一種地鐵車輛空調(diào)溫度控制器故障檢測平臺的設計*

朱文發(fā) 吳 浩 鄭樹彬 蔣啟幀 劉新廠

(1.上海工程技術(shù)大學城市軌道交通學院，201620，上海;2.上海申通地鐵集團有限公司維護保障中心，200237，上?！蔚谝蛔髡?，助教)

目前，由于地鐵車輛所用空調(diào)溫度控制器多是國外的技術(shù)，現(xiàn)有檢修設備無法滿足當前檢修的需要。加上地鐵大部分設備已經(jīng)進入理論上的故障高發(fā)期，并且目前缺少相應的檢測設備，使地鐵車輛維修部門在空調(diào)溫度控制器出現(xiàn)故障時不能以最短時間和最快速度完成檢修任務，給檢修和維護帶來困難［1－2］。本文設計了一套適用于既有車輛空調(diào)溫度控制器的檢測平臺。該平臺設計主要包括硬件電路設計與軟件設計兩大部分。

1 硬件電路設計

該平臺硬件電路采用DSP(數(shù)字信號處理)控制技術(shù)［3－4］。它主要由信號采集電路，調(diào)理電路，繼電器電路及上位機通信電路等模塊組成(見圖1)。如圖1所示，電路板是以TI的32位浮點型微控制器TMS320F28335為核心的采樣板，其可以分為:模擬采樣部分，數(shù)字I/O(輸入/輸出)口，繼電器控制部分等。模擬采樣部分共有8路采樣電路，采用隔離采樣芯片HCPL_7800A為前端調(diào)理信號，經(jīng)過高精度運算放大器組成的差分放大器，輸入到DSP的A/D(模擬/數(shù)字)采樣口;在數(shù)字I/O口中，DSP控制管腳的信號經(jīng)過32路電源轉(zhuǎn)換芯片后，輸入或輸出控制信號;在繼電器控制部分中，DSP通過專用驅(qū)動芯片驅(qū)動17路繼電器的輸出和關(guān)斷，用于實現(xiàn)地鐵空調(diào)板電源的供給。

2 上位機軟件設計

本軟件系統(tǒng)在編程時采用模塊化的設計理念，每個功能的實現(xiàn)均由一個單獨模塊完成;軟件系統(tǒng)主要由串口通信、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)庫、用戶登錄等功能模塊組成。

圖1 地鐵車輛空調(diào)溫度控制器檢測平臺的電路原理圖

2.1 串口通信模塊的程序設計

本程序主要實現(xiàn)以下兩個功能:向下位機發(fā)送操縱指令;接受下位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。串口在建立通信前，進行通信的雙方必須將串口參數(shù)設置一致，否則將無法建立通信［5］。利用 LabVIEW 軟件的VISA配置串口(VISA Configure Serial Port)函數(shù)對串口進行初始化。其主要端口設置如下:① VISA資源名稱為COM1;② 波特率為119200 bit/s;③ 數(shù)據(jù)位為8;④ 奇偶為0;⑤ 停止位為1;⑥ 流控制為None;⑦ 終止符為F。

根據(jù)測試系統(tǒng)的通信協(xié)議，利用VISA Configure Serial Port函數(shù)設置串口參數(shù);利用VISA寫入(VISA Write)函數(shù)向下位機發(fā)送配置命令;利用VISA讀取(VISA Read)函數(shù)讀取下位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。從而建立上位機與下位機之間的通信。串口通信程序如圖2所示。

圖2 串口通信程序圖

2.2 數(shù)據(jù)提取模塊的程序設計

下位機所發(fā)送的每一幀輸出數(shù)據(jù)包含了握手信號、測試模塊、測試路數(shù)、測試值、校驗位等信息。本程序的功能主要是將這些信息從下位機所發(fā)送的數(shù)

據(jù)中分離出來。如圖3所示，利用LabVIEW軟件中的匹配模式(Match Pattern)函數(shù)對VISA Read函數(shù)讀取到的數(shù)據(jù)進行匹配提取。先使用正則表達式“FFFF”找到數(shù)據(jù)的握手信號，將匹配之后的子字符串利用截取字符串函數(shù)將字符串中包含的4個字節(jié)分別提取出來。將匹配之后的子字符串的第一個字節(jié)、第二個字節(jié)、第三個字節(jié)進行與運算后同匹配之后的子字符串的第四個字節(jié)進行比較，判斷數(shù)據(jù)在傳輸中有無丟包;將匹配之后的子字符串的第二個字節(jié)的低四位與匹配之后的子字符串的第三個字節(jié)組合成測量數(shù)據(jù)。在LabVIEW軟件中需要將字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組才能進行與運算，利用字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)和字節(jié)數(shù)組至字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)能實現(xiàn)字符串與字節(jié)數(shù)組之間的相互轉(zhuǎn)換。至此，已經(jīng)能夠從下位機的輸出數(shù)據(jù)中分離出測量模塊、測量路數(shù)、測量數(shù)據(jù)等信息。

數(shù)據(jù)提取模塊的數(shù)據(jù)提取程序如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)提取程序圖

