CN111791715A - 牵引系统的牵引控制单元 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于轨道交通技术领域,尤其涉及一种牵引系统的牵引控制单元,所述牵引系统包括多个逆变器和多个电机;其中,所述多个逆变器用于将电源的直流电转换为三相交流电向所述多个电机供电;所述牵引控制单元包括中央控制模块和多个逆变控制模块;所述中央控制模块,用于获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至所述多个逆变控制模块,以及接收所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数;所述多个逆变控制模块,用于根据所述第一控制指令控制所述多个逆变器,并采集所述多个逆变器的电参数反馈至所述中央控制模块。通过上述系统可以提高车辆牵引系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域,尤其涉及一种牵引系统的牵引控制单元。
背景技术
随着人们对交流传动系统的安全性、可靠性、稳定性和可维护性的要求越来越高,作为交流传动系统的控制核心,牵引控制单元,其功能越来越强大、结构也越来越复杂。
牵引控制单元负责车辆的通信、控制与诊断保护,现有动车组牵引控制单元按功能分为中央处理单元、数字信号处理单元、电源管理、PWM脉冲处理模块、模拟量处理、数字量处理、整流控制和逆变控制。中央处理单元负责运算处理及逻辑分析,系统的保护和监视等;数字信号处理单元负责将外部获取的信号进行转化和调整后传输给中央处理器;电源管理负责低压电源的控制;PWM脉冲处理负责给牵引变流器发送脉冲;模拟量处理和数字量处理负责模拟量和数字量的传输;整流控制用来控制整流器向电机侧的逆变器提供一个相匹配的恒定的直流电压源;逆变控制用来控制逆变器将恒定的直流电压转换为三相交流供给牵引电机,以实现对电机的控制。在铁路部门投入大量动车组列车运营的情况下,有效控制或减少动车组列车故障具有重要的现实意义。现有动车组牵引控制单元属于车控,即通过单个逆变控制及其对应的逆变器对整辆车的电机进行控制,如果逆变控制出现故障,整辆车的动力均会丢失,存在运行可靠性低的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种牵引系统的牵引控制单元以解决现有的牵引控制单元运行可靠性低的问题。
本发明实施例提供了一种牵引系统的牵引控制单元,所述牵引系统包括多个逆变器和多个电机;其中,所述多个逆变器用于将电源的直流电转换为三相交流电向所述多个电机供电;
所述牵引控制单元包括中央控制模块和多个逆变控制模块;
所述中央控制模块,用于获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至所述多个逆变控制模块,以及接收所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数;所述多个逆变控制模块,用于根据所述第一控制指令控制所述多个逆变器,并采集所述多个逆变器的电参数反馈至所述中央控制模块。
可选的,所述牵引控制单元还包括整流控制模块;
所述中央控制模块,还用于根据所述车辆运行指令发送第二控制指令至所述整流控制模块,并接收所述整流控制模块反馈的整流器的电参数;
所述整流控制模块,用于根据所述第二控制指令控制整流器,并采集整流器的电参数反馈至所述中央控制模块。
可选的,所述牵引控制单元还包括I/O模块;
所述I/O模块,用于从上位机接收车辆运行指令,并将所述车辆运行指令发送至所述中央控制模块,以及接收所述中央控制模块发送的整流器的电参数和多个逆变器的电参数并发送至上位机。
可选的,所述整流控制模块包括:整流器板卡和第一A/D板卡;
所述第一A/D板卡,用于采集第一模拟量信息,并将所述第一模拟量信息进行A/D转换后传输至所述整流器板卡,以及存储进行A/D转换后的第一模拟量信息;其中,所述第一模拟量信息包括整流器的电参数;
所述整流器板卡,用于根据所述中央控制模块的第二控制指令实现整流控制,并根据经过A/D转换后的第一模拟量信息对整流器进行诊断与保护。
可选的,所述多个逆变控制模块中的每个逆变控制模块包括:逆变器板卡和第二A/D板卡;
所述第二A/D板卡,用于采集第二模拟量信息,并将所述第二模拟量信息进行A/D转换后传输至所述逆变器板卡,以及存储进行A/D转换后的第二模拟量信息;其中,所述第二模拟量信息包括逆变器的电参数;
所述逆变器板卡,用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对逆变器进行控制;
