CN113702747B - 一种便携式机车牵引变流器检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式机车牵引变流器检测设备，其包括PC机软件系统和硬件系统；PC机软件系统包括测试流程标准配置模块、测试流程执行模块、系统监视及错误处理模块和人机交互模块，硬件系统包括压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、ARM&FPGA控制模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块。本发明通过硬件模块化，实现了变流器测试设备的高度集成化，相比传统的变流器测试平台，本设备具有体积小，重量轻，使用环境灵活可变，可实现牵引变流器的不下车检测。
Description
技术领域
本发明涉及牵引变流器领域，尤其涉及一种便携式机车牵引变流器检测设备。
背景技术
对于牵引变流器的检修，通常需将待检测的牵引变流器从车上拆下，然后用外部电源对其母线和控制单元分别提供电源，使用信号发生器模拟机车牵引变流器正常工作的信号给出相应激励，同时利用示波器、万用表等测量设备对牵引变流器进行检测。在传统检修方法中使用信号发生器、示波器、电源等设备搭建的测试平台虽然可以实现对变流器各项功能的检测，但是由于其体积大，不灵活，导致检修工作必须采取变流器下车的方式进行。
现有的牵引变流器有如下缺点：
(1)牵引变流器的拆卸安装耗时长，在检测时还需要同时使用多种仪器，不够便携，极大消耗了人力物力。
(2)在检测过程中，人工的操作失误可能造成牵引变流器的损伤。
(3)为了能准确定位故障，检测人员须对牵引变流器及其控制单元有深入的了解。这对于检测人员提出较高的要求，不便于检测的进行。
发明内容
本发明提供一种便携式机车牵引变流器检测设备，以克服牵引变流器携带不方便等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：包括：PC机软件系统和硬件系统；
所述PC机软件系统包括测试流程标准配置模块、测试流程执行模块、系统监视及错误处理模块和人机交互模块；
所述测试流程标准配置模块用于设置并读取被测牵引变流器的测试流程和标准；
所述测试流程执行模块按照读取的测试流程和标准自动完成测试，得出测试结果，并在上位机软件中显示测试结果；
所述系统监视及错误处理模块用于监视硬件系统输入输出的信号是否超过安全范围，若超过安全范围系统监视及错误处理模块向硬件系统发送信号停止检测，并通过所述人机交互模块向操作者报警；
所述人机交互模块用于调用所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块进行信息交互，同时显示所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块的运行状态和运行结果；
所述测试流程标准配置模块输入端连接被测牵引变流器，所述测试流程标准配置模块输出端连接所述测试流程执行模块输入端；所述测试流程执行模块输出端连接所述人机交互模块输入端；所述人机交互模块输出端连接所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块、所述系统监视及错误处理模块输入端；所述系统监视及错误处理模块输出端连接所述人机交互模块输入端；
所述硬件系统包括电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、ARM&FPGA控制模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块；
所述电压波形采集模块用于测量和采集电源信号和逆变器输出波形，并将测量和采集结果传输到上位机进行显示；
所述交直流电源模块用于模拟机车传感器信号并将传感器信号提供给被测牵引变流器；
所述ARM&FPGA控制模块用于控制电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块的运行和执行PC机软件系统的指令，并向PC机软件系统反馈测量数据和结果；
所述以太网模块用于控制所述PC机软件系统和所述ARM&FPGA控制模块之间数据交互；
所述RS485/232通讯模块用于和被测牵引变流器的牵引控制单元进行数据交互，读取被测牵引变流器中牵引控制单元的数据；
所述MVB通讯模块用于与被测牵引变流器中牵引控制单元之间进行通信，模拟机车网络系统向牵引控制单元发送指令；
所述速度脉冲模块用于模拟生成电机速度传感器的输出信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述PT100温度模拟模块用于模拟生成电机温度传感器的信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述数字DIDO模块用于模拟被测牵引变流器的牵引控制单元所需要的数字信号输入；
所述光纤收发模块用于检测牵引控制单元发出的驱动脉冲信号和模拟生成驱动故障反馈信号；
所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端，所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端。
