基于NI OPC 的架車機電氣柜模擬測試系統設計

張錦標，張參參，趙小磊，宋 陽，王 旭，彭毓敏

（中車青島四方車輛研究所有限公司智能裝備事業部，山東青島 266031）

0 引言

地坑式架車機是用于動車組及城軌車輛轉向架的更換，車輛的拆卸、裝配及維修的專用舉升設備[1，2]，是動車組及城軌車輛檢修必備的大型關鍵裝備之一。地坑式架車機采用雙PLC 控制系統[3]，電氣部分主要由主控柜、分控柜、現場電氣元件及連接電纜組成，電氣接線復雜，安裝工程量大，因此出廠前必須進行電氣柜測試。一套6 編組架車機系統電氣柜共有近600 個I/O 測試點需進行出廠前測試，目前控制柜出廠前測試采用的是人工單個控制柜測試的方式，測試工作量大、易遺漏，并且控制柜的連接邏輯不能測試。

架車機電氣柜模擬測試系統可以把架車機主控柜和分控柜連接在一起，形成閉環測試系統，再通過模擬測試系統程序的執行，可實現架車機電氣柜的自動化測試，測試完畢后可輸出測試報告，在架車機電氣柜出廠前就可驗證架車機電氣柜的接線及控制邏輯是否正確，從而保證架車機電氣柜的出廠質量。

1 系統概述

架車機電氣控制系統采用PLC 分布式控制方式，主要由1個主控柜、多個分控柜、現場檢測元件及執行機構、連接電纜等組成。PLC 的CPU 模塊安裝于主控柜內，分布式I/O 模塊安裝于地坑內的分控柜內。分布式I/O 模塊實時采集現場限位開關和傳感器的狀態，通過通信電纜傳送到主控柜PLC 的CPU 模塊進行邏輯判斷和運算后，控制執行元件動作。

OPC 通信技術是一種基于Windows NT 的通信串口延伸技術[3]。架車機電氣柜模擬測試系統軟件采用LabVIEW 編寫，通過NI OPC Server 實現與架車機控制系統PLC 的實時通信。硬件部分通過模擬測試連接電纜與架車機分控柜內的分布式I/O 模塊進行連接，組成閉環測試系統，系統結構如圖1 所示。

圖1 電氣柜模擬測試系統結構

通過模擬測試系統的操作面板可以模擬替代架車機現場電氣元件的功能，架車機的分布式I/O 模塊采集模擬測試系統的信號，通過通信電纜傳輸給PLC 的CPU 模塊進行邏輯判斷和運算。模擬測試系統將PLC 的邏輯運算結果通過相應的指示燈、儀表、顯示器輸出，并判斷其結果是否正確。測試完畢后，系統會自動打印測試報告。

2 系統組成

2.1 模擬測試系統的硬件組成

架車機電氣柜模擬測試系統主要由工控機、模擬面板、測試電路及打印機等組成，如圖2 所示。

圖2 架車機電氣柜模擬系統組成

工控機主要用于測試系統軟件的執行，通過NI OPC 與架車機PLC通信，對PLC 的邏輯運算結果進行判斷和輸出，然后通過打印機打印測試報告。模擬面板由試驗面板和顯示面板組成。試驗面板由轉向架測試單元、車體測試單元、手操器測試單元以及電機測試單元組成，主要用于模擬架車機現場檢測元件，生成模擬測試信號。顯示面板由工控機顯示器、顯示儀表組成，用于顯示被測架車機電氣柜反饋的測試結果信息。

測試電路由控制單元及信息采集單元組成，控制單元與架車機電氣柜連接，向被測架車機電氣柜發送測試指令及試驗面板生成的模擬測試信號；信息采集單元與架車機電氣柜連接，用于接收被測架車機電柜的執行結果并將結果信息反饋至控制單元，所述控制單元將結果信息發送至工控機進行顯示。架車機電氣柜模擬測試系統如圖3 所示。

圖3 架車機電氣柜模擬測試系統

2.2 模擬測試系統的程序設計

2.2.1 建立PLC 和NI OPC Server 間的通信

在OPC Servers Configuration 程序中創建一個新的OPC 文件，新建一個Channel，Device driver 選Siemens TCP/IP Ethernet。新建一個Device，Device model 選S7-1500，Device ID 填PLC 的IP 地址。然后新建變量，標簽名按需要命名，地址欄填對應PLC的I/O 地址。