所述逆变器板卡,还用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对制动电阻进行控制,并根据经过A/D转换后的第二模拟量信息对电机进行诊断与保护。
可选的,所述第一A/D板卡的板卡接口和所述第二A/D板卡的板卡接口相同;所述整流器板卡的板卡接口和所述逆变器板卡的板卡接口相同。
可选的,所述I/O模块包括:I/O输入板卡和I/O输出板卡;
所述I/O输入板卡,用于实现I/O输入信号的转换与存储;其中,所述I/O输入信号包括上位机发送的车辆运行指令;
所述I/O输出板卡,与所述中央控制模块连接,用于实现I/O输出信号的转换与存储;其中,所述I/O输出信号包括中央控制模块发送的所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数和所述整流控制模块反馈的整流器的电参数。
可选的,所述I/O输入板卡的板卡接口和所述I/O输出板卡的板卡接口相同。
可选的,所述牵引控制单元还包括通信模块;
所述通信模块,用于实现所述中央控制模块、所述多个逆变控制模块、所述整流控制模块和所述I/O模块间的通信。
可选的,所述通信模块包括通信板卡;
所述通信板卡设置有MVB接口、CAN接口、以太网接口和RS485接口;
所述通信板卡设置有VME通信芯片,与VME总线连接,用于通过VME通信与所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块进行数据传输;
相应的,所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块均设置有VME通信芯片,且均连接至所述VME总线。
可选的,所述牵引控制单元还包括:调试模块、电源模块和温度检测模块;
所述温度检测模块,用于监测所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块、所述通信模块、所述多个逆变控制模块的温度信息并进行存储;
所述调试模块,用于对所述整流控制模块和所述多个逆变控制模块的控制逻辑进行调试;
所述电源模块,用于为所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块、所述通信模块、所述多个逆变控制模块、所述温度检测模块和所述调试模块进行供电。
可选的,所述牵引控制单元还包括健康管理模块;
所述健康管理模块,用于获取预设参数信息,并基于所述预设参数信息,通过预设算法进行故障预测,以及在发生故障时存储所述预设参数信息,并基于所述预设参数信息判断故障类型,提供维修策略;
其中,所述预设参数信息包括所述中央控制模块的电参数、所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述电源模块的电参数和监控机箱散热风扇的电参数中的至少一种。
可选的,所述调试模块、所述整流控制模块和所述多个逆变控制模块均连接至SCI总线;
所述健康管理模块,还通过UDP与所述中央控制模块进行数据通信,用于获取所述中央控制模块的电参数,并通过所述中央控制模块获取所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述温度检测模块的电参数和所述电源模块的电参数中的至少一种。
可选的,所述多个逆变控制模块与所述多个逆变器一一对应设置;所述多个逆变器中的每个逆变器,用于将电源的直流电转换为三相交流电向一个或多个电机供电;其中,所述多个逆变器中,各个逆变器所对应的电机不同。
本发明实施例提供的牵引系统的牵引控制单元,该牵引系统包括多个逆变器和多个电机,其中多个逆变器用于将电源的直流电转换为三相交流电向多个电机供电。该牵引系统的牵引控制单元中,设置中央控制模块,以获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至多个逆变控制模块,以及接收所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数;通设置多个逆变控制模块,可以根据第一控制指令控制多个逆变器,并采集所述多个逆变器的电参数反馈至所述中央控制模块,即使一个逆变控制模块发生故障,也可以通过其余正常的逆变控制模块对逆变器进行控制,为电机供电,进而保持车辆的动力,从而提高车辆运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的牵引系统的牵引控制单元的结构示意图;
图2是本发明又一实施例提供的牵引系统的牵引控制单元的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的逆变控制模块的硬件结构示意图;
