应用领域：动车组制动控制单元、电路板检测、故障诊断、信号采集
挑战：制动控制单元(Brake Control Unit，BCU)是动车组制动控制系统的核心部件，担负着制动力计算、电空联合制动演算控制、防滑控制、空压机控制、通信、监控以及故障处理等任务。目前对BCU的检测诊断集中于BCU设备整体功能检测，一旦设备存在故障，无法定位故障电路位置，最终可能导致整个设备损坏，并增加维修成本甚至危及动车组的可靠安全稳定运行。因此研制开发高集成度、自动化、智能化单板故障测试与诊断系统，用于大批量产品的出厂检测和定期维护维修，具有重要的实际意义和经济价值。
应用方案：本试验台设计实现对动车组制动控制单元的单板测试，可实现电源板、接口板、防滑板、CPU板、通信板的功能测试。本测试系统采用自上向下逐层设计的方法与自底向上逐层实现的方法相结合的技术解决方案。首先在明确被测试对象特征和测试任务的前提下，自上而下分析系统总体结构的层次模型，建立系统的总体设计框架，根据设计目的及功能的不同，进行分模块设计和软硬件划分，对测试系统的软、硬件进行总体设计。其次，在测试系统实现过程中，在搭建测试系统的基本应用框架的基础上，完成对基本数据结构的定义及各模块之间的接口定义，然后由基本模块开始，完成对关键模块的设计，再逐步完成其它模块的设计，最后设计完成整个测试系统。
使用的产品：
LabVIEW 2009 软件开发平台
PXI-1045机箱
PXI-8108嵌入式控制器
PXI-4070数字万用表
PXI-2503矩阵继电器开关
PXI-2566大电流继电器开关
PXI-2570多通道通用继电器开关
PXI-6528数字量输入输出模块
PXI-6723模拟量输出模块
PXI-6220模拟量输入模块
PXI-6602计数器/定时模块
PXI-2575开关模块
以及配套的接线盒和线缆
正文：
一. 引言
近年来高速铁路迅速发展，高速列车运行的安全性备受人们的关注，因此高速列车制动系统的可靠性显得更为重要。制动控制单元是高速动车组制动控制系统的核心部件，担负着制动力计算，电空联合制动演算控制、防滑控制、空压机控制、通信、监控以及故障处理等任务。目前对BCU的检测集中于BCU设备整体功能检测，一旦设备存在故障，无法定位故障电路位置，最终可能导致整个设备损坏、增加维修成本等后果。因此研制开发高集成度、自动化智能化单板故障测试系统，用于大批量生产产品的出厂检测和维护维修，并应用电路板故障诊断技术对BCU制动控制单元进行单板测试及故障电路定位有重要的现实意义。
针对BCU大容量的数据采集工作，以及铁路高可靠性的测试需求，采用传统基于分立测量与数据处理设备的将受到数据传输速率、设备占地面积以及测试环境等条件的制约。本试验台采用NI公司基于PXI总线的数据采集系统，通过PXI嵌入式控制器配合数据采集板卡，通过软件控制灵活的对各数据采集板卡进行功能配置，最大程度实现硬件的复用，极大地简化了系统结构，并提升数据传输速度，整个测试系统相对于整机测试系统具有更高的数据吞吐量和测试速率。
二. BCU单板检测系统的设计背景和开发理念
制动控制单元包括CPU板、接口板、防滑板、电源板和通信板五块电路板。图1是BCU的工作原理结构图，通过司机控制器、列车传感器和列车通信网络等传输的数据信息和指令信息，BCU进行复杂的制动计算和防滑计算，输出列车当前需要的制动力，并驱动中继阀和防滑阀，控制制动风缸完成列车制动。
图1 制动控制单元工作原理示意图
