CN106553662B - 交流传动机车制动系统电子控制系统 - Google Patents

交流传动机车制动系统电子控制系统 Download PDF

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Abstract

交流传动机车制动系统电子控制系统，包括头车制动控制器、头车制动显示屏、尾车制动控制器和尾车制动显示屏；还包括制动控制柜，制动控制柜内集成制动控制单元和通信模块；制动控制单元采用分布式架构，各模块间通过内CAN总线通信；制动控制单元对EPM阀采用分布式控制，通过外CAN总线通信。制动控制系统采用分布式架构，模块化设计，有利于简化系统结构，增强系统的可靠性。

Description

交流传动机车制动系统电子控制系统
技术领域
发明属于机车制动控制技术领域，涉及一种交流传动机车制动系统的电子控制系统。
背景技术
铁路的交流传动机车主要采用微机控制电空制动系统，该制动系统包括制动控制系统、基础制动系统、风源系统及辅助供风部件等，其中，制动控制系统主要由气动制动控制单元和电子制动控制系统组成。
电子制动控制系统是机车制动系统的核心，是制动控制系统的电气控制部件，是实现电空制动的控制机构，其主要功能是接收司机制动控制器和机车控制系统通过通讯总线传输的制动指令，采集均衡风缸压力传感器信号，列车管压力传感器信号，单独制动压力传感器信号，总风压力传感器信号，采集机车主控单元发送的逻辑信号，通过数学计算和逻辑运算，控制列车管的压力，列车管备用制动压力，机车制动缸的压力，单独制动压力。能实现自动制动，单独制动，紧急制动，惩罚制动，制动重联等功能。
现有电子制动控制系统主要可以分为：分布式电子制动控制系统和集中式电子制动控制系统两种。
现有的分布式电子制动控制系统采用LON网通讯，存在着集成度过高、现场维修困难，以及故障率偏高的问题。
现有的集中式电子制动控制系统没有采用模块架构，采用单一CPU实施采集指令，目标压力等。存在着体积偏大，可靠性偏低，功能偏低，针对用户新的要求升级困难等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有电子制动控制系统存在的集成度过高、维修困难、故障率偏高、体积偏大等问题，提供一种能够满足交流传动机车制动系统使用要求的、体积小、可靠率高的分布式的电子控制架构。
本发明的技术方案如下：交流传动机车制动系统电子控制系统，其特征在于：包括头车制动控制器、头车制动显示屏、尾车制动控制器和尾车制动显示屏；还包括制动控制柜，制动控制柜内集成制动控制单元和通信模块；通信模块包括RS485通信模块、外CAN网关模块和内CAN网关模块，其中外CAN网关模块和内CAN网关模块分别连接外CAN总线和内CAN总线；
制动执行机构：列车管备用压力控制EPM阀、均衡风缸压力控制EPM阀、制动缸压力控制EPM阀和单独制动压力控制EPM阀；
列车管备用压力控制EPM阀包括：与列车管相连的气路板、列车管压力传感器、列车管充气电磁阀、列车管排气电磁阀和控制电路板；均衡风缸压力控制EPM阀包括与均衡风缸相连的气路板、均衡风缸压力传感器、均衡风缸充气电磁阀、均衡风缸排气电磁阀和控制电路板；制动缸压力控制EPM阀包括与制动缸相连的气路板、制动缸压力传感器、制动缸充气电磁阀、制动缸排气电磁阀和控制电路板；单独制动缸压力控制EPM阀包括与单独制动缸相连的气路板、单独制动缸压力传感器、单独制动缸充气电磁阀、单独制动缸排气电磁阀和控制电路板；
制动控制单元包括：数字量采集模块和模拟量采集模块：用于采集头车制动控制器和尾车制动控制器的制动指令；主控模块：用于根据模拟量采集单元和数字量采集单元采集的制动指令信息、计算生成控制信号；显示屏通信模块：用于制动控制单元与显示屏间通信；人机交互模块：用于查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构的数据信息；继电器输出模块：用于输出电磁阀控制信号；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯；
制动控制单元内部各单元间通过内CAN总线网络通信；
制动控制柜通过RS485通信模块与头车制动显示屏和尾车制动显示屏相连；
主控模块计算生成的控制信号经外CAN总线传递到相应的制动执行机构；
继电器输出模块形成的电磁阀控制信号经外CAN总线传递到相应的电磁阀。
优选的是：制动控制单元集成于3U标准机箱内。
优选的是：外CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线。
本发明的有益效果为：
(1)该系统可直接获取制动控制器制动指令。降低了系统成本，使系统在原理上更简洁。
(2)制动控制柜对外采用双外CAN总线架构。两条CAN通讯总线完全独立并互为冗余。其中任何一条故障都不会影响系统的正常运行。系统中的主要控制部件，4个EPM阀通过外CAN总线连接。构成分布式控制架构。
