CN111169488B - 一种通用型机车控制系统 - Google Patents

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    • B61C17/12—Control gear; Arrangements for controlling locomotives from remote points in the train or when operating in multiple units

Abstract

本申请提供一种通用型机车控制系统，包括机车控制柜；与机车控制柜通信连接的地面信息处理中心；机车控制柜包括系统总线；与系统总线连接的数字入出单元，用于获取机车的开关量输入信号，并输出对应的开关量输出信号；与系统总线连接的内燃车单元，用于获取机车中内燃机的模拟量输入信号；与系统总线连接的牵引控制单元，用于获取机车的频率输入信号和模拟量输入信号，并输出对应的模拟量输出信号；与系统总线连接的脉冲分配单元，用于获取机车的同步网压，根据该同步网压向机车中的晶闸管整流器发送触发脉冲信号；与系统总线连接的功率补偿控制单元，用于对机车的原边电流、电压进行检测；同时控制机车的功率补偿设备。

Description

一种通用型机车控制系统
技术领域
本申请涉及机车控制技术领域，具体而言，涉及一种通用型机车控制系统。
背景技术
目前，因为机车的车型多、厂家多、各厂家的配件之间又不兼容、接口不统一、互换性差，所以就为各段运维人员的检修工作增加了难度，也为各段的材料配件的保障工作带来了很大困难。这就导致了机车控制系统目前配件难买、维护困难，故障率高、运行率低等问题，所以很有必要提供一种更通用的机车控制系统，以解决上述问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种通用型机车控制系统，用以实现对机车进行分类控制，以便于在满足不同型号机车的供电需求的同时提高维护的便捷性的技术效果。
本申请实施例提供了一种通用型机车控制系统，包括机车控制柜；与所述机车控制柜通信连接的地面信息处理中心；所述机车控制柜包括系统总线；与所述系统总线连接的数字入出单元，用于获取机车的开关量输入信号，并输出对应的开关量输出信号；与所述系统总线连接的内燃车单元，用于获取所述机车中内燃机的模拟量输入信号；与所述系统总线连接的牵引控制单元，用于获取所述机车的频率输入信号和模拟量输入信号，并输出对应的模拟量输出信号；与所述系统总线连接的脉冲分配单元，用于获取所述机车的同步网压，根据所述同步网压向所述机车中的晶闸管整流器发送触发脉冲信号；与所述系统总线连接的功率补偿控制单元，用于对所述机车的原边电流、电压进行检测，同时控制所述机车的功率补偿设备；
所述数字入出单元为复杂可编程逻辑器件；所述内燃车单元和所述脉冲分配单元均为现场可编程门阵列；
所述牵引控制单元包括与所述系统总线连接的第一控制器和第二控制器；与所述第一控制器连接的多种类型的通信接口；与所述第一控制器连接的移动通信模组；与所述第一控制器连接的存储器；所述第一控制器用于控制所述移动通信模组与所述地面信息处理中心进行通信；所述通信接口用于连接外部拓展设备，所述存储器用于存储所述第一控制器通信过程中的信息数据；所述第二控制器用于接收所述机车中牵引机构的开关量输入信号和模拟量输入信号，并根据所述开关量输入信号和模拟量输入信号生成对应的模拟量输出信号；
所述功率补偿控制单元包括：与所述系统总线连接的第三控制器；与所述第三控制器连接的局部总线；与所述局部总线连接的第四控制器；与所述第三控制器连接的脉冲放大器；与所述第四控制器连接的电能计量芯片；所述第三控制器用于获取机车的功补电压、电流信号和机车的原边电压、电流信号，然后进行分析处理后通过脉冲放大器输出功补投切信号；所述第四控制器用于获取电能计量芯片对机车的原边电流、电压的检测结果，并发送给所述第三控制器。
进一步地，所述地面信息处理中心包括控制模块；与所述控制模块连接的显示器；与所述控制模块连接的报警装置。
进一步地，所述通用型机车控制系统还包括与所述地面信息处理中心连接的机车故障诊断预警系统。
进一步地，所述机车控制柜还包括与所述系统总线连接的第一非易失性存储器。
进一步地，所述功率补偿控制单元还包括与所述局部总线连接的第二非易失性存储器。
进一步地，所述通用型机车控制系统还包括与所述地面信息处理中心连接的移动终端。
本申请能够实现的有益效果是：通过机车控制柜中的数字入出单元、牵引控制单元、脉冲分配单元和功率补偿控制单元可以对交直型电力机车进行控制；通过机车控制柜中的数字入出单元、内燃车单元、牵引控制单元、脉冲分配单元和功率补偿控制单元可以对内燃机车进行控制；在使用时，可以根据机车的类型进行相应地选择，兼容性更高；同时地面信息处理中心与控制柜通信连接，可以对机车的运行状态进行远程监控和分析，便于及时进行维护和检修。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种通用型机车控制系统拓扑结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种机车控制柜拓扑结构示意图。
