動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路電子領(lǐng)域，具體的說，涉及動(dòng)車組列車的牽引控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)是動(dòng)車組列車的核心動(dòng)力控制器。動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)控制四象限整流器、制動(dòng)斬波器、牽引逆變器的IGBT開關(guān)，以獲得滿足車輛牽引/制動(dòng)性能要求的控制。
[0003]當(dāng)前動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)圖見圖1。單相高壓電由受電弓接收，經(jīng)過變壓器二次側(cè)輸出到四象限單元整流，整流后的高壓直流電經(jīng)過中間直流母線輸出到逆變器功率模塊。經(jīng)逆變器功率模塊逆變后輸出到牽引電機(jī)，控制牽引電機(jī)運(yùn)行。
[0004]現(xiàn)行動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元都采用32位處理器主機(jī)，西門子采用AMD公司的 ElanSC520，主頻 133MHz ;龐巴迪采用 Freescale 公司 MC68360，主頻 25MHz ;ALSTOM 采用ST公司的STPC,主頻133MHz ;株洲所采用MPC5200D,主頻533MHz。
[0005]控制算法處理器的選擇方面，西門子采用了 DSP56002，主頻10MHz ;龐巴迪公司采用了 DSP56302，主頻10MHz ;阿爾斯通公司采用了 ADI 21062，主頻160MHz ;株洲所公司采用了 TMS320C6713，主頻 200MHz。
[0006]目前各公司使用的處理器芯片都是相對(duì)早期產(chǎn)品，芯片型號(hào)較老，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，很多芯片已經(jīng)停產(chǎn)，且由于芯片停產(chǎn)導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)車組列車的牽引控制系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)2組四象限功率模塊和2組逆變器功率模塊控制。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)用于控制動(dòng)車組牽引變流器的逆變器/四象限功率模塊工作，主要包括電源模塊、逆變/四象限模塊、I/o模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊和調(diào)試豐旲塊。
[0009]所述逆變器/四象限模塊主要由快速運(yùn)算板、信號(hào)采樣板和脈沖接口板組成。
[0010]所述信號(hào)采樣板主要用于接收外部傳感器信號(hào)、接收所述脈沖接口板發(fā)送的脈沖反饋信號(hào)和接收所述快速運(yùn)算板發(fā)送的控制信號(hào)，以及向所述脈沖接口板發(fā)送脈沖信號(hào)、向所述快速運(yùn)算板發(fā)送處理后的采集信號(hào)和向所述I/o模塊發(fā)送繼電器控制信號(hào)。
[0011]所述快速運(yùn)算板主要用于接收所述信號(hào)采樣板采集并處理的模擬量和數(shù)字量信號(hào)、接收所述處理器主機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，以及向所述信號(hào)采樣板發(fā)送控制信號(hào)、向所述網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送處理信號(hào)。
[0012]牽引控制單元通過脈沖接口板可控制2組逆變器功率模塊和2組四象限功率模塊；
[0013]所述脈沖接口板主要用于接收所述逆變器/四象限功率模塊發(fā)出IGBT狀態(tài)信號(hào)，接收所述信號(hào)采樣板發(fā)出的IGBT控制信號(hào)；以及向所述信號(hào)采樣板發(fā)送IGBT狀態(tài)信號(hào)，向所述逆變器/四象限功率模塊發(fā)出IGBT控制信號(hào)。
[0014]所述信號(hào)采樣板與所述快速運(yùn)算板通過高速差分LinkPort總線進(jìn)行雙向通訊；
