CN106325129B - 一种机车辅助控制系统及内燃机车辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机车辅助控制系统，包括控制板，控制板包括电路板以及设置在电路板上的中央处理模块、通信电路、数字信号输入接口电路和数字信号输出接口电路；通信电路用于与上位机进行通信，接收上位机传送的控制指令；信号处理芯片用于根据控制指令进行逻辑运算并向各外围器件下发控制信号；数字信号输入接口电路、数字信号输出接口电路用于实现中央处理模块与各外围器件之间的信号传输。本发明机车辅助控制系统实现对机车辅助系统的控制，包括对辅助发电机的励磁控制功能。所述控制系统中控制板采用电路板一体集成化设计，使得系统结构紧凑，集成度高，体积减小占用空间小。本发明还公开一种内燃机车辅助系统。

Description

一种机车辅助控制系统及内燃机车辅助系统

技术领域

本发明涉及机车辅助系统控制技术领域，特别是涉及一种机车辅助控制系统。本发明还涉及一种内燃机车辅助系统。

背景技术

在当前技术领域中，内燃机车普遍采用的辅助传动系统是辅助交流传动系统，由辅助发电机、辅助变流器以及辅助负载(包括冷却风扇、牵引通风机、空气压缩机等)组成，相应的，对辅助系统的控制包括发电机励磁控制、辅变模块控制、接触器和断路器保护等。

现有技术中，对内燃机车辅助系统的控制采用的控制方法是，采用可编程逻辑控制模块、励磁模块、通信模块和其它各种扩展模块，结合各部分部件构成控制系统，实现对内燃机车辅助系统的控制。

然而，现有这种控制系统采用分立部件结合，分散部件多且复杂，不利于控制系统结构的优化和控制，同时导致系统结构体积大，占用空间大。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种机车辅助控制系统，实现对机车辅助系统的控制，包括对辅助发电机的励磁控制功能，该系统中控制部分为一体集成化设计，使系统结构紧凑，体积小。本发明还涉及一种内燃机车辅助系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机车辅助控制系统，包括控制板，所述控制板包括电路板以及设置在所述电路板上的中央处理模块、通信电路、数字信号输入接口电路和数字信号输出接口电路；

所述通信电路用于与上位机进行通信，接收上位机传送的控制指令，还用于实现所述中央处理模块与外围器件之间的通信；

所述中央处理模块与所述通信电路相连，用于根据控制指令进行逻辑运算并向各外围器件下发控制信号，其中包括将反馈的辅助发电机的输出电压与目标电压比较，根据两者的偏差值输出励磁控制信号；

所述数字信号输入接口电路、所述数字信号输出接口电路分别与所述中央处理模块相连，所述数字信号输入接口电路用于接收各外围器件发送的数字信号，并将数字信号传送给所述中央处理模块；所述数字信号输出接口电路用于将所述中央处理模块发送的数字信号输出；

所述中央处理模块、所述通信电路、所述数字信号输入接口电路以及所述数字信号输出接口电路集成在所述电路板上，各模块之间通过所述电路板内部线路连接。

可选地，所述外围器件包括用于根据所述中央处理模块下发的变流控制信号对辅助发电机的输出电进行变流转换的变流器模块；

所述通信电路用于接收上位机传送的控制指令包括：所述通信电路具体用于接收上位机传送的变流控制指令；

所述中央处理模块用于根据所述控制指令进行逻辑运算并下发控制信号包括：所述中央处理模块具体用于根据所述变流控制指令生成所述变流控制信号，通过所述通信电路发送给所述变流器模块。

可选地，在所述变流器模块的输入端连接有第一开关，在所述变流器模块的输出端连接有第二开关，所述第一开关、所述第二开关分别与所述数字信号输出接口电路连接；

所述中央处理模块还用于下发控制所述第一开关、所述第二开关闭合或断开的控制信号，通过所述数字信号输出接口电路分别输出到所述第一开关、所述第二开关。

可选地，还包括与所述第一开关、所述变流器模块、所述第二开关形成的串联电路并联的第三开关，所述第三开关与所述数字信号输出接口电路连接；

所述中央处理模块还用于下发控制所述第三开关闭合或断开的控制信号，通过所述数字信号输出接口电路输出到所述第三开关。

可选地，包括多个相互并联的所述变流器模块，多个所述变流器模块分别与所述控制板连接。

可选地，所述中央处理模块还用于根据反馈的辅助发电机的输出电流调节励磁控制信号的占空比。

可选地，所述控制板还包括设置在所述电路板上的模拟信号采集电路，用于从辅助发电机的输出电采集发电机的输出电压信号、输出电流信号和转速信号，并将采集的信号传送给所述中央处理模块；

