CN107097806A - 交流传动机车制动系统的电子控制系统 - Google Patents

交流传动机车制动系统的电子控制系统 Download PDF

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Abstract

交流传动机车电子制动控制系统，包括网络构架，制动控制柜、制动控制器及信号转换装置以及制动执行机构；网络构架包括内部CAN总线及外部CAN总线；制动控制柜内部集成制动控制单元，包括指令传输及采集单元、数字量采集模块和模拟量采集模块、计算和压力控制单元、MVB通讯单元、继电器输出单元；制动控制器及信号转换装置包括头车制动控制器及信号转换装置和尾车制动控制器及信号转换装置，二者之间通过外部CAN总线通信。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+集中式的电子控制架构。

Description

交流传动机车制动系统的电子控制系统
技术领域
本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+集中式的电子控制架构。
本发明的技术方案如下：交流传动机车电子制动控制系统，包括网络构架，制动控制柜、制动控制器及信号转换装置以及制动执行机构；网络构架包括内部CAN总线及外部CAN总线；
制动执行机构包括列车管、制动缸、单独制动压力传感器、单独制动排气电磁阀；列车管配置有充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器，制动缸配置有充气电磁阀、排气电磁阀；
制动控制柜内部集成制动控制单元，包括指令传输及采集单元：用于采集制动控制器制动指令及向制动控制器传递反馈信号；数字量采集单元和模拟量采集单元：用于采集制动控制机构状态信息；计算和压力控制单元；用于根据指令传输及采集单元、数字量采集单元和模拟量采单元集指令信息及制动执行机构状态信息计算执行机构控制信号，并将控制信号反馈至制动执行机构；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯；各制动控制单元间均通过内部CAN总线通信；
制动控制器及信号转换装置包括头车制动控制器及信号转换装置和尾车制动控制器及信号转换装置，二者之间通过外部CAN总线通信。
优选的是：外部CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线；内部CAN总线包括互为冗余的两组内部CAN总线。
优选的是：包括两个指令输出及采集单元，分别与经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信。
优选的是：制动控制单元还包括：用于与查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构数据信息的人机交互单元；用于与机车显示屏通信的显示屏控制单元。
优选的是：包括两组制动控制单元；其中头车制动控制器及信号转换装置与一组制动控制单元通信，尾车制动控制器及信号转换装置与另一组制动控制单元通信；两组制动控制单元分别用于控制不同车箱上的制动执行机构。
优选的是：每组制动控制单元均包括两个指令传输及采集单元，每组制动控制单元中的两个指令输出及采集单元分别经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用了双CAN网络设计。将极大简化外部电路配线工艺复杂度，并提高整个系统的可靠性，降低系统发生故障的概率、利于模块化和功能扩展，可显著降低各模块间信息交换的复杂程度。
(2)本发明采用模块化设计，包括制动控制器、制动显示屏、制动控制单元及制动执行机构，并通过内部CAN总线实现制动控制单元内部的通信，通过外部CAN总线实现制动控制单元与制动控制器、制动显示屏件的通信，连接各功能模块。其中制动控制单元集成在3U 标准机箱内部，互换性强，维修方便，将方便系统架构更改、升级、换代。
(3)本发明能够与气动制动控制单元苟恒闭环控制，以分布式的架构实现集中式控制方式，根据控制指令要求，准确而稳定地控制对象的压力(包括列车管、列车管备用制动、机车制动缸、单独制动)，将简化系统，并提高控制效率。
(4)设有人机交互模块及检修通讯接口，通过外部设备对总风压力、列车管压力、均衡风缸压力、单独制动压力进行测试以及制动系统运行状态信息及故障信息的下载处理。
附图说明
图1为实施例1结构示意图。
图2为实施例2结构示意图。
图3为集中式压力控制示意图。
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清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示的为交流传动机车在6轴机车上应用的具体实例。
对于6轴机车交流传动机车电子制动控制系统的构成为，头车制动控制器及信号转换装置、尾车制动控制器及信号转换装置、包括网络构架，制动控制柜以及制动执行机构；网络构架包括内部CAN总线及外部CAN总线，考虑到机车主控单元采用的为MVB通信网络，一次，网络架构进一步包括MVB总线。
其中，制动执行机构包括列车管、制动缸、单独制动压力传感器、单独制动排气电磁阀；列车管配置有充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器，制动缸配置有充气电磁阀、排气电磁阀。
制动控制柜内部集成制动控制单元，包括指令传输及采集单元：用于采集制动控制器制动指令及向制动控制器传递反馈信号；数字量采集单元和模拟量采集单元：用于采集制动控制机构状态信息；计算和压力控制单元；用于根据指令传输及采集单元、数字量采集单元和模拟量采单元集指令信息及制动执行机构状态信息计算执行机构控制信号，并将控制信号反馈至制动执行机构；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯；各制动控制单元间均通过内部CAN总线通信；
为了实现标准配置，制动控制单元集成在3U标准机箱内部，便于功能模块的扩展和维修。
制动控制器及信号转换装置包括头车制动控制器及信号转换装置和尾车制动控制器及信号转换装置，二者之间通过外部CAN总线通信；制动控制单元与制动控制器及信号转换装置之间通过外部CAN总线通信；各个制动控制单元模块之间通过内部CAN总线进行数据传递。
更进一步的，为了保证CAN总线通讯的稳定性，外部CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线(外CAN总线1和外CAN总线2)；内部CAN总线包括互为冗余的两组内部 CAN总线(内CAN总线1和内CAN总线2)。进一步包括两个指令输出及采集单元，分别与经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信；也及时说，一组指令输出及采集单元接至外CAN总线1，另一组指令输出及采集单元接至外CAN总线2。这种结构可以实现冗余的数据采集和数据通信，其中一组外部CAN总线故障，不会影响制动控制。
制动控制单元还包括：用于与查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构数据信息的人机交互单元；用于与机车显示屏通信的显示屏控制单元。对于6轴机车，显示屏设置在头车或尾车。
其他的工作原理如下：
信号转换装置获取制动控制器发出的制动指令，通过外部双路CAN发布，作为网关的制动指令传输及采集模块在外CAN总线获取制动控制器制动指令后，通过内部CAN总线发布。
数字量采集单元采集数字量信号后通过内部CAN总线发布。
模拟量采集单元采集模拟量信号后通过内部CAN总线发布。
MVB通讯模块根据内部CAN总线发布的信息，向机车主控单元通过MVB通讯发送协议信息。同时，将机车主控单元发来的控制信息发布在内CAN上。
如图3所示的为计算和压力控制模块集中式控制原理图。计算和压力控制模块根据内部 CAN总线发布的制动指令、模拟量和数字量信号、机车主控单元发来的控制信息，并自主采集目标压力传感器信号，进行数学计算和逻辑运算后，(1)以集中式控制方式，闭环控制四个对象：列车管、列车管备用制动、机车制动缸、单独制动等的压力。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。(2)控制制动控制柜内的相关电磁阀。控制信息发布在内CAN上。
继电器控制输出单元根据内部CAN总线发布的电磁阀控制信息实现对相关制动相关的电磁阀的控制。
显示屏通讯模块根据内部CAN总线发布的信息，以485总线方式发送机车制动显示屏，以及从机车制动显示屏获取控制信息。
实施例2：
如图2所示的为交流传动机车在8轴机车上应用的具体实例。
与6轴机车不同的是，8轴机车的电子制动控制系统结构如下：
包括两组制动控制单元；其中头车制动控制器及信号转换装置与一组制动控制单元通信，尾车制动控制器及信号转换装置与另一组制动控制单元通信；两组制动控制单元分别用于控制不同车箱上的制动执行机构。
具体的说，8轴机车也采用的为双外CAN总线和双内CAN总线的结构，其中，一组制动控制单元均包括两个指令传输及采集单元，每组制动控制单元中的两个指令输出及采集单元分别经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信。也就是说，每组制动控制单元中，均有一个指令输出及采集单元接至外CAN总线1，相应的另一个指令输出及采集单元接至外CAN总线2。
8轴机车和6轴机车的工作原理和控制原理相同，不再赘述。

