基于Lab Windows／CVI的DK-1型制动机自动检测系统

0 引言 DK-1型机车电空制动机是我国铁路电力机车的主型制动机。机车制动机是机车上极其重要的部件，列车制动试验是铁路行车安全的重要保证措施，是铁路列检的主要项目之一。机车制动机各主要部件均应先在地面试验台上进行试验，检验质量符合技术要求后再装车使用。 传统的机车制动机检测方法是通过手动检测试验台对各参数进行人工判读和记录，存在劳动强度大、人为因素大、参数判读不准确等问题。因此，设计机车制动机的自动检测系统试验台非常重要。 1 DK-1型制动机自动检测系统的总体功能和构成 1．1 系统的总体功能 该自动检测系统是利用工业控制计算机对DK-1型电空制动机的各单件性能、综合性能及电空屏柜的整体性能进行测试。检测系统取消了电空制动控制器的控制，改由控制有关电空阀进而控制相应气路，它不仅应能对DK-1型机车电空制动机的单件性能和综合性能进行测试，而且应能自动对被测设备进行建档，自动化程度大大提高，减少检修工人劳动强度，便于实行集中管理。测试系统提供良好的人机界面，操作人员在系统的提示下，只要选择需要进行的测试项目，并依照系统提示操作系统就能完成测试工作，显示并记录测试结果。经实际测试表明，该系统能够正确地对DK-1型机车电空制动机的单件性能、综合性能及电空屏柜的整体性进行测试。 另外，根据需要，可以将所用工业控制计算机与铁路局（铁路分局或电力机务段）现有局域网相连接，从网上能够查询有关机务段DK-1型电空制动机综合试验和单件试验测试数据，实现监督现场制动机检修工作，准确预测出部件质量隐患，真正做到集中管理、信息共享，能将DK-1型电空制动机单件、综合试验和电空屏柜试验的性能测试数据、操作人姓名、测试部件名称、配件编号、测试技术标准等于以打印。 1．2 系统的总体构成 检测系统主要由风路、风路控制、电路控制、计算机控制4部分组成： （1）风路部分：主要由管接件、管路、风缸、减压阀、塞门和风表组成，完成对风的存储、提供风的通路、提供标准风压风源以及各测试点风压和模拟机车管路容积； （2）风路控制部分：主要由电空阀（二位二通和二位三通）、直通式电磁阀、二位三通电磁阀组成，完成对风路的切换达到试验用风的要求； （3）电路控制部分：主要由继电器板、开关屏、信号指示屏组成，对直通式电磁阀，电空阀，二位三通电磁阀实现逻辑控制达到测试的要求； （4）计算机控制部分：主要由工业控制计算机、A／D板、I／O板、光电隔离板及信号变换环节组成，实现对试验台全自动控制和信号的采集。 2 DK-1型制动机自动检测系统的自动测试原理 该自动检测系统监控台上采用信号灯或计算机图形作显示，用接触器作为控制执行机构—电空阀得电或失电的装置，通过操作微机触摸屏或鼠标对监控系统予以控制，即用传感器、变送板对所有测试信号进行隔离和整定，经A／D转换后由微机进行处理和实时显示。微机根据风路原理发出指令经开关量板、继电器及驱动板输出至交流接触器直接控制指定开关动作，进而通过各有关电空阀的得电或失电从而控制列车管等的压力变化；而且还将轮流送至微机的测试开关量与存储在存储器中的已知正确结果比较，从而判断测试部件是否正常。自动测试原理框图如图1所示。 硬件中采用光电隔离技术，使用光电隔离不仅可以使计算机的控制输出通道与被控负载之间在电气上完全隔离而达到良好的抗电磁干扰技术指标，也使这些控制指令具备足够的功率驱动能力，进而可靠实现驱动电磁阀、继电器等部件的目的。 系统除了要处理大量模拟量输入、输出信号外，经常还要处理大量的开关量和脉冲量信息，以便及时反映开关量状态（断路器与隔离开关的开、合等），并执行监视、控制、中央信号与电度统计等各种功能，因而本系统使用开关量板。开关量板配合微机作用能实现开关量的输入和输出，其工作原理是由计算机的CPU辨识测控软件发出的控制信号，经地址识别、通道选择、发送命令、锁存命令，以及总线收发器向外边发送或接收命令从而控制继电器的动作。 3 DK-1型制动机自动检测系统硬件设计 本系统的硬件结构根据功能和所处的位置可分为3层。 第3层为数据系统采集控制层。被测试的模拟量经传感器转换成电信号，在A／D模板中被选通，经程控放大器到A／D转换器成为数字信号，由CPU进行处理。需采集的开关量包括： （1）压力信号分别为机车总风缸压力、均衡风缸压力、作用风缸压力、列车管压力、制动缸压力、工作风缸压力、调压阀压力、压力开关气室压力、电空阀输出口压力、安全阀动作压力； （2）时间信号分别为列车管压力按规定变化所需时间、制动缸压力按规定变化所需时间、大（小）闸手柄在某位停留时间、作用管压力按规定变化所需时间、工作风缸压力按规定变化所需时间和测量电空阀泄漏量所需时间等； （3）电压信号为直流110V； （4）开关状态信号。 