CN106502169A - 重载机车操纵控制辅助系统 - Google Patents
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Abstract
重载机车操纵控制辅助系统，包括多机操纵主机，所述多机操纵主机通过LKJ设备和机车微机控制系统获取行车信息、通过设置在各联编机车处的人机操作单元进行信息显示、通过无线通讯设备与各联编机车进行数据交互、通过存储设备存储操纵运行数据，所述存储器中的操纵运行数据通过转储设备转储至地面。本发明的有益效果：（1）实现多机牵引的多个机车各种状况下的通信，（1）人机操作单元具有光照强度检测功能，显示器可根据机车内的环境光照强度自动调整显示屏亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种机车操纵控制系统，尤其涉及一种重载机车操纵控制辅助系统。
背景技术
铁路运输事业呈现飞速发展的全新局面，高速、重载成为当前铁路运输的发展主旋律，重载已成为我国铁路货运重点方向之一。由于列车牵引重力加大，往往需要多台机车进行牵引。此种情况下，几个机车的相互协同就显得非常重要，对司机的操纵技术水平提出了更高的要求，同时对既有的LKJ系统提出了新的要求。以给予司机列车运行操作提示信息，保障多个机车的协调运行，降低或者避免列车停车、脱钩、脱轨等事故的发生，保障重载列车的运输安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可在重载列车行车中给司机运行操作提示、保障多个机车协调运行、保障机车行车安全的重载机车操纵控制辅助系统，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
重载机车操纵控制辅助系统，包括多机操纵主机，所述多机操纵主机通过LKJ设备和机车微机控制系统获取行车信息、通过设置在各联编机车处的人机操作单元进行信息显示、通过无线通讯设备与各联编机车进行数据交互、通过存储设备存储操纵运行数据，所述存储器中的操纵运行数据通过转储设备转储至地面。
所述无线通讯设备为机车电台，其上设置有天线及馈线。
所述操纵主机包括母板，母板上插接电源插件、通讯插件、数字处理插件、采集插件，所述电源插件为其它插件供电，所述通讯插件接收LKJ设备的两路外CAN信息，并发送给其它插件，所述采集插件获取微机控制系统的牵引电流和牵引力、牵引级位信息，并通过内部CAN总线向其他插件发送信息，所述数据处理插件接收通讯插件的信息和采集插件的信息，并通过内部CAN总线将信息传递给人机操纵单元。
所述人机操作单元包括主板，和与主板连接的电源模块、液晶屏、IC卡接口板、扬声器。
所述主板包括主控单元、扩展单元，主控单元与扩展单元通信连接，主控单元上连接液晶屏，扩展单元上设置有与外部电源模块连接的电源转换单元、与多机操纵主机通信连接的CAN接口、与微机控制系统连接的以太网接口、液晶背光LED、与键盘连接的键盘接口、与外部的IC卡接口连接的IC卡驱动，所述电源模块与外部机车电源连接。
所述主控单元和扩展单元上均设置有检测温度的温度传感器。
所述扩展单元上还设置与主控单元连接的时间记录模块，所述时间记录模块为存储器
本发明的有益效果：（1）实现多机牵引的多个机车各种状况下的通信，（1）人机操作单元具有光照强度检测功能，显示器可根据机车内的环境光照强度自动调整显示屏亮度。（2）支持连接LKJ标准IC卡，能够转储LKJ记录文件。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为本发明的人机操作单元的功能结构图。
图3为人机操作单元的功能框图。
图4为电源管理原理框图。
图5为键盘板功能框图。
