地鐵車輛控制系統(tǒng)電氣柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張布平

摘要：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，地鐵交通在中國(guó)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了地鐵車輛的安全，電氣柜的可靠性在這方面發(fā)揮了重要作用。本文通過對(duì)控制柜電氣柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)研究，希望能為地鐵車輛控制系統(tǒng)的電氣柜測(cè)試提供一種高效可靠的解決方案。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛控制系統(tǒng)；電氣柜；自動(dòng)測(cè)試

地鐵作為具有高效、快捷、節(jié)能以及節(jié)省土地和減少噪聲的交通工具，地鐵本身與我國(guó)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)的創(chuàng)建有著較高的契合性，而隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)內(nèi)地鐵技術(shù)的成熟，我國(guó)地鐵交通正處于繁榮的發(fā)展時(shí)期。對(duì)于地鐵車輛來說，地鐵車輛控制系統(tǒng)本身屬于其正常運(yùn)行的控制器，而如果這一控制器出現(xiàn)問題，地鐵就很容易出現(xiàn)制動(dòng)失效，車門位置不匹配等安全性問題，為了避免這一問題出現(xiàn)，本文就地鐵車輛控制系統(tǒng)電氣柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開具體研究。

1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

為了保證本文所研究的地鐵車輛控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)滿足使用要求，本文設(shè)計(jì)了系統(tǒng)以滿足不同規(guī)格的電控柜的測(cè)試任務(wù)，以確定經(jīng)過測(cè)試的電氣柜是否合格，電氣柜需要定位故障定位的三個(gè)方面。

1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本文研究的地鐵車輛控制系統(tǒng)電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分為系統(tǒng)層，管理層和測(cè)試層。為了確保更好地確定被測(cè)電柜的故障，系統(tǒng)層需要負(fù)責(zé)分析被測(cè)電柜的設(shè)計(jì)清單，測(cè)試層負(fù)責(zé)具體測(cè)試和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)層將采集結(jié)果與預(yù)期輸出進(jìn)行比較。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為了完成對(duì)地鐵車輛控制系統(tǒng)控制柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，需要明確該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本文將該硬件設(shè)計(jì)分為系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)，系統(tǒng)測(cè)試電源管理設(shè)計(jì)和采集，輸出電路板設(shè)計(jì)，電氣采集控制箱設(shè)計(jì)背板設(shè)計(jì)，通信控制板設(shè)計(jì)，電源管理電路板設(shè)計(jì)6部分。

2.1系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

針對(duì)本文研究的地鐵車輛控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通信方案的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)層與管理層的通信方式，管理層與測(cè)試層的通信方式是這種設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。在系統(tǒng)層和管理層之間的通信設(shè)計(jì)中，選擇了建立通信總線的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法能更好地滿足系統(tǒng)層和管理層對(duì)通信頻率高、數(shù)據(jù)量大，通信質(zhì)量要求高的要求。在管理層和測(cè)試層之間的通信設(shè)計(jì)中，選擇RS485用于兩層之間的通信，選擇RS485是因?yàn)樗哂袃?yōu)越的抗干擾能力和可靠性。

2.2系統(tǒng)測(cè)試電源管理設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)測(cè)試電源管理方案的設(shè)計(jì)中，確定了用于接地連續(xù)性測(cè)試，線端連續(xù)性測(cè)試和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳導(dǎo)測(cè)試的DC24V的設(shè)計(jì)。在邏輯功能測(cè)試的測(cè)試電源選擇中，準(zhǔn)備一個(gè)取決于被測(cè)電柜的工作電壓的設(shè)計(jì)。

2.3采集輸出板卡設(shè)計(jì)

在本文研究的采集和輸出板卡的設(shè)計(jì)中，選擇MSP430系統(tǒng)MCU作為主控芯片。該MCU具有體積小、功耗低、開發(fā)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展容易等優(yōu)點(diǎn)，可以更好地滿足本文的研究體系功能要求，在完成芯片的選擇時(shí)，還需要開發(fā)輸出輸出板的設(shè)計(jì)，采集和輸出板的最小系統(tǒng)，采集和輸出板端口的復(fù)用電路以及輸出卡的識(shí)別電路地址等。只提供采集輸出板總體設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要說明。在采集和輸出卡的總體設(shè)計(jì)中，本文選擇了MSP430F149單板控制系統(tǒng)，通過將本系統(tǒng)與測(cè)試電壓輸出采集電路，地址識(shí)別電路，RS485通信電路和電源轉(zhuǎn)換電路連接，即可完成該部分的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

2.4電氣采集控制箱設(shè)計(jì)底板設(shè)計(jì)

