CN202018573U

CN202018573U - 一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统

Info

Publication number: CN202018573U
Application number: CN2010205534394U
Authority: CN
Inventors: 周少云; 班立权; 姚晓阳; 刘智聪; 谢小婷
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2020-09-27

Abstract

本实用新型涉及一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统，第一单片机和第二单片机设有励磁控制模块，第一单片机和第二单片机中为主机的单片机的励磁控制模块，依据交流励磁电机的频率参数、电压参数、电流参数，按预设的规则，得到PWM控制信号，通过励磁输出接口传送到交流励磁电机，控制交流励磁电机工作；第一单片机和第二单片机与励磁开关相连接，当为主机单片机出现故障时，自动启动为另一单片机为主机。本实用新型设置两组单片机实现对机车交流辅助励磁的热冗余控制，不需占用机车较大的空间，易于实现。

Description

一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统

技术领域

本实用新型涉及机车交流辅发励磁领域，特别涉及一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统。

背景技术

随着经济的迅猛发展，铁路交通越来越重要，承载的运输任务也越来越繁重。为更大程度的运输货物，一列火车常需要配置几十个车厢和多辆机车，多辆机车协同工作，为该列火车提供强大动力。但在这种情况下，如何保证出现故障时，多个机车仍能协同工作，是需要克服的技术难题。

一般情况下，多辆机车重联情况下，只有最前面机车才有司乘人员，后面的重联机车没有司乘人员，若重联机车的动力装置的交流辅发励磁出现故障，不能人工排除故障，就容易使得发生交流辅发励磁故障机车不能投入使用，严重影响该列火车的运行。因此，需要采用交流辅发励磁热冗余设计，确保机车的交流辅发励磁只要其中一组正常，机车运行就不受影响，提高机车的可靠性和运行安全。

目前，在机车交流辅助发电机励磁控制方法主要是PLC+IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双级型晶体管)控制方式。PLC采集交流辅发电机的转速、交流辅发电机电压及电流信号等参数，通过控制计算，输出PWM信号到IGBT，再通过IGBT调节辅发电机励磁电流大小。该控制方式中可设置两组IGBT互为冷备份冗余，不易实现热冗余。并且IGBT体积巨大，发热量大，在有限的机车内部空间设置两组IGBT互为冗余，会导致占用机车内部空间过大，不便于安装，难以散热，实现成本过高等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统，本实用新型因单片机体积较小，并且散热量小，且便于安装，设置两组单片机实现对机车交流辅助励磁的热冗余控制，不需占用机车较大的空间，易于实现。

本实用新型一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统，包括两个相互连接的第一单片机和第二单片机，及励磁开关，第一单片机和第二单片机分别与交流励磁电机相连接；第一单片机和第二单片机上各自设有频率信号输入接口、电压信号输入接口和电流信号输入接口，分别用于获取交流励磁电机的频率参数、电压参数、电流参数等相关运行参数；第一单片机和第二单片机设有励磁控制模块，第一单片机和第二单片机中为主机的单片机的励磁控制模块，依据交流励磁电机的频率参数、电压参数、电流参数，按预设的规则，得到PWM控制信号，通过励磁输出接口传送到交流励磁电机，控制交流励磁电机工作；第一单片机和第二单片机与励磁开关相连接，当为主机单片机出现故障时，自动启动为另一单片机为主机。

优选的，第一单片机和第二单片机具有故障自检模块，故障自检模块检测自身运行是否出现故障，如是，通过故障输出接口输出运行正常信号到另一单片机的主、从两个数字输入接口，停止主机工作，启动另一片机为主机；如否，没有检测到故障，为主单机继续工作。

优选的，第一单片机和第二单片机上分别设有励磁反馈模块，励磁反馈模块连接交流励磁电机的线圈，作为主机的单片机的故障输出接口输出运行正常信号时，励磁反馈模块依据励磁反馈信号检测励磁电机工作是否正常，如是，不做调整；如否，调整工作的单片机为从机。

优选的，第一单片机和第二单片机上分别设有监控模块，处于备用状态的单片机的监控模块检测到作为主机的单片机工作异常，等待设定周期后，自动切换为工作单元主机。

优选的，所述设定周期为3个WATCH DOG周期。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型因单片机体积较小，并且散热量小，且便于安装，设置两组单片机实现对机车交流辅助励磁的热冗余控制，不需占用机车较大的空间，易于实现。

本实用新型通过故障输出检测，励磁反馈检测，工作状态监控三种方式确保两个单片机可正常切换，实现更安全的机车交流辅发励磁热冗余控制。

附图说明

图1为本实用新型机车交流辅发励磁热冗余控制系统示意图；

图2为本实用新型机车交流辅发励磁热冗余控制系统另一示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

交流辅发励磁具体的工作原理是检测机车交流辅发电机和交流发电开关状态，当检测到交流发电开关闭合、交流辅发电机转速上升到一定速度后，控制PWM斩波励磁，开始发电，再通过电流及电压等反馈控制，反馈控制为闭环PID自动调节，控制系统根据交流辅发电机转速给定交流发电目标值，同时检测交流辅助发电反馈值，自动控制PWM波的占空比，调节交流辅发电机的励磁电流。

本实用新型设计两组相同的交流辅发励磁热冗余控制系统，包括一组主控装置和一组从控装置，任何一组装置故障，就会自动切换到另一组，确保有一组装置能正常投入工作，提高机车的可靠性，确保机车的运行安全。

参阅图1和图2，示出本实用新型机车交流辅发励磁热冗余控制系统示意图，包括两个相互连接的单片机10A和单片机10B，及励磁开关12，其中单片机10A和单片机10B的结构和工作原理相同。

