CN104678983A - 牵引控制单元自检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种牵引控制单元自检测电路，包括：CPU板、系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板；信号板包括：FPGA芯片和模拟量自检测电路，驱动反馈板包括：驱动反馈自检测电路，FPGA芯片用于分别向模拟量自检测电路和驱动反馈自检测电路发送检测信号，以检测信号板和驱动反馈板是否存在故障；输入/输出板包括：ARM芯片和输入/输出自检测电路，ARM芯片用于向输入/输出自检测电路发送检测信号，以检测输入/输出板是否存在故障。
Description
技术领域
本发明涉及电力机车牵引控制技术，尤其涉及一种牵引控制单元自检测电路。
背景技术
现有技术中，电力机车牵引控制单元包括：CPU板、系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板等。CPU板上的中央处理器DSP通过D/A转换，模拟系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板实际运行时所需的模拟信号和数字信号，并将模拟出来的模拟信号和数字信号分别提供给系统板、信号板、驱动反馈版和输入/输出板，并根据系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板的反馈信号来判断系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板是否故障。
然而现有技术中，由于CPU板上的中央处理器DSP内部资源的限制，导致牵引控制单元的自检覆盖率较低，同时影响中央处理器DSP处理核心算法的能力，从而影响牵引控制单元的性能。
发明内容
本发明提供一种牵引控制单元自检测电路，用于解决现有技术中牵引控制单元的自检覆盖率低，性能差的问题。
本发明的第一个方面是提供一种牵引控制单元自检测电路，包括：
CPU板、系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板；
所述CPU板与所述系统板、所述信号板、所述驱动反馈板和所述输入/输出板电连接；
所述信号板包括：FPGA芯片和模拟量自检测电路，所述驱动反馈板中包括驱动反馈自检测电路，所述FPGA芯片用于分别向所述模拟量自检测电路和所述驱动反馈自检测电路发送检测信号，以检测所述信号板和所述驱动反馈板是否存在故障；
所述输入/输出板包括：ARM芯片和输入/输出自检测电路，所述ARM芯片用于向所述输入/输出自检测电路发送检测信号，以检测所述输入/输出板是否存在故障。
本发明中，通过采用信号板中的FPGA芯片向信号板中的模拟量自检测电路以及驱动反馈板中的驱动反馈自检测电路发送电压检测信号来检测信号板和驱动反馈板是否存在故障，采用输入/输出板中的ARM芯片向输入/输出自检测电路发送电压检测信号来检测输入/输出板是否存在故障，从而提高了牵引控制单元的自检覆盖率，提高了牵引控制单元的性能。
附图说明
图1为本发明提供的牵引控制单元自检测电路一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的牵引控制单元自检测电路又一个实施例的结构示意图
图3为本发明提供的牵引控制单元自检测电路中信号板的结构示意图；
图4为本发明提供的牵引控制单元自检测电路中驱动反馈板的结构示意图；
图5为本发明提供的牵引控制单元自检测电路中输入/输出板的结构示意图；
图6为本发明提供的牵引控制单元自检测电路中系统板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的牵引控制单元自检测电路一个实施例的结构示意图，如图1所示，包括：
CPU板11、系统板12、信号板13、驱动反馈板14和输入/输出板15；
CPU板11与系统板12、信号板13、驱动反馈板14和输入/输出板15电连接；