第3层与第2层之间通过RS232串行总线相连。第2层为通信管理层，它是第1层和第2层进行数据交换的桥梁，它管理下层的采集控制设备，同时转发上层的请求和控制命令，并将返回请求或执行的结果。 最上层为工作站层（第1层），它由1台PC工业控制计算机和2台PC构成的局域网及相应的外围设备（如打印机）等构成，它们承担着监视、控制、事故报警、记录分析、系统管理和系统维护等多项功能。 4 系统的软件设计 4．1 软件的总体结构 本自动检测系统的软件是在NI公司的LabWindows／CVI软件平台上开发的。LabWindows／CVI是以ANSIC为核心，它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。系统软件的总体结构如图2所示。 系统主界面主要完成的功能是实现测控系统的选择和系统的信息管理。操作员在管理员界面可以实现密码修改、添加和删除用户、修改Excel路径和对A／D板、光隔离板及开关量板的地址等参数设置；在帮助界面可以了解系统的操作和产品说明；在测试界面里实现本检测系统最主要的测试功能。自动测控系统测试主要流程图如图3所示。 4．2 LabWindows／CVI中A／D、开关量板的实现 各压力信号、时间信号、开关状态信号等模拟量电信号经放大后到A／D板转换成为数字信号，由CPU进行处理。对A／D板的操作是选择通道号以后程序发送启动命令，接着接收高位字节、低位字节，最后根据计算公式得出最后的数据。LabWindows／CVI中实现A／D的操作如下： outp（address，channe1）； //选择通道 outp（address+1，0x00）； //启动AD板 Delay（0.001）； //延时 H=inp（address+2）； //输入高字节 L=inp（address+3）；//输入低字节 result=（1000*（H*16+（int）（L／16））／4096）； //接收到的数据处理 对于开关量板，设基地址为A＝0x320H，则outportb（A+0，0xff）控制1通道1D₀～1D_{7< /sub>，outportb（A+2，0xff）控制2通道2D0～2D7，以此类推。0xff是设置的控制值，可根据具体情况变化设置。给通道送数据由Y0、Y1、Y2、Y3控制，读通道数据由Y4、Y5、Y6、Y7控制。下面给出开关量板操作1通道的程序： for（i＝0；i<3；i++） {outportb（A+i，～0x00）；//给各通道清零。～为反相作用，因本板自带74LS05反相器。 Delay（0.1）； //延时 oulportb（A，～0xff）； //给1通道送数据。送数据由Y0控制 oulportb（A，～0xfe）； oulportb（A，～0xfc）； oulportb（A，～0xf8）； oulportb（A，～0xf0）； oulportb（A，～0xef）； Printf（“Press any key to read data!＼n＼n”）； getch（）； datal=inportb（A+4）； //读1通道数据，读数据Y4控制} 4．3 LabWindows／CVI中RS232通信的实现 LabWindows／CVI的RS232函数库提供了各种方式的串行通讯控制函数和I／O操作函数，可以很方便地对串行通信口进行各种操作。该系统中有关RS232实现方法如下： RS232Error= OpenComConfig（comport，devicename，9600，0，8，1，512，512）；//打开选定的串口，函数的参数依次是串口号、打开的串口名、波特率、校验方式、数据位长度、停止位长度、串口输入输出队列的长度 eventMask= LWRS_RXFLAG｜LWRS_RECEIVE； if（RS232Error＝＝0） //调用回调函数，其中eventMask表示在收到字符后就调用ComCallback函数进行处理 InstallComCallback（comport，eventMask，notifyCount，eventChar，ComCallback，NULL）； void ComCallback（int portNo，int eventMask，void*data）//接收数据并进行处理的子函数 {if（eventMask&LWRS_RECEIVE） n=ComRd（comport，msg，100）；//读取串口数据 //数据处理 } 5 结 论 该自动检测系统利用计算机技术、检测技术和数字信号处理技术，实现了机车电空制动机的自动检测。自动检测系统已经在安康机务段使用，从实际情况看该系统稳定，大大减轻了分析人员的工作强度，分析的全面性、准确性大为提高。采用该测试方法，可大大提高自动化<}