CN107515124B - 一种城铁车辆牵引测试系统 - Google Patents

Abstract

一种城铁车辆牵引测试系统，包括传感器、测速雷达、牵引采集单元、功率分析仪、采集计算机，传感器的输出端连接到牵引采集单元的接口上，牵引采集单元整理传感器的测量结果，输出通过光纤连接采集计算机，牵引采集单元同时接收采集计算机指令并作出响应，测速雷达输出连接至采集计算机，用来测量列车的实时车速，功率分析仪连接采集计算机，用于将牵引系统的电功率分析结果发送给采集计算机，采集计算机按照采样率顺序接收牵引采集单元和测速雷达的结果，并自动地对采样结果进行分析和处理，把试验的结果以曲线或数据的方式显示输出和存储。本系统减小空间和重量，简化试验、减少人员。提高效率和精度。

Description

一种城铁车辆牵引测试系统

技术领域

本发明涉及城铁车辆的测试技术，尤其涉及一种城铁车辆的牵引测试系统。

背景技术

城市轨道交通车辆是解决城市拥堵、提高人们出行效率的有效方式。在地铁、轻轨等城市轨道交通车辆中，牵引系统是重要的组成部分。为保证城铁车辆的性能，须对其牵引系统进行精细的设计和性能验证。

城铁车辆的牵引系统较复杂，同时完成的功能也较多。因此，城铁车辆的牵引系统试验中包含较多的试验项目，通常试验过程中涉及电流、电压、温度等多种物理量以及牵引级位等较多的数字信号。由于这些信号的来源和种类不同，在现有的测试技术中，试验人员常采用多种分布的实验仪器和设备来测试。这种技术方案增加牵引系统试验时占用空间和整体的重量，增加了试验人员的数量，并降低了试验的效率以及可靠性。同时试验人员需要对试验的大量数据进行分析和处理，繁琐而耗时，因此，现有的整车牵引试验技术已无法满足我国轨道交通行业发展的需求。

发明内容

本发明的目的为提供一种整车的牵引测试系统，减小牵引系统试验时占用空间和整体的重量，简化试验过程、减少试验人员。同时发明对于试验数据可自动分析和处理，提高试验效率和分析精度，且可针对新增的特定试验项目灵活地进行扩展和改造。

为实现上述发明目的，本发明提供一种城铁车辆牵引测试系统，包括传感器、测速雷达,其特征在于：还包括牵引采集单元、功率分析仪、采集计算机，传感器的输出端连接到牵引采集单元的接口上，牵引采集单元整理传感器的测量结果，输出通过光纤连接采集计算机，牵引采集单元同时接收采集计算机指令并作出响应，测速雷达输出连接至采集计算机，用来测量列车的实时车速，功率分析仪连接采集计算机，用于将牵引系统的电功率分析结果发送给采集计算机，采集计算机按照采样率顺序接收牵引采集单元和测速雷达的结果，并自动地对采样结果进行分析和处理，把试验的结果以曲线或数据的方式显示输出和存储。

所述的牵引采集单元包含模拟信号板卡、数字信号板卡、热电偶采集板卡和控制板卡，模拟信号板卡、数字信号板卡和热电偶采集板卡通过本地总线连接至控制板卡；模拟信号板卡由采样电路、调理电路和A/D转换电路组成，采样电路与传感器连接，为传感器供电并输入传感器电信号，采样电路接至调理电路，用于采样信号的整形、运算和低通滤波，调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，由模拟信号变为数字信号；数字信号板卡由隔离电路、电平转换电路和输入输出电路组成，隔离电路与传感器连接，隔离列车上的数字信号，隔离电路输出与电平转换电路连接，把数字信号的电平变为牵引采集单元使用的电平，输入输出电路连接电平转换电路和本地总线，缓冲数据的传输；热电偶采集板卡由热电偶采样电路、调理电路和A/D转换电路组成，热电偶采样电路与热电偶连接，采样热电动势，热电偶采样电路接至调理电路，对热电动势放大和补偿，调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，将温度变为数字信号；控制板卡由FPGA单元和光电转换模块组成，FPGA单元输入采集板卡的采集数据，打包传输到光电转换电路。

