一種列車供電控制系統測試裝置及其方法

2023-04-24 14:52:51

專利名稱：一種列車供電控制系統測試裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種供電控制系統測試裝置及其方法，尤其是涉及一種應用於鐵路列車車輛的供電控制系統測試裝置及其方法。
背景技術：
列車供電櫃是客運電力機車上的一種變流裝置，它可將額定單相交流860V整流成直流DC600V輸出，為旅客列車的空調、通風機、照明等設備提供工作電源。目前，我國鐵道部為促進鐵路節能降耗、提高運輸效益，大規模取消發電車，推廣電力機車的DC600V列車供電櫃。電力機車列車供電櫃已在包括交直電力機車(SS7C/SS7D/SS7E/SS8/SS9/SS9G等)和交流傳動電力機車(HXD3C/HXD3D)等電力機車上大規模使用。而作為列車供電櫃的核心控制部件一列車供電控制系統，擔負著列車供電櫃的相控控制、系統保護、對外通訊等諸多功能。列車供電控制系統的可靠性，直接影響了電力機車列車供電櫃的運行質量，並關係著之後旅客列車空調、通風機、照明等負載的運行，對旅客乘車的舒適性影響較大。在現有技術中，主要有以下幾篇文獻涉及到列車供電控制系統的技術實現方案。

現有技術I為本申請人株洲南車時代電氣股份有限公司於2011年11月17日申請，並於2012年07月11日公開，公開號為CN102570585A的中國發明專利申請《一種HXD3C型電力機車列車供電控制方法、裝置和系統》。該發明公開了一種HXD3C型電力機車列車供電控制方法、裝置和系統，裝置包括:用於HXD3C型電力機車列車供電控制裝置，列車供電控制裝置包括:兩套相同的供電控制子系統，以其中一套供電控制子系統上電進行當前所述電力機車列車供電系統控制，兩個子系統通過轉換控制單元連接。供電控制子系統均包括:利用背板插接及總線通訊的供電控制單元、脈衝分配單元和數字入出IO單元。供電控制子系統的供電控制單元、脈衝分配單元和數字入出IO單元，通過背板插接及總線通訊，實現了數字量的採集和處理，提高了裝置的集成度。插接線的布局由背板實現而不再依賴於人工對各部件的出入口單獨安裝，達到提高供電控制可靠性的技術效果。現有技術2為本申請人株洲南車時代電氣股份有限公司於2011年11月17日申請，並於2012年07月11日公開，公開號為CN102555811A的中國發明專利申請《一種電力機車列車供電控制方法、裝置和系統》。該發明公開了一種電力機車列車供電控制方法、裝置和系統，裝置包括:結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，兩個子系統通過轉換控制單元連接。方法包括:主供電控制子系統進行當前電力機車列車供電系統控制；輔供電控制子系統同時上電運行；當主供電控制子系統的供電控制單元檢測到主供電控制子系統故障信息時，轉換控制單元根據故障信息生成供電允許控制轉換指令，指示輔供電控制子系統進行當前電力機車列車供電系統的控制。解決了現有技術中人工切換延誤系統恢復時間及由於轉換開關和列車供電櫃布置連線增加故障點的問題。現有技術3為本申請人株洲南車時代電氣股份有限公司於2011年11月24日申請，並於2012年04月18日公開，公開號為CN102416959A的中國發明專利申請《交流傳動電力機車列車供電控制方法、裝置和系統》。該發明公開了一種交流傳動電力機車列車供電控制方法、裝置和系統，裝置包括:相同的第一供電控制子系統和第二供電控制子系統，第一供電控制子系統上電進行當前所述電力機車列車供電系統控制，兩個子系統通過轉換控制單元連接；供電控制子系統均包括:供電控制單元、脈衝分配單元和MVB板；第一供電控制子系統的供電控制單元採集並處理由MVB板通過MVB總線接收並轉換後的供電櫃和客車用電設備數字量信號及模擬信號。通過整合在供電控制裝置的MVB板及MVB總線數據獲取形式，與冷備轉換控制結合及時獲知電力機車集中控制終端相關部件、另一子系統和/或客車設備狀態，如出現故障時做出反應，從而提高供電控制的可靠性。目前，各鐵路局下屬機務段對列車供電控制系統的測試方法是採取與列車供電櫃一起捆綁測試，即安排被測試的客運電力機車放置到指定鐵路股道，把機車上列車供電櫃對外輸出接口與地面的負載試驗臺相連，分別在25% (IOOkff),50% (200kW)、75% (300kW)、100% (400kW)負載狀態下進行負荷試驗，檢查列車供電櫃輸出電壓是否滿足DC600V±30V。通過列車供電櫃的整體性能試驗，間接地驗證列車供電控制系統的完好性。因此，現有的測試方法存在以下缺點:
(1)現有列車供電控制系統的測試項目不夠完整，特別是保護功能和邏輯功能測試無法實現；
(2)現有技術中的列車供電櫃負載試驗臺的成本較高，單臺售價基本在70萬-100萬左右，每個機務段基本只能配置1-2臺；
(3)現有技術中的列車供電櫃一次負載測試約需2個小時，耗電500度，測試成本較高，測試效率較低，且不支持連續測試；
(4)現有技術中由於需要把被測試機車放置到指定鐵路股道，從而對機車調度存在一定影響。因此，為了進一步提高列車供電控制系統的運行可靠性，各鐵路局急需一種新的測試裝置及其方法對該列車供電控制系統進行定期檢查和測試。

發明內容