图4是本发明实施例提供的整流控制模块的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形,是指“包括但不限于”,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外,术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象,而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本实施例提供的牵引系统的牵引控制单元的结构示意图,参示图1,所述牵引系统10可以包括多个逆变器11和多个电机12;其中,多个逆变器11用于将电源的直流电转换为三相交流电向多个电机12供电。
本发明实施例中,该牵引控制单元所适用的牵引系统具有多个逆变器11和多个电机12,本实施例中以两个逆变器11和四个电机12进行说明。各个逆变器11用于接收来自牵引控制单元100的控制指令,根据控制指令将电源的直流电转换为三相交流电向多个电机12供电,进而实现对多个电机12的控制。本发明实施例中,每个逆变器可以分别连接控制两个电机,当一个逆变器无法接获取到牵引控制单元的控制指令时,另一个逆变器也可以通过合理的参数设计,获取牵引控制单元的控制指令,控制其对应的电机以大功率运行。
所述牵引控制单元100包括中央控制模块110和多个逆变控制模块120。
本发明实施例中,通过设置多个逆变控制模块120,以实现对多个逆变器11的控制,并提高车辆牵引系统的可靠性。具体的,逆变控制模块可以为两个,与逆变器一一对应设置。
所述中央控制模块100,用于获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至所述多个逆变控制模块120,以及接收所述多个逆变控制模块120反馈的多个逆变器11的电参数。
本发明实施例中,所述中央控制模块100可以通过车辆通信总线及硬线I/O总线接受车辆运行控制指令,生成第一控制指令,该第一指令可以指示多个逆变控制模块120完成指令传递及状态切换等逻辑控制功能,以使与多个逆变控制模块120对相应的逆变器11完成逆变控制的功能。所述中央控制模块110还可以接收多个逆变控制模块120采集的多个逆变器11的电参数,例如输入电流、中间电压等,实现对电机12运行状态的监控。当所述中央控制模块100生成第一控制指令信息时,也可以通过预设的控制逻辑,结合逆变控制模块120采集的多个逆变器11的电参数和车辆运行控制指令生成。上述中央控制模块100和多个逆变控制模块120可以完成对多个电机12的运行状态控制、切换等功能。
所述多个逆变控制模块120,用于根据所述第一控制指令控制所述多个逆变器11,并采集所述多个逆变器11的电参数反馈至所述中央控制模块110。
本发明实施例中,多个逆变控制模块120接受到中央控制模块110的第一控制指令后,获取第一控制指令包含的逻辑控制信息,对相应的逆变器11执行相应的控制功能,并将执行后第一控制指令后的相应的逆变器11的电参数进行反馈,以使中央控制模块110根据该反馈信息和预设逻辑获取到逆变控制模块120对该指令的执行度。中央控制模块110可以依据该指令的执行度作出相应的确认、补充和调整修正等。
上述牵引系统的牵引控制单元,牵引系统包括多个逆变器和多个电机,其中多个逆变器用于将电源的直流电转换为三相交流电向多个电机供电。该牵引系统的牵引控制单元中,设置中央控制模块,以获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至多个逆变控制模块,以及接收所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数;通设置多个逆变控制模块,可以根据第一控制指令控制多个逆变器,并采集所述多个逆变器的电参数反馈至所述中央控制模块,即使一个逆变控制模块发生故障,也可以通过其余正常的逆变控制模块对逆变器进行控制,为电机供电,进而保持车辆的动力,从而提高车辆运行的可靠性。
一些实施例中,所述牵引控制单元还可以包括:整流控制模块;所述中央控制模块,还用于根据所述车辆运行指令发送第二控制指令至所述整流控制模块,并接收所述整流控制模块反馈的整流器的电参数;所述整流控制模块,用于根据所述第二控制指令控制整流器,并采集整流器的电参数反馈至所述中央控制模块。
本发明实施例中,参示图2,图2是本发明又一实施例提供的牵引系统的牵引控制单元的结构示意图,该牵引控制单元100还可以包括整流控制模块130。所述中央控制模块100可以通过车辆通信总线及硬线I/O总线接受车辆运行控制指令,生成第二控制指令,该第二指令可以指示整流控制模块130完成指令传递及状态切换等逻辑控制功能,以使对应的整流器实现整流四象限运行等功能。所述中央控制模块110还可以接收整流控制模块130采集的整流器的电参数,例如输入电流、中间电压等,实现对整流器运行状态的监控。所述中央控制模块100还可以通过预设的控制逻辑,结合整流控制模块130采集的整流器的电参数和车辆运行控制指令生成第二控制指令信息时。上述中央控制模块100和整流控制模块130可以完成对整流器的运行状态控制、工作模式切换等功能。