本发明的积极效果在于：

（1）采用传感器和集中的牵引采集单元方案，减少了牵引系统型式试验设备的数量，提高了系统的可靠性。在车厢里除了连接线外，只有一个牵引采集单元和功率分析仪，减小了系统的体积和重量，便于携带和测试。

（2）采集计算机可自动计算和输出试验结果，试验人员由此快速判断试验是否需要重新执行，提高了牵引系统试验的效率。

附图说明

图1牵引测试系统的结构图；

图2为牵引采集单元结构示意图；

图3为采集计算机的接口示意图；

图4为采集计算机控制流程图。

具体实施方式

本发明综合应用传感器技术、电子技术、嵌入式技术、虚拟仪器技术、总线技术以及计算机技术，测试系统具有集成化、模块化、数字化、自动化测试的特点，可有效的解决目前城铁车辆整车牵引试验领域存在的问题。

参照图1，本发明包括传感器、测速雷达、牵引采集单元、功率分析仪、采集计算机。传感器安置在列车上，传感器的数量和类型应满足试验测试的需要，因此根据试验项点的不同，可使用图1中的电压、电流、热电偶、加速度传感器，分别测量变流器电压、电流、牵引系统温度、列车纵向加减速度。传感器的输出信号为标准的电流信号或电压信号。传感器的输出根据模拟信号或数字信号分别连接到牵引采集单元的模拟接口或数字接口。测速雷达在车外并水平地固定到列车上，测速雷达输出通过RS485总线连接至采集计算机，用来测量列车的实时车速。功率分析仪的输入与变流器的电压传感器和电流传感器相连，用来计算列车的电功率，输出通过以太网连接采集计算机，将电功率分析结果发送给采集计算机。牵引采集单元输入连接传感器，整理传感器的测量结果，输出通过光纤连接采集计算机，接收采集计算机指令并作出响应。采集计算机按照采样率顺序接收牵引采集单元和测速雷达的输出结果，根据试验项点的要求，自动地对采样结果进行分析和处理，并把试验的结果以曲线或数据的方式显示输出和存储。

参照图2，牵引采集单元是牵引测试系统的核心部件，包含模拟信号板卡、数字信号板卡、热电偶采集板卡和控制板卡。模拟信号板卡、数字信号板卡和热电偶采集板卡通过本地总线连接至控制板卡。典型地，如图2包含7块模拟信号板卡、2块数字信号板卡以及1块温度采集板卡。

模拟信号板卡由采样电路、调理电路和A/D转换电路组成。采样电路含有与传感器连接接口，与测量模拟信号的电压、电流、加速度传感器连接，为传感器提供电源和信号输入通道。调理电路由运算放大器和电阻、电容器件构成。采样电路接至调理电路，完成采样信号的整形、运算和低通滤波。A/D转换电路通过12位集成高精度A/D转换芯片和外围器件实现。调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，由模拟信号变为数字信号。

数字信号板卡由隔离电路、电平转换电路和输入输出电路组成。隔离电路通过与车辆上各种开关型硬线信号、轴速传感器相连，通过光电耦合器隔离列车上的数字信号。隔离电路输出与电平转换电路连接，把不同的数字信号电平变为统一的TTL电平。输入输出电路连接电平转换电路和本地总线，缓冲数据的传输。

热电偶采集板卡由热电偶采样电路、调理电路和A/D转换电路组成。热电偶采样电路与K型热电偶连接，采样热电动势。热电偶采样电路接至高精度运算放大器为核心的调理电路，对热电动势放大和补偿。A/D转换电路通过12位集成高精度A/D转换芯片和外围器件实现，调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，将温度变为数字信号。

控制板卡由FPGA单元和光电转换模块组成，FPGA模块通过本地总线对各板卡的采样信号进行管理。典型地，可采用多路串行SPI和并行数据总线进行数据采集。FPGA模块按通讯协议对采集的试验数据打包，并发送到光电转换模块。

