CN102910157B - Ccbii制动机的epcu后备转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置。该装置包括：电源转换模块、信号控制采集模块、信号控制输出模块、总线扩展、控制模块、LON网络模块、FTT-10A LON收发器、双口RAM、MVB通讯芯片、MVB网络数据收发器、故障指示存储模块。本发明的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，提供一种由EPCU部分故障（如故障代码014、017、025等）导致补机的解决方案，确保本务机车制动命令的正常执行，维持机车正常运行。

Description

CCBII制动机的EPCU后备转换装置
技术领域
本发明涉及一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置。
背景技术
EPCU（电空控制单元）是CCBII制动机的执行部件，它安装在每节机车的末端，用于产生精准的列车管和制动缸压力。EPCU内部由5个智能节点（ERCP、BPCP、16CP、20CP和13CP）、2个纯空气部件（BCCP、DBTV）和1个电压转换模块（PSJB）组成，通过LONWORKS网络接收EBV（主控/单机模式下）或IPM（从控模式下）的制动指令。
EPCU采用模块化、智能化的设计方法，其5个智能节点LRU具有一定的自诊断能力。在所有35个EPCU故障代码中，其中有10个故障可以继续在本务维持运行，有13个故障必需切换到后备模式运行，有12个故障（如故障代码014、017、025等）需切换到补机，达到EPCU总故障的34%。由EPCU故障导致的切换为补机，导致重载组合机车事故大量增加，如何避免EPCU故障导致的机破等事故是机车制动面临的难题和挑战，更是当前迫切要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种EPCU后备转换装置，可以使EPCU出现导致补机的故障时，机车可以继续在本务维持运行。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，包括
一用于提供5V的稳压电源电源转换模块；
一用于EBV的MV53、IPM控制的EMV以及BPCP产生的BOD Return三个输入信号进行故障判断的信号控制采集模块；
一用于无触点输出、每路输出均带有反馈及短路保护功能的信号控制输出模块；
用于32路信号和8路信号转换的输入总线扩展和输出总线扩展；
一用于判断输入信号，接收机车内部网络信号，同时产生相应的输出信号的控制模块；
一用于对故障信息进行实时显示报警，记录故障的详细信息，提供记录信息下载接口的故障指示存储模块；
一用于机车内部通信的通信模块；
所述的控制模块分别通过输入总线扩展和输出总线扩展与信号控制采集模块和信号控制输出模块通信连接，所述的故障指示存储模块通过输出总线扩展与控制模块通信连接，控制模块通过通信模块与机车其他装置通信连接，所述的电源转换模块为整个EPCU后备转换装置提供电源。
所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，所述的通信模块包括
一LON网络通信模块；
一MVB网络通信模块；
所述的LON网络通信模块和MVB网络通信模块分别与控制模块通信连接。
所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，所述的LON网络通信模块包括
二分别用于与EBV和IPM进行通信，以及与EPCU通信的发送及接受LON数据的FTT-10A LON收发器；
二用于实现LON网络通讯的LON模块；
所述的二LON模块分别通过二FTT-10A LON收发器通信连接机车内部LON网络，控制模块分别与二LON模块通信连接。
所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，所述的MVB网络通信模块包括
一用于实现与MVB网络之间的数据交换的双口RAM；
二用于实现MVB网络通讯的MVB通讯芯片；
二用于发送及接受LON数据的MVB网络数据收发器；
所述的二MVB通讯芯片分别通过二MVB网络数据收发器通信连接机车内部MVB网络，控制模块通过双口RAM分别与二MVB通讯芯片通信连接。
所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，机车的CCU连接EPCU后备转换装置的控制端，当CCU检测到机车本务EPCU故障后，CCU控制EPCU后备转换装置上电并接替机车本务EPCU运行。CCU（中央控制单元）为机车原有电气线路，原本当CCU通过IPM或MVB通信信息检测到机车本务EPCU发生故障后，会启动转换开关的继电器动作将本务机车EPCU改为非操作端，本发明在切换过程同时利用CCU的DO-102电气控制信号线输出110V电平使后备装置上电，后备装置切除原EPCU对制动机的控制作用，接收来自EBV和IPM的控制指令。
所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，信号控制采集模块的具体电路采用带隔离输入电路。