所述中央处理模块还用于在没有接收到电压传感器反馈的输出电压及转速信号时，根据所述模拟信号采集电路采集的信号计算获得辅助发电机的输出电压、输出电流或者转速。

可选地，在所述电路板上还设置有散热风扇。

可选地，设置有壳体，在所述壳体上设置有密集分布的散热孔；

位于壳体内的电源模块、MOS管或者续流二极管与所述壳体接触。

一种内燃机车辅助系统，包括辅助发电机、机车辅助控制系统和负载设备；

所述机车辅助控制系统与上位机连接，其变流器模块的输入端与所述辅助发电机的输出端连接，输出端与所述负载设备连接，所述机车辅助控制系统的数字信号输出接口电路与所述辅助发电机的励磁绕组连接。

由上述内容可以看出，本发明所提供的机车辅助控制系统及内燃机车辅助系统，所述机车辅助控制系统包括控制板，控制板包括电路板和设置在电路板上的中央处理模块、通信电路、数字信号输入接口电路以及数字信号输出接口电路；其中，通信电路用于与上位机通信，接收上位机传送的控制指令，还用于实现中央处理模块与各外围器件之间的通信，中央处理模块用于根据控制指令进行逻辑运算并下发控制信号，数字信号输入接口电路用于接收各外围器件发送的数字信号并传送给中央处理模块，数字信号输出接口电路用于将中央处理模块发送的数字信号输出。

本发明机车辅助控制系统实现对机车辅助系统的控制，包括对辅助发电机的励磁控制功能。所述控制系统中控制板为核心控制部分，在电路板上集成各功能模块，采用电路板一体集成化设计，使得系统结构紧凑，集成度高，体积减小占用空间小，与现有技术中采用分立模块构成控制系统相比，也便于对系统功能和结构的优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机车辅助控制系统的示意图；

图2为本发明又一实施例提供的一种机车辅助控制系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种内燃机车辅助系统的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供的一种机车辅助控制系统，包括控制板10，所述控制板10包括电路板以及设置在所述电路板上的中央处理模块100、通信电路101、数字信号输入接口电路102和数字信号输出接口电路103；

所述通信电路101用于与上位机进行通信，接收上位机传送的控制指令，还用于实现所述中央处理模块100与外围器件之间的通信；

所述中央处理模块100与所述通信电路101相连，用于根据控制指令进行逻辑运算并向各外围器件下发控制信号，其中包括将反馈的辅助发电机的输出电压与目标电压比较，根据两者的偏差值输出励磁控制信号；

所述数字信号输入接口电路102、所述数字信号输出接口电路103 分别与所述中央处理模块100相连，所述数字信号输入接口电路102 用于接收各外围器件发送的数字信号，并将数字信号传送给所述中央处理模块100；所述数字信号输出接口电路103用于将所述中央处理模块100发送的数字信号输出；

所述中央处理模块100、所述通信电路101、所述数字信号输入接口电路102以及所述数字信号输出接口电路103集成在电路板上，各模块之间通过所述电路板内部线路连接。

可以看出，本实施例机车辅助控制系统，包括控制板，控制板包括电路板和设置在电路板上的中央处理模块、通信电路、数字信号输入接口电路以及数字信号输出接口电路；其中，通信电路用于与上位机通信，接收上位机传送的控制指令，还用于实现中央处理模块与各外围器件之间的通信，中央处理模块用于根据控制指令进行逻辑运算并下发控制信号，数字信号输入接口电路用于接收各外围器件发送的数字信号并传送给中央处理模块，数字信号输出接口电路用于将中央处理模块发送的数字信号输出。

本实施例机车辅助控制系统实现对机车辅助系统的控制，包括对辅助发电机的励磁控制功能。所述控制系统中控制板为核心控制部分，在电路板上集成各功能模块，采用电路板一体集成化设计，使得系统结构紧凑，集成度高，体积减小占用空间小，与现有技术中采用分立模块构成控制系统相比，也便于对系统功能和结构的优化。

