CN117519103A - 一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具及诊断方法，属于轨道交通车辆空调技术领域，故障诊断工具包括MCU以及与MCU连接的RS485通讯电路，所述的故障诊断工具还包括与MCU的GPIO管脚连接的、设置输入端或输出端的DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路。当空调控制器功能异常后，现场售后人员可以快速判断故障点是在空调控制器内部电路还是外部设备，提升自动化程度，提高了故障处理效率，降低售后成本，且降低了对售后人员的要求。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通车辆空调技术领域，特别涉及空调控制器，具体涉及轨道交通车辆空调控制器的专用自动化故障诊断工具及故障诊断方法。
背景技术
对于轨道交通车辆空调控制器，处理的信号有DI，DO，AI，AO：AI是模拟输入，如温度传感器等，DI是数字输入，如面板启动信号、压力开关信号，AO是模拟输出，如阀门开度等，DO是数字输出 ，如继电器控制信号输出等。
一般情况下，空调控制器的接口电路能够驱动接触器、中间继电器、风阀执行器等部件的工作，同时采集数字量、模拟量信号。由于接口电路直接或间接与车辆进行电气连接，其电磁环境恶劣。虽然空调控制器接口电路在设计的时候考虑了EMC防护问题，但是现场应用时仍然存在个别电路损坏的情况，故障后无法定位故障点，即无法判断是外部部件异常还是控制器接口电路损坏。
当空调控制器功能异常后，需要更换控制器后由专业人员进行故障定位，现场不具备可操作性。
现有技术中，大都是在线检测故障信息，如中国专利CN201600595U披露的技术手段，针对空调控制器没有专用的离线诊断工具。
发明内容
针对现有技术存在的问题提出了本发明。
本发明采用以下方案以实现目的：
一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具，包括MCU以及与MCU连接的RS485通讯电路，所述的故障诊断工具还包括与MCU的GPIO管脚连接的、设置输入或输出端的DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AI接口诊断电路和AO接口诊断电路。
进一步的，所述DO接口诊断电路包括电阻R1-1、连接电阻R1-1的稳压二极管D1-1，稳压二极管D1-1的另一端连接光耦的管脚1，所述光耦的管脚4连接电阻R2-1和电阻R3-1，电阻R2-1另一端连接电源DVCC3.3，电阻R3-1另一端连接MCU的GPIO管脚，所述光耦的管脚3接地DGND、并经电容C2-1连接MCU的GPIO管脚；
在所述光耦的管脚2和所述电阻R1-1及稳压二极管D1-1的公共端之间并行设置电容C1-1和二极管D2-1，所述电阻R1-1的另一端为DO接口诊断电路的输入端IN+，所述光耦的管脚2为DO接口诊断电路的输入端IN-。
进一步的，所述DI接口诊断电路包括继电器Relay1，所述继电器Relay1的管脚2连接电源DVCC5、管脚1连接MCU的GPIO管脚、管脚3经二极管D3-1接地IOGND、管脚4连接外部电源OVCC1，所述继电器Relay1的管脚3、4之间还连接瞬态抑制二极管D4-1，所述继电器Relay1的管脚3为DI接口诊断电路的输出端OUT+。
进一步的，所述AO接口诊断电路包括电阻R10、连接电阻R10的电阻R12，电阻R12的另一端通过电容C8接地GNDNTC，电阻R12和电容C8的公共端连接MCU的GPIO管脚，所述电阻R10与电阻R12的公共端和地GNDNTC之间并联电阻R11和电容C7，所述电阻R10的另一端通过电容C6接地GNDNTC，所述电容C6两端分别为AO接口诊断电路的输入端V+和V-。
进一步的，所述AI接口诊断电路包括继电器Relay2、分别连接所述继电器Relay2管脚3、管脚4的电阻R8和电阻R9，所述继电器Relay2的管脚1接地DGND、管脚2连接MCU的GPIO管脚，所述电阻R8和电阻R9的另一端相互连接，所述继电器Relay2管脚3为AI接口诊断电路的输出端NTC+，所述电阻R8和电阻R9的公共端为AI接口诊断电路的输出端NTC-。
进一步的，所述地IOGND为外部电源OVCC1对应的地；所述地GNDNTC连接空调控制器。
基于上述故障诊断工具，本发明还提出了一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断方法，当空调控制器功能异常后，连接空调控制器和故障诊断工具，设置故障诊断工具需要诊断的接口电路的点位信息，并通过RS485通讯电路向空调控制器发送诊断请求命令，空调控制器响应诊断命令，配合故障诊断工具完成故障诊断。
