CN103092192B - 一种列车供电控制系统测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车供电控制系统测试装置及其方法，装置包括：测试机箱、控制计算机和AC/DC电源。外接交流电源经过AC/DC电源为测试机箱提供直流电源，测试机箱与控制计算机相连。测试机箱采集外部的列车供电控制系统的输出信号，将数据传送给控制计算机进行计算和显示。控制计算机根据当前列车供电控制系统的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统的测试模型，控制计算机向测试机箱下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统。本发明装置及其方法测试项目完整、兼容性好、测试方便快捷，能够对列车供电控制系统定期检查和测试，提高了列车供电控制系统的运行可靠性。

Description

一种列车供电控制系统测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种供电控制系统测试装置及其方法，尤其是涉及一种应用于铁路列车车辆的供电控制系统测试装置及其方法。

背景技术

列车供电柜是客运电力机车上的一种变流装置，它可将额定单相交流860V整流成直流DC600V输出，为旅客列车的空调、通风机、照明等设备提供工作电源。目前，我国铁道部为促进铁路节能降耗、提高运输效益，大规模取消发电车，推广电力机车的DC600V列车供电柜。电力机车列车供电柜已在包括交直电力机车（SS7C/SS7D/SS7E/SS8/SS9/SS9G等）和交流传动电力机车（HXD3C/HXD3D）等电力机车上大规模使用。而作为列车供电柜的核心控制部件―列车供电控制系统，担负着列车供电柜的相控控制、系统保护、对外通讯等诸多功能。列车供电控制系统的可靠性，直接影响了电力机车列车供电柜的运行质量，并关系着之后旅客列车空调、通风机、照明等负载的运行，对旅客乘车的舒适性影响较大。在现有技术中，主要有以下几篇文献涉及到列车供电控制系统的技术实现方案。

现有技术1为本申请人株洲南车时代电气股份有限公司于2011年11月17日申请，并于2012年07月11日公开，公开号为CN102570585A的中国发明专利申请《一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法、装置和系统》。该发明公开了一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法、装置和系统，装置包括：用于HXD3C型电力机车列车供电控制装置，列车供电控制装置包括：两套相同的供电控制子系统，以其中一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制，两个子系统通过转换控制单元连接。供电控制子系统均包括：利用背板插接及总线通讯的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元。供电控制子系统的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元，通过背板插接及总线通讯，实现了数字量的采集和处理，提高了装置的集成度。插接线的布局由背板实现而不再依赖于人工对各部件的出入口单独安装，达到提高供电控制可靠性的技术效果。

现有技术2为本申请人株洲南车时代电气股份有限公司于2011年11月17日申请，并于2012年07月11日公开，公开号为CN102555811A的中国发明专利申请《一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统》。该发明公开了一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统，装置包括：结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，两个子系统通过转换控制单元连接。方法包括：主供电控制子系统进行当前电力机车列车供电系统控制；辅供电控制子系统同时上电运行；当主供电控制子系统的供电控制单元检测到主供电控制子系统故障信息时，转换控制单元根据故障信息生成供电允许控制转换指令，指示辅供电控制子系统进行当前电力机车列车供电系统的控制。解决了现有技术中人工切换延误系统恢复时间及由于转换开关和列车供电柜布置连线增加故障点的问题。

现有技术3为本申请人株洲南车时代电气股份有限公司于2011年11月24日申请，并于2012年04月18日公开，公开号为CN102416959A的中国发明专利申请《交流传动电力机车列车供电控制方法、装置和系统》。该发明公开了一种交流传动电力机车列车供电控制方法、装置和系统，装置包括：相同的第一供电控制子系统和第二供电控制子系统，第一供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制，两个子系统通过转换控制单元连接；供电控制子系统均包括：供电控制单元、脉冲分配单元和MVB板；第一供电控制子系统的供电控制单元采集并处理由MVB板通过MVB总线接收并转换后的供电柜和客车用电设备数字量信号及模拟信号。通过整合在供电控制装置的MVB板及MVB总线数据获取形式，与冷备转换控制结合及时获知电力机车集中控制终端相关部件、另一子系统和/或客车设备状态，如出现故障时做出反应，从而提高供电控制的可靠性。

目前，各铁路局下属机务段对列车供电控制系统的测试方法是采取与列车供电柜一起捆绑测试，即安排被测试的客运电力机车放置到指定铁路股道，把机车上列车供电柜对外输出接口与地面的负载试验台相连，分别在25%（100kW）、50%（200kW）、75%（300kW）、100%（400kW）负载状态下进行负荷试验，检查列车供电柜输出电压是否满足DC600V±30V。通过列车供电柜的整体性能试验，间接地验证列车供电控制系统的完好性。因此，现有的测试方法存在以下缺点：

