地鐵車輛電氣柜邏輯測試儀的軟硬件設(shè)計論文
摘要：通過分析電柜邏輯測試儀的要求，設(shè)計了采集輸出模塊，通信控制模塊和電源管理模塊。研究如何使用VC++自動導(dǎo)入EXCEL格式連接列表并使用深度優(yōu)先算法作為搜索規(guī)則列表，生成類似于電路圖的連接關(guān)系表，經(jīng)過幾種型號電柜的現(xiàn)場調(diào)試后，邏輯測試儀可以快速有效地檢測電柜內(nèi)的線路故障和邏輯故障。
關(guān)鍵詞：地鐵車輛；邏輯測試儀；電氣柜
地鐵車輛控制系統(tǒng)的準確性和可靠性在車輛的安全運行中起著關(guān)鍵作用。作為控制系統(tǒng)的重要組成部分，電氣柜在裝載前必須檢測電氣柜的線路和邏輯功能，以減少負載調(diào)試引起的返工。目前，我國主要依靠手工方式檢測電器柜，耗時費力，易造成人為漏檢和誤檢。所有這些都會給生產(chǎn)和調(diào)試帶來麻煩。因此，設(shè)計和開發(fā)一種特殊的電氣柜邏輯功能測試儀是非常重要的。
1、測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計
電氣柜邏輯功能測試系統(tǒng)由操作柜和測試柜組成。操作柜主要配備工業(yè)控制計算機、顯示器、打印機等。測試柜內(nèi)有五個電氣集控箱和一個電源控制箱，為了保證通用性，每個控制箱都包含一個通信控制板和10個采集輸出板，以便測試系統(tǒng)可以提供1000個測試點。電氣柜的硬件系統(tǒng)分為以下幾個模塊：數(shù)據(jù)采集和控制模塊負責電氣柜的輸入控制和輸出采集；電源管理模塊為要測試的電氣柜提供所需的工作電源，并將電源輸出到各種電氣集合控制箱；通信模塊主要實現(xiàn)工業(yè)控制計算機與其他模塊之間的通信切換。測試電氣柜時，應(yīng)根據(jù)電氣柜內(nèi)部電路的特性進行測試。通過對邏輯接線圖的分析，系統(tǒng)分為兩種類型的測試，第一種是傳導(dǎo)測試，用于檢測電氣柜內(nèi)的接線是否正確；第二種類型是檢測電柜中邏輯組件的邏輯測試是否正確。兩種類型的測試分為兩種類型：DC24V和DC110V，具體取決于測試點的電壓等級。
1.1采集輸出板卡的設(shè)計
采集和輸出板的功能是為測試系統(tǒng)提供與被測電柜連接的測試點，并對被測電柜的測試端進行電壓輸入和輸出采集，并與通信控制板。采集板只需要接收和發(fā)送信息，而不需要復(fù)雜的計算。因此，選擇MSP430F149微控制器作為主控制芯片。采集和輸出板的重要電路是測試點的信號輸入控制和狀態(tài)采集電路，微控制器的I/O口用于控制外部110V/24V信號的輸入切換，并將所需的測試電壓傳輸至測試點；收集測試點的電壓，通過光耦合器將采集到的110V/24V電壓轉(zhuǎn)換為單片機的工作電壓，通過I/O口讀取。
1.2通信控制板卡的設(shè)計
通信控制板的功能是批量轉(zhuǎn)發(fā)IPC下發(fā)的測試指令，并將采集和輸出板采集到的信息上傳到上位機。由于需要總共50個采集卡和輸出卡，如果IPC直接與所有采集輸出卡通信，則會增加整個測試系統(tǒng)的通信負擔。使用通信控制卡可以使系統(tǒng)通信更加合理。通信控制板需要強大的數(shù)據(jù)處理能力和可靠的通信，因此它使用數(shù)字信號處理器（DSP）來實現(xiàn)。
1.3電源管理板卡的設(shè)計
測試電柜時，需要將不同規(guī)格的測試電源通過測試點輸入到被測電柜中。電源管理板可以實現(xiàn)整個測試系統(tǒng)的`電源管理。該板的一些功能與通信控制板的功能相似。因此，選擇相同的TMS320LF2407作為主控制芯片，同時，作為管理測試電源，當向被測電柜輸入電壓時，需要檢測測試電壓是否滿足各邏輯元件的可接受范圍，如果電壓過高，機柜可能會燒毀；如果電壓太低，邏輯元件可能無法操作，只有當電壓符合要求時，輸送機才能運輸。
2、軟件系統(tǒng)的部分設(shè)計
軟件系統(tǒng)設(shè)計中的一個主要問題是如何自動導(dǎo)入和識別電氣柜的邏輯布線圖。不同型號電柜的功能和邏輯接線圖完全不同，只提供EXCEL格式連接表。內(nèi)容和格式不一樣。為了能夠在不更改代碼的情況下自動導(dǎo)入不同版本的連接列表并恢復(fù)連接關(guān)系，需要處理庫存表。
2.1導(dǎo)入EXCEL連接清單
