机车车辆电子装置自动化测试系统研究

机车车辆电子装置自动化测试系统研究

张力帆

 中铁检验认证株洲牵引电气设备检验站有限公司，湖南 株洲，421001

摘  要：针对电子装置人工测试时效率低、时间长和工作量大等问题，根据机车车辆电子装置测试需求，提出了自动化测试系统整体方案，包括系统构成、结构设计、硬件配置和软件设计等四大模块，经过测试验证，所设计的测试系统满足列车运行监控装置、传动控制单元、显示器等多种机车车辆电子装置自动化测试要求。

关键词：机车车辆，电子装置，自动化测试

1、引言

铁路运输一直以来居于五大交通运输方式的首要地位，而机车车辆是铁路运输必不可少的运载工具，它关系到铁路运输的安全性和可靠性[1]。机车车辆电子装置在列车运行过程中起到控制、调节、保护、诊断、供电等关键作用，其为列车安全运行起到了至关重要的作用[2]。

为确保机车车辆电子装置的质量与可靠性，在出厂前应按GB/T 25119-2021[3]、IEC60571：2012[4]等要求完成测试，然而目前由于条件限制，多数制造商一般采用人工测试方式来完成出厂测试，这也导致测试时间长、工作量大和测试效率低下等问题。因此，为解决大批量机车车辆电子装置人工测试时存在数据记录和处理难度大、测试一致性差等难题，采用自动化测试系统对电子装置进行测试成为了一种很好的解决方案。

2、需求分析

机车车辆电子装置种类繁多，且测试项目和测试方法各不相同。目前电子装置测试系统和测试工装大部分采用通用仪器临时搭建和制作，测试所需的仪器设备和接线较多，对输入或输出信号通过人工逐一输入或测试，测试效率低，且存在安全风险。研制电子装置自动化测试系统将改变人工测试时使用分散仪器测试模式，采用集成可调电源、电流/电压表、示波器和信号发生器等功能，将大大缩短开展产品测试的准备时间，减少重复性工作，实现多信号通道同时给定和测量，从而大大提高测试效率。

由此，所开发的自动化测试系统应具有较强的通用性，能满足传动控制单元、列车运行监控装置等机车车辆电子装置的测试需要，测试系统应集成测试所需各种仪器设备的功能，实现测试的自动化，要求不仅可提高测试效率，而且能改变使用分散仪器的测试模式。测试系统主要考虑样品输入输出量的测试需求，可暂不考虑软件及通讯测试需求，预留相关扩展接口。

3、设计方案

针对以上需求，自动测试系统的设计方案应涵盖系统功能、性能指标、结构形式、电气结构层次、主要仪器设备、软件功能等主要内容。

3.1 系统构成

测试系统基于PXI总线，台式仪器通过LAN总线进行通讯，其系统框图见图1所示。系统采用嵌入式控制器作为整个系统的主控单元，控制各个外围仪器设备协同工作，共同完成测试任务。系统通过PXI的LAN接口和串口，用于对被测件模块通信接口的测试；通过可编程电阻卡用来给测试系统提供精密电阻；通过函数发生器用来提供正弦波、方波、脉冲等信号；通过示波器卡进行波形记录和验证测试；通过高精密电源进行模拟信号输入输出；使用直流电源对系统进行供电，使用110V电源提供数字输出，通过数字IO加调理提供24VDIO，除DIO直接与接口箱相连以外，所有输入输出信号都通过多路复用器转接，通过多路复用器构成的信号路由系统实现了上述测试仪器与测试接口之间的信号自动路由功能。

图1 系统框图

3.2 结构设计

测试系统结构主要由一个测试机柜构成，在受力、电磁屏蔽、等电位、恒温控制、电气走线和仪器上架安装等方面针对测试测量系统进行专门的设计，并提供标准的安装附件可以进行各类标准和非标仪器设备的上架安装，仪器设备、接口适配器均放置在测试机柜中。

3.3 硬件配置

测试系由示波器、高精度电阻卡、大功率直流电源等主要硬件集成，其硬件配置见表1所示：

表1 硬件配置表

3.4 软件设计

测试系统软件采用分层体系结构，从上至下分为人机交互模块，测试流程管理模块、数据管理模块、仪器接口驱动模块等，其软件结构见图2所示。

图2 系统软件框图

图2所示软件结构具备以下功能模块：

（1）人机交互模块包括设备配置及控制模块、设备状态监测模块；

（2）测试流程管理模块实现测试序列编辑、用户规则、设备命令集等方面的设置，具体功能包括：

1　为用户提供默认的测试序列模板，含测试设备配置信息，可在此基础上创建自己的测试序列。

2　可设置多种典型的测试序列，预先设置好各测试设备配置参数信息，将其保存为系统文件直接导入执行。

3　方便用户在多次测试间快速、便捷地切换测试序列，节约用户多次重复设置配置参数。

（3）数据管理模块分别实现了用户数据和仪器设备数据的管理功能；

（4）仪器设备接口驱动模块基于VISA函数库进行设计。

4、测试验证

    为验证机车车辆电子装置自动化测试系统是否符合设计要求，对系统进行了测试验证，主要对其数字量输入输出、模拟量输出、速度通道、PWM脉冲输出、温度通道、电压通道、电流通道、数据处理功能、记录存储功能等进行测试，经过验证，所设计的机车车辆电子装置自动化测试系统满足设计要求，可用于列车运行监控记录装置、传动控制单元、显示器等多类机车车辆电子装置的自动化测试。

5、结语

   为解决大批量机车车辆电子装置人工测试时存在数据记录和处理难度大、测试一致性差等难题，本文根据机车车辆电子装置的测试需求，提出了自动测试系统整体设计方案，包括系统构成、结构设计、硬件配置和软件设计等四大模块，经过测试验证，所设计的测试系统满足机车车辆电子装置的自动化测试要求。

参考文献

[1] 薛锋,周琳,刘泳博. 铁路网车流分配问题研究综述[J].交通运输工程与信息学报, 2023,1-15. 

[2]严云升,范祚成.机车车辆电子装置标准的技术发展和探讨[J].机车电传动, 2011, (04): 5-10. [3]GB/T 25119-2021, 轨道交通　机车车辆电子装置[S].

[4] IEC60571：2012, 轨道交通　机车车辆电子装置[S].

[5]黄焰文. 电子产品通用自动测试系统的设计与研究[D]. 暨南大学, 2015.