CN107543981B - 一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脉冲输出装置检测领域，尤其是一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置及方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置及方法。基于一套硬件系统，通过软件兼容测试韶山系列机车各型号脉冲输出装置，并保留扩展升级能力，测试方法符合相关技术标准要求。测试系统可自动实时识别被测脉冲输出装置的输入、输出状态，并根据预设条件，自动判定脉冲输出装置状态是否合格。本发明通过工控机、从控制器以及脉冲产生电路配合。工控机通过PCIE总线读取工控机采集卡采集的电压波形，根据标准规定判断脉冲输出装置次边的电压波形数据是否正确；电压波形数据均达到标准要求则合格；否则，均不合格。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲输出装置检测领域，尤其是一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置及方法。
背景技术
脉冲输出装置为韶山系列电力机车变流装置晶闸管门极触发的必要部件，通常由脉冲尖峰电路、脉冲变压器和脉冲整形电路组成。脉冲输出装置本身为无源器件，其原边接受来自韶山系列电力机车电子控制柜（微机控制柜）脉冲信号板所产生的信号，次边与韶山系列电力机车变流装置中对应晶闸管门极连接，变流装置所用脉冲输出装置型号由其对应的晶闸管型号决定。
现有脉冲输出装置常见测试方法存在以下不足：
1. 人工仅凭借示波器查看脉冲输出装置次边输出波形，须经过二次换算获取某个时间点的电流上升率、电流峰值等定量值，在高频测试信号下，无法基于实时、连续数据以判断整个测试过程中是否出现不合格项。
2. 无数据记录存储功能，无法对测试数据进行还原、统计、分析。
3. 采用鳄鱼夹等夹具，无专用接插装置用以连接被测脉冲输出装置，一方面无法保证与被测对象可靠连接，另一方面无法对被测对象进行快速连接、拆除以保证检测效率。
4. 需要花费大量人工时间对脉冲输出装置逐个进行测试，测试效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置及方法。基于一套硬件系统，通过软件兼容测试韶山系列机车各型号脉冲输出装置，并保留扩展升级能力，测试方法符合相关技术标准要求。测试系统可自动实时识别被测脉冲输出装置的输入、输出状态，并根据预设条件，自动判定脉冲输出装置状态是否合格。
本发明采用的技术方案如下：
一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置包括：
工控机：用于发送脉冲输出控制命令给从控制器；同时工控机通过PCIE总线读取工控机采集卡采集的电压波形，根据标准规定判断脉冲输出装置次边的电压波形数据是否正确；电压波形数据均达到标准要求则合格；否则，均不合格
从控制器：用于接收工控机的脉冲输出控制命令后，发送脉冲输出控制信号；
脉冲产生电路，用于接收从控制器发送的脉冲输出控制信号，产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
工控机采集卡，通过采集卡采集加载在模拟负载上电压，其中所述电压由次边输出的感应电流信号加载在模拟负载上产生，所述模拟负载两端与脉冲输出装置次边分别连接。
进一步的，所述脉冲产生电路包括：
CPLD芯片，用于根据从控制器的发送脉冲输出控制信号，产生脉冲信号；
整形电路，用于通过两个串联的反向器(图2中的U1及U2)对从CPLD芯片产生的脉冲信号进行整形；
光电耦合器（图2中的U3），用于当整形电路输出信号高电平时，光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通，输出端电压值介于光电耦合器电源端电压值与0之间；
脉冲输出器，用于当光电耦合器输出端与光电耦合器接地端接通时，脉冲输出器原边一端与地接通，脉冲输出器原边另一端通过保险丝与脉冲输出器原边电源连接，则产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
当工控机控制从控制器输出脉冲输出控制信号，进而脉冲产生电路的CPLD芯片产生脉冲信号；所述脉冲信号通过脉冲输出器后，在脉冲输出器原边一端产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；当对应标准脉冲序列为高电平时，脉冲输出器原边一端（图2中的T12）接地，并与脉冲输出器原边另一端（图2中的T11）形成压差；当脉冲输出器原边形成压差，产生电流，则脉冲输出器次边（（图2中的T13及T14））产生感应电流，此感应电流作为脉冲生产电路次边产生的感应电流。
进一步的，所述脉冲输出器包括第一电阻（图2中的R1）、第二电阻（附图2中的R2）、场效应管（图2中的Q1）、保险（图2中的F1）以及脉冲输出器电源端；光电耦合器输出端依次通过第一电阻、第二电阻接地，第一电阻另一端与第二电阻一端形成公共端，所述公共端与场效应管栅极相接；场效应管漏极与脉冲输出器一端连接；场效应管源级接地。
进一步的，所述标准脉冲序列指的是第一脉宽高电平40μs，间隔低电平20μs,后续脉宽高电平均为20μs，重复周期40μs，脉冲列总宽度不超过4ms，标准脉冲序列幅值Vpp为48V。
进一步的，所述采样点路包括电阻负载及采集卡，电阻负载阻值是采用高精度电阻器。
