CN105044496A - 一种辅助电源系统模块的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助电源系统模块的测试装置，包括工控机、交换机、测试机箱以及电源单元，工控机通过交换机与测试机箱和待测模块相连，电源单元为工控机、测试机箱以及待测模块供电；工控机向测试机箱以及待测模块发送测试指令，测试机箱向待测模块发送或不发送测试数据，待测模块输出对应的反馈信号至工控机，工控机根据反馈信号判断待测模块是否合格。本发明还公开了一种测试方法，包括S1、工控机向测试机箱和待测模块发送测试指令；S2、测试机箱向待测模块发送或不发送测试数据；S3、待测模块输出对应的反馈信号至工控机，工控机根据反馈信号判断待测模块是否合格。本发明的装置及方法均具有操作简便、测试全面、测试效率高等优点。

Description

一种辅助电源系统模块的测试装置及方法

技术领域

本发明主要涉及供电系统的测试装置及方法，特指一种辅助电源系统模块的测试装置及方法。

背景技术

辅助电源是地铁车辆的重要组成部分，辅助电源将直流电压（DC1500V）逆变成三相交流电压（AC380V），为空调、空气压缩机、照明及控制电路等提供稳定的三相四线制的交流电压，并将交流电压（AC380V）通过DC110V电源变换成蓄电池充电与低压直流负载使用的DC110V电压。辅助电源包含控制机箱、逆变器模块及充电机模块等核心部件。其中，控制机箱被称为是辅助电源的“大脑”，它的运行状态直接影响到机车车辆的行车安全和运行效率；逆变器模块主要是将直流电压DC1500V逆变成三相交流电压AC380V；充电机模块是将交流电压AC380V变换为负载使用的DC110V电压。

控制机箱内的逻辑控制程序如果存在BUG，若某种工况下发出错误的指令，在正常运行环境中，可能产生较大的危险。所以有必要对控制机箱的各项电气参数和内部程序进行测试。在经过较充分的测试后，才允许将控制机箱安装在辅助电源系统中使用，可以有效降低上车运行的风险；逆变器模块属于大功率产品，包括6个大功率IGBT模块、一个大电容、散热装置以及脉冲分配电路等。构建1：1的测试环境对其进行功能或性能测量时，涉及到高电压、大电流，测试环境比较复杂，对测试人员的操作水平要求较高；充电机模块也属于大功率产品，包括2个大功率IGBT模块、一个变压器、散热装置以及驱动电路等，故测试环境要求较高。目前的测试只是针对其一个部件单独进行测试，而且测试结果不精确，并且功能较不完善。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种功能全面、操作简便、测试效度高的辅助电源系统模块的测试装置，并相应提供一种操作简便、测试快速全面的辅助电源系统模块的测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种辅助电源系统模块的测试装置，包括工控机、交换机、测试机箱以及电源单元，所述电源单元分别为所述工控机、测试机箱以及辅助电源系统中各待测模块供电，所述工控机通过交换机分别与所述测试机箱和待测模块相连；所述工控机向测试机箱以及待测模块发送测试指令，所述测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据，所述待测模块输出对应的反馈信号至工控机，所述工控机根据反馈信号与工控机内预设的标准阈值的对比结果判断待测模块是否合格。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述测试机箱包括脉冲输出插件、恒流源插件、AI插件、模拟输出插件、通讯接口插件、数字入出插件、SMC插件以及电源板插件，所述测试机箱中的各插件分别与待测模块的对应接口相连。

当待测模块为控制机箱时，所述测试指令包括电源测试指令、模拟输出通道测试指令、数字输入输出通道测试指令、故障反馈测试指令、保护功能测试指令、MVB通讯测试指令以及PWM脉冲输出测试指令；所述工控机内预设有与各测试指令对应的标准阈值。

当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为PWM脉冲输出测试指令时，所述工控机通过交换机控制所述控制机箱输出PWM脉冲，所述PWM脉冲经测试机箱的AI插件处理后、由工控机上的PCI板卡采集输入至工控机内；所述工控机根据PWM脉冲的波形参数与预设的标准阈值对比结果判断控制机箱的PWM脉冲输出功能是否正常。