一些实施例中,所述牵引控制单元还可以包括I/O模块;所述I/O模块,用于从上位机接收车辆运行指令,并将所述车辆运行指令发送至所述中央控制模块,以及接收所述中央控制模块发送的整流器的电参数和多个逆变器的电参数并发送至上位机。
本发明实施例中,参示图2,该牵引控制单元100还可以包括I/O模块140;所述I/O模块140可以从上位机接收车辆运行指令,将所述车辆运行指令发送至所述中央控制模块110。还可以接收中央控制模块100发送的整流器的电参数和多个逆变器的电参数,并将上述参数发送至上位机。该牵引控制单元100中各个模块可以通过设置的I/O模块140,直接或间接的完成与上位机的交互。
一些实施例中,所述多个逆变控制模块与所述多个逆变器一一对应设置;所述多个逆变器中的每个逆变器,用于将电源的直流电转换为三相交流电向一个或多个电机供电;其中,所述多个逆变器中,各个逆变器所对应的电机不同。
本发明实施例中,参示图1,多个逆变控制模块120与多个逆变器11一一对应设置,每个逆变器11分别控制不同的一个或多个电机12。例如,本实施例中,逆变控制模块120和逆变器11均为两个,电机12为四个,每个逆变器11分别控制两个电机12,且每个逆变器11所控制的电机12不同。
一些实施例中,所述整流控制模块可以包括:整流器板卡和第一A/D板卡;所述第一A/D板卡,用于采集第一模拟量信息,并将所述第一模拟量信息进行A/D转换后传输至所述整流器板卡,以及存储进行A/D转换后的第一模拟量信息;其中,所述第一模拟量信息包括整流器的电参数;所述整流器板卡,用于根据所述中央控制模块的第二控制指令实现整流控制,并根据经过A/D转换后的第一模拟量信息对整流器进行诊断与保护。
本发明实施例中,参示图4,整流控制模块130硬件的具体架构可以包括整流器板卡132和第一A/D板卡131。设置第一A/D板卡131,可以采集第一模拟量信息,并将所述第一模拟量信息进行A/D转换后传输至整流器板卡132,以及存储进行A/D转换后的第一模拟量信息;该第一模拟量信息可以包括整流器的电参数;设置整流器板卡132,可以根据所述中央控制模块的第二控制指令实现整流控制,并根据经过A/D转换后的第一模拟量信息对整流器进行诊断与保护。
本发明实施例中,参示图4,整流器板卡132可以由FPGA(Field Pro,grammableGate Array,现场可编程逻辑门阵列)芯片1321和DSP芯片1322组成,其中DSP芯片1322用于实现上述的逻辑控制等功能,FPGA芯片1321完成与其余各个模块间的通信功能。第一A/D板卡131可以由FPGA芯片1311和CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)芯片1312组成,其中FPGA芯片1311实现与整流器板卡132之间的通信功能,CPLD芯片1312实现对应于整流器设置的传感器信息的获取、转换和存储。设计CPLD芯片完成较为简单的逻辑功能,若不考虑成本,CPLD芯片也可以使用FPGA芯片进行替代。
一些实施例中,所述多个逆变控制模块中的每个逆变控制模块可以包括:逆变器板卡和第二A/D板卡;所述第二A/D板卡,用于采集第二模拟量信息,并将所述第二模拟量信息进行A/D转换后传输至所述逆变器板卡,以及存储进行A/D转换后的第二模拟量信息;其中,所述第二模拟量信息包括逆变器的电参数;所述逆变器板卡,用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对逆变器进行控制;所述逆变器板卡,还用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对制动电阻进行控制,并根据经过A/D转换后的第二模拟量信息对电机进行诊断与保护。
本发明实施例中,参示图3,每个逆变控制模块120可以包括:逆变器板卡122和第二A/D板卡121。所述第二A/D板卡121,用于采集第二模拟量信息,并将所述第二模拟量信息进行A/D转换后传输至所述逆变器板卡122,以及存储进行A/D转换后的第二模拟量信息;所述第二模拟量信息包括逆变器的电参数;所述逆变器板卡122,用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对逆变器进行控制;除此之外,逆变器板卡122,还可以根据所述中央控制模块的第一控制指令对制动电阻进行控制,并根据经过A/D转换后的第二模拟量信息对电机进行诊断与保护。
