城轨车辆电气柜故障诊断方法研究

城轨车辆电气柜故障诊断方法研究

毛玉玉李亚超兰宏光

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

摘要：近年来，城轨车辆电气柜故障诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了系统总体设计，并结合相关实践经验，分别从系统硬件设计、软件设计等多个角度与方面，就该课题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：城轨车辆；电气柜；故障；诊断

1前言

作为一项实际要求较高的实践性工作，城轨车辆电气柜故障诊断的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对电气柜故障诊断方法的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。

2概述

城轨车辆电气柜是轨道交通中保障安全的基础设施，是影响轨道运输质量和可靠性的关键技术设备。电气柜投入使用前如果不经过故障的检测和排查，会给企业生产经营带来很大的损失，而且也给调试带来了困难。而传统人工检测的方式面临效率低、可靠性差等问题，已经不能满足时代的需求，因此，寻找一种支持自动在线故障检测和定位且能适用于不同结构电气柜的故障检测方法具有重要意义。城轨车辆电气柜中存在着大量的继电电路，故障征兆往往只能通过测试点的电压信号来判断，其表现形式单一，但电路内部大多又是多输入多输出的复杂结构。针对小型电路而言，可以使用群举测试法将可能存在的输入信号全部输入至待测电路作为测试码进行对比测试。然而，电气柜中信号输入点与信号输出点较多，群举法必然会暴露测试码过多、测试效率低的缺点，同时也给仿真模拟响应信号带来很大难度。针对这一现状，将电气柜电路网络进行子网络划分后有效地减小了输入点与输出点的规模，组合测试效率大大提高。

3系统总体设计

3.1系统总体设计目标

为了保证本文研究的地铁车辆控制系统电气柜自动测试系统较好满足使用需求，本文为该系统设计了适应地铁控制系统不同规格电气柜的测试任务、能确定被测电气柜是否合格、对于不合格的电气柜需进行故障定位三方面目标。

3.2系统总体设计方案

本文研究的地铁车辆控制系统电气柜自动测试系统分为系统层、管理层和测试层，而为了保证被测电气柜的故障的较好确定，系统层需要负责被测电气柜的设计清单分析，测试层负责具体测试与相应数据采集，而系统层进行采集结果与期望输出结果的对比，表1对系统层、管理层和测试层的设备与功能进行了详细表述。

4系统硬件设计

为了较好地完成本文就地铁车辆控制系统电气柜自动测试系统设计展开的研究，我们需要明确这一系统的硬件设计，本文将这一硬件设计分为系统通信设计、系统测试电源管理设计、采集输出板卡设计、电气采集控制箱设计底板设计、通信控制板卡设计、电源管理板卡设计6个部分。

4.1系统通信设计

对于本文研究的地铁车辆控制系统电气柜自动测试系统的通信方案设计来说，系统层和管理层的通信方式、管理层和测试层的通信方式是这一设计的主要内容。在系统层和管理层的通信方式设计中，选择了组建通信总线的设计方法，这一设计方法能够较好地满足系统层和管理层通信频率高、数据大以及较高通信质量要求的需求；而在管理层和测试层的通信方式设计中，则选择了RS485用于两层次之间的通信，之所以选择RS485，主要是因为其具备较为优秀的抗干扰能力与可靠性。

4.2系统测试电源管理设计

在系统测试电源管理方案设计中，本文确定了使用DC24V进行地线导通测试、进线端导通测试、普通点导通测试的设计，而在逻辑功能测试的测试电源选择中，则为其准备了视被测电气柜工作电压而定的设计。

4.3采集输出板卡设计

在本文研究的采集输出板卡设计中，本文选择了MSP430系统单片机作为主控芯片，这一单片机本身具备体积小、功耗低、开发简易、易于扩展等优点，能够较好地满足本文研究系统的功能需求。在完成芯片的选择中，我们还需要展开采集输出板卡、采集输出板卡最小系统、采集输出板卡端口复用电路、釆集输出板卡地址识别电路等内容的设计，介于篇幅原因本文只對采集输出板卡整体设计进行简单描述。在采集输出板卡整体设计中，本文选择了MSP430F149的单板控制系统，通过将这一系统与测试电压输出和采集回路、地址识别电路、RS485通信电路、电源转换电路的连接，我们就能够完成这一部分的简单设计。

4.4电气采集控制箱设计底板设计

在电气采集控制箱设计底板设计中，为了较好地实现10块采集输出板卡和1块通信控制板卡的控制，本文为其设计了一种11卡槽的底板，而将这一底板与板卡的通信与电源进行联系，我们就完成了这一部分内容的设计。

4.5通信控制板卡的设计

在本文研究系统的通信控制板卡的设计中，这一设计需要实现通信转发与箱体的测试电源进行管理，而为了实现这一目标本文选择了TMS320LF2407这一面向控制领域的特殊芯片，而通过这一芯片具备的强大存储空间、较低功耗、较高执行速度、可扩展的外部存储器、先进的总线结构，这一通信控制板卡的设计就将实现更好地展开。对于通信控制板卡这一环节的设计来说，在确定主控芯片后，其本身还包括着通信控制板卡整体设计、最小系统设计、串行口通信电路设计、CAN总线通信电路设计等内容，介于篇幅原因本文只对通信控制板卡整体设计进行简单论述。在具体的通信控制板卡整体设计中，这一设计需要基于TMS320LF2407单板控制系统展开，而通过这一系统进行电源转换电路、CAN通信电路、RS485通信电路、地址识别电路、110V/24V测试电源通断管理电路的控制就是这一设计的基本思路。

4.6电源管理板卡的设计

在本文研究系统的电源管理板卡的设计中，这一设计仍旧需要以TMS320LF2407芯片为根本展开。在这一电源管理板卡的整体设计中，其本身与通信控制板卡总体设计相似，而测试电源检测电路的设计是这一设计的中心环节。在测试电源检测电路设计中，这一设计主要包括正常测试电压范围确定、电压测量方法、测试电压检测的电路设计、检测原理、比较器芯片、确定分压电阻等内容，这其中本文确定了DC23V到DC25V之间的正常测试电压范围。

5系统软件设计

5.1系统工作流程

在系统软件的工作流程设计中，本文确定了上电初始化、确定测试指令、发送控制指令、根据指令输送测试电源、解析并转发控制指令、根据指令输入测试电压、釆集测试响应、上传釆集结果、分析采集结果并确认故障、发送结束指令这一具体的工作流程。

5.2系统通信协议制定

在系统通信协议制定中，本文确定了8个字节为一倾指令信息的通信格式，这一通信格式包含顿头、通信类型、通信设备的ID、通信校验字节以及顿尾等内容。而在系统通信流程设计中，笔者确定了系统自检、测试类型下达、测试节点上电信息下达、真值表下达、测试前自检指令下达、闭合指令下达、闭合查询指令下达、测试结果查询指令下达、停止指令下达、故障停止指令下达的测试流程。

5.3系统层设备程序设计

在系统层设备程序设中，本文确定了上位机应用软件负责系统管理、界面开发、逻辑处理模块、逻辑测试、通信模块、数据库管理模块的软件功能。

6结束语

综上所述，加强对城轨车辆电气柜故障诊断方法的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的城轨车辆电气柜故障诊断工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献

[1]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.2017（11）：60-61.

[2]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.2017（01）：115-116.

[3]杨滨瑞.地铁车辆火灾报警及灭火联动控制系统的研究[D].北京交通大学.2016（21）：88-89.