本发明提出的轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具和诊断方法用于现场诊断和排除空调控制器的故障点，当空调控制器接口电路存在故障时，故障诊断工具通过RS485通讯电路与空调控制器建立通讯，可以选择性的诊断某一类接口电路或者对控制器接口电路进行全方位诊断，最终故障诊断工具输出诊断结果。
有益效果：当空调控制器功能异常后，使用本发明提出的故障诊断工具和方法，现场售后人员可以快速判断故障点是在空调控制器内部电路还是外部设备，提升自动化程度，提高了故障处理效率，降低售后成本，且降低了对售后人员的要求。
附图说明
图1为故障诊断工具与空调控制器的连接示意图，
图2为DO接口诊断电路的原理图，
图3为DI接口诊断电路的原理图，
图4为AO接口诊断电路的原理图，
图5为AI接口诊断电路的原理图，
图6为空调控制器的对外接口示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具，如图1所示，包括MCU以及与MCU连接的RS485通讯电路，所述的故障诊断工具还包括与MCU的GPIO管脚连接的、设置输入端或输出端的DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路。
另外，故障诊断工具还配置有显示屏、输入设备等外围设备，输入设备可以是触摸屏、键盘等。
RS485通讯电路采用通用的成熟电路，本发明的重点是DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路。
MCU的GPIO管脚都是双向IO功能，上述电路分别连接任一GPIO管脚即可，并无特别限定。
参看图2， DO接口诊断电路包括电阻R1-1、稳压二极管D1-1、光耦、电阻R2-1、电阻R3-1、电容C1-1、二极管D2-1和电容C2-1。
电阻R1-1连接稳压二极管D1-1，稳压二极管D1-1的另一端连接光耦的管脚1，光耦的管脚4连接电阻R2-1和电阻R3-1，电阻R2-1另一端连接电源DVCC3.3，电阻R3-1另一端连接MCU的GPIO管脚，光耦的管脚3接地DGND、并经电容C2-1连接MCU的GPIO管脚。
在光耦的管脚2和电阻R1-1及稳压二极管D1-1的公共端之间并行设置电容C1-1和二极管D2-1。
电阻R1-1的另一端为DO接口诊断电路的输入端IN+，光耦的管脚2为DO接口诊断电路的输入端IN-。
这里的地DGND为直流3.3V电源DVCC3.3对应的地，即故障诊断工具电路的地。
参看图3，DI接口诊断电路包括继电器Relay1、二极管D3-1、瞬态抑制二极管D4-1。
继电器Relay1的管脚2连接直流5V电源DVCC5、管脚1连接MCU的GPIO管脚、管脚3经二极管D3-1接地IOGND、管脚4连接外部电源OVCC1，继电器Relay1的管脚3、4之间还连接瞬态抑制二极管D4-1，继电器Relay1的管脚3为DI接口诊断电路的输出端OUT+。
电源DVCC5为直流5V电源，这里的地IOGND为外部电源OVCC1对应的地。
参看图4，AO接口诊断电路包括电阻R10、R11、R12，电容C6、C7、C8。
电阻R10连接电阻R12，电阻R12的另一端通过电容C8接地GNDNTC，电阻R12和电容C8的公共端连接MCU的GPIO管脚；电阻R10与电阻R12的公共端和地GNDNTC之间并联电阻R11和电容C7，电阻R10的另一端通过电容C6接地GNDNTC，电容C6的两端分别为AO接口诊断电路的输入端V+和V-。
这里的地GNDNTC通过输入端V-连接空调控制器。
参看图5， AI接口诊断电路包括继电器Relay2、电阻R8和电阻R9。
电阻R8和电阻R9分别连接所述继电器Relay2管脚3、管脚4，继电器Relay2的管脚1接地DGND、管脚2连接MCU的GPIO管脚，电阻R8和电阻R9的另一端相互连接，继电器Relay2管脚3为AI接口诊断电路的输出端NTC+，电阻R8和电阻R9的公共端为AI接口诊断电路的输出端NTC-。
故障诊断工具的MCU为意法半导体的STM32F103ZE，继电器Relay1、Relay2采用松下的APAN3105，稳压二极管D1-1的指标为33V/1.5W，瞬态抑制二极管D4-1使用SMBJ160A，光耦的型号为TLP781。
电阻、电容的选择：R1-1=68K，R2-1=3.3K，R3-1=3.3K，R8=10K，R9=10K，R10=100K，R11=80K，R12=10K，C1-1=100pF，C2-1=1uF，C6=100pF，C7=1000pF，C8=1000pF。
