一種便攜式車(chē)載微機(jī)測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)

李娜

摘? 要：文章設(shè)計(jì)了一種便攜式車(chē)載微機(jī)測(cè)試裝置，能夠向EQT2000型車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)提供機(jī)車(chē)各種運(yùn)行狀態(tài)下的輸入信號(hào)，同時(shí)對(duì)車(chē)載微機(jī)的輸出信號(hào)做出顯示，配合機(jī)車(chē)液晶顯示器共同使用，直觀地向操作人員展示車(chē)載微機(jī)的工作情況，從而便于操作人員判定故障進(jìn)行檢修。該車(chē)載微機(jī)測(cè)試裝置功能齊全，在車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試、檢修過(guò)程中占有主導(dǎo)地位，其性能可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、調(diào)試方便，得到了國(guó)內(nèi)外客戶(hù)廣泛的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：測(cè)試裝置;車(chē)載微機(jī)系統(tǒng);檢修;調(diào)試

中圖分類(lèi)號(hào)：U269.322 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）33-0040-03

Abstract： This paper designs a portable vehicle microcomputer testing device which can provide input signals of locomotive running state to EQT2000 microcomputer system and display output signal of vehicle microcomputer simultaneously. Together with locomotive LCD monitor display vehicle microcomputer directly to operator so that operator can judge fault repair. The vehicle microcomputer testing device has complete functions and plays a leading role in designing debugging and repairing of vehicle microcomputer system whose performance reliable economical practical debugging convenient and gained wide recognition from domestic and foreign customers.

Keywords： testing device; vehicle microcomputer system; overhaul; debugging

引言

EQT2000型車(chē)載微機(jī)控制系統(tǒng)軟件、硬件邏輯比較復(fù)雜，很難通過(guò)一般的檢修手段進(jìn)行有效的檢修。在國(guó)內(nèi)，修理廠和機(jī)務(wù)段通常使用示波器、萬(wàn)用表等儀器進(jìn)行手工檢測(cè)，存在檢修周期長(zhǎng)，工作負(fù)荷大、檢測(cè)范圍窄等問(wèn)題[1]。隨著出口機(jī)車(chē)的增多，國(guó)外客戶(hù)與國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)生產(chǎn)廠家溝通的不暢通，也給診斷排查車(chē)載微機(jī)控制系統(tǒng)的故障帶來(lái)更多的阻礙。因此，開(kāi)發(fā)一種車(chē)載微機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置，來(lái)模擬機(jī)車(chē)運(yùn)行工況，用于檢測(cè)車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，調(diào)試車(chē)載微機(jī)性能、診斷其故障顯得非常重要。

本文開(kāi)發(fā)的一種便攜式微機(jī)測(cè)試裝置，采用集成化設(shè)計(jì)理念、模擬機(jī)車(chē)運(yùn)行全工況的設(shè)計(jì)思想，將車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)輸入輸出的物理信號(hào)集成在一起，實(shí)現(xiàn)了車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)調(diào)試、檢修、故障排查的高效快捷。裝置可以通過(guò)手動(dòng)模式模擬機(jī)車(chē)牽引控制狀態(tài)、恒功率狀態(tài)、限速設(shè)定、調(diào)速及各種保護(hù)等三十多種工況，不但實(shí)現(xiàn)了車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)全工況的模擬與測(cè)試，還能夠設(shè)置機(jī)車(chē)各種故障狀態(tài)，還原車(chē)載微機(jī)車(chē)上實(shí)際使用故障環(huán)境，方便檢修和調(diào)試人員進(jìn)行故障的直觀診斷。系統(tǒng)具有成本低、開(kāi)發(fā)周期短、集成度高、故障率低的特點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)得到了推廣應(yīng)用。

1 測(cè)試原理

車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)控制方式見(jiàn)圖1，車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的核心，車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)將接收到的開(kāi)關(guān)量、脈沖量、邏輯量、模擬量、頻率量五類(lèi)輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制算法比較判斷，輸出高低電平控制接觸器、電控閥動(dòng)作，輸出PWM控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)速間接控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速或者輸出占空比調(diào)速指令給柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)。

因此，測(cè)試裝置模擬這五類(lèi)的輸入信號(hào)，并通過(guò)顯示手段將車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)輸出信號(hào)形象的表現(xiàn)出來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了測(cè)試裝置的測(cè)試功能。

