株洲中車時代電氣股份有限公司 孟慶明 任小冬 武松劍 羅 煥

基于LabVIEW的PWBU控制單元自動測試系統(tǒng)的開發(fā)

株洲中車時代電氣股份有限公司 孟慶明 任小冬 武松劍 羅 煥

動車組輔助供電系統(tǒng)為動車組上多種形式的負載提供電能,如空調、換氣裝置、控制系統(tǒng)、照明、廣播、列車無線等設備，是動車組重要的組成部分。而PWBU控制單元是動車組輔助供電系統(tǒng)的核心設備。基于圖形化編程語言LabVIEW和PXI系統(tǒng)，設計了一套動車組PWBU單元的自動測試系統(tǒng)，替代目前的手動測試方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集、試驗結果的自動記錄、打印等功能，實現(xiàn)了一鍵測試。

PWBU單元；自動化測試系統(tǒng)；LabVIEW；一鍵測試

目前動車組檢修業(yè)務呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，隨著檢修業(yè)務的迅速擴大，原有的檢修測試模式難以支撐未來的檢修業(yè)務需求，提高測試設備自動化，成為解決問題的突破口，支持新的業(yè)務發(fā)展。

根據(jù)PWBU單元的工作性能和測試要求，本文以虛擬儀器為開發(fā)平臺，從系統(tǒng)框架、硬件和軟件設計三部分對該系統(tǒng)進行詳細的闡述，并通過實際測試，驗證了系統(tǒng)的可行性。

1 系統(tǒng)結構及原理

動車組輔助供電系統(tǒng)為動車組上多種形式的負載提供電能,如空調、換氣裝置、控制系統(tǒng)、照明、廣播、列車無線等設備,是動車組重要的組成部分。而PWBU單元是動車組輔助供電系統(tǒng)的核心設備，主要有控制板、接口板、電容板等電路板組成。

自動化測試系統(tǒng)實現(xiàn)了動車組PWBU控制單元的功能測試。測試時從被試品插頭輸入信號，通過開關卡路由，以及PXI、示波器、萬用表對信號進行采樣處理，由工控機進行自動化測試分析，并實時顯示、存儲和打印測試結果。測試系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)結構圖

測試系統(tǒng)整體需求如下：

1）與被測產(chǎn)品信息交換：測試系統(tǒng)應能夠通過網(wǎng)口及GPIB，依據(jù)通信協(xié)議與PWBU控制單元進行信息交互，上位機能實時獲取控制單元的主要參數(shù)信息。

2）軟件性能需求：測試系統(tǒng)軟件界面簡潔明了，便于操作。通過配置界面對測試系統(tǒng)進行硬件配置管理與三級權限管理（高級管理員、程序開發(fā)員、操作者）；軟件能夠自動、手動設置及顯示界面，能夠顯示儀器儀表各參數(shù)值；滿足自動測試設備信息化需求；采用圖形化編程界面，提高程序的開發(fā)效率。

3）接口需求：系統(tǒng)的外觀應與生產(chǎn)線現(xiàn)場的環(huán)境、色調相協(xié)調，不影響現(xiàn)場美觀。

測試臺主操控臺設置緊急啟停開關及狀態(tài)指示燈，可移動滿足流水線生產(chǎn)的需要，操作員作業(yè)方式為坐式作業(yè)，滿足人機工程學。

2 系統(tǒng)硬件設計

自動化測試系統(tǒng)分為低壓控制柜和工裝柜。低壓控制柜中主要由工業(yè)控制計算機、示波器、直流電源、萬用表、波形發(fā)生器等組成，工裝柜中主要由氣缸、視覺檢查模塊、測試探針等組成。

2.1 硬件選型

工業(yè)控制計算機作為整個系統(tǒng)的控制核心，通過編制的軟件系統(tǒng)，對試驗過程進行自動控制和測試。

根據(jù)測試的需求，選用IPC610H作為主控計算機，采用NI PXI-1042 機箱，NI PXI-6529數(shù)字輸入卡、Pickering 40-614-001開關卡等硬件。