本实施例中提供了三种电源，分别为外部电源OVCC1、电源DVCC3.3和DVCC5。DVCC3.3和DVCC5是内部电源，分别为3.3V和5V直流电源，用于驱动不同电压需求的器件，MCU根据型号连接相应的内部电源。OVCC1是外部提供的电源，用于驱动接触器等外部负载，功率要求较高。IOGND是外部电源OVCC1对应的地，DGND是内部电源的地。
当空调控制器接口电路存在故障时，接入故障诊断工具，通过RS485通讯总线建立通讯，可以选择性的诊断某一类接口电路或者对控制器接口电路进行全方位诊断，最终故障诊断工具输出诊断结果。
当空调控制器连接故障诊断工具后，空调控制器通过RS485通讯总线与故障诊断工具进行握手通讯，进入诊断模式，空调控制器根据故障诊断工具发送的命令控制接口电路状态，故障诊断工具通过控制器回复的命令以及接口诊断电路返回的状态，判断空调控制器接口电路的故障状态。
空调控制器的对外接口如图6所示。空调控制器的对外接口一般采用魏德米勒的连接器，故障诊断工具的输入/输出端的接口采用与空调控制器的对外接口对应的连接器，RS485采用通用的连接方式即可。
根据实际需要，空调控制器具有多个接口电路，即每种接口电路都有可能超过一个。
针对每种接口电路，诊断工具可以只配置一个接口诊断电路，即诊断工具配置一个DO接口诊断电路、一个DI接口诊断电路、一个AO接口诊断电路和一个AI接口诊断电路，当控制器异常时，对接口电路逐一进行诊断。
为了提高工作效率，诊断工具中的MCU连接多个DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路，诊断工具中的诊断电路数量大于等于控制器的接口电路的个数，这样，在诊断时，可以将控制器的所有接口电路都连接到诊断电路上，同时进行某一类接口电路的诊断。
参看图1-图6，空调控制器连接故障诊断工具时，接口电路对应的连接关系如下所示。
故障诊断工具的RS485通讯电路连接空调控制器的RS485接口；
控制器DO电路与DO接口诊断电路的连接：
KPCOUT+ ------ IN+ KPCOUT- ------ IN-
控制器DI电路与DI接口诊断电路的连接：
KPCIN+ ------ OUT+ KPCIN- ------ IOGND
控制器AO电路与AO接口诊断电路的连接：
KPCAO+ ------ V+ KPCAO - ------ V-
控制器AI电路与AI接口诊断电路的连接：
KPCNIC+ ------ NTC+ KPCNIC- ------ NTC-
空调控制器无故障时，无需连接故障诊断工具，空调控制各个接口电路正常控制输出信号或者采集输入信号；当空调控制器接口电路存在故障时（即不能够正常控制输出信号或者采集输入信号），将故障诊断工具通过专用连接器将各诊断电路和RS485通讯电路与空调控制器连接用于对空调控制器进行故障诊断。
RS485通讯配置为：控制器地址为0X01（作为从站），故障诊断工具地址为0X02（作为主站），波特率为115200，无校验，8个数据位，1个停止位，带终端电阻。
故障诊断工具与空调控制器通过RS485链路进行交互。
连接完成后，设置故障诊断工具需要诊断的接口电路的点位信息，并通过RS485通讯电路向空调控制器发送诊断请求命令，空调控制器响应诊断命令，配合故障诊断工具完成故障诊断。
具体诊断过程如下：
1、控制器DO诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的DO电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令，命令码为0X01，请求空调控制器DO电路输出1S高电平1S低电平的脉冲信号；空调控制器收到诊断请求命令之后操作所有点位的DO电路进行脉冲信号输出。
脉冲信号经外部IN+端进入，通过R1-1、D1-1驱动光耦的3、4号管脚导通或断开，导致电阻R3-1和电容C2-1的公共端得电或失电，反馈给MCU的GPIO管脚。
当脉冲信号为高电平时，信号经R1-1、D1-1驱动光耦的3、4号管脚导通，电阻R3-1和电容C2-1的公共端OIN1得电，MCU对应的GPIO管脚得到高电平。
当脉冲信号为低电平时，信号经R1-1、D1-1驱动光耦的3、4号管脚断开，电阻R3-1和电容C2-1的公共端OIN1失电，MCU对应的GPIO管脚得到低电平。
故障诊断工具进行故障判断，未收到脉冲信号的点位判断为故障。判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令（0XF1），空调控制器停止发送脉冲信号。
2、控制器DI诊断电路诊断过程：外部电源OVCC1根据需要可以外接DC24V或者DC110V电源正极，地IOGND接DC24V或者DC110V的电源负极。
