牽引變流器低壓測試臺(tái)的軟硬件系統(tǒng)搭建研究

陳義韜

【摘 要】2008年開始至今動(dòng)車牽引變流器產(chǎn)量不斷上升，為了應(yīng)對(duì)生產(chǎn)需要，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，縮短制造周期，必須提升產(chǎn)品出廠試驗(yàn)效率。本文對(duì)虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)及國際的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了對(duì)比分析，并以此為基礎(chǔ)，通過模擬被測產(chǎn)品工作環(huán)境，對(duì)現(xiàn)階段各類測試系統(tǒng)用虛擬儀器設(shè)備進(jìn)行分析對(duì)比，最終確定了牽引變流器低壓測試臺(tái)軟硬件系統(tǒng)搭建方案。

【關(guān)鍵詞】牽引變流器 低壓測試系統(tǒng) LabVIEW 虛擬儀器 GPIB+PCI

1 測試系統(tǒng)開發(fā)的目的

作為主變流器產(chǎn)品出廠試驗(yàn)的組成部分——低壓功能試驗(yàn)，一直一來是考核產(chǎn)品功能的重要試驗(yàn)環(huán)節(jié)。就目前現(xiàn)有的測試軟硬件資源已經(jīng)逐漸不能滿足未來幾年動(dòng)車組主變流器產(chǎn)品的試驗(yàn)工作進(jìn)度需求。因此該低壓測試臺(tái)的開發(fā)研制主要是為了滿足目前動(dòng)車組牽引變流器產(chǎn)品出廠試驗(yàn)弱電功能測試要求，能滿足未來主變流器產(chǎn)品出廠試驗(yàn)弱電功能測試的需求，是主變測試臺(tái)的重要組成部分。

2 虛擬儀器測試系統(tǒng)國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及水平

2.1 虛擬儀器的特點(diǎn)

（1）軟件是虛擬儀器的核心。虛擬儀器的硬件確立后，它的功能，如抗混淆濾波、小波分析等，主要是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。（2）虛擬儀器的性價(jià)比高，既能同時(shí)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的測量，還可以降低測試系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，從而降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護(hù)成本。（3）虛擬儀器具有良好的人機(jī)界面，測量結(jié)果是通過由軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上生成的、與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面一軟面板來實(shí)現(xiàn)的。（4）虛擬儀器具有和其它設(shè)備互聯(lián)的能力，可以接入網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)的監(jiān)控和管理。

2.2 虛擬儀器的分類

（1）PC總線插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件（如DASP與LabVIEW）相結(jié)合，完成測試任務(wù)。插卡式儀器價(jià)格最便宜，特別適合于教學(xué)部門和各種實(shí)驗(yàn)室使用。（2）GP-IB總線方式是虛擬儀器早期的發(fā)展階段，它的出現(xiàn)使電子測量由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展。GP—IB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，造價(jià)較低，主要應(yīng)用于對(duì)臺(tái)式儀器的測控。（3）PXI總線方式的虛擬儀器PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢結(jié)合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺(tái)。

3 牽引變流器主要試驗(yàn)方法和測試需求

牽引變流器（以下簡稱CI）的出廠試驗(yàn)，主要是模擬在動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)行過程中，CI的電路參數(shù)、工作環(huán)境、車輛系統(tǒng)、電網(wǎng)設(shè)施的各種情況，以考證牽引變流器工作是否正常，產(chǎn)品各單元模塊性能是否穩(wěn)定等等，以此來驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性。此測試臺(tái)的開發(fā)主要是為了滿足CI整柜例行（出廠）試驗(yàn)弱電功能測試需求。通過模擬被測產(chǎn)品工作環(huán)境，按照測試步驟用自動(dòng)或手動(dòng)的方式提供測試所需信號(hào)，根據(jù)測試值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)或手動(dòng)判斷本步驟試驗(yàn)結(jié)果，從而完成主變流器產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)工作；也可以手動(dòng)選擇測試項(xiàng)目，在給定系統(tǒng)啟動(dòng)所需模擬信號(hào)后，單獨(dú)進(jìn)行某項(xiàng)試驗(yàn)。