[0015]所述信號(hào)采樣板與所述I/O模塊通過高速總線進(jìn)行雙向通訊；
[0016]所述快速運(yùn)算板、所述網(wǎng)絡(luò)模塊、所述調(diào)試模塊和所述處理器主機(jī)之間通過CPCI總線進(jìn)行雙向通訊；
[0017]所述I/O模塊與所述逆變器/四象限模塊通過高速總線進(jìn)行雙向通訊；
[0018]所述I/O模塊與所述網(wǎng)絡(luò)模塊和所述調(diào)試模塊通過CAN總線進(jìn)行雙向通訊。
[0019]所述網(wǎng)絡(luò)模塊由網(wǎng)絡(luò)板卡構(gòu)成，所述網(wǎng)絡(luò)模塊接收I/O模塊發(fā)來的數(shù)字量和模擬量信號(hào)，并經(jīng)CPCI總線傳遞給處理器主機(jī)，以及通過CPCI總線接收處理器主機(jī)的命令信號(hào)，并向所述I/o模塊發(fā)送命令，控制所述I/O模塊輸出數(shù)字量和模擬量信號(hào)，以及控制MVB接口單元與外部MVB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；同時(shí)通過CPCI總線發(fā)送MVB數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器主機(jī)，以及通過CPCI總線將處理器主機(jī)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至MVB接口單元。
[0020]所述調(diào)試模塊由調(diào)試板卡構(gòu)成，所述調(diào)試模塊通過CPCI總線接收處理器主機(jī)發(fā)送的調(diào)試命令和調(diào)試信號(hào)，所述的調(diào)試模塊通過高速總線接收信號(hào)采樣板發(fā)送的調(diào)試信號(hào)，所述調(diào)試模塊通過32路模擬量輸出電路輸出模擬量調(diào)試信號(hào)。
[0021]所述電源模塊為所述逆變/四象限模塊、所述I/O模塊、所述網(wǎng)絡(luò)模塊和所述調(diào)試模塊供電，同時(shí)所述的電源模塊為逆變/四象限功率模塊供電，同時(shí)所述的電源模塊為牽引變流器內(nèi)部傳感器供電。
[0022]更進(jìn)一步的:由于傳感器采集的信號(hào)有電流量也有電壓量，信號(hào)采樣板包括電流/電壓采集單元和時(shí)鐘管理單元，電流/電壓采集單元由相互連接的信號(hào)調(diào)理電路、ADC采樣電路構(gòu)成；
[0023]所述電流/電壓采集單元有多路，均連接到信號(hào)采樣板，時(shí)鐘管理單元分別與信號(hào)采樣板和快速運(yùn)算版相連，所述信號(hào)調(diào)理電路包括第一電阻，第二電阻、濾波電容和運(yùn)算放大器，信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接到采樣傳感器端，信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接到第一電阻的第一端，第一電阻的第二端分別連接到第二電阻的第一端和運(yùn)算放大器的正向輸入端，第二電阻的第二端接地，運(yùn)算放大器的反向輸入端與參考電壓端相連，運(yùn)算放大器的輸出端連接到ADC采樣電路；信號(hào)調(diào)理電路的輸入端還經(jīng)濾波電容接地。
[0024]更進(jìn)一步的:脈沖接口板可以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，脈沖接口板包括PWM電平轉(zhuǎn)換電路、光電轉(zhuǎn)換單元、電光轉(zhuǎn)換單元和背板接口單元，PWM電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)背板接口單元與信號(hào)采樣板相接，還包括自診斷單元；
[0025]所述自診斷單元包括輸入診斷單元和輸出診斷單元；
[0026]所述光電轉(zhuǎn)換單元和電光轉(zhuǎn)換單元均有多組，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多路選擇器、緩沖器和光電轉(zhuǎn)換電路，背板接口單元經(jīng)緩沖器I與多路選擇器相連，多路選擇器經(jīng)緩沖器II與光電轉(zhuǎn)換電路相連；所述電光轉(zhuǎn)換單元包括多路選擇器、緩沖器和電光轉(zhuǎn)換電路，電光轉(zhuǎn)換電路經(jīng)緩沖器III與多路選擇器相連，多路選擇器經(jīng)緩沖器IV與背板接口單元相連；
