基于NI OPC 的架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張錦標(biāo)，張參參，趙小磊，宋 陽，王 旭，彭毓敏

（中車青島四方車輛研究所有限公司智能裝備事業(yè)部，山東青島 266031）

0 引言

地坑式架車機(jī)是用于動(dòng)車組及城軌車輛轉(zhuǎn)向架的更換，車輛的拆卸、裝配及維修的專用舉升設(shè)備[1，2]，是動(dòng)車組及城軌車輛檢修必備的大型關(guān)鍵裝備之一。地坑式架車機(jī)采用雙PLC 控制系統(tǒng)[3]，電氣部分主要由主控柜、分控柜、現(xiàn)場(chǎng)電氣元件及連接電纜組成，電氣接線復(fù)雜，安裝工程量大，因此出廠前必須進(jìn)行電氣柜測(cè)試。一套6 編組架車機(jī)系統(tǒng)電氣柜共有近600 個(gè)I/O 測(cè)試點(diǎn)需進(jìn)行出廠前測(cè)試，目前控制柜出廠前測(cè)試采用的是人工單個(gè)控制柜測(cè)試的方式，測(cè)試工作量大、易遺漏，并且控制柜的連接邏輯不能測(cè)試。

架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)可以把架車機(jī)主控柜和分控柜連接在一起，形成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，再通過模擬測(cè)試系統(tǒng)程序的執(zhí)行，可實(shí)現(xiàn)架車機(jī)電氣柜的自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試完畢后可輸出測(cè)試報(bào)告，在架車機(jī)電氣柜出廠前就可驗(yàn)證架車機(jī)電氣柜的接線及控制邏輯是否正確，從而保證架車機(jī)電氣柜的出廠質(zhì)量。

1 系統(tǒng)概述

架車機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用PLC 分布式控制方式，主要由1個(gè)主控柜、多個(gè)分控柜、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、連接電纜等組成。PLC 的CPU 模塊安裝于主控柜內(nèi)，分布式I/O 模塊安裝于地坑內(nèi)的分控柜內(nèi)。分布式I/O 模塊實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)限位開關(guān)和傳感器的狀態(tài)，通過通信電纜傳送到主控柜PLC 的CPU 模塊進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算后，控制執(zhí)行元件動(dòng)作。

OPC 通信技術(shù)是一種基于Windows NT 的通信串口延伸技術(shù)[3]。架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)軟件采用LabVIEW 編寫，通過NI OPC Server 實(shí)現(xiàn)與架車機(jī)控制系統(tǒng)PLC 的實(shí)時(shí)通信。硬件部分通過模擬測(cè)試連接電纜與架車機(jī)分控柜內(nèi)的分布式I/O 模塊進(jìn)行連接，組成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過模擬測(cè)試系統(tǒng)的操作面板可以模擬替代架車機(jī)現(xiàn)場(chǎng)電氣元件的功能，架車機(jī)的分布式I/O 模塊采集模擬測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)，通過通信電纜傳輸給PLC 的CPU 模塊進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算。模擬測(cè)試系統(tǒng)將PLC 的邏輯運(yùn)算結(jié)果通過相應(yīng)的指示燈、儀表、顯示器輸出，并判斷其結(jié)果是否正確。測(cè)試完畢后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打印測(cè)試報(bào)告。

2 系統(tǒng)組成

2.1 模擬測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成

架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)主要由工控機(jī)、模擬面板、測(cè)試電路及打印機(jī)等組成，如圖2 所示。

圖2 架車機(jī)電氣柜模擬系統(tǒng)組成

工控機(jī)主要用于測(cè)試系統(tǒng)軟件的執(zhí)行，通過NI OPC 與架車機(jī)PLC通信，對(duì)PLC 的邏輯運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行判斷和輸出，然后通過打印機(jī)打印測(cè)試報(bào)告。模擬面板由試驗(yàn)面板和顯示面板組成。試驗(yàn)面板由轉(zhuǎn)向架測(cè)試單元、車體測(cè)試單元、手操器測(cè)試單元以及電機(jī)測(cè)試單元組成，主要用于模擬架車機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件，生成模擬測(cè)試信號(hào)。顯示面板由工控機(jī)顯示器、顯示儀表組成，用于顯示被測(cè)架車機(jī)電氣柜反饋的測(cè)試結(jié)果信息。

測(cè)試電路由控制單元及信息采集單元組成，控制單元與架車機(jī)電氣柜連接，向被測(cè)架車機(jī)電氣柜發(fā)送測(cè)試指令及試驗(yàn)面板生成的模擬測(cè)試信號(hào)；信息采集單元與架車機(jī)電氣柜連接，用于接收被測(cè)架車機(jī)電柜的執(zhí)行結(jié)果并將結(jié)果信息反饋至控制單元，所述控制單元將結(jié)果信息發(fā)送至工控機(jī)進(jìn)行顯示。架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)

2.2 模擬測(cè)試系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

2.2.1 建立PLC 和NI OPC Server 間的通信

在OPC Servers Configuration 程序中創(chuàng)建一個(gè)新的OPC 文件，新建一個(gè)Channel，Device driver 選Siemens TCP/IP Ethernet。新建一個(gè)Device，Device model 選S7-1500，Device ID 填PLC 的IP 地址。然后新建變量，標(biāo)簽名按需要命名，地址欄填對(duì)應(yīng)PLC的I/O 地址。

