CN203299625U - 一种基于WinPac控制器的机车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于WinPac控制器的机车控制系统，包括WinPac控制器、用于机车数字信号、模拟信号和频率信号采集的信号输入板卡、用于机车数字信号输出的信号输出板卡、用于机车主发恒功控制的励磁控制板卡以及用于系统信息的显示、存储及输入输出的HMI设备。所述的信号输入板卡的输出端口与WinPac控制器的输入端口相互连接，所述的信号输出板卡、励磁控制板卡和HMI设备的输入端口分别与WinPac控制器的输出端口相互连接。与现有技术相比，本实用新型的控制系统具备强大的数据处理能力，能保证机车控制系统运行的高速性、实时性，并满足机车运动控制、信息传输和网络通讯等需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及机车控制领域，尤其是涉及一种基于WinPac控制器的机车控制系统。
背景技术
现有的机车控制系统尤其是内燃直流调车机车的微机控制系统一般是基于单片机或者PLC进行控制，这种控制系统具有数据采集能力差、数据处理能力弱、设备间通讯方式较少等缺点，不利于机车数据的稳定性，容易导致机车控制实时差，从而无法解决机车数据实时性与稳定性的矛盾。因此，不论是数据采集、运动控制、信息传输、网络通讯等方面，现有的机车控制系统都不能满足机车高效运行的实际控制需求，不利于机车的控制操作。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种数据采集和处理能力强、具有多种通讯方式的基于WinPac控制器的机车控制系统，满足机车高效运行对数据采集、运动控制、信息传输、网络通讯等方面的实际控制需求。
本实用新型要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于WinPac控制器的机车控制系统，包括信号输入板卡，用于机车数字信号、模拟信号和频率信号的采集；信号输出板卡，用于机车数字信号的输出；励磁控制板卡，用于机车主发恒功控制；HMI设备，用于系统信息的显示、存储及输入输出；还包括WinPac控制器。所述的信号输入板卡的输出端口与WinPac控制器的输入端口相互连接，所述的信号输出板卡、励磁控制板卡和HMI设备的输入端口分别与WinPac控制器的输出端口相互连接。
进一步地，所述的信号输入板卡包括数字量输入板卡、模拟量输入板卡和频率量输入板卡，并且所述的数字量输入板卡用于机车数字量信号的采集，所述的模拟量输入板卡用于机车传感器信号的采集，所述的频率量输入板卡用于频率脉冲信号的采集。
进一步地，所述的数字量输入板卡、模拟量输入板卡和频率量输入板卡均通过WinPac控制器下面的背板总线分别与WinPac控制器的CPU电连接。
进一步地，所述的数字量输入板卡至少为一个。
进一步地，所述的模拟量输入板卡至少为一个。
进一步地，所述的信号输出板卡是至少一个数字量输出板卡，其输出端口与固态继电器的输入端口相互连接，所述的固态继电器的输出端口与执行元件相互连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用基于WinPac控制器的主机可以根据机车实际控制需求灵活配置功能板卡，满足不同用户的需求；主机采用主频为520MHz的CPU，且自带4个RS485/RS232接口、1个VGA接口、1个USB接口，使得本实用新型的控制系统具备强大的数据处理能力，并且也具有RS485/232、Modbus RTU、工业以太网等多种通讯方式，可以实现多个设备之间的相互通讯；其中的每一数字量输入板卡具有采集32路数字量的功能，每一模拟量输入板卡具有采集8路模拟量的功能，每一频率量输入板卡具有采集8路频率量的功能，可以为本实用新型的控制系统提供机车运行中大量的数据采集需求；从而能够保证机车控制系统运行的高速性、实时性，并满足机车运行中运动控制、信息传输和网络通讯等需求。
附图说明
图1为本实用新型一种基于WinPac控制器的机车控制系统的拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