本發明的目的是提供一種列車供電控制系統測試裝置及其方法，該測試裝置及其方法測試項目完整、兼容性好、測試方便快捷，能夠對列車供電控制系統定期檢查和測試，提高了列車供電控制系統的運行可靠性。為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置及其方法的技術實現方案，一種列車供電控制系統測試裝置，包括:測試機箱、控制計算機和AC/DC電源。外接交流電源經過AC/DC電源為測試機箱提供直流電源，測試機箱與控制計算機相連。測試機箱採集外部的列車供電控制系統的輸出信號，將數據傳送給控制計算機進行計算和顯示。控制計算機根據當前列車供電控制系統的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統的測試模型，控制計算機向測試機箱下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，控制計算機接收測試機箱發送的狀態信息，完成列車供電控制系統仿真模型的計算，並向測試機箱下達操作指令。控制計算機接收試驗人員的操作指令，同時在測試過程中，向顯示終端輸出信息進行實時顯示。控制計算機記錄列車供電控制系統的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲輸出。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，在測試過程中，控制計算機將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統的輸出信號、控制計算機的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，測試機箱進一步包括主控單元、脈衝檢測單元、數字量信號輸入輸出單元、模擬量信號輸入輸出單元、電源和通訊單元。主控單元、脈衝檢測單元、數字量信號輸入輸出單元、模擬量信號輸入輸出單元和通訊單元之間通過內部總線相連，電源為各單元提供工作電源。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，主控單元管理內部總線，通過內部總線與脈衝檢測單元、數字量信號輸入輸出單元、模擬量信號輸入輸出單元和通訊單元交換數據，通過乙太網電纜與控制計算機進行通訊，並控制多路模擬量和數字量輸入信號的採集。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，數字量信號輸入輸出單元包括不少於16路的數字量輸出通道和不少於2路的DCllOV信號的數字量輸入通道，同時通過內部總線與主控單元進行通訊。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，脈衝檢測單元包括脈衝檢測通道和同步信號檢測處理通道。測試裝置的脈衝檢測通道和同步信號檢測處理通道與列車供電控制系統相連，測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並與脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統的實時開放角度。控制計算機在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統的輸出電壓和輸出電流。脈衝檢測單元同時通過內部總線與主控單元進行通訊。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，模擬量信號輸入輸出單元產生不少於2路頻率O IOOHz、峰值-10 IOV頻率和幅值可調的任意波形電壓信號。測試裝置輸出的電壓信號與列車供電控制系統相連，控制計算機在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統的輸出電壓、輸出電流，再控制測試機箱模擬輸出相應的電壓、電流波形。模擬量信號輸入輸出單元同時通過內部總線與主控單元進行通訊。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，通訊單元實現RS485通訊、HDLC通訊、MVB通訊和內部總線通訊。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，AC/DC電源輸入輸出兩路直流IlOV電壓信號，分別對測試機箱和列車供電控制系統進行供電。本發明具體提供了一種列車供電控制系統測試裝置的技術實現方案，模擬量信號輸入輸出單元進一步包括模擬電流信號輸入輸出單元和流壓源。模擬電流信號輸入輸出單元向列車供電控制系統輸出模擬量電流信號，模擬電流信號輸入輸出單元與流壓源相連，模擬電流信號輸入輸出單元通過流壓源將模擬量電流信號轉變為模擬量電壓信號，並將模擬量電壓信號輸出至列車供電控制系統。本發明還另外具體提供了一種列車供電控制系統測試方法的技術實現方案，一種列車供電控制系統測試方法，包括以下步驟:
SlOl:測試機箱採集外部的列車供電控制系統的輸出信號，將數據傳送給控制計算機進行計算和顯示；
S102:控制計算機接收測試機箱發送的狀態信息，控制計算機根據當前列車供電控制系統的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統的測試模型，並完成列車供電控制系統仿真模型的計算；
S103:控制計算機向測試機箱下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，在整個測試過程中，控制計算機接收試驗人員的操作指令，同時向顯示終端輸出信息進行實時顯示。控制計算機記錄列車供電控制系統的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲進行輸出。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，在整個測試過程中，控制計算機將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統的輸出信號、控制計算機的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，列車供電控制系統的工作狀態分為待機、正常工作、保護停機三種情況，控制計算機對以下三種情況進行測試:
