地铁制动控制装置测试系统的设计与实现

文章编号：１００１－９９４４（２０１６）０２．００５８．０４　地铁制动控制装置测试系统的设计与实现　杨丰萍，史陆星，鲍丙东，黄兵斌　（华东交通大学电气与电子工程学院，南昌３３００１３）　摘要：该文在介绍了制动控制装置构成的基础上，设计了地铁制动控制装置测试系统　系　统软件采用Ｃ＃．ＮＥＴ技术进行编写；通过工控机模拟地铁运行时的制动指令．作为执行部　件的ＰＬＣ执行各指令为制动控制装置提供电气接口，同时采集被测装置反馈的开关量信　息，从而实现对地铁制动控制装置的检测。经实践验证．地铁制动控制装置测试系统可以　在同一硬件平台下，通过软件的配置实现对不同类型制动控制装置的检测，测试结果准　确，并已投入现场使用。　关键词：制动控制装置；测试系统；Ｃ＃．ＮＥＴ技术；可编程逻辑控制器；可配置　中图分类号：ＴＳ７３６＋．２　文献标志码：Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｔｅｓｔ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｆｏｒ　Ｂｒａｋｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔｓ　ｏｆ　Ｓｕｂｗａｙ　ＹＡＮＧ　Ｆｅｎｇ—ｐｉｎｇ，ＳＨＩ　Ｌｕ—ｘｉｎｇ，ＢＡ０　Ｂｉｎｇ—ｄｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ｂｉｎｇ—ｂｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ　ｏｆ　ｓｕｂｗａｙ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｗｒｉｔｔｅｎ　ｉｎ　Ｃ＃．ＮＥＴ．ＩＰＣ　ｓｉｍｕｌａｔｅｓ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｍｍａｎｄｓ　ｓｅｎｔ　ｓｕｂｗａｙ　ａｔ　ｒｕｎ—　ｔｉｍｅ，ｔｈｅｎ　ＰＬＣ　ａｓ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ　ｂｙ　ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ　ｃｏｍｎｌａｎｄｓ　ａｎｄ　ｇａｔｈｅｒｓ　ｓｗｉｔｃｈ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ　ｏｆ　ｓｕｂｗａｙ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆ－　ｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｖｉｃｅ　ｖｉａ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｕｓｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ；ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ：Ｃ＃．ＮＥＴ；ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　地铁制动系统的正常运行保证了地铁安全、准　确地停车或在紧急情况下快速停车。地铁制动系统　的核心组成部分是制动控制装置。地铁制动控制装　置至关重要，其性能的好坏，直接影响地铁的行车　安全和正常运行。它通过控制其他部件协调工作，　实现充风和排风，进而控制地铁行驶过程中的制动　同．设计装置性能参数也不尽相同．造成了国内各　大城市地铁的检测费用昂贵、维护繁琐、不利于批　量生产。因此，设计适应不同类型的制动控制装置　的测试系统十分必要　根据制动控制装置测试系统具有测试需求多、　数据精度要求高、实验过程变化复杂等特点，以工　控机、ＰＬＣ模块、网络控制卡、开关电源等作为硬件　和缓解。