进一步的，所述硬件系统还包括电源模块，所述电源模块用于向牵引变流器和机车高压电路提供电源，所述电源模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述电源模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
进一步的，所述硬件系统还包括负载模块，所述负载模块用于低压状态下为牵引变流器中的逆变器和四象限单元的输出提供模拟负载；所述负载模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述负载模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
进一步的，所述PC机软件系统还包括测试结果报表生成模块，所述测试结果报表生成模块用于输出所述测试流程执行模块得到的测试结果，所述测试结果报表生成模块输入端连接所述测试流程执行模块输出端，所述测试结果报表生成模块输出端连接所述人机交互模块输入端。
进一步的，所述PC机软件系统还包括用户管理模块，所述用户管理模块用于管理用户的使用权限，所述用户管理模块输入端连接所述人机交互模块输出端，所述用户管理模块输出端连接所述测试流程标准配置模块输入端。
有益效果：
1、各个功能模块可集成在便携设备中，实现模块化设计。本发明中的便携式机车牵引变流器检测设备通过对各功能模块的高度集成，在满足测试功能的前提下，尽可能的缩小了测试设备的体积。本发明中的便携式机车牵引变流器检测设备可通过上位机灵活配置测试功能，能对牵引变流器进行多项检测，也能根据实际需求对特定的项点进行测试。
2、能自动进行检测并给出检测结果，上位机软件对测试结果进行分析及处理，给出精确的故障定位，对检测人员的专业要求较低。
3、本设备在车上连线即可在机车上直接检测，不需要拆卸变流器及其控制单元，节约了时间，节省了人力物力。
4、在检测过程中系统监视及错误处理模块能对牵引变流器进行保护，同时也能保护自身，避免损伤。
5、检测过程中采用母线低压供电，避免四象限和逆变器单元的功率模块损伤。
6、本设备为自动化智能测试设备，在进行变流器各项检测和试验时，在上位机软件输入必要的试验参数，设备就能自动完成整个试验。在试验完成后生并生成试验报告或检测结果。该功能是通过上位机软件实现的，在LabVIEW程序中为各项试验设定了测试流程，上位机程序灵活可调，通过对上位机程序的调整，可以对不同型号的变流器进行检测。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明总结构示意图；
图2为本发明PC机软件系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
本实施例提供了一种便携式机车牵引变流器检测设备，如图1-2，包括：PC机软件系统和硬件系统；
所述PC机软件系统包括测试流程标准配置模块、测试流程执行模块、系统监视及错误处理模块和人机交互模块；
所述测试流程标准配置模块用于设置并读取被测牵引变流器的测试流程和标准；
所述测试流程执行模块按照读取的测试流程和标准自动完成测试，得出测试结果，并在上位机软件中显示测试结果；
所述系统监视及错误处理模块用于监视硬件系统输入输出的信号是否超过安全范围，若超过安全范围系统监视及错误处理模块向硬件系统发送信号停止检测，并通过所述人机交互模块向操作者报警；
所述人机交互模块用于调用所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块进行信息交互，同时显示所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块的运行状态和运行结果；
所述测试流程标准配置模块输入端连接被测牵引变流器，所述测试流程标准配置模块输出端连接所述测试流程执行模块输入端；所述测试流程执行模块输出端连接所述人机交互模块输入端；所述人机交互模块输出端连接所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块、所述系统监视及错误处理模块输入端；所述系统监视及错误处理模块输出端连接所述人机交互模块输入端；
所述硬件系统包括电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、ARM&FPGA控制模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块；
所述电压波形采集模块用于测量和采集电源信号和逆变器输出波形，并将测量和采集结果传输到上位机进行显示；
所述交直流电源模块用于模拟机车传感器信号并将传感器信号提供给被测牵引变流器；
所述ARM&FPGA控制模块用于控制电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块的运行和执行PC机软件系统的指令，并向PC机软件系统反馈测量数据和结果；
所述以太网模块用于控制所述PC机软件系统和所述ARM&FPGA控制模块之间数据交互；
所述RS485/232通讯模块用于和被测牵引变流器的牵引控制单元使用modbus协议进行数据交互，读取被测牵引变流器中牵引控制单元的数据；
所述MVB通讯模块用于与被测牵引变流器中牵引控制单元之间进行通信，模拟机车网络系统向牵引控制单元发送指令；