4 低壓測試臺(tái)硬件方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

根據(jù)測試臺(tái)試驗(yàn)對(duì)象以及測試需求，低壓測控系統(tǒng)通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)測試儀器與計(jì)算機(jī)之間的通信，當(dāng)測試儀器連接上被測產(chǎn)品時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)待測項(xiàng)目提示試驗(yàn)員操作，從而控制儀器提供給被測品各種信號(hào)；同時(shí)系統(tǒng)將采集來的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控記錄。測試臺(tái)需要使用直流供電電源與交流信號(hào)源通過多路通用開關(guān)提供給被測產(chǎn)品或時(shí)序試驗(yàn)器，直流信號(hào)、頻率量信號(hào)以及測量通道通過直接的電線連接對(duì)被測品進(jìn)行激勵(lì)或測量工作。

部分模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的輸出與采集是通過PCI板卡儀器實(shí)現(xiàn)。板卡儀器把來自插件箱背板總線中一個(gè)通道的大量數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)的速度要比臺(tái)式儀器的外部I/O通信具有優(yōu)勢。考慮到主變流器的測試特點(diǎn)以及需要提供和檢測的信號(hào)類型，將臺(tái)式儀器集成上架，在工控機(jī)對(duì)儀器的控制方面采取以GPIB總線為主的控制方式，而對(duì)模擬輸出、數(shù)字入出等PCI插件工控機(jī)用PCI總線進(jìn)行控制。其中工控機(jī)與產(chǎn)品DCU直接通過光纖以及串口線等通信方式進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)被測品的動(dòng)作控制，并能在故障或保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生時(shí)通過工控機(jī)及時(shí)對(duì)故障種類、來源進(jìn)行監(jiān)控。

5 低壓測試臺(tái)測試軟件方案設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)庫功能：測試結(jié)果能直接與數(shù)據(jù)庫連接的功能，便于以后的數(shù)據(jù)查找。（2）網(wǎng)絡(luò)功能：需具備網(wǎng)絡(luò)功能，可隨時(shí)將測試數(shù)據(jù)發(fā)布至局域網(wǎng)上，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制測試臺(tái)。（3）用戶權(quán)限管理功能：具備分層的用戶權(quán)限管理功能。（4）具有手動(dòng)與自動(dòng)測試功能，并具備人工故障查找的功能。（5）采用圖形化編程界面，提高程序的開發(fā)效率。

根據(jù)軟件方案需求，測試臺(tái)軟件系統(tǒng)將采用TestStand、Labview兩大核心軟件進(jìn)行編程開發(fā)。其中，LabVIEW采用圖形化的開發(fā)界面，開發(fā)效率高，可針對(duì)每一測試步驟編制相應(yīng)的測試程序，分別實(shí)現(xiàn)單獨(dú)某一測試步驟，同時(shí)也可以將每一步的測試結(jié)果錄入測試報(bào)告并保存至數(shù)據(jù)庫。TestStand將Labview編寫的每一步測試步驟進(jìn)行集成，使每一測試步驟能夠有序的按照調(diào)試大綱的順序自動(dòng)執(zhí)行，并自動(dòng)生成測試報(bào)告，將測試數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試，在系統(tǒng)中預(yù)留該軟件的升級(jí)空間，使未來主變流器低壓功能試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試更為方便。

6 結(jié)語

該測試臺(tái)的開發(fā)將為牽引變流器現(xiàn)代化生產(chǎn)制造平臺(tái)的打造提供有力的支持；通過該測試系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用，將已有陳舊的測試設(shè)備進(jìn)行全面的替換更新和升級(jí)換代，建立起完善的一體化的產(chǎn)品試驗(yàn)體系，有力的保障了牽引變流器產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及出廠質(zhì)量；為配合測試技術(shù)水平的整體提升，以及制造形象和關(guān)鍵產(chǎn)品試驗(yàn)水平方面與國際先進(jìn)制造企業(yè)接軌，起到了十分重要的作用。

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