（1）现有列车供电控制系统的测试项目不够完整，特别是保护功能和逻辑功能测试无法实现；

（2）现有技术中的列车供电柜负载试验台的成本较高，单台售价基本在70万-100万左右，每个机务段基本只能配置1-2台；

（3）现有技术中的列车供电柜一次负载测试约需2个小时，耗电500度，测试成本较高,测试效率较低，且不支持连续测试；

（4）现有技术中由于需要把被测试机车放置到指定铁路股道，从而对机车调度存在一定影响。

因此，为了进一步提高列车供电控制系统的运行可靠性，各铁路局急需一种新的测试装置及其方法对该列车供电控制系统进行定期检查和测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车供电控制系统测试装置及其方法，该测试装置及其方法测试项目完整、兼容性好、测试方便快捷，能够对列车供电控制系统定期检查和测试，提高了列车供电控制系统的运行可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种列车供电控制系统测试装置的技术实现方案，一种列车供电控制系统测试装置，包括：测试机箱、控制计算机和AC/DC电源。外接交流电源经过AC/DC电源为测试机箱提供直流电源，测试机箱与控制计算机相连。测试机箱采集外部的列车供电控制系统的输出信号，将数据传送给控制计算机进行计算和显示。控制计算机根据当前列车供电控制系统的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统的测试模型，控制计算机向测试机箱下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，控制计算机接收测试机箱发送的状态信息，完成列车供电控制系统仿真模型的计算，并向测试机箱下达操作指令。控制计算机接收试验人员的操作指令，同时在测试过程中，向显示终端输出信息进行实时显示。控制计算机记录列车供电控制系统的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储输出。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，在测试过程中，控制计算机将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统的输出信号、控制计算机的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，测试机箱进一步包括主控单元、脉冲检测单元、数字量信号输入输出单元、模拟量信号输入输出单元、电源和通讯单元。主控单元、脉冲检测单元、数字量信号输入输出单元、模拟量信号输入输出单元和通讯单元之间通过内部总线相连，电源为各单元提供工作电源。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，主控单元管理内部总线，通过内部总线与脉冲检测单元、数字量信号输入输出单元、模拟量信号输入输出单元和通讯单元交换数据，通过以太网电缆与控制计算机进行通讯，并控制多路模拟量和数字量输入信号的采集。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，数字量信号输入输出单元包括不少于16路的数字量输出通道和不少于2路的DC110V信号的数字量输入通道，同时通过内部总线与主控单元进行通讯。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，脉冲检测单元包括脉冲检测通道和同步信号检测处理通道。测试装置的脉冲检测通道和同步信号检测处理通道与列车供电控制系统相连，测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并与脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统的实时开放角度。控制计算机在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统的输出电压和输出电流。脉冲检测单元同时通过内部总线与主控单元进行通讯。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，模拟量信号输入输出单元产生不少于2路频率0～100Hz、峰值-10～10V频率和幅值可调的任意波形电压信号。测试装置输出的电压信号与列车供电控制系统相连，控制计算机在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统的输出电压、输出电流，再控制测试机箱模拟输出相应的电压、电流波形。模拟量信号输入输出单元同时通过内部总线与主控单元进行通讯。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，通讯单元实现RS485通讯、HDLC通讯、MVB通讯和内部总线通讯。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，AC/DC电源输入输出两路直流110V电压信号，分别对测试机箱和列车供电控制系统进行供电。

作为本发明一种列车供电控制系统测试装置技术方案的进一步改进，模拟量信号输入输出单元进一步包括模拟电流信号输入输出单元和流压源。模拟电流信号输入输出单元向列车供电控制系统输出模拟量电流信号，模拟电流信号输入输出单元与流压源相连，模拟电流信号输入输出单元通过流压源将模拟量电流信号转变为模拟量电压信号，并将模拟量电压信号输出至列车供电控制系统。

本发明还另外具体提供了一种列车供电控制系统测试方法的技术实现方案，一种列车供电控制系统测试方法，包括以下步骤：

S101：测试机箱采集外部的列车供电控制系统的输出信号，将数据传送给控制计算机进行计算和显示；

S102：控制计算机接收测试机箱发送的状态信息，控制计算机根据当前列车供电控制系统的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统的测试模型，并完成列车供电控制系统仿真模型的计算；

S103：控制计算机向测试机箱下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，在整个测试过程中，控制计算机接收试验人员的操作指令，同时向显示终端输出信息进行实时显示。控制计算机记录列车供电控制系统的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储进行输出。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，在整个测试过程中，控制计算机将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统的输出信号、控制计算机的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，列车供电控制系统的工作状态分为待机、正常工作、保护停机三种情况，控制计算机对以下三种情况进行测试：

