機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)出廠測(cè)試設(shè)備的研制

王蘇敬

(1 中國(guó)鐵道科院研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081；2 北京縱橫機(jī)電科技有限公司， 北京 100094)

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

針對(duì)生產(chǎn)車間現(xiàn)有6A系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備及工裝較為分散情況，為提高測(cè)試效率，滿足 6A系統(tǒng)批量生產(chǎn)的產(chǎn)能要求，依據(jù)《機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))例行試驗(yàn)大綱》，設(shè)計(jì)開發(fā)基于模塊化通用測(cè)控系統(tǒng)的6A系統(tǒng)出廠測(cè)試設(shè)備。

1 測(cè)試設(shè)備功能指標(biāo)

6A系統(tǒng)出廠測(cè)試設(shè)備測(cè)試對(duì)象分為單一板卡以及組裝完成的整機(jī)。單一板卡共計(jì)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(chǔ)板卡ST1、ST2；

(5)空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)板卡：AB；

(6)走行部故障檢測(cè)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(cè)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(cè)子系統(tǒng)板卡：AG；

(11)音視頻語(yǔ)音終端。

裝配完畢的6A整機(jī)測(cè)試需求為：進(jìn)行音視頻語(yǔ)音終端部分、電源箱部分、中央處理平臺(tái)部分、子系統(tǒng)部分的硬件接口及軟件功能測(cè)試。

經(jīng)整理分析測(cè)試設(shè)備主要功能指標(biāo)如下：

(1)5路模擬信號(hào)、15路數(shù)字信號(hào)——對(duì)6A系統(tǒng)機(jī)車空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(2)2路模擬、10路數(shù)字信號(hào)——對(duì)6A系統(tǒng)機(jī)車高壓絕緣監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(3)485通信——對(duì)6A系統(tǒng)列車供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(4)4路模擬信號(hào)、CAN總線通信——對(duì)6A系統(tǒng)機(jī)車走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(5)2路模擬信號(hào)、485通信——對(duì)6A系統(tǒng)機(jī)車防火監(jiān)控子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(6)14路模擬信號(hào)——對(duì)6A系統(tǒng)機(jī)車視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的功能測(cè)試；

(7)以太網(wǎng)通信——對(duì)6A系統(tǒng)中央處理平臺(tái)的通訊功能測(cè)試；

(8)2路模擬信號(hào)、以太網(wǎng)通信——對(duì)6A系統(tǒng)音視頻語(yǔ)音終端的功能測(cè)試；

(9)2路模擬信號(hào)采集——對(duì)6A系統(tǒng)電源的功能測(cè)試。

2 測(cè)試設(shè)備原理及組成

2.1 測(cè)試設(shè)備原理

6A系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備采取以工控機(jī)作為主控模塊，通過(guò)PCI-6229多功能測(cè)控板卡+3U信號(hào)調(diào)理機(jī)箱的測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與6A主機(jī)或單板板卡信號(hào)的匹配測(cè)試，設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了測(cè)控系統(tǒng)的模塊化通用性，并兼顧系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。測(cè)試設(shè)備原理圖如圖1所示。

2.2 測(cè)試設(shè)備組成

測(cè)試設(shè)備包括：機(jī)柜、工控機(jī)、模塊化通用測(cè)控系統(tǒng)和人機(jī)交互設(shè)備。

圖1 測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)原理圖

機(jī)柜：采用可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，在批量生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)車間情況進(jìn)行整機(jī)功能測(cè)試及老化期間巡檢測(cè)試。

工控機(jī)：包含主控單元模塊、通信模塊(COM、485、以太網(wǎng))。

模塊化通用測(cè)控系統(tǒng)：以NI公司PCI-6229多功能測(cè)控板卡為主+3U信號(hào)調(diào)理機(jī)箱的測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，可根據(jù)需要添加測(cè)控板卡和調(diào)理電路板，定義最小應(yīng)用單元為1塊PCI-6229板卡和X(X可選3、6、8)槽位3U調(diào)理機(jī)箱，可實(shí)現(xiàn)32路模擬量采集、4路模擬量輸出、2路PWM以及48數(shù)字量輸入輸出的信號(hào)測(cè)控，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的路數(shù)要求增減最小單元。接口轉(zhuǎn)換部分根據(jù)被測(cè)件的不同通過(guò)不同工裝線實(shí)現(xiàn)與被測(cè)件的連接。

人機(jī)交互設(shè)備：包含顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、音視頻顯示終端等，界面易于操作，提高測(cè)試效率。

2.3 模塊化通用測(cè)控系統(tǒng)

以PXI-6229為核心數(shù)控板卡+ X(X可選3、6、8)槽位的3U信號(hào)調(diào)理機(jī)箱，同時(shí)考慮測(cè)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，一個(gè)完備的最小單元1塊PCI-6229板卡和8槽位3U調(diào)理機(jī)箱，最小單元可實(shí)現(xiàn)如下信號(hào)測(cè)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(shù)字量輸入輸出(DC110VDC24V可選)；

