基于NI OPC 的架车机电气柜模拟测试系统设计

张锦标，张参参，赵小磊，宋 阳，王 旭，彭毓敏

（中车青岛四方车辆研究所有限公司智能装备事业部，山东青岛 266031）

0 引言

地坑式架车机是用于动车组及城轨车辆转向架的更换，车辆的拆卸、装配及维修的专用举升设备[1，2]，是动车组及城轨车辆检修必备的大型关键装备之一。地坑式架车机采用双PLC 控制系统[3]，电气部分主要由主控柜、分控柜、现场电气元件及连接电缆组成，电气接线复杂，安装工程量大，因此出厂前必须进行电气柜测试。一套6 编组架车机系统电气柜共有近600 个I/O 测试点需进行出厂前测试，目前控制柜出厂前测试采用的是人工单个控制柜测试的方式，测试工作量大、易遗漏，并且控制柜的连接逻辑不能测试。

架车机电气柜模拟测试系统可以把架车机主控柜和分控柜连接在一起，形成闭环测试系统，再通过模拟测试系统程序的执行，可实现架车机电气柜的自动化测试，测试完毕后可输出测试报告，在架车机电气柜出厂前就可验证架车机电气柜的接线及控制逻辑是否正确，从而保证架车机电气柜的出厂质量。

1 系统概述

架车机电气控制系统采用PLC 分布式控制方式，主要由1个主控柜、多个分控柜、现场检测元件及执行机构、连接电缆等组成。PLC 的CPU 模块安装于主控柜内，分布式I/O 模块安装于地坑内的分控柜内。分布式I/O 模块实时采集现场限位开关和传感器的状态，通过通信电缆传送到主控柜PLC 的CPU 模块进行逻辑判断和运算后，控制执行元件动作。

OPC 通信技术是一种基于Windows NT 的通信串口延伸技术[3]。架车机电气柜模拟测试系统软件采用LabVIEW 编写，通过NI OPC Server 实现与架车机控制系统PLC 的实时通信。硬件部分通过模拟测试连接电缆与架车机分控柜内的分布式I/O 模块进行连接，组成闭环测试系统，系统结构如图1 所示。

图1 电气柜模拟测试系统结构

通过模拟测试系统的操作面板可以模拟替代架车机现场电气元件的功能，架车机的分布式I/O 模块采集模拟测试系统的信号，通过通信电缆传输给PLC 的CPU 模块进行逻辑判断和运算。模拟测试系统将PLC 的逻辑运算结果通过相应的指示灯、仪表、显示器输出，并判断其结果是否正确。测试完毕后，系统会自动打印测试报告。

2 系统组成

2.1 模拟测试系统的硬件组成

架车机电气柜模拟测试系统主要由工控机、模拟面板、测试电路及打印机等组成，如图2 所示。

图2 架车机电气柜模拟系统组成

工控机主要用于测试系统软件的执行，通过NI OPC 与架车机PLC通信，对PLC 的逻辑运算结果进行判断和输出，然后通过打印机打印测试报告。模拟面板由试验面板和显示面板组成。试验面板由转向架测试单元、车体测试单元、手操器测试单元以及电机测试单元组成，主要用于模拟架车机现场检测元件，生成模拟测试信号。显示面板由工控机显示器、显示仪表组成，用于显示被测架车机电气柜反馈的测试结果信息。

测试电路由控制单元及信息采集单元组成，控制单元与架车机电气柜连接，向被测架车机电气柜发送测试指令及试验面板生成的模拟测试信号；信息采集单元与架车机电气柜连接，用于接收被测架车机电柜的执行结果并将结果信息反馈至控制单元，所述控制单元将结果信息发送至工控机进行显示。架车机电气柜模拟测试系统如图3 所示。

图3 架车机电气柜模拟测试系统

2.2 模拟测试系统的程序设计

2.2.1 建立PLC 和NI OPC Server 间的通信

在OPC Servers Configuration 程序中创建一个新的OPC 文件，新建一个Channel，Device driver 选Siemens TCP/IP Ethernet。新建一个Device，Device model 选S7-1500，Device ID 填PLC 的IP 地址。然后新建变量，标签名按需要命名，地址栏填对应PLC的I/O 地址。

