基于组态软件的内燃机车综合电器.doc

基于组态软件的内燃机车综合电器检测系统郭涛（西安沙尔特宝电气有限公司，陕西 西安 710048）摘 要：介绍了一种西安沙尔特宝电气有限公司技术开发的一种基于组态软件的内燃机车综合电器检测系统的方案及组成，阐述了其主要的测试内容、原理及测试设备、仪器的配备情况。在基于组态王（Kingview6.05）的基础上成功开发了内燃机车综合电器检测试验台，现该设备已投入运用切反映良好。关键词：内燃机车；电器检测系统；触点接触电阻；吸和电压；释放电压；吸和时间；释放时间；线圈电阻中图分类号： 文献标识码： 文章编号： 0 引言以前，国内内燃机车用直流电器的检测大多采用人工使用直流可调电源的方法进行检测，这种方法既不直观又不方便。随着铁路发展对机车各电器质量和检修要求不断提高，开发出一套行之有效、操作简便、显示直观、功能齐全的内燃机车综合电器检测系统就显得尤为重要。检测系统方案及组成11 设备用途电器综合试验台制造能对所有内燃机车以及地铁车辆使用的所有直流控制电磁接触器、中间继电器、自动保护开关、时间继电器、过压继电器、过流继电器等装车前进行检测，检测其伏安特性，通过分析其伏安特性检测其动作值与整定值是否符合，能否满足装车的技术要求。12 设备组成电器综合试验台包括：自动测试设备（ATE）硬件和操作软件、测试控制程序集（TPS）以及应用开发环境。121测试系统硬件构成硬件部分由一台作为控制中心的计算机（嵌入式控制器（零槽）、信号采集板（A/D转换卡）、测试控制卡（D/A转换卡）、系统电源（包括程控电流源、程控电压源、直流电源和程控交流电源）以及连接电缆组成，可完成电器综合试验台的总体控制、信号采集与处理、测试过程控制以及提供自动测试必要的能源，实现对产品的自动综合测试。系统主要构成见图1。显示器打印机测试控制板测试信号控制信号工业控制机被测产品总线程控电流源程控电压源信号采集板工控机主板图1：内燃机车综合电器检测系统电器总体结构图122测试系统软件Microsoft公司的32位操作系统WindowsNT/2000的推出，大大改善了测试系统的运行界面，安全性和稳定性也得到提高。WIN32操作系统的多任务和多线程的能力，也在很大程度上增强了基于PC的测试系统功能。而可视化编程语言的发展和应用也使基于PC的测试系统可以方便的根据需要进行测试软件开发，从而大大减轻科研人员和工程技术人员的编程负担。图形化的人机交互界面保证了用户操作的方便性和友好度。软件部分采用北京亚控公司的组态王（Kingview6.05）开发工具平台，基于可编程控制器（PLC），在Windows 2000操作系统下开发。Y数据处理与显示出错处理脉冲继电器动作特性检测延时动作/释放时间测试动作电流测试接触电阻和终压力测试吸合电压和释放电压测试YNN 结束 正常系统自检 测试项目 正常开始图2 软件测试流程示意图测试系统软件主要模块包括系统控制模块、系统自检测模块、吸合电压和释放电压测试模块、接触电阻和终压力测试模块、动作电流值测试模块、延时动作/释放时间测试模块、脉冲继电器动作特性测试模块和数据处理与显示模块以及应急处理控制模块，软件流程见图2 电器综合试验台硬件配置21主要测试装置 l 工业控制计算机电器综合试验台的控制中心，基于PXI（PCI eXtension for Instrumentation）规范体系构造，其具体参数如下：- CPU 主板采用NI公司的8175高性能嵌入式控制器（零槽）。PIII 866MHz处理器，128MB RAM，并有下列选项可供选择：键盘、鼠标、USB接口、PCI-SVGA口、两个串口、并口、以太网口、软驱和15GB硬盘等。8175在 PXI机箱中占用系统槽，且预装Microsoft Windows2000操作系统。- 17彩色显示器，显卡支持1024X768分辨率。- 抗干扰屏蔽机箱选用NI公司的PXI-1000B集成式机箱。PXI-1000B为高功率的3U尺寸机箱，可以安装系统控制器和至多7个PXI/CompactPCI仪器模块，集成了PXI规范要求的冷却系统，而且电源和冷却风扇可以方便地卸下维修和更换，能够在噪音、潮湿、振动、倾斜的恶劣环境下正常运作。- 激光打印机一台。l 信号采集卡数据采集系统采用NI公司的多块PXI-6070E多功能模块并联实现。6070E多功能模块具有16个模拟输入通道、12位A/D转换精度、1.25MS/s采样率、两个12位模拟输出通道、八条数字I/O线、两个24位的可逆定时/计数器。l 测试控制卡16个输出通道，12位D/A转换精度。l 电源- 电源1：输入电源为50Hz，380 VAC，输出0-200 VDC可调，功率350W；- 电源2：输入电源为50Hz，380 VAC，输出0-25ADC可调，功率150W；- 电源3：输入电源为50Hz，380 VAC，输出+5VDC，功率50W。- 电源4：输入电源为50Hz，380 VAC，输出500-2500VAC，50Hz, 功率300W。22其它附件接口板卡、连接电缆、驱动程序等。