所述速度脉冲模块用于模拟生成电机速度传感器的输出信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述PT100温度模拟模块用于模拟生成电机温度传感器的信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述数字DIDO模块用于模拟被测牵引变流器的牵引控制单元所需要的数字信号输入；
所述光纤收发模块用于检测牵引控制单元发出的驱动脉冲信号和模拟生成驱动故障反馈信号，以验证被测变流器的驱动功能是否正常；
所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端，所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端。
本发明所述的便携式检测设备通过硬件模块化，实现了变流器测试设备的高度集成化，相比传统的变流器测试平台，本设备具有体积小，重量轻，使用环境灵活可变，可实现牵引变流器的不下车检测
在具体应用中，PC机软件系统使用LabVIEW编程实现，PC机软件系统提供友好操作界面。PC机软件系统识别操作人员的权限，读取预设的流程和标准配置文件，根据配置和标准文件给硬件系统发送信息，完成测试流程。PC机软件系统读取硬件系统发出的数据、给出检测结果，并以EXCEL形式输出。PC机软件系统实时监控硬件系统测量数据，如果数据异常则及时向操作人员报警，并通知硬件系统切断电源和检测通道。
硬件系统用于使牵引变流器在母线低电压的状态下工作，在测试试验中，能向牵引变流器发出信号，同时也能读取牵引变流器发出的信号，并将信息发送给软件系统。其具体功能如下：
硬件系统给牵引变流器提供母线和控制电路低压电源，模拟母线输入高电压。硬件系统给牵引变流器提供低电压工作负载，模拟牵引变流器正常高压工作时的负载。
硬件系统模拟牵引变流器在母线高电压工作状态时发出的电压和电流传感器信号，发送给牵引控制单元。硬件系统模拟牵引电机发出的速度脉冲信号和温度信号，发给牵引控制单元。硬件系统模拟出牵引控制单元正常工作时接收的DI信号。
硬件系统采集牵引控制单元发出的DO信号。硬件系统和牵引控制单元使用modbus协议通讯，读取牵引控制单元的数据。硬件系统检测牵引变流器驱动四象限和逆变器单元的光信号和故障反馈的光信号。硬件系统通过MVB接口向变流器控制单元发送指令，控制牵引变流器的运行状态。硬件系统分别采集牵引变流器四象限的和逆变器的波形。硬件系统和软件系统通讯接收软件系统的命令，反馈采集到的数据。
在具体实施例中，所述硬件系统还包括电源模块，所述电源模块用于向牵引变流器和机车高压电路提供电源，所述电源模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述电源模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
在具体实施例中，所述硬件系统还包括负载模块，所述负载模块用于低压状态下为牵引变流器中的逆变器和四象限单元的输出提供模拟负载；所述负载模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述负载模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
在具体实施例中，所述PC机软件系统还包括测试结果报表生成模块，所述测试结果报表生成模块用于将所述测试流程执行模块得到的测试结果输出到Excel文件中并保存在硬盘上，所述测试结果报表生成模块输入端连接所述测试流程执行模块输出端，所述测试结果报表生成模块输出端连接所述人机交互模块输入端。
在具体实施例中，所述PC机软件系统还包括用户管理模块，所述用户管理模块用于管理机车牵引变流器检测设备的用户使用权限，所述用户管理模块输入端连接所述人机交互模块输出端，所述用户管理模块输出端连接所述测试流程标准配置模块输入端。
在检测开始之前，需要在测试流程标准配置模块配置流程和标准：
设置本次测试调用的硬件模块，以及使用硬件模块工作顺序和运行时间(各个硬件模块也能同时运行)，同时设置测试使用的硬件模块的配置参数。调用的硬件模块的配置参数如下：交/直电流源模块输出的电流波形；电源模块的输出电压；RS232/485通讯模块的modbus协议的配置参数、要从牵引控制单元读取的数据和该数据的测试标准；MVB通讯模块协议的通讯参数和发给变流器控制单元的指令；速度脉冲模块输出脉冲的幅值、频率、占空比；Pt100温度模拟模块的电阻值；110V数字DIDO模块使用通道和工作模式(输出信号或输入信号)、输入信号的检测标准；光纤收发模块的使用通道和工作模式(发送模式或接收模式)、接收信号的检测标准。
具体检测流程为：
操作员通过人机交互模块调用用户管理模块完成用户校验和登录(没有授权则无法进行后续步骤)。接下来操作员获得用户管理模块的授权，调用测试流程标准配置模块，制定并读取测试标准和流程，发送给测试流程执行模块。然后测试流程执行模块，通过以太网模块给硬件系统发送指令。由ARM&FPGA控制模块控制对应的硬件模块，根据PC软件系统给出的流程和配置参数，进行信号发出或接受等操作，完成测试流程，并通过以太网返回测试结果。最后由结果报表生成模块将数据和测试结果生成相应EXCEL文件，完成检测流程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种便携式机车牵引变流器检测设备，其特征在于，包括：PC机软件系统和硬件系统；