当所述待测模块为逆变器模块时，所述工控机经SMC插件控制数字入出插件输出+24VTTL电平至逆变器模块后，所述工控机通过数字入出插件获取逆变器模块的输出电压信号以及故障反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号和故障反馈信号在预设标准阈值内，则判断逆变器模块合格，否则为异常。

当所述待测模块为充电机模块时，所述工控机通过脉冲输出插件输出+15V脉冲至充电机模块，所述工控机通过数字入出插件输出DC110V至充电机模块，所述工控机通过测试机箱获取充电机模块的输出电压信号、故障反馈信号以及温度反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号、故障反馈信号和温度反馈信号均在预设标准阈值内，则判断充电机模块合格，否则为异常。

所述工控机根据对比结果形成测试报表并保存，同时通过打印或转储输出。

本发明还公开了一种基于如上所述的辅助电源系统模块的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、所述工控机向测试机箱和辅助电源系统中待测模块发送测试指令；

S2、所述测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据；

S3、待测模块输出对应的反馈信号至工控机，所述工控机根据反馈信号与工控机内部对应预设的标准阈值对比，如反馈信号在所述标准阈值内，则判断对应待测模块合格，否则为异常。

作为上述技术方案的进一步改进：

当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为保护功能测试指令时，其具体测试过程如下：

S11、所述工控机通过测试机箱发送保护功能测试指令至控制机箱；

S12、所述工控机控制测试机箱送出测试电压信号，经转换成测试电流信号后输出至控制机箱；

S13、逐步增大或减小测试电压值，并实时监控所述控制机箱的反馈信号；

S14、当所述控制机箱的反馈信号为保护功能信号时，记录此时的测试电压值；

S15、根据步骤S14中得到的测试电压值与预设标准阈值对比，当测试电压值在所述预设标准阈值内，则判断所述控制机箱合格，否则为不合格。

当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为MVB通讯测试指令时，所述工控机控制所述测试机箱向控制机箱发送一组固定数据，所述控制机箱通过交换机将此一组数据返回至工控机，所述工控机根据发送的固定数据与返回的固定数据进行对比以判断控制机箱的MVB接收功能是否正常。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的辅助电源系统模块的测试装置，能够方便快速的对辅助电源系统中各模块进行测试，而且能对待测模块中的多个通道进行全方位的测试，其功能全面、操作简便、测试效率高、具有较好的通用性。另外工控机采用PCI板卡与系统软件的无缝对接，能够解决PWM波形受传输速率的影响。本发明的辅助电源系统模块的测试方法同样具有如上装置所述的优点。

附图说明

图1为本发明的测试装置与控制机箱的连接结构示意图。

图2为本发明的测试装置与逆变器模块的连接结构示意图。

图3为本发明的测试装置与充电机模块的连接结构示意图。

图4为本发明对控制机箱进行测试的方法流程图。

图5为本发明对充电机模块进行测试的方法流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图3所示，本实施例的辅助电源系统模块的测试装置，包括工控机、交换机、测试机箱以及电源单元，工控机通过交换机分别与测试机箱和辅助电源系统中待测模块相连，电源单元分别为工控机、测试机箱以及待测模块供电；工控机向测试机箱和待测模块发送测试指令，测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据，待测模块输出对应的反馈信号至工控机，工控机根据反馈信号与工控机内预设的标准阈值的对比结果判断待测模块是否合格。本实施例中的工控机为安装了测试程序的工业控制计算机，主要功能是为用户提供一个良好测试操作平台；交换机为以太网网络数据的中转站，负责网络数据之间的传递；测试机箱用于信号的调理，对于不同的测试指令，其具体工作会有所不同，主要是需不需要发送测试数据，下文对各测试指令测试时有详细说明；电源单元包括电源U1和电源U2，电源将AC220V电源转换为DC110V电源，为测试机箱提供工作电源，电源U2将AC220V电源转换为DC110V电源，为被测模块提供工作电源。