所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，信号控制输出模块由大功率的MOSFET电路构成，每路输出均带有反馈及短路保护功能。
本发明的技术效果在于，该发明装置为机车上的重要制动执行部件EPCU提供了冗余功能，在EPCU发生故障时能够及时切除故障的EPCU并进行控制信号的切换，提高了机车运行的安全性，降低了机车运行事故发生的概率，通过该发明装置的使用可以在EPCU发生故障时不影响机车的运行，提高了机车的利用效率和铁路调度的营运效率。
附图说明
图1为本发明的设计框图；
图2为本发明具体总线型实现图；
图3为本发明LON网络通信示意图；
图4为本发明转换装置开关框图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，在附图中，相同的标识表示相同或相似的组件或元素。
图1示出本发明CCBII制动机的EPCU后备转换装置的结构示意图。包括电源转换模块1、信号控制采集模块2、输入总线扩展3和输出总线扩展5、高性能CPU4、故障指示存储6、信号控制采集模块7、第一FTT-10A LON收发器8和第二FTT-10A LON收发器9、第一LON模块10和第二LON模块11、双口RAM12、MVBC-1 MVB通讯芯片13、MVBC-2 MVB通讯芯片14、第一MVB网络数据收发器15和第二MVB网络数据收发器16。控制模块4通过输出总线扩展3、输入总线扩展5分别与信号控制采集模块2、信号控制输出模块7相连。外部ABTB为电源模块1提供电源信号。故障指示及存储通过输出总线扩展5与信号控制输出模块7相连。控制模块4与第一LON模块10和第二LON模块11及双口RAM12双向通信。第一FTT-10A LON收发器8和第二FTT-10A LON收发器9分别与第一LON模块10和第二LON模块11及外部的LON数据进行通信。MVBC-1 MVB通讯芯片13与双口RAM12及第一MVB网络数据收发器15相连，MVBC-2 MVB通讯芯片14与双口RAM12及第二MVB网络数据收发器16相连。第一MVB网络数据收发器15和第二MVB网络数据收发器16与双MVB热备数传进行通信。
各个部件的功能如下：
电源转换模块1：提供5V的稳压电源，实现数字量的控制。转换装置从ABTB取DC110V作为供电电源。正常工作模式中，转换装置不带电，只有当机车切换为补机时，转换装置上电。
信号控制采集模块2：对EBV的MV53、IPM控制的EMV以及BPCP产生的BOD Return三个输入信号进行故障判断。
输入总线扩展3和输出总线扩展5：实现信号控制采集模块2及信号控制输出模块7的32路信号与控制模块4的8路信号的转换。
控制模块4：由高性能的PC104作为控制核心。判断输入信号，接收LON网络和MVB网络的信号，同时产生相应的输出信号。
故障指示存储6：对故障信息进行实时显示、报警。同时记录故障的详细信息，提供记录信息的下载接口。
信号控制输出模块7：由大功率的MOSFET电路构成，实现无触点输出，并且每路输出均带有反馈及短路保护功能。如果检测到输出异常，用故障提示指示灯报警并且记录故障。对于EMV等重要的信号，通过硬件电路保证不增加故障点。
第一FTT-10A LON收发器8和第二FTT-10A LON收发器9：发送及接受LON数据。
第一LON模块10和第二LON模块11：用于实现LON网络通讯，LON网络作为制动机相关装置的互联，相当于机车网络的一个子网络。LON网络模块与EBV、IMP和EPCU通信。采用两个LON节点处理信号。正常工作情况下，两节点都不参与工作，IMP、EBV直接与EPCU进行通信。当转换开关打到转换状态时，两节点同时投入工作。
双口RAM12：实现与MVB网络之间的数据交换。
MVBC-1 MVB通讯芯片13、MVBC-2 MVB通讯芯片14：实现MVB网络通讯。
第一MVB网络数据收发器15和第二MVB网络数据收发器16：MVB作为机车级总线，用于机车设备互联，本实施例中用于与IPM和其他机车设备进行通信，同时还与EPCU通信。
CCU（中央控制单元）为机车原有电气线路，原本当CCU通过IPM或MVB通信信息检测到机车本务EPCU发生故障后，会启动转换开关的继电器动作将本务机车EPCU改为非操作端，本发明在切换过程同时利用CCU的DO-102电气控制信号线输出110V电平使后备装置上电，后备装置切除原EPCU对制动机的控制作用，接收来自EBV和IPM的控制指令。
机车的装换开关在正常情况下打在常规位置上，输入输出信号以及LON网络信号，直接与本节机车的EPCU连接。当本节机车EPCU出现故障的时候，两节机车的装换开关打到切换位置，输入输出信号和LON网络信号与本节机车的EPCU断开，接入到转换装置，由转换装置控制信号的输出。
EPCU后备转换装置采用FPGA编程实现LON网络的数据收发，利用FPGA完全实现LON Talk协议，根据用户要求自行配置。硬件采用已有的LON通信采集板的模式。可以完全实现功能。
CCBII制动机的EPCU后备转换装置实时的Linux操作系统，采用多线程上位机程序。