2.3 數(shù)據(jù)庫模塊的程序設計

上位機在接收到下位機的測量數(shù)據(jù)后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷地鐵空調(diào)控制板的故障。預先將空調(diào)控制板的高發(fā)故障存入數(shù)據(jù)庫中，設置相應的索引條件查詢數(shù)據(jù)庫，將查詢的結(jié)果在上位機中顯示。本文主要涉及數(shù)據(jù)庫的存儲及查詢數(shù)據(jù)庫兩大模塊:

1)數(shù)據(jù)存儲:如圖4所示，首先用“Create Connection VI”子程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象，然后，用“Open Connection VI”子程序打開數(shù)據(jù)庫對象。這里需要提供連接數(shù)據(jù)庫的連接字符串，其格式與Microsoft Visual Basic的ADO對象的連接字符串完全相同;打開數(shù)據(jù)庫成功后，就可以用“SQL Execute VI”子程序執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作了?！癝QL Execute VI”的“Command Text”參數(shù)為SQL(結(jié)構(gòu)化查詢語言)存儲命令。本文以二進制的形式將測量數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，因此，在存儲時需要將數(shù)據(jù)強制轉(zhuǎn)換為二進制。當存儲數(shù)據(jù)后，應調(diào)用“Close VI”子程序關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接［6－7］。

2)數(shù)據(jù)查詢:利用SQL－SELECT命令來完成數(shù)據(jù)查詢。查詢條件可選擇被測對象類型、被測對象編號、測試時間、測試人、是否合格等中的一項或幾項。多項查詢時，則按查詢條件相與。若不選擇，則為查詢所有的數(shù)據(jù)。如果沒有符合條件的記錄，則系統(tǒng)會給出相應的提示信息。數(shù)據(jù)查詢程序如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)查詢程序

2.4 用戶登錄模塊的程序設計

用戶密碼登錄主要是防止非授權(quán)用戶的進入，只有合法的用戶在驗證后才能進行測試和其它一些操作(比如查看數(shù)據(jù)等)，以增加系統(tǒng)和測試數(shù)據(jù)的安全性。如圖6所示，為用戶登錄界面，用戶輸入用戶名和密碼后，點擊“用戶登錄”，即可進入系統(tǒng)操作。如果用戶信息不正確的話，會提示“用戶名或密碼錯誤，請重新輸入”，此時請聯(lián)系管理員確認正確的用戶名和密碼。用戶登錄模塊主要涉及數(shù)據(jù)庫查詢方面的知識，此處不再贅述。

圖6 系統(tǒng)登錄界面

2.5 上位機界面

地鐵空調(diào)控制板檢測平臺分別對空調(diào)控制器的供電電源、輸入端電壓、輸出端及主控板4個故障高發(fā)功能區(qū)進行檢測。圖7所示為上位機軟件界面。在該軟件中可以顯示測得各路檢測電壓、定位故障區(qū)域，以便于檢修人員直觀地觀察故障。

圖7 上位機界面

3 結(jié)語

利用此檢測平臺可以對出現(xiàn)故障的溫度控制器進行一系列的性能測試，分析溫度控制器的故障信息。該檢測平臺的開發(fā)將在很大程度上降低控制器的更新率和委外檢修量，為企業(yè)節(jié)約維護成本。同時基于該控制器檢測裝置的研究，也有利于消化吸收國外產(chǎn)品技術(shù)，加快空調(diào)控制器的國產(chǎn)化步伐。

表2 門體本身故障表

表3 門體之間故障表

在門體之間安全回路的故障判斷上，有一些工程項目并非完全是由 TCMS來處理的，而是由MDCU來做比較判斷，這樣也能實現(xiàn)故障判斷的功能。但是，由于不同車輛之間的EDCU是沒有通信的，所以前一節(jié)車的最后一個EDCU和后一節(jié)車的第一個EDCU之間的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)是沒辦法判斷的。如果集中由TCMS來判斷，則不會存在此問題。

在客流高峰時，車內(nèi)乘客異常擁擠，車門系統(tǒng)頻繁承受超常工況［3］，這就決定了地鐵車門系統(tǒng)必須具有高可靠性和高可用性。這個要求以及車輛功能本身的需求，決定了車門安全聯(lián)鎖回路的存在。車門安全聯(lián)鎖回路的重要性，決定了對車門安全聯(lián)鎖回路故障點檢測的必要性。本文介紹的基于多點采集判斷車門安全聯(lián)鎖回路故障點的方案，經(jīng)過實際運用，確實可以幫助司機或維護人員快速地找到故障點，并排除故障，給運營和維護帶來了便利。

［1］李春明.城軌車輛集中開關(guān)門控制分析及改進設計［J］.城市軌道交通研究，2012(4):118.

［2］胡文偉.廣州地鐵1號線客室車門控制系統(tǒng)的設計［J］.電力機車技術(shù)，2000(2):15.

［3］王建兵，朱小娟.上海地鐵車輛客室車門故障原因及整改措施［J］.電力機車與城軌車輛，2006(1):46.