本实施例中，测试机箱包括脉冲输出插件、恒流源插件、AI插件、模拟输出插件、通讯接口插件、数字入出插件、SMC插件以及电源板插件，测试机箱中的各插件分别与待测模块的对应接口相连；其中工控上设有PCI板卡，用于根据工控机的指令，通过AI插件进行±10V的模拟量数据采集。

本实施例中，当待测模块为控制机箱时，测试指令包括电源测试指令、模拟输出通道测试指令、数字输入输出通道测试指令、故障反馈测试指令、保护功能测试指令、MVB通讯测试指令以及PWM脉冲输出测试指令；工控机内预设有与各测试指令对应的标准阈值，下面对每一个测试过程进行详细说明：

（1）控制机箱电源测试

工控机通过网络交换机向控制机箱发送电源测试指令后，测试机箱基于此测试指令不用发送测试数据至控制机箱，工控机通过测试软件控制PCI板卡采集由测试机箱的AI插件处理后的控制机箱的±24V、±15V、+5V电源电压，再将获取的测量值和标准阈值比较，测量值在标准阈值的±2%范围内即认为合格。

（2）模拟输出通道测试方法

工控机通过以太网给测试机箱的模拟输出插件以及控制机箱发送模拟输出通道测试指令，命令测试机箱送出相应的电压值至恒流源插件，经恒流源插件转换后给出预定的电流值，然后工控机通过以太网获取控制机箱的反馈值，测试软件将测量结果与对应的标准阈值相比较，若在允许的范围内，则提示测量合格，如不在允许的范围内，则提示测量不合格。

（3）数字输入通道测试

工控机通过以太网通过测试机箱的SMC插件控制数字入出插件获取控制机箱的输出电平。正常情况下应该为高电平状态。工控机的测试软件将测量结果与对应的标准阈值相比较，符合标准阈值为合格，否则为不合格。

（4）数字输出通道测试

工控机通过以太网控制SMC插件命令数字入出插件输出相应电平至控制机箱，然后通过以太网获取控制机箱的反馈值。正常情况下应该为高电平状态。工控机的测试软件将测量结果与标准阈值相比较，符合标准阈值为合格，否则为不合格。

（5）故障反馈测试

对于被测控制机箱而言，故障反馈信号是高电平为+24V的TTL数字输入信号。测试时，工控机通过以太网控制SMC插件命令数字插件输出+24V至控制机箱，然后工控机通过以太网通讯获取此时控制机箱故障反馈的状态，正常情况下应该为高电平状态。测试软件测量结果与标准阈值相比较，符合标准阈值，为合格，不符合预期则不合格。

（6）保护功能测试

保护功能测试的基本原理就是利用测试系统模拟传感器电流，并将电流信号送到控制机箱相应接口。保护功能测试是在完成模拟输出通道测试的基础上进行的。测试方法大致与模拟输出通道测试方法相同。对于过压保护值（过流、过载、）通道的测试，工控机通过测试软件，控制测试机箱发送一定值的信号到被测的控制机箱的相应通道，此时，信号输入值低于通道的过压（过流、过载）保护值，然后，测试软件以一定步长，逐渐增加信号值，使之接近并超过信号的保护值，并触发控制机箱的保护功能，工控机通过以太网通讯捕捉控制机箱发送的保护标志位信号，并记录此时测试机箱输出的信号值。测试软件将保护值测量结果与标准阈值相比较，若在允许的范围内，则提示测量合格，如不在允许的范围内，则提示测量不合格。

对于欠压保护值通道的测试，则是一个相反的过程，即工控机通过测试软件控制测试机箱发送一定值的信号到被测的控制机箱的相应通道，此时，信号输入值高于通道的欠压保护值，然后，测试软件以一定步长，逐渐减小信号值，使之接近并低于信号的保护值，并触发控制机箱的保护功能，工控机通过以太网通讯捕捉控制机箱发送的保护标志位信号，并记录此时测试机箱输出的信号值。测试软件将保护值测量结果与标准阈值相比较，若在允许的范围内，则提示测量合格，如不在允许的范围内，则提示测量不合格。

