牵引变流器低压测试台的软硬件系统搭建研究

陈义韬

【摘 要】2008年开始至今动车牵引变流器产量不断上升，为了应对生产需要，提升产品生产效率，缩短制造周期，必须提升产品出厂试验效率。本文对虚拟仪器技术在国内及国际的开发应用现状进行了对比分析，并以此为基础，通过模拟被测产品工作环境，对现阶段各类测试系统用虚拟仪器设备进行分析对比，最终确定了牵引变流器低压测试台软硬件系统搭建方案。

【关键词】牵引变流器 低压测试系统 LabVIEW 虚拟仪器 GPIB+PCI

1 测试系统开发的目的

作为主变流器产品出厂试验的组成部分——低压功能试验，一直一来是考核产品功能的重要试验环节。就目前现有的测试软硬件资源已经逐渐不能满足未来几年动车组主变流器产品的试验工作进度需求。因此该低压测试台的开发研制主要是为了满足目前动车组牵引变流器产品出厂试验弱电功能测试要求，能满足未来主变流器产品出厂试验弱电功能测试的需求，是主变测试台的重要组成部分。

2 虚拟仪器测试系统国内外研究动态及水平

2.1 虚拟仪器的特点

（1）软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的硬件确立后，它的功能，如抗混淆滤波、小波分析等，主要是通过软件来实现的，软件在虚拟仪器中具有重要的地位。（2）虚拟仪器的性价比高，既能同时对多个参数进行实时高效的测量，还可以降低测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本。（3）虚拟仪器具有良好的人机界面，测量结果是通过由软件在计算机屏幕上生成的、与传统仪器面板相似的图形界面一软面板来实现的。（4）虚拟仪器具有和其它设备互联的能力，可以接入网络以实现对现场生产的监控和管理。

2.2 虚拟仪器的分类

（1）PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件（如DASP与LabVIEW）相结合，完成测试任务。插卡式仪器价格最便宜，特别适合于教学部门和各种实验室使用。（2）GP-IB总线方式是虚拟仪器早期的发展阶段，它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。GP—IB测量系统的结构和命令简单，造价较低，主要应用于对台式仪器的测控。（3）PXI总线方式的虚拟仪器PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。PXI具有8个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来主流的虚拟仪器平台。

3 牵引变流器主要试验方法和测试需求

牵引变流器（以下简称CI）的出厂试验，主要是模拟在动车组实际运行过程中，CI的电路参数、工作环境、车辆系统、电网设施的各种情况，以考证牵引变流器工作是否正常，产品各单元模块性能是否稳定等等，以此来验证产品可靠性。此测试台的开发主要是为了满足CI整柜例行（出厂）试验弱电功能测试需求。通过模拟被测产品工作環境，按照测试步骤用自动或手动的方式提供测试所需信号，根据测试值与标准值进行比对，自动或手动判断本步骤试验结果，从而完成主变流器产品的出厂试验工作；也可以手动选择测试项目，在给定系统启动所需模拟信号后，单独进行某项试验。

4 低压测试台硬件方案设计及实现

根据测试台试验对象以及测试需求，低压测控系统通过GPIB总线实现测试仪器与计算机之间的通信，当测试仪器连接上被测产品时，系统能够根据待测项目提示试验员操作，从而控制仪器提供给被测品各种信号；同时系统将采集来的信号进行监控记录。测试台需要使用直流供电电源与交流信号源通过多路通用开关提供给被测产品或时序试验器，直流信号、频率量信号以及测量通道通过直接的电线连接对被测品进行激励或测量工作。

部分模拟信号和数字信号的输出与采集是通过PCI板卡仪器实现。板卡仪器把来自插件箱背板总线中一个通道的大量数据传送到计算机的速度要比台式仪器的外部I/O通信具有优势。考虑到主变流器的测试特点以及需要提供和检测的信号类型，将台式仪器集成上架，在工控机对仪器的控制方面采取以GPIB总线为主的控制方式，而对模拟输出、数字入出等PCI插件工控机用PCI总线进行控制。其中工控机与产品DCU直接通过光纤以及串口线等通信方式进行通信，从而实现微机对被测品的动作控制，并能在故障或保护动作产生时通过工控机及时对故障种类、来源进行监控。

5 低压测试台测试软件方案设计

（1）数据库功能：测试结果能直接与数据库连接的功能，便于以后的数据查找。（2）网络功能：需具备网络功能，可随时将测试数据发布至局域网上，并能实现远程控制测试台。（3）用户权限管理功能：具备分层的用户权限管理功能。（4）具有手动与自动测试功能，并具备人工故障查找的功能。（5）采用图形化编程界面，提高程序的开发效率。

根据软件方案需求，测试台软件系统将采用TestStand、Labview两大核心软件进行编程开发。其中，LabVIEW采用图形化的开发界面，开发效率高，可针对每一测试步骤编制相应的测试程序，分别实现单独某一测试步骤，同时也可以将每一步的测试结果录入测试报告并保存至数据库。TestStand将Labview编写的每一步测试步骤进行集成，使每一测试步骤能够有序的按照调试大纲的顺序自动执行，并自动生成测试报告，将测试数据保存至数据库，完全实现自动化测试，在系统中预留该软件的升级空间，使未来主变流器低压功能试验实现自动化测试更为方便。

6 结语

该测试台的开发将为牵引变流器现代化生产制造平台的打造提供有力的支持；通过该测试系统的研发应用，将已有陈旧的测试设备进行全面的替换更新和升级换代，建立起完善的一体化的产品试验体系，有力的保障了牵引变流器产品的生产效率及出厂质量；为配合测试技术水平的整体提升，以及制造形象和关键产品试验水平方面与国际先进制造企业接轨，起到了十分重要的作用。

参考文献：

[1]李念强，等.数据采集技术与系统设计[M].北京.机械工业出版社，2009.

[2]郑建明，等.工程测试技术及应用[M].北京.电子工业出版社，2011.

[3]施仁，等.自动化仪表与过程控制[M].北京.电子工业出版社，2009.