信号板13包括：FPGA芯片131和模拟量自检测电路132，驱动反馈板14中包括驱动反馈自检测电路141，FPGA芯片用于分别向模拟量自检测电路132和驱动反馈自检测电路141发送检测信号，以检测信号板13和驱动反馈板14是否存在故障；
输入/输出板包括：ARM芯片151和输入/输出自检测电路152，ARM芯片151用于向输入/输出自检测电路152发送检测信号，以检测输入/输出板15是否存在故障。
本实施例中，通过采用信号板中的FPGA芯片向信号板中的模拟量自检测电路以及驱动反馈板中的驱动反馈自检测电路发送电压检测信号来检测信号板和驱动反馈板是否存在故障，采用输入/输出板中的ARM芯片向输入/输出自检测电路发送电压检测信号来检测输入/输出板是否存在故障，从而提高了牵引控制单元的自检覆盖率，提高了牵引控制单元的性能。
进一步地，如图2所示，信号板13还包括：模拟量采样电路133；
FPGA芯片131，用于向模拟量自检测电路132发送第一电压检测信号；
模拟量自检测电路132，用于对第一电压检测信号进行电平转换及多路复用处理，得到第一中间信号发送给模拟量采样电路133；
模拟量采样电路133，用于对第一中间信号进行采样，得到第一反馈信号发送给FPGA芯片131，以使FPGA芯片131根据第一反馈信号和第一电压检测信号判断模拟量采样电路133是否存在故障。
驱动反馈板14还包括：IGBT状态反馈电路142和IGBT驱动脉冲电路143，驱动反馈自检测电路141包括：IGBT状态反馈自检测电路1411和IGBT驱动脉冲自检测电路1412；
IGBT状态反馈自检测电路1411，用于接收FPGA芯片131对第二电压检测信号进行电平转换处理后得到的第二中间信号，对第二中间信号进行多路复用处理，将处理后的第二中间信号发送给IGBT状态反馈电路142；
IGBT状态反馈电路142，用于对第二中间信号进行处理，得到第二反馈信号发送给FPGA芯片131，以使FPGA芯片131根据第二反馈信号和第二电压检测信号判断IGBT状态反馈电路142是否存在故障；
IGBT驱动脉冲电路143，用于接收FPGA芯片131发送的第三电压检测信号，对第三电压检测信号进行处理，得到第三中间信号发送给IGBT驱动脉冲自检测电路1412；
IGBT驱动脉冲自检测电路1412，用于对第三中间信号进行并入/串出处理，得到第三反馈信号发送给FPGA芯片131，以使FPGA芯片131根据第三反馈信号和第三电压检测信号判断IGBT驱动脉冲电路143是否存在故障。
输入/输出板15还包括：数字量输入调理电路153和数字量输出调理电路154，输入/输出自检测电路152包括：数字量输入自检测电路1521和数字量输出自检测电路1522；
ARM芯片151，用于向数字量输入自检测电路发送第四电压检测信号，或者向数字量输出调理电路154发送第五电压检测信号；
数字量输入自检测电路1521，用于接收ARM芯片151发送的第四电压检测信号，对第四电压检测信号进行光耦隔离和多路复用处理，得到第四中间信号发送给数字量输入调理电路153；
数字量输入调理电路153，用于对第四中间信号进行处理，得到第四反馈信号发送给ARM芯片151，以使ARM芯片151根据第四电压检测信号和第四反馈信号判断数字量输入调理电路153是否存在故障；
数字量输出调理电路154，用于接收ARM芯片151发送的第五电压检测信号，对第五电压检测信号进行处理，得到第五中间信号发送给数字量输出自检测电路；
数字量输出自检测电路1522，用于对第五中间信号进行并入/串出处理，得到第五反馈信号发送给ARM芯片151，以使ARM芯片151根据第五电压检测信号和第五反馈信号判断数字量输出调理电路154是否存在故障。
进一步地，如图3所示，信号板13中的模拟量自检测电路132还包括：
D/A芯片1321，用于对第一电压检测信号进行数模转换，得到第一模拟电压信号；
电平转换模块1322，用于对第一模拟电压信号进行电平转换，得到第一中间信号；
第一多路复用开关1323，用于将第一中间信号分别送入模拟量采样电路133中各模拟量采样电阻的后侧输入端口。
