CN105607470B - 一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，它包括功能冗余的主CPU、辅CPU、双通道逻辑控制电路和阀驱动电路；主CPU和辅CPU之间通过串行外设接口实时通信；双通道逻辑控制电路包括数据选择器IC1、或门IC2、与门IC3和晶体管阵列IC4；阀驱动电路包括多个MOSFET管、二极管D1、二极管D2、HV阀和RV阀。本发明电路具有主辅CPU控制、控制双通道冗余、故障导向安全等特点，在地铁架控项目中实际使用效果良好，具有很高的可靠性，保证了列车制动力的正常施加，从而保证了列车可靠安全的运营。

Description

一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路
技术领域
本发明涉及一种控制电路，尤其涉及一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路。属于轨道交通制动技术领域。
背景技术
随着国内轨道交通政策的开放，越来越多的城市修建了地铁和有轨电车。越来越多的人们选择轨道方式出行，给生活带来了很大的便利。带来便利的同时，对轨道交通的安全要求也日益突出。制动系统直接关系到列车安全运行，作为列车的核心技术之一，可靠的安全的制动控制技术尤为关键。
发明内容
本发明提供一种控制电路，以解决现有技术的缺陷，实现高可靠性的控制电磁阀。
为解决本发明的技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，它包括功能冗余的主CPU、辅CPU、双通道逻辑控制电路和阀驱动电路；
主CPU和辅CPU之间通过串行外设接口实时通信；
双通道逻辑控制电路包括数据选择器IC1、或门IC2、与门IC3和晶体管阵列IC4，主CPU、辅CPU的IO口分别与数据选择器IC1输入端连接，或门IC2包括或门IC2A、IC2B、IC2C，与门IC3包括与门IC3A、IC3B、IC3C，数据选择器IC1的1Y端与与门IC3A连接，与门IC3A的输入端与或门IC2A连接，与门IC3A的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，数据选择器IC1的2Y端与与门IC3C连接，与门IC3C的输入端与或门IC2C连接，与门IC3C的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，晶体管阵列IC4的输入端INA与与门IC3A输出端连接，晶体管阵列IC4的输入端INB与与门IC3B输出端连接，与门IC3B输入端与或门IC2B输出端连接；
阀驱动电路包括多个MOSFET管、二极管D1、二极管D2、HV阀和RV阀，晶体管阵列IC4的输出端分别与MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的栅极连接，MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3串联连接，MOSFET管Q3的源极和漏极分别连接二极管D1、二极管D2，二极管D1与HV阀连接，二极管D2与RV阀连接，MOSFET管Q3的漏极通过电容C3接地。
MOSFET管Q1的源极接24V电源，MOSFET管Q2的源极与MOSFET管Q1的漏极连接，MOSFET管Q3的源极与MOSFET管Q2的漏极连接。
MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的栅极和源极之间设置电阻。
本发明的有益效果：本电路可以实现列车的常用制动、紧急制动和滑行控制功能。常用制动时，主CPU实时采集制动缸压力进行闭环控制，通过控制HV阀和RV阀的得失电对制动缸进行充排气控制，最终建立目标制动压力；紧急制动时HV阀和RV阀失电，不再受主辅CPU的控制，响应级别最高；主CPU检测到滑行时输出滑行信号(SKVR)同时控制HV阀和RV阀排出制动缸压力，当检测到速度恢复粘着滑行解除时恢复当前制动力。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，它包括功能冗余的主CPU、辅CPU、双通道逻辑控制电路和阀驱动电路，主CPU和辅CPU之间通过串行外设接口实时通信；
双通道逻辑控制电路包括数据选择器IC1、或门IC2、与门IC3和晶体管阵列IC4，主CPU的两个IO口(IO1、IO2)与数据选择器IC1输入端(1A、2A)连接，辅CPU的四个IO口(IO1、IO2、IO3、IO4)与数据选择器IC1输入端(1B、2B)连接，数据选择器IC1的输入端分别与电阻R2和电阻R1连接，电阻R2和电阻R1再接电源，数据选择器IC1的输入端3A、3B、4A、4B与电阻R3连接，电阻R3接电源，或门IC2包括或门IC2A、IC2B、IC2C，与门IC3包括与门IC3A、IC3B、IC3C，数据选择器IC1的VCC端连接电容C1一端并与电源连接，电容C1另一端接地，数据选择器IC1的3Y端、4Y端通过电阻R4接电源，数据选择器IC1的1Y端与与门IC3A连接，与门IC3A的输入端与或门IC2A连接，与门IC3A的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，数据选择器IC1的2Y端与与门IC3C连接，与门IC3C的输入端与或门IC2C连接，与门IC3C的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，晶体管阵列IC4的输入端INA与与门IC3A输出端连接，晶体管阵列IC4的输入端INB与与门IC3B输出端连接，与门IC3B输入端与或门IC2B输出端连接，晶体管阵列IC4的COM和GND端之间设置电容C2；
阀驱动电路包括多个MOSFET管、二极管D1、二极管D2、HV阀和RV阀，晶体管阵列IC4的输出端OUTA通过电阻R6与MOSFET管Q1的栅极连接，晶体管阵列IC4的输出端OUTB通过电阻R8与MOSFET管Q2的栅极连接，晶体管阵列IC4的输出端OUTC通过电阻R10与MOSFET管Q3的栅极连接，MOSFET管Q1的源极接24V电源，MOSFET管Q2的源极与MOSFET管Q1的漏极连接，MOSFET管Q3的源极与MOSFET管Q2的漏极连接，MOSFET管Q1的栅极和源极之间设置电阻R5，MOSFET管Q2的栅极和源极之间设置电阻R7，MOSFET管Q3的栅极和源极之间设置电阻R9，MOSFET管Q3的源极和漏极分别连接二极管D1、二极管D2，二极管D1与HV阀连接，二极管D2与RV阀连接，MOSFET管Q3的漏极通过电容C3接地。
HV阀和RV阀为该电路的最终控制元件，HV阀和RV阀的不同得失电组合状态表示了不同的制动状态。详细的状态表见表1：
表1
由表1可知，当HV阀失电RV阀得电时，制动控制器处于边充气边排气状态，处于危险不稳定状态。最终恶劣后果是导致制动距离延长，影响列车安全运营。
本发明电路从源头上杜绝HV阀失电RV阀得电工况的发生，使制动控制器处于安全状态。具体分析如下：
如图1所示，通过Q1、Q2、Q3三个MOSFET控制HV阀和RV阀。Q1、Q2、Q3三个MOSFET相当于三个串联的开关。当Q1、Q2导通时HV阀得电，当Q3导通时RV阀得电，控制器处于排气状态。当HV阀失电时，Q1、Q2有一个或者全部处于截止状态，此时在Q3的第三引脚处不会得电，故无论RV阀的控制信号是高电平或是低电平，RV阀都不会得电。
本发明电路的任何元器件在任何故障模式下均不会出现HV阀失电RV阀得电工况，故可以使列车可靠施加制动。
本发明电路的三大功能阐述如下：
1、常用制动
主CPU采集速度信号、车重信号和制动指令进行制动力的计算与分配，从而得到该车的目标制动力，即目标制动缸压力(以下简称BC压力)。
主CPU实时采集BC缸实际压力并与目标BC压力进行比较，实时控制HV阀和RV阀充排气使实际BC缸压力达到目标压力。
BC压力建立过程采用实时闭环控制，控制精度高，响应较快满足系统要求。
辅CPU实时监视HV阀和RV阀的工作状态，通过SPI口与主CPU实时通信。当检测到阀工作异常时，可以切换到辅CPU进行控制。
2、紧急制动
紧急制动安全级别与响应级别最高，完全通过硬件电路实现，与控制软件无关。
紧急制动控制逻辑为失电有效，当检测到紧急制动时EB信号为低电平，控制HV阀和RV阀均处于失电状态，制动缸处于充气状态。
在非滑行状态时SKVR信号为低电平，SKVR信号和EB信号取或操作后仍为低电平。取或后的信号与HV阀和RV阀的控制信号取与操作，最终HV阀和RV阀的控制信号为低电平，MOSFET管Q1、MOSFET管Q3处于截止状态，HV阀和RV阀失电，制动器进入紧急制动状态。
在非滑行状态时，SKVR信号为低电平，SKVR信号和EB信号取或操作后仍为低电平。取或后的信号与OPEN信号取与操作，最终OPEN控制信号为低电平，Q2处于截止状态，HV阀和RV阀供电回路失电，HV阀和RV阀失电，制动器进入紧急制动状态。
控制HV阀和RV阀失电的情况下，同时再控制HV阀和RV阀供电回路失电，最总确保HV阀和RV阀处于失电状态，制动器进入紧急制动状态。
3、滑行控制
主CPU通过检测速度信号，实时判断是否处于滑行状态。
当检测到某一轴滑行时，输出SKVR信号，同时控制HV阀和RV阀进行排气操作。当主CPU检测到速度恢复粘着时，恢复当前所需制动力。
当检测到滑行时辅CPU监视HV阀和RV阀动作状态，当持续排气时间超过5秒时，停止滑行控制。
辅CPU独立的监视防滑状态，可以中止滑行控制。
滑行检测与滑行控制在制动工况、惰行工况和制动转牵引3秒内工况下进行。紧急制动工况下也需要滑行控制。
综上，本发明电路具有主辅CPU控制、控制双通道冗余、故障导向安全等特点，在地铁架控项目中实际使用效果良好，具有很高的可靠性，保证了列车制动力的正常施加，从而保证了列车可靠安全的运营。