一种基于WinPac控制器的机车控制系统，包括WinPac控制器、信号输入板卡、信号输出板卡以及励磁控制板卡和HMI设备；所述的信号输入板卡的输出端口与WinPac控制器的输入端口相互连接，所述的信号输出板卡、励磁控制板卡和HMI设备的输入端口分别与WinPac控制器的输出端口相互连接。其中，所述的WinPac控制器主机是控制系统的核心部分。所述的信号输入板卡包括至少一个数字量输入板卡、至少一个模拟量输入板卡和频率量输入板卡，所述的数字量输入板卡、模拟量输入板卡和频率量输入板卡均通过WinPac控制器下面的背板总线分别与WinPac控制器的CPU电连接。其中，数字量输入板卡用于机车数字量信号的采集，模拟量输入板卡用于机车传感器模拟信号的采集，频率量输入板卡用于机车速度、柴油机转速等频率脉冲信号的采集。所述的信号输出板卡是至少一个数字量输出板卡，用于机车数字信号的输出，其输出端口与固态继电器的输入端口相互连接，所述的固态继电器的输出端口与执行元件相互连接。所述数字量输出板卡输出的数字控制信号通过固态继电器放大处理后输出到执行元件。所述的励磁控制板卡通过与之连接的励磁驱动装置直接控制主发电机励磁，从而实现机车主发恒功控制。所述的HMI设备用于系统信息的显示、存储及输入输出，所有的机车故障诊断与报警等信息均可以通过HMI设备提供给用户。
为了方便理解本实用新型的技术方案，现以DF12型内燃直流调车机车为平台进行说明。所选用的WinPac控制器主机采用主频为520MHz的CPU，具有8个功能板卡插槽，并且WinPac控制器主机自带4个RS485/RS232接口、1个VGA接口、1个USB接口，是控制系统的核心部分。由于每个数字量输入板卡具有采集32路数字量的功能，如果需要采集更多的数字量，例如50路数字量，可以增加一个数字量输入板卡与WinPac控制器电连接；由于每个模拟量输入板卡具有采集8路模拟量的功能，如果需要采集更多的模拟量，例如10路模拟量，可以增加一个模拟量输入板卡与WinPac控制器电连接；由于每个数字量输出板卡具有输出32路数字量的功能，如果需要输出更多的数字量，例如50路数字量，可以增加一个数字量输出板卡与WinPac控制器电连接。如图1所示，根据DF12型内燃直流调车机车的控制要求及特点，由于所述的WinPac控制器主机最多可以带8个功能板卡，因此，机车控制系统配置了2个数字量输入板卡、2个数字量输出板卡、2个模拟量输入板卡以及1个频率量输入板卡和1个励磁控制板卡。其中的每个功能板卡均是通过直接插接的方式安装在主机上，主机的CPU通过功能板卡插槽下面的背板总线直接访问每个功能板卡，各个功能板卡在主机CPU的协调下共同完成机车的控制功能。
其中，上述的数字量输入板卡在主机单元的协调控制下，将整个机车的数字量信号采集到机车WinPac控制器，本系统采用高电平输入有效的方式。
上述的模拟量输入板卡在主机单元的协调控制下，负责采集机车牵引电流、电压、柴油机水温、油温等模拟信号，将整个机车的模拟量信号采集到机车WinPac控制器，为机车整体控制、机车保护、故障诊断、数据实时显示提供数据支持。
上述的频率量输入板卡具有采集8路频率量的功能，其在主机单元的协调控制下，主要负责采集机车速度、柴油机转速、通风机转速、电机转速等频率脉冲信号，将整个机车的频率脉冲信号采集到机车WinPac控制器，为机车整体控制、机车保护、故障诊断、数据实时显示提供数据支持。
上述的数字量输出板卡在主机单元的协调控制下，将数字量输入板卡采集到的数据输出到WinPac控制器进行运算处理，由WinPac控制器将运算结果即机车的控制信号输出到一体化固态继电器，通过固态继电器放大处理后再输出到接触器、中间继电器、电控阀等电气元件执行相应的电气动作，实现机车的控制功能，本系统采用低电平输出有效的方式。
上述的励磁控制板卡在主机单元的协调控制下，将各个板卡所采集到的数据进行综合的运算处理，再通过与之连接的励磁驱动装置来控制主发电机励磁，从而实现机车主发恒功控制功能，本控制系统是通过输出占空比从10％-99％变化的PWM波来控制主发电机励磁电流的大小，从而达到主发恒功控制的要求。
上述的HMI设备主要是机车显示屏，在主机CPU单元的协调控制下，HMI设备与WinPac控制器之间以Modbus RTU通讯方式相互通信；在该方式下，只需要将主机单元与机车显示屏的通讯线(三芯屏蔽线)连接好，并启动通讯线程后就能自动地实现通讯功能。HMI设备主要用于系统信息的显示、存储及输入输出，所有的机车故障诊断与报警等信息均可以通过HMI设备提供给用户。