所述PC机软件系统包括测试流程标准配置模块、测试流程执行模块、系统监视及错误处理模块和人机交互模块；
所述测试流程标准配置模块用于设置并读取被测牵引变流器的测试流程和标准；
所述测试流程执行模块按照读取的测试流程和标准自动完成测试，得出测试结果，并在上位机软件中显示测试结果；
所述系统监视及错误处理模块用于监视硬件系统输入输出的信号是否超过安全范围，若超过安全范围系统监视及错误处理模块向硬件系统发送信号停止检测，并通过所述人机交互模块向操作者报警；
所述人机交互模块用于调用所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块进行信息交互，同时显示所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块和所述系统监视及错误处理模块的运行状态和运行结果；
所述测试流程标准配置模块输入端连接被测牵引变流器，所述测试流程标准配置模块输出端连接所述测试流程执行模块输入端；所述测试流程执行模块输出端连接所述人机交互模块输入端；所述人机交互模块输出端连接所述测试流程标准配置模块、所述测试流程执行模块、所述系统监视及错误处理模块输入端；所述系统监视及错误处理模块输出端连接所述人机交互模块输入端；
所述硬件系统包括电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、ARM&FPGA控制模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块；
所述电压波形采集模块用于测量和采集电源信号和逆变器输出波形，并将测量和采集结果传输到上位机进行显示；
所述交直流电源模块用于模拟机车传感器信号并将传感器信号提供给被测牵引变流器；
所述ARM&FPGA控制模块用于控制电压波形采集模块、交直流电源模块、以太网模块、RS485/232通讯模块、MVB通讯模块、速度脉冲模块、PT100温度模拟模块、数字DIDO模块和光纤收发模块的运行和执行PC机软件系统的指令，并向PC机软件系统反馈测量数据和结果；
所述以太网模块用于控制所述PC机软件系统和所述ARM&FPGA控制模块之间数据交互；
所述RS485/232通讯模块用于和被测牵引变流器的牵引控制单元进行数据交互，读取被测牵引变流器中牵引控制单元的数据；
所述MVB通讯模块用于与被测牵引变流器中牵引控制单元之间进行通信，模拟机车网络系统向牵引控制单元发送指令；
所述速度脉冲模块用于模拟生成电机速度传感器的输出信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述PT100温度模拟模块用于模拟生成电机温度传感器的信号，并传输给被测牵引变流器的牵引控制单元；
所述数字DIDO模块用于模拟被测牵引变流器的牵引控制单元所需要的数字信号输入；
所述光纤收发模块用于检测牵引控制单元发出的驱动脉冲信号和模拟生成驱动故障反馈信号；
所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端，所述压波形采集模块、所述交直流电源模块、所述以太网模块、所述RS485/232通讯模块、所述MVB通讯模块、所述速度脉冲模块、所述PT100温度模拟模块、所述数字DIDO模块和所述光纤收发模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端。
2.如权利要求1所述的一种便携式机车牵引变流器检测设备，其特征在于：所述硬件系统还包括电源模块，所述电源模块用于向牵引变流器和机车高压电路提供电源，所述电源模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述电源模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
3.如权利要求2所述的一种便携式机车牵引变流器检测设备，其特征在于：所述硬件系统还包括负载模块，所述负载模块用于低压状态下为牵引变流器中的逆变器和四象限单元的输出提供模拟负载；所述负载模块输出端连接所述ARM&FPGA控制模块输入端，所述负载模块输入端连接所述ARM&FPGA控制模块输出端。
4.如权利要求3所述的一种便携式机车牵引变流器检测设备，其特征在于：所述PC机软件系统还包括测试结果报表生成模块，所述测试结果报表生成模块用于输出所述测试流程执行模块得到的测试结果，所述测试结果报表生成模块输入端连接所述测试流程执行模块输出端，所述测试结果报表生成模块输出端连接所述人机交互模块输入端。
5.如权利要求4所述的一种便携式机车牵引变流器检测设备，其特征在于：所述PC机软件系统还包括用户管理模块，所述用户管理模块用于管理用户的使用权限，所述用户管理模块输入端连接所述人机交互模块输出端，所述用户管理模块输出端连接所述测试流程标准配置模块输入端。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 便携式轨道车辆整车性能测试平台开发与应用;苗峰;郝保磊;马飞;;中国测试(04);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113702747A (zh) | 2021-11-26 |
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