3电器综合试验台测试系统软件设计31系统软件设计电器综合试验台的测试过程完全由测试程序控制测试仪器自动完成，操作人员以操作计算机图形化界面为主，测试数据的处理与显示的诊断也是由程序控制自动完成或是由计算机辅助引导测试来完成。 软件是系统的重要组成部分，也是系统组建工作量最大的部分；要完成测试系统的功能，需要保证测试软件的安全性及安全性测试。系统软件包含以下几部分主要内容：系统管理软件；系统自检、校验软件；仪器驱动程序库；电器综合试验台测试软件及测试存储数据库；电器综合试验台数据处理软件；测试数据处理及管理软件；为实现测试软件标准化、模块化和图形化的编程方式，测试系统的软件环境平台采用基于NT内核的Windows2000，编程环境采用NI公司的可视化编程语言Lab Windows/CVI。CVI与ANSIC兼容，具有图形化编程方式的软件开发集成环境，可完成虚拟仪器面板设计、测试数据的动态和静态显示、测试数据分析、控制算法的运算等的基本功能，并具备与其他编程语言的接口。32系统软件设计功能321上电自检测（BIT）功能自动测试系统在正常加电时自动启动或者根据操作需要时进行设备自检测。系统的自检测功能由PXI硬件规范和自检测软件保证完成。自检测软件设计为能对加入系统中的每块插件板和整机进行测试，即自检测包括电器综合试验台的单板自检测和电器综合试验台的整机自检测。测试结果显示在屏幕及面板上，必要时候可以打印结果以供操作人员分析和处理。322应急处理功能a 控制分组件工作电源的电流、电压超过极限值，CATS应该切断控制部件工作电源并使CATS进入保护状态；b 主要电源出现超差时，CATS应及时报警提示；c 为保证控制分组件和CATS的安全，控制计算机设置应急按键。323数据处理功能通过驱动软件包采集数据并实现CATS的控制功能，以供显示及分析或后续处理。326其它功能通信、打印、数据管理4电器综合试验台测试功能电器综合试验台能在计算机的控制下对广州地铁一号线车辆所有电磁接触器、中间继电器、自动保护开关、时间继电器等装车前进行检测，检测其伏安特性，通过分析其伏安特性检测其动作值与整定值是否符合，能否满足装车的技术要求。具体功能包括：l 提供直流电源试验台内自行研制的直流电源可以向被测试设备输出电压在0-200VDC内分级可调的、功率为400W的直流电压。具体参数为：输入电源：380 VAC，50 Hz交流电；输出电压：0 - 200 VDC，10位分级可调；功率：400 W。l 检测电磁继电器和中间继电器的吸合电压和释放电压定义：- 吸合电压：继电器从释放状态到达吸合状态所需要的激励电压的最小值；- 释放电压：继电器从吸合状态到释放状态所需激励电压的最大值。测量方案：工控机由低到高控制程控直流电压源（电压范围根据继电器额定电压确定），输出直流电压，直到被测继电器吸合，同时，检测继电器触头间的电压变化，当触头间的电压值由供电电压跳变到0V时，则此时计算机设定的电压值为吸合电压。继电器工控机A/DD/A程控直流电压源 0200V。5VR同理，由上述过程的逆过程可检测到继电器的释放电压。见图1。图1：吸合电压和释放电压检测电路l 检测触头的接触电阻定义：接触电阻：从引出端测得的一对闭合触点间的电阻值。测量方案：接触电阻的测量，必须区分于动态接触电阻和静态接触电阻。本项目只测量静态接触电阻。由于接触电阻微小（通常为m级），因此应注意避免触点接点电阻，导线电阻和电源波动对测量结果的影响。为了在保证一定测量测量精度前提下测量接触电阻，本项目采用如下措施：- 采用半桥电流电路，可以消除电源波动等引起的系统误差；- 采用4-线-连接，接点1-2用于输入电流，接点3-4用于检测电势。在测量回路里，接点3-4的接触电阻和导线电阻不受电源波动影响，其阻值恒定，可以通过系统标定剔除。图2给出接触电阻测量电路。U2Rr。Rx。U3U1工控机A/DA/DA/DI0恒流源图2: 接触电阻测量电路原理示意图被测接触电阻： 其中：，Rr：参数电阻，高精度电阻l 检测触头的终压力采用德国HBM公司S2型压力传感器和相应的信号放大器，压力值由A/D转换后由计算机进行采集和处理。l 检测直流/交流自动保护开关的动作电流值工控机由低到高控制程控直流电流源（电流范围根据继电器额定电流确定），输出直流电流，直到自动保护开关动作，同时，检测自动保护开关的电压变化，当触头间的电压值由0V跳变到供电电压时，则此时计算机设定的电流值为动作电流值。电路图见图3。继电器工控机A/DD/A程控直流电流源 025A。5VR图3：直流/交流自动保护开关的动作电流值检测原理图l 自动检测和显示时间继电器的延时动作时间或延时释放时间工控机根据时间继电器的额定电压设定继电器电压，同时计数器开始记数，直至检测到时间继电器闭合时触点电压跳变为零时，停止记数，可换算出延时动作时间。工控机A/D程控电压源 。5VR继电器。逆过程可以测量时间继电器的延时释放时间。电路原理图见图4。图4：继电器的延时动作/释放时间检测原理示意图l 脉冲继电器的动作特性打印机示波器/记录仪脉冲继电器采用专用的示波器如德国EMC公司生产的多通道记录仪M-MUSYCS，价格在2万元左右。电源图5：脉冲继电器的动作特性检测原理示意图l 提供耐压试验电源，耐压试验能进行时间设定输入电