图标：10-通用型机车控制系统；100-机车控制柜；110-系统总线；120-数字入出单元；130-内燃车单元；140-牵引控制单元；150-脉冲分配单元；160-功率补偿控制单元；200-地面信息处理中心；210-控制模块；220-显示器；230-报警装置；300-机车故障诊断预警系统。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参看图1、图2，图1为本申请实施例提供的一种通用型机车控制系统拓扑结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种机车控制柜拓扑结构示意图。
经申请人研究发现，现有机车的车型多、厂家多，且各厂家的配件之间又不兼容、接口不统一、互换性差。这就为各段运维人员的检修工作增加了难度，也为各段的材料配件的保障工作带来了很大困难；也就导致了机车控制系统目前配件难买、维护困难，故障率高、运行率低的局面。所以本申请提供一种通用型机车控制系统10，在提高系统兼容性的同时可以更方便地进行检修和维护，降低维护的难度和成本。
如图1所示，本申请实施例提供的通用型机车控制系统10包括机车控制柜100；与机车控制柜100通信连接的地面信息处理中心200；机车控制柜100包括系统总线110；与系统总线110连接的数字入出单元120，用于获取机车的开关量输入信号，并输出对应的开关量输出信号；与系统总线110连接的内燃车单元130，用于获取机车中内燃机的模拟量输入信号；与系统总线110连接的牵引控制单元140，用于获取机车的频率输入信号和模拟量输入信号，并输出对应的模拟量输出信号；与系统总线110连接的脉冲分配单元150，用于获取机车的同步网压，根据同步网压向机车中的晶闸管整流器发送触发脉冲信号；与系统总线110连接的功率补偿控制单元160，用于对机车的原边电流、电压进行检测，同时控制机车的功率补偿设备。
当机车为交直电力机车时，可以使用机车控制柜100中的数字入出单元120、牵引控制单元140、脉冲分配单元150和功率补偿控制单元160对机车进行控制。通过数字入出单元120可以获取机车的开关量输入信号，进行电平转换后输出对应的开关量输出信号给对应的设备(例如接触器)；通过牵引控制单元140可以获取机车的频率输入信号和模拟量输入信号，进行分析处理后输出对应的模拟量输出信号给对应的设备。脉冲分配单元150在控制过程中，获取机车的同步网压，然后根据该同步网压生成对应的触发脉冲信号发送给机车的晶闸管整流器。功率补偿控制单元160对机车的原边电流、电压进行检测，同时控制所述机车的功率补偿设备。
当机车为内燃机车时，可以使用机车控制柜100中的数字入出单元120、内燃车单元130、牵引控制单元140、脉冲分配单元150和功率补偿控制单元160对机车进行控制。通过数字入出单元120可以获取机车的开关量输入信号，进行电平转换后输出对应的开关量输出信号给对应的设备(例如接触器)；通过内燃车单元130可以获取内燃机车的模拟量输入信号，进行分析处理后发送给系统总线110，为其他控制单元提供参考数据。通过牵引控制单元140可以获取机车的频率输入信号和模拟量输入信号，进行分析处理后输出对应的模拟量输出信号给对应的设备。脉冲分配单元150在控制过程中，获取机车的同步网压，然后根据该同步网压生成对应的触发脉冲信号发送给机车的晶闸管整流器。功率补偿控制单元160对机车的原边电流、电压进行检测，同时控制所述机车的功率补偿设备。
为了在系统重新启动或关机之后仍能保存数据，在系统总线110上还可以连接第一非易失性存储器。
在一种实施方式中，牵引控制单元140包括与系统总线110连接的第一控制器和第二控制器；与第一控制器连接的多种类型的通信接口；与第一控制器连接的移动通信模组；与第一控制器连接的存储器；第一控制器用于控制移动通信模组与地面信息处理中心200进行通信；通信接口用于连接外部拓展设备，存储器用于存储第一控制器通信过程中的信息数据；第二控制器用于接收机车中牵引机构的开关量输入信号和模拟量输入信号，并根据开关量输入信号和模拟量输入信号生成对应的模拟量输出信号。
示例性地，数字入出单元120可以选用复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)；内燃车单元130可以选用现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)。第一控制器可以选用STM32-F429系列的单片机；第二控制器可以选用FPGA。在单片机上可以设置USB、CAN、RS485、RS422等多种类型的通信接口，便于与多种类型的外部拓展设备进行数据传输。移动通信模组可以选用4G通信模组，也可以选用5G通信模组。为了进行数据的同步保存，第一控制器还可以连接一个32MB的同步动态随机存取内存，用于记录第一控制器与地面信息处理中心200的交互信息。第二控制器可以获取机车中的频率输入信号和模拟量输入信号，然后根据频率输入信号和模拟量输入信号生成对应的模拟量输出信号。