(3)本发明以分布式控制方式，根据要求，通过4个EPM阀各自准确而稳定地控制四个对象的压力：列车管、列车管备用制动、机车制动缸、单独制动。压力目标值控制在设定值±5kPa范围内；且满足铁标TJ/JW039_2014对压力上升或下降的时间要求。
(4)本发明采用模块化设计，将制动控制单元BCU分为下列模块：外CAN网关模块，运算及压力控制模块，数字量采集模块，模拟量采集模块，继电器控制输出模块，MVB通讯模块，显示屏通讯模块。模块间通过内部CAN总线连接。模块集成在标准机箱内。互换性好，维修方便。
附图说明
图1为系统结构原理图。
图2为系统架构图。
图3为制动控制单元对外通信架构图。
图4为制动控制单元对内通信架构图。
图5为控制原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
如图1所示，交流传动机车制动系统电子控制系统，包括头车制动控制器、头车制动显示屏、尾车制动控制器和尾车制动显示屏。
也就是说，制动控制器，在机车两端司机室各有一台，制动显示屏，在机车两端司机室各有一台。其中，制动控制器用来发送司机制动指令，包括数字量信号和模拟量信号(手柄位置)。制动显示屏用来显示制动系统信息，并可通过制动显示屏设置系统参数。
还包括制动控制柜，位于机车控制设备间或其他位置。制动控制柜是制动控制的主体。
制动控制柜内集成制动控制单元和通信模块；通信模块包括RS485通信模块、外CAN网关模块和内CAN网关模块，其中外CAN网关模块和内CAN网关模块分别连接外CAN总线和内CAN总线；
制动执行机构：列车管备用压力控制EPM阀、均衡风缸压力控制EPM阀、制动缸压力控制EPM阀和单独制动压力控制EPM阀。
EPM阀的架构如下：列车管备用压力控制EPM阀包括：与列车管相连的气路板、列车管压力传感器、列车管充气电磁阀、列车管排气电磁阀和控制电路板；均衡风缸压力控制EPM阀包括与均衡风缸相连的气路板、均衡风缸压力传感器、均衡风缸充气电磁阀、均衡风缸排气电磁阀和控制电路板；制动缸压力控制EPM阀包括与制动缸相连的气路板、制动缸压力传感器、制动缸充气电磁阀、制动缸排气电磁阀和控制电路板；单独制动缸压力控制EPM阀包括单独制动缸相连的气路板、单独制动缸压力传感器、单独制动缸充气电磁阀、单独制动缸排气电磁阀和控制电路板。
制动控制过程汇中，EPM阀通过外部CAN总线接收制动指令，压力传感器将采集的压力值传递到制动控制单元，制动控制单元计算出制动控制信号，以闭环方式实现对空气介质的压力控制。
制动控制单元为集成CPU，其功能结构包括：
数字量采集模块和模拟量采集模块：用于采集头车制动控制器和尾车制动控制器的制动指令、采集制动执行机构中压力传感器采集的压力值；主控模块：用于根据模拟量采集单元和数字量采集单元采集的制动指令信息、压力传感器反馈的压力值，计算生成控制信号；显示屏通信模块：用于制动控制单元与显示屏间通信；人机交互模块：用于查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构的数据信息；继电器输出模块：用于输出电磁阀控制信号；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯。
如图3所示，制动控制单元内部各单元间通过内CAN总线网络通信，构成第一层分布式控制架构；具体的说，数字量采集模块和模拟量采集模块经外CAN总线采集的信息经内CAN总线在制动控制单元发布；主控模块获得所需数据后，计算生成控制信号，并经外CAN总线分别传输到制动的压力控制EPM；同理，继电器输出模块也经外CAN总线，将继电器控制信号传递到指定的继电器。这种控制结构构成了第二层分布式控制架构。
具体的说，制动控制器发出的制动控制指令包括自动制动控制器、单独制动控制器的角位移信号(模拟量)和闸位(数字量)信号。通过导线直接传递给BCU。其中角位移信号(模拟量)输入到BCU的模拟量采集模块。闸位(数字量)信号输入到BCU的数字量采集模块。
BCU采集制动控制器的制动控制指令，采集制动控制柜内部和外部的数字量信号，包括机车监控单元发出的控制指令和控制柜内部的阀类动作信息和压力信息。采集模拟量信号。通过数学计算和逻辑运算，得出列车管、列车管备用制动、机车制动缸、单独制动等四个压力的目标值，并通过CAN总线发布给4个EPM阀。同时以继电器输出形式实现对相关制动电磁阀和机车联络信号的控制。
4个EPM阀根据外CAN总线发布的控制指令，采集压力传感器信息，控制电磁阀，以闭环控制的方式，各自独立的控制列车管制动、列车管备用制动、机车制动缸、单独制动缸等的压力。并将各自故障自检结果和状态信息发送给制动控制单元的数字量采集模块和模拟量采集模块。其原理如图5所示。
其中外部CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线，制动控制单元内集成两个外CAN网关模块，分别连接至两条外CAN总线。如果CAN1和CAN2都正常，则采用CAN1信号，CAN2信号备用；如果CAN1和CAN2中有一路正常，则采用正常的数据；如果两路信号都不正常，则选择制动，导向安全。
制动控制单元集成于3U标准机箱内，便于管理和扩展。

Claims (3)

1.交流传动机车制动系统电子控制系统，其特征在于：包括头车制动控制器、头车制动显示屏、尾车制动控制器和尾车制动显示屏；还包括制动控制柜，制动控制柜内集成制动控制单元和通信模块；所述通信模块包括RS485通信模块、外CAN网关模块和内CAN网关模块，其中外CAN网关模块和内CAN网关模块分别连接外CAN总线和内CAN总线；
制动执行机构：列车管备用压力控制EPM阀、均衡风缸压力控制EPM阀、制动缸压力控制EPM阀和单独制动压力控制EPM阀；
所述列车管备用压力控制EPM阀包括：与列车管相连的气路板、列车管压力传感器、列车管充气电磁阀、列车管排气电磁阀和控制电路板；所述均衡风缸压力控制EPM阀包括与均衡风缸相连的气路板、均衡风缸压力传感器、均衡风缸充气电磁阀、均衡风缸排气电磁阀和控制电路板；所述制动缸压力控制EPM阀包括与制动缸相连的气路板、制动缸压力传感器、制动缸充气电磁阀、制动缸排气电磁阀和控制电路板；单独制动缸压力控制EPM阀包括与单独制动缸相连的气路板、单独制动缸压力传感器、单独制动缸充气电磁阀、单独制动缸排气电磁阀和控制电路板；
所述制动控制单元包括：数字量采集模块和模拟量采集模块：用于采集头车制动控制器和尾车制动控制器的制动指令、采集制动执行机构中压力传感器采集的压力值；主控模块：用于根据模拟量采集单元和数字量采集单元采集的制动指令信息、压力传感器反馈的压力值，计算生成控制信号；显示屏通信模块：用于制动控制单元与显示屏间通信；
人机交互模块：用于查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构的数据信息；继电器输出模块：用于输出电磁阀控制信号；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯；
制动控制单元内部各单元间通过内CAN总线网络通信；
所述制动控制柜通过RS485通信模块与头车制动显示屏和尾车制动显示屏相连；
主控模块计算生成的控制信号经外CAN总线传递到相应的制动执行机构；
继电器输出模块形成的电磁阀控制信号经外CAN总线传递到相应的电磁阀。
2.如权利要求1所述的交流传动机车制动系统电子控制系统，其特征在于：所述制动控制单元集成于3U标准机箱内。
3.如权利要求1所述的交流传动机车制动系统电子控制系统，其特征在于：所述外CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线。
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