1、调压开关试验系统设计,专 业：测控技术与仪器 导 师： 殷 红 答辩人：赵建利,设计的任务、目的和意义,SS3型电力机车调压开关是集机械、电器于一体的大型电器部件，它的各接触元件开闭角逻辑关系相当重要。如逻辑关系不当，有可能造成调压开关“放炮”、触头严重烧损、机车“窜车”，甚至发生“机破” 等事故。在对SS3型电力机车的日常检修工作中，调压开关的角度是十分重要的指标之一，是有机控制电力机车的核心部分，调压开关的角度值是调压开关正常工作的关键，正确调整调压开关角度的前提是检测其误差，我国机车每3年就需要停车检修，而调压开关的测试是必检的重要项目，且我国铁路机务段很多机车在两年就达到必检公里数，在
2、提前进行必检和事故机车检修时，经常需检测压开关的角度值，确保调压开关以及整个控制系统的作用性能良好，将直接关系到电力机车的运行安全。因此，假修期间的检修对调压开关乃至整个电力机车的正常运行起到了很重要的作用。,本设计正是针对SS3型电力机车调压开关的检修工作而进行的，主要研究的内容如下：了解机务段检修工作的现状和发展趋势，熟悉SS3型电力机车调压开关的功能、基本结构和基本工作原理，进行系统总体方案的设计、优选、确定，进行系统的硬件配置选择和软件设计以及软件的调试检验。而这些要求里面需要重点研究的问题包括掌握调压开关的工作原理、编制应用软件、模拟调压开关实验监控过程、关注通过实验测得的有关数据从
3、图和表等多角度分析调压开关各触头的开闭逻辑关系并进行误差分析，以供检修人员参考。该实验台用于检测SS3型电力机车的调压开关的工作是否正常及其存在的故障，从而使维修工作人员能够轻松的获得各种数据，给维修带来了极大方便。,二、数据采集系统的硬件组成框图,信号处理与光电隔离,信号处理与光电隔离,开关状态传感器,旋转角度传感器,被 测 对 象,工业控制计算机,数 据 采 集 卡,信号处理与光电隔离,信号处理与光电隔离,开关状态传感器,旋转角度传感器,被 测 对 象,信号处理与光电隔离,信号处理与光电隔离,开关状态传感器,旋转角度传感器,被 测 对 象,工业控制计算机,数 据 采 集 卡,在硬件方面，工
4、业控制计算机是整个系统的核心，完成来自数据采集卡的数据的处理，对调压开关试验系统的实时检测和控制，试验过程中试验各个触头闭合、断开状态和主凸轮轴旋转角度的实时显示，试验处理数据的图形绘制和误差分析等。本系统在设计时并没有安装光电编码器等传感器直接测量主凸轮轴旋转角度，因为轻微的外部振动和干扰会引起编码器错误的输出信号，这样即使欲采用其他的信号处理电路等措施解决此问题，但是实践证明效果较差，所以本系统采用电磁传感器通过测量伺服电机的旋转角位移来间接测量凸轮轴的旋转角度，旋转角度传感器（电磁传感器）的作用是实现对驱动调压开关的伺服电机的角位移的检测，从而间接实现对主凸轮轴的转动角度的检测（因为他们
5、之间有固定的传动比）。此传感器处理分辨率 100HZ-10MHZ的方波信号，误差为正负一个脉冲。从现场应用情况看，效果很好，而且系统成本较低。,调压开关实验系统的技术难点：,调压开关实验系统的技术难点：1)如何保证调压开关实验系统在任何情况下不打齿轮。以确保检修后的调压开关不会因为试验检测而使得本来就检修合格的开关造成破（这也是在此之前的试验装置不能在现场应用的主要原因之一）。2)如何实现每一级位，准确停车、定位。调压开关共有8级，实现对电力机车8种速度的控制。如果调压开关在电力机车运行过程中出现级位不准，严重的话会出现“窜车”，“放炮”等严重影响机车正常运行的后果。3)如何确保系统输入输出信