（7）MVB通讯测试

测试机箱模拟VCM与控制机箱通信，测试机箱通过模拟通道向控制机箱提供电压值，控制机箱将此电压值通过MVB通讯返回给测试机箱，工控机据此判断控制机箱的MVB发送功能是否正常。具体为测试机箱通过通讯接口插件模拟MVB通信向控制机箱发送一组固定数据，控制机箱收到此数据后，通过以太网将其返回至工控机，工控机据此判断控制机箱的MVB接收功能是否正常。

（8）PWM脉冲输出功能测试

控制机箱的PWM脉冲是幅值为+24V、+15V且占空比变化的方波信号，共有5个通道。测试时，工控机首先通过以太网发送PWM脉冲测试指令，命令控制机箱相应通道输出PWM脉冲，然后工控机通过测试软件，控制PCI板卡采集由测试机箱的AI插件处理后的控制机箱的PWM脉冲，测试软件根据波形数据分析计算PWM脉冲的幅值、基频、载波频率、最大占空比、最小占空比、谐波电平等，并与标准阈值相比较，若在允许的范围内，则提示测量合格，如不在允许的范围内，则提示测量不合格。如通过SMC插件进行PWM脉冲的采集，则会受到SMC传输速率的影响，导致波形显示不真实。PCI板卡和系统软件LabVIEW无缝链接，可以解决PWM波形受传输速率影响的问题。

本实施例中，当待测模块为逆变器模块时，工控机经SMC插件控制数字入出插件输出+24VTTL电平至逆变器模块后，工控机通过数字入出插件获取逆变器模块的输出电压信号以及故障反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号和故障反馈信号在预设标准阈值内，则判断逆变器模块合格，否则为异常。

本实施例中，当待测模块为充电机模块时，工控机通过脉冲输出插件输出+15V脉冲至充电机模块，工控机通过数字入出插件输出DC110V至充电机模块，工控机通过测试机箱获取充电机模块的输出电压信号、故障反馈信号以及温度反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号、故障反馈信号和温度反馈信号均在预设标准阈值内，则判断充电机模块合格，否则为异常。

本实施例中，工控机根据对比结果形成测试报表并保存，同时通过打印或转储输出。

本发明的测试装置不仅适用于现场检修、也适用于室内使用，为可移动式设备；可对辅助电源模块的检修结果进行有效的管理，采用工控机加PCI板卡的模式解决了SMC插件传输速率的问题，实现波形的无缺显示。

如图4和图5所示，本发明还公开了一种基于如上所述辅助电源系统模块的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、工控机向测试机箱和辅助电源系统中待测模块发送测试指令；

S2、测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据；

S3、待测模块输出对应的反馈信号至工控机，工控机根据反馈信号与工控机内部对应预设的标准阈值对比，如反馈信号在标准阈值内，则判断对应待测模块合格，否则为异常。

本实施例中，当待测模块为控制机箱、且测试指令为保护功能测试指令时，其具体测试过程如下：

S11、工控机通过测试机箱发送保护功能测试指令至控制机箱；

S12、工控机控制测试机箱送出测试电压信号，经转换成测试电流信号后输出至控制机箱；

S13、逐步增大或减小测试电压值，并实时监控控制机箱的反馈信号；

S14、当控制机箱的反馈信号为保护功能信号时，记录此时的测试电压值；

S15、根据步骤S14中得到的测试电压值与预设标准阈值对比，当测试电压值在预设标准阈值内，则判断控制机箱合格，否则为不合格。

当待测模块为逆变器模块时，通过电源U2给逆变器模块提供DC110V启动电源。然后，工控机通过测试软件控制SMC插件命令数字入出插件输出+24VTTL电平给逆变器模块。观察软件测试界面ABC三相上管下管的开关状态。通过数字入出插件获取逆变器模块的故障反馈信号及模块输出各相之间的电压。测试软件将测量结果与预期值相比较，符合预期值，为合格，不符合预期则不合格，并给出相应的可能的故障，例如某管上管短路、某管下管开路。