（A）待机状态：在相关控制信号未送达列车供电控制系统时，列车供电控制系统处于正常待机状态，并使整个列车供电系统处于正常等待、停止工作状态；

（B）正常工作状态：在相关控制信号送达列车供电控制系统时，且列车供电控制系统检查无系统故障的情况下，使整个列车供电系统处于正常工作的状态；

（C）保护停机状态：在列车供电系统发生故障时，列车供电控制系统根据故障情况和故障等级使列车供电系统处于停止工作的状态。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，测试模型为使列车供电控制系统测试时分别处于待机状态、正常工作状态和保护停机状态时构建的模拟列车供电系统日常运用出现的各种工作情况的模型。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，控制指令为控制计算机通过以太网通讯方式控制测试机箱向列车供电控制系统发出或封锁110V数字量信号，以及给出大小不同的模拟电压和电流信号。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，步骤S102进一步包括脉冲检测过程，该过程包括测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并与脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统的实时开放角度。控制计算机在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统的输出电压和输出电流。

作为本发明一种列车供电控制系统测试方法技术方案的进一步改进，步骤S102进一步包括模拟量信号输入输出过程，该过程包括控制计算机在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统的输出电压、输出电流，再控制测试机箱模拟输出相应的电压、电流波形。

通过实施上述本发明一种列车供电控制系统测试装置及其方法的技术方案，具有以下技术效果：

（1）本发明对列车供电控制系统的测试项目较为完整，闭环测试、保护功能及保护参数测试、逻辑功能测试、对外通讯测试等均可以实现；

（2）本发明采用模块化的设计思想，可方便地测试不同型号的列车供电控制系统，兼容性较好；

（3）本发明单台列车供电控制系统测试装置的价格较低，仅需20万左右，有效地节约了测试的成本；

（4）本发明对单个列车供电控制系统进行测试的周期仅需1个小时，可支持多台连续测试，测试耗电较少，每次仅需几度电；

（5）本发明中的列车供电控制系统可单独拆卸到地面测试，不影响机车调度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术交直型电力机车列车供电控制装置的外部结构示意图。

图2是现有技术交直型电力机车列车供电控制装置的结构功能示意图。

图3是现有技术交流传动电力机车列车供电控制系统的系统控制原理示意图。

图4是现有技术交流传动电力机车列车供电控制系统的系统结构框图。

图5是本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式的系统结构框图。

图6是本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式测试机箱的结构框图。

图7是本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式的外部接口示意图。

图8是本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式的信号流向示意图。

图9是本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式的接口连接示意图。

图中：1-列车供电控制系统测试装置，2-测试机箱，3-控制计算机，4-AC/DC电源，5-列车供电控制系统，21-主控单元，22-脉冲检测单元，23-数字量信号输入输出单元，24-模拟量信号输入输出单元，25-电源，26-通讯单元，241-模拟电流信号输入输出单元，242-流压源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图5至附图9所示，给出了本发明一种列车供电控制系统测试装置及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

目前，各铁路局负责牵引旅客列车的客运电力机车主要分为交直电力机车和交流传动电力机车，因此相应的列车供电控制系统主要分为两种：

第一种为交直电力机车列车供电控制系统。交直型电力机车列车供电控制装置在原理上大同小异，都是采用1个集中式供电控制系统控制2路独立供电回路。各种不同的供电控制装置差别仅在于结构和接口方面不同。

以SS9G电力机车使用的TPZ30A型列车供电控制装置为例，该装置参考《旅客列车DC600V列车供电系统技术条件》（TB/T3063-2002）使用标准，整柜工作环境条件和各项试验符合TB/T3021-2001《铁道机车车辆电子装置》标准要求。主要功能包括恒压限流、显示屏通信、记录诊断、3G通信等。保护功能主要有DC600V过压、过载及接地等故障的检测与保护。

如附图1所示，在结构设计方面，交直型电力机车列车供电控制装置的机箱结构采用了60R的6U定制标准插箱结构，包含功能完全相同的A、B两组控制系统且相互独立，可以任选一组工作，故提高了整车的可靠性。对外接口采用12芯与40芯的航空插头，连接可靠。目前应用广泛的TPZ30A型列车供电控制装置内插件的数量主要有：输入输出插件2个，供电控制插件4个，开关电源插件2个，转换控制插件1个、记录诊断插件1个和附加调节插件1个。

