地铁轨道车辆控制系统电气柜自动测试系统的设计与实现

地铁轨道车辆控制系统电气柜自动测试系统的设计与实现

发表时间：2018-09-18T10:54:59.680Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：蒙朝[导读] 摘要：地铁在今天城市生活中发挥着非常重要的作用，而地铁控制系统由各种电气柜组成，电气柜的可靠性直接影响地铁乘客出行的安全，但传统的人工检测、测试电气柜效率低且不可靠。

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摘要：地铁在今天城市生活中发挥着非常重要的作用，而地铁控制系统由各种电气柜组成，电气柜的可靠性直接影响地铁乘客出行的安全，但传统的人工检测、测试电气柜效率低且不可靠。本文旨在设计电气柜自动测试系统，提高检测地铁电气柜的效率与可靠性。

关键词：地铁控制系统；电气柜；自动测试

我国地铁建设、发展势头迅猛，有资料显示，2017年全国已有40个城市拥有地铁交通，北京地铁年乘客量已经超过45亿人次，上海日均地铁客流量超过4548万人次[1]。地铁已经成为城市交通的地下血脉，地铁安全关系到城市的正常运转。

地铁车辆控制系统是地铁的大脑，它负责地铁的正常运行，掌控地铁的速度、灯光、制动、开门关门等等动作。在控制系统中，都有一个电气柜。在电气柜内部，逻辑元件（主要包括继电器、断路器、接触器等）根据特定组态连接，组成电子控制回路，自动控制地铁各部分运作。电气柜的输入输出点，一般达到几百个，甚至上千个[2]。控制系统通过电气柜内复杂有序的电子回路，向各个输入点发出各种信号，触发逻辑元件运作，实现对地铁运行的实时控制。因此，必须保证地铁控制系统内每一个电气柜的安全可靠。

现阶段主要依靠人工检测电气柜，对电气柜中所有回路一个个进行给定输入既输出测量，以测量获得正确输出反馈判定电气柜的可靠性。这种浪费了大量时间暨人力，还容易出现漏检、错检。——所以在地铁控制系统检测中引进自动化，设计电气柜自动测试系统，是非常有必要的。

一、电气柜自动测试系统的底板设计

地铁控制系统电气柜（电气采集控制箱）之中，有十块采集输出板卡、一块通信控制板卡，所有板卡共用一块DC24V工作电源的板卡。它们的RS485接口通过通信总线连接，实现串行通信。因此，我们设计１１卡槽的底板，将该板块上全部11块板卡的输入与电源连接并固定起来，再将电气柜标准插口端子与全部输出板卡的测试节点连接固定，引入A V220V电源，确保通信电源的可靠性与稳定。

二、通信控制板卡的设计

通信控制板卡主要分析、分解上位机输出的信号，再把它发送到测试层上每一个采集输出板卡。为保证通信控制板卡拥有较大的通信量、较高的通信频率，应该采用数字信号处理器来提高处理速度、保障测验可靠性。而更优化的方案，选择自带数字信号处理器的高级主控芯片——TMS320LF2407。这种主控芯片，数据吞吐率高，执行速度快，存储空间大，完全符合我们的要求[3]。

1、整体设计

板卡必须以TMS320LF2407最小系统为中心，设置双向性RS485串口通信电路（负责与采集输出板卡的通信）与CAN通信电路（负责与上位机通信），再串行地址识别电路与电源通断管理电路，最后为TMS320LF2407最小系统设置电源转换电路。

2、TMS320LF2407最小系统设计

它必须包括电源电路模块、时钟模块、PLL滤波电路、复位电路模块、JTAG电路模块、片外存储器扩展模块。电源模块负责添加输入、输出电容并进行滤波，选用3.3V与5V两种电源；复位电路一般选用10K以上电阻；时钟模块可以选用内部锁相环时钟模块，也可以完全由外部接入源晶体振荡器的时钟信号；选用较小的外部晶振，设计锁相环电路；整体电路设计外接20MHz晶振；选用IS61LV6416作片外存储器，因为它的存取时间快至8ns；JTAG电路模块要确保信号上升时间小于10us。

