基于LabVIEW 的城轨车辆牵引设备低压测试台设计*

杨 吉，李国银，谷翠军

（重庆中车四方所科技有限公司，重庆401133）

社会发展过程中人口数量剧增导致城市越来越拥堵，发展城市轨道交通系统是解决拥堵问题最有效的途径之一［1］。牵引系统作为轨道列车动力的心脏，在出厂过程中需要层层测试以满足试验大纲要求。在高压测试之前，首先需对系统中各接触器、继电器、电压电流、温度速度传感器等按照配线表进行校线，确保低压下各器件接线正确以及功能正常。此项工作目前由人工手动完成，存在校线准确率不高、功能测试效率低下、耗时较长等问题，难以满足日益增长的产品交付数量需求。文中基于LabVIEW 程序语言，采用研华PCI-1756 和PCI-1780 板卡采集数据对牵引系统自动校线、低压测试等功能进行设计，装车试验结果证明该测试台运行可靠，可大大提高测试准确率和生产测试效率。

1 测试方案分析

1.1 需求分析

牵引传动系统主要设备有熔断器及隔离开关箱、高压电器箱、牵引逆变器箱、滤波电抗器箱、过压吸收电阻箱和牵引电机等［2］。高压电器箱中包含高速断路器、主接触器、预充电接触器以及控制它们的继电器等部件，主要为数字量信号。牵引逆变器箱中包含IGBT 逆变功率模块，牵引控制单元（DCU，Drive Control Unit），以及电压电流传感器等部件，主要有数字量信号、模拟量信号以及速度脉冲信号。文中对重庆B 型车和As 型车牵引设备接口进行综合需求分析，2 种车型2 个箱体中的信号数量，见表1、表2。

表1 B 型车信号数量

表2 As 型车信号数量

低压测试台需实现以下功能：

（1）简单更改测试软件实现不同项目不同牵引设备的低压测试功能。

（2）试验台测试接口满足城轨轴控、架控、车控等控制方式要求。

（3）测试准确率高，操作简单，测试时间短。

（4）具备测试数据记录，测试结果打印等功能。

1.2 测试方案

线缆导通测试和部件低压测试，可在发送端施加电压信号，在接收端进行信号检测，信号检测可分为硬线信号检测与通讯信号检测。若在接收端接收到此信号，则电压信号经过的路径为通路［3］，如图1 所示。若在此路径上，还有其他通路，则另一接收端同样可以检测到信号，否则，另一路径则存在断路。

图1 数字量测试示意图

高压电器箱和牵引逆变器箱测试方案原理框图如图2 所示。

对于设备中的数字量信号，发送端作为DO（Digital Output），接收端作为DI（Digital Input），采用研华PCI-1756 板卡进行数字量输出和采集。对于温度等模拟量信号，其测量方式为热电阻方式，在接收端外接入固定电阻，可在监控中读取到一定温度的数值；对于速度等脉冲信号，采用PCI-1780 模拟速度脉冲信号，同样可在监控中读取相应速度值。若控制相应信号，同时在测试台上收到对应反馈信号，那么此条路径被认为接线正确，此路径上的部件被认为是正常工作。

2 测试台系统设计

2.1 硬件设计

牵引测试台系统原理示意图如图3 所示，测试台由AC220 V 供电，系统主要由工控机、数据采集卡、继电器、110 V 电源、24 V 电源等硬件组成。工控机主要用于发出指令，存储数据和显示。

数字量输入输出板卡PCI-1756 提供32 位隔离数字量输入通道和32 位隔离数字量输出通道，远远满足测试设备IO 数量要求。由于板卡驱动功率有限，未达到设备控制信号的110 V，本方案采用110 V 和24 V 中间继电器进行电压信号转换的策略。板卡DO 控制24 V 继电器，24 V 继电器辅助触点进行110 V 输出，对于输入的110 V 信号，接入110 V 继电器线圈，24 V 电源通过110 V 继电器辅助触点输入板卡DI。

PCI-1780 是一款PCI 总线的多通道记数定时器卡，板卡具备8 个16 位计数通道，可编程时钟源，可提供多达12 种可编程计数器模式，从而可以提供单稳输出、PWM 输出、周期性中断输出、延时输出，并且可以测量频率和脉冲宽度。此板卡可模拟牵引电机速度信号进行输出。

