地铁车辆电气柜逻辑测试仪的软硬件设计

李齐龙

摘要：通过分析电柜逻辑测试仪的要求，设计了采集输出模块，通信控制模块和电源管理模块。研究如何使用VC++自动导入EXCEL格式连接列表并使用深度优先算法作为搜索规则列表，生成类似于电路图的连接关系表，经过几种型号电柜的现场调试后，逻辑测试仪可以快速有效地检测电柜内的线路故障和逻辑故障。

关键词：地铁车辆；逻辑测试仪；电气柜

地铁车辆控制系统的准确性和可靠性在车辆的安全运行中起着关键作用。作为控制系统的重要组成部分，电气柜在装载前必须检测电气柜的线路和逻辑功能，以减少负载调试引起的返工。目前，我国主要依靠手工方式检测电器柜，耗时费力，易造成人为漏检和误检。所有这些都会给生产和调试带来麻烦。因此，设计和开发一种特殊的电气柜逻辑功能测试仪是非常重要的。

1、测试系统的硬件设计

电气柜逻辑功能测试系统由操作柜和测试柜组成。操作柜主要配备工业控制计算机、显示器、打印机等。测试柜内有五个电气集控箱和一个电源控制箱，为了保证通用性，每个控制箱都包含一个通信控制板和10个采集输出板，以便测试系统可以提供1000个测试点。电气柜的硬件系统分为以下几个模块：数据采集和控制模块负责电气柜的输入控制和输出采集；电源管理模块为要测试的电气柜提供所需的工作电源，并将电源输出到各种电气集合控制箱；通信模块主要实现工业控制计算机与其他模块之间的通信切换。测试电气柜时，应根据电气柜内部电路的特性进行测试。通过对逻辑接线图的分析，系统分为两种类型的测试，第一种是传导测试，用于检测电气柜内的接线是否正确；第二种类型是检测电柜中逻辑组件的逻辑测试是否正确。两种类型的测试分为两种类型：DC24V和DC110V，具体取决于测试点的电压等级。

1.1采集输出板卡的设计

采集和输出板的功能是为测试系统提供与被测电柜连接的测试点，并对被测电柜的测试端进行电压输入和输出采集，并与通信控制板。采集板只需要接收和发送信息，而不需要复杂的计算。因此，选择MSP430F149微控制器作为主控制芯片。采集和输出板的重要电路是测试点的信号输入控制和状态采集电路，微控制器的I/O口用于控制外部110V/24V信号的输入切换，并将所需的测试电压传输至测试点；收集测试点的电压，通过光耦合器将采集到的110V/24V电压转换为单片机的工作电压，通过I/O口读取。

1.2通信控制板卡的设计

通信控制板的功能是批量转发IPC下发的测试指令，并将采集和输出板采集到的信息上传到上位机。由于需要总共50个采集卡和输出卡，如果IPC直接与所有采集输出卡通信，则会增加整个测试系统的通信负担。使用通信控制卡可以使系统通信更加合理。通信控制板需要强大的数据处理能力和可靠的通信，因此它使用数字信号处理器（DSP）来实现。

1.3电源管理板卡的设计

测试电柜时，需要将不同规格的测试电源通过测试点输入到被测电柜中。电源管理板可以实现整个测试系统的电源管理。该板的一些功能与通信控制板的功能相似。因此，选择相同的TMS320LF2407作为主控制芯片，同时，作为管理测试电源，当向被测电柜输入电压时，需要检测测试电压是否满足各逻辑元件的可接受范围，如果电压过高，机柜可能会烧毁；如果电压太低，逻辑元件可能无法操作，只有当电压符合要求时，输送机才能运输。

2、软件系统的部分设计

软件系统设计中的一个主要问题是如何自动导入和识别电气柜的逻辑布线图。不同型号电柜的功能和逻辑接线图完全不同，只提供EXCEL格式连接表。内容和格式不一样。为了能够在不更改代码的情况下自动导入不同版本的连接列表并恢复连接关系，需要处理库存表。