2.2.2 LabVIEW 程序编写

架车机模拟测试系统程序采用LabVIEW 软件编写，测试控制流程采用LabVIEW 中的错误族数据执行流向的方式实现，部分程序如图4 所示。

图4 架车机模拟系统部分程序

架车机模拟测试系统程序由授权指示、接触区域指示、安全区域指示、上升接触器动作与下降接触器动作、CH 照明、转向架动作、车体1 动作、车体2 动作、授权信号发出、警示灯以及电铃等测试模块组成，通过TCP/IP 与架车机主控的PLC 的控制系统进行通信，采集模拟测试信号并发送相应动作的控制指令至架车机电气柜主控及分控。测试程序对架车机主控与分控分开进行测试，并分别对架车机PLC 控制系统的输入信号和输出信号进行测试。测试完毕后，可按照设定的模板生成测试报告。

3 架车机电气柜模拟测试方法

利用架车机电气柜模拟测试系统对架车机主控与分控的各功能进行测试，主要有以下5 个步骤：

（1）测试准备：连接架车机主控柜与分控柜之间的逻辑关系连线及通信电缆；连接试验台与架车机分控之间的模拟测试连接电缆；连接试验台与架车机主控之间的网络通信连接线；为系统上电，测控系统为架车机电气柜授权，并根据架车机电气控制系统的控制原理为架车机主控柜与分控柜上电。

（2）架车机主控柜测试：工控机安装测试程序，通过TCP/IP与架车机主控柜的PLC 控制系统通信，对架车机主控各功能模块分别测试；对架车机电气柜上的所有按钮、指示灯及通风、积水、急停信号测试。工控机与架车机主控的PLC 控制系统进行通信，控制单元发送架车机主控各功能点的测试指令至架车机主控PLC 控制系统，对架车机主控进行测试，测试结果实时反馈至信息存储单元存储并显示在工控机显示器及显示面板上。

（3）架车机分控柜测试：模拟面板模拟各架车机分控的所有信号，对架车机分控柜各功能进行测试；模拟面板模拟架车机分控上的所有信号，包括限位信号（上上限位、下下限位、工作螺母限位、安全螺母限位、上限位、下限位、车轮到位限位、压力加载限位）、脉冲信号、上升下降按钮信号、急停信号与电铃、警示灯、转向架车体以及车体单元动作接触器信号，测试信号传输至架车机分控柜，对架车机分控柜的各功能点进行测试，测试结果实时反馈至信息存储单元存储并显示在工控机显示器，架车机电气柜输出的转向架、车体、手操器以及电机的测试信息的显示在显示面板相应模块上，转向架单元电机动作接触器、车体单元电机动作接触器输出电源电压信息以及接线错误导致的电机缺相报警信息实时显示在显示仪表上。

（4）对架车机主电气柜与分电气柜的电控逻辑进行测试：连接架车机主控制柜与分控制柜连接的逻辑控制电缆，连接架车机分控制柜与测控系统模拟面板的车体单元和转向架单元的上上限位、下下限位、工作螺母限位及安全螺母限位的模拟电缆，测控系统控制主柜的接触器对主控制柜安全继电器进行上电，从而判断极限限位逻辑是否正常。触发分控制柜急停，则主控制柜安全继电器断电，测控系统采集急停信号及安全继电器动作信号，判断急停回路逻辑是否正常。测控系统通过控制架车机主控制柜安全继电器上电，采集分控制柜PLC 输出模块的供电信号，从而判断上电逻辑是否正常。

（5）重复上述测试步骤，依次对所有的架车机分电气柜进行测试。

4 结语

架车机电气柜模拟测试系统可将架车机主控柜和分控柜组成闭环测试系统，再通过模拟测试系统程序的执行，可实现架车机电气柜的自动化测试，提高了架车机电气柜出厂前的测试效率，保证了架车机电气柜的出厂质量。