(A)待機狀態:在相關控制信號未送達列車供電控制系統時，列車供電控制系統處於正常待機狀態，並使整個列車供電系統處於正常等待、停止工作狀態；
(B)正常工作狀態:在相關控制信號送達列車供電控制系統時，且列車供電控制系統檢查無系統故障的情況下，使整個列車供電系統處於正常工作的狀態；
(C)保護停機狀態:在列車供電系統發生故障時，列車供電控制系統根據故障情況和故障等級使列車供電系統處於停止工作的狀態。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，測試模型為使列車供電控制系統測試時分別處於待機狀態、正常工作狀態和保護停機狀態時構建的模擬列車供電系統日常運用出現的各種工作情況的模型。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，控制指令為控制計算機通過乙太網通訊方式控制測試機箱向列車供電控制系統發出或封鎖IlOV數字量信號，以及給出大小不同的模擬電壓和電流信號。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，步驟S102進一步包括脈衝檢測過程，該過程包括測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並與脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統的實時開放角度。控制計算機在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統的輸出電壓和輸出電流。作為本發明一種列車供電控制系統測試方法技術方案的進一步改進，步驟S102進一步包括模擬量信號輸入輸出過程，該過程包括控制計算機在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統的輸出電壓、輸出電流，再控制測試機箱模擬輸出相應的電壓、電流波形。通過實施上述本發明一種列車供電控制系統測試裝置及其方法的技術方案，具有以下技術效果: (1)本發明對列車供電控制系統的測試項目較為完整，閉環測試、保護功能及保護參數測試、邏輯功能測試、對外通訊測試等均可以實現；
(2)本發明採用模塊化的設計思想，可方便地測試不同型號的列車供電控制系統，兼容性較好；
(3)本發明單臺列車供電控制系統測試裝置的價格較低，僅需20萬左右，有效地節約了測試的成本；
(4)本發明對單個列車供電控制系統進行測試的周期僅需I個小時，可支持多臺連續測試，測試耗電較少，每次僅需幾度電；
(5)本發明中的列車供電控制系統可單獨拆卸到地面測試，不影響機車調度。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現有技術交直型電力機車列車供電控制裝置的外部結構示意圖。圖2是現有技術交直型電力機車列車供電控制裝置的結構功能示意圖。圖3是現有技術交流傳動電力機車列車供電控制系統的系統控制原理示意圖。圖4是現有技術交流傳動電力機車列車供電控制系統的系統結構框圖。圖5是本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
的系統結構框圖。圖6是本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
測試機箱的結構框圖。圖7是本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
的外部接口示意圖。圖8是本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
的信號流向示意圖。圖9是本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
的接口連接示意圖。圖中:1-列車供電控制系統測試裝置，2-測試機箱，3-控制計算機，4-AC/DC電源，5-列車供電控制系統，21-主控單元，22-脈衝檢測單元，23-數字量信號輸入輸出單元，24-模擬量信號輸入輸出單元，25-電源，26-通訊單元，241-模擬電流信號輸入輸出單元，242-流壓源。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如附圖5至附圖9所示，給出了本發明一種列車供電控制系統測試裝置及其方法的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。目前，各鐵路局負責牽引旅客列車的客運電力機車主要分為交直電力機車和交流傳動電力機車，因此相應的列車供電控制系統主要分為兩種: 第一種為交直電力機車列車供電控制系統。交直型電力機車列車供電控制裝置在原理上大同小異，都是採用I個集中式供電控制系統控制2路獨立供電迴路。各種不同的供電控制裝置差別僅在於結構和接口方面不同。以SS9G電力機車使用的TPZ30A型列車供電控制裝置為例，該裝置參考《旅客列車DC600V列車供電系統技術條件》(TB/T3063-2002)使用標準，整櫃工作環境條件和各項試驗符合TB/T 3021-2001《鐵道機車車輛電子裝置》標準要求。主要功能包括恆壓限流、顯示屏通信、記錄診斷、3G通信等。保護功能主要有DC600V過壓、過載及接地等故障的檢測與保護。
