CN101963805A - 冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台，包含了冗余的主处理单元MPU、冗余的司机显示单元DDU、牵引控制单元TCU、辅助控制单元ACU、制动控制单元BCU、冗余的远程输入输出模块RIOM及相关硬线电路，本发明应用于符合EN50170标准的WorldFIP网络控制系统，可通过该半实物仿真平台完成验证网络参数、优化设计参数、完善设计软件的功能，能够通过单元互换测试远程输入输出单元的稳定性、验证DDU显示的正确性，为新型机车设计提供第一手设计数据。本发明可广泛用于铁路机车、地铁列车、城市轨道车辆等设计开发环节，也可用于高校教学领域。

Description

冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台
技术领域
本发明应用于符合EN50170标准的WorldFIP网络控制系统，是机车控制功能验证和开发的半实物仿真平台。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域，也可应用于高校教学领域。
背景技术
微电子技术和大功率半导体器件的快速发展促进了交流传动技术的飞跃发展，随着交流传动技术的不断发展，直流传动电力机车必将逐渐退出历史舞台，交流传动电力机车必将取而代之。
在我国，电力机车一直采用集中式控制方式，即现场所有信号的采集与控制都需要通过硬线连接到集中控制计算机上，随着计算机技术、网络技术的发展，网络控制技术也得到了快速发展，机车控制也从以往的硬线控制逐渐发展成为网络控制方式。网络控制因有其独特的优势，如：便于实现微机集中控制，便于故障诊断等，必将在机车控制领域中起着非常重要的作用。从上世纪末，国外先进的WorldFIP分布式网络控制技术开始引入我国，同时国内的部分电力机车也开始陆续采用WorldFIP分布式网络控制技术进行应用，但是我国自主研发的WorldFIP网络控制系统一直处于空白阶段，在交流传动电力机车的开发过程中，为了验证系统设计，优化设计参数，因此进行功能的仿真及网络系统的试验是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的半实物仿真平台设备，平台具有验证所有设备在线状态性能的作用，能够验证机车控制软件功能。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台，包含了冗余的MPU(主处理单元)、冗余的RIOM(远程输入输出模块)、冗余的DDU(司机显示单元)、TCU(牵引控制单元)、ACU(辅助控制单元)、BCU(制动控制单元)及相关硬线电路；其中所述的冗余MPU完成WorldFIP总线管理、整车控制功能；所述的冗余RIOM完成包括整车继电器、接触器等的状态采集及控制；所述的冗余DDU完成机车重要信息显示及部分命令设置；所述的ACU完成机车辅助变流器控制；所述的TCU完成牵引变流器控制；所述的BCU完成机车制动控制功能；相关硬线电路包括指示灯、扳键开关、继电器等电气设备，用以模拟机车司机室、机械间控制命令及主要设备状态。
所述的MPU、RIOM、DDU、TCU、ACU、BCU等通过FIP-V总线相连。
MPU主处理单元、RIOM单元、DDU单元均具有冗余功能，在一个设备故障的情况下，冗余的设备可完全接管其全部功能。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
(1)当前符合WorldFIP标准的冗余的机车半实物仿真平台可以填补国内空白。
(2)克服了集中式控制方式布线复杂、故障点多等缺陷，有利于在机车设计前期进行功能试验及算法验证，优化设计程序，冗余设计使得研发的机车更加可靠。
(3)实现了模块化设计，实时监控设备状态，提供故障处理方法，同时用户具有高度的系统集成主动权。
(4)若用于高校教学领域，能够使学生对机车设计有更加直观的感受。
附图说明
本发明有1幅附图：