Claims (3)

1.一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，其特征在于：它包括功能冗余的主CPU、辅CPU、双通道逻辑控制电路和阀驱动电路；
主CPU和辅CPU之间通过串行外设接口实时通信；
双通道逻辑控制电路包括数据选择器IC1、或门IC2、与门IC3和晶体管阵列IC4，主CPU、辅CPU的IO口分别与数据选择器IC1输入端连接，或门IC2包括或门IC2A、IC2B、IC2C，与门IC3包括与门IC3A、IC3B、IC3C，数据选择器IC1的1Y端与与门IC3A连接，与门IC3A的输入端与或门IC2A连接，与门IC3A的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，数据选择器IC1的2Y端与与门IC3C连接，与门IC3C的输入端与或门IC2C连接，与门IC3C的输出端与晶体管阵列IC4的输入端连接，晶体管阵列IC4的输入端INA与与门IC3A输出端连接，晶体管阵列IC4的输入端INB与与门IC3B输出端连接，与门IC3B输入端与或门IC2B输出端连接；
阀驱动电路包括多个MOSFET管、二极管D1、二极管D2、HV阀和RV阀，晶体管阵列IC4的输出端分别与MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的栅极连接，MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3串联连接，MOSFET管Q3的源极和漏极分别连接二极管D1、二极管D2，二极管D1与HV阀连接，二极管D2与RV阀连接，MOSFET管Q3的漏极通过电容C3接地。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，其特征在于：MOSFET管Q1的源极接24V电源，MOSFET管Q2的源极与MOSFET管Q1的漏极连接，MOSFET管Q3的源极与MOSFET管Q2的漏极连接。
3.根据权利要求2所述的一种高可靠性的地铁架控制动控制器电磁阀控制电路，其特征在于：MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的栅极和源极之间设置电阻。
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