当待测模块为充电机模块时，通过电源U2给充电机模块提供DC110V启动电源。然后，工控机通过测试软件控制脉冲输出插件给充电机模块传输+15V脉冲，然后通过数字入出插件提供110V至模块内部启动接触器。观察软件采集模块输出的界面及模块的反馈信号。测试软件将测量结果与预期值相比较，符合预期值，为合格，不符合预期则不合格。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，包括工控机、交换机、测试机箱以及电源单元，所述电源单元分别为所述工控机、测试机箱以及辅助电源系统中各待测模块供电，所述工控机通过交换机分别与所述测试机箱和待测模块相连；所述工控机向测试机箱以及待测模块发送测试指令，所述测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据，所述待测模块输出对应的反馈信号至工控机，所述工控机根据反馈信号与工控机内预设的标准阈值的对比结果判断待测模块是否合格。

2.根据权利要求1所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，所述测试机箱包括脉冲输出插件、恒流源插件、AI插件、模拟输出插件、通讯接口插件、数字入出插件、SMC插件以及电源板插件，所述测试机箱中的各插件分别与待测模块的对应接口相连。

3.根据权利要求2所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，当待测模块为控制机箱时，所述测试指令包括电源测试指令、模拟输出通道测试指令、数字输入输出通道测试指令、故障反馈测试指令、保护功能测试指令、MVB通讯测试指令以及PWM脉冲输出测试指令；所述工控机内预设有与各测试指令对应的标准阈值。

4.根据权利要求3所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为PWM脉冲输出测试指令时，所述工控机通过交换机控制所述控制机箱输出PWM脉冲，所述PWM脉冲经测试机箱的AI插件处理后、由工控机上的PCI板卡采集输入至工控机内；所述工控机根据PWM脉冲的波形参数与预设的标准阈值对比结果判断控制机箱的PWM脉冲输出功能是否正常。

5.根据权利要求2或3或4所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，当所述待测模块为逆变器模块时，所述工控机经SMC插件控制数字入出插件输出+24VTTL电平至逆变器模块后，所述工控机通过数字入出插件获取逆变器模块的输出电压信号以及故障反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号和故障反馈信号在预设标准阈值内，则判断逆变器模块合格，否则为异常。

6.根据权利要求2或3或4所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，当所述待测模块为充电机模块时，所述工控机通过脉冲输出插件输出+15V脉冲至充电机模块，所述工控机通过数字入出插件输出DC110V至充电机模块，所述工控机通过测试机箱获取充电机模块的输出电压信号、故障反馈信号以及温度反馈信号并与对应的预设标准阈值对比，如输出电压信号、故障反馈信号和温度反馈信号均在预设标准阈值内，则判断充电机模块合格，否则为异常。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的辅助电源系统模块的测试装置，其特征在于，所述工控机根据对比结果形成测试报表并保存，同时通过打印或转储输出。

8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的辅助电源系统模块的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述工控机向测试机箱和辅助电源系统中待测模块发送测试指令；

S2、所述测试机箱基于测试指令选择向待测模块发送或不发送测试数据；

S3、待测模块输出对应的反馈信号至工控机，所述工控机根据反馈信号与工控机内部对应预设的标准阈值对比，如反馈信号在所述标准阈值内，则判断对应待测模块合格，否则为异常。

9.根据权利要求8所述的辅助电源系统模块的测试方法，其特征在于，当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为保护功能测试指令时，其具体测试过程如下：

S11、所述工控机通过测试机箱发送保护功能测试指令至控制机箱；

S12、所述工控机控制测试机箱送出测试电压信号，经转换成测试电流信号后输出至控制机箱；

S13、逐步增大或减小测试电压值，并实时监控所述控制机箱的反馈信号；

S14、当所述控制机箱的反馈信号为保护功能信号时，记录此时的测试电压值；

S15、根据步骤S14中得到的测试电压值与预设标准阈值对比，当测试电压值在所述预设标准阈值内，则判断所述控制机箱合格，否则为不合格。

10.根据权利要求8或9所述的辅助电源系统模块的测试方法，其特征在于，当所述待测模块为控制机箱、且所述测试指令为MVB通讯测试指令时，所述工控机控制所述测试机箱向控制机箱发送一组固定数据，所述控制机箱通过交换机将此一组数据返回至工控机，所述工控机根据发送的固定数据与返回的固定数据进行对比以判断控制机箱的MVB接收功能是否正常。