本发明实施例中,参示图3,逆变器板卡122可以由FPGA芯片1221和DSP芯片1222组成,其中DSP芯片1222用于实现上文所述的逆变器板卡122的逆变控制、诊断保护和制动电阻控制等功能,FPGA芯片1221则可以完成与其余各个模块间的通信功能。第二A/D板卡121可以由FPGA芯片1211和CPLD芯片1212组成,其中FPGA芯片1211实现与逆变器板卡132之间的通信功能,CPLD芯片1212实现对应于逆变器设置的传感器信息的获取、转换和存储功能。设置使用CPLD芯片完成传感器信息的获取、转换和存储功能,可以降低成本,易于实现。除开成本考虑,在功能上CPLD芯片也可以使用FPGA芯片进行替代。
一些实施例中,所述第一A/D板卡的板卡接口和所述第二A/D板卡的板卡接口相同;所述整流器板卡的板卡接口和所述逆变器板卡的板卡接口相同。
本发明实施例中,设置第一A/D板卡的板卡接口和所述第二A/D板卡的板卡接口相同,所述整流器板卡的板卡接口和所述逆变器板卡的板卡接口相同,可以实现其在机箱中位置的互换,利于检修维护工作的进行。例如逆变控制模块和整流控制模块均为DSP+AD板卡的板卡组配置,逆变控制模块和整流控制模块在机箱中的位置可以互换。对于相同功能的模块,如多个逆变控制模块,每个逆变控制模块之间可以进行任意互换;当发生故障时,通过上述模块化的设计,直接替换故障模块即可,从而减低检修的时间。
一些实施例中,参示图2,所述I/O模块可以包括:I/O输入板卡和I/O输出板卡;所述I/O输入板卡,用于实现I/O输入信号的转换与存储;其中,所述I/O输入信号包括上位机发送的车辆运行指令;所述I/O输出板卡,与所述中央控制模块110连接,用于实现I/O输出信号的转换与存储;其中,所述I/O输出信号包括中央控制模块100发送的所述多个逆变控制模块120反馈的多个逆变器的电参数和所述整流控制模块130反馈的整流器的电参数。
一些实施例中,所述I/O输入板卡的板卡接口和所述I/O输出板卡的板卡接口相同。
本发明实施例中,所述I/O输入板卡和所述I/O输出板卡均可以由CPLD芯片或FPGA芯片组成,实现I/O信号的转化和存储功能,以及通信功能。设置I/O输入板卡和I/O输出板卡由相同的架构组成,便于统一板卡接口,增加互换性。
一些实施例中,所述牵引控制单元还可以包括通信模块;所述通信模块,用于实现所述中央控制模块、所述多个逆变控制模块、所述整流控制模块和所述I/O模块间的通信。
一些实施例中,所述通信模块可以包括通信板卡;所述通信板卡设置有MVB接口、CAN接口、以太网接口和RS485接口;所述通信板卡设置有VME通信芯片,与VME总线连接,用于通过VME通信与所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块进行数据传输;相应的,所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块均设置有VME通信芯片,且均连接至所述VME总线。
本发明实施例中,参示图2,该牵引控制单元还可以包括通信模块150。通信模块150用于实现各个模块间的通信,例如实现所述中央控制模块110、所述多个逆变控制模块120、所述整流控制模块130和所述I/O模块140之间的通信功能。具体的,通信模块150硬件上可以为由FPGA构成的通信板卡,该板卡设置有MVB接口、CAN接口、以太网接口和RS485接口,用于实现上位机与牵引控制单元100的连接和通信。VME总线是一种高性能、并行方式、实时性好、可靠性高及机械性能和抗电磁干扰能力强的系统总线,可用于多CPU、高速数据传输、实时性要求高和电磁干扰严重的场合,可以在牵引控制单元100的各模块中,例如在所述中央控制模块110、所述多个逆变控制模块120、所述整流控制模块130和所述I/O模块140上,均可以设置VME通信芯片,并将其连接至VME总线上,以实现各个模块之间的高性能数据传输。
一些实施例中,参示图2,所述牵引控制单100还可以包括:调试模块160、电源模块180和温度检测模块170;所述温度检测模块170,用于监测所述中央控制模块110、所述整流控制模块130、所述I/O模块140、所述通信模块150、所述多个逆变控制模块120的温度信息并进行存储;所述调试模块160,用于对所述整流控制模块130和所述多个逆变控制模块120的控制逻辑进行调试;所述电源模块180,用于为所述中央控制模块110、所述整流控制模块130、所述I/O模块140、所述通信模块150、所述多个逆变控制模块120、所述温度检测模块170和所述调试模块160进行供电。