[0027]所述輸出診斷單元包括多路選擇器和輸出自診斷電路，每組光電轉(zhuǎn)換單元的緩沖器II的輸出端與輸出自診斷單元的多路選擇器的輸入端相連，輸出自診斷電路的輸入端與緩沖器112的輸出端相連，多路選擇器的輸出端與背板接口單元相連；所述輸入診斷單元包括多路選擇器和輸入自診斷電路，多路選擇器的輸入端與背板接口單元相連，輸出端分多路，分別連接到每組電光轉(zhuǎn)換單元緩沖器III的輸入端。
[0028]為實(shí)現(xiàn)處理器主機(jī)CPU設(shè)備和控制板上的MVB設(shè)備通過ISA總線接口進(jìn)行直接通訊，在所述網(wǎng)絡(luò)模塊與處理器主機(jī)之間設(shè)計(jì)一種CPCI總線和ISA總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行雙向通訊，該協(xié)議轉(zhuǎn)換器包括CPCI局部總線接口擴(kuò)展時(shí)序模塊、ISA總線接口時(shí)序模塊、CPCI總線匹配ISA總線時(shí)序接口模塊和時(shí)鐘管理模塊；所述CPCI局部總線接口擴(kuò)展時(shí)序模塊通過地址與數(shù)據(jù)信號(hào)AD【31:0】、命令/字節(jié)使能信號(hào)C/BE【3:0】、從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)TRDY、停止數(shù)據(jù)傳送信號(hào)STOP、幀周期信號(hào)FRAME和主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)IRDY與局部CPCI總線進(jìn)行通訊；所述ISA總線接口時(shí)序模塊通過數(shù)據(jù)使能信號(hào)S_DATA_VLD、地址使能信號(hào)ADDR_VLD、讀使能信號(hào)barx_rd、寫使能信號(hào)barx_wr、字節(jié)使能信號(hào)S_CBE、數(shù)據(jù)信號(hào)D【31:0】和地址信號(hào)A【31:0】與所述CPCI局部總線接口擴(kuò)展時(shí)序模塊進(jìn)行通訊；所述ISA總線接口時(shí)序模塊通過數(shù)據(jù)信號(hào)SD、地址信號(hào)SA、讀/寫1設(shè)備信號(hào)10W/10R、讀/寫MEMORY設(shè)備信號(hào)MEMR/MEMW、地址鎖存信號(hào)BALE與局部ISA總線進(jìn)行通訊；所述CPCI總線匹配ISA總線時(shí)序接口模塊通過打斷重連信號(hào)USER_ST0P與所述CPCI局部總線接口擴(kuò)展時(shí)序模塊進(jìn)行通訊；所述時(shí)鐘管理模塊為所述CPCI局部總線接口擴(kuò)展時(shí)序模塊、所述ISA總線接口時(shí)序模塊和所述CPCI總線匹配ISA總線時(shí)序接口模塊提供工作時(shí)鐘。
[0029]與標(biāo)準(zhǔn)牽引控制機(jī)箱相比，所述動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的主機(jī)箱采用高強(qiáng)度加固機(jī)箱，該加固機(jī)箱的兩側(cè)機(jī)箱面板采用加固面板。
[0030]所述動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的各類板卡與主機(jī)箱板卡卡槽連接處均設(shè)有雙助拔器，所述雙助拔器主要由基板、插針和扳動(dòng)板組成，所述基板上部連接所述扳動(dòng)板，所述扳動(dòng)板為L型板，L型板的左下部與所述基板在鉸接部鉸接，并可沿鉸接部呈一定角度旋轉(zhuǎn)，所述基板上設(shè)有扳動(dòng)板定位卡槽，定位卡槽與L型板的下部相匹配，所述基板下部固定雙排插針，所述插針用于與板卡卡槽相連接，所述基板一側(cè)還設(shè)有與板卡固定的螺栓孔。
[0031]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為:
[0032](I)該動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的處理器主機(jī)通過CPCI總線連接下位機(jī)板卡，包括快速運(yùn)算板、網(wǎng)絡(luò)模塊和調(diào)試模塊，通過CPCI總線將指令傳遞給下位機(jī)板