如附圖1所示，在結構設計方面，交直型電力機車列車供電控制裝置的機箱結構採用了 60R的6U定製標準插箱結構，包含功能完全相同的A、B兩組控制系統且相互獨立，可以任選一組工作，故提高了整車的可靠性。對外接口採用12芯與40芯的航空插頭，連接可靠。目前應用廣泛的TPZ30A型列車供電控制裝置內插件的數量主要有:輸入輸出插件2個，供電控制插件4個，開關電源插件2個，轉換控制插件I個、記錄診斷插件I個和附加調節插件I個。如附圖2所示，TPZ30A型列車供電控制裝置的供電控制插件採用80C196KC20單片機微機控制，採用軟體和調節器實現恆壓限流控制。當有網壓異常、DC600V過壓、過載及接地等故障時，能作實時的故障檢測及保護。該系統與機車顯示屏進行通訊，能將電壓電流信號、各種故障信號傳送給顯示屏進行顯示。其記錄診斷插件以0.2ms為周期高速採集DC600V所有信號，包括A/B組、供電允許、交流接觸器合、接地、合接觸器、供電故障等數字量、整流橋脈衝與網壓、電壓、電流、接地電壓等模擬量，以Is為周期不間斷壓縮記錄DC600V電壓、電流。便攜機可通過480Mbit/s高速USB2.0與記錄診斷插件通訊,通過便攜機實時監測記錄數字量、脈衝、模擬量。第二種為交流傳動電力機車列車供電控制系統。該系統參考《旅客列車DC600V列車供電系統技術條件》(TB/T3063-2002)使用標準，整櫃工作環境條件和各項試驗符合TB/T 3021-2001《鐵道機車車輛電子裝置》標準要求。主要實現功能包括:恆壓限流、顯示屏通信、記錄診斷等。實現保護功能主要有:DC600V過壓、過載及接地等故障的檢測與保護。以目前廣泛應用的HXD3C電力機車列車供電控制裝置為例，該裝置安裝在HXD3C電力機車列車供電櫃的上部。機箱內主要安裝各類控制插件，各插件間的信號傳遞採用背板連接。供電控制裝置採用5.08系列、高6U、長60R (R=5.08mm)的定製機箱，上部擴展對外連接插座、轉換開關、隔離開關等。機箱內部安裝6U標準結構插件，除開關電源插件面板寬度為12R (R=5.08mm)外，其餘插件均為4R。HXD3C電力機車列車供電控制裝置內插件的數量主要有:輸入輸出插件2個，供電控制插件2個，脈衝分配插件2個、轉換控制插件2個、背板插件I個和開關電源插件2個。如附圖3所示，HXD3C電力機車列車供電控制裝置採用冷備份冗餘，由2組功能完全一致的控制系統組成。HXD3C電力機車列車供電控制裝置中各插件間的信號連接通過背板方式實現，信息交換如附圖4所示。列車供電櫃/客車的DCllOV數字量信號從數字入出板輸入，經數字入出板的110V/5V電平轉換後送入可編程邏輯器件，其再通過背板AMS總線傳送給供電控制板實現相關的邏輯控制。供電控制板採用了 DSP+ARM雙CPU架構，DSP完成AMS總線管理、AMS總線上各插件的數據交換以及特性、參數保護等控制功能，ARM完成人機接口等功能；板內配置高精度、高速率AD晶片。板內邏輯及外圍信號的採集與預處理由FPGA控制管理，將模擬量信號轉換為數位訊號、從總線獲取其他數字量信息給控制軟體，然後由控制軟體完成控制功能。供電控制板的對外控制數字開關量通過背板AMS總線送至數字入出板的可編程邏輯器件輸出，並經數字入出板完成5V/110V電平轉換後輸出驅動相關的繼電器。脈衝分配板根據供電控制板的特性等形成的移相電平轉換成晶閘管的順序觸發脈衝信號，經脈衝放大後驅動供電系統的單相半控整流橋。脈衝分配板主要由兩部分組成:可編程的邏輯器件及其外圍電路、脈衝放大電路。FPGA及其外圍電路實現與AMS總線的接口及對同步信號進行濾波、形成與脈衝相關控制信號、同時用編程的方式實現脈衝的形成與分配。轉換控制板是為完成系統冷備份冗餘而專門設計的。在系統進行冗餘切換時，將外部傳感器的電源、脈衝輸出等進行相應切換。另外轉換控制還完成了部分模擬信號(傳感器類)的Ι/υ轉換等功能。作為HXD3C電力機車列車供電控制裝置的一個組件，在控制裝置為A、B組冗餘設計下，背板能夠實現每組內部信號連接和A、B組之間的各種信號如電源及地、總線信號、脈衝信號等的連接，滿足各插件的各種功能要求。HXD3C電力機車列車供電控制裝置可實現以下功能:
列車供電控制裝置根據外部的邏輯信號，開放或者封鎖整個列車供電櫃。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，由於引入了更多的邏輯信號，因此可以更好地實現列車供電櫃的保護。(2)集中控制功能
列車供電控制裝置具備確保機車向客車安全供電的集中控制功能，即控制裝置在確認客車電源工作正常、已發出供電申請信號的情況下，機車向客車發送供電允許信號，同時延時啟動DC600V輸出。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，該功能是新增功能。(3)相控整流功能
列車供電控制裝置根據電壓反饋信號、電流反饋信號、網壓同步信號進行內部的運算和調節控制，產生相應的移相電平。同時要求列車供電控制裝置具有軟啟動功能，輸出電壓上升率不大於500V/ms。(4)脈衝形成和放大功能
列車供電控制裝置根據移相電平生成相應的脈衝列，並將脈衝列進行脈衝放大送往脈衝盒，實現DC600V的輸出。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，該裝置的脈衝形成功能採用可編程邏輯器件實現，配置靈活，實現精度高。該裝置的脈衝放大電路也進行了優化設計，採用了光耦+驅動器2級隔離，主電路對控制裝置幹擾減少。(5)保護功能
列車供電控制裝置可實現直流過壓、直流過流、直流接地、過熱保護功能。(6)通訊功能
列車供電控制裝置通過RS485與SHCM模塊交換列車供電櫃的狀態信息，如輸出電壓、輸出半電壓、輸出電流、各種開關器件的狀態信息、列車供電故障信息等。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，該裝置的通訊內容大大增加。(7)故障切除功能列車供電控制裝置在主電路發生接地故障或者集控器發生故障時，提供了相應的隔離開關。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，該裝置多增加了一個集控隔離開關。(8)記錄診斷功能