6、号在干扰环境下正常工作。因为调压开关试验台放置在有中频干扰，以及其它高电压电器设备存在的高电磁干扰的场合。因此为了确保系统的可靠稳定的工作，我们在硬件和软件两方面进行一定的避错、容错和抗干扰处理措施。,三、系统的软件设计,本系统监控机运行平台Windows XP，编程软件采用Microsoft Visual Basic6.0（企业版）编程，数据库采用Microsoft Access关系型数据库。软件系统主要是通过Visual Basic编制的应用程序通过实时地调用PCI总线多路数据采集卡（48路隔离数字量I/O，3个定时/计数器）PCI-1751的动态链接库DLL采集电力机车调压开关试验系统所
7、需的相关检测信息，并放入数据库ACCESS。试验结束后系统自动根据采集的调压开关检修数据完成采集数据的分析和图形处理，以达到对机务段调压开关检修的指导作用。监控机通过工业以太网与工厂信息管理系统进行远程数据访问，实现了信息资源的共享。系统软件结构图如下图所示,软件主要功能介绍：1）逐级进退检修人员要在每一级位仔细查看调压开关主触头、弧触头、左右凸轮上连锁触头的连锁关系。2）误差图形分析试验结束后，便可以进行检修误差分析，利用此功能可以对触头闭合表；逻辑关系闭合表；左、右凸轮闭合关系表，自动生成，并自动分析检修过程中的误差以及误差发生的部位，及时通知维修人员进行调整。3）开关状态实时显示监控系统
8、可以在试验过程中实时显示开关的闭合、断开状态。这样操作员可以在直接通过计算机屏幕直接查看各触头在不同时刻的状态。4）数据库查询如果检修人员特别关注某些触头的闭合、断开情况以及对应的主凸轮轴角度，就可以通过此功能模块进行。此模块提供了多种查询方式。5）检修数据上网传送由于本试验系统是某机务段整个系统的一个组成部分，可以把检修数据通过网络传送到检修质量控制中心以便对检修质量进行监督和控制，逐步实现对机务段设备检修的“无纸化” 要求。其中检修结果检验是整个软件系统中的核心模块，作用是实现上位工业控制计算机对调压开关数据与状态的实时监控，并且把检测到的数据放入数据库，以便进行后续的图形分析和数据上网发
9、送。本系统的重点内容是绘制调压开关触头闭合表的绘制，下面我们是本调压开关系统根据采集到的数据绘制的闭合表,四、数据库查询模块的片断,五、总结,本论文从满足现代科技与生产对测试技术的需求出发，结合现代测试技术发展趋势进行探索研究。根据我们的调研，目前机务段内还没有成型的产品，对电力机车调压开关各项参数进行系统地检测。在很多时候，对需要维修的调压开关的检测，还停留在人工的基础上。该调压开关实验系统的研制成功，大大地减轻了现场工人的劳动强度，提高了检测参数的精度。与传统单片机系统相比，本系统采用可靠性很高的工业控制计算机，使得信号的处理速度和可靠性更高。整个系统采用先进的电气技术,高性能的集成器件,
10、经精心优化设计,使整机有运行比较平稳、抗干扰强、性能比较可靠、完善等优点。整套装置结构简单,运行可靠,使用维护方便。主要具有以下特点：1）各路信号均经过信号调理通过数据采集卡PCI1751后送入微机，所以信号的抗干扰能力强2）实验台操作方便简单。本系统把复杂的工作放在系统内部，对操作人员而言，只需在操作之前进行简单的接线，数据直接显示，直观方便，操作员稍做培训即可上岗。 3）可分别分析接触元件触头闭合表、左辅助凸轮触头闭合表、右辅助凸轮触头闭合表。根据记录自动绘制误差曲线，进行误差分析，以便及时解决问题。4）成本低，该系统并没有采用比较昂贵的器件，整个系统的成本很低，但是却能很好的完成既定任务，具有一定的经济性。5）具有一定的抗干扰能力和可靠性。本系统在设计时并没有安装光电编码器等传感器直接直接测量主凸轮轴旋转角度，因为轻微的外部振动和干扰会引起编码器错误的输出信号，即使了措施解，但是效果较差，所以本系统采用电磁传感器通过测量伺服电机的旋转角位移来间接测量凸轮轴的旋转角度。效果很好，成本较低。 所以综上所述，本调压开关实验系统性能较好，可维护性良好，具有一定的实用性! 基本实现了测试目的。,论文讲述完毕，下面进行程序的演示,