单片机10A和单片机10B分别与交流励磁电机11相连接。单片机10A和单片机10B上各自设有频率信号输入接口、电压信号输入接口和电流信号输入接口，分别用于获取交流励磁电机11的频率参数、电压参数、电流参数等相关运行参数。

单片机10A和单片机10B内部设有励磁控制模块101，工作单片机的励磁控制模块101依据交流励磁电机11的频率参数、电压参数、电流参数，按预设的规则，得到PWM控制信号，通过励磁输出接口传送到交流励磁电机11，控制交流励磁电机11工作。

单片机10A和单片机10B与励磁开关12相连接，励磁开关12包括A/O/B三档开关，切换到A档，单片机10A工作，单片机10B备用；切换到B档，单片机10B工作，单片机10A备用；切换到O档，单片机10A和单片机10B都暂停工作。

单片机10A和单片机10B通过RS485通信，相互共享及监控各种数据信息，当监视到一组异常时，可做到无障碍的自动切换。

工作时，单片机10A作为主板工作，对交流励磁电机11进行控制。单片机10B处于备用状态。如果单片机10A出现故障，不能正常工作，参见表1，单片机10B启动，开始对交流励磁电机11进行控制。

因单片机体积较小，并且散热量小，且便于安装，设置两组单片机实现对机车交流辅助励磁的热冗余控制，不需占用机车较大的空间，易于实现。

为实现对机车交流辅助励磁的更好控制，单片机10A和单片机10B上还具有故障自检模块102，故障自检模块102检测自身运行是否出现故障，如是，通过故障输出接口输出运行正常信号(如“1”)到另一单片机的主、从两个数字输入接口；停止工主机工作，启动另一单片机为主机。如否，没有检测故障，为主单片机继续工作。

单片接10A和单片机10B上还分别设有励磁反馈控制模块101，励磁控制模块101连接交流励磁电机11的线圈，在工作的单片机的故障输出接口输出运行正常信号时，依据励磁反馈信号检测流励磁电机11工作是否正常，如是，不做调整；如否，调整工作的单片机为从机，同时另一单片机为主机。

单片接10A和单片机10B上还分别设有监控模块103，处于备用状态的单片机的监控模块103检测到作为主机的单片机工作异常，等待设定周期后，自动切换为工作单元主机。

参见表1，示出单片机10A和单片机10B控制逻辑对应关系表。

表1

根据表1有7种情况，但是1、2、3、与5、6、7对称，因此对前面四种进行详细分析：

1)、单片机10A的工作信号为“1”，单片机10A的工作信号为“0”，励磁开关12的“A”档得电，单片机10A的主、从两个数字输入接口分别获得“1”和“0”信号；单片机10B的主、从两个数字输入接口也分别获得“1”和“0”，单片机10A和单片机10B的故障输出接口都为“0”，单片机10A没有故障，单片机10A工作为主机，单片机10B为“从机”且监视单片机10A。

2)、励磁开关12的位置同上，单片机10A自身检测，因自身原因引起单片机10A故障，单片机10A的故障输出接口输入“1”，这样，单片机10A和单片机10B的两个数字输入接口都为“1”，主从方式开始转换，单片机10B接手工作为主机，单片机10A故障。

3)、励磁开关12的位置同上，因特定自身原因(如CPU软件复位或A组没有安装)引起单片机10A故障，但是单片机10A的故障输出接口输出“0”，继续检测励磁反馈信号，如单片机10A和单片机10B都检测到励磁反馈信号正常，单片机10A工作为主机，单片机10B为“从机”；如单片机10A和单片机10B都检测到励磁反馈信号不正常，单片机10B工作为主机，单片机10A为“从机”。

同时，还通过RS485通信来判断，正常情况单片机10A工作为主机，单片机10B为“从机”，当单片机10A异常(如CPU软件复位)，单片机10B监视单片机10A异常，单片机10B等待3个WATCH DOG周期，在3个WATCH DOG周期内，单片机10A能恢复正常，还是工作为主机，单片机10A为“从机”；单片机10B等待3个WATCH DOG周期，监视单片机10A异常，单片机10B接手工作，单片机10A为从机。

4)、励磁开关12的位置在“0”，单片机10A和单片机10B的两个数字输入两个通道都为“0”，单片机10A和单片机10B都不工作。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种机车交流辅发励磁热冗余控制系统，其特征在于，包括两个相互连接的第一单片机和第二单片机，及励磁开关，第一单片机和第二单片机与交流励磁电机相连接；第一单片机和第二单片机上各自设有频率信号输入接口、电压信号输入接口和电流信号输入接口，分别用于获取交流励磁电机的频率参数、电压参数、和电流参数；

第一单片机和第二单片机设有励磁控制模块，第一单片机和第二单片机中为主机的单片机的励磁控制模块，依据交流励磁电机的频率参数、电压参数、电流参数，按预设的规则，得到PWM控制信号，通过励磁输出接口传送到交流励磁电机，控制交流励磁电机工作；

第一单片机和第二单片机与励磁开关相连接，当为主机单片机出现故障时，自动启动为另一单片机为主机。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一单片机和第二单片机具有故障自检模块，故障自检模块检测自身运行是否出现故障，如是，通过故障输出接口输出运行正常信号到另一单片机的主、从两个数字输入接口，停止主机工作，启动另一单片机为主机；如否，没有检测故障，为主单片机继续工作。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一单片机和第二单片机上分别设有励磁反馈模块，励磁反馈模块连接交流励磁电机的线圈，作为主机的单片机的故障输出接口输出运行正常信号时，励磁反馈模块依据励磁反馈信号检测励磁电机工作是否正常，如是，不做调整；如否，调整工作的单片机为从机。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一单片机和第二单片机上分别设有监控模块，处于备用状态的单片机的监控模块检测到作为主机的单片机工作异常，等待设定周期后，自动切换为工作单元主机。