2 測(cè)試裝置硬件組成

車(chē)載微機(jī)測(cè)試裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的3U機(jī)箱，機(jī)箱尺寸為3U×340×300mm，重量在2.5kg左右，測(cè)試裝置內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)由以下幾個(gè)部分組成。

2.1 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品通用性要求及不同國(guó)家交流電輸入的不同范圍，兼顧測(cè)試設(shè)備能夠在車(chē)上及車(chē)下使用，電源設(shè)計(jì)選定了日本科索PBA系列的開(kāi)關(guān)電源。

采用兩塊輸出DC48V的PBA50-48開(kāi)關(guān)電源串聯(lián)合用，構(gòu)成DC96V輸出（或兩塊輸出DC36V的PBA50-36開(kāi)關(guān)電源串聯(lián)構(gòu)成DC72V輸出），測(cè)試裝置電源設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖2。

電源設(shè)計(jì)滿(mǎn)足下述要求：（1）寬范圍輸入AC85～264V或DC110V，頻率50/60Hz，輸出DC96V。（2）性能可靠，體積小，安裝方便，滿(mǎn)足測(cè)試裝置空間要求。

根據(jù)車(chē)載微機(jī)的工作電壓不同，測(cè)試裝置有額定工作電壓DC110V和DC72V兩種不同型號(hào)。

車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)除了需要額定的工作電源以外，還需要DC24V，DC5V電源，因此設(shè)計(jì)了DC/DC電源板。24V和5V電源模塊分別采用了廣州金升陽(yáng)科技有限公司URB1D24LD-20W和URB1D05XD-10W，DC/DC電源模塊，它們具有DC40-160V寬范圍的電壓輸入，適用于72V、96V、110V等標(biāo)準(zhǔn)輸入的總線電壓，廣泛應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)及關(guān)聯(lián)設(shè)備中。

2.2 開(kāi)關(guān)量、脈沖量設(shè)計(jì)

測(cè)試裝置采用小單刀和雙刀開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入，例如機(jī)車(chē)上的接地、過(guò)流、電機(jī)的切除等信號(hào)。用小按鈕來(lái)代替機(jī)車(chē)操縱臺(tái)上的警醒或者風(fēng)笛按鈕，小按鈕能夠提供脈沖信號(hào)，車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)采集脈沖信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)來(lái)判定是否有警醒信號(hào)輸入。

2.3 邏輯量設(shè)計(jì)

測(cè)試裝置采用波段開(kāi)關(guān)代替機(jī)車(chē)操縱臺(tái)上的司控器調(diào)速手柄或萬(wàn)轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，提供車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)邏輯量的輸入。出口剛果金的機(jī)車(chē)采用了卡特的柴油機(jī)，司控器調(diào)速手柄為16檔位，選用了6層24檔位的波段開(kāi)關(guān)來(lái)代替，司控器調(diào)速手柄每調(diào)一檔，就對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯量提供給車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)。

2.4 模擬量設(shè)計(jì)

車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)接收的模擬量主要來(lái)自于安裝機(jī)車(chē)上的信號(hào)變送器，機(jī)車(chē)上的變送器無(wú)論哪一種，變送器最終輸出的電壓都是DC0～10V，也是車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)可以接收到的信號(hào)。

測(cè)試裝置利用電位器，提供車(chē)載微機(jī)DC0～10V的電壓輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)了變送器采集機(jī)車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)的任務(wù)。因此，利用電阻串聯(lián)電位器接入DC15V電源，調(diào)節(jié)電位器分壓提供車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)DC0～10V模擬量即可。另外，車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)接收到的模擬量信號(hào)有一類(lèi)是溫度傳感器信號(hào)，溫度傳感器是由負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻構(gòu)成，溫度升高電阻的阻值變小，相當(dāng)于一個(gè)電阻串入車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)輸入端。因此，測(cè)試裝置模擬溫度傳感器就采用手動(dòng)調(diào)節(jié)串入的電位器的變化來(lái)模擬變化的溫度即可。測(cè)試裝置提供的模擬量原理圖參見(jiàn)圖3。

2.5 輸出量測(cè)試設(shè)計(jì)

