CN110254447A - 机车牵引系统控制逻辑方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机车牵引系统，具体为机车牵引系统控制逻辑方法及装置。解决现有机车牵引控制系统存在的缺陷和问题。本发明由六个一级功能子模块构成，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；把各功能子模块通过总线形式进行连接。本发明采用一种基于Simulink的机车牵引系统控制逻辑方法，提高机车运行过程中牵引系统的可靠性；各子模块之间通过数据总线连接，可由不同的开发人员进行模型的开发和测试工作，缩短研发周期。

Description

机车牵引系统控制逻辑方法及装置

技术领域

本发明涉及机车牵引系统，具体为机车牵引系统控制逻辑方法及装置。

背景技术

随着轨道交通的快速发展，列车运行过程中整车系统工作的可靠性问题已经是重中之重的问题。现有的机车牵引控制系统，特别是电力机车牵引控制系统，使用传统的代码编写方式，其存在如下缺陷和问题：

1）牵引系统控制逻辑可靠性不高；在运行过程中可能由于使用传统的代码编写方式难以准确、清晰的描述系统控制逻辑，导致系统运行不稳定，造成列车不能正常运营。

2）通过子函数调用模式生成的控制程序，控制逻辑架构不清晰，无法准确的描述数据的流向，可读性差；

3）设计师需手动编写、调试代码，因此容易造成错误，影响调试进度，造成开发周期长。

因此，如何提高机车运行过程中牵引控制系统的可靠性，降低故障率，保证车辆的正常运营是目前急需进一步深入研究的技术问题。

发明内容

本发明解决现有机车牵引控制系统存在的上述缺陷和问题，提供一种机车牵引系统控制逻辑方法及装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：机车牵引系统控制逻辑方法，包括如下内容：

1）将牵引系统控制逻辑分为六个一级功能子模块，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；

2）使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；

3）把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接；

4）牵引系统控制逻辑通过TCMS网络系统接收整车控制发送的整车控制指令与整车状态信号；

5）牵引系统对接收的整车控制指令与整车状态信号进行解析与判断，通过输入信息子模块进行心跳检测及状态变量采集，通过自检子模块对牵引系统状态变量进行检测，然后通过命令解析子模块对网络传输的控制指令的判断和解析，以及脉冲许可指令的判断，来控制牵引变流器接触器的闭合与断开动作，控制四象限整流器和逆变器的启动与停止，并控制机车进行牵引制动工况转换和速度调节，若整个控制过程中出现故障，则通过保护功能子模块执行故障状态的判定和保护动作，通过继电器动作子模块对输出继电器进行断开控制来实现整车牵引系统的保护。

一种机车牵引系统控制逻辑装置，由六个一级功能子模块构成，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接。

本发明有以下有益效果：

1、采用一种基于Simulink的机车牵引系统控制逻辑方法，提高机车运行过程中牵引系统的可靠性。

2、逻辑各部分功能清晰、数据流向准确、可读性增强，提高了整车系统工作的可靠性，保证列车安全运行。

3、各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式，各子模块之间通过数据总线连接，可由不同的开发人员进行模型的开发和测试工作，缩短研发周期。

附图说明

图1为牵引系统控制逻辑功能结构图；

图2为牵引系统控制逻辑架构流程图；

图3为自检功能子模块流程图；

图4为命令解析子模块流程图；

图5为继电器动作子模块流程图。

具体实施方式

机车牵引系统控制逻辑方法，包括如下内容：

1）将牵引系统控制逻辑分为六个一级功能子模块，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；如图1所示；

2）使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；

3）把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接；如图2所示；

4）牵引系统控制逻辑通过TCMS网络系统接收整车控制发送的整车控制指令与整车状态信号；

5）牵引系统对接收的整车控制指令与整车状态信号进行解析与判断，通过输入信息子模块进行心跳检测及状态变量采集，通过自检子模块对牵引系统状态变量进行检测，然后通过命令解析子模块对网络传输的控制指令的判断和解析，以及脉冲许可指令的判断，来控制牵引变流器接触器的闭合与断开动作，控制四象限整流器和逆变器的启动与停止，并控制机车进行牵引制动工况转换和速度调节，若整个控制过程中出现故障，则通过保护功能子模块执行故障状态的判定和保护动作，通过继电器动作子模块对输出继电器进行断开控制来实现整车牵引系统的保护。