图6为背板接口图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的重载机车操纵辅助控制系统，主要包括多机操纵主机、无线通讯设备、人机操作单元等。多机操纵主机通过CAN总线连接设置在联编机车的每个机车处的人机操作单元，通过人机操作单元向多机操纵司机提供动态线路信息、机车状态信息、操纵提示信息、报警信息等，并接收多机操纵司机的人机交互操作指令。操纵主机通过LKJ设备和机车微机控制系统获取行车信息，如动态线路信息、机车状态信息等，通过无线通讯设备与各机车进行数据交互，同时通过存储设备存储操纵运行数据，以文件形式提供给转储设备（IC卡等）转至地面操纵运行记录分析系统进行分析管理。
无线通讯设备为机车电台，其上设置有天线及馈线。
操纵主机包括母板，母板上插接电源插件、通讯插件、数字处理插件、采集插件。
上述电源插件采用高性能大功率的模块电源将110V（或74V）输入电源转换成操纵主机所需的电源。输出与输入电源隔离，输出电压为+12V，供操纵主机其它插件使用。
通讯插件以高性能的Cortex-M3为CPU，接收LKJ2000监控装置的两路外CAN信息，并向装置内部其它插件发送此信息。
采集插件从机车微机控制系统采集牵引电流（SS4内燃机车）和牵引力、牵引级位（HXD3电力机车）信息，并通过装置内部CAN总线向其他插件发送信息。
数据处理插件接收通讯插件的LKJ2000的两路外CAN信息和采集插件的机车牵引信息，并通过CAN总线将此信息传递给人机操纵单元。
人机操作单元按照电路功能，主要包括主板，和与主板连接的电源模块、液晶屏、IC卡接口板、扬声器。
如图2和图3所示为人机操作单元的电路系统结构。
如图2所示的系统框图，主板包括主控单元、扩展单元，主控单元与扩展单元通信连接，主控单元通过液晶接口连接液晶屏，扩展单元上设置有与外部电源模块连接的电源转换单元（即电压转换模块）、与多机操纵主机通信连接的CAN接口、与微机控制系统连接的以太网接口、液晶背光LED、与外部的键盘连接的键盘接口、与外部的IC卡接口连接的IC卡驱动。主控单元为处理器模块，用于接收扩展单元的电路获取的数据进行处理，并发出控制数据给扩展单元的接口。
电源模块与外部110V的机车电源连接，电源模块主要完成DC110V转DC12V电源转换，人机操作单元内部电路采用12V供电，整机功耗估算在20W左右，考虑到高温降额使用电源模块选择40W的电源模块。电源模块初步确定选择北京新雷能的屏显专用DCDC电源模块C034D48-110S12W，该电源的主要技术参数如下：
1)工作壳温-40℃~+95℃；
2)输入电压范围38V~180V，12V 4A输出；
3)长期短路保护（自恢复）；
4)六面金属结构，有利于屏蔽盒散热 ；
5)隔离电压：输入对输出2000Vac；输入对壳2000Vac；输出对壳1000Vac。
6)安装尺寸：122mm*70mm*23mm。
如图3所示，主控单元和扩展单元均设置为插件板的形式，即核心板和扩展板。核心板采用32-bit ARM Cortex-M4/M0 MCU LPC4537为控制核心，核心板自带64K FRAM、256MB SDRAM、 512MB NORFLASH。核心板插件在扩展板上。
核心板上还设置有温度传感器、时间记录装置、ID存储装置，可实现温度检测、事件记录、核心板ID记录。扩展板上也设置有与温度传感器、时间记录装置、ID存储装置，可实现温度检测、事件记录、核心板ID记录，其中温度传感器、时间记录装置、ID存储装置均与核心板的控制核心连接。
控制核心通过扩展板上的背光控制电路连接LCD，并通过LCD总线连接核心板上的LVDS接口转换电路以后，通过滤波电路连接LCD。控制核心还依次通过设置在扩展板上的音频解码电路和功率放大电路连接外部扬声器，通过SPI总线连接IC卡板，通过串口通信接收键盘板的键值，通过以太网总线和滤波隔离电路连接外部以太网口，还通过设置在扩展板上的双路隔离RS485模块连接外部的双路485设备接口、通过设置在扩展板上的双路隔离CAN模块连接外部的双路CAN设备接口。
在上述核心板与扩展板中，实现检测记录功能装置为：（1）采用数字温度传感器MAX31826对主板工作温度进行测量，并通过带锁存的EEPROM存储序列号等数据。（2）采用带报警功能的历时和事件记录器DS1683对主板的运行状况进行监测，通过I2C总线向核心板提供自投入使用、维修或最后一次校准之后的总计工作时间和/或使用次数等信息。
如图4所示，为电源管理模块的电路图。电源模块将110V的机车单元转换为12V的电源以后， 通过电源管理模块为扩展板和核心板的各元件供电。电源管理模块采用兼容PMBus的SMBus/I2C 接口的电源管理与保护IC LTC25066对12V输入电压、电流实时监测，通过I2C总线上传至核心板；同时实现电源输入口的过压、欠压、过流及功率限制等功能。VIN前端加入肖特基二极管做防反接保护。
音频电路由音频解码电路和音频功率放大电路两部分组成,借鉴公司现有成熟电路。音频解码电路采用低功耗、立体声音频编解码器ADAU1361，支持8 kHz至96 kHz范围内的采样速率，并支持数字音量控制。音频解码芯片与核心板之间采用I2C或SPI接口。音频功率放大电路采用10W单声道D类音频功率放大器，具有可调功率限制和DC保护功能的扬声器保护系统。
如图5所示，为键盘板的结构示意框图。键盘板采用STM32F051最小工作系统；采用I2C键控开关控制器和LED驱动器MAX7360来检测按键输入和驱动背光LED，该芯片为每个按键提供标准的8KV接触放电和15KV气隙放电的IEC标准ESD防护，在设计过程可以简化按键保护外围电路。增加环境光检测传感器，同时通过MAX7360来调节按键背光LED的亮度。按键信息通过CPU串口上传至核心板；采用数字温度传感器MAX31826对主板工作温度进行测量，并通过带锁存的EEPROM存储序列号等数据。
如图6所示，背板主要完成人机操作单元对外接口信号的转接，接口外形如图所示。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：包括多机操纵主机，所述多机操纵主机通过LKJ设备和机车微机控制系统获取行车信息、通过设置在各联编机车处的人机操作单元进行信息显示、通过无线通讯设备与各联编机车进行数据交互、通过存储设备存储操纵运行数据，所述存储器中的操纵运行数据通过转储设备转储至地面。
2.根据权利要求1所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述无线通讯设备为机车电台，其上设置有天线及馈线。
3.根据权利要求1所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述操纵主机包括母板，母板上插接电源插件、通讯插件、数字处理插件、采集插件，所述电源插件为其它插件供电，所述通讯插件接收LKJ设备的两路外CAN信息，并发送给其它插件，所述采集插件获取微机控制系统的牵引电流和牵引力、牵引级位信息，并通过内部CAN总线向其他插件发送信息，所述数据处理插件接收通讯插件的信息和采集插件的信息，并通过内部CAN总线将信息传递给人机操纵单元。
4.根据权利要求1所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述人机操作单元包括主板，和与主板连接的电源模块、液晶屏、IC卡接口板、扬声器。
5.根据权利要求4所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述主板包括主控单元、扩展单元，主控单元与扩展单元通信连接，主控单元上连接液晶屏，扩展单元上设置有与外部电源模块连接的电源转换单元、与多机操纵主机通信连接的CAN接口、与微机控制系统连接的以太网接口、液晶背光LED、与键盘连接的键盘接口、与外部的IC卡接口连接的IC卡驱动，所述电源模块与外部机车电源连接。
6.根据权利要求4所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述主控单元和扩展单元上均设置有检测温度的温度传感器。
7.根据权利要求4所述的重载机车操纵控制辅助系统，其特征在于：所述扩展单元上还设置与主控单元连接的时间记录模块，所述时间记录模块为存储器。
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