地鐵機車主控制系統測試臺

應用領域：系統測試

挑戰：使用該測試平臺，使機車主控制系統TCU（牽引控制單元）在離線狀態下全程模擬機車運行方式。

應用方案：使用National Instruments公司的LabVIEW虛擬儀器開發平臺和數據采集卡來開發一個友好、靈活的基于PC的測試系統。
使用的產品：LabVIEW7.1; PCI-6014
介紹

目前國內尚無完善的地鐵機車主控系統的配套測試系統，對他們的測試主要依靠技術人員的經驗判斷以及將他們裝配到機車上，在專用試車線上試運行來進行，效率低，也不可靠。
地鐵機車的主控系統
上海地鐵一號線DC－01直流機車主電路輸入電壓為直流1500V。每節動車由4臺207KW直流串勵電動機驅動，每2臺電機串聯成一組，再兩組并聯。兩組牽引電機磁場交錯聯結，以使兩組電機電勢平衡。在牽引時，車輛牽引電機采用斬波器PWM調速方式和弱磁調速方式。在制動時，牽引電機作為串勵發電機運行，將電能反饋至電網（再生制動），或消耗在制動電阻上（能耗制動）。該牽引系統已經在上海地鐵一號線穩定運行10年以上，調速性能平穩。
直流機車的主控制系統為TCU（牽引控制單元）和斬波器。TCU是西門子公司（SIEMENS）設計和制造的SIBA16機車控制系統，主要功能是根據司機發出的出的控制指令，發出相應的主電路接觸器、控制回路繼電器控制信號，控制斬波器各個功能管的觸發脈沖，實現對機車的控制。斬波器實現機車直流電機的PWM調速。
TCU和斬波器要長期穩定可靠的工作，必須定期維護，出現故障后要及時維修，維護和維修完成后要測試合格才能在地鐵機車上運行。目前TCU均依靠進口，十分昂貴，國內尚無配套測試系統。對它們的測試主要依靠技術人員的經驗判斷以及將它們裝配到機車上，在專用試車線上試運行來進行，效率很低，且不可靠。
測試系統的設計
為此，我們針對上海地鐵一號線的直流機車主控制系統研制了一套的測試系統，它基于虛擬儀器技術，采用了NI的LabVIEW7.1以及該公司的PCI-6014數據采集卡。該測試系統可以在TCU離線的情況下，實時提供地鐵機車在牽引、惰行、制動等運行工況下相應的TCU輸入信號，并對TCU在相應工況下的輸出波形進行實時測量和記錄，從而實現TCU的離線測試，有助于對TCU性能做出準確的評價，提高TCU的維修效率。有助于對TCU性能做出準確的評價，提高TCU的維修效率。
該測試系統是以PC機為核心，應用NI公司的高速數據采集卡PCI-6014實現的數據采集控制系統。PC機為控制系統的核心單元，用于發出控制指令，同時采集反饋信息。PCI-6014是基于PCI總線的16位多功能高速數據采集卡，提供16路單端或8路差分模擬輸入，2路16位模擬輸出，最高采樣率是200kS/s。同時提供8路數字1/0線和2個24位計數器/定時器。PCI-6014附帶NI-DAQ驅動軟件，提供LabVIEW語言的強大編程接口，使用方便。在TCU測試系統中，TCU運行所需的信號都由PCI-6014的各個通道給出。手柄信號和各傳感器輸出的模擬量信號由PCI-6014的模擬輸出通道（AO，Analog Output）實現，由于PCI-6014 AO通道輸出功率有限制輸出信號必須經過由運放組成的功率放大模塊再輸入到TCU；接觸器、繼電器觸點應答信號和斬波器監控信號為110V的開關量信號，由PCI-6014的數字輸出通道（DO，Digital Output）實現，由于DO輸出為TTL電平，最高+5V，必須經過由光偶隔離、MOSFET放大組成的幅值、功率放大模塊再輸入TCU；TCU輸出的接觸器、繼電器驅動信號必須經過由光偶隔離組成的信號變換、隔離模塊才能通過PCI-6014的數字量輸入通道（DI，Digital Input）采集。TCU發出的斬波器各個GTO驅動信號則由PCI-6014的模擬量輸入通道（AI，Analog Input）采集。
PCI-6014發送控制信號和采集測量和手柄信號的程序由LabVIEW編寫。利用NI 的軟件Measurement & Automation Explore 和DAQ助手快速進行工作模式（差分還是單端），任務和通道設置。并利用DAQ助手生成的任務產生相應的程序代碼，通過適當的修改，方便的完成了測試系統的軟件編程，大大節省了該系統的開發時間。
該系統包含2種工作模式，分別為手動和自動工作模式。當運作在手動工作模式時LabVIEW采集用戶操作的手柄信號，根據手柄信號模擬出機車的工作方式；當運做在自動方式時，手柄的信號由前面板中的控鍵給出，根據控鍵的輸入值模擬出機車的工作方式。滿足了不同類型用戶的需求。運作在手動方式時該系統還可用作車輛維修技術人員和駕駛員的培訓系統，該系統可以提供一個接近于機車真實環境的培訓平臺，提高駕駛人員和維修人員對機車的操作水平。