基于LabVIEW的PWBU控制單元自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)

株洲中車時(shí)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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)

株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司 孟慶明 任小冬 武松劍 羅 煥

動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)為動(dòng)車組上多種形式的負(fù)載提供電能,如空調(diào)、換氣裝置、控制系統(tǒng)、照明、廣播、列車無(wú)線等設(shè)備，是動(dòng)車組重要的組成部分。而PWBU控制單元是動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)的核心設(shè)備?；趫D形化編程語(yǔ)言LabVIEW和PXI系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套動(dòng)車組PWBU單元的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，替代目前的手動(dòng)測(cè)試方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、試驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)記錄、打印等功能，實(shí)現(xiàn)了一鍵測(cè)試。

PWBU單元；自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)；LabVIEW；一鍵測(cè)試

目前動(dòng)車組檢修業(yè)務(wù)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，隨著檢修業(yè)務(wù)的迅速擴(kuò)大，原有的檢修測(cè)試模式難以支撐未來(lái)的檢修業(yè)務(wù)需求，提高測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化，成為解決問(wèn)題的突破口，支持新的業(yè)務(wù)發(fā)展。

根據(jù)PWBU單元的工作性能和測(cè)試要求，本文以虛擬儀器為開發(fā)平臺(tái)，從系統(tǒng)框架、硬件和軟件設(shè)計(jì)三部分對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并通過(guò)實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

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

自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組PWBU控制單元的功能測(cè)試。測(cè)試時(shí)從被試品插頭輸入信號(hào)，通過(guò)開關(guān)卡路由，以及PXI、示波器、萬(wàn)用表對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，由工控機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試分析，并實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和打印測(cè)試結(jié)果。測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測(cè)試系統(tǒng)整體需求如下：

1）與被測(cè)產(chǎn)品信息交換：測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)能夠通過(guò)網(wǎng)口及GPIB，依據(jù)通信協(xié)議與PWBU控制單元進(jìn)行信息交互，上位機(jī)能實(shí)時(shí)獲取控制單元的主要參數(shù)信息。

2）軟件性能需求：測(cè)試系統(tǒng)軟件界面簡(jiǎn)潔明了，便于操作。通過(guò)配置界面對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置管理與三級(jí)權(quán)限管理（高級(jí)管理員、程序開發(fā)員、操作者）；軟件能夠自動(dòng)、手動(dòng)設(shè)置及顯示界面，能夠顯示儀器儀表各參數(shù)值；滿足自動(dòng)測(cè)試設(shè)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(yīng)與生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、色調(diào)相協(xié)調(diào)，不影響現(xiàn)場(chǎng)美觀。

測(cè)試臺(tái)主操控臺(tái)設(shè)置緊急啟停開關(guān)及狀態(tài)指示燈，可移動(dòng)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(jī)工程學(xué)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化測(cè)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(jì)算機(jī)、示波器、直流電源、萬(wàn)用表、波形發(fā)生器等組成，工裝柜中主要由氣缸、視覺(jué)檢查模塊、測(cè)試探針等組成。

2.1 硬件選型

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)編制的軟件系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和測(cè)試。

根據(jù)測(cè)試的需求，選用IPC610H作為主控計(jì)算機(jī)，采用NI PXI-1042 機(jī)箱，NI PXI-6529數(shù)字輸入卡、Pickering 40-614-001開關(guān)卡等硬件。

考慮計(jì)量的方便性，信號(hào)源及測(cè)量設(shè)備采用臺(tái)式儀器。

2.2 數(shù)字量/模擬量輸出

由于試驗(yàn)過(guò)程中，需要輸入的數(shù)字量和模擬量路數(shù)多，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮用開關(guān)卡+直流電源(DC24V)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出，用開關(guān)卡+直流程控電源來(lái)實(shí)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(duì)試驗(yàn)過(guò)程中，各個(gè)通道數(shù)據(jù)的采集，采用萬(wàn)用表+開關(guān)卡的方式來(lái)進(jìn)行交直流電壓的采集，用示波器+開關(guān)的方式來(lái)進(jìn)行頻率信號(hào)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(yàn)臺(tái)與被試品的連接，采用APEX單連接方式進(jìn)行連接。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采用基于生產(chǎn)者-消費(fèi)者的多線程執(zhí)行架構(gòu)。該軟件架構(gòu)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(duì)于架構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 軟件架構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

測(cè)試系統(tǒng)軟件采用分層體系結(jié)構(gòu)，從上至下分為人機(jī)交互模塊，測(cè)試流程管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、儀器接口驅(qū)動(dòng)模塊等。其中：

人機(jī)交互模塊包括設(shè)備配置及控制模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊；

測(cè)試流程管理模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)試序列編輯、用戶規(guī)則、設(shè)備命令集等方面的設(shè)置。

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

儀器設(shè)備接口驅(qū)動(dòng)模塊基于VISA函數(shù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

測(cè)試平臺(tái)軟件基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境編寫，完成各個(gè)儀器的操作軟面板實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備的程控。并通過(guò)LabVIEW完成儀器基礎(chǔ)操作子VI的編寫，便于自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中的調(diào)用和二次開發(fā)。

圖5 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

通過(guò)PWBU單元自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、試驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)記錄、打印等功能，實(shí)現(xiàn)了一鍵測(cè)試。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，與原來(lái)相比測(cè)試效率提高了80%以上。通過(guò)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集及上傳服務(wù)器系統(tǒng)，為目前開展的大數(shù)據(jù)研究提供寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[1]高曉燕,丁國(guó)君．基于LabVIEW的制動(dòng)控制單元自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用,2013．

[2]蔣驪湘,陳高華,劉護(hù)林．基于LabVIEW的交流傳動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]．機(jī)車電傳動(dòng),2011．

[3]陳錫輝,張銀鴻,等．LabVIEW 8．20程序設(shè)計(jì)從入門到精通[M]．北京:清華大學(xué)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。