同时，测试台内部装有4 个120 Ω 固定电阻，用来模拟牵引电机内部的温度传感器。打印机作为外部设备，用以打印测试结果，便于存档记录。

图2 测试方案原理框图

图3 牵引测试台系统原理示意图

2.2 软件设计

本测试系统软件主要采用LabVIEW 2013，它是由一种基于图形的程序设计语言构成的，可用来进行数据采集和控制［4］。文中所述方案主要针对高压电器箱和牵引逆变器箱进行分别设计。

在高压电气箱中主要对高速断路器、预充电接触器、主接触器以及其他数字量等进行测试，判断整个控制回路是否正确以及器件是否正常，设计流程图如图4 所示。

根据流程图设计的各个子VI 如图5 所示，每个子VI 为独立测试单元，对于测试出现的故障，程序并不会立刻终止，而测试完成后一次性列出所有的故障提示信息，从而进行相应检查，然后程序重新开始运行，直到无故障出现。

图4 高压电器箱测试软件设计流程图

图5 高压电器箱测试子VI 顺序图

图6 KM1 充电回路测试软件设计图

以充电回路中主接触器KM1 测试为例进行阐述。KM1 主接触器的测试后面板示意如图6 所示。

控制KM1 闭合的命令硬线信号接于第3 个字节的第4 位，接收KM1 反馈状态量信号接于第2 个字节的第3 位。1756DO 通过相对应的DO 口发出KM1 闭合命令，KM1 接触器闭合，并通过辅助触点将其状态量反馈给1756DI 的第2 个字节的第2 位采集。若存在反馈信号，则KM1 线圈回路以及反馈回路正常，若无反馈，则需给出故障提示，并保存在测试表格中，最后对1756DO 进行清零处理。

对于牵引逆变器箱测试软件设计，分为DI 量测试，主要为硬线信号，例如方向向前，紧急牵引、牵引级位等；DO 量测试，主要有主断允许、预充电接触器、主接触器控制、合主断命令；传感器零漂测试以及模拟牵引电机温度速度测试等，软件设计流程图如图7 所示。

牵引逆变器DI 测试软件设计如图8 所示，首先控制台通过以太网与牵引逆变器控制器建立通讯，通过硬件电路，控制1756DO 依次输出DO 信号，由以太网读取控制器内部收到的信号，并点亮前面板对应的指示灯，此线路测试完毕。

牵引逆变器DO 测试软件设计如图9 所示，通过改写软件程序，强制控制器输出合主断命令，主断 允 许，KM1 和KM2 控 制 输 出，1756DI 采 集 信 号进行判断，点亮前面板对应信号灯，软件实现。

对于传感器零漂，在未上高压情况下，采集的电压电流读数理论上应该为0，测试传感器以及控制器对应通道是否正常。温度速度测试同样测试的是所在线路以及控制器采样通道是否正常，软件设计同DI 量测试基本一致，在此不再赘述。

图7 牵引逆变器箱测试软件设计流程图

图8 牵引逆变器DI 测试软件设计图

图9 牵引逆变器DO 测试软件设计图

3 试验测试

牵引逆变器DI 量测试面板、传感器零漂测试面板、电机速度与温度测试面板、DO 量测试面板如图10～图13 所示，牵引逆变器箱不同于测试项点前面板界面，界面简单、操作方便，可对测试人员、设备等信息进行记录，将测试结果进行保存和打印。

试验测试以重庆1 号线增购车11 列车牵引系统产品为例进行测试验证。测试设备包含44 台高压电器箱和44 台牵引逆变器箱，相比人工校线，平均每台设备测试时间由原来的30 分钟，缩短为5分钟左右，效率提高了约83%，测试准确率由原来的90%提高到98.8%。

图10 DI 量测试面板

图11 传感器零漂测试面板

图12 电机速度与温度测试面板

图13 DO 量测试面板

4 结 论

城轨牵引系统设备低压测试台的软件设计以高效的图形化开发平台LabVIEW 为工具，充分利用虚拟仪器的设计思想。硬件设计结合项目测试实际测试需求，以研华的PCI-1756 和PCI-1780数据板卡为硬件工具。在通用的环境下开发出具有DI/DO 测试、相关模拟量测试和打印等较完备的功能。试验验证了测试台的可靠性，测试结果表明大大提高了生产测试的效率。