内容2）中，建模完成后，对各功能子模块进行仿真验证；验证通过后对各子模块进行封装。

内容4）中，整车控制指令包括：启动指令、方向指令、级位指令等；整车状态信号包括：机车弓网状态、机车接触器状态、辅助系统状态等。

一种机车牵引系统控制逻辑装置，由六个一级功能子模块构成，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接。

输入信息子模块：采集来自MVB（Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线）的控制变量，TCU采集的状态量和DSP反馈的状态变量，包含9个二级子模块：状态量采集模块DI1、数字量采集模块AIO1、数字量采集模块AIO2、四象限输入信息模块PMCF、逆变1 输入信息模块INV1、逆变2输入信息模块INV2、逆变3输入信息模块INV3、MVB网络输入信息模块。

自检子模块：主要实现TCU（Tracti on Control Unit, 牵引控制单元）和牵引变流器的自检功能，包含两个二级子模低压自检子模块TCU_ST_LV、牵引变流器低压自检子模块Convert_ST_LV，如附图3所示。

命令解析子模块：主要用于网络传输的控制指令的判断和解析，以及脉冲许可指令的判断，包含8个二级子模块块，分别为高压启动条件和低压顺序试验指令判定模块Model、FR方向判定子模块F_R_SEL、牵引制动判定子模块P_B_SEL、四象限1脉冲许可指令判定PMCF1、四象限2脉冲许可指令判定PMCF2、逆变1脉冲许可指令判定INV1、逆变2脉冲许可指令判定INV2、逆变3脉冲许可指令判定INV3，如附图4所示。

保护功能子模块：执行故障状态的判定和保护动作，共二级子模块：故障判定子模块Error_Detect、保护动作子模块Error_Act。

继电器动作子模块：用于输出继电器的闭合、断开控制，主要包含7个二级子模块：预充电接触器1控制子模块AK1R、预充电接触器2控制子模块AK2R、工作接触器1控制子模块K1R、工作接触器2控制子模块K2R、放电电阻接触器控制子模块DischargingK_R、滤波调整接触器控制子模块FilterAdaptionK_R、滤波接触器控制子模块FilterK_R，如附图5所示。

输出子模块：将控制指令下发到各执行单元，如数字量输出板卡，DSP芯片，并将相应状态信息通过MVB总线上传给控制单元，包含8个二级子模块：板卡DO1、板卡DO2、四象限1芯片PMCF1、四象限2芯片PMCF2、逆变1芯片INV1、逆变2芯片INV2、逆变3芯片INV3、MVB总线。

Claims (6)

1.一种机车牵引系统控制逻辑方法，其特征在于，包括如下内容：

1）将牵引系统控制逻辑分为六个一级功能子模块，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；

2）使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；

3）把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接；

4）牵引系统控制逻辑通过TCMS网络系统接收整车控制发送的整车控制指令与整车状态信号；

5）牵引系统对接收的整车控制指令与整车状态信号进行解析与判断，通过输入信息子模块进行心跳检测及状态变量采集，通过自检子模块对牵引系统状态变量进行检测，然后通过命令解析子模块对网络传输的控制指令的判断和解析，以及脉冲许可指令的判断，来控制牵引变流器接触器的闭合与断开动作，控制四象限整流器和逆变器的启动与停止，并控制机车进行牵引制动工况转换和速度调节，若整个控制过程中出现故障，则通过保护功能子模块执行故障状态的判定和保护动作，通过继电器动作子模块对输出继电器进行断开控制来实现整车牵引系统的保护。

2.根据权利要求1所述的机车牵引系统控制逻辑方法，其特征在于，内容2）中，建模完成后，对各功能子模块进行仿真验证；验证通过后对各子模块进行封装。

3.根据权利要求1或2所述的机车牵引系统控制逻辑方法，其特征在于，内容4）中，整车控制指令包括：启动指令、方向指令、级位指令；整车状态信号包括：机车弓网状态、机车接触器状态、辅助系统状态。