如附图2所示，TPZ30A型列车供电控制装置的供电控制插件采用80C196KC20单片机微机控制，采用软件和调节器实现恒压限流控制。当有网压异常、DC600V过压、过载及接地等故障时，能作实时的故障检测及保护。该系统与机车显示屏进行通讯，能将电压电流信号、各种故障信号传送给显示屏进行显示。其记录诊断插件以0.2ms为周期高速采集DC600V所有信号，包括A/B组、供电允许、交流接触器合、接地、合接触器、供电故障等数字量、整流桥脉冲与网压、电压、电流、接地电压等模拟量，以1s为周期不间断压缩记录DC600V电压、电流。便携机可通过480Mbit/s高速USB2.0与记录诊断插件通讯，通过便携机实时监测记录数字量、脉冲、模拟量。

第二种为交流传动电力机车列车供电控制系统。该系统参考《旅客列车DC600V列车供电系统技术条件》（TB/T3063-2002）使用标准，整柜工作环境条件和各项试验符合TB/T3021-2001《铁道机车车辆电子装置》标准要求。主要实现功能包括：恒压限流、显示屏通信、记录诊断等。实现保护功能主要有：DC600V过压、过载及接地等故障的检测与保护。

以目前广泛应用的HXD3C电力机车列车供电控制装置为例，该装置安装在HXD3C电力机车列车供电柜的上部。机箱内主要安装各类控制插件，各插件间的信号传递采用背板连接。供电控制装置采用5.08系列、高6U、长60R（R=5.08mm）的定制机箱，上部扩展对外连接插座、转换开关、隔离开关等。机箱内部安装6U标准结构插件，除开关电源插件面板宽度为12R（R=5.08mm）外，其余插件均为4R。HXD3C电力机车列车供电控制装置内插件的数量主要有：输入输出插件2个，供电控制插件2个，脉冲分配插件2个、转换控制插件2个、背板插件1个和开关电源插件2个。

如附图3所示，HXD3C电力机车列车供电控制装置采用冷备份冗余，由2组功能完全一致的控制系统组成。HXD3C电力机车列车供电控制装置中各插件间的信号连接通过背板方式实现，信息交换如附图4所示。列车供电柜/客车的DC110V数字量信号从数字入出板输入，经数字入出板的110V/5V电平转换后送入可编程逻辑器件，其再通过背板AMS总线传送给供电控制板实现相关的逻辑控制。供电控制板采用了DSP+ARM双CPU架构，DSP完成AMS总线管理、AMS总线上各插件的数据交换以及特性、参数保护等控制功能，ARM完成人机接口等功能；板内配置高精度、高速率AD芯片。板内逻辑及外围信号的采集与预处理由FPGA控制管理，将模拟量信号转换为数字信号、从总线获取其他数字量信息给控制软件，然后由控制软件完成控制功能。供电控制板的对外控制数字开关量通过背板AMS总线送至数字入出板的可编程逻辑器件输出，并经数字入出板完成5V/110V电平转换后输出驱动相关的继电器。

脉冲分配板根据供电控制板的特性等形成的移相电平转换成晶闸管的顺序触发脉冲信号，经脉冲放大后驱动供电系统的单相半控整流桥。脉冲分配板主要由两部分组成：可编程的逻辑器件及其外围电路、脉冲放大电路。FPGA及其外围电路实现与AMS总线的接口及对同步信号进行滤波、形成与脉冲相关控制信号、同时用编程的方式实现脉冲的形成与分配。

转换控制板是为完成系统冷备份冗余而专门设计的。在系统进行冗余切换时，将外部传感器的电源、脉冲输出等进行相应切换。另外转换控制还完成了部分模拟信号（传感器类）的I/U转换等功能。作为HXD3C电力机车列车供电控制装置的一个组件，在控制装置为A、B组冗余设计下，背板能够实现每组内部信号连接和A、B组之间的各种信号如电源及地、总线信号、脉冲信号等的连接，满足各插件的各种功能要求。

HXD3C电力机车列车供电控制装置可实现以下功能：

列车供电控制装置根据外部的逻辑信号，开放或者封锁整个列车供电柜。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，由于引入了更多的逻辑信号，因此可以更好地实现列车供电柜的保护。

（2）集中控制功能

列车供电控制装置具备确保机车向客车安全供电的集中控制功能，即控制装置在确认客车电源工作正常、已发出供电申请信号的情况下，机车向客车发送供电允许信号，同时延时启动DC600V输出。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，该功能是新增功能。

（3）相控整流功能

列车供电控制装置根据电压反馈信号、电流反馈信号、网压同步信号进行内部的运算和调节控制，产生相应的移相电平。同时要求列车供电控制装置具有软启动功能，输出电压上升率不大于500V/ms。

（4）脉冲形成和放大功能

列车供电控制装置根据移相电平生成相应的脉冲列，并将脉冲列进行脉冲放大送往脉冲盒，实现DC600V的输出。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，该装置的脉冲形成功能采用可编程逻辑器件实现，配置灵活，实现精度高。该装置的脉冲放大电路也进行了优化设计，采用了光耦+驱动器2级隔离，主电路对控制装置干扰减少。