本发明实施例中,所述温度检测模块170也连接至VME总线获取各个模块的温度信息,具体的,温度检测模块170可以为PT100板卡。所述电源模块180通过电源总线与各个模块连接,具体的电源模块180可以由TCU电源板卡、传感器电源板卡和IGBT电源板卡组成,以实现将输入的电源电压转化为不同的电压为相应的模块进行供电。所述调试模块160可以为DEBUG板卡,通过SCI总线分别与整流器板卡的DSP芯片和各个逆变器板卡的DSP芯片进行连接,对DSP芯片的运行逻辑进行调试。
一些实施例中,所述牵引控制单元还可以包括健康管理模块;所述健康管理模块,用于获取预设参数信息,并基于所述预设参数信息,通过预设算法进行故障预测,以及在发生故障时存储所述预设参数信息,并基于所述预设参数信息判断故障类型,提供维修策略;其中,所述预设参数信息包括所述中央控制模块的电参数、所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述电源模块的电参数和监控机箱散热风扇的电参数中的至少一种。
本发明实施例中,参示图2该牵引控制单元100还可以包括健康管理模块190。该健康管理模块190的硬件形式也可以为CMS板卡,用于获取预设参数信息;该预设参数信息可以为其他模块的电参数中的一种或多种,例如其他板卡上各供电电流以及板卡的自身温度,包括机箱散热风扇的转速线的风扇信息等。基于获取的预设参数信息可以生成汇总状态日志记录、板卡工作异常记录以及板卡工作状态指示;还用于基于获取的预设参数信息,通过预设算法进行故障预测,以及在发生故障时存储所述预设参数信息,并基于所述预设参数信息判断故障类型,提供维修策略;其中,预设算法可以为神经网络、遗传算法或用此类算法训练的模型或另外的算法。
一些实施例中,所述健康管理模块,还通过UDP与所述中央控制模块进行数据通信,用于获取所述中央控制模块的电参数,并通过所述中央控制模块获取所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述温度检测模块的电参数和所述电源模块的电参数中的至少一种。
本发明实施例中,参示图2,健康管理模块190可以通过UDP与所述中央控制模块110进行数据通信。由于健康管理模块190实时获取各模块的多种参数,数据传输量较大,因此可以通过设置独占的UDP协议与中央控制模块110进行数据通信,获取中央控制模块110进行数据通信的电参数,并通过中央控制模块110与其他模块的VME通信,间接获取其他模块的电参数,以提高数据传输速率。
一些实施例中,所述CMS板卡具体包括:原始大数据背板端口输入单元、核心处理单元、PHM运算单元以及对外数据传输单元;
所述原始大数据背板端口输入单元,用于通过所述牵引控制单元的预设参数信息,作为待处理数据;
所述核心处理单元,用于采集所述原始大数据背板端口输入单元获取的待处理数据,并将所述待处理数据存储以及转发给所述PHM运算单元和所述对外数据传输单元;
所述PHM运算单元,用于接收所述原始大数据背板端口输入单元发送的待处理数据并进行运算,得到运算结果,并将所述运算结果发送给所述对外数据传输单元;
所述对外数据传输单元,用于接收所述PHM运算单元发送的所述运算结果以及接收所述核心处理单元发送的所述待处理数据,并将所述运算结果和所述待处理数据导出或者发送给CPU主板,以便所述CPU主板将所述运算结果转发给客户端。
CMS板卡可以为大数据处理子板,当牵引控制单元设置于插卡式机箱时,CMS板卡可以很方便地插在对应的卡槽内应用。本实施例中通过设置独立的CMS板卡,可以获取所有上传到牵引控制单元的外部牵引系统采集的原始数据以及牵引控制单元自身的健康管理数据、关键事件记录等,得到大量数据以供PHM运算,从而得到准确、全面的故障预测。并且运算结果直接导出或传输给所述牵引控制单元上设置的中央控制模块上,无需占用总线资源、无线资源以及通信控制器的资源,从而不会影响其他数据的处理,且数据时延较小。
一些实施例中,所述对外数据传输单元可以实现两种数据输出的方式:
第一,对外数据传输单元可以将原始大数据背板端口输入单元发送的所述运算结果以及接收所述核心处理单元发送的所述待处理数据导出,以千兆网络的FTP协议进行数据传输至核心处理单元的PS端。这种导出方式的带宽为1Gbps,根据ARM运行的进程数,能够使用到50%~80%带宽,从而可以减少宽带的使用。
第二,对外数据传输单元可以将原始大数据背板端口输入单元发送的所述运算结果传输给中央控制模块,中央控制模块再将运算结果从VME总线直接发送给通信模块,让通信模块通过无线等方式直接转发。由于运算结果数据占用带宽极小,故不存在占用总线的问题,且PHM运算已经做完,用户可直接即时看结果,从而解决了现有技术通过一系列数据转发将关键数据传输到地面服务器,占用总线较多,且地面服务器还需要对关键数据进行PHM运行,导致时延严重,本实施例中核心处理单元和原始大数据背板端口输入单元可以相互配合,及时将待处理数据进行PHM运算,然后由对外数据传输单元将运算结果直接导出,从而极大地降低了数据时延。
