我國已逐步掌握動車組制動系統(tǒng)作為列車運行安全的關(guān)鍵核心技術(shù)，但是由于國產(chǎn)化時間不長，制動系統(tǒng)的關(guān)鍵控制設(shè)備制動控制單元在實際運行中出現(xiàn)故障的次數(shù)較多，影響了列車的安全穩(wěn)定運行[1]。目前對制動控制單元的檢測集中于整體檢測，一旦設(shè)備存在故障，無法定位故障電路位置而增加維修成本和影響列車正常運行。為了能夠迅速對制動控制單元進(jìn)行狀態(tài)檢測和故障定位，開發(fā)快速智能化的制動控制單元電路板自動檢測系統(tǒng)是十分必要和緊迫的。

    借鑒目前集成測試和虛擬儀器的先進(jìn)設(shè)計思想，通過編寫應(yīng)用軟件，部分取代傳統(tǒng)儀器來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與分析已成為可能[2]。目前，國內(nèi)外許多公司推出了功能強大的計算機測試系統(tǒng)，品種較多，但價格相對昂貴，對特定研究對象而言，檢測與診斷的針對性不強[3]。因此研制開發(fā)了高集成度、智能化的適合于制動控制單元的單板自動化檢測系統(tǒng)，便于定位故障回路，同時適用于大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的出廠檢測和維護(hù)維修。
    根據(jù)動車組制動控制單元的工作性能和測試要求，本文以電流傳感器技術(shù)和虛擬儀器為開發(fā)平臺，從系統(tǒng)框架、硬件和軟件設(shè)計三部分對該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的闡述與分析，并進(jìn)行了現(xiàn)場實際測試，驗證了系統(tǒng)的可行性和實用性。
1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及原理
      制動控制單元是動車組制動系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，在制動系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著制動力計算、電空制動演算控制、防滑控制、空壓機控制、通信、監(jiān)控及故障處理等任務(wù)。制動控制單元主要由CPU主板、接口板、防滑板、電源板等電路板組成，各電路板間的連接器采用扁平電纜線連接。
    自動化測試系統(tǒng)實現(xiàn)動車組制動控制單元單板導(dǎo)通測試、功能測試和特性測試等功能。測試時，從被試板處輸入測試信號，通過信號調(diào)理電路，PXI數(shù)據(jù)采集卡對信號進(jìn)行采樣處理，然后由嵌入式計算機進(jìn)行自動化測試分析，并實時顯示、存儲和打印測試結(jié)果。通過自動測試，可定位到故障回路；通過手動試驗，可對單板進(jìn)行手動單項測試，進(jìn)一步確定故障位置及發(fā)生故障的元器件。測試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    根據(jù)測試的需求，選用PXI-8108高性能嵌入式控制器作為系統(tǒng)控制器，采用PXI-4070數(shù)字萬用表板卡、PXI-6528數(shù)字I/O板卡、PXI-6602 PWM產(chǎn)生及采集板卡、PXI-6723 和PXI-6220多功能數(shù)據(jù)采集板卡等對輸入輸出信號進(jìn)行采集處理。信號調(diào)理板在對PXI系統(tǒng)與被測電路板之間進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換的同時還有完成對PXI系統(tǒng)輸入輸出信號調(diào)理的任務(wù)，以滿足被測電路板的實際工作需要和與采集板卡信號類型匹配。
2.2 電流傳感器
    針對CPU主板在進(jìn)行EP閥功能測試時，需要對制動控制單元輸出的0~700 mA電流進(jìn)行測量，但是PXI模擬輸入采集板卡是量程0~5 V電壓輸入,因此需要采用電流傳感器進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換。但是傳統(tǒng)的電流傳感器的靈敏度比較低，輸出信號有偏置電壓和噪聲,對于處理電路要求高,系統(tǒng)成本高[4]。測試系統(tǒng)采用北京森社電子的電流變送器(宇波模塊)CHS-1AD/V0。宇波模塊采用霍爾傳感器的工作原理(如圖3所示)，是一種先進(jìn)的能隔離主回路(原邊)與電子控制回路(副邊)的電流變送器。其基本工作原理是磁平衡式的，即主電流回路所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補償，使霍爾元件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。具有體積小、功耗低、噪聲小、隔離效果好等優(yōu)點[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
   自動化測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計遵循模塊化設(shè)計原則，采用 LabVIEW軟件進(jìn)行編程[6]，實現(xiàn)可視化實時顯示測試數(shù)據(jù)，給出測試結(jié)果，并能定位故障回路。測試軟件主要由電路板測試模塊、測試信息維護(hù)模塊和人機交互模塊組成，設(shè)計了包括底層設(shè)備驅(qū)動、測試過程管理控制、程序基本測試驅(qū)動以及數(shù)據(jù)管理等子軟件，并可自動生成報表，便于查詢與打印。軟件功能模塊框圖如圖4所示。

    進(jìn)入系統(tǒng)后，首先要對PXI采集板卡進(jìn)行配置與自檢；然后根據(jù)測試需求進(jìn)行測試模式選擇。如果是新類型的電路板，則需要在管理主數(shù)據(jù)功能中進(jìn)行登記，并對測試項進(jìn)行編輯，以完成本類型測試板的資源配置；然后執(zhí)行測試流程。如果測試結(jié)果顯示故障，則進(jìn)行故障回路定位，輸出測試報表，釋放硬件資源占用，系統(tǒng)軟件的操作流程如圖5所示。
    用戶可以根據(jù)測試需求選擇自動檢測和手動檢測兩種測試方案。在試驗過程中，測試軟件會自動記錄故障類型。系統(tǒng)在試驗完成后彈出提示框，并標(biāo)記電路故障，用戶可以選擇進(jìn)行下一項檢測，或者結(jié)束測試，進(jìn)行維修。
4 實際測試分析
    以拖車CPU電路板在空車情況下EP電流測試為例，對工作正常和發(fā)生故障的CPU板進(jìn)行分析對比。根據(jù)制動控制單元設(shè)計要求,EP電流輸出允許誤差為±15 mA。圖6(a)所示為無故障CPU板在快速制動下制動控制單元輸出EP電流；圖6(b)為發(fā)生故障CPU板在快速制動下輸出EP電流；然后由手動單路測試確定是CPU板的AS1和AS2壓力輸入采集回路發(fā)生故障，導(dǎo)致輸出EP電流偏低。試驗結(jié)果證明了宇波模塊和測試系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。

    根據(jù)集成測試和虛擬儀器的先進(jìn)設(shè)計思想，開發(fā)了電路板自動化測試系統(tǒng)。整個測試系統(tǒng)集成度高、自動化程度高、擴展性強，充分體現(xiàn)了虛擬儀器的優(yōu)勢，功能擴展靈活、系統(tǒng)維護(hù)方便，具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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