2.2.2 LabVIEW 程序編寫

架車機(jī)模擬測(cè)試系統(tǒng)程序采用LabVIEW 軟件編寫，測(cè)試控制流程采用LabVIEW 中的錯(cuò)誤族數(shù)據(jù)執(zhí)行流向的方式實(shí)現(xiàn)，部分程序如圖4 所示。

圖4 架車機(jī)模擬系統(tǒng)部分程序

架車機(jī)模擬測(cè)試系統(tǒng)程序由授權(quán)指示、接觸區(qū)域指示、安全區(qū)域指示、上升接觸器動(dòng)作與下降接觸器動(dòng)作、CH 照明、轉(zhuǎn)向架動(dòng)作、車體1 動(dòng)作、車體2 動(dòng)作、授權(quán)信號(hào)發(fā)出、警示燈以及電鈴等測(cè)試模塊組成，通過TCP/IP 與架車機(jī)主控的PLC 的控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，采集模擬測(cè)試信號(hào)并發(fā)送相應(yīng)動(dòng)作的控制指令至架車機(jī)電氣柜主控及分控。測(cè)試程序?qū)苘嚈C(jī)主控與分控分開進(jìn)行測(cè)試，并分別對(duì)架車機(jī)PLC 控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完畢后，可按照設(shè)定的模板生成測(cè)試報(bào)告。

3 架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試方法

利用架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)對(duì)架車機(jī)主控與分控的各功能進(jìn)行測(cè)試，主要有以下5 個(gè)步驟：

（1）測(cè)試準(zhǔn)備：連接架車機(jī)主控柜與分控柜之間的邏輯關(guān)系連線及通信電纜；連接試驗(yàn)臺(tái)與架車機(jī)分控之間的模擬測(cè)試連接電纜；連接試驗(yàn)臺(tái)與架車機(jī)主控之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接線；為系統(tǒng)上電，測(cè)控系統(tǒng)為架車機(jī)電氣柜授權(quán)，并根據(jù)架車機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制原理為架車機(jī)主控柜與分控柜上電。

（2）架車機(jī)主控柜測(cè)試：工控機(jī)安裝測(cè)試程序，通過TCP/IP與架車機(jī)主控柜的PLC 控制系統(tǒng)通信，對(duì)架車機(jī)主控各功能模塊分別測(cè)試；對(duì)架車機(jī)電氣柜上的所有按鈕、指示燈及通風(fēng)、積水、急停信號(hào)測(cè)試。工控機(jī)與架車機(jī)主控的PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，控制單元發(fā)送架車機(jī)主控各功能點(diǎn)的測(cè)試指令至架車機(jī)主控PLC 控制系統(tǒng)，對(duì)架車機(jī)主控進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)并顯示在工控機(jī)顯示器及顯示面板上。

（3）架車機(jī)分控柜測(cè)試：模擬面板模擬各架車機(jī)分控的所有信號(hào)，對(duì)架車機(jī)分控柜各功能進(jìn)行測(cè)試；模擬面板模擬架車機(jī)分控上的所有信號(hào)，包括限位信號(hào)（上上限位、下下限位、工作螺母限位、安全螺母限位、上限位、下限位、車輪到位限位、壓力加載限位）、脈沖信號(hào)、上升下降按鈕信號(hào)、急停信號(hào)與電鈴、警示燈、轉(zhuǎn)向架車體以及車體單元?jiǎng)幼鹘佑|器信號(hào)，測(cè)試信號(hào)傳輸至架車機(jī)分控柜，對(duì)架車機(jī)分控柜的各功能點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)并顯示在工控機(jī)顯示器，架車機(jī)電氣柜輸出的轉(zhuǎn)向架、車體、手操器以及電機(jī)的測(cè)試信息的顯示在顯示面板相應(yīng)模塊上，轉(zhuǎn)向架單元電機(jī)動(dòng)作接觸器、車體單元電機(jī)動(dòng)作接觸器輸出電源電壓信息以及接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的電機(jī)缺相報(bào)警信息實(shí)時(shí)顯示在顯示儀表上。

（4）對(duì)架車機(jī)主電氣柜與分電氣柜的電控邏輯進(jìn)行測(cè)試：連接架車機(jī)主控制柜與分控制柜連接的邏輯控制電纜，連接架車機(jī)分控制柜與測(cè)控系統(tǒng)模擬面板的車體單元和轉(zhuǎn)向架單元的上上限位、下下限位、工作螺母限位及安全螺母限位的模擬電纜，測(cè)控系統(tǒng)控制主柜的接觸器對(duì)主控制柜安全繼電器進(jìn)行上電，從而判斷極限限位邏輯是否正常。觸發(fā)分控制柜急停，則主控制柜安全繼電器斷電，測(cè)控系統(tǒng)采集急停信號(hào)及安全繼電器動(dòng)作信號(hào)，判斷急停回路邏輯是否正常。測(cè)控系統(tǒng)通過控制架車機(jī)主控制柜安全繼電器上電，采集分控制柜PLC 輸出模塊的供電信號(hào)，從而判斷上電邏輯是否正常。

（5）重復(fù)上述測(cè)試步驟，依次對(duì)所有的架車機(jī)分電氣柜進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)語

架車機(jī)電氣柜模擬測(cè)試系統(tǒng)可將架車機(jī)主控柜和分控柜組成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，再通過模擬測(cè)試系統(tǒng)程序的執(zhí)行，可實(shí)現(xiàn)架車機(jī)電氣柜的自動(dòng)化測(cè)試，提高了架車機(jī)電氣柜出廠前的測(cè)試效率，保證了架車機(jī)電氣柜的出廠質(zhì)量。