基于LabVIEW的BCU單板測(cè)試與診斷試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)

　　一. 引言

　　近年來(lái)高速鐵路迅速發(fā)展，高速列車運(yùn)行的安全性備受人們的關(guān)注，因此高速列車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性顯得更為重要。制動(dòng)控制單元是高速動(dòng)車組制動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部件，擔(dān)負(fù)著制動(dòng)力計(jì)算，電空聯(lián)合制動(dòng)演算控制、防滑控制、空壓機(jī)控制、通信、監(jiān)控以及故障處理等任務(wù)。目前對(duì)BCU的檢測(cè)集中于BCU設(shè)備整體功能檢測(cè)，一旦設(shè)備存在故障，無(wú)法定位故障電路位置，最終可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備損壞、增加維修成本等后果。因此研制開(kāi)發(fā)高集成度、自動(dòng)化智能化單板故障測(cè)試系統(tǒng)，用于大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的出廠檢測(cè)和維護(hù)維修，并應(yīng)用電路板故障診斷技術(shù)對(duì)BCU制動(dòng)控制單元進(jìn)行單板測(cè)試及故障電路定位有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　針對(duì)BCU大容量的數(shù)據(jù)采集工作，以及鐵路高可靠性的測(cè)試需求，采用傳統(tǒng)基于分立測(cè)量與數(shù)據(jù)處理設(shè)備的將受到數(shù)據(jù)傳輸速率、設(shè)備占地面積以及測(cè)試環(huán)境等條件的制約。本試驗(yàn)臺(tái)采用NI公司基于PXI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)PXI嵌入式控制器配合數(shù)據(jù)采集板卡，通過(guò)軟件控制靈活的對(duì)各數(shù)據(jù)采集板卡進(jìn)行功能配置，最大程度實(shí)現(xiàn)硬件的復(fù)用，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并提升數(shù)據(jù)傳輸速度，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)相對(duì)于整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)吞吐量和測(cè)試速率。

　　二. BCU單板檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景和開(kāi)發(fā)理念

　　制動(dòng)控制單元包括CPU板、接口板、防滑板、電源板和通信板五塊電路板。圖1是BCU的工作原理結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)司機(jī)控制器、列車傳感器和列車通信網(wǎng)絡(luò)等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息和指令信息，BCU進(jìn)行復(fù)雜的制動(dòng)計(jì)算和防滑計(jì)算，輸出列車當(dāng)前需要的制動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)中繼閥和防滑閥，控制制動(dòng)風(fēng)缸完成列車制動(dòng)。　　

 

　　單板測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)人機(jī)交互界面輸入信息，模擬傳感器和列車網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，模擬制動(dòng)過(guò)程，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證BCU各單板工作狀態(tài)。主要包括三個(gè)方面的任務(wù)：首先是根據(jù)主控制器PXI-810的控制指令，數(shù)據(jù)輸出板卡輸出模擬量、數(shù)字量、PWM等信號(hào)至BCU各電路板，提供電路板工作的原始激勵(lì)型號(hào);其次是進(jìn)行模擬運(yùn)算，計(jì)算當(dāng)前狀況下BCU單板各路信號(hào)的輸出值;最后還要對(duì)BCU單板輸出進(jìn)行高精度的采集，完成數(shù)據(jù)的比對(duì)、判別和存儲(chǔ)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要遵循以下幾個(gè)方面理念：

　　1. 充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采用軟件配置代替硬件資源，對(duì)數(shù)據(jù)采集板卡硬件資源達(dá)到資源利用最大化;
　　2. 整體規(guī)劃單板測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)軟硬件資源配置，將測(cè)試測(cè)試內(nèi)容劃分為導(dǎo)通測(cè)試、特性測(cè)試、電壓測(cè)量、模擬量輸出回路測(cè)試、PWM頻率/脈寬測(cè)試等10大類17個(gè)測(cè)試項(xiàng)，對(duì)不同電路板相同測(cè)試項(xiàng)目可合并為一組進(jìn)行測(cè)試，以便硬件資源的重用和測(cè)試速度的加快;
　　3. 測(cè)試實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試，有條件的最大程度的向用戶開(kāi)放底層硬件控制權(quán)，方便二次開(kāi)發(fā);
　　4. 利用NI公司提供的基于Intel酷睿雙核處理器T9400的高性能處理器主板，實(shí)現(xiàn)多線程操作，加快測(cè)試速率;
　　5. 測(cè)試智能化，系統(tǒng)支持測(cè)試數(shù)據(jù)保存打印，測(cè)試報(bào)告自動(dòng)生成等輔助功能;
　　6. 采用觸摸屏作為人機(jī)界面，界面豐富友好。

　　三. BCU單板測(cè)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

　　在組建BCU自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，必須考慮硬件平臺(tái)的通用性與擴(kuò)展性。整個(gè)平臺(tái)能適應(yīng)被測(cè)設(shè)備本身狀態(tài)的變化，同時(shí)在現(xiàn)有硬件資源的基礎(chǔ)上具有較強(qiáng)的擴(kuò)展升級(jí)能力，并滿足系統(tǒng)的小型化需求。本系統(tǒng)采用內(nèi)嵌式控制方式以及3U的PXI模塊，數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)模擬單元均基于PXI總線，并在PXI機(jī)箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這是整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心。