考慮計量的方便性，信號源及測量設備采用臺式儀器。

2.2 數(shù)字量/模擬量輸出

由于試驗過程中，需要輸入的數(shù)字量和模擬量路數(shù)多，因此，在設計時，考慮用開關卡+直流電源(DC24V)來實現(xiàn)數(shù)字量輸出，用開關卡+直流程控電源來實現(xiàn)模擬量輸出，原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字量/模擬量輸出原理圖

2.3 模擬量/頻率采集

為了滿足對試驗過程中，各個通道數(shù)據(jù)的采集，采用萬用表+開關卡的方式來進行交直流電壓的采集，用示波器+開關的方式來進行頻率信號的采集，原理如圖3所示。

圖3 模擬量/頻率采集原理圖

2.4 系統(tǒng)接口

試驗臺與被試品的連接，采用APEX單連接方式進行連接。

3 系統(tǒng)軟件設計

測試系統(tǒng)的軟件架構采用基于生產(chǎn)者-消費者的多線程執(zhí)行架構。該軟件架構優(yōu)化了狀態(tài)執(zhí)行的效率和及內(nèi)存數(shù)據(jù)的共享；減輕了開發(fā)者對于架構細節(jié)的設計，如圖4所示。

圖4 軟件架構

測試系統(tǒng)整體軟件結構如圖5所示。

測試系統(tǒng)軟件采用分層體系結構，從上至下分為人機交互模塊，測試流程管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、儀器接口驅動模塊等。其中：

人機交互模塊包括設備配置及控制模塊、設備狀態(tài)監(jiān)測模塊；

測試流程管理模塊實現(xiàn)測試序列編輯、用戶規(guī)則、設備命令集等方面的設置。

數(shù)據(jù)管理模塊分別實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)和儀器設備數(shù)據(jù)的管理功能；

儀器設備接口驅動模塊基于VISA函數(shù)庫進行設計。

測試平臺軟件基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境編寫，完成各個儀器的操作軟面板實現(xiàn)測試設備的程控。并通過LabVIEW完成儀器基礎操作子VI的編寫，便于自動測試過程中的調用和二次開發(fā)。

圖5 系統(tǒng)軟件總體結構圖

4 結論

通過PWBU單元自動化測試系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集、試驗結果的自動記錄、打印等功能，實現(xiàn)了一鍵測試。通過實際測試，與原來相比測試效率提高了80%以上。通過數(shù)據(jù)的自動采集及上傳服務器系統(tǒng)，為目前開展的大數(shù)據(jù)研究提供寶貴的基礎數(shù)據(jù)。

[1]高曉燕,丁國君．基于LabVIEW的制動控制單元自動測試系統(tǒng)的開發(fā)[J]．電子技術應用,2013．

[2]蔣驪湘,陳高華,劉護林．基于LabVIEW的交流傳動試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]．機車電傳動,2011．

[3]陳錫輝,張銀鴻,等．LabVIEW 8．20程序設計從入門到精通[M]．北京:清華大學出版社,2007．

Development of PWBU automatic test system based on virtual instrument

(Zhuzhou CRRC Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou 412001, China)

The auxiliary power supply system provides the power to the load of various forms of EMU, such as air conditioning, ventilation device, control system, lighting, radio, train radio and other equipment, is an important part of EMU. The PWBU control unit is the core equipment of EMU auxiliary power supply system. The PWBU EMU unit automatic test system is designed based on the graphical programming language LabVIEW and PXI system, which insteads of the current manual test mode, realizes the automatic collection of data, automatic recording and printing of test results, and one key test.

PWBU unit；automatic test system；LabVIEW ；One key test

孟慶明（1980-），男，江蘇徐州人，工程師。