我國已逐步掌握動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)作為列車運(yùn)行安全的關(guān)鍵核心技術(shù)，但是由于國產(chǎn)化時(shí)間不長，制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵控制設(shè)備制動(dòng)控制單元在實(shí)際運(yùn)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(yùn)行[1]。目前對制動(dòng)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(yùn)行。為了能夠迅速對制動(dòng)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(dòng)控制單元電路板自動(dòng)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(jì)思想，通過編寫應(yīng)用軟件，部分取代傳統(tǒng)儀器來實(shí)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(qiáng)大的計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)，品種較多，但價(jià)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(qiáng)[3]。因此研制開發(fā)了高集成度、智能化的適合于制動(dòng)控制單元的單板自動(dòng)化檢測系統(tǒng)，便于定位故障回路，同時(shí)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(dòng)車組制動(dòng)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(tái)，從系統(tǒng)框架、硬件和軟件設(shè)計(jì)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(shí)際測試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。
1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及原理
      制動(dòng)控制單元是動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，在制動(dòng)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著制動(dòng)力計(jì)算、電空制動(dòng)演算控制、防滑控制、空壓機(jī)控制、通信、監(jiān)控及故障處理等任務(wù)。制動(dòng)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(dòng)化測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組制動(dòng)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(shí)，從被試板處輸入測試信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)理電路，PXI數(shù)據(jù)采集卡對信號(hào)進(jìn)行采樣處理，然后由嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化測試分析，并實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和打印測試結(jié)果。通過自動(dòng)測試，可定位到故障回路；通過手動(dòng)試驗(yàn)，可對單板進(jìn)行手動(dòng)單項(xiàng)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(hào)進(jìn)行采集處理。信號(hào)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(shí)還有完成對PXI系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)調(diào)理的任務(wù)，以滿足被測電路板的實(shí)際工作需要和與采集板卡信號(hào)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(shí)，需要對制動(dòng)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(hào)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(gè)次級(jí)線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)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(diǎn)[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
   自動(dòng)化測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，采用 LabVIEW軟件進(jìn)行編程[6]，實(shí)現(xiàn)可視化實(shí)時(shí)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(jī)交互模塊組成，設(shè)計(jì)了包括底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)、測試過程管理控制、程序基本測試驅(qū)動(dòng)以及數(shù)據(jù)管理等子軟件，并可自動(dòng)生成報(bào)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(xiàng)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(bào)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(dòng)檢測和手動(dòng)檢測兩種測試方案。在試驗(yàn)過程中，測試軟件會(huì)自動(dòng)記錄故障類型。系統(tǒng)在試驗(yàn)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(xiàng)檢測，或者結(jié)束測試，進(jìn)行維修。
4 實(shí)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(dòng)控制單元設(shè)計(jì)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(dòng)下制動(dòng)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(dòng)下輸出EP電流；然后由手動(dòng)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(yàn)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(jì)思想，開發(fā)了電路板自動(dòng)化測試系統(tǒng)。整個(gè)測試系統(tǒng)集成度高、自動(dòng)化程度高、擴(kuò)展性強(qiáng)，充分體現(xiàn)了虛擬儀器的優(yōu)勢，功能擴(kuò)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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