在電氣采集控制箱設(shè)計(jì)樓的設(shè)計(jì)中，為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)10個(gè)采集輸出板和1個(gè)通訊控制板卡的控制，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)11個(gè)卡槽的機(jī)箱、電源，我們已經(jīng)完成了這部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

2.5通信控制板卡的設(shè)計(jì)

在本文研究系統(tǒng)的通信控制板的設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)通信轉(zhuǎn)發(fā)的管理和機(jī)箱的測(cè)試電源。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文選擇特殊芯片TMS320LF2407作為控制領(lǐng)域，并通過該芯片強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間、更低的功耗、更高的執(zhí)行速度，可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器以及先進(jìn)的總線架構(gòu)，將允許該通信控制板的設(shè)計(jì)以更好地實(shí)施。對(duì)于通信控制板卡的設(shè)計(jì)，在確定主控芯片后，還包括通信控制板的總體設(shè)計(jì)，最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、串口通信電路設(shè)計(jì)、CAN總線通信電路設(shè)計(jì)。本文僅簡(jiǎn)要討論通信控制板的總體設(shè)計(jì)，在特定通信控制板的總體設(shè)計(jì)中，此設(shè)計(jì)需要基于TMS320LF2407單板控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，電源轉(zhuǎn)換電路、CAN通信電路、RS485通信電路、地址識(shí)別電路、110V/24V測(cè)試電源的開關(guān)管理電路控制是本設(shè)計(jì)的基本思路。

2.6電源管理板卡的設(shè)計(jì)

在本文研究系統(tǒng)電源管理板的設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)仍需要基于TMS320LF2407芯片開發(fā)。在該電源管理板的整體設(shè)計(jì)中，它與通信控制板的整體設(shè)計(jì)相似，并且測(cè)試電源檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)是該設(shè)計(jì)的核心部分。在測(cè)試電源檢測(cè)電路設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)主要包括正常測(cè)試電壓范圍的確定，電壓測(cè)量方法，測(cè)試電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，檢測(cè)原理，比較器芯片以及分壓電阻的確定等，DC23VDC25V之間的正常測(cè)試電壓范圍。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)工作流程

在系統(tǒng)軟件的工作流程設(shè)計(jì)中，本文確定上電初始化、確定測(cè)試指令、發(fā)送控制指令、按照指令下發(fā)測(cè)試電源、解析并轉(zhuǎn)發(fā)控制指令、輸入相應(yīng)的測(cè)試電壓根據(jù)說明收集測(cè)試響應(yīng)并上傳設(shè)置說明。結(jié)果，采集結(jié)果分析和故障確認(rèn)，發(fā)送最終指令以完成此特定工作流程。

3.2系統(tǒng)通信協(xié)議制定

為了制定電氣柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通信協(xié)議，此處選擇的通信格式是基于8個(gè)字節(jié)。該通信格式的主要內(nèi)容包括通信類型、設(shè)備ID、幀頭結(jié)尾和通信校驗(yàn)字節(jié)等，通信流程的設(shè)計(jì)需要根據(jù)系統(tǒng)工作流程和通信協(xié)議進(jìn)行規(guī)劃。首先，系統(tǒng)自檢流程，然后發(fā)布具體的通信測(cè)試類型，通信過程中每幀的第一個(gè)字節(jié)用作幀頭。在該部分中，與由不同級(jí)別的設(shè)備發(fā)起的通信相對(duì)應(yīng)的報(bào)頭都是不同的。因此，要區(qū)分和設(shè)置系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)層的幀頭。通訊協(xié)議格式的設(shè)置除了設(shè)置通訊頭之外，還包括：設(shè)備地址、通訊類型、通訊內(nèi)容、驗(yàn)證結(jié)果信息、通訊幀結(jié)束設(shè)置，通信流程的設(shè)計(jì)需要根據(jù)管理層，系統(tǒng)層和測(cè)試層進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。管理層主要關(guān)注電源管理板和通信控制板的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)層主要為上位機(jī)設(shè)計(jì)、測(cè)試層主要用于邏輯收集。輸出板設(shè)計(jì)、測(cè)試流程包括系統(tǒng)自檢、測(cè)試類型釋放、測(cè)試節(jié)點(diǎn)上電信息釋放、真值表釋放、自檢命令釋放、關(guān)閉命令釋放等。

3.3系統(tǒng)層設(shè)備程序設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)層設(shè)備程序設(shè)中，本文確定了上位機(jī)應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、界面開發(fā)、邏輯處理模塊、邏輯測(cè)試、通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的軟件功能。

4、結(jié)語

綜上所述，在本文就地鐵車輛控制系統(tǒng)電氣柜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開的研究中，筆者簡(jiǎn)單論述了這一系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)，雖然軟件設(shè)計(jì)部分受限于篇幅原因內(nèi)容有限，但還是希望本文研究能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)界人士帶來一定啟發(fā)。

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