CN102830695A - 基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，包括工控计算机、数据采集卡以及基于半实物仿真的检测环境模拟子系统，所述的工控计算机通过数据采集卡与检测环境模拟子系统连接，所述的工控计算机、检测环境模拟子系统分别与待测门控单元连接。与现有技术相比，本发明具有功能丰富，人机交互友好，故障数据完整等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁门控单元故障检测系统，尤其是涉及一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统。
背景技术
半实物仿真又称为硬件在回路中仿真(Hardware in the Loop Simulation，HILS)，这种仿真试验将对象实体的动态特性通过建立数学模型、编程，在计算机上运行，并在条件允许的情况下尽可能在仿真系统中接入实物，用来构建模拟相应的物理环境，以取代相应部分的数学模型，这样更接近实际情况，从而取得更确切的信息。半实物仿真技术主要用于各种不能难以进行实际测试的系统部件的测试，如导弹、卫星等飞行器中各种部件测试。
虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)，就是以通用计算机为核心，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器利用工业控制计算机显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板。以多种形式表达输出检测结果，并可以利用工业控制计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理。
PMC20-110R门控单元为整个车门系统的主控单元。该门控单元以微处理器为中心，通过RS485，RS232等通讯接口与机车主控设备以及其他设备通讯，并接收列车控制信号，如开门车辆控制信号、关门车辆控制信号、零速车辆控制信号，以及门驱和机构上的元件上发出的信号，如限位开关、紧急开关等，通过内置电机驱动电路驱动电机完成对门的开启和关闭。对门控单元的检测是保证车门系统正常运行乃至地铁列车安全运行不可缺少的部分。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功能丰富，人机交互友好，故障数据完整的基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，包括工控计算机、数据采集卡以及基于半实物仿真的检测环境模拟子系统，所述的工控计算机通过数据采集卡与检测环境模拟子系统连接，所述的工控计算机、检测环境模拟子系统分别与待测门控单元连接。
所述的数据采集卡包含30个数字量输入/输出接口和20个模拟量输入接口，通过标准PCI总线接口与工控计算机连接，用以发送检测控制信号以及采集来自检测环境模拟子系统的数据信息。
所述的检测环境模拟子系统包括稳压电源单元、接口信号转换单元和模拟负载单元；
所述的稳压电源单元将主电源的输入转换为110V、48V、24V、12V、5V电压等级，为其他硬件设备单元供电；
所述的接口信号转换单元将来自数据采集卡的控制信号转换为适合待测门控单元接收的信号后，传输到待测的门控单元中，并且将门控单元中采集的数据信号转换为适合数据采集卡接受的信号，传输到数据采集卡中，同时将数据采集卡与检测环境模拟子系统进行电气隔离；
所述的模拟负载单元负责仿真门控单元各种运行状态下的外部电气信号环境。
所述的模拟负载单元包括光耦、继电器、霍尔传感器和模拟负载器件，该模拟负载单元接受来自数据采集卡的控制信号，通过光耦隔离控制继电器来切换不同的模拟负载来仿真门控单元外部负载的不同情况，霍尔传感器串联在负载回路中，以电磁隔离的方式采集电流信号并以差分的方式传回数据采集卡的两路模拟输入端口中。
所述的工控计算机内嵌有软件功能模块，包括通讯模块、控制模块、端口测试模块和电流测试模块，通过组合调用实现各项具体检测功能。
所述的软件功能模块控制门控单元测试的流程并采集数据进行故障分析，门控单元测试包括门控单元测试环境下的全面测试和门控单元正常运行环境下的流程测试，其中门控单元测试环境下的全面测试包含门控单元软件烧写、门控单元输入测试、门控单元输出信号测试、门控系统电机驱动测试和通讯设备测试，门控单元正常运行环境下的流程测试包含正常开门流程测试、正常关门流程测试、特殊情况测试。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)提供了一款可以针对PMC20-110R门控单元进行专门检测的故障检测系统；
2)本检测系统可以为门控单元烧录检测程序，并在检测工况下对门控单元各部分功能进行全面的故障检测；
3)本检测系统可以模拟门控单元真实运行外部电气环境，完成对运行工况下门控单元故障的流程检测的快速检测方式；
4)本检测系统提供简单友好的人机界面，完整的故障提示，提供完整的故障状态信息和详尽的检测报告，方便检修人员日常操作，并有利于故障数据的信息化备案。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为模拟负载单元的电路原理图；
图3为软件功能模块框图；
图4为门控单元自动测试流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，包括工控计算机1、数据采集卡2以及基于半实物仿真的检测环境模拟子系统3，所述的工控计算机1通过数据采集卡2与检测环境模拟子系统3连接，所述的工控计算机1、检测环境模拟子系统3分别与待测门控单元4连接。