4.根据权利要求3所述的机车牵引系统控制逻辑方法，其特征在于，

输入信息子模块包含9个二级子模块：状态量采集模块DI1、数字量采集模块AIO1、数字量采集模块AIO2、四象限输入信息模块PMCF、逆变1 输入信息模块INV1、逆变2输入信息模块INV2、逆变3输入信息模块INV3、MVB网络输入信息模块；

自检子模块包含两个二级子模低压自检子模块TCU_ST_LV、牵引变流器低压自检子模块Convert_ST_LV；

命令解析子模块包含8个二级子模块块，分别为高压启动条件和低压顺序试验指令判定模块Model、FR方向判定子模块F_R_SEL、牵引制动判定子模块P_B_SEL、四象限1脉冲许可指令判定PMCF1、四象限2脉冲许可指令判定PMCF2、逆变1脉冲许可指令判定INV1、逆变2脉冲许可指令判定INV2、逆变3脉冲许可指令判定INV3；

保护功能子模块包括二级子模块：故障判定子模块Error_Detect、保护动作子模块Error_Act；

继电器动作子模块包含7个二级子模块：预充电接触器1控制子模块AK1R、预充电接触器2控制子模块AK2R、工作接触器1控制子模块K1R、工作接触器2控制子模块K2R、放电电阻接触器控制子模块DischargingK_R、滤波调整接触器控制子模块FilterAdaptionK_R、滤波接触器控制子模块FilterK_R；

输出子模块包含8个二级子模块：板卡DO1、板卡DO2、四象限1芯片PMCF1、四象限2芯片PMCF2、逆变1芯片INV1、逆变2芯片INV2、逆变3芯片INV3、MVB总线。

5.一种机车牵引系统控制逻辑装置，其特征在于，由六个一级功能子模块构成，分别为：输入信息子模块、自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块；使用Simulink对各功能子模块进行建模；各功能子模块预留输入和输出端口，输入和输出端口均设置为总线形式；把各功能子模块通过总线形式进行连接：输入信息子模块的输出端通过总线分别与自检子模块、命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；自检子模块的输出端通过总线分别与命令解析子模块、保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；命令解析子模块的输出端通过总线分别与保护功能子模块、继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；保护功能子模块的输出端通过总线分别与继电器动作子模块、输出子模块的输入端连接；继电器动作子模块的输出端通过总线分别与输出子模块的输入端连接。

6.根据权利要求5所述机车牵引系统控制逻辑装置，其特征在于，

输入信息子模块包含9个二级子模块：状态量采集模块DI1、数字量采集模块AIO1、数字量采集模块AIO2、四象限输入信息模块PMCF、逆变1 输入信息模块INV1、逆变2输入信息模块INV2、逆变3输入信息模块INV3、MVB网络输入信息模块；

自检子模块包含两个二级子模低压自检子模块TCU_ST_LV、牵引变流器低压自检子模块Convert_ST_LV；

命令解析子模块包含8个二级子模块块，分别为高压启动条件和低压顺序试验指令判定模块Model、FR方向判定子模块F_R_SEL、牵引制动判定子模块P_B_SEL、四象限1脉冲许可指令判定PMCF1、四象限2脉冲许可指令判定PMCF2、逆变1脉冲许可指令判定INV1、逆变2脉冲许可指令判定INV2、逆变3脉冲许可指令判定INV3；

保护功能子模块包括二级子模块：故障判定子模块Error_Detect、保护动作子模块Error_Act；

继电器动作子模块包含7个二级子模块：预充电接触器1控制子模块AK1R、预充电接触器2控制子模块AK2R、工作接触器1控制子模块K1R、工作接触器2控制子模块K2R、放电电阻接触器控制子模块DischargingK_R、滤波调整接触器控制子模块FilterAdaptionK_R、滤波接触器控制子模块FilterK_R；

输出子模块包含8个二级子模块：板卡DO1、板卡DO2、四象限1芯片PMCF1、四象限2芯片PMCF2、逆变1芯片INV1、逆变2芯片INV2、逆变3芯片INV3、MVB总线。