1 自动测试工装的硬件结构设计

  车载设备整机自动测试工装采用模块化设计方式,测试工装由上位机、虚拟列车系统(Virtual Train System,VTS)、测试接口箱、通信测试辅助设备和电源系统组成,如图1所示。

  测试工装上位机主要通过运行测试软件实现测试指令发送、测试结果判决、测试进程管理等功能。

  VTS设备是整个测试工装的核心。VTS将上位机的测试指令译码后传递给被测设备,并根据测试指令输出电平信号、脉冲信号和模拟信号等。同时采集被测设备的数字输出量、模拟输出量和通信报文,转换成报文信息反馈给上位机。

  VTS设备由3个处理器及相关接口适配电路构成,其中核心处理器为TI 公司生产的Cortex-M3系列ARM核心CPU,两个辅助处理器为Xilinx公司生产的Spartan 6系列FPGA;两个辅助处理器通过通信接口分别与CPU互连,完成数据交换。高性能处理器的选取使VTS具备良好的运算速度,协同处理的硬件结构能够保证采集、驱动信号的实时性。

  VTS设备提供了丰富的接口资源,如表1所示。

  测试接口箱实现了VTS单元与被测车载设备间的接口适配。通过配置不同类型的测试接口箱,可以实现不同型号的被测车载设备与测试工装的互联功能。

  测试工装的电源系统将输入的220 V交流电转化成稳定的110 V、24 V和48 V直流电源,分别用于被测设备、VTS和通信测试辅助设备的供电。这些电源之间相互隔离,并配置了保护措施,防止短路、过流等故障,大大提高了实验装置的安全性。

  若车载系统中配置了车地通信(Train Wayside Communication,TWC)设备,测试工装需要配置通信测试辅助设备。通信测试辅助设备能够根据通信协议实现FSK信号的编码和解码功能,完成与车载TWC系统之间的双向通信功能测试。

2 自动测试工装的软件设计

  自动测试工装的软件分为上位机软件和下位机软件两部分。

  上位机软件采用用户界面形式自动控制整个测试过程。测试人员输入系统备份的用户名和密码后,登录主测试界面,通过主测试界面可以方便的进行测试项目的选择、测试轮次的设定等操作。测试开始后,上位机软件按照设定的测试参数自动执行测试操作,无需人工干预,测试人员可随时手工停止测试操作。测试完成后,测试人员能够直观、快速的获得测试结果、测试日志等相关信息。上位机软件还为测试管理人员设置了测试信息管理、报表查看、账户维护等管理功能。

  下位机软件主要指运行在被测车载设备主控单元的应用软件。下位机软件与车载应用逻辑无关,主要功能是在上位机软件的控制下,实现多信号量的处理功能,包括:数字I/O信号、数字脉冲信号,模拟信号,通信总线信息等。

  上位机和下位机之间协同工作实现整个测试流程,如图2所示。

3 自动测试工装的功能特点

  1) 自动测试工装能够保证测试过程的真实性和有效性。自动测试工装以车载ATP/ATO设备的外部功能为出发点,按照真实的车辆外部接口电路原理搭建,保证测试的真实性。同时,自动测试工装可以通过人工校验的方式,对测试工装的控制指令、控制信号、采集结果等进行验证,保证测试的有效性。

  2) 自动测试工装能够对车载ATP/ATO设备进行全面整机测试。应用本套测试工装能够发现以下典型故障,如表2所示。

  3) 自动测试工装具有完善的测试报告输出功能。自动测试工装能够在测试记录中清晰地体现机柜编号、操作人员、测试时间、测试次数、每个测试项目的测试结果以及测试通过率等信息,测试管理员可以在软件后台配置测试记录模板的样式和内容。

  4)自动测试工装具有操作简单、测试效率高等特点。自动测试工装与既有工装的优缺点对比如表3所示。

4 自动测试工装的应用

  以重庆地铁5号线应用的车载ATP/ATO设备作为被测设备进行整机测试,验证试验台的可行性。

  4.1 ATP/ATO车载设备构成

  重庆地铁5号线采用的信号系统为FZL300型CBTC系统。车载ATP设备配置电源板、主控板、输入板、输出板、通信板、以太网板、记录板和相应的接口板。

  车载ATO设备配置电源板、输入板、输出板、主机板和通信接口板。

  车载设备还配置电源防护、转换电源盒和紧急制动继电器盒等板卡。以上板卡在进行整机测试前已经通过了单板功能测试,需要在整机测试的功能如表4所示。

  4.2 测试配置

  自动测试工装支持后台修改配置文件的方式,对测试项目、测试期望结果进行设定。

  配置文件包括软件和硬件资源的映射关系信息,如:“ATP激活”信号由柜内配线对应到ATP输出第8通道,接口箱将其映射到VTS输入第6通道,根据上位机、VTS和下位机之间的通信协议,在配置文件中应建立以下配置项:“测试类型标识”为“ATPO”;“控制帧数据”控制ATP输出第8通道电平信号;“反馈帧数据期望值”设定VTS采集到第6输入通道的电平信号。

  配置文件还能够灵活设定测试周期等测试参数。

  4.3 测试结果

  应用上述测试工装对车载ATP/ATO设备进行整机测试,测试项目包括表2中的全部待测量,设定测试基础周期为100 ms。

  测试人员连接设备后即可开始测试,完成一轮整机测试的时间不超过5 min,能够满足整机测试需求。测试过程中,测试工装运行稳定,性能良好。

5 结语

  本文设计了一套车载ATP/ATO设备整机自动测试工装,并成功对FZL300型车载设备进行了测试。

  目前,该测试工装已经成功应用在重庆地铁5号线、北京地铁8号线等项目,涉及工厂生产、型式试验等诸多阶段。在以上应用过程中,自动测试工装简化了整机测试操作,大幅度提高生产效率,降低生产人员的劳动强度,还有效地保障了测试质量。

  自动测试工装的硬件结构清晰,软件测试项目配置灵活。通过较小范围的硬件适配(如:接口箱配线),对测试配置文件的简单修改,无需修改上位机软件,测试工装即可适配多个制式、不同工程的车载ATP/ATO设备。

  “工欲善其事,必先利其器”,随着城市轨道交通的大发展,本测试工装必然会在城轨车载ATP/ATO设备的生产和试验过程中发挥出更重要的作用。

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