我国不同地区研制的制动控制装置类型不　收稿日期：２０１５—０７—２４：修订日期：２０１５—０９—２８　基金项目：华东交通大学校立科研项目（１１ＤＱ０６）　作者简介：杨丰萍（１９６７一），女，教授，硕士研究生导师，研究方向为数据采集与监视控制系统（ＳＣＡＤＡ）、电力牵引及传动控　制以及计算机检测等。　囝　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　２ｏ１６（２）　平台，以Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｖｉｓｕａｌ　２０１０作为软件平台，设计　了地铁车辆制动控制装置测试系统【ｌｌ，该系统能够　对不同类型的制动控制装置进行装置类型和测试　标准的配置，不仅可以进行气密性测试、传感器零　点测试、阀响应时间测试、载重输出测试、总风压力　测试、制动缸压力测试、电气接线测试、空气制动测　试、防滑测试．而且具有手动选择、自动选择、历史　数据分析等功能。　１　制动控制装置工作原理分析　我国自主研制的地铁制动控制装置由制动电　子控制单元（ＥＢＣＵ）和气制动控制单元（ＰＢＣＵ）两大　主要部分组成。在硬件方面，一台微机和一些输入　输出设备即构成了制动电子控制单元，它作为制动　控制装置的核心部件，是联络制动控制单元和气动　制动控制单元之间通信的桥梁［２１，通过制动指令线　发送的制动指令控制其执行相应动作，实现空气制　动和电制动相互配合的混合制动。气制动控制单元　由电控转换阀、紧急转换、空重阀、中继阀、压力传　感器等组成［３１．它接收制动电子控制单元的指令信　号，并将其转换为气动信号输出到执行部件，完成　制动和缓解的动作。　２测试系统硬件设计　地铁制动控制装置测试系统模拟地铁实际运　行工况，通过三线编码方式发出制动指令，由ＰＬＣ　执行各指令控制完成制动控制装置的制动过程，并　且采集制动控制装置中的反馈信息．发送至工控　机，经过分析处理，最终实现了对制动控制装置的　检测。该测试系统的输入输出信号通过频率模块和　电压调理模块传入到制动控制装置．而输出的模拟　信号通过电气接口与制动电子控制单元对外接口　连接实现通信．从而使信号的输入输出都由工控机　统一协调控制。其电气线路基本结构如图１所示。　２．１　硬线编码　常用制动、紧急制动、快速制动、停放制动、保　持制动是地铁制动常见的几种制动模式【４］。不同类　型的制动控制装置具有不同类型的制动指令，不同　类型的制动控制装置之间的差异主要体现在接口　上，而功能基本保持不变。本系统主要以三线编码　为主，并与ＭＶＢ网络等编码方式配合对制动控制　装置进行控制。　自动化ｓ仪表２０１６￣）　图１　电气线路基本结构　Ｆｉｇ．１　Ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　在进行地铁制动控制装置的检测时，网络处于　中断状态．制动状态通过硬线反映，而制动指令则　通过高、低电平表示，高电平表示有效，低电平表示　盟ｏ　０　４　无效［５１。三线编码方式，即１１０　Ｖ硬线输人的７级编　ｎｕ｝｝ｌ码指令，由３根硬线组成．多用于应急模式或网络　中断时的分应急模式，应急模式由１根１１０Ｖ硬线　输入状态控制，高电平表示应急模式。表１为ｌｌ０　Ｘ　０　Ｏ　０　Ｏ　１　１　１　１　Ｖ　硬线编码，采用格雷码。　表１　１１０Ｖ硬线编码表　Ｔａｂ．１　１　１０　Ｖ　ｈａｒｄ—ｌｉｎｅ　ｃｏｄｉＸ　Ｏ　Ｏ　１　１　１　１　Ｏ　Ｏ　ｎｇ　制动指令制动编码３制动编码２制动编码１制动级别　Ｘ　０　１　１　Ｏ　Ｏ　１　ｌ　０　制制制制制制解缓缓解　动动２　３　４　５　６　７　动动动动级级级级级级级　２．２　ＰＬＣ选型及工作原理　ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）作为测试系　统核心部件，采用Ｓ７—３００中型ＰＬＣ，其ＣＰＵ采用紧　凑型３１４Ｃ．２ＰｔＰ规格，固有精度为１２位，５个模拟输　入模块ＳＭ３３ｌ和２个模拟量输出模块ＳＭ３３２同，　ＰＬＣ模块需求如表２所示。ＰＬＣ通过ＲＳ２３２．ＲＳ４８５　总线与工控机相连．与通信接口程序之间信息的传　输采用自定义协议。ＰＬＣ协议中将数据位进行定义，　使之与ＰＬＣ及测控模块输入／输出的物理地址映射　相对应。ＰＬＣ的Ａ／Ｄ转换器和Ｄ／Ａ转换器实现数据　的采集和发送功能，而逻辑控制功能则通过主测试　田　　１　制　动