虚拟仪器在上海地铁TCU测试系统中的应用

　　1. 引言

　　TCU[1](Traction Control Unit，牵引控制单元)是上海地铁直流机车[2]的关键设备，它是一种模块化的带有微处理器的控制单元，用于控制地铁直流机车斩波器的工作，以实现合理有效的牵引和制动。在TCU定期维护和维修过程中，需要对其进行离线测试。目前TCU均依靠进口，十分昂贵，国内尚无配套测试系统。

　　为此，我们针对上海地铁一号线的直流机车TCU研制了一整套的测试系统，它基于虚拟仪器技术，采用了美国国家仪器公司(National Instruments)的图形化编程语言Labview[3]以及该公司提供的数据采集及控制板卡。该测试系统可以在TCU离线的情况下，实时提供地铁机车在牵引、惰行、制动等运行工况下相应的TCU输入信号，并对TCU在相应工况下的输出波形进行实时测量和记录，从而实现TCU的离线测试，有助于对TCU性能做出准确的评价，提高TCU的维修效率。

　　2. TCU工作原理

　　TCU工作原理如图1所示。它的控制核心是SIBAS十六位微机，TCU内部带有存储器，通过总线和模拟量接口、数字量接口、斩波器触发监控模块联系。机车运行时，司机通过手柄发出牵引、惰行、制动等指令，TCU接受指令，根据不同运行工况发出各种控制回路继电器、主回路接触器的驱动信号，并接受它们的触点反馈信号，同时监测电网电压、牵引电机电枢电流、列车速度等信号。TCU通过控制斩波器各个GTO的触发脉冲来实现合理有效的牵引;通过驱动主回路接触器改变主电路的通路来实现不同的制动方式。　

　　图1. TCU工作原理

　　3. 测试原理及系统硬件结构与实现

　　TCU测试系统是以PC机为核心，应用NI公司的高速数据采集卡PCI-6014实现的数据采集控制系统。 TCU测试系统结构如图2所示。PC机为控制系统的核心单元，用于发出控制指令，同时采集反馈信息。PCI-6014是基于PCI总线的16位多功能高速数据采集卡，提供16路单端或8路差分模拟输入，2路16位模拟输出，最高采样率是200kS/s。同时提供8路数字1/0线和2个24位计数器/定时器。PCI-6014附带NI-DAQ驱动软件，提供Labview语言的强大编程接口，使用方便。

　　在TCU测试系统中，TCU运行所需的信号都由PCI-6014的各个通道给出。手柄信号和各传感器输出的模拟量信号由PCI-6014的模拟输出通道(AO，Analog Output)实现，由于PCI-6014 AO通道输出功率有限，输出信号必须经过由运放组成的功率放大模块再输入到TCU; 接触器、继电器触点应答信号和斩波器监控信号为110V的开关量信号，由PCI-6014的数字输出通道(DO，Digital Output)实现，由于DO输出为TTL电平，最高+5V，必须经过由光耦隔离、MOSFET放大组成的幅值、功率放大模块再输入TCU;TCU输出的接触器、继电器驱动信号必须经过由光耦隔离组成的信号变换、隔离模块才能通过PCI-6014的数字量输入通道(DI，Digital Input)采集。TCU发出的斩波器各个GTO驱动信号则由PCI-6014的模拟量输入通道(AI，Analog Input)采集。