以EXCEL格式給出的連接列表列表可以通過VC++MFCODBC類訪問。ODBC是一種廣泛使用的數(shù)據(jù)庫訪問應(yīng)用程序編程接口，使用標準SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）作為其數(shù)據(jù)庫訪問語言。ODBC類讀取和寫入EXCEL文件作為通用數(shù)據(jù)庫表格，編程簡單且易于實現(xiàn)。為了提高數(shù)據(jù)查詢的效率而不破壞原有EXCEL表的內(nèi)容，EXCEL表的內(nèi)容在編程時首先被復(fù)制到ACCESS數(shù)據(jù)庫中，然后將所有列表的處理轉(zhuǎn)換為閱讀數(shù)據(jù)庫。在編程時選擇DAO來連接讀取數(shù)據(jù)庫，DAO是數(shù)據(jù)訪問對象，用它來編寫代碼來創(chuàng)建和操作數(shù)據(jù)庫，并且通過DAO訪問ACCESS數(shù)據(jù)庫是高效且易于實現(xiàn)的。
2.2元件配置文件
對于不同版本的電氣柜EXCEL格式連接表，有繼電器、連接器、斷路器、接線端子、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接觸器、指示燈模塊等組成，還包括連接到端口的每兩個部件，但型號并且組件的端口關(guān)系是未知的。要將多個組件連接在一起，系統(tǒng)必須能夠識別這些組件信息，以便進一步建立搜索規(guī)則以恢復(fù)整個邏輯布局。由于所提供版本列表的內(nèi)容不同，編程思路是預(yù)先定義組件的格式參數(shù)，并為連接列表創(chuàng)建一個組件配置文件。組件配置文件包含：縮寫、名稱，所有組件的材料編號和類型，端子排和端子排之間的短路關(guān)系表，電氣柜的正負電壓、繼電器、斷路器和接觸器。主要對應(yīng)料號和縮寫，接觸器庫和繼電器庫對應(yīng)的料號，型號和端口信息分別對應(yīng)線圈和常開常閉觸點。
2.3分析連接清單表
要將清單列表中的組件連接恢復(fù)到類似的電路圖，您需要分析并建立搜索規(guī)則。深度優(yōu)先搜索（DFS）是一種搜索算法。它沿著樹的深度遍歷樹節(jié)點。當搜索到節(jié)點的所有邊時，它會追溯到屬于與起始節(jié)點相同的節(jié)點層的其他節(jié)點。該過程繼續(xù)，直到所有節(jié)點都可以從源節(jié)點到達。如果仍有未發(fā)現(xiàn)的節(jié)點，請選擇其中一個作為源節(jié)點并重復(fù)上述過程，重復(fù)整個過程直到所有節(jié)點都被訪問。
通過這種方法，整個列表被搜索并產(chǎn)生一個分支。由于整個系統(tǒng)只能向連接點輸出電源并收集連接點的輸出，因此還需要對這些分支進行簡單處理并生成分支。自動測試分支。電柜的邏輯測試是電柜邏輯測試儀的主要功能。邏輯測試的原理是通過對連接關(guān)系表的分析，系統(tǒng)可以根據(jù)不同模塊輸入的開關(guān)信號自動滿足各個邏輯器件的接觸動作條件，產(chǎn)生一組測試信號，并將測試信號輸入電氣柜。。應(yīng)用程序必須同時分析邏輯回路，以獲得測試信號組下的邏輯輸出結(jié)果，形成一組理論真值表。然后進行電氣柜的數(shù)據(jù)采集，檢測相應(yīng)輸出端的電壓信號并形成檢測結(jié)果。一組實際的真值表將最終將理論真值表與實際測試真值表進行比較。如果它們不完全匹配，則表示檢測失敗，此時，根據(jù)比較結(jié)果對故障進行分析，找出故障，實時顯示引導(dǎo)工作人員的檢測，并自動生成測試報告作為日志。
3、結(jié)語
本文主要研究地鐵車輛電氣柜邏輯探測器的硬件和軟件，硬件設(shè)計側(cè)重于數(shù)據(jù)采集和控制模塊，分為采集輸出模塊和通信控制模塊。這兩個模塊可以實現(xiàn)上位機和下位機，通訊同時通過采集輸出板上的測試點將測試信號和電源信號輸入到電氣柜中，使電氣柜中的邏輯元件可以工作，輸出電壓可用于確定線路是否導(dǎo)通以及邏輯元件是否正常工作。為了便于整個系統(tǒng)電源的開關(guān)管理，設(shè)計了一個電源管理模塊。首先，在軟件程序編寫過程中創(chuàng)建組件配置文件，便于庫存表中組件的自動識別。通過使用深度優(yōu)先算法的思想為列表生成一個連接關(guān)系表，開發(fā)一套搜索規(guī)則，以便稍后編寫程序以實現(xiàn)自動測試。經(jīng)過一系列的調(diào)試和修改，測試系統(tǒng)可以準確地測試電氣柜的接線和邏輯功能是否正確，以及每個邏輯元件在閉合或斷開狀態(tài)下是否有效。
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