其中，送入模拟量采样电路133中各模拟量采样电阻的后侧输入端口的第一中间信号经过模拟量采样电路中的调理电路和A/D转换后得到第一反馈信号送入FPGA芯片，FPGA芯片将第一反馈信号与第一电压检测信号进行比较，用于判断该路模拟量采样电路是否存在故障。FPGA芯片输出的第一电压检测信号的电压值就是模拟电力机车电流、电压传感器输出的电流值经采样电阻转换后的电压值。例如，若FPGA芯片发出一路1V的电压检测信号，当模拟量采样电路未出现故障时，经模拟量自检测电路、模拟量采样电路中的调理电路处理、A/D转换后得到的第一反馈信号的数字量应该为1024，因此FPGA芯片可以根据第一反馈信号的值判断模拟量采样电路是否存在故障，即当FPGA芯片采集到的值为1024时，代表模拟量采集电路无故障，否则可以判断模拟量采集电路存在故障。
更进一步地，如图4所示，第二中间信号为多路电压信号，IGBT状态反馈自检测电路1411具体可以为：
第二多路复用开关，用于将多路电压信号分别发送到IGBT状态反馈电路142的各IGBT状态反馈端口；
第三中间信号为多路脉冲电压信号，IGBT驱动脉冲自检测电路1412具体可以为：
并入/串出寄存器，用于对多路脉冲电压信号进行并入/串出处理，得到第三反馈信号发送给FPGA芯片131。
其中，发送到IGBT状态反馈电路142的各IGBT状态反馈端口的多路电压信号经过IGBT状态反馈电路142中的状态反馈调理电路处理得到第二反馈信号后，送回信号板的FPGA芯片，FPGA芯片将第二反馈信号与输出的第二电压检测信号进行比较，判断IGBT状态反馈硬件电路是否存在故障。例如，FPGA芯片可以输出第二电压检测信号来模拟IGBT状态反馈电路的输入信号，当FPGA芯片输出高电平时，若IGBT状态反馈电路正常，IGBT状态反馈电路送回到FPGA芯片的第二反馈信号为高电平；若IGBT状态反馈电路存在故障，IGBT状态反馈电路送回到FPGA芯片的第二反馈信号为低电平。当FPGA芯片输出低电平时，若IGBT状态反馈电路正常，IGBT状态反馈电路送回到FPGA芯片的第二反馈信号为低电平；若IGBT状态反馈电路存在故障，IGBT状态反馈电路送回到FPGA芯片的第二反馈信号为高电平。
另外，当信号板中的FPGA芯片对多路脉冲电压信号进行缓冲放大处理发送到IGBT驱动脉冲电路，并经过IGBT驱动脉冲电路中的脉冲输出调理电路以及IGBT驱动脉冲自检测电路的并入/串出寄存器处理，得到第三反馈信号送回到信号板的FPGA芯片后，FPGA芯片可以将第三反馈信号与输出的多路脉冲电压信号进行比较，判断IGBT驱动脉冲电路是否存在故障。例如，当IGBT驱动脉冲电路存在故障时，第三反馈信号一直为低电平；当IGBT驱动脉冲电路正常时，第三反馈信号与输出的多路脉冲电压频率相同，相位相同。
再进一步地，如图5所示，数字量输入自检测电路1521包括：
光耦隔离电路15211，用于对第四电压检测信号进行光耦隔离处理，得到处理后的第四电压检测信号；
第三多路复用开关15212，用于将处理后的第四电压检测信号分别送入数字量输入调理电路153；
数字量输出自检测电路1522为：
并入/串出寄存器，用于对第五中间信号进行并入/串出处理，得到第五反馈信号，将第五反馈信号发送给ARM芯片151。
其中，ARM芯片输出一路电压信号经数字量输入自检测电路中的光耦隔离电路处理后由多路复用开关送入数字量输入调理电路，经数字量输入调理电路处理后得到第四反馈信号送回ARM芯片，当第四反馈信号与第四电压检测信号无关，且一直为低电平时，ARM芯片确定数字量输入调理电路存在故障；当第四反馈信号与第四电压检测信号一致时，ARM芯片确定数字量输入调理电路正常。ARM芯片输出多路电压信号，经数字量输出调理电路及并入/串出寄存器处理后得到第五反馈信号送回ARM芯片，当第五反馈信号与ARM芯片输出的多路电压信号无关，且一直为低电平时，ARM芯片确定数字量输出调理电路存在故障，当第五反馈信号与ARM芯片输出的多路电压信号的电平一致时，ARM芯片确定数字量输出调理电路正常。
再进一步地，如图6所示，系统板12还可以包括：
大容量数据存储单元121，用于接收并存储信号板13、驱动反馈板14和输入/输出板15发送的模拟量采样电路133、IGBT状态反馈电路142、IGBT驱动脉冲电路143、数字量输入调理电路153和数字量输出调理电路154的故障信息；