单板测试试验台根据人机交互界面输入信息，模拟传感器和列车网络传输的数据，模拟制动过程，经过运算后与数据采集系统检测到的数据进行比对，验证BCU各单板工作状态。主要包括三个方面的任务：首先是根据主控制器PXI-810的控制指令，数据输出板卡输出模拟量、数字量、PWM等信号至BCU各电路板，提供电路板工作的原始激励型号;其次是进行模拟运算，计算当前状况下BCU单板各路信号的输出值;最后还要对BCU单板输出进行高精度的采集，完成数据的比对、判别和存储。
系统设计主要遵循以下几个方面理念：
1. 充分发挥虚拟仪器技术的优势，采用软件配置代替硬件资源，对数据采集板卡硬件资源达到资源利用最大化;
2. 整体规划单板测试试验台软硬件资源配置，将测试测试内容划分为导通测试、特性测试、电压测量、模拟量输出回路测试、PWM频率/脉宽测试等10大类17个测试项，对不同电路板相同测试项目可合并为一组进行测试，以便硬件资源的重用和测试速度的加快;
3. 测试实现自动测试和手动测试，有条件的最大程度的向用户开放底层硬件控制权，方便二次开发;
4. 利用NI公司提供的基于Intel酷睿双核处理器T9400的高性能处理器主板，实现多线程操作，加快测试速率;
5. 测试智能化，系统支持测试数据保存打印，测试报告自动生成等辅助功能;
6. 采用触摸屏作为人机界面，界面丰富友好。
三. BCU单板测试系统的整体设计
在组建BCU自动测试系统时，必须考虑硬件平台的通用性与扩展性。整个平台能适应被测设备本身状态的变化，同时在现有硬件资源的基础上具有较强的扩展升级能力，并满足系统的小型化需求。本系统采用内嵌式控制方式以及3U的PXI模块，数据采集单元、信号模拟单元均基于PXI总线，并在PXI机箱内实现，这是整个自动测试系统的核心。
本系统采用内嵌式控制方式以及基于PXI总线的3U PXI数据采集模块，数据采集单元、信号模拟单元均在PXI机箱内实现。系统采用的PXI数据采集板卡及功能如下表所示(继电器、控制器除外)。
3.1 硬件的总体设计
本系统采用PXI总线，并引用PXI嵌入式工控机。在硬件资源方面采用基于PXI总线的功能强大的模块化虚拟仪器，充分发挥了PXI总线的优势，从而为电路板进行准确、快速的测试提供硬件保障。测试系统主要由以下几部分组成：主控单元主要对信号进行处理和分析，信号输出部分是给被测板提供激励信号，信号采集部分是采集被测板卡的输出信号，信号调理板是对信号进行调理及接口转换，电源部分是给被测试板卡、数字板卡及转接板供电。系统总体设计结构如图2所示。
表2是针对系统通用资源的最小所需通道数的统计。
本系统主要包括电源模块，五块被测板卡，一块转接板，一个PXI总线机箱，一个触摸液晶显示器和一台打印机等。被测板卡通过调理板卡与PXI总线机箱里的各种采集、输出、测量板卡进行连接，上层软件采用LABVIEW进行编程，实现系统的自动化测试，触摸液晶显示器是人机交互界面，打印机可以将测试结果进行打印输出。
图2 BCU单板测试系统结构图
3.2 软件的总体设计
测试系统的参数设定、仪器配置、测试激励的产生、响应数据的采集、测试结果的判断、故障定位和报表生成等，都是在系统软件的控制下完成的。本测试系统将动车组制动控制单元的检测细化到电路板级，本测试系统的软件设计遵循模块化设计原则，采用LabVIEW开发环境进行编程，采用软件编程方式极大限度的对硬件资源进行配置和使用，使系统的通用型、可重用性以及可拓展性得到极大的提高，设计了丰富的人机交互界面，保证试验操作直观简单，并且能实时显示测试数据、定位故障回路。
测试软件主要由电路板自动测试模块、测试信息维护模块、人机交互模块等三个模块构成，设计了包括测试过程管理控制软件、测试子程序以及数据管理等子程序，并可自动生成报表，便于查询与打印。软件主要功能模块示意图如图3所示。