一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试方法包括：
步骤1：工控机发送脉冲输出控制命令给从控制器；
步骤2：从控制器接收工控机的脉冲输出控制命令后，发送脉冲输出控制信号；
步骤3：脉冲产生电路接收从控制器发送的脉冲输出控制信号，产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
步骤4：工控机采集卡通过采集卡采集加载在模拟负载上电压，其中所述电压由次边输出的感应电流信号加载在模拟负载上产生；其中所述模拟负载两端与脉冲输出装置次边分别连接；
步:5：工控机通过PCIE总线读取工控机采集卡采集的电压波形，根据标准规定判断脉冲输出装置次边的电压波形数据是否正确；电压波形数据均达到标准要求则合格；否则，均不合格。
进一步的，所述脉冲产生电路包括：
CPLD芯片，用于根据从控制器的发送脉冲输出控制信号，产生脉冲信号；
整形电路，用于通过两个串联的反向器对从CPLD芯片产生的脉冲信号进行整形；
光电耦合器，用于当整形电路输出信号高电平时，光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通，输出端电压值介于光电耦合器电源端电压值与0之间；
脉冲输出器，用于当光电耦合器输出端与光电耦合器接地端接通时，脉冲输出器原边一端与地接通，脉冲输出器原边另一端通过保险丝与脉冲输出器原边电源连接，则产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
当工控机控制从控制器输出脉冲输出控制信号，进而脉冲产生电路的CPLD芯片产生脉冲信号；所述脉冲信号通过脉冲输出器后，在脉冲输出器原边一端产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；当对应标准脉冲序列为高电平时，脉冲输出器原边一端接地，并与脉冲输出器原边另一端形成压差；当脉冲输出器原边形成压差，产生电流，则脉冲输出器次边产生感应电流，此感应电流作为脉冲生产电路次边产生的感应电流。
进一步的，所述脉冲输出器包括第一电阻、第二电阻、场效应管、保险以及脉冲输出器电源端；光电耦合器输出端依次通过第一电阻、第二电阻接地，第一电阻另一端与第二电阻一端形成公共端，所述公共端与场效应管栅极相接；场效应管漏极与脉冲输出器一端连接；场效应管源级接地。
进一步的，所述标准脉冲序列指的是第一脉宽高电平40μs，间隔低电平20μs,后续脉宽高电平均为20μs，重复周期40μs，脉冲列总宽度不超过4ms，标准脉冲序列幅值Vpp为48V。
进一步的，所述采样点路包括电阻负载及采集卡，电阻负载阻值是采用高精度电阻器（如0.1级）。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、基于一套硬件系统，通过软件兼容测试韶山系列机车各型号脉冲输出装置，并保留扩展升级能力，测试方法符合相关技术标准要求。
2、测试系统可自动实时识别被测脉冲输出装置的输入、输出状态，并根据预设条件，自动判定脉冲输出装置状态是否合格。
3、被测对象与测试系统间可实现快速连接、拆除，不需要额外工具、设备的辅助。
4、测试系统可自动对多个脉冲输出装置同时或逐个连续进行测试，并将测试结果分别显示在人机界面上。
5、测试系统可将测试过程中的所有数据记录及相关录入信息存储在数据库中，并可对其进行检索查询、查看、重现相关测试过程；可对相关采样波形图形进行处理；可对脉冲输出装置追加状态描述等信息，实现对脉冲输出装置的长期质量状态跟踪、分析；可对相关数据信息进行分类、导出、打印等处理。
6、通过工控机、从控制器以及脉冲产生电路配合，严格按照行业相关规定产生标准脉冲序列，用来方便的检测脉冲输出装置是否合格。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明原理框图。
图2是本发明中脉冲产生电路原理图。
图3是本测试装置测试流程。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
1、两个反相器的作用：前级输出的高电平不是标准电平或波形不理想，用连续两个反相器来给波形整形，并变为标准电压的高电平输出。
2、光电耦合器：当光电耦合器输入端与光电耦合器第一电源端接通，形成压降，使得光电耦合器第二电源端与光电耦合器第二接地端相通，则位于光电耦合器第二电源端与光电耦合器第二接地端之间的光电耦合器输出端有电压输出，此电压输出值使得脉冲输出器使能端使能，则脉冲输出器原边一端与脉冲输出器另一端形成压降，则脉冲输出器次边产生感应电流，后续通过工控机采集卡（一般为数据采集卡）处理 ；所述光电耦合器型号是TLP5751或其他芯片。所述采集卡型号是PCIE-8352。
3、从控制器是单片机或者ARM系列芯片。标准脉冲序列幅值Vpp是最大电压幅值。
4、信号产生装置负责产生脉冲输出装置测试所需原边输入信号，其输出信号规格与韶山系列电力机车微机柜（电子柜）脉冲输出板信号完全一致。信号发生装置具备独立多路硬件输出或备份，可实现互校准。
5、本发明还包括显示装置，当工控机进行脉冲输出装置合格与否检测时，首先通过显示装置进行参数设置等，并将检测结果在显示装置中显示。其中显示装置可以是液晶屏。
6、判断脉冲输出装置是否合格，首先工控机将采集的电压波形数据二级制数据转换为电压波形数据图形；然后根据相关标准规定进行判断。
脉冲输出装置输入端脉冲列值得就是标准脉冲序列.