图2示出EPCU后备转换装置的总线型实现方式，EBV的J200、IPM的J6和ABTB电源信号分别与EPCU后备转换装置的JX-1、JX-2和JX-3接口相连。EPCU后备转换装置的JX-4、JX-5和JX-6接口分别与EPCU中PSJB的J100、J101、J102相连。在本实施例中，A节为操作端，B节为非操作端。A节和B节的EPCU后备转换装置使用可靠的机车通讯网络MVB相连。当EPCU正常工作时，EPCU后备转换装置通过转换开关使EBV的J200与EPCU中PSJB的J100连接，IPM的J6与EPCU的J101连接，EPCU电源由ABTB与J102连接。当操作端A节的EPCU出现故障时，A节中的EPCU后备转换装置开启转换开关切除与本节EPCU的连接，同时通过MVB与非操作端B节的EPCU后备转换装置连接激活B节的EPCU；B节中EPCU所有的数据通过后备转换装置传回A节，实现两个EPCU间的无缝切换，从而解决了由操作端EPCU故障产生的补机问题。当B节为操作端、A节为非操作端时，EPCU后备转换装置的运行过程和本例一致。
图3示出EPCU后备转换装置的LON网络模块，用于与EBV和IPM进行通信，同时与EPCU通信。LON1与IPM和EBV进行通信，接收网络信号，由控制模块转成MVB信号，传给补机；控制模块同时把接受到的MVB信号转化的LON信号，通过第二LON模块把控制信号发送给EPCU 5个智能模块，同时把EPCU 5个智能模块的信号提交给控制模块。
EPCU后备转换装置采用FPGA编程实现LON网络的数据收发，利用FPGA完全实现LON Talk协议，根据用户要求自行配置。硬件采用已有的LON通信采集板的模式。可以完全实现功能。
图4示出EPCU后备转换装置装换开关的转换机制。转换开关正常情况下，A/B两节车都打在常规位置上，输入输出信号以及LON网络信号，直接与本节机车的EPCU连接。当本节机车EPCU出现故障的时候，需要切换到补机的状态下，将两节机车的装换开关打到切换位置，此时输入输出信号和LON网络信号与本节机车的EPCU断开，接入到转换装置，由转换装置控制信号的输出。

Claims (7)

1.一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，包括
一用于提供5V的稳压电源电源转换模块；
一用于EBV的MV53、IPM控制的EMV以及BPCP产生的BOD Return三个输入信号进行故障判断的信号控制采集模块；
一用于无触点输出、每路输出均带有反馈及短路保护功能的信号控制输出模块；
用于32路信号和8路信号转换的输入总线扩展和输出总线扩展；
一用于判断输入信号，接收机车内部网络信号，同时产生相应的输出信号的控制模块；
一用于对故障信息进行实时显示报警，记录故障的详细信息，提供记录信息下载接口的故障指示存储模块；
一用于机车内部通信的通信模块；
所述的控制模块分别通过输入总线扩展和输出总线扩展与信号控制采集模块和信号控制输出模块通信连接，所述的故障指示存储模块通过输出总线扩展与控制模块通信连接，控制模块通过通信模块与机车其他装置通信连接，所述的电源转换模块为整个EPCU后备转换装置提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，所述的通信模块包括
一LON网络通信模块；
一MVB网络通信模块；
所述的LON网络通信模块和MVB网络通信模块分别与控制模块通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，所述的LON网络通信模块包括
二分别用于与EBV和IPM进行通信，以及与EPCU通信的发送及接受LON数据的FTT-10A LON收发器；
二用于实现LON网络通讯的LON模块；
所述的二LON模块分别通过二FTT-10A LON收发器通信连接机车内部LON网络，控制模块分别与二LON模块通信连接。
4.根据权利要求2所述的一种CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，所述的MVB网络通信模块包括
一用于实现与MVB网络之间的数据交换的双口RAM；
二用于实现MVB网络通讯的MVB通讯芯片；
二用于发送及接受LON数据的MVB网络数据收发器；
所述的二MVB通讯芯片分别通过二MVB网络数据收发器通信连接机车内部MVB网络，控制模块通过双口RAM分别与二MVB通讯芯片通信连接。
5.根据权利要求1所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，机车的CCU连接EPCU后备转换装置的控制端，当CCU检测到机车本务EPCU故障后，CCU控制EPCU后备转换装置上电并接替机车本务EPCU运行。
6.根据权利要求1所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，信号控制采集模块的具体电路采用带隔离输入电路。
7.根据权利要求1所述的CCBII制动机的EPCU后备转换装置，其特征在于，信号控制输出模块由大功率的MOSFET电路构成，每路输出均带有反馈及短路保护功能。
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