2.1导入EXCEL连接清单

以EXCEL格式给出的连接列表列表可以通过VC++MFCODBC类访问。ODBC是一种广泛使用的数据库访问应用程序编程接口，使用标准SQL（结构化查询语言）作为其数据库访问语言。ODBC类读取和写入EXCEL文件作为通用数据库表格，编程简单且易于实现。为了提高数据查询的效率而不破坏原有EXCEL表的内容，EXCEL表的内容在编程时首先被复制到ACCESS数据库中，然后将所有列表的处理转换为阅读数据库。在编程时选择DAO来连接读取数据库，DAO是数据访问对象，用它来编写代码来创建和操作数据库，并且通过DAO访问ACCESS数据库是高效且易于实现的。

2.2元件配置文件

对于不同版本的电气柜EXCEL格式连接表，有继电器、连接器、断路器、接线端子、转换开关、接触器、指示灯模块等组成，还包括连接到端口的每两个部件，但型号并且组件的端口关系是未知的。要将多个组件连接在一起，系统必须能够识别这些组件信息，以便进一步建立搜索规则以恢复整个逻辑布局。由于所提供版本列表的内容不同，编程思路是预先定义组件的格式参数，并为连接列表创建一个组件配置文件。组件配置文件包含：缩写、名称，所有组件的材料编号和类型，端子排和端子排之间的短路关系表，电气柜的正负电压、继电器、断路器和接触器。主要对应料号和缩写，接触器库和继电器库对应的料号，型号和端口信息分别对应线圈和常开常闭触点。

2.3分析连接清单表

要将清单列表中的组件连接恢复到类似的电路图，您需要分析并建立搜索规则。深度优先搜索（DFS）是一种搜索算法。它沿着树的深度遍历树节点。当搜索到节点的所有边时，它会追溯到属于与起始节点相同的节点层的其他节点。该过程继续，直到所有节点都可以从源节点到达。如果仍有未发现的节点，请选择其中一个作为源节点并重复上述过程，重复整个过程直到所有节点都被访问。

通过这种方法，整个列表被搜索并产生一个分支。由于整个系统只能向连接点输出电源并收集连接点的输出，因此还需要对这些分支进行简单处理并生成分支。自动测试分支。电柜的逻辑测试是电柜逻辑测试仪的主要功能。逻辑测试的原理是通过对连接关系表的分析，系统可以根据不同模块输入的开关信号自动满足各个逻辑器件的接触动作条件，产生一组测试信号，并将测试信号输入电气柜。。应用程序必须同时分析逻辑回路，以获得测试信号组下的逻辑输出结果，形成一组理论真值表。然后进行电气柜的数据采集，检测相应输出端的电压信号并形成检测结果。一组实际的真值表将最终将理论真值表与实际测试真值表进行比较。如果它們不完全匹配，则表示检测失败，此时，根据比较结果对故障进行分析，找出故障，实时显示引导工作人员的检测，并自动生成测试报告作为日志。

3、结语

本文主要研究地铁车辆电气柜逻辑探测器的硬件和软件，硬件设计侧重于数据采集和控制模块，分为采集输出模块和通信控制模块。这两个模块可以实现上位机和下位机，通讯同时通过采集输出板上的测试点将测试信号和电源信号输入到电气柜中，使电气柜中的逻辑元件可以工作，输出电压可用于确定线路是否导通以及逻辑元件是否正常工作。为了便于整个系统电源的开关管理，设计了一个电源管理模块。首先，在软件程序编写过程中创建组件配置文件，便于库存表中组件的自动识别。通过使用深度优先算法的思想为列表生成一个连接关系表，开发一套搜索规则，以便稍后编写程序以实现自动测试。经过一系列的调试和修改，测试系统可以准确地测试电气柜的接线和逻辑功能是否正确，以及每个逻辑元件在闭合或断开状态下是否有效。

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