一些实施例中,当健康管理模块与所述中央控制模块均以板卡的形式设置在机箱中时,其位置可以相邻,这样可以减少通信走线的长度,减少传输路径长度,保证通讯质量,并减少对其他板卡的串扰。
一些实施例中,所述核心处理单元包括用于实现ARM功能的PS端和用于实现FPGA功能的PL端。
本发明实施例中,核心处理单元的主要功能为存储原始大数据和进行PHM运算,核心处理单元选用Xilinx公司的Zynq7030处理器,该处理器实现了单芯片的ARM与FPGA的解决方案。现有技术中,ARM和FPGA为两片独立的芯片处理器,芯片间数据传输速率和PCB走线方面都存在限制,本实施例首先在传输速率方面,由于设置的为内部AXI总线,频率和数据总线位数都比现有技术中采用的分立式处理器有明显优势。
PL端主要实现I2C、PCIe、高速LVDS驱动等功能。PS端外围搭载QSPI Flash实现Zynq的配置,且通过设置的DDR3L及外围电路实现PS端的数据缓存。Zynq处理器上搭载嵌入式Linux系统,主要实现系统任务调度、算法运算等工作,并提供软件API函数接口,用于算法调用和数据分析。
上述实施例提供的牵引系统的牵引控制单元,通过设置多个逆变控制模块对应控制多个逆变器,当一个逆变器出现故障时牵引力不会完全丢失,而且通过合理设计参数,可以达到大功率运行。通过基于VME总线的模块化构建方法,将牵引控制单元按照功能划分为不同的模块,功能相同的各板卡之间接口一致,可以互换,增加互换性,降低检修时间。通过增加健康管理模块,可以实时监测装备运行的状态参数及特征信号,并获取所有上传到牵引控制单元的外部牵引系统采集的原始数据以及牵引控制单元自身的健康管理数据、关键事件记录等,得到大量数据,借助智能推理算法和模型以供PHM运算,从而得到准确、全面的故障预测,并提供维修保障决策,实现装备状态维修。并且运算结果直接导出或传输给所述牵引控制单元上设置的中央控制模块上,无需占用总线资源、无线资源以及通信控制器的资源,从而不会影响其他数据的处理,且数据时延较小,可以减低车辆运维成本,提高实用性。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述牵引系统包括多个逆变器和多个电机;其中,所述多个逆变器用于将电源的直流电转换为三相交流电向所述多个电机供电;
所述牵引控制单元包括中央控制模块和多个逆变控制模块;
所述中央控制模块,用于获取车辆运行指令,并根据所述车辆运行指令发送第一控制指令至所述多个逆变控制模块,以及接收所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数;
所述多个逆变控制模块,用于根据所述第一控制指令控制所述多个逆变器,并采集所述多个逆变器的电参数反馈至所述中央控制模块。
2.如权利要求1所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,还包括整流控制模块;
所述中央控制模块,还用于根据所述车辆运行指令发送第二控制指令至所述整流控制模块,并接收所述整流控制模块反馈的整流器的电参数;
所述整流控制模块,用于根据所述第二控制指令控制整流器,并采集整流器的电参数反馈至所述中央控制模块。
3.如权利要求2所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,还包括I/O模块;
所述I/O模块,用于从上位机接收车辆运行指令,并将所述车辆运行指令发送至所述中央控制模块,以及接收所述中央控制模块发送的整流器的电参数和多个逆变器的电参数并发送至上位机。
4.如权利要求2所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述整流控制模块包括:整流器板卡和第一A/D板卡;
所述第一A/D板卡,用于采集第一模拟量信息,并将所述第一模拟量信息进行A/D转换后传输至所述整流器板卡,以及存储进行A/D转换后的第一模拟量信息;其中,所述第一模拟量信息包括整流器的电参数;
所述整流器板卡,用于根据所述中央控制模块的第二控制指令实现整流控制,并根据经过A/D转换后的第一模拟量信息对整流器进行诊断与保护。
5.如权利要求4所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述多个逆变控制模块中的每个逆变控制模块包括:逆变器板卡和第二A/D板卡;
所述第二A/D板卡,用于采集第二模拟量信息,并将所述第二模拟量信息进行A/D转换后传输至所述逆变器板卡,以及存储进行A/D转换后的第二模拟量信息;其中,所述第二模拟量信息包括逆变器的电参数;
