牽引變流器低壓測試臺的軟硬件系統搭建研究

陳義韜

【摘 要】2008年開始至今動車牽引變流器產量不斷上升，為了應對生產需要，提升產品生產效率，縮短制造周期，必須提升產品出廠試驗效率。本文對虛擬儀器技術在國內及國際的開發應用現狀進行了對比分析，并以此為基礎，通過模擬被測產品工作環境，對現階段各類測試系統用虛擬儀器設備進行分析對比，最終確定了牽引變流器低壓測試臺軟硬件系統搭建方案。

【關鍵詞】牽引變流器 低壓測試系統 LabVIEW 虛擬儀器 GPIB+PCI

1 測試系統開發的目的

作為主變流器產品出廠試驗的組成部分——低壓功能試驗，一直一來是考核產品功能的重要試驗環節。就目前現有的測試軟硬件資源已經逐漸不能滿足未來幾年動車組主變流器產品的試驗工作進度需求。因此該低壓測試臺的開發研制主要是為了滿足目前動車組牽引變流器產品出廠試驗弱電功能測試要求，能滿足未來主變流器產品出廠試驗弱電功能測試的需求，是主變測試臺的重要組成部分。

2 虛擬儀器測試系統國內外研究動態及水平

2.1 虛擬儀器的特點

（1）軟件是虛擬儀器的核心。虛擬儀器的硬件確立后，它的功能，如抗混淆濾波、小波分析等，主要是通過軟件來實現的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。（2）虛擬儀器的性價比高，既能同時對多個參數進行實時高效的測量，還可以降低測試系統的硬件環節，從而降低系統的開發成本和維護成本。（3）虛擬儀器具有良好的人機界面，測量結果是通過由軟件在計算機屏幕上生成的、與傳統儀器面板相似的圖形界面一軟面板來實現的。（4）虛擬儀器具有和其它設備互聯的能力，可以接入網絡以實現對現場生產的監控和管理。

2.2 虛擬儀器的分類

（1）PC總線插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計算機內的數據采集卡與專用的軟件（如DASP與LabVIEW）相結合，完成測試任務。插卡式儀器價格最便宜，特別適合于教學部門和各種實驗室使用。（2）GP-IB總線方式是虛擬儀器早期的發展階段，它的出現使電子測量由獨立的單臺手工操作向大規模自動測試系統發展。GP—IB測量系統的結構和命令簡單，造價較低，主要應用于對臺式儀器的測控。（3）PXI總線方式的虛擬儀器PXI總線方式是在PCI總線內核技術上增加了成熟的技術規范和要求形成的。PXI具有8個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優勢結合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺。

3 牽引變流器主要試驗方法和測試需求

牽引變流器（以下簡稱CI）的出廠試驗，主要是模擬在動車組實際運行過程中，CI的電路參數、工作環境、車輛系統、電網設施的各種情況，以考證牽引變流器工作是否正常，產品各單元模塊性能是否穩定等等，以此來驗證產品可靠性。此測試臺的開發主要是為了滿足CI整柜例行（出廠）試驗弱電功能測試需求。通過模擬被測產品工作環境，按照測試步驟用自動或手動的方式提供測試所需信號，根據測試值與標準值進行比對，自動或手動判斷本步驟試驗結果，從而完成主變流器產品的出廠試驗工作；也可以手動選擇測試項目，在給定系統啟動所需模擬信號后，單獨進行某項試驗。

4 低壓測試臺硬件方案設計及實現

根據測試臺試驗對象以及測試需求，低壓測控系統通過GPIB總線實現測試儀器與計算機之間的通信，當測試儀器連接上被測產品時，系統能夠根據待測項目提示試驗員操作，從而控制儀器提供給被測品各種信號；同時系統將采集來的信號進行監控記錄。測試臺需要使用直流供電電源與交流信號源通過多路通用開關提供給被測產品或時序試驗器，直流信號、頻率量信號以及測量通道通過直接的電線連接對被測品進行激勵或測量工作。

部分模擬信號和數字信號的輸出與采集是通過PCI板卡儀器實現。板卡儀器把來自插件箱背板總線中一個通道的大量數據傳送到計算機的速度要比臺式儀器的外部I/O通信具有優勢。考慮到主變流器的測試特點以及需要提供和檢測的信號類型，將臺式儀器集成上架，在工控機對儀器的控制方面采取以GPIB總線為主的控制方式，而對模擬輸出、數字入出等PCI插件工控機用PCI總線進行控制。其中工控機與產品DCU直接通過光纖以及串口線等通信方式進行通信，從而實現微機對被測品的動作控制，并能在故障或保護動作產生時通過工控機及時對故障種類、來源進行監控。

5 低壓測試臺測試軟件方案設計

（1）數據庫功能：測試結果能直接與數據庫連接的功能，便于以后的數據查找。（2）網絡功能：需具備網絡功能，可隨時將測試數據發布至局域網上，并能實現遠程控制測試臺。（3）用戶權限管理功能：具備分層的用戶權限管理功能。（4）具有手動與自動測試功能，并具備人工故障查找的功能。（5）采用圖形化編程界面，提高程序的開發效率。

根據軟件方案需求，測試臺軟件系統將采用TestStand、Labview兩大核心軟件進行編程開發。其中，LabVIEW采用圖形化的開發界面，開發效率高，可針對每一測試步驟編制相應的測試程序，分別實現單獨某一測試步驟，同時也可以將每一步的測試結果錄入測試報告并保存至數據庫。TestStand將Labview編寫的每一步測試步驟進行集成，使每一測試步驟能夠有序的按照調試大綱的順序自動執行，并自動生成測試報告，將測試數據保存至數據庫，完全實現自動化測試，在系統中預留該軟件的升級空間，使未來主變流器低壓功能試驗實現自動化測試更為方便。

6 結語

該測試臺的開發將為牽引變流器現代化生產制造平臺的打造提供有力的支持；通過該測試系統的研發應用，將已有陳舊的測試設備進行全面的替換更新和升級換代，建立起完善的一體化的產品試驗體系，有力的保障了牽引變流器產品的生產效率及出廠質量；為配合測試技術水平的整體提升，以及制造形象和關鍵產品試驗水平方面與國際先進制造企業接軌，起到了十分重要的作用。

參考文獻：

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