图1是本发明拓扑结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示为本发明的拓扑结构框图，本实施例包含了冗余的MPU(主处理单元)、冗余的RIOM(远程输入输出模块)、冗余的DDU(司机显示单元)、TCU(牵引控制单元)、ACU(辅助控制单元)、BCU(制动控制单元)及相关硬线电路；其中所述的冗余MPU完成WorldFIP总线管理、整车控制功能；所述的冗余RIOM完成整车继电器、接触器等的状态采集及控制；所述的冗余DDU完成机车重要信息显示及部分命令设置；所述的ACU完成机车辅助变流器控制；所述的TCU完成牵引变流器控制；所述的BCU完成机车制动控制功能；相关硬线电路包括指示灯、扳键开关、继电器等电气设备，用以模拟机车司机室、机械间控制命令及主要设备状态。所谓半实物仿真即：大部分设备为实物，如：MPU、DDU、RIOM，目的就是测试上述设备的性能；其他设备为仿真设备，如：TCU、BCU、ACU，目的是配合控制功能实现。
本实施例半实物仿真平台分装在3个控制柜中，分别为司机室1柜、系统柜、司机室2柜。司机室1柜内安装DDU11、DDU12、RIOM11、RIOM12等控制单元，且在柜内安装了司控器、指示灯、扳键开关等设备，用以模拟交流传动机车的司机室1设备；系统柜内安装RIOM31、RIOM32、MPU1、MPU2、模拟的4个TCU、模拟的ACU和BCU，且在柜内安装了继电器、扳键开关等设备，用以模拟交流传动机车机械间设备；司机室2柜内安装DDU21、DDU22、RIOM21、RIOM22等控制单元，且柜内安装了司控器、指示灯、扳键开关等设备，用以模拟交流传动机车司机室2设备。
MPU1、MPU2为互为冗余的主处理单元，硬件采用32位机，并运行嵌入式实时操作系统，并在操作系统上运行控制系统应用软件，正常状态MPU2为从MPU，监视主MPU1的工作状态，一旦主MPU1工作异常，MPU2将接管MPU1的工作。
DDU11、DDU12为I端司机室冗余的显示单元，硬件采用32位机，并运行嵌入式实时操作系统，显示机车重要信息，并能进行相关命令设定，通过FIP-V总线与主MPU通讯，正常状态DDU11(左屏)为监控屏，DDU12(右屏)为控制屏，一个DDU发生故障时，另一个DDU可完全接管其功能。
DDU21、DDU22为II端司机室显示单元，其他特征与DDU11、DDU12相同，不赘述。
RIOM11、RIOM12为冗余的远程输入输出模块，硬件上采用高性能单片机做为处理器芯片，负责司机室I的相关信息采集和命令输出，通过FIP-V总线与主MPU通讯，正常状态两个RIOM单元同时工作，在一个RIOM单元故障时另一个单元可接管。
RIOM21、RIOM22为II端司机室内的冗余远程输入输出模块，其他特征与RIOM11、RIOM12相同，不赘述。
模拟的BCU、ACU通过FIP-V总线与主MPU通讯，硬件上采用32位机，并运行嵌入式实时操作系统，用以模拟BCU和ACU的控制功能，配合联调试验完成。
模拟的TCU通过FIP-V总线与主MPU通讯，硬件上采用32位机，并运行嵌入式实时操作系统，用以模拟TCU的控制功能，配合联调试验完成。
各设备的供电采用110V直流供电方式，司机室I、司机室II、系统柜的开关设备、继电器设备、指示灯分别与相应的RIOM单元连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台，其特征在于：包含了冗余的MPU、冗余的RIOM、冗余的DDU、TCU、ACU、BCU及相关硬线电路；其中所述的冗余MPU完成WorldFIP总线管理、整车控制功能；所述的冗余RIOM完成包括整车继电器、接触器的状态采集及控制；所述的冗余DDU完成机车重要信息显示及部分命令设置；所述的ACU完成机车辅助变流器控制；所述的TCU完成牵引变流器控制；所述的BCU完成机车制动控制功能；相关硬线电路包括指示灯、扳键开关、继电器，用以模拟机车司机室、机械间控制命令及主要设备状态。
2.根据权利要求书1所述的冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台，其特征在于：所述的MPU、RIOM、DDU、TCU、ACU、BCU通过FIP-V总线相连。
3.根据权利要求书1或2所述的冗余的机车WorldFIP网络半实物仿真平台，其特征在于：MPU主处理单元、RIOM单元、DDU单元均具有冗余功能，在一个设备故障的情况下，冗余的设备可完全接管其全部功能。
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