基于機器人實現的司機控制器自動檢測系統

段鵬龍，董瑞林

（西安沙爾特寶電氣有限公司，西安 710000）

標動司控器作為司機用來操縱動車組運行的主令控制器，其的主要功能為施加牽引、制動指令、確認列車操縱模式和實現車輛的啟動調速等功能[1]。標動司控器輸出開關量信號給到列車網絡系統來進行列車的控制，因此輸出信號的準確與否直接關系到列車的安全運行。每臺司控器必須進行準確可靠的檢測，以確保出廠的產品符合例行試驗大綱的要求，本文介紹的檢測系統在保證檢測準確的前提下，大大提高了檢測效率。通過PLC精準控制機器人手臂動作[2]，模擬人手操縱司控器，同時設計電平電壓采集電路[3]，得到司機控制器中各擋位開關閉合數據和編碼器輸出值以及手柄力輸出值，利用LabVⅠEW上位機，對采集到的數據進行解算、處理，并與PLC進行通信[4]，同時與數據庫中給定值進行對比判斷，將相關指令反饋給機器人，并將結果輸出到顯示屏。

1 檢測系統的組成

該檢測系統主要測試司控器各檔位速動開關閉合值、編碼器輸出值及手柄力是否與設定值相符合。系統的組成主要包括：LabVⅠEW軟件控制系統、工控機和NⅠ板卡、西門子PLC、機器人及力傳感器與顯示屏等。開始檢測時，安裝在司控器手柄附近的工業相機對手柄的起始位置進行拍照識別，若手柄未在正確位置，系統會報警提示，需要人為干預。檢測過程為PLC控制機器人手柄沿著給定路線運行，手柄端部安裝的力傳感器撥動司控器檔位手柄在各檔位間平穩運行，同時將手柄操作力傳遞給信號采集器。在機器臂推動司控器手柄運行的過程中，和速動開關輸出端連接的快接插頭將9組開關的通斷信號傳遞給PLC，經LabVⅠEW軟件解析運算后與數據庫中給定值進行比較，將結果傳送至顯示屏。標動司控器在不同檔位輸出對應開關信號時，編碼器也一一對應輸出相應的開關信號，板卡采集到編碼器的開關信號和力傳感器的電壓信號后，由LabVⅠEW軟件進行解算，并與數據庫中的給定值進行比較，同時將結果輸出至顯示屏，這樣測試人員可以很直觀地對司控器的功能進行判斷。該檢測系統的總設計框圖如圖1所示。

圖1 測試系統原理框圖

2 各子系統的實現方式

2.1 速動開關輸出信號的處理

標準動車組用司控器有9組速動開關，每組開關有2個觸點，分別為常開觸點和常閉觸點，因此可設計18路開關信號來表示手柄在不同檔位時的開關組合狀態。給每一路通入24 V直流電源，接通時記為高電平1，斷開時記為低電平0。在可編程邏輯控制器PLC控制機器人撥動手柄至某一檔位時，輸出18路不同的開關量信號，此時PLC采集到一串二進制數給到LabVⅠEW上位機，然后按從低到高排列，并轉化為十進制數，與數據庫中的設定值進行對比，并將結果存入顯示屏。例如當手柄此時在“C位置”，對應開關信號是“000001111101101001”，顯示器顯示“8 041”，與設定值相符，判定為“OK”。測試示意圖如圖2所示。

圖2 速動開關測試示意圖

2.2 編碼器輸出信號的處理

標準動車組用司控器有2組相同的編碼器，同時輸出2路格雷碼信號[5]，互為冗余設計，極大地保證了列車的安全運行。每組格雷碼由9位二進制數組成，檢測時，給編碼器接入24 V DC工作電壓，隨著司控器手柄的轉動，板卡會接收到編碼器輸出連續的格雷碼信號，根據機器人的位置確定某一檔位的編碼器輸出值，當信號達到穩態時，采集到的數據即為該位置對應的編碼器輸出值。需要特別注意的是，為了盡可能真實地反映人手扳動司控器手柄的狀態，在機器人路徑設計時，在快要到達指定位置時，使機器臂緩慢推動手柄，最終依靠手柄的慣性力滑入相應位置，為了防止手柄“越位”，需要在此設定編碼器輸出值判定條件，是否在規定的在區間內，若超出，需要給到PLC信號，控制機器臂將手柄回退。當板卡將采集到的二進制數傳遞給LabVⅠEW軟件時，由軟件進行解算，并與設定值進行比較分析，同時將結果輸出至顯示屏，并與PLC進行通信，控制機器臂的下一步運行。測試示意圖如圖3所示。

圖3 編碼器測試示意圖

2.3 手柄操作力信號的處理

機器臂在推動司控器手柄動作的過程中，力傳感器將對應的模擬電壓信號輸入到板卡中，板卡采集到0～5 V直流電壓信號。由于司控器在每一檔位有定位特性，在推動手柄時，電壓值會跳變，使用LabVⅠEW軟件設置一種算法，拾取2個檔位之間的峰值電壓，根據力傳感器的特性，換算成相應的力值，即為該檔位的手柄操作力。測試示意圖如圖4所示。

圖4 手柄力測試示意圖

3 測試系統軟件

軟件部分采用LabVⅠEW軟件為開發工具平臺，搭載機器人自帶的數據庫軟件，在Windows 7操作系統下開發。測試系統軟件主要包括系統控制模塊、原始數據庫錄入模塊、身份管理模塊、速動開關測試模塊、編碼器測試模塊、手柄力測試模塊和數據處理與顯示模塊等，軟件的測試界面如圖5所示。

圖5 系統測試界面

3.1 測試系統的權限功能

因該測試系統具有較強的專業性，需要有資質的人員操作，為了防止其他人誤操作而損壞設備，在系統操作前需要進行身份識別。員工ⅠC卡是員工身份識別的有效憑證，目前大部分員工卡是非接觸式ⅠC卡，具有操作方便，識別快速的特點，卡內儲存有員工工號等信息，設備管理員將培訓合格人員的員工編號提前錄入系統中，在操作時，操作人員先刷卡，系統將讀卡器采集到的員工編號與數據庫中錄入的編號進行比對，相符后才可進入測試界面，這樣可以有效保護測試系統。

3.2 測試軟件的通信功能

每臺司控器測試完畢會生成相應的測試報告，為了管理方便及隨時查看報告內容。軟件通過系統內置的無線通信模塊與公司內部局域網進行連接，將測試報告保存在本地服務器上，通過內部網絡權限配置，相關職能人員可以很方便地調取測試報告。

3.3 軟件測試流程

軟件測試流程示意圖如圖6所示。

圖6 軟件測試流程示意圖

4 結束語

目前，基于該方案的司機控制器自動檢測系統在我公司已經投入使用，其檢測方便、高效，自動化程度高，大大解放了生產力，尤其在批量化檢測中，顯示出極大的優勢。