本实施例中，通信电路101用于与上位机进行通信，接收上位机传送的控制指令以及数据信号，还用于实现中央处理模块100与外围器件之间的通信，进行信号传输。

中央处理模块100用于根据控制指令进行逻辑运算并向各外围器件下发控制信号，中央处理模块100通过通信电路101与各外围器件通信，向各外围器件下发控制信号。其中，本实施例控制系统中，外围器件包括变流器模块、接触器、断路器以及辅助变流器逆变模块等器件。

本实施例控制系统能够实现对辅助发电机的励磁控制功能，具体的，中央处理模块100具体用于将反馈的辅助发电机的输出电压与目标电压比较，根据两者的偏差值输出励磁控制信号，输出到辅助发电机的励磁绕组。

在辅助发电机设置有电压传感器，通过电压传感器采集辅助发电机的实时输出电压，电压传感器与数字信号输入接口电路102连接，电压传感器反馈的发电机输出电压信号通过数字信号输入接口电路 102输入给中央处理模块100，中央处理模块100通过数字信号输出接口电路103向辅助发电机的励磁绕组输出励磁控制信号，具体为脉宽调制波，调节发电机的励磁电流，以控制发电机的稳定电压输出。

具体的，所述中央处理模块100采用电压闭环控制方法，中央处理模块100根据上位机发送的目标电压指令，获取目标电压，根据采集的发电机输出电压信号获得电压反馈值，计算电压反馈值与目标电压值的偏差值，对偏差值进行PID调节，输出脉宽调制波。优选的， PID参数采用可变参数进行调节，即根据偏差值进行比较，当偏差值比较大时，采用大的P参数，当偏差值比较小时，采用小的P参数，进行快速电压跟踪控制。

优选的，为了避免出现发电机输出电流偏大，所述中央处理模块 100还采用电流闭环控制方法，即根据采集的发电机输出电流信号，根据电流反馈值进一步对励磁控制信号的占空比进行调节限制，以保证满足发电机输出电压的同时避免发电机过流、过载等现象，有助于降低过流、过载故障的出现几率，提高整个控制系统的鲁棒性。

进一步的，在上述实施例内容的基础上，所述控制板10还包括设置在所述电路板上的模拟信号采集电路104，用于从辅助发电机的输出电采集发电机的输出电压信号、输出电流信号和转速信号，并将采集的信号传送给所述中央处理模块100；所述中央处理模块100还用于在没有接收到电压传感器反馈的输出电压及转速信号时，根据所述模拟信号采集电路104采集的信号计算获得辅助发电机的输出电压、输出电流或者转速。

当设置在辅助发电机的电压传感器出现故障时，不能向控制板10 实时反馈辅助发电机的输出电压、输出电流及转速信号，而本实施例机车辅助控制系统中，在控制板10中设置有模拟信号采集电路104，能够从辅助发电机的输出电直接采集辅助发电机的输出电压信号、输出电流信号以及转速信号，将采集的信号传送给中央处理模块，中央处理模块100根据采集的模拟信号计算获得辅助发电机的输出电压、输出电流及转速，进一步根据该反馈值来输出励磁控制信号，因此本实施例控制系统采用了故障冗余设计，增强了系统的可靠性。

请参考图2，为又一实施例提供的一种机车辅助控制系统的示意图，所述机车辅助控制系统还包括变流器模块200，通信电路101用于接收上位机传送的控制指令包括：所述通信电路101具体用于接收上位机传送的变流控制指令；所述中央处理模块100用于根据所述控制指令进行逻辑运算并下发控制信号包括：所述中央处理模块100具体用于根据所述变流控制指令生成所述变流控制信号，通过所述通信电路101发送给所述变流器模块200；所述变流器模块200根据中央处理模块100下发的变流控制信号对辅助发电机的输出电进行变流转换，对输出电进行变流转换包括对发电机的输出电的电压、频率、相数或其它电量特性进行转换，以满足负载设备的供电要求。因此，本实施例机车辅助控制系统可实现对机车辅助系统的变流控制功能，使得发电机的输出电满足负载设备的供电要求。

本实施例控制系统中，在变流器模块200的输入端连接有第一开关201，在变流器模块200的输出端连接有第二开关202，所述第一开关201、所述第二开关202分别与控制板10的数字信号输入接口电路102 连接，所述中央处理模块100还用于下发控制所述第一开关、所述第二开关闭合或断开的控制信号。通过数字信号输出接口电路103分别输出到所述第一开关、所述第二开关。