设置故障诊断工具需要诊断的DI电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令，命令码为0X02，同时故障诊断工具的DI诊断电路开始输出1S高电平1S低电平的脉冲信号，MCU驱动相应的GPIO管脚输出高低电平信号，信号通过继电器Relay1的1、2号管脚，控制Relay1的3、4号管脚导通或断开，使得外部电源OVCC1的电源信号通过Relay1的3、4号管脚经OUT+输出到空调控制器。
空调控制器收到诊断请求命令之后开始判断所有的DI电路是否收到脉冲信号，未收到脉冲信号的点位判断为故障，并将故障信息（0X12）发送给故障诊断工具。判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令（0XF2），故障诊断工具停止发送脉冲信号，空调控制器停止回复故障信息。
3、空调控制器AO诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的AO电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令，命令码0X04，请求空调控制器AO电路输出0-10V周期变化的信号；空调控制器收到诊断请求命令之后操作所有点位的AO电路进行0-10V周期信号输出，0-10V信号流入到R10和R11电阻上，故障诊断工具的MCU对R11电阻上的分压进行采样，未收到周期变化信号的点位判断为故障。判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令（0XF4），空调控制器停止发送0-10V周期信号。
4、空调控制器AI诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的AI电路诊断点位信息，故障诊断工具发送诊断请求命令，命令码0X03，同时故障诊断工具的AI诊断电路开始输出3S高电平+3S低电平的脉冲信号，高电平时R8、R9并联接入空调控制器AI电路，低电平时R8单独接入空调控制器AI电路，空调控制器开始判断所有的AI电路是否收到变化的信号，未收到变化的信号的点位判断为故障，并将故障信息（0X13）发送给故障诊断工具。判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令（0XF3），故障诊断工具停止发送脉冲信号，空调控制器停止回复故障信息。
本实施例中，RS485通讯协议如下：
。
当判断是空调控制器出现故障时，还可以使用诊断工具对外部设备做进一步诊断：
将空调控制器出现故障的接口电路连接的外部设备连接到对应的诊断电路上进行进一步诊断。
对于需要控制的外部设备，将外部设备连接到DI诊断电路或AI诊断电路上，按照外部设备的要求发送信号，如果外部设备反应正常，则进一步确认是对应的接口电路故障，否则，接口电路和外部设备均有可能出现故障；
对于需要读取信号的外部设备，将外部设备连接到DO诊断电路或AO诊断电路上，读取外部设备的信号，如果读取的信号与外部设备发送的信号一致，则进一步确认是对应的接口电路故障，否则，接口电路和外部设备均有可能出现故障。
该实施例在接口电路和外部设备同时出现故障时，可以确保诊断出全部故障点。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断工具，包括MCU以及与MCU连接的RS485通讯电路，其特征在于，所述的故障诊断工具还包括与MCU的GPIO管脚连接的、设置输入端或输出端的DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路。
2.根据权利要求1所述的故障诊断工具，其特征在于，所述DO接口诊断电路包括电阻R1-1、连接电阻R1-1的稳压二极管D1-1，稳压二极管D1-1的另一端连接光耦的管脚1，所述光耦的管脚4连接电阻R2-1和电阻R3-1，电阻R2-1另一端连接电源DVCC3.3，电阻R3-1另一端连接MCU的GPIO管脚，所述光耦的管脚3接地DGND、并经电容C2-1连接MCU的GPIO管脚；
在所述光耦的管脚2和所述电阻R1-1及稳压二极管D1-1的公共端之间并行设置电容C1-1和二极管D2-1，所述电阻R1-1的另一端为DO接口诊断电路的输入端IN+，所述光耦的管脚2为DO接口诊断电路的输入端IN-。
3.根据权利要求1所述的故障诊断工具，其特征在于，所述DI接口诊断电路包括继电器Relay1，所述继电器Relay1的管脚2连接电源DVCC5、管脚1连接MCU的GPIO管脚、管脚3经二极管D3-1接地IOGND、管脚4连接外部电源OVCC1，所述继电器Relay1的管脚3、4之间还连接瞬态抑制二极管D4-1，所述继电器Relay1的管脚3为DI接口诊断电路的输出端OUT+。
