一種便攜式車載微機測試裝置的設計

李娜

摘? 要：文章設計了一種便攜式車載微機測試裝置，能夠向EQT2000型車載微機系統提供機車各種運行狀態下的輸入信號，同時對車載微機的輸出信號做出顯示，配合機車液晶顯示器共同使用，直觀地向操作人員展示車載微機的工作情況，從而便于操作人員判定故障進行檢修。該車載微機測試裝置功能齊全，在車載微機系統設計、調試、檢修過程中占有主導地位，其性能可靠、經濟實用、調試方便，得到了國內外客戶廣泛的認可。

關鍵詞：測試裝置;車載微機系統;檢修;調試

中圖分類號：U269.322 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）33-0040-03

Abstract： This paper designs a portable vehicle microcomputer testing device which can provide input signals of locomotive running state to EQT2000 microcomputer system and display output signal of vehicle microcomputer simultaneously. Together with locomotive LCD monitor display vehicle microcomputer directly to operator so that operator can judge fault repair. The vehicle microcomputer testing device has complete functions and plays a leading role in designing debugging and repairing of vehicle microcomputer system whose performance reliable economical practical debugging convenient and gained wide recognition from domestic and foreign customers.

Keywords： testing device; vehicle microcomputer system; overhaul; debugging

引言

EQT2000型車載微機控制系統軟件、硬件邏輯比較復雜，很難通過一般的檢修手段進行有效的檢修。在國內，修理廠和機務段通常使用示波器、萬用表等儀器進行手工檢測，存在檢修周期長，工作負荷大、檢測范圍窄等問題[1]。隨著出口機車的增多，國外客戶與國內機車生產廠家溝通的不暢通，也給診斷排查車載微機控制系統的故障帶來更多的阻礙。因此，開發一種車載微機控制系統的測試裝置，來模擬機車運行工況，用于檢測車載微機系統的運行情況，調試車載微機性能、診斷其故障顯得非常重要。

本文開發的一種便攜式微機測試裝置，采用集成化設計理念、模擬機車運行全工況的設計思想，將車載微機系統輸入輸出的物理信號集成在一起，實現了車載微機系統調試、檢修、故障排查的高效快捷。裝置可以通過手動模式模擬機車牽引控制狀態、恒功率狀態、限速設定、調速及各種保護等三十多種工況，不但實現了車載微機系統全工況的模擬與測試，還能夠設置機車各種故障狀態，還原車載微機車上實際使用故障環境，方便檢修和調試人員進行故障的直觀診斷。系統具有成本低、開發周期短、集成度高、故障率低的特點，在行業內得到了推廣應用。

1 測試原理

車載微機系統控制方式見圖1，車載微機系統是整個機車控制系統的核心，車載微機系統將接收到的開關量、脈沖量、邏輯量、模擬量、頻率量五類輸入信號，經過控制算法比較判斷，輸出高低電平控制接觸器、電控閥動作，輸出PWM控制步進電機調速間接控制柴油機的轉速或者輸出占空比調速指令給柴油機實現轉速自動調節。

因此，測試裝置模擬這五類的輸入信號，并通過顯示手段將車載微機系統輸出信號形象的表現出來，就實現了測試裝置的測試功能。

2 測試裝置硬件組成

車載微機測試裝置采用標準的3U機箱，機箱尺寸為3U×340×300mm，重量在2.5kg左右，測試裝置內部硬件設計由以下幾個部分組成。

2.1 系統電源設計

根據產品通用性要求及不同國家交流電輸入的不同范圍，兼顧測試設備能夠在車上及車下使用，電源設計選定了日本科索PBA系列的開關電源。

采用兩塊輸出DC48V的PBA50-48開關電源串聯合用，構成DC96V輸出（或兩塊輸出DC36V的PBA50-36開關電源串聯構成DC72V輸出），測試裝置電源設計方案見圖2。

電源設計滿足下述要求：（1）寬范圍輸入AC85～264V或DC110V，頻率50/60Hz，輸出DC96V。（2）性能可靠，體積小，安裝方便，滿足測試裝置空間要求。

根據車載微機的工作電壓不同，測試裝置有額定工作電壓DC110V和DC72V兩種不同型號。

車載微機系統除了需要額定的工作電源以外，還需要DC24V，DC5V電源，因此設計了DC/DC電源板。24V和5V電源模塊分別采用了廣州金升陽科技有限公司URB1D24LD-20W和URB1D05XD-10W，DC/DC電源模塊，它們具有DC40-160V寬范圍的電壓輸入，適用于72V、96V、110V等標準輸入的總線電壓，廣泛應用于鐵路系統及關聯設備中。

2.2 開關量、脈沖量設計

測試裝置采用小單刀和雙刀開關來實現開關量信號的輸入，例如機車上的接地、過流、電機的切除等信號。用小按鈕來代替機車操縱臺上的警醒或者風笛按鈕，小按鈕能夠提供脈沖信號，車載微機系統采集脈沖信號作為觸發信號來判定是否有警醒信號輸入。

2.3 邏輯量設計

測試裝置采用波段開關代替機車操縱臺上的司控器調速手柄或萬轉開關，提供車載微機系統邏輯量的輸入。出口剛果金的機車采用了卡特的柴油機，司控器調速手柄為16檔位，選用了6層24檔位的波段開關來代替，司控器調速手柄每調一檔，就對應一個邏輯量提供給車載微機系統。

2.4 模擬量設計

車載微機系統接收的模擬量主要來自于安裝機車上的信號變送器，機車上的變送器無論哪一種，變送器最終輸出的電壓都是DC0～10V，也是車載微機系統可以接收到的信號。

測試裝置利用電位器，提供車載微機DC0～10V的電壓輸入信號實現了變送器采集機車運行數據的任務。因此，利用電阻串聯電位器接入DC15V電源，調節電位器分壓提供車載微機系統DC0～10V模擬量即可。另外，車載微機系統接收到的模擬量信號有一類是溫度傳感器信號，溫度傳感器是由負溫度系數的熱敏電阻構成，溫度升高電阻的阻值變小，相當于一個電阻串入車載微機系統的信號輸入端。因此，測試裝置模擬溫度傳感器就采用手動調節串入的電位器的變化來模擬變化的溫度即可。測試裝置提供的模擬量原理圖參見圖3。

2.5 輸出量測試設計

車載微機系統通過輸出控制接觸器、電空閥的線圈，間接實現閉合或切斷機車主電路或者大容量電器電路。測試裝置檢測并顯示車載微機輸出的DC110V或者DC72V的信號，就完成了車載微機的輸出測試。設計中，采用二極管燈與電阻串聯的方式驗證，如果車載微機有輸出，那么測試裝置上的二極管燈就會亮，表明車載微機輸出功能得以實現。警醒蜂鳴和降速信號的輸出采取了同樣設計原理。

同理，車載微機系統能控制主發電機勵磁電流的大小實現對主發電機發出功率大小的控制。通過調節測試裝置上的電位器，使得車載微機輸出的勵磁電流發生變化，測試裝置上二極管燈也會有相應的明暗變化。

2.6 頻率量設計

車載微機系統采集的頻率量有兩種，一種是柴油機轉速，另一種是機車速度，柴油機轉速采用了磁電式脈沖傳感器，而機車速度采用了光電式脈沖傳感器。測試裝置分別采用兩塊ICL8038BC芯片來產生準正弦波和方波信號來模擬傳感器頻率量的輸入。

2.7 調速設計

根據不同柴油機，車載微機對柴油機的調速分兩種，一種是采用升、保、降的司控器調速手柄，由車載微機對步進電機電源控制，另一種是通過16檔司控器調速手柄給出微機系統指令，由車載微機輸出16檔位的占空比指令給柴油機，而柴油機根據占空比信號指令自動調節轉速的。如圖4為兩種調速設計原理。

根據16檔調速的邏輯關系，測試裝置上的數字電流表能夠顯示對應的占空比值。由于車載微機輸出的占空比信號是電壓信號，未過零點的占空比，根據車載微機提供占空比指令最大電壓為DC24.6V，隨著輸出直流電壓的降低，占空比呈線性減少，例如車載微機輸出DC24.6V時占空比100%，輸出DC22.1V時，占空比為22.1/24.6=90%，通過電阻*電流=電壓的線性變化原理，選擇合適的電阻與數字電流表串聯就能得到車載微機輸出的電壓，電流表顯示的就是占空比值。

3 調試

測試裝置能夠提供車載微機27個開關量，19個模擬量，2個頻率量輸入，將車載微機系統的軟硬件控制功能得以實現，但是不能完全等同于機車上的調試，其主要原因是測試裝置與車載微機系統構成的是開環系統，而車載微機安裝在機車上運行時，與機車電氣系統構成的是閉環系統。例如，發生故障報警時，主整電壓和牽引電機電流都是用測試裝置上的電位器模擬的DC0～10V電壓來實現的，只能手動調節電位器降低主整電壓和牽引電機電流來模擬反饋信號。盡管如此，機車實際運行時發生的電氣故障，測試裝置都能夠模擬出來，所以彌補了測試裝置開環系統設計的局限性。

4 結束語

目前，便攜式車載微機測試裝置已經批量化生產，在國內上海、徐州、南京機務段、金川集團和國外古巴、非洲剛果金都有廣泛的應用。實踐證明，該裝置具有操作便利，實用性強，可靠性能高，攜帶方便等優點，可以實現車載微機系統的原位檢測。它的實際應用為車載微機的設計、檢修與調試提供了便利，簡潔的設計原理以及測試方法為同類產品提供了參考價值。

參考文獻：

[1]梅載海.DF11、DF8B型機車車載微機系統檢測裝置的研制[J].內燃機車，2009（9）：46-48.

[2]趙敬超，張金才.內燃機車電傳動[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[3]戚墅堰機車車輛廠.東風11型內燃機車電傳動系統[M].中國鐵道出版社，2001.