3、通信控制板卡串行口通讯电路设计

采用RS485串行通信方式，实现通信控制板卡与逻辑采集板卡的通信。选用CAN总线，通过多主串行通信协议，实行短帧方式，实时通信。TMS320LF2407内部有eCAN总线通信接口，可以以1MB的速率传输数据。

4、通信控制板卡测试电源通断管理电路

不论采用110V还是24V测试电源，在测试时都要将电气采集箱测试电源总线GND端闭合。继电器耐压值必须超过110V，继电器极限电流值必须大于5.2A，继电器线圈电压必须为DC24V。设计驱动电路，必须将外围电路与最小系统完全隔离。

5、通信控制板卡地址识别电路设计

在系统中，一共有5个电气采集控制箱，每个电气采集控制箱，又各有一块通信控制板止。因此必须对每块板卡地坛进行编号，使用拨码电路，定义板卡地址。

三、电源管理板卡的设计与实现

电源管理板卡的功能是根据上位机发出的指令管理测试电源。因此，首先选择相同的TMS230LF2407芯片作为主控芯片，保证设备的一致性。在整体设计上，电源管理板卡也应该以TMS320LF2407最小系统为中心，设置双向性CAN通信电路与测试电源检测电路，再串行地址识别电路与电源通断管理电路，最后为TMS320LF2407最小系统设置电源转换电路。测试电源通断管理电路的开关元件，一般选择负载电流较大的接触器[4]。

四、采集输出板卡的设计

1、选择主控芯片

采集输出板卡不需要复杂的数据计算，只需要进行大量信息的接收、发送和对开关元件的简单操作。因此，通常选用MCU为主控芯片。我们选用MSP430，它数据处理能力强大，可靠性高。

2、整体设计

以MSP430F149最小系统为中心，设置双向测试电压输出和采集回路暨双向RS485通讯电路，再串行设置电源转换电路与地址识别电路。

3、MSP430F149最小系统设计

单片机最小系统，麻雀虽小，五脏俱全，包括电源电路、时钟电路、复位电路。

3.1 电源电路

选用DC/DC模块作为本最小系统的电源，并为模块的输出端、输入端添加两个0.01uf电容滤波，再加上一个100uf电容，稳定模块输入电压。

3.2 时钟电路

选用8MHZ晶振，保证芯片内每个部件自动协调运行。

3.3 复位电路

设置低电平与下降沿复位两种复位方法，保证手动复位。

4、采集输出板卡串行口通讯电路设计

为了将MSP430F149单片机发出的串行信号转换成RS485标准信号，需要设计转换电路。我们选用MAX3485芯片充当转换电路。它的电压符合采集输出板卡最小系统的3.3V工作电压。

5、采集输出板卡端口复用电路设计

采集一路输出电路，必须使用4个继电器。每一个采集输出板卡必须采集20路输出电路，这就需要80个继电器。因此，采用端口复用，让单片机在不同时间完成对全部输出口的状态采集

6、采集输出板卡地址识别电路设计

每一个电气柜有十块采集输出板卡，必须为每一个板卡分配一个通信地址，保证采集输出板卡与通信控制板卡之间的通信。我们选用外部拨码识别电路进行板卡地址确定。

结束语

本文详细阐述了电气柜自动测试系统的设计，希望能够为广大同行提供帮助。同时，欢迎同行们提出宝贵批评意见，互相交流。

参考文献：

[1]王欢.地铁轨道车辆控制系统电气柜自动测试系统的设计与实现[J].科技风，2017（25）：7.

[2]周曼冬.地铁车辆控制系统电气柜自动测试系统设计[J].中国新技术新产品，2017（12）：8-9.

[3]杨利利.地铁车辆电气柜逻辑检测系统的软件设计与研究[D].南京理工大学，2014.

[4]张柏龙.地铁车辆电气柜逻辑测试仪图形处理与远程测试技术研究[D].南京理工大学，2014.