4.根据权利要求1所述的故障诊断工具，其特征在于，所述AO接口诊断电路包括电阻R10、连接电阻R10的电阻R12，电阻R12的另一端通过电容C8接地GNDNTC，电阻R12和电容C8的公共端连接MCU的GPIO管脚，所述电阻R10与电阻R12的公共端和地GNDNTC之间并联电阻R11和电容C7，所述电阻R10的另一端通过电容C6接地GNDNTC，所述电容C6的两端分别为AO接口诊断电路的输入端V+和V-。
5.根据权利要求1所述的故障诊断工具，其特征在于，所述AI接口诊断电路包括继电器Relay2、分别连接所述继电器Relay2管脚3、管脚4的电阻R8和电阻R9，所述继电器Relay2的管脚1接地DGND、管脚2连接MCU的GPIO管脚，所述电阻R8和电阻R9的另一端相互连接，所述继电器Relay2管脚3为AI接口诊断电路的输出端NTC+，所述电阻R8和电阻R9的公共端为AI接口诊断电路的输出端NTC-。
6.根据权利要求3所述的故障诊断工具，其特征在于，所述地IOGND为外部电源OVCC1对应的地。
7.根据权利要求4所述的故障诊断工具，其特征在于，所述地GNDNTC连接空调控制器。
8.根据权利要求1-7任一所述的故障诊断工具，其特征在于，所述MCU连接多个DO接口诊断电路、DI接口诊断电路、AO接口诊断电路和AI接口诊断电路。
9.一种轨道交通车辆空调控制器的故障诊断方法，基于权利要求1-8任一所述的故障诊断工具实现，其特征在于，
当空调控制器功能异常后，连接空调控制器和故障诊断工具；
设置故障诊断工具需要诊断的接口电路的点位信息，并通过RS485通讯电路向空调控制器发送诊断请求命令；
空调控制器响应诊断命令，配合故障诊断工具完成故障诊断。
10.根据权利要求9所述的故障诊断方法，其特征在于，
控制器DO诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的DO电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令；空调控制器收到诊断请求命令之后操作所有点位的DO电路进行脉冲信号输出；故障诊断工具进行故障判断，未收到脉冲信号的点位判断为故障；判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令，空调控制器停止发送脉冲信号；
控制器DI诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的DI电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令，同时故障诊断工具的DI诊断电路开始输出1S高电平1S低电平的脉冲信号；空调控制器收到诊断请求命令之后开始判断所有的DI电路是否收到脉冲信号，未收到脉冲信号的点位判断为故障，并将故障信息发送给故障诊断工具；判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令，故障诊断工具停止发送脉冲信号，空调控制器停止回复故障信息；
空调控制器AO诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的AO电路诊断点位信息，启动诊断，故障诊断工具发送诊断请求命令，请求空调控制器AO电路输出0-10V周期变化的信号；空调控制器收到诊断请求命令之后操作所有点位的AO电路进行0-10V周期信号输出，故障诊断工具的接收信号，未收到周期变化信号的点位判断为故障；判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令，空调控制器停止发送0-10V周期信号；
空调控制器AI诊断电路诊断过程：设置故障诊断工具需要诊断的AI电路诊断点位信息，故障诊断工具发送诊断请求命令，同时故障诊断工具的AI诊断电路开始输出3S高电平+3S低电平的脉冲信号，空调控制器开始判断所有的AI电路是否收到变化的信号，未收到变化的信号的点位判断为故障，并将故障信息发送给故障诊断工具；判断完毕之后故障诊断工具发送取消诊断命令，故障诊断工具停止发送脉冲信号，空调控制器停止回复故障信息。
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| CN (1) | CN117519103A (zh) |
-
2023
- 2023-12-06 CN CN202311661285.9A patent/CN117519103A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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