布置圖如圖2所示：

8槽位信號調理機箱包括：背板、6229接口板(1和2)、AIAO調理板(1和2)、DIDO調理板(1和2)和兩個預留槽位。

6229接口板1和2電路板是相同的，實現6229的信號引入背板，只是因在不同槽位而面板命名不同；AIAO調理板1和2電路板的電路是一樣的，電路板可實現電壓信號(0～5 V、0～10 V)或電流信號(0～20 mA)的輸入輸出；DIDO調理板1和2電路板的電路是一樣的，可根據提供電源不同(DC 110 VDC 24 V)，即可實現不同的輸出信號電平，對DI信號調理部分通過調整光耦前端的分壓電阻實現不同電平信號的隔離和采集，PWM信號也在DIDO調理板卡上實現。

圖2 3U信號調理機箱布置圖

根據測試設備對測控信號的需求，調理機箱有3槽位、6槽位和8槽位的靈活配置，若信號量超出1塊6229板卡的能力范圍，可增加最小應用單元的個數。

3 測試設備軟件開發(fā)

6A系統(tǒng)測試設備測試軟件選用NI公司的LabVIEW平臺進行編制。LabVIEW是由NI公司推出的一款基于圖形化開發(fā)、調試和運行的高效集成化編程環(huán)境[2]。

本設備的人機交互界面包括3部分：初始化部分，試驗實施部分，管理主數據部分。初始化部分是系統(tǒng)進行自檢、并初始化設備，試驗實施部分包括被測件的選擇以及測試實施界面，管理主數據部分實現試驗數據的管理。

初始化部分是系統(tǒng)啟動時自動進行的操作，采用分模塊設計方法，由主界面逐一調用各模塊。試驗實施界面是測試任務的執(zhí)行界面，根據被測件的不同選擇不同的測試項，并調用不同的測試子程序，完成測試任務。調用方法均采用動態(tài)調用方式，節(jié)約系統(tǒng)資源，提高工作效率。

測試程序模塊調用結構如圖3所示。

測試軟件可以實現對六軸機車和八軸機車AB板卡、AV板卡、AT1板卡、AF板卡、AP板卡以及AG板卡的自動檢測，并可對測試結果實時顯示和保存。

軟件主要功能模塊示意圖如圖4所示。

用戶在啟動界面之后，在主界面可以選擇相應機車的相應板卡進行測試并實時顯示測試進程。

以AB板卡為例說明具體板卡的測試流程如圖5所示。

對測試數據的記錄采取數據庫的方式，比較下述3種LabVIEW訪問數據庫的方式，本程序選擇方式3——LabSQL訪問數據庫。

圖3 測試軟件結構圖

圖4 測試框圖

圖5 AB板卡測試流程圖

方式1：利用NI公司開發(fā)的LabVIEW SQL TOOL kit工具包訪問數據庫。優(yōu)點：可方便的訪問多種數據庫；缺點：價格昂貴。

方式2：利用LabVIEW的ActiveX功能，調用Microsoft ADO控件，通過SQL語言實現數據庫訪問。缺點：需要熟練掌握Microsoft ADO和SQL語言，并需要從底層進行復雜編程[3]。

方式3：通過工具包LabSQL訪問數據庫。LabSQL是一個免費的、源代碼開放的、多數據庫、跨平臺的LabVIEW 數據庫訪問工具包[4]，優(yōu)點：該工具包將復雜的底層ADO 及SQL操作封裝成一系列的LabSQL VIs，用戶只需熟悉LabSQL的固定語句即可通過簡易編程，實現數據庫訪問。

4 實現及試驗結果

測試設備設計緊湊，通過左側面的工裝線連接至6A系統(tǒng)的接口板上，實現與被測件的電氣連接，測試完后拔掉6A系統(tǒng)接口板端的插頭，測試設備可方便的移動到下一個被測件附近，測試現場如圖6所示。

圖6 試驗測試圖

測試軟件主界面如圖7所示。

圖7 測試程序主界面

測試數據以AG板卡為例，AG板卡測試界面如圖8所示。

圖8 AG板卡測試界面

AG板卡測試項點和測試數據如表1所示。

表1 AG板卡測試數據

5 結 論

6A系統(tǒng)出廠測試設備結構緊湊，移動方便，徹底解決了前期測試工裝分散和移動困難的問題，在測試效率方面，前期分散工裝需要2人協(xié)作測試，8小時可測試2臺，現用測試設備測試后1人8小時可測試5臺，所用工時為前期的20%，測試效率顯著提升，為6A系統(tǒng)的批量生產提供了良好的試驗手段和條件。

此設備采用模塊化設計，測控系統(tǒng)和測控軟件模塊化通用性設計的實現為后續(xù)測控設備的持續(xù)開發(fā)搭建了很好的基礎平臺。