其中标准规定指的是（中华人民共和国铁道部，《电力机车大修规程汇编》，中国铁道出版社出版，2011年1月第1版，书号：15113·3394；《电力机车轻大修规程汇编》，中国铁道出版社出版，2010年11月第1版，书号：15113·3338；铁道部机车车辆大修规程管理研究室,规管室函[2012] 第（1）号，《关于修改电力机车大修、轻大修规程中整流元件参数的回复》，此通知为公开文件），表中为汇总的脉冲输出装置合格与否的量化要求。
操作人员可通过显示装置的界面输入被测脉冲输出装置所装用机车车型及车号，变流装置型号及编号，对应晶闸管型号、编号及安装位置，操作人员姓名、工作号等信息，便于后期数据分析。
自动测试开始后，本发明测试装置测试过程中，将对每一个被测对象输出的电流上升率(10%～50%)、电流峰值大小、脉冲列宽度变化、波形等项点进行实时测量、计算、比对，并将结果显示在人机界面上。
测量与信号发生进行同步处理，且采样频率高于信号发生频率，保证每一个测试信号通过被测对象后的状态均会被完整采样。
信号发生开始后，显示屏幕界面实时显示被测对象输入信号状态，输出电流上升率(10%～50%)、电流峰值大小、脉冲列宽度变化、波形、测试时长、错误内容及计数、测试结果等状态。
脉冲输出装置输出波形显示可分为脉冲列宽的波形总体状态（如3ms～4ms范围），以及脉冲列放大展开状态（如放大10倍）两部分。使操作者对被测对象输出状态有一个直观认识，可结合标准波形人工定性判断脉冲输出装置的性能状态。
规定时间内（例如持续1min）各检测项点均达标后，测试系统会自动判定被测对象“合格”，并将测试结果显示在人机界面上。
反之，规定时间内（例如持续1min）一旦发现有任一检测项点出现任何一次未达标，测试系统会立刻将错误内容及计数显示在人机界面上。规定时间结束后，自动判定被测对象“不合格”，并将测试结果显示在人机界面上。
测试的预设规定时间达到后，可设定是否继续持续测试。
测试系统可同时或按顺序对每一个接入的被测对象进行测试，并将各测试结果对应显示在人机界面上。
测试过程中的所有数据记录及相关录入信息均存储在数据库中，并自动加上时间标记。
可通过数据分析功能，按照被测脉冲输出装置所装用机车车型及车号，变流装置型号及编号，对应晶闸管型号、编号及安装位置，操作人员姓名、工作号等关键字进行检索查询；查看、重现相关测试过程中：输入信号状态，输出电流上升率(10%～50%)、电流峰值大小、脉冲列宽度变化、波形、测试时长、错误内容及计数、测试结果等各项点内容；可对相关采样波形图形进行处理（如放大20倍）；可对脉冲输出装置追加状态描述等信息，实现对脉冲输出装置的长期质量状态跟踪、分析；可对相关数据信息进行分类、导出、打印等处理。
通过参数设置功能，可实现对各项点的参数设置，包括不限于输入信号状态，输出电流上升率(10%～50%)、电流峰值大小、脉冲列宽度变化、波形、测试时长、错误内容及计数、测试结果输出、自动校准间隔时间等。参数设置功能需要特定权限账号登陆后方可操作。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置，其特征在于，包括：
工控机：用于发送脉冲输出控制命令给从控制器；同时工控机通过PCIE总线读取工控机采集卡采集的电压波形，根据行业标准规定判断脉冲输出装置次边的电压波形数据是否正确；电压波形数据达到标准要求则合格；否则，不合格；
从控制器：用于接收工控机的脉冲输出控制命令后，发送脉冲输出控制信号；
脉冲产生电路，用于接收从控制器发送的脉冲输出控制信号，产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列，所述脉冲产生电路包括：
CPLD芯片，用于根据从控制器的发送脉冲输出控制信号，产生脉冲信号；
整形电路，用于通过两个串联的反向器对从CPLD芯片产生的脉冲信号进行整形；
光电耦合器，用于当整形电路输出信号高电平时，光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通，输出端电压值介于光电耦合器电源端电压值与0之间；
脉冲输出器，用于当光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通时，脉冲输出器原边一端与地接通，脉冲输出器原边另一端通过保险丝与脉冲输出器原边电源连接，则产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