功率分析仪为多路三相功率分析仪，自动测量牵引变流器的输入输出功率，典型的为LMG500。

参照图3，采集计算机扩展的光纤接口控制卡、485通信接口卡和CAN总线接口控制卡，通过计算机PXI总线完成上述扩展和连接。光纤通信可实现2Gbps的波特率；RS485通信可实现10Mbps的通信速率；CAN总线通信可达1Mbps的波特率。具体的，测试平台同时采集所有牵引型式试验涉及的全部信号时，采样率可达到20kHz。

参照图4，采集计算机的测试程序采用图形化编程语言开发，直观且易于扩展，实现通道配置、实时显示、存储、回放以及离线分析等功能。试验执行前，先辨别试验人员的登录权限，向牵引采集单元发送指令以配置使用的通道、设置系统的采样频率。然后，采集计算机根据试验人员输入的试验项点进行判断，可选择的试验项点有：典型线路图试验、能耗试验、起动和加速试验、牵引特性试验、电气制动试验、惰行阻力试验、调速性能试验、防空转/滑行性能试验、网压波动试验、网压突变试验、供电中断试验、短路试验、故障运行试验、救援试验和温升试验。根据试验项点调用具体的试验测试子程序，采集计算机控制牵引采集单元按照采样频率依次采集所配置通道的数据。在每个采样周期内，计算机输入采集数据，根据具体试验项点的试验方法对采集数据进行处理和运算，并将结果存储和显示。在采样周期结束前，采集计算机判断试验是否完成：若没完成，则进入下一采样周期，重复输入数据、分析计算和显示输出的过程；若完成，则输出本次试验的状态和试验结论，并结束牵引试验测试。

发明可以完成IEC 61133标准上所有的列车牵引型式试验。具体的，制动采集单元体积仅326mmX238mmX333mm、重量12.6kg，采集计算机327.5mmX365mmX124.5mm、重量9.4kg，发明占用的空间和重量小。

Claims (1)

1.一种城铁车辆牵引测试系统，包括传感器、测速雷达,其特征在于：还包括牵引采集单元、功率分析仪、采集计算机，传感器的输出端连接到牵引采集单元的接口上，牵引采集单元整理传感器的测量结果，输出通过光纤连接采集计算机，牵引采集单元同时接收采集计算机指令并作出响应，测速雷达输出连接至采集计算机，用来测量列车的实时车速，功率分析仪连接采集计算机，用于将牵引系统的电功率分析结果发送给采集计算机，采集计算机按照采样率顺序接收牵引采集单元和测速雷达的结果，并自动地对采样结果进行分析和处理，把试验的结果以曲线或数据的方式显示输出和存储；其中，

所述的牵引采集单元包含模拟信号板卡、数字信号板卡、热电偶采集板卡和控制板卡，模拟信号板卡、数字信号板卡和热电偶采集板卡通过本地总线连接至控制板卡；模拟信号板卡由采样电路、调理电路和A/D转换电路组成，采样电路与传感器连接，为传感器供电并输入传感器电信号，采样电路接至调理电路，用于采样信号的整形、运算和低通滤波，调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，由模拟信号变为数字信号；数字信号板卡由隔离电路、电平转换电路和输入输出电路组成，隔离电路与传感器连接，隔离列车上的数字信号，隔离电路输出与电平转换电路连接，把数字信号的电平变为牵引采集单元使用的电平，输入输出电路连接电平转换电路和本地总线，缓冲数据的传输；热电偶采集板卡由热电偶采样电路、调理电路和A/D转换电路组成，热电偶采样电路与热电偶连接，采样热电动势，热电偶采样电路接至调理电路，对热电动势放大和补偿，调理电路的输出经过A/D转换电路的转换，将温度变为数字信号；控制板卡由FPGA单元和光电转换模块组成，FPGA单元输入采集板卡的采集数据，打包传输到光电转换电路。