为了在系统重新启动或关机之后仍能保存数据，在系统总线110上还可以连接第一非易失性存储器。
在一种实施方式中，地面信息处理中心200包括控制模块210；与控制模块210连接的显示器220；与控制模块210连接的报警装置230。机车控制柜100可以通过移动通信模组，将机车的运行参数数据发送给地面信息处理中心200中的控制模块210，控制模块210根据设置的阈值分析机车是否运行异常，如果机车运行异常就启动报警装置230进行报警提示，同时在显示器220上进行弹窗显示。
示例性地，控制模块210可以选用单片机(例如STM32单片机)，也可以选用其他可以实现相同或相似功能的芯片。报警装置230可以选用声光报警器。显示器220可以选用LED显示器或者LCD显示器。
为了更好地对机车运行状态进行诊断，准确地对潜在故障提供预警，还可以设置机车故障诊断预警系统300，将该机车故障诊断预警系统300与地面信息处理中心200的控制器连接。在机车故障诊断预警系统300中植入专业的检修、维护经验相关的分析程序，对机车的运行状态进行精确诊断，提前发现机车潜在的故障，及时进行维护。
功率补偿控制单元160包括：与系统总线110连接的第三控制器；与第三控制器连接的局部总线；与局部总线连接的第四控制器；与第三控制器连接的脉冲放大器；与第四控制器连接的电能计量芯片；第三控制器用于获取机车的功补电压、电流信号和机车的原边电压、电流信号，然后进行分析处理后通过脉冲放大器输出功补投切信号；第四控制器用于获取电能计量芯片对机车的原边电流、电压的检测结果，并发送给第三控制器。局部总线还连接了第二非易失性存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存功率补偿控制单元160的数据。
在一种实施方式中，第三控制器可以选用FPGA，第四控制器可以选用STM32-F103系列的单片机。电能计量芯片可以对机车的原边电流、电压进行检测，然后将检测结果发送给第四控制器，第四控制器再经过第三控制器发送给系统总线110，然后第一控制器再通过移动通信模组发送给地面信息处理中心200。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种通用型机车控制系统，其特征在于，包括：机车控制柜；与所述机车控制柜通信连接的地面信息处理中心；
所述机车控制柜包括系统总线；与所述系统总线连接的数字入出单元，用于获取机车的开关量输入信号，并输出对应的开关量输出信号；与所述系统总线连接的内燃车单元，用于获取所述机车中内燃机的模拟量输入信号；与所述系统总线连接的牵引控制单元，用于获取所述机车的频率输入信号和模拟量输入信号，并输出对应的模拟量输出信号；与所述系统总线连接的脉冲分配单元，用于获取所述机车的同步网压，根据所述同步网压向所述机车中的晶闸管整流器发送触发脉冲信号；与所述系统总线连接的功率补偿控制单元，用于对所述机车的原边电流、电压进行检测，同时控制所述机车的功率补偿设备；
所述数字入出单元为复杂可编程逻辑器件；所述内燃车单元和所述脉冲分配单元均为现场可编程门阵列；
所述牵引控制单元包括与所述系统总线连接的第一控制器和第二控制器；与所述第一控制器连接的多种类型的通信接口；与所述第一控制器连接的移动通信模组；与所述第一控制器连接的存储器；所述第一控制器用于控制所述移动通信模组与所述地面信息处理中心进行通信；所述通信接口用于连接外部拓展设备，所述存储器用于存储所述第一控制器通信过程中的信息数据；所述第二控制器用于接收所述机车中牵引机构的开关量输入信号和模拟量输入信号，并根据所述开关量输入信号和模拟量输入信号生成对应的模拟量输出信号；
所述功率补偿控制单元包括：与所述系统总线连接的第三控制器；与所述第三控制器连接的局部总线；与所述局部总线连接的第四控制器；与所述第三控制器连接的脉冲放大器；与所述第四控制器连接的电能计量芯片；
所述第三控制器用于获取机车的功补电压、电流信号和机车的原边电压、电流信号，然后进行分析处理后通过脉冲放大器输出功补投切信号；
所述第四控制器用于获取电能计量芯片对机车的原边电流、电压的检测结果，并发送给所述第三控制器。
2.根据权利要求1所述的通用型机车控制系统，其特征在于，所述地面信息处理中心包括控制模块；与所述控制模块连接的显示器；与所述控制模块连接的报警装置。
3.根据权利要求1所述的通用型机车控制系统，其特征在于，所述通用型机车控制系统还包括与所述地面信息处理中心连接的机车故障诊断预警系统。
4.根据权利要求1所述的通用型机车控制系统，其特征在于，所述机车控制柜还包括与所述系统总线连接的第一非易失性存储器。
5.根据权利要求1所述的通用型机车控制系统，其特征在于，所述功率补偿控制单元还包括与所述局部总线连接的第二非易失性存储器。
6.根据权利要求1所述的通用型机车控制系统，其特征在于，所述通用型机车控制系统还包括与所述地面信息处理中心连接的移动终端。
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