列車供電控制裝置可實現列車供電的故障記錄和診斷。相比以前的交直型電力機車列車供電控制裝置，該裝置新增了 U盤下載程序、故障記錄、在線調試功能。在前述對兩種不同列車供電控制系統進行介紹的基礎上，下面結合附圖和具體實施例對本發明列車供電控制系統測試裝置及其方法作進一步的說明。分析列車供電控制系統5的工作原理及運行特點，基於被測設備的技術狀況和現場應用的需求，可採取系統仿真的手段來實現，即由控制計算機3按照列車供電控制系統運行的仿真模型，模擬列車供電控制系統5的各種工作狀況以全面檢測設備的完好性。本發明列車供電控制系統測試裝置I與列車供電控制系統5相連，列車供電控制系統5又與列車供電系統相連，對列車供電系統進行控制。在本發明列車供電控制系統測試裝置I的結構組成上具體來說，測試機箱2採集被測的列車供電控制系統5的輸出信號，將數據傳送給控制計算機3進行計算和顯示。如附圖5所示的一種列車供電控制系統測試裝置I的具體實施方式
，包括:測試機箱2、控制計算機3和AC/DC電源4。外接交流電源經過AC/DC電源4為測試機箱2提供直流電源，測試機箱2與控制計算機3相連。測試機箱2採集外部的列車供電控制系統5的輸出信號，將數據傳送給控制計算機3進行計算和顯示。控制計算機3根據當前列車供電控制系統5的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統5的測試模型，控制計算機3向測試機箱2下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統5。作為一種更加優選的實施方式，AC/DC電源4輸入輸出兩路直流IlOV電壓信號，分別對測試機箱2和列車供電控制系統5進行供電。如附圖9所示，作為被測設備的列車供電控制系統5通過測試電纜(對外插座CZ2-CZ9)與本發明列車供電控制系統測試裝置I連接，該電纜不僅用於信號傳輸，還用來匹配列車供電控制系統測試裝置I與列車供電控制系統5間的電氣接口，包括多個IIOV數字量輸入信號、IlOV數字量輸出信號、電壓模擬信號、電流模擬信號等。列車供電控制系統測試裝置I臺體內的控制計算機3與測試機箱2之間採用乙太網連接，控制計算機3根據各種模擬工況通知測試機箱2實時開放或者封鎖IlOV數字量信號、調整各模擬信號大小等，以驗證列車供電5在各種工作情況下是否能夠正常穩定工作。控制計算機3接收測試機箱2發送的狀態信息，完成列車供電控制系統5仿真模型的計算，並向測試機箱2下達操作指令。控制計算機3接收試驗人員的操作指令，同時在測試過程中，向顯示終端輸出信息進行實時顯示。控制計算機3記錄列車供電控制系統5的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲輸出。在測試過程中，控制計算機3將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統5的輸出信號、控制計算機3的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。控制計算機3可以進一步採用工控機、普通個人計算機、筆記本電腦或者其它嵌入式設備。如附圖6所示，測試機箱2進一步包括主控單元21、脈衝檢測單元22、數字量信號輸入輸出單兀23、模擬量信號輸入輸出單兀24、電源25和通訊單兀26。主控單兀21、脈衝檢測單元22、數字量信號輸入輸出單元23、模擬量信號輸入輸出單元24和通訊單元26之間通過內部總線相連，電源25為各單元提供工作電源。如附圖7所示為本發明列車供電控制系統測試裝置一種具體實施方式
的外部接口示意圖。在該實施方式中，具體包括一路對應於電源25的開關電源接口、對應於數字量信號輸入輸出單元23的兩路數字入出接口和一路數字入出預留接口、對應於通訊單元26的一路通訊板接口、對應於脈衝檢測單元22的兩路脈衝檢測接口、對應於模擬量信號輸入輸出單元24的兩路模擬輸出接口和一路模擬輸出預留接口、對應於流壓源242的兩路流壓源接口和一路流壓源預留接口。主控單元21管理內部總線，通過內部總線與脈衝檢測單元22、數字量信號輸入輸出單元23、模擬量信號輸入輸出單元24和通訊單元26交換數據，通過乙太網電纜與控制計算機進行通訊，並控制多路模擬量和數字量輸入信號的採集。數字量信號輸入輸出單元23包括不少於16路的數字量輸出通道和不少於2路的DCllOV信號的數字量輸入通道，同時通過內部總線與主控單元21進行通訊。在一種典型的實施方式中，如附圖8所示，數字量信號輸入輸出單元23的輸入輸出信號具體包括:數字量輸入信號和數字量輸出信號。數字量輸入信號包括但不限於列車供電控制系統5輸出的供電允許信號和合接觸器信號；數字量輸出信號包括但不限於輸入至列車供電控制系統5的接地隔離信號、集控隔離信號、供電鑰匙信號、溫度繼電器I信號、溫度繼電器2信號、列控識別信號、接觸器狀態信號、隔離閘刀I信號、隔離閘刀2信號、快速熔斷器信號、輔變正常信號、風機聯鎖信號、供電申請新號、客車電源信號、合接觸器信號和供電允許信號。脈衝檢測單元22包括4路脈衝檢測通道和2路同步信號檢測處理通道，同時通過內部總線與主控單元21進行通訊。以附圖1為例，測試裝置的脈衝檢測通道和同步信號檢測處理通道與列車供電控制系統5的對外連接器「XS11/XS21」相連。測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並和脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統5的實時開放角度。