所述控制板10通过控制第一开关、第二开关的闭合或者断开，控制接通对应的变流器模块或者断开变流器模块。例如，当在所述控制系统的一变流器模块200的输出端连接负载设备后，工作人员在上位机进行操作，控制上位机向控制系统发送指示接通对应变流器模块的控制指令，中央处理模块根据接收的控制指令，控制变流器模块对应的开关闭合，从而控制接通该变流器模块，向负载设备供电。

进一步的，还设置有与所述第一开关201、所述变流器模块200、所述第二开关202形成的串联电路并联的第三开关203，所述第三开关203与控制板10中数字信号输入接口电路102连接；中央处理模块100 还用于下发控制所述第三开关203闭合或断开的控制信号，通过所述数字信号输出接口电路103输出到所述第三开关，以控制第三开关203 闭合或断开。在实际应用中，当变流器模块出现故障，可以通过控制第三开关203接通，将该变流器模块屏蔽，而负载设备可以与发电机保持连接进行供电。

本实施例中，所述机车辅助控制系统包括多个相互并联的变流器模块200，多个变流器模块200分别与控制板10连接，变流器模块的数量可灵活设置，在图2所示的机车辅助控制装置中包括相互并联的四个变流器模块200。其中，多个变流器模块200的输入端相连，用于与辅助发电机的输出端连接，各变流器模块200的输出端用于连接负载设备。

进一步的，本实施例中，所述中央处理模块100还用于检测自身的运行状态，并在检测到自身运行出现故障时向上位机发送故障指示信号；所述变流器模块200还用于检测自身的运行状态，并在检测到自身运行出现故障时向上位机发送故障指示信号。具体通过通信电路 101向上位机传送故障指示信号。这样在上位机部分，工作人员可根据故障指示，监控控制板或者外围器件如变流器模块、接触器等的运行状态，监控是否出现故障，在出现故障时能够及时地采取措施。

进一步的，本实施例中，在电路板上还设置有电源转换电路，所述电源转换电路可接收与变流器模块200、接触器等的供电要求相匹配的输入电。外部供电源与变流器、接触器等的供电要求相匹配时，则可以通过电源转换电路直接将外部供电提供给外围器件，不需要另外增加电压变换线路。对于现有技术中基于可编程逻辑控制的控制系统，供电电源采用DC24V供电，而变流器的控制供电要求为DC110V，或者DC74V，因此在实际应用中需要将输入电24V转换为110V，需要外加电压变换电路。而本实施例辅助控制系统控制板可接收与变流器模块的供电相匹配的输入电，如该电源模块可接收DC110V或者 DC74V输入电，将输入电直接提供给变流器模块，无需外加电路，减少电路的中间环节降低成本，同时也提高了系统可靠性。

进一步的，在上述各实施例内容的基础上，在所述电路板上还设置有散热风扇，有助于电路板上各器件产生热量的散失。

本实施例机车辅助控制系统，控制板及各外围器件设置在壳体内，在所述壳体上设置有密集分布的散热孔，保证散热；位于壳体内的电源模块、MOS管或者续流二极管与所述壳体接触，电源模块、 MOS管或者续流二极管为产热量较大的器件，将它们与壳体接触安装，产生的热量可以通过壳体直接向外散失，提高散热效率。

因此，本实施例机车辅助控制系统，其核心控制部分采用电路板一体集成化设计，使得系统结构紧凑，集成度高，体积减小占用空间小，与现有技术中采用分立模块构成控制系统相比，也便于对系统功能和结构的优化，可应用于对使用空间有较高要求的领域中。并且，所述控制系统内部电气线路采用简化设计，并采用了故障冗余设计，提高了系统可靠性；壳体结构采用优化的散热方式，保证散热效果。

相应的，本发明实施例还提供一种内燃机车辅助系统，请参考图 3，为本实施例提供的内燃机车辅助系统的示意图，所述系统包括辅助发电机2、机车辅助控制系统1和负载设备3；

所述机车辅助控制系统1采用如上所述的机车辅助控制系统，所述机车辅助控制系统1与上位机4连接，其变流器模块的输入端与辅助发电机2的输出端连接，输出端与负载设备3连接，所述机车辅助控制系统1的控制板的数字信号输出接口电路与辅助发电机2的励磁绕组连接。