（5）保护功能

列车供电控制装置可实现直流过压、直流过流、直流接地、过热保护功能。

（6）通讯功能

列车供电控制装置通过RS485与SHCM模块交换列车供电柜的状态信息，如输出电压、输出半电压、输出电流、各种开关器件的状态信息、列车供电故障信息等。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，该装置的通讯内容大大增加。

（7）故障切除功能列车供电控制装置在主电路发生接地故障或者集控器发生故障时，提供了相应的隔离开关。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，该装置多增加了一个集控隔离开关。

（8）记录诊断功能

列车供电控制装置可实现列车供电的故障记录和诊断。相比以前的交直型电力机车列车供电控制装置，该装置新增了U盘下载程序、故障记录、在线调试功能。

在前述对两种不同列车供电控制系统进行介绍的基础上，下面结合附图和具体实施例对本发明列车供电控制系统测试装置及其方法作进一步的说明。

分析列车供电控制系统5的工作原理及运行特点，基于被测设备的技术状况和现场应用的需求，可采取系统仿真的手段来实现，即由控制计算机3按照列车供电控制系统运行的仿真模型，模拟列车供电控制系统5的各种工作状况以全面检测设备的完好性。本发明列车供电控制系统测试装置1与列车供电控制系统5相连，列车供电控制系统5又与列车供电系统相连，对列车供电系统进行控制。在本发明列车供电控制系统测试装置1的结构组成上具体来说，测试机箱2采集被测的列车供电控制系统5的输出信号，将数据传送给控制计算机3进行计算和显示。如附图5所示的一种列车供电控制系统测试装置1的具体实施方式，包括：测试机箱2、控制计算机3和AC/DC电源4。外接交流电源经过AC/DC电源4为测试机箱2提供直流电源，测试机箱2与控制计算机3相连。测试机箱2采集外部的列车供电控制系统5的输出信号，将数据传送给控制计算机3进行计算和显示。控制计算机3根据当前列车供电控制系统5的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统5的测试模型，控制计算机3向测试机箱2下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统5。作为一种更加优选的实施方式，AC/DC电源4输入输出两路直流110V电压信号，分别对测试机箱2和列车供电控制系统5进行供电。

如附图9所示，作为被测设备的列车供电控制系统5通过测试电缆（对外插座CZ2-CZ9）与本发明列车供电控制系统测试装置1连接，该电缆不仅用于信号传输，还用来匹配列车供电控制系统测试装置1与列车供电控制系统5间的电气接口，包括多个110V数字量输入信号、110V数字量输出信号、电压模拟信号、电流模拟信号等。列车供电控制系统测试装置1台体内的控制计算机3与测试机箱2之间采用以太网连接，控制计算机3根据各种模拟工况通知测试机箱2实时开放或者封锁110V数字量信号、调整各模拟信号大小等，以验证列车供电5在各种工作情况下是否能够正常稳定工作。

控制计算机3接收测试机箱2发送的状态信息，完成列车供电控制系统5仿真模型的计算，并向测试机箱2下达操作指令。控制计算机3接收试验人员的操作指令，同时在测试过程中，向显示终端输出信息进行实时显示。控制计算机3记录列车供电控制系统5的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储输出。在测试过程中，控制计算机3将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统5的输出信号、控制计算机3的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。控制计算机3可以进一步采用工控机、普通个人计算机、笔记本电脑或者其它嵌入式设备。

如附图6所示，测试机箱2进一步包括主控单元21、脉冲检测单元22、数字量信号输入输出单元23、模拟量信号输入输出单元24、电源25和通讯单元26。主控单元21、脉冲检测单元22、数字量信号输入输出单元23、模拟量信号输入输出单元24和通讯单元26之间通过内部总线相连，电源25为各单元提供工作电源。如附图7所示为本发明列车供电控制系统测试装置一种具体实施方式的外部接口示意图。在该实施方式中，具体包括一路对应于电源25的开关电源接口、对应于数字量信号输入输出单元23的两路数字入出接口和一路数字入出预留接口、对应于通讯单元26的一路通讯板接口、对应于脉冲检测单元22的两路脉冲检测接口、对应于模拟量信号输入输出单元24的两路模拟输出接口和一路模拟输出预留接口、对应于流压源242的两路流压源接口和一路流压源预留接口。

主控单元21管理内部总线，通过内部总线与脉冲检测单元22、数字量信号输入输出单元23、模拟量信号输入输出单元24和通讯单元26交换数据，通过以太网电缆与控制计算机进行通讯，并控制多路模拟量和数字量输入信号的采集。

