地铁机车主控制系统测试台

应用领域：系统测试

挑战：使用该测试平台，使机车主控制系统TCU（牵引控制单元）在离线状态下全程模拟机车运行方式。

应用方案：使用National Instruments公司的LabVIEW虚拟仪器开发平台和数据采集卡来开发一个友好、灵活的基于PC的测试系统。
使用的产品：LabVIEW7.1; PCI-6014
介绍

目前国内尚无完善的地铁机车主控系统的配套测试系统，对他们的测试主要依靠技术人员的经验判断以及将他们装配到机车上，在专用试车线上试运行来进行，效率低，也不可靠。
地铁机车的主控系统
上海地铁一号线DC－01直流机车主电路输入电压为直流1500V。每节动车由4台207KW直流串励电动机驱动，每2台电机串联成一组，再两组并联。两组牵引电机磁场交错联结，以使两组电机电势平衡。在牵引时，车辆牵引电机采用斩波器PWM调速方式和弱磁调速方式。在制动时，牵引电机作为串励发电机运行，将电能反馈至电网（再生制动），或消耗在制动电阻上（能耗制动）。该牵引系统已经在上海地铁一号线稳定运行10年以上，调速性能平稳。
直流机车的主控制系统为TCU（牵引控制单元）和斩波器。TCU是西门子公司（SIEMENS）设计和制造的SIBA16机车控制系统，主要功能是根据司机发出的出的控制指令，发出相应的主电路接触器、控制回路继电器控制信号，控制斩波器各个功能管的触发脉冲，实现对机车的控制。斩波器实现机车直流电机的PWM调速。
TCU和斩波器要长期稳定可靠的工作，必须定期维护，出现故障后要及时维修，维护和维修完成后要测试合格才能在地铁机车上运行。目前TCU均依靠进口，十分昂贵，国内尚无配套测试系统。对它们的测试主要依靠技术人员的经验判断以及将它们装配到机车上，在专用试车线上试运行来进行，效率很低，且不可靠。
测试系统的设计
为此，我们针对上海地铁一号线的直流机车主控制系统研制了一套的测试系统，它基于虚拟仪器技术，采用了NI的LabVIEW7.1以及该公司的PCI-6014数据采集卡。该测试系统可以在TCU离线的情况下，实时提供地铁机车在牵引、惰行、制动等运行工况下相应的TCU输入信号，并对TCU在相应工况下的输出波形进行实时测量和记录，从而实现TCU的离线测试，有助于对TCU性能做出准确的评价，提高TCU的维修效率。有助于对TCU性能做出准确的评价，提高TCU的维修效率。
该测试系统是以PC机为核心，应用NI公司的高速数据采集卡PCI-6014实现的数据采集控制系统。PC机为控制系统的核心单元，用于发出控制指令，同时采集反馈信息。PCI-6014是基于PCI总线的16位多功能高速数据采集卡，提供16路单端或8路差分模拟输入，2路16位模拟输出，最高采样率是200kS/s。同时提供8路数字1/0线和2个24位计数器/定时器。PCI-6014附带NI-DAQ驱动软件，提供LabVIEW语言的强大编程接口，使用方便。在TCU测试系统中，TCU运行所需的信号都由PCI-6014的各个通道给出。手柄信号和各传感器输出的模拟量信号由PCI-6014的模拟输出通道（AO，Analog Output）实现，由于PCI-6014 AO通道输出功率有限制输出信号必须经过由运放组成的功率放大模块再输入到TCU；接触器、继电器触点应答信号和斩波器监控信号为110V的开关量信号，由PCI-6014的数字输出通道（DO，Digital Output）实现，由于DO输出为TTL电平，最高+5V，必须经过由光偶隔离、MOSFET放大组成的幅值、功率放大模块再输入TCU；TCU输出的接触器、继电器驱动信号必须经过由光偶隔离组成的信号变换、隔离模块才能通过PCI-6014的数字量输入通道（DI，Digital Input）采集。TCU发出的斩波器各个GTO驱动信号则由PCI-6014的模拟量输入通道（AI，Analog Input）采集。
PCI-6014发送控制信号和采集测量和手柄信号的程序由LabVIEW编写。利用NI 的软件Measurement & Automation Explore 和DAQ助手快速进行工作模式（差分还是单端），任务和通道设置。并利用DAQ助手生成的任务产生相应的程序代码，通过适当的修改，方便的完成了测试系统的软件编程，大大节省了该系统的开发时间。
该系统包含2种工作模式，分别为手动和自动工作模式。当运作在手动工作模式时LabVIEW采集用户操作的手柄信号，根据手柄信号模拟出机车的工作方式；当运做在自动方式时，手柄的信号由前面板中的控键给出，根据控键的输入值模拟出机车的工作方式。满足了不同类型用户的需求。运作在手动方式时该系统还可用作车辆维修技术人员和驾驶员的培训系统，该系统可以提供一个接近于机车真实环境的培训平台，提高驾驶人员和维修人员对机车的操作水平。