車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)通過(guò)輸出控制接觸器、電空閥的線圈，間接實(shí)現(xiàn)閉合或切斷機(jī)車(chē)主電路或者大容量電器電路。測(cè)試裝置檢測(cè)并顯示車(chē)載微機(jī)輸出的DC110V或者DC72V的信號(hào)，就完成了車(chē)載微機(jī)的輸出測(cè)試。設(shè)計(jì)中，采用二極管燈與電阻串聯(lián)的方式驗(yàn)證，如果車(chē)載微機(jī)有輸出，那么測(cè)試裝置上的二極管燈就會(huì)亮，表明車(chē)載微機(jī)輸出功能得以實(shí)現(xiàn)。警醒蜂鳴和降速信號(hào)的輸出采取了同樣設(shè)計(jì)原理。

同理，車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)能控制主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)主發(fā)電機(jī)發(fā)出功率大小的控制。通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試裝置上的電位器，使得車(chē)載微機(jī)輸出的勵(lì)磁電流發(fā)生變化，測(cè)試裝置上二極管燈也會(huì)有相應(yīng)的明暗變化。

2.6 頻率量設(shè)計(jì)

車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)采集的頻率量有兩種，一種是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，另一種是機(jī)車(chē)速度，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速采用了磁電式脈沖傳感器，而機(jī)車(chē)速度采用了光電式脈沖傳感器。測(cè)試裝置分別采用兩塊ICL8038BC芯片來(lái)產(chǎn)生準(zhǔn)正弦波和方波信號(hào)來(lái)模擬傳感器頻率量的輸入。

2.7 調(diào)速設(shè)計(jì)

根據(jù)不同柴油機(jī)，車(chē)載微機(jī)對(duì)柴油機(jī)的調(diào)速分兩種，一種是采用升、保、降的司控器調(diào)速手柄，由車(chē)載微機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)電源控制，另一種是通過(guò)16檔司控器調(diào)速手柄給出微機(jī)系統(tǒng)指令，由車(chē)載微機(jī)輸出16檔位的占空比指令給柴油機(jī)，而柴油機(jī)根據(jù)占空比信號(hào)指令自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的。如圖4為兩種調(diào)速設(shè)計(jì)原理。

根據(jù)16檔調(diào)速的邏輯關(guān)系，測(cè)試裝置上的數(shù)字電流表能夠顯示對(duì)應(yīng)的占空比值。由于車(chē)載微機(jī)輸出的占空比信號(hào)是電壓信號(hào)，未過(guò)零點(diǎn)的占空比，根據(jù)車(chē)載微機(jī)提供占空比指令最大電壓為DC24.6V，隨著輸出直流電壓的降低，占空比呈線性減少，例如車(chē)載微機(jī)輸出DC24.6V時(shí)占空比100%，輸出DC22.1V時(shí)，占空比為22.1/24.6=90%，通過(guò)電阻*電流=電壓的線性變化原理，選擇合適的電阻與數(shù)字電流表串聯(lián)就能得到車(chē)載微機(jī)輸出的電壓，電流表顯示的就是占空比值。

3 調(diào)試

測(cè)試裝置能夠提供車(chē)載微機(jī)27個(gè)開(kāi)關(guān)量，19個(gè)模擬量，2個(gè)頻率量輸入，將車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)的軟硬件控制功能得以實(shí)現(xiàn)，但是不能完全等同于機(jī)車(chē)上的調(diào)試，其主要原因是測(cè)試裝置與車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，而車(chē)載微機(jī)安裝在機(jī)車(chē)上運(yùn)行時(shí)，與機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)構(gòu)成的是閉環(huán)系統(tǒng)。例如，發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，主整電壓和牽引電機(jī)電流都是用測(cè)試裝置上的電位器模擬的DC0～10V電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只能手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器降低主整電壓和牽引電機(jī)電流來(lái)模擬反饋信號(hào)。盡管如此，機(jī)車(chē)實(shí)際運(yùn)行時(shí)發(fā)生的電氣故障，測(cè)試裝置都能夠模擬出來(lái)，所以彌補(bǔ)了測(cè)試裝置開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，便攜式車(chē)載微機(jī)測(cè)試裝置已經(jīng)批量化生產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)上海、徐州、南京機(jī)務(wù)段、金川集團(tuán)和國(guó)外古巴、非洲剛果金都有廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，該裝置具有操作便利，實(shí)用性強(qiáng)，可靠性能高，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)的原位檢測(cè)。它的實(shí)際應(yīng)用為車(chē)載微機(jī)的設(shè)計(jì)、檢修與調(diào)試提供了便利，簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)原理以及測(cè)試方法為同類(lèi)產(chǎn)品提供了參考價(jià)值。

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