数字量信号输入输出单元23包括不少于16路的数字量输出通道和不少于2路的DC110V信号的数字量输入通道，同时通过内部总线与主控单元21进行通讯。在一种典型的实施方式中，如附图8所示，数字量信号输入输出单元23的输入输出信号具体包括：数字量输入信号和数字量输出信号。数字量输入信号包括但不限于列车供电控制系统5输出的供电允许信号和合接触器信号；数字量输出信号包括但不限于输入至列车供电控制系统5的接地隔离信号、集控隔离信号、供电钥匙信号、温度继电器1信号、温度继电器2信号、列控识别信号、接触器状态信号、隔离闸刀1信号、隔离闸刀2信号、快速熔断器信号、辅变正常信号、风机联锁信号、供电申请信号、客车电源信号、合接触器信号和供电允许信号。

脉冲检测单元22包括4路脉冲检测通道和2路同步信号检测处理通道，同时通过内部总线与主控单元21进行通讯。以附图1为例，测试装置的脉冲检测通道和同步信号检测处理通道与列车供电控制系统5的对外连接器“XS11/XS21”相连。测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并和脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统5的实时开放角度。控制计算机3在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统5的输出电压、输出电流。

模拟量信号输入输出单元24产生不少于2路频率0～100Hz、峰值-10～10V的任意波形电压信号，频率和幅值可调，同时通过内部总线与主控单元21进行通讯。以附图1为例，测试装置输出的电压信号与列车供电控制系统5的对外连接器“XS11/XS21”相连。控制计算机3在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统5的输出电压、输出电流，然后再控制测试机箱2模拟电压传感器和/或电流传感器输出相应的电压和/或电流波形。

通讯单元26实现RS485通讯、HDLC（High-levelDataLinkControl，高级数据链路控制）通讯、MVB（MultifunctionVehicleBus，多功能车辆总线）通讯和内部总线通讯。

模拟量信号输入输出单元24进一步包括模拟电流信号输入输出单元241和流压源242，模拟电流信号输入输出单元241向列车供电控制系统5输出模拟量电流信号，模拟电流信号输入输出单元241与流压源242相连。模拟电流信号输入输出单元241通过流压源242将模拟量电流信号转变为模拟量电压信号，并将模拟量电压信号输出至列车供电控制系统5。

一种列车供电控制系统测试方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S101：测试机箱2采集外部的列车供电控制系统5的输出信号，将数据传送给控制计算机3进行计算和显示；

S102：控制计算机3接收测试机箱2发送的状态信息，控制计算机3根据当前列车供电控制系统5的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统5的测试模型，并完成列车供电控制系统5仿真模型的计算；

S103：控制计算机3向测试机箱2下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统5。

在整个测试过程中，控制计算机3接收试验人员的操作指令，同时向显示终端输出信息进行实时显示。控制计算机3记录列车供电控制系统5的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储进行输出。

在整个测试过程中，控制计算机3将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统5的输出信号、控制计算机3的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。

列车供电控制系统5的工作状态分为待机、正常工作、保护停机三种情况，控制计算机3根据测试要求分别模拟以上三种状态出现的情况。控制计算机3分别对上述三种情况进行如下测试：

（A）待机状态：在相关控制信号未送达列车供电控制系统5时，列车供电控制系统5处于正常待机状态，并使整个列车供电系统处于正常等待、停止工作状态；

（B）正常工作状态：在相关控制信号送达列车供电控制系统5时，且列车供电控制系统5检查无系统故障的情况下，使整个列车供电系统处于正常工作的状态；

（C）保护停机状态：在列车供电系统发生故障时，列车供电控制系统5根据故障情况和故障等级使列车供电系统处于停止工作的状态。

测试模型为使列车供电控制系统5测试时分别处于待机状态、正常工作状态和保护停机状态三种状态时构建的模拟列车供电系统日常运用可能出现的各种工作情况的模型。

由于控制计算机3不能直接给出列车供电控制系统5所需的110V数字量信号、模拟电压、电流信号等，因此控制计算机3采用控制指令通过以太网通讯方式控制测试机箱2向列车供电控制系统5发出或封锁110V数字量信号，以及给出大小不同的模拟电压和电流信号。

步骤S102进一步包括脉冲检测过程，该过程包括测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并与脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统5的实时开放角度。控制计算机3在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统5的输出电压和输出电流。

步骤S102进一步包括模拟量信号输入输出过程，该过程包括控制计算机3在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统5的输出电压、输出电流，再控制测试机箱2模拟输出相应的电压、电流波形。