故障信息下载单元122，用于将模拟量采样电路133、IGBT状态反馈电路142、IGBT驱动脉冲电路143、数字量输入调理电路153和数字量输出调理电路154的故障信息进行实时下载。
其中，故障信息下载单元122可以通过以太网接口将模拟量采样电路133、IGBT状态反馈电路142、IGBT驱动脉冲电路143、数字量输入调理电路153和数字量输出调理电路154的故障信息发送到计算机、电脑等终端。
本实施例中，通过采用信号板中的FPGA芯片向信号板中的模拟量自检测电路以及驱动反馈板发送电压检测信号来检测模拟量采样电路、IGBT状态反馈电路和IGBT驱动脉冲电路是否存在故障，采用输入/输出板中的ARM芯片向数字量输入自检测电路和数字量输出调理电路发送电压检测信号来检测数字量输入调理电路和数字量输出调理电路是否存在故障，从而提高了牵引控制单元的自检覆盖率，提高了牵引控制单元的性能。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种牵引控制单元自检测电路，其特征在于，包括：
CPU板、系统板、信号板、驱动反馈板和输入/输出板；
所述CPU板与所述系统板、所述信号板、所述驱动反馈板和所述输入/输出板电连接；
所述信号板包括：FPGA芯片和模拟量自检测电路，所述驱动反馈板中包括驱动反馈自检测电路，所述FPGA芯片用于分别向所述模拟量自检测电路和所述驱动反馈自检测电路发送检测信号，以检测所述信号板和所述驱动反馈板是否存在故障；
所述输入/输出板包括：ARM芯片和输入/输出自检测电路，所述ARM芯片用于向所述输入/输出自检测电路发送检测信号，以检测所述输入/输出板是否存在故障。
2.根据权利要求1所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述信号板还包括：模拟量采样电路；
所述FPGA芯片，用于向模拟量自检测电路发送第一电压检测信号；
所述模拟量自检测电路，用于对所述第一电压检测信号进行电平转换及多路复用处理，得到第一中间信号发送给模拟量采样电路；
所述模拟量采样电路，用于对所述第一中间信号进行采样，得到第一反馈信号发送给所述FPGA芯片，以使所述FPGA芯片根据所述第一反馈信号和所述第一电压检测信号判断所述模拟量采样电路是否存在故障。
3.根据权利要求1所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述驱动反馈板还包括：IGBT状态反馈电路和IGBT驱动脉冲电路，所述驱动反馈自检测电路包括：IGBT状态反馈自检测电路和IGBT驱动脉冲自检测电路；
所述IGBT状态反馈自检测电路，用于接收所述FPGA芯片对第二电压检测信号进行电平转换处理后得到的第二中间信号，对所述第二中间信号进行多路复用处理，将处理后的第二中间信号发送给IGBT状态反馈电路；
所述IGBT状态反馈电路，用于对所述第二中间信号进行处理，得到第二反馈信号发送给所述FPGA芯片，以使所述FPGA芯片根据所述第二反馈信号和所述第二电压检测信号判断所述IGBT状态反馈电路是否存在故障；
所述IGBT驱动脉冲电路，用于接收所述FPGA芯片发送的第三电压检测信号，对所述第三电压检测信号进行处理，得到第三中间信号发送给IGBT驱动脉冲自检测电路；
所述IGBT驱动脉冲自检测电路，用于对所述第三中间信号进行并入/串出处理，得到第三反馈信号发送给所述FPGA芯片，以使所述FPGA芯片根据所述第三反馈信号和所述第三电压检测信号判断所述IGBT驱动脉冲电路是否存在故障。
4.根据权利要求1所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述输入/输出板还包括：数字量输入调理电路和数字量输出调理电路，所述输入/输出自检测电路包括：数字量输入自检测电路和数字量输出自检测电路；
所述ARM芯片，用于向数字量输入自检测电路发送第四电压检测信号，或者向数字量输出调理电路发送第五电压检测信号；
所述数字量输入自检测电路，用于接收ARM芯片发送的第四电压检测信号，对所述第四电压检测信号进行光耦隔离和多路复用处理，得到第四中间信号发送给数字量输入调理电路；