控制計算機3在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統5的輸出電壓、輸出電流。模擬量信號輸入輸出單元24產生不少於2路頻率O IOOHz、峰值-10 IOV的任意波形電壓信號，頻率和幅值可調，同時通過內部總線與主控單元21進行通訊。以附圖1為例，測試裝置輸出的電壓信號與列車供電控制系統5的對外連接器「XS11/XS21」相連。控制計算機3在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統5的輸出電壓、輸出電流，然後再控制測試機箱2模擬電壓傳感器和/或電流傳感器輸出相應的電壓和/或電流波形。通訊單兀26 實現 RS485 通訊、HDLC (High-level Data Link Control,高級數據鏈路控制)通訊、MVB (Multifunction Vehicle Bus,多功能車輛總線)通訊和內部總線通τΗ ο模擬量信號輸入輸出單元24進一步包括模擬電流信號輸入輸出單元241和流壓源242，模擬電流信號輸入輸出單元241向列車供電控制系統5輸出模擬量電流信號，模擬電流信號輸入輸出單元241與流壓源242相連。模擬電流信號輸入輸出單元241通過流壓源242將模擬量電流信號轉變為模擬量電壓信號，並將模擬量電壓信號輸出至列車供電控制系統5。一種列車供電控制系統測試方法的具體實施方式
，包括以下步驟:
SlOl:測試機箱2採集外部的列車供電控制系統5的輸出信號，將數據傳送給控制計算機3進行計算和顯示； 5102:控制計算機3接收測試機箱2發送的狀態信息，控制計算機3根據當前列車供電控制系統5的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統5的測試模型，並完成列車供電控制系統5仿真模型的計算；
5103:控制計算機3向測試機箱2下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統5。在整個測試過程中，控制計算機3接收試驗人員的操作指令，同時向顯示終端輸出信息進行實時顯示。控制計算機3記錄列車供電控制系統5的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲進行輸出。在整個測試過程中，控制計算機3將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統5的輸出信號、控制計算機3的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。列車供電控制系統5的工作狀態分為待機、正常工作、保護停機三種情況，控制計算機3根據測試要求分別模擬以上三種狀態出現的情況。控制計算機3分別對上述三種情況進行如下測試:
(A)待機狀態:在相關控制信號未送達列車供電控制系統5時，列車供電控制系統5處於正常待機狀態，並使整個列車供電系統處於正常等待、停止工作狀態；
(B)正常工作狀態:在相關控制信號送達列車供電控制系統5時，且列車供電控制系統5檢查無系統故障的情況下，使整個列車供電系統處於正常工作的狀態；
(C)保護停機狀態:在列車供電系統發生故障時，列車供電控制系統5根據故障情況和故障等級使列車供電系統處於停止工作的狀態。測試模型為使列車供電控制系統5測試時分別處於待機狀態、正常工作狀態和保護停機狀態三種狀態時構建的模擬列車供電系統日常運用可能出現的各種工作情況的模型。由於控制計算機3不能直接給出列車供電控制系統5所需的IlOV數字量信號、模擬電壓、電流信號等，因此控制計算機3採用控制指令通過乙太網通訊方式控制測試機箱2向列車供電控制系統5發出或封鎖IlOV數字量信號，以及給出大小不同的模擬電壓和電流信號。步驟S102進一步包括脈衝檢測過程，該過程包括測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並與脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統5的實時開放角度。控制計算機3在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統5的輸出電壓和輸出電流。步驟S102進一步包括模擬量信號輸入輸出過程，該過程包括控制計算機3在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統5的輸出電壓、輸出電流，再控制測試機箱2模擬輸出相應的電壓、電流波形。本發明技術方案對列車供電控制系統5的測試突破原有的測試方法，採取系統仿真的手段來實現，即控制計算機3按照列車供電控制系統5運行的仿真模型，模擬列車供電控制系統5的各種工作狀況以全面檢測設備的完好性。列車供電控制系統測試裝置I採取測試機箱2+控制計算機3的架構形式搭建。當然，列車供電控制系統測試裝置I還可以採用其它的結構形式，例如模塊分布式或者機櫃一體式，它與本發明上述具體實施方式
