摘 要: TCU（牽引控制單元）是德制地鐵機(jī)車的關(guān)鍵設(shè)備。在維修過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行離線測(cè)試，但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)配套的TCU測(cè)試系統(tǒng)，為此本文實(shí)現(xiàn)了一種TCU測(cè)試系統(tǒng)，利用PC機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)TCU的離線測(cè)試。 關(guān)鍵字：虛擬儀器，Labview，TCU，上海地鐵，測(cè)試 1. 引言 　　TCU[1]（Traction Control Unit，牽引控制單元）是上海地鐵直流機(jī)車[2]的關(guān)鍵設(shè)備，它是一種模塊化的帶有微處理器的控制單元，用于控制地鐵直流機(jī)車斬波器的工作，以實(shí)現(xiàn)合理有效的牽引和制動(dòng)。在TCU定期維護(hù)和維修過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行離線測(cè)試。目前TCU均依靠進(jìn)口，十分昂貴，國(guó)內(nèi)尚無(wú)配套測(cè)試系統(tǒng)。 　　為此，我們針對(duì)上海地鐵一號(hào)線的直流機(jī)車TCU研制了一整套的測(cè)試系統(tǒng)，它基于虛擬儀器技術(shù)，采用了美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments）的圖形化編程語(yǔ)言Labview[3]以及該公司提供的數(shù)據(jù)采集及控制板卡。該測(cè)試系統(tǒng)可以在TCU離線的情況下，實(shí)時(shí)提供地鐵機(jī)車在牽引、惰行、制動(dòng)等運(yùn)行工況下相應(yīng)的TCU輸入信號(hào)，并對(duì)TCU在相應(yīng)工況下的輸出波形進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄，從而實(shí)現(xiàn)TCU的離線測(cè)試，有助于對(duì)TCU性能做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，提高TCU的維修效率。 2. TCU工作原理 　　TCU工作原理如圖1所示。它的控制核心是SIBAS十六位微機(jī)，TCU內(nèi)部帶有存儲(chǔ)器，通過(guò)總線和模擬量接口、數(shù)字量接口、斬波器觸發(fā)監(jiān)控模塊聯(lián)系。機(jī)車運(yùn)行時(shí)，司機(jī)通過(guò)手柄發(fā)出牽引、惰行、制動(dòng)等指令，TCU接受指令，根據(jù)不同運(yùn)行工況發(fā)出各種控制回路繼電器、主回路接觸器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并接受它們的觸點(diǎn)反饋信號(hào)，同時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、牽引電機(jī)電樞電流、列車速度等信號(hào)。TCU通過(guò)控制斬波器各個(gè)GTO的觸發(fā)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)合理有效的牽引;通過(guò)驅(qū)動(dòng)主回路接觸器改變主電路的通路來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)方式。 [align=center] 圖1. TCU工作原理[/align] 3. 測(cè)試原理及系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn) 　　TCU測(cè)試系統(tǒng)是以PC機(jī)為核心，應(yīng)用NI公司的高速數(shù)據(jù)采集卡PCI-6014實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。 TCU測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。PC機(jī)為控制系統(tǒng)的核心單元，用于發(fā)出控制指令，同時(shí)采集反饋信息。PCI-6014是基于PCI總線的16位多功能高速數(shù)據(jù)采集卡，提供16路單端或8路差分模擬輸入，2路16位模擬輸出，最高采樣率是200kS/s。同時(shí)提供8路數(shù)字1/0線和2個(gè)24位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。PCI-6014附帶NI-DAQ驅(qū)動(dòng)軟件，提供Labview語(yǔ)言的強(qiáng)大編程接口，使用方便。 　　在TCU測(cè)試系統(tǒng)中，TCU運(yùn)行所需的信號(hào)都由PCI-6014的各個(gè)通道給出。手柄信號(hào)和各傳感器輸出的模擬量信號(hào)由PCI-6014的模擬輸出通道（AO，Analog Output）實(shí)現(xiàn)，由于PCI-6014 AO通道輸出功率有限，輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)由運(yùn)放組成的功率放大模塊再輸入到TCU;接觸器、繼電器觸點(diǎn)應(yīng)答信號(hào)和斬波器監(jiān)控信號(hào)為110V的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，由PCI-6014的數(shù)字輸出通道（DO，Digital Output）實(shí)現(xiàn)，由于DO輸出為TTL電平，最高+5V，必須經(jīng)過(guò)由光耦隔離、MOSFET放大組成的幅值、功率放大模塊再輸入TCU;TCU輸出的接觸器、繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須經(jīng)過(guò)由光耦隔離組成的信號(hào)變換、隔離模塊才能通過(guò)PCI-6014的數(shù)字量輸入通道（DI，Digital Input）采集。TCU發(fā)出的斬波器各個(gè)GTO驅(qū)動(dòng)信號(hào)則由PCI-6014的模擬量輸入通道（AI，Analog Input）采集。 [align=center] 圖2. 測(cè)試系統(tǒng)框圖[/align] 4. 測(cè)試系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 　　4.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 　　TCU測(cè)試系統(tǒng)軟件在Labview平臺(tái)下開(kāi)發(fā)。它是基于圖形化編程技術(shù)的軟件，采用接近于流程圖的編程方式。用Labview開(kāi)發(fā)的軟件稱做“虛擬儀器”，其用戶界面類似于傳統(tǒng)儀器面板，通過(guò)操作用戶界面上的控件，就可以實(shí)現(xiàn)各種功能，跟真實(shí)的儀器一樣。在NI-DAQ驅(qū)動(dòng)軟件的基礎(chǔ)上，Labview與數(shù)據(jù)采集卡的輸入輸出的接口很容易實(shí)現(xiàn)，能快速完成數(shù)據(jù)的采集與輸出。 　　4.2 軟件設(shè)計(jì) 　　測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PC機(jī)先提供TCU啟動(dòng)所需的信號(hào)，使TCU啟動(dòng)起來(lái)。然后，測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，提供典型運(yùn)行工況下TCU所需的各個(gè)信號(hào)，包括網(wǎng)壓，電流，速度，載荷等，采集TCU輸出的各個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)并給出各個(gè)繼電器相應(yīng)的觸點(diǎn)反饋信號(hào)，同時(shí)實(shí)時(shí)采集斬波器各個(gè)GTO的觸發(fā)脈沖信號(hào)， 并在前面板上顯示，采集的信號(hào)可存入文件，以備以后分析使用。 5. 結(jié)束語(yǔ) 　　TCU測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為車輛維修人員測(cè)試TCU提供了很好的操作平臺(tái)，提高了TCU維修的效率。測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，有助于分析和研究TCU的控制策略和運(yùn)行機(jī)理，有助于TCU的國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)也為進(jìn)一步研制包括TCU、斬波器和主回路的直流機(jī)車綜合測(cè)試臺(tái)打下了基礎(chǔ)，對(duì)于研制交流車輛的TCU測(cè)試臺(tái)也有一定的借鑒意義。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 沈濤，王穎峰等，地鐵牽引控制單元TCU故障診斷建模與應(yīng)用, 鐵道機(jī)車車輛, 2003年第23卷第5期 　　[2] 王曰凡，上海地鐵車輛，電力機(jī)車技術(shù)，2001年第24卷第3期 　　[3] 羅成漢，解源，王飛，基于Labview的鋼桿裂紋定量識(shí)別技術(shù)的研究，微計(jì)算機(jī)信息，2003年第19卷第8期