2.2.2 LabVIEW 程序編寫

架車機模擬測試系統程序采用LabVIEW 軟件編寫，測試控制流程采用LabVIEW 中的錯誤族數據執行流向的方式實現，部分程序如圖4 所示。

圖4 架車機模擬系統部分程序

架車機模擬測試系統程序由授權指示、接觸區域指示、安全區域指示、上升接觸器動作與下降接觸器動作、CH 照明、轉向架動作、車體1 動作、車體2 動作、授權信號發出、警示燈以及電鈴等測試模塊組成，通過TCP/IP 與架車機主控的PLC 的控制系統進行通信，采集模擬測試信號并發送相應動作的控制指令至架車機電氣柜主控及分控。測試程序對架車機主控與分控分開進行測試，并分別對架車機PLC 控制系統的輸入信號和輸出信號進行測試。測試完畢后，可按照設定的模板生成測試報告。

3 架車機電氣柜模擬測試方法

利用架車機電氣柜模擬測試系統對架車機主控與分控的各功能進行測試，主要有以下5 個步驟：

（1）測試準備：連接架車機主控柜與分控柜之間的邏輯關系連線及通信電纜；連接試驗臺與架車機分控之間的模擬測試連接電纜；連接試驗臺與架車機主控之間的網絡通信連接線；為系統上電，測控系統為架車機電氣柜授權，并根據架車機電氣控制系統的控制原理為架車機主控柜與分控柜上電。

（2）架車機主控柜測試：工控機安裝測試程序，通過TCP/IP與架車機主控柜的PLC 控制系統通信，對架車機主控各功能模塊分別測試；對架車機電氣柜上的所有按鈕、指示燈及通風、積水、急停信號測試。工控機與架車機主控的PLC 控制系統進行通信，控制單元發送架車機主控各功能點的測試指令至架車機主控PLC 控制系統，對架車機主控進行測試，測試結果實時反饋至信息存儲單元存儲并顯示在工控機顯示器及顯示面板上。

（3）架車機分控柜測試：模擬面板模擬各架車機分控的所有信號，對架車機分控柜各功能進行測試；模擬面板模擬架車機分控上的所有信號，包括限位信號（上上限位、下下限位、工作螺母限位、安全螺母限位、上限位、下限位、車輪到位限位、壓力加載限位）、脈沖信號、上升下降按鈕信號、急停信號與電鈴、警示燈、轉向架車體以及車體單元動作接觸器信號，測試信號傳輸至架車機分控柜，對架車機分控柜的各功能點進行測試，測試結果實時反饋至信息存儲單元存儲并顯示在工控機顯示器，架車機電氣柜輸出的轉向架、車體、手操器以及電機的測試信息的顯示在顯示面板相應模塊上，轉向架單元電機動作接觸器、車體單元電機動作接觸器輸出電源電壓信息以及接線錯誤導致的電機缺相報警信息實時顯示在顯示儀表上。

（4）對架車機主電氣柜與分電氣柜的電控邏輯進行測試：連接架車機主控制柜與分控制柜連接的邏輯控制電纜，連接架車機分控制柜與測控系統模擬面板的車體單元和轉向架單元的上上限位、下下限位、工作螺母限位及安全螺母限位的模擬電纜，測控系統控制主柜的接觸器對主控制柜安全繼電器進行上電，從而判斷極限限位邏輯是否正常。觸發分控制柜急停，則主控制柜安全繼電器斷電，測控系統采集急停信號及安全繼電器動作信號，判斷急停回路邏輯是否正常。測控系統通過控制架車機主控制柜安全繼電器上電，采集分控制柜PLC 輸出模塊的供電信號，從而判斷上電邏輯是否正常。

（5）重復上述測試步驟，依次對所有的架車機分電氣柜進行測試。

4 結語

架車機電氣柜模擬測試系統可將架車機主控柜和分控柜組成閉環測試系統，再通過模擬測試系統程序的執行，可實現架車機電氣柜的自動化測試，提高了架車機電氣柜出廠前的測試效率，保證了架車機電氣柜的出廠質量。