中所採用的「測試機箱2+控制計算機3」的組成架構相類似，僅僅是物理結構上的差別，原理並無不同。其中，測試機箱2負責採集列車供電控制系統5的輸出信號，將數據傳送給控制計算機3進行計算和顯示。控制計算機3根據當前列車供電控制系統5的工作狀態以及測試要求，實時運行列車供電控制系統5的測試模型，並向測試機箱2下達操作指令，輸出相應的測試信號至列車供電控制系統5。這樣做的優點是，可以根據被測對象的要求靈活地組合內部功能模塊，有利於後期平臺化的維護。控制計算機3通過滑鼠、鍵盤和顯示器與實驗人員之間完成人機互動界面的設計，可以實現各種型號列車供電控制系統5的測試選擇。其中，控制計算機3可以採用PC機、工控機等本領域技術人員所熟知的各種控制設備。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的方法而言，由於其與實施例公開的裝置相對應，反之亦然，所以相關部分的相應描述可以相互參見即可。專業人員還可以進一步意識到，結合本發明中所公開的實施例描述的各示例的單元及步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於，包括:測試機箱(2)、控制計算機(3)和AC/DC電源(4)，外接交流電源經過所述AC/DC電源(4)為測試機箱(2)提供直流電源，所述測試機箱(2)與控制計算機(3)相連；測試機箱(2)採集外部的列車供電控制系統(5)的輸出信號，將數據傳送給控制計算機(3 )進行計算和顯示；所述控制計算機(3 )根據當前列車供電控制系統(5)的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統(5)的測試模型，控制計算機(3)向測試機箱(2)下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統(5)。
2.根據權利要求1所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述控制計算機(3)接收測試機箱(2)發送的狀態信息，完成列車供電控制系統(5)仿真模型的計算，並向測試機箱(2)下達操作指令；控制計算機(3)接收試驗人員的操作指令，同時在測試過程中，向顯示終端輸出信息進行實時顯示；控制計算機(3)記錄列車供電控制系統(5)的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲輸出。
3.根據權利要求1或2所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:在測試過程中，控制計算機(3)將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統(5)的輸出信號、控制計算機(3)的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。
4.根據權利要求3所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述測試機箱(2)進一步包括主控單元(21)、脈衝檢測單元(22)、數字量信號輸入輸出單元(23)、模擬量信號輸入輸出單元(24)、電源(25)和通訊單元(26)，所述主控單元(21)、脈衝檢測單元(22)、數字量信號輸入輸出單元(23)、模擬量信號輸入輸出單元(24)和通訊單元(26)之間通過內部總線相連，所述電源(25)為各單元提供工作電源。
5.根據權利要求4所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述主控單元(21)管理內部總線，通過內部總線與脈衝檢測單元(22)、數字量信號輸入輸出單元 (23)、模擬量信號輸入輸出單元(24)和通訊單元(26)交換數據，通過乙太網電纜與控制計算機(3)進行通訊，並控制多路模擬量和數字量輸入信號的採集。
6.根據權利要求5所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述數字量信號輸入輸出單元(23)包括不少於16路的數字量輸出通道和不少於2路的DCllOV信號的數字量輸入通道，同時通過內部總線與主控單元(21)進行通訊。
7.根據權利要求5或6所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述脈衝檢測單元(22)包括脈衝檢測通道和同步信號檢測處理通道；測試裝置的脈衝檢測通道和同步信號檢測處理通道與列車供電控制系統(5)相連，測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並與脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統(5)的實時開放角度；控制計算機(3)在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統(5)的輸出電壓和輸出電流；脈衝檢測單元(22)同時通過內部總線與主控單元(21)進行通訊。
8.根據權利要求7所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述模擬量信號輸入輸出單元(24)產生不少於2路頻率O 100Hz、峰值-10 IOV頻率和幅值可調的任意波形電壓信號；測試裝置輸出的電壓信號與列車供電控制系統(5)相連，控制計算機(3)在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統(5)的輸出電壓、輸出電流，再控制測試機箱(2)模擬輸出相應的電壓、電流波形；模擬量信號輸入輸出單元(24)同時通過內部總線與主控單元(21)進行通訊。
9.根據權利要求8所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述通訊單元(26)實現RS485通訊、HDLC通訊、MVB通訊和內部總線通訊。
10.根據權利要求1、2、4-6、8、9中任一權利要求所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述AC/DC電源(4)輸入輸出兩路直流IlOV電壓信號，分別對測試機箱(2)和列車供電控制系統(5)進行供電。