Claims (6)

1.交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：包括网络构架，制动控制柜、制动控制器及信号转换装置以及制动执行机构；所述网络构架包括内部CAN总线及外部CAN总线；
所述制动执行机构包括列车管、制动缸、单独制动压力传感器、单独制动排气电磁阀；列车管配置有充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器，制动缸配置有充气电磁阀、排气电磁阀；
所述制动控制柜内部集成制动控制单元，包括指令传输及采集单元：用于采集制动控制器制动指令及向制动控制器传递反馈信号；数字量采集单元和模拟量采集单元：用于采集制动控制机构状态信息；计算和压力控制单元；用于根据指令传输及采集单元、数字量采集单元和模拟量采单元集指令信息及制动执行机构状态信息计算执行机构控制信号，并将控制信号反馈至制动执行机构；MVB通讯单元：用于制动控制单元与机车主控单元间通讯；各制动控制单元间均通过内部CAN总线通信；继电器输出模块：用于控制制动执行机构的电磁阀；
制动控制器及信号转换装置包括头车制动控制器及信号转换装置和尾车制动控制器及信号转换装置，二者之间通过外部CAN总线通信。
2.如权利要求1所述的交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：所述外部CAN总线包括互为冗余的两组外部CAN总线；内部CAN总线包括互为冗余的两组内部CAN总线。
3.如权利要求1或2所述的交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：包括两个指令输出及采集单元，分别与经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信。
4.如权利要求1所述的交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：所述制动控制单元还包括：用于与查询制动控制单元、制动控制器及制动执行机构数据信息的人机交互单元；用于与机车显示屏通信的显示屏控制单元。
5.如权利要求2所述的交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：包括两组制动控制单元；其中头车制动控制器及信号转换装置与一组制动控制单元通信，尾车制动控制器及信号转换装置与另一组制动控制单元通信；两组制动控制单元分别用于控制不同车箱上的制动执行机构。
6.如权利要求5所述的交流传动机车电子制动控制系统，其特征在于：每组制动控制单元均包括两个指令传输及采集单元，每组制动控制单元中的两个指令输出及采集单元分别经互为冗余的外部CAN总线与制动控制器及信号转换装置通信。
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