当工控机控制从控制器输出脉冲输出控制信号，进而脉冲产生电路的CPLD芯片产生脉冲信号；所述脉冲信号通过脉冲输出器后，在脉冲输出器原边一端产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；当对应标准脉冲序列为高电平时，脉冲输出器原边一端接地，并与脉冲输出器原边另一端形成压差；当脉冲输出器原边形成压差，产生电流，则脉冲输出器次边产生感应电流，此感应电流作为脉冲产生电路次边产生的感应电流，所述标准脉冲序列指的是第一脉宽高电平40μs，间隔低电平20μs，后续脉宽高电平均为20μs，重复周期40μs，脉冲列总宽度不超过4ms，标准脉冲序列幅值Vpp为48V；
工控机采集卡，通过采集卡采集加载在模拟负载上电压，其中所述电压由次边输出的感应电流信号加载在模拟负载上产生，所述模拟负载两端与脉冲输出装置次边分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置，其特征在于，所述脉冲输出器包括第一电阻、第二电阻、场效应管、保险以及脉冲输出器电源端；光电耦合器输出端依次通过第一电阻、第二电阻接地，第一电阻另一端与第二电阻一端形成公共端，所述公共端与场效应管栅极相接；场效应管漏极与脉冲输出器一端连接；场效应管源级接地。
3.根据权利要求1所述的一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试装置，其特征在于，采样点路包括电阻负载及采集卡，电阻负载是采用高精度电阻器。
4.一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试方法，其特征在于，包括：
步骤1：工控机发送脉冲输出控制命令给从控制器；
步骤2：从控制器接收工控机的脉冲输出控制命令后，发送脉冲输出控制信号；
步骤3：脉冲产生电路接收从控制器发送的脉冲输出控制信号，产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列，所述脉冲产生电路包括：
CPLD芯片，用于根据从控制器的发送脉冲输出控制信号，产生脉冲信号；
整形电路，用于通过两个串联的反向器对从CPLD芯片产生的脉冲信号进行整形；
光电耦合器，用于当整形电路输出信号高电平时，光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通，输出端电压值介于光电耦合器电源端电压值与0之间；
脉冲输出器，用于当光电耦合器电源端与光电耦合器接地端接通时，脉冲输出器原边一端与地接通，脉冲输出器原边另一端通过保险丝与脉冲输出器原边电源连接，则产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；
当工控机控制从控制器输出脉冲输出控制信号，进而脉冲产生电路的CPLD芯片产生脉冲信号；所述脉冲信号通过脉冲输出器后，在脉冲输出器原边一端产生用于输入脉冲输出装置原边的标准脉冲序列；当对应标准脉冲序列为高电平时，脉冲输出器原边一端接地，并与脉冲输出器原边另一端形成压差；当脉冲输出器原边形成压差，产生电流，则脉冲输出器次边产生感应电流，此感应电流作为脉冲产生电路次边产生的感应电流，所述标准脉冲序列指的是第一脉宽高电平40μs，间隔低电平20μs，后续脉宽高电平均为20μs，重复周期40μs，脉冲列总宽度不超过4ms，标准脉冲序列幅值Vpp为48V；
步骤4：工控机采集卡通过采集卡采集加载在模拟负载上电压，其中所述电压由次边输出的感应电流信号加载在模拟负载上产生；其中所述模拟负载两端与脉冲输出装置次边分别连接；
步骤5：工控机通过PCIE总线读取工控机采集卡采集的电压波形，根据标准规定判断脉冲输出装置次边的电压波形数据是否正确；电压波形数据达到标准要求则合格；否则，不合格。
5.根据权利要求4所述的一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试方法，其特征在于，所述脉冲输出器包括第一电阻、第二电阻、场效应管、保险以及脉冲输出器电源端；光电耦合器输出端依次通过第一电阻、第二电阻接地，第一电阻另一端与第二电阻一端形成公共端，所述公共端与场效应管栅极相接；场效应管漏极与脉冲输出器一端连接；场效应管源级接地。
6.根据权利要求4所述的一种韶山系列电力机车脉冲输出装置测试方法，其特征在于，采样点路包括电阻负载及采集卡，电阻负载是采用高精度电阻器。
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