11.根據權利要求4-6、8、9中任一權利要求所述的一種列車供電控制系統測試裝置，其特徵在於:所述模擬量信號輸入輸出單元(24)進一步包括模擬電流信號輸入輸出單元(241)和流壓源(242)，所述模擬電流信號輸入輸出單元(241)向列車供電控制系統(5)輸出模擬量電流信號，模擬電流信號輸入輸出單元(241)與流壓源(242)相連，模擬電流信號輸入輸出單元(241)通過流壓源(242)將模擬量電流信號轉變為模擬量電壓信號，並將模擬量電壓信號輸出至列車供電控制系統(5 )。
12.一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於，包括以下步驟: 5101:測試機箱(2)採集外部的列車供電控制系統(5)的輸出信號，將數據傳送給控制計算機(3)進行計算和顯示； 5102:所述控制計算機(3)接收測試機箱(2)發送的狀態信息，控制計算機(3)根據當前列車供電控制系統(5)的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統(5)的測試模型，並完成列車供電控制系統(5)仿真模型的計算； 5103:控制計算機(3)向測試機箱(2)下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統(5)。
13.根據權利要求12所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:在整個測試過程中，控制計算機(3)接收試驗人員的操作指令，同時向顯示終端輸出信息進行實時顯示；控制計算機(3)記錄列車供電控制系統(5)的數據，形成文件並保存，同時通過列印或USB轉儲進行輸出。
14.根據權利要求12或13所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:在整個測試過程中，控制計算機(3 )將包括手工輸入控制指令和參數設置信息、列車供電控制系統(5)的輸出信號、控制計算機(3)的計算結果或測試結果在內的信息通過輸出至顯示終端進行實時顯示。
15.根據權利要求12或13所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於，所述列車供電控制系統(5)的工作狀態分為待機、正常工作、保護停機三種情況，控制計算機(3)對以下三種情況進行測試:(A)待機狀態:在相關控制信號未送達列車供電控制系統(5)時，列車供電控制系統(5)處於正常待機狀態，並使整個列車供電系統處於正常等待、停止工作狀態； (B)正常工作狀態:在相關控制信號送達列車供電控制系統(5)時，且列車供電控制系統(5)檢查無系統故障的情況下，使整個列車供電系統處於正常工作的狀態； (C)保護停機狀態:在列車供電系統發生故障時，列車供電控制系統(5)根據故障情況和故障等級使列車供電系統處於停止工作的狀態。
16.根據權利要求15所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:所述測試模型為使列車供電控制系統(5)測試時分別處於待機狀態、正常工作狀態和保護停機狀態時構建的模擬列車供電系統日常運用出現的各種工作情況的模型。
17.根據權利要求12、13、16中任一權利要求所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:所述控制指令為控制計算機(3)通過乙太網通訊方式控制測試機箱(2)向列車供電控制系統(5)發出或封鎖IlOV數字量信號，以及給出大小不同的模擬電壓和電流信號。
18.根據權利要求17所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:所述步驟S102進一步包括脈衝檢測過程，該過程包括測試裝置通過同步信號檢測，獲得周期性的起始點信號，並與脈衝檢測通道的脈衝信號進行比較，得到列車供電控制系統(5)的實時開放角度；控制計算機(3)在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和模擬出整個列車供電控制系統(5)的輸出電壓和輸出電流。
19.根據權利要求18所述的一種列車供電控制系統測試方法，其特徵在於:所述步驟S102進一步包括模擬量信號輸入輸出過程，該過程包括控制計算機(3)在得到實時開放角度後，根據仿真模型推算和 模擬出整個列車供電控制系統(5)的輸出電壓、輸出電流，再控制測試機箱(2)模擬輸出相應的電壓、電流波形。
全文摘要
本發明公開了一種列車供電控制系統測試裝置及其方法，裝置包括測試機箱、控制計算機和AC/DC電源。外接交流電源經過AC/DC電源為測試機箱提供直流電源，測試機箱與控制計算機相連。測試機箱採集外部的列車供電控制系統的輸出信號，將數據傳送給控制計算機進行計算和顯示。控制計算機根據當前列車供電控制系統的工作狀態以及測試要求實時運行列車供電控制系統的測試模型，控制計算機向測試機箱下達操作指令，並輸出相應的測試信號至列車供電控制系統。本發明裝置及其方法測試項目完整、兼容性好、測試方便快捷，能夠對列車供電控制系統定期檢查和測試，提高了列車供電控制系統的運行可靠性。
文檔編號G05B23/02GK103092192SQ20131003679
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者李小平, 羅繼光, 黃亮, 蔡傑, 李鵬, 劉小華, 唐鴻華, 歐陽天添 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司