所述逆变器板卡,用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对逆变器进行控制;
所述逆变器板卡,还用于根据所述中央控制模块的第一控制指令对制动电阻进行控制,并根据经过A/D转换后的第二模拟量信息对电机进行诊断与保护。
6.如权利要求5所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述第一A/D板卡的板卡接口和所述第二A/D板卡的板卡接口相同;所述整流器板卡的板卡接口和所述逆变器板卡的板卡接口相同。
7.如权利要求3所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述I/O模块包括:I/O输入板卡和I/O输出板卡;
所述I/O输入板卡,用于实现I/O输入信号的转换与存储;其中,所述I/O输入信号包括上位机发送的车辆运行指令;
所述I/O输出板卡,与所述中央控制模块连接,用于实现I/O输出信号的转换与存储;其中,所述I/O输出信号包括中央控制模块发送的所述多个逆变控制模块反馈的多个逆变器的电参数和所述整流控制模块反馈的整流器的电参数。
8.如权利要求7所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述I/O输入板卡的板卡接口和所述I/O输出板卡的板卡接口相同。
9.如权利要求3所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,还包括通信模块;
所述通信模块,用于实现所述中央控制模块、所述多个逆变控制模块、所述整流控制模块和所述I/O模块间的通信。
10.如权利要求9所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述通信模块包括通信板卡;
所述通信板卡设置有MVB接口、CAN接口、以太网接口和RS485接口;
所述通信板卡设置有VME通信芯片,与VME总线连接,用于通过VME通信与所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块进行数据传输;
相应的,所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块和所述多个逆变控制模块均设置有VME通信芯片,且均连接至所述VME总线。
11.如权利要求9所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,还包括:调试模块、电源模块和温度检测模块;
所述温度检测模块,用于监测所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块、所述通信模块、所述多个逆变控制模块的温度信息并进行存储;
所述调试模块,用于对所述整流控制模块和所述多个逆变控制模块的控制逻辑进行调试;
所述电源模块,用于为所述中央控制模块、所述整流控制模块、所述I/O模块、所述通信模块、所述多个逆变控制模块、所述温度检测模块和所述调试模块进行供电。
12.如权利要求11所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,还包括:健康管理模块;
所述健康管理模块,用于获取预设参数信息,并基于所述预设参数信息,通过预设算法进行故障预测,以及在发生故障时存储所述预设参数信息,并基于所述预设参数信息判断故障类型,提供维修策略;
其中,所述预设参数信息包括所述中央控制模块的电参数、所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述电源模块的电参数和监控机箱散热风扇的电参数中的至少一种。
13.如权利要求12所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述调试模块、所述整流控制模块和所述多个逆变控制模块均连接至SCI总线;
所述健康管理模块,还通过UDP与所述中央控制模块进行数据通信,用于获取所述中央控制模块的电参数,并通过所述中央控制模块获取所述整流控制模块的电参数、所述I/O模块的电参数、所述通信模块的电参数、所述多个逆变控制模块的电参数、所述温度检测模块的电参数、所述调试模块的电参数、所述温度检测模块的电参数和所述电源模块的电参数中的至少一种。
14.如权利要求1至13任一项所述的牵引系统的牵引控制单元,其特征在于,所述多个逆变控制模块与所述多个逆变器一一对应设置;所述多个逆变器中的每个逆变器,用于将电源的直流电转换为三相交流电向一个或多个电机供电;其中,所述多个逆变器中,各个逆变器所对应的电机不同。
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