所述数字量输入调理电路，用于对所述第四中间信号进行处理，得到第四反馈信号发送给所述ARM芯片，以使所述ARM芯片根据所述第四电压检测信号和所述第四反馈信号判断所述数字量输入调理电路是否存在故障；
所述数字量输出调理电路，用于接收ARM芯片发送的第五电压检测信号，对所述第五电压检测信号进行处理，得到第五中间信号发送给数字量输出自检测电路；
所述数字量输出自检测电路，用于对所述第五中间信号进行并入/串出处理，得到第五反馈信号发送给所述ARM芯片，以使所述ARM芯片根据所述第五电压检测信号和所述第五反馈信号判断所述数字量输出调理电路是否存在故障。
5.根据权利要求2所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述模拟量自检测电路包括：
D/A芯片，用于对所述第一电压检测信号进行数模转换，得到第一模拟电压信号；
电平转换模块，用于对所述第一模拟电压信号进行电平转换，得到所述第一中间信号；
第一多路复用开关，用于将所述第一中间信号分别送入模拟量采样电路中各模拟量采样电阻的后侧输入端口。
6.根据权利要求3所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述第二中间信号为多路电压信号，所述IGBT状态反馈自检测电路为：
第二多路复用开关，用于将所述多路电压信号分别发送到所述IGBT状态反馈电路的各IGBT状态反馈端口。
7.根据权利要求3所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述第三中间信号为多路脉冲电压信号，所述IGBT驱动脉冲自检测电路为：
并入/串出寄存器，用于对所述多路脉冲电压信号进行并入/串出处理，得到第三反馈信号发送给所述FPGA芯片。
8.根据权利要求4所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述数字量输入自检测电路包括：
光耦隔离电路，用于对所述第四电压检测信号进行光耦隔离处理，得到处理后的第四电压检测信号；
第三多路复用开关，用于将所述处理后的第四电压检测信号分别送入所述数字量输入调理电路。
9.根据权利要求4所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述数字量输出自检测电路为：
并入/串出寄存器，用于对所述第五中间信号进行并入/串出处理，得到第五反馈信号，将所述第五反馈信号发送给所述ARM芯片。
10.根据权利要求1所述的牵引控制单元自检测电路，其特征在于，所述系统板包括：
大容量数据存储单元，用于接收并存储所述信号板、所述驱动反馈板和所述输入/输出板发送的所述模拟量采样电路、所述IGBT状态反馈电路、所述IGBT驱动脉冲电路、所述数字量输入调理电路和所述数字量输出调理电路的故障信息；
故障信息下载单元，用于将所述模拟量采样电路、所述IGBT状态反馈电路、所述IGBT驱动脉冲电路、所述数字量输入调理电路和所述数字量输出调理电路的故障信息进行实时下载。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 116045 Liaoning province Dalian City Lushun Economic Development Zone No. 1 North Street, Hao Yang Applicant after: CRRC DALIAN ELECTRIC TRACTION R & D CENTER CO., LTD. Address before: 116045 Liaoning province Dalian City Lushun Economic Development Zone No. 1 North Street, Hao Yang Applicant before: Co., Ltd of Bei Che Dalian Electric Traction R & D Center |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |