曹金洲 ，易衛(wèi)華，陳安平

（株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司 制造中心，湖南株洲412001）

牽引控制裝置是牽引變流器的核心組成部分，承擔(dān)著牽引控制和安全運(yùn)行的重要任務(wù)，它的性能直接關(guān)系到行車安全。例行功能試驗(yàn)作為牽引控制裝置出廠前重要檢驗(yàn)工序，對(duì)其各項(xiàng)功能進(jìn)行詳細(xì)的試驗(yàn)驗(yàn)證，重要性不言而喻。

由于應(yīng)用場(chǎng)所及客戶需求的差異，牽引控制裝置衍生出很多不同的型號(hào)，形成了多品種、小批量的鮮明特色。由于不同型號(hào)間的差異，每個(gè)型號(hào)通常需要開發(fā)一套專用的測(cè)試過渡線束，才能實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)牽引控制單元相連。這對(duì)于承擔(dān)著各型牽引控制裝置生產(chǎn)測(cè)試的制造部門而言存在著諸多缺點(diǎn)：

（1）通用性差。由于測(cè)試線束的專用性，設(shè)計(jì)部門每開發(fā)一個(gè)新型牽引控制裝置就必須開發(fā)一套測(cè)試過渡線束，不利于新型產(chǎn)品測(cè)試程序的開發(fā)。

（2）浪費(fèi)資源。不斷開發(fā)專用測(cè)試過渡線束不僅耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，而且不斷侵蝕寶貴的生產(chǎn)空間。

開發(fā)一款通用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，避免測(cè)試過渡線束的不斷開發(fā)，同時(shí)適應(yīng)各型牽引控制裝置高質(zhì)量、高效率測(cè)試，對(duì)于生產(chǎn)測(cè)試部門有著重要意義。

1 需求分析

牽引變流器的控制框圖如圖1。牽引控制裝置控制斷路器、接觸器等動(dòng)作，接收主電路電壓傳感器、電流傳感器、速度傳感器等信號(hào)，經(jīng)控制器運(yùn)算后輸出驅(qū)動(dòng)脈沖至變流模塊和逆變模塊，同時(shí)接收自變流模塊和逆變模塊的故障信號(hào)，以進(jìn)行必要的保護(hù)。

對(duì)各型牽引控制裝置例行功能試驗(yàn)需求的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論。

相同點(diǎn)：不同型號(hào)牽引控制裝置對(duì)所需的外接口連接器型號(hào)、試驗(yàn)儀器種類及信號(hào)類型是一致的。這為測(cè)試系統(tǒng)的通用性提供了有利條件。

不同點(diǎn)：不同型號(hào)牽引控制裝置試驗(yàn)時(shí)信號(hào)具體接入點(diǎn)的數(shù)量和位置經(jīng)常存在一些差異。這為測(cè)試系統(tǒng)的通用性帶來了挑戰(zhàn)。

如何利用上述相同點(diǎn)，適應(yīng)不同點(diǎn)，成為通用測(cè)試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

圖1 牽引變流器的控制框圖

2 方案設(shè)計(jì)

由需求分析可見，如何適應(yīng)信號(hào)接入點(diǎn)的差異成為通用測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)的重中之重。經(jīng)過各種方案的比較分析，發(fā)現(xiàn)在通用測(cè)試系統(tǒng)配置矩陣開關(guān)（如圖2），能夠很好地解決信號(hào)接入點(diǎn)差異問題。

圖2中，矩陣的任意一行或一列內(nèi)部是相通的，行與列之間通過開關(guān)相聯(lián)系。通過控制開關(guān)的通斷，即可控制行與列之間連接關(guān)系。

利用上述特點(diǎn)，可以按圖3進(jìn)行資源配置。將測(cè)試用儀器（如電流源、電阻卡、方波輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡、萬用表等）依次布置在矩陣的列上，形成儀器列。每個(gè)儀器占用的列數(shù)由儀器所需的輸出或輸入端口數(shù)量來決定。其余則用作對(duì)外接口列。通過控制開關(guān)的通斷，可將所需儀器列連接至需要使用的對(duì)外接口列。同一時(shí)間可連接的儀器數(shù)量受矩陣行數(shù)的限制，需選擇適當(dāng)規(guī)模的矩陣開關(guān)來滿足。

圖2 矩陣開關(guān)示意圖

圖3 矩陣開關(guān)資源配置示意圖

對(duì)外接口列與各型牽引控制裝置間經(jīng)通用過渡線束（如圖4）連接。通用連接器依據(jù)各型牽引控制裝置接口連接器種類來確定，測(cè)試時(shí)可通過計(jì)算機(jī)程序提醒操作者進(jìn)行連接器級(jí)別的切換。連接器內(nèi)部各點(diǎn)位何時(shí)與何種儀器連接，則由計(jì)算機(jī)程序來控制。計(jì)算機(jī)程序依據(jù)各型牽引控制裝置例行試驗(yàn)大綱來編制。一個(gè)計(jì)算機(jī)程序?qū)?yīng)一個(gè)型號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的通用。

3 硬件架構(gòu)

按照上述方案設(shè)計(jì)開發(fā)的牽引控制裝置通用測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖5。其中各部件主要功能介紹如下：

圖4 通用過渡線束示意圖

（1）嵌入式PC：NI公司PXI-8108安裝于PXI控制機(jī)箱，是測(cè)試系統(tǒng)的控制中心和人機(jī)交互接口。它經(jīng)以太網(wǎng)口連接至交換機(jī)，與矩陣開關(guān)和被測(cè)牽引控制裝置進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。經(jīng)GPIB接口與供電電源、故障信號(hào)模擬電源、電流源進(jìn)行GPIB通訊。經(jīng)顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤與編程員或操作員進(jìn)行人機(jī)交互。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)

（2）方波輸出卡：NI公司PXI-6624安裝于PXI控制機(jī)箱，產(chǎn)生方波信號(hào)，經(jīng)矩陣開關(guān)路由后送至被測(cè)牽引控制裝置，用于模擬速度傳感器信號(hào)。

（3）電阻卡：Pickering公司40-297-002安裝于PXI控制機(jī)箱，是一種可編程可變電阻，經(jīng)矩陣開關(guān)路由后送至被測(cè)牽引控制裝置，用于模擬溫度傳感器、壓力傳感器信號(hào)。

（4）數(shù)據(jù)采集卡：NI公司PXI-6259安裝于PXI控制機(jī)箱，經(jīng)矩陣開關(guān)路由接收來自牽引控制裝置的PWM脈沖，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（5）萬用表卡：NI公司PXI-4065安裝于PXI控制機(jī)箱，經(jīng)矩陣開關(guān)路由測(cè)量來自牽引控制裝置的電壓信號(hào)（如數(shù)字量輸出等）、電流信號(hào)。

（6）電流源：Agilent公司E6634B產(chǎn)生電流源信號(hào)，經(jīng)矩陣開關(guān)路由后送至被測(cè)牽引控制裝置，用于模擬電壓傳感器、電流傳感器信號(hào)。

（7）故障信號(hào)模擬電源：Agilent公司E3631A產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)矩陣開關(guān)路由后送至被測(cè)牽引控制裝置，用于模擬變流模塊、逆變模塊故障反饋等數(shù)字量輸入。

（8）矩陣開關(guān)：Pickering公司50-550-022，用于控制上述各類信號(hào)的路由。

（9）供電電源：Agilent公司N5770A，用于向被測(cè)牽引控制裝置提供電源和模擬斷路器、接觸器等數(shù)字量輸入信號(hào)。

開發(fā)完成后的牽引控制裝置通用測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖如圖6所示。

圖6 通用測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

4 軟件架構(gòu)

通用測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖7所示。系統(tǒng)采用NI LABVIEW軟件進(jìn)行模塊化代碼開發(fā)。它通過安裝在操作系統(tǒng)的GPIB驅(qū)動(dòng)、PXI驅(qū)動(dòng)經(jīng)VISA指令與GPIB儀器、PXI儀器交互。采用NI TESTSTAND軟件調(diào)用LabVIEW代碼構(gòu)建測(cè)試序列。編程員構(gòu)建上述LabVIEW代碼和TESTSTAND序列。操作員運(yùn)行TESTSTAND序列進(jìn)行牽引控制裝置例行功能試驗(yàn)。

圖7 通用測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)

開發(fā)完成矩陣開關(guān)控制界面截圖如圖8所示。

圖8 矩陣開關(guān)控制界面示意圖

5 結(jié)束語

該通用測(cè)試系統(tǒng)已成功用于8軸9 600kW電力機(jī)車、南非雙流制貨運(yùn)機(jī)車等車型牽引控制裝置例行功能試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。它很好地解決了資源路由問題，具有很強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性，大大縮短新型號(hào)牽引控制裝置自動(dòng)測(cè)試開發(fā)時(shí)間。同時(shí)具備良好的人機(jī)交互界面，大大簡化了人工操作。

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