其中，机车辅助控制系统1可对辅助发电机2进行励磁控制，根据采集的辅助发电机的实时的输出电压、输出电流及转速信号，输出脉宽调制波，调节辅助发电机励磁绕组的电流，以控制辅助发电机输出的电压稳定。

机车辅助控制系统1具有变流控制功能，辅助发电机2的输出电经所述机车辅助控制系统1转换后输出给负载设备3，向各负载设备供电。本实施例中，负载设备3可以是冷却风扇、牵引通风机或者空缩机，或者是其它负载设备。

本发明内燃机车辅助系统，其机车辅助控制系统与现有技术中采用分立模块形成控制系统相比，结构集成度高，体积大大减小占用空间小，更便于对系统功能及结构的优化和控制。

以上对本发明所提供的一种机车辅助控制系统及内燃机车辅助系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机车辅助控制系统，其特征在于，包括控制板，所述控制板包括电路板以及设置在所述电路板上的中央处理模块、通信电路、数字信号输入接口电路和数字信号输出接口电路；

所述通信电路用于与上位机进行通信，接收上位机传送的控制指令，还用于实现所述中央处理模块与外围器件之间的通信；

所述中央处理模块与所述通信电路相连，用于根据控制指令进行逻辑运算并向各外围器件下发控制信号，其中包括将反馈的辅助发电机的输出电压与目标电压比较，根据两者的偏差值输出励磁控制信号；

所述数字信号输入接口电路、所述数字信号输出接口电路分别与所述中央处理模块相连，所述数字信号输入接口电路用于接收各外围器件发送的数字信号，并将数字信号传送给所述中央处理模块；所述数字信号输出接口电路用于将所述中央处理模块发送的数字信号输出；

所述中央处理模块、所述通信电路、所述数字信号输入接口电路以及所述数字信号输出接口电路集成在所述电路板上，各模块之间通过所述电路板内部线路连接；

所述外围器件包括用于根据所述中央处理模块下发的变流控制信号对辅助发电机的输出电进行变流转换的变流器模块；

所述通信电路用于接收上位机传送的控制指令包括：所述通信电路具体用于接收上位机传送的变流控制指令；

所述中央处理模块用于根据所述控制指令进行逻辑运算并下发控制信号包括：所述中央处理模块具体用于根据所述变流控制指令生成所述变流控制信号，通过所述通信电路发送给所述变流器模块；

在所述变流器模块的输入端连接有第一开关，在所述变流器模块的输出端连接有第二开关，所述第一开关、所述第二开关分别与所述数字信号输出接口电路连接；

所述中央处理模块还用于下发控制所述第一开关、所述第二开关闭合或断开的控制信号，通过所述数字信号输出接口电路分别输出到所述第一开关、所述第二开关。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述第一开关、所述变流器模块、所述第二开关形成的串联电路并联的第三开关，所述第三开关与所述数字信号输出接口电路连接；

所述中央处理模块还用于下发控制所述第三开关闭合或断开的控制信号，通过所述数字信号输出接口电路输出到所述第三开关。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括多个相互并联的所述变流器模块，多个所述变流器模块分别与所述控制板连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于根据反馈的辅助发电机的输出电流调节励磁控制信号的占空比。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制板还包括设置在所述电路板上的模拟信号采集电路，用于从辅助发电机的输出电采集发电机的输出电压信号、输出电流信号和转速信号，并将采集的信号传送给所述中央处理模块；

所述中央处理模块还用于在没有接收到电压传感器反馈的输出电压及转速信号时，根据所述模拟信号采集电路采集的信号计算获得辅助发电机的输出电压、输出电流或者转速。

6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，在所述电路板上还设置有散热风扇。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，设置有壳体，在所述壳体上设置有密集分布的散热孔；

位于壳体内的电源模块、MOS管或者续流二极管与所述壳体接触。

8.一种内燃机车辅助系统，其特征在于，包括辅助发电机、机车辅助控制系统和负载设备；

所述机车辅助控制系统采用如权利要求1-7任一项所述的机车辅助控制系统，所述机车辅助控制系统与上位机连接，其变流器模块的输入端与所述辅助发电机的输出端连接，输出端与所述负载设备连接，所述机车辅助控制系统的数字信号输出接口电路与所述辅助发电机的励磁绕组连接。