本发明技术方案对列车供电控制系统5的测试突破原有的测试方法，采取系统仿真的手段来实现，即控制计算机3按照列车供电控制系统5运行的仿真模型，模拟列车供电控制系统5的各种工作状况以全面检测设备的完好性。列车供电控制系统测试装置1采取测试机箱2+控制计算机3的架构形式搭建。当然，列车供电控制系统测试装置1还可以采用其它的结构形式，例如模块分布式或者机柜一体式，它与本发明上述具体实施方式中所采用的“测试机箱2+控制计算机3”的组成架构相类似，仅仅是物理结构上的差别，原理并无不同。其中，测试机箱2负责采集列车供电控制系统5的输出信号，将数据传送给控制计算机3进行计算和显示。控制计算机3根据当前列车供电控制系统5的工作状态以及测试要求，实时运行列车供电控制系统5的测试模型，并向测试机箱2下达操作指令，输出相应的测试信号至列车供电控制系统5。这样做的优点是，可以根据被测对象的要求灵活地组合内部功能模块，有利于后期平台化的维护。控制计算机3通过鼠标、键盘和显示器与实验人员之间完成人机交互界面的设计，可以实现各种型号列车供电控制系统5的测试选择。其中，控制计算机3可以采用PC机、工控机等本领域技术人员所熟知的各种控制设备。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，反之亦然，所以相关部分的相应描述可以相互参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (17)

1.一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于，包括：测试机箱（2）、控制计算机（3）和AC/DC电源（4），外接交流电源经过所述AC/DC电源（4）为测试机箱（2）提供直流电源，所述测试机箱（2）与控制计算机（3）相连；测试机箱（2）采集外部的列车供电控制系统（5）的输出信号，将数据传送给控制计算机（3）进行计算和显示；所述控制计算机（3）根据当前列车供电控制系统（5）的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统（5）的测试模型，控制计算机（3）向测试机箱（2）下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统（5）；所述测试机箱（2）包括主控单元（21）和脉冲检测单元（22），所述脉冲检测单元（22）包括脉冲检测通道和同步信号检测处理通道，所述脉冲检测单元（22）通过内部总线与主控单元（21）进行通讯；所述测试装置的脉冲检测通道和同步信号检测处理通道与列车供电控制系统（5）相连，测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并与脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统（5）的实时开放角度；控制计算机（3）在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统（5）的输出电压和输出电流；

所述测试机箱（2）还进一步包括数字量信号输入输出单元（23），所述数字量信号输入输出单元（23）的输入输出信号包括：数字量输入信号和数字量输出信号；所述数字量输入信号包括但不限于列车供电控制系统（5）输出的供电允许信号和合接触器信号；所述数字量输出信号包括但不限于输入至列车供电控制系统（5）的接地隔离信号、集控隔离信号、供电钥匙信号、温度继电器一信号、温度继电器二信号、列控识别信号、接触器状态信号、隔离闸刀一信号、隔离闸刀二信号、快速熔断器信号、辅变正常信号、风机联锁信号、供电申请信号、客车电源信号、合接触器信号和供电允许信号。

2.根据权利要求1所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述控制计算机（3）接收测试机箱（2）发送的状态信息，完成列车供电控制系统（5）仿真模型的计算，并向测试机箱（2）下达操作指令；控制计算机（3）接收试验人员的操作指令，同时在测试过程中，向显示终端输出信息进行实时显示；控制计算机（3）记录列车供电控制系统（5）的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：在测试过程中，控制计算机（3）将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统（5）的输出信号、控制计算机（3）的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。

4.根据权利要求3所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述测试机箱（2）还进一步包括模拟量信号输入输出单元（24）、电源（25）和通讯单元（26），所述主控单元（21）、脉冲检测单元（22）、数字量信号输入输出单元（23）、模拟量信号输入输出单元（24）和通讯单元（26）之间通过内部总线相连，所述电源（25）为各单元提供工作电源。

5.根据权利要求4所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述主控单元（21）管理内部总线，通过内部总线与脉冲检测单元（22）、数字量信号输入输出单元（23）、模拟量信号输入输出单元（24）和通讯单元（26）交换数据，通过以太网电缆与控制计算机（3）进行通讯，并控制多路模拟量和数字量输入信号的采集。

6.根据权利要求5所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述数字量信号输入输出单元（23）包括不少于16路的数字量输出通道和不少于2路的DC110V信号的数字量输入通道，同时通过内部总线与主控单元（21）进行通讯。

7.根据权利要求5或6所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述模拟量信号输入输出单元（24）产生不少于2路频率0～100Hz、峰值-10～10V频率和幅值可调的任意波形电压信号；测试装置输出的电压信号与列车供电控制系统（5）相连，控制计算机（3）在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统（5）的输出电压、输出电流，再控制测试机箱（2）模拟输出相应的电压、电流波形；模拟量信号输入输出单元（24）同时通过内部总线与主控单元（21）进行通讯。