上述信號(hào)用6個(gè)槽位，另兩個(gè)槽位為擴(kuò)展性預(yù)留，可根據(jù)系統(tǒng)需要擴(kuò)展板卡和調(diào)理電路，調(diào)理機(jī)箱布置圖如圖2所示：

8槽位信號(hào)調(diào)理機(jī)箱包括：背板、6229接口板(1和2)、AIAO調(diào)理板(1和2)、DIDO調(diào)理板(1和2)和兩個(gè)預(yù)留槽位。

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

圖2 3U信號(hào)調(diào)理機(jī)箱布置圖

根據(jù)測(cè)試設(shè)備對(duì)測(cè)控信號(hào)的需求，調(diào)理機(jī)箱有3槽位、6槽位和8槽位的靈活配置，若信號(hào)量超出1塊6229板卡的能力范圍，可增加最小應(yīng)用單元的個(gè)數(shù)。

3 測(cè)試設(shè)備軟件開發(fā)

6A系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試軟件選用NI公司的LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行編制。LabVIEW是由NI公司推出的一款基于圖形化開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行的高效集成化編程環(huán)境[2]。

本設(shè)備的人機(jī)交互界面包括3部分：初始化部分，試驗(yàn)實(shí)施部分，管理主數(shù)據(jù)部分。初始化部分是系統(tǒng)進(jìn)行自檢、并初始化設(shè)備，試驗(yàn)實(shí)施部分包括被測(cè)件的選擇以及測(cè)試實(shí)施界面，管理主數(shù)據(jù)部分實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理。

初始化部分是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行的操作，采用分模塊設(shè)計(jì)方法，由主界面逐一調(diào)用各模塊。試驗(yàn)實(shí)施界面是測(cè)試任務(wù)的執(zhí)行界面，根據(jù)被測(cè)件的不同選擇不同的測(cè)試項(xiàng)，并調(diào)用不同的測(cè)試子程序，完成測(cè)試任務(wù)。調(diào)用方法均采用動(dòng)態(tài)調(diào)用方式，節(jié)約系統(tǒng)資源，提高工作效率。

測(cè)試程序模塊調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖3所示。

測(cè)試軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)六軸機(jī)車和八軸機(jī)車AB板卡、AV板卡、AT1板卡、AF板卡、AP板卡以及AG板卡的自動(dòng)檢測(cè)，并可對(duì)測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)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(dòng)界面之后，在主界面可以選擇相應(yīng)機(jī)車的相應(yīng)板卡進(jìn)行測(cè)試并實(shí)時(shí)顯示測(cè)試進(jìn)程。

以AB板卡為例說(shuō)明具體板卡的測(cè)試流程如圖5所示。

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄采取數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，比較下述3種LabVIEW訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，本程序選擇方式3——LabSQL訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖3 測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)圖

圖4 測(cè)試框圖

圖5 AB板卡測(cè)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(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)：可方便的訪問(wèn)多種數(shù)據(jù)庫(kù)；缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴。

方式2：利用LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，通過(guò)SQL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。缺點(diǎn)：需要熟練掌握Microsoft ADO和SQL語(yǔ)言，并需要從底層進(jìn)行復(fù)雜編程[3]。

方式3：通過(guò)工具包LabSQL訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。LabSQL是一個(gè)免費(fèi)的、源代碼開放的、多數(shù)據(jù)庫(kù)、跨平臺(tái)的LabVIEW 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)工具包[4]，優(yōu)點(diǎn)：該工具包將復(fù)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(yǔ)句即可通過(guò)簡(jiǎn)易編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。

4 實(shí)現(xiàn)及試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)緊湊，通過(guò)左側(cè)面的工裝線連接至6A系統(tǒng)的接口板上，實(shí)現(xiàn)與被測(cè)件的電氣連接，測(cè)試完后拔掉6A系統(tǒng)接口板端的插頭，測(cè)試設(shè)備可方便的移動(dòng)到下一個(gè)被測(cè)件附近，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)測(cè)試圖

測(cè)試軟件主界面如圖7所示。

圖7 測(cè)試程序主界面

測(cè)試數(shù)據(jù)以AG板卡為例，AG板卡測(cè)試界面如圖8所示。

圖8 AG板卡測(cè)試界面

AG板卡測(cè)試項(xiàng)點(diǎn)和測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 AG板卡測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

6A系統(tǒng)出廠測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，移動(dòng)方便，徹底解決了前期測(cè)試工裝分散和移動(dòng)困難的問(wèn)題，在測(cè)試效率方面，前期分散工裝需要2人協(xié)作測(cè)試，8小時(shí)可測(cè)試2臺(tái)，現(xiàn)用測(cè)試設(shè)備測(cè)試后1人8小時(shí)可測(cè)試5臺(tái)，所用工時(shí)為前期的20%，測(cè)試效率顯著提升，為6A系統(tǒng)的批量生產(chǎn)提供了良好的試驗(yàn)手段和條件。

此設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，測(cè)控系統(tǒng)和測(cè)控軟件模塊化通用性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)為后續(xù)測(cè)控設(shè)備的持續(xù)開發(fā)搭建了很好的基礎(chǔ)平臺(tái)。