所述的数据采集卡2包含30个数字量输入/输出接口和20个模拟量输入接口，通过标准PCI总线接口与工控计算机连接，用以发送检测控制信号以及采集来自检测环境模拟子系统的数据信息。所述的检测环境模拟子系统3包括稳压电源单元、接口信号转换单元和模拟负载单元；所述的稳压电源单元将主电源的输入转换为110V、48V、24V、12V、5V电压等级，为其他硬件设备单元供电；所述的接口信号转换单元将来自数据采集卡的控制信号转换为适合待测门控单元接收的信号后，传输到待测的门控单元中，并且将门控单元中采集的数据信号转换为适合数据采集卡接受的信号，传输到数据采集卡中，同时将数据采集卡与检测环境模拟子系统进行电气隔离；所述的模拟负载单元负责仿真门控单元各种运行状态下的外部电气信号环境。
如图2所示，所述的模拟负载单元包括光耦、继电器、霍尔传感器和模拟负载器件，该模拟负载单元接受来自数据采集卡的控制信号，通过光耦隔离控制继电器来切换不同的模拟负载来仿真门控单元外部负载的不同情况，霍尔传感器串联在负载回路中，以电磁隔离的方式采集电流信号并以差分的方式传回数据采集卡的两路模拟输入端口中。
如图3所示，所述的工控计算机内嵌有软件功能模块，包括通讯模块、控制模块、端口测试模块和电流测试模块，通过组合调用实现各项具体检测功能。
如图4所示，所述的软件功能模块控制门控单元测试的流程并采集数据进行故障分析，门控单元测试包括门控单元测试环境下的全面测试和门控单元正常运行环境下的流程测试，其中门控单元测试环境下的全面测试包含门控单元软件烧写、门控单元输入测试、门控单元输出信号测试、门控系统电机驱动测试和通讯设备测试，门控单元正常运行环境下的流程测试包含正常开门流程测试、正常关门流程测试、特殊情况测试。
使用本测试系统对PMC20-110R门控单元进行实际检测的具体操作步骤如下：
步骤1：将待测门控单元连接到检测系统上，即将门控单元后部的2个16针插排通过专用线缆连接到检测系统上，门控单元侧面的通讯端口RS485与RS232端口与检测系统上的端口对应连接；
步骤2：在工控计算机中打开检测软件，检测软件左侧操作栏有明确的检测类别与项目，点击相应的检测项目即可对相应项目进行测试；
步骤3：检测系统在完成相应检测流程之后，根据检测的数据在检测软件显示界面上给出相应的门控单元故障提示信息，并出具综合检测报告。
整个测试分为两个类别，即测试环境下的全面测试和运行环境下的流程测试，两者都带有自动测试和手动测试两种方式。如图4所示为两种运行工况下的自动测试流程。其中门控单元测试环境下的全面测试包含门控单元软件烧写、门控单元输入测试、门控单元输出信号测试、门控系统电机驱动测试、通讯设备测试、测试完成出具结果；门控单元正常运行环境下的流程测试包含正常开门流程测试、正常关门流程测试、特殊情况测试、测试完成出具结果。手动测试模式下可以根据测试需求对各个单项进行分别测试，每个单项测试的结果也会显示在测试界面上如图4右侧所示。
通过以上步骤即可操作门控系统故障检测平台完成对门控单元的故障检测工作。
本检测系统用于iFE公司生产的配置在上海地铁3号线与5号线上的PMC20-110R门控单元EDCU(Exterior of Door Control Unit)的全面检测。
Claims (6)
1.一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，包括工控计算机、数据采集卡以及基于半实物仿真的检测环境模拟子系统，所述的工控计算机通过数据采集卡与检测环境模拟子系统连接，所述的工控计算机、检测环境模拟子系统分别与待测门控单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，所述的数据采集卡包含30个数字量输入/输出接口和20个模拟量输入接口，通过标准PCI总线接口与工控计算机连接，用以发送检测控制信号以及采集来自检测环境模拟子系统的数据信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，所述的检测环境模拟子系统包括稳压电源单元、接口信号转换单元和模拟负载单元；
所述的稳压电源单元将主电源的输入转换为110V、48V、24V、12V、5V电压等级，为其他硬件设备单元供电；
所述的接口信号转换单元将来自数据采集卡的控制信号转换为适合待测门控单元接收的信号后，传输到待测的门控单元中，并且将门控单元中采集的数据信号转换为适合数据采集卡接受的信号，传输到数据采集卡中，同时将数据采集卡与检测环境模拟子系统进行电气隔离；
所述的模拟负载单元负责仿真门控单元各种运行状态下的外部电气信号环境。
4.根据权利要求3所述的一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，所述的模拟负载单元包括光耦、继电器、霍尔传感器和模拟负载器件，该模拟负载单元接受来自数据采集卡的控制信号，通过光耦隔离控制继电器来切换不同的模拟负载来仿真门控单元外部负载的不同情况，霍尔传感器串联在负载回路中，以电磁隔离的方式采集电流信号并以差分的方式传回数据采集卡的两路模拟输入端口中。
5.根据权利要求1所述的一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，所述的工控计算机内嵌有软件功能模块，包括通讯模块、控制模块、端口测试模块和电流测试模块，通过组合调用实现各项具体检测功能。
6.根据权利要求5所述的一种基于半实物仿真技术的地铁门控单元故障检测系统，其特征在于，所述的软件功能模块控制门控单元测试的流程并采集数据进行故障分析，门控单元测试包括门控单元测试环境下的全面测试和门控单元正常运行环境下的流程测试，其中门控单元测试环境下的全面测试包含门控单元软件烧写、门控单元输入测试、门控单元输出信号测试、门控系统电机驱动测试和通讯设备测试，门控单元正常运行环境下的流程测试包含正常开门流程测试、正常关门流程测试、特殊情况测试。
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