本实用新型的机车控制系统中各个功能板卡在主机CPU的统一支配下，功能明确，相互配合嵌套使用，将机车的各种数据采集到WinPac控制器内部，通过主机CPU对各种数据的处理，实现机车控制、牵引特性控制、机车保护、故障诊断、数据实时显示、柴油机转速调节、现场总线通讯等功能。具体而言，由于WinPac控制器主机采用主频为520MHz的CPU，可以保证系统运行的高速性、实时性。本系统完全采用模块化设计，可以根据机车实际需求灵活地配置功能板卡，满足不同用户的需求。本控制系统具有RS485/232、Modbus RTU、工业以太网、无线网络等多种通讯方式，可以实现多个设备之间的相互通讯。在机车WinPac控制器主机与机车显示屏通讯方面，控制系统与机车显示屏之间以Modbus RTU通讯方式实现相互通讯，此方式可以更好地利用主机CPU主频高的特点，使得通讯速度更加快速。另外，在对机车数据的存储记录，本控制系统可以根据实际需要，配置容量较大的SD卡，使用更加方便、灵活。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡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保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于WinPac控制器的机车控制系统，包括
信号输入板卡，用于机车数字信号、模拟信号和频率信号的采集；
信号输出板卡，用于机车数字信号的输出；
励磁控制板卡，用于机车主发恒功控制；
HMI设备，用于系统信息的显示、存储及输入输出；
其特征在于：还包括WinPac控制器，所述的信号输入板卡的输出端口与WinPac控制器的输入端口相互连接，所述的信号输出板卡、励磁控制板卡和HMI设备的输入端口分别与WinPac控制器的输出端口相互连接。
2.根据权利要求1所述的基于WinPac控制器的机车控制系统，其特征在于：所述的信号输入板卡包括数字量输入板卡、模拟量输入板卡和频率量输入板卡，并且所述的数字量输入板卡用于机车数字量信号的采集，所述的模拟量输入板卡用于机车传感器信号的采集，所述的频率量输入板卡用于频率脉冲信号的采集。
3.根据权利要求2所述的基于WinPac控制器的机车控制系统，其特征在于：所述的数字量输入板卡、模拟量输入板卡和频率量输入板卡均通过WinPac控制器下面的背板总线分别与WinPac控制器的CPU电连接。
4.根据权利要求2或者3所述的基于WinPac控制器的机车控制系统，其特征在于：所述的数字量输入板卡至少为一个。
5.根据权利要求2或者3所述的基于WinPac控制器的机车控制系统，其特征在于：所述的模拟量输入板卡至少为一个。
6.根据权利要求1所述的基于WinPac控制器的机车控制系统，其特征在于：所述的信号输出板卡是至少一个数字量输出板卡，其输出端口与固态继电器的输入端口相互连接，所述的固态继电器的输出端口与执行元件相互连接。
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| CN103336494A (zh) * | 2013-06-05 | 2013-10-02 | 南车资阳机车有限公司 | 基于WinPac控制器的机车控制系统及实现方法 |
| CN104572534A (zh) * | 2014-12-06 | 2015-04-29 | 呼和浩特铁路局科研所 | 机车信息监控设备及其运行方法 |
| CN109144008A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-01-04 | 广东万盛兴智能技术研究院有限公司 | 一种工业控制系统 |
| CN110602237A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-20 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 基于轨道列车的网络数据输入输出装置 |
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