8.根据权利要求7所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述通讯单元（26）实现RS485通讯、HDLC通讯、MVB通讯和内部总线通讯。

9.根据权利要求1、2、4-6、8中任一权利要求所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述AC/DC电源（4）输入输出两路直流110V电压信号，分别对测试机箱（2）和列车供电控制系统（5）进行供电。

10.根据权利要求4-6、8中任一权利要求所述的一种列车供电控制系统测试装置，其特征在于：所述模拟量信号输入输出单元（24）进一步包括模拟电流信号输入输出单元（241）和流压源（242），所述模拟电流信号输入输出单元（241）向列车供电控制系统（5）输出模拟量电流信号，模拟电流信号输入输出单元（241）与流压源（242）相连，模拟电流信号输入输出单元（241）通过流压源（242）将模拟量电流信号转变为模拟量电压信号，并将模拟量电压信号输出至列车供电控制系统（5）。

11.一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：测试机箱（2）采集外部的列车供电控制系统（5）的输出信号，将数据传送给控制计算机（3）进行计算和显示；

S102：所述控制计算机（3）接收测试机箱（2）发送的状态信息，控制计算机（3）根据当前列车供电控制系统（5）的工作状态以及测试要求实时运行列车供电控制系统（5）的测试模型，并完成列车供电控制系统（5）仿真模型的计算；

S103：控制计算机（3）向测试机箱（2）下达操作指令，并输出相应的测试信号至列车供电控制系统（5）；

所述步骤S102进一步包括脉冲检测过程，该过程包括测试装置通过同步信号检测，获得周期性的起始点信号，并与脉冲检测通道的脉冲信号进行比较，得到列车供电控制系统（5）的实时开放角度；控制计算机（3）在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统（5）的输出电压和输出电流；

所述测试机箱（2）还进一步包括数字量信号输入输出单元（23），所述数字量信号输入输出单元（23）的输入输出信号包括：数字量输入信号和数字量输出信号；所述数字量输入信号包括但不限于列车供电控制系统（5）输出的供电允许信号和合接触器信号；所述数字量输出信号包括但不限于输入至列车供电控制系统（5）的接地隔离信号、集控隔离信号、供电钥匙信号、温度继电器一信号、温度继电器二信号、列控识别信号、接触器状态信号、隔离闸刀一信号、隔离闸刀二信号、快速熔断器信号、辅变正常信号、风机联锁信号、供电申请信号、客车电源信号、合接触器信号和供电允许信号。

12.根据权利要求11所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于：在整个测试过程中，控制计算机（3）接收试验人员的操作指令，同时向显示终端输出信息进行实时显示；控制计算机（3）记录列车供电控制系统（5）的数据，形成文件并保存，同时通过打印或USB转储进行输出。

13.根据权利要求11或12所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于：在整个测试过程中，控制计算机（3）将包括手工输入控制指令和参数设置信息、列车供电控制系统（5）的输出信号、控制计算机（3）的计算结果或测试结果在内的信息通过输出至显示终端进行实时显示。

14.根据权利要求11或12所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于，所述列车供电控制系统（5）的工作状态分为待机、正常工作、保护停机三种情况，控制计算机（3）对以下三种情况进行测试：

（A）待机状态：在相关控制信号未送达列车供电控制系统（5）时，列车供电控制系统（5）处于正常待机状态，并使整个列车供电系统处于正常等待、停止工作状态；

（B）正常工作状态：在相关控制信号送达列车供电控制系统（5）时，且列车供电控制系统（5）检查无系统故障的情况下，使整个列车供电系统处于正常工作的状态；

（C）保护停机状态：在列车供电系统发生故障时，列车供电控制系统（5）根据故障情况和故障等级使列车供电系统处于停止工作的状态。

15.根据权利要求14所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于：所述测试模型为使列车供电控制系统（5）测试时分别处于待机状态、正常工作状态和保护停机状态时构建的模拟列车供电系统日常运用出现的各种工作情况的模型。

16.根据权利要求11、12、15中任一权利要求所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于：所述操作指令为控制计算机（3）通过以太网通讯方式控制测试机箱（2）向列车供电控制系统（5）发出或封锁110V数字量信号，以及给出大小不同的模拟电压和电流信号。

17.根据权利要求16所述的一种列车供电控制系统测试方法，其特征在于：所述步骤S102进一步包括模拟量信号输入输出过程，该过程包括控制计算机（3）在得到实时开放角度后，根据仿真模型推算和模拟出整个列车供电控制系统（5）的输出电压、输出电流，再控制测试机箱（2）模拟输出相应的电压、电流波形。