機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡的制作方法

本發(fā)明屬于鐵路機(jī)車制動控制領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用于分布式網(wǎng)絡(luò)化智能化新型機(jī)車制動控制系統(tǒng)中的核心智能控制板卡。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)車制動系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，機(jī)車制動系統(tǒng)原有純氣路控制方式逐漸被淘汰，由微機(jī)控制的機(jī)車制動系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)有產(chǎn)品的主流。機(jī)車制動系統(tǒng)對整個列車的制動控制主要由三個重要模塊實(shí)現(xiàn)，分別為列車管控制模塊、分配閥控制模塊、單獨(dú)制動控制模塊，統(tǒng)一受機(jī)車制動控制系統(tǒng)控制箱控制，通過與機(jī)車指令信息交互完成對制列車管壓力、分配閥壓力和單獨(dú)制動壓力等的控制。

但是，由于機(jī)車制動控制系統(tǒng)中邏輯處理信號非常多，機(jī)車制動系統(tǒng)的控制機(jī)箱是由多個不同板卡組成現(xiàn)，整個控制系統(tǒng)所使用到的不同形式的控制板數(shù)量多、形式復(fù)雜、軟件集中度高，對整個系統(tǒng)的開發(fā)周期、使用維護(hù)等帶來諸多不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡，該智能控制板卡在機(jī)車制動控制系統(tǒng)中多個地方同時使用，取代原有系統(tǒng)中各個不同類型的制動控制板卡，大大的減少了制動控制板卡種類，縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低系統(tǒng)的使用維護(hù)難度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡，包括：DSPIC數(shù)字信號處理芯片，用于接收機(jī)車當(dāng)前制動指令，并根據(jù)該制動指令計(jì)算目標(biāo)壓力值，輸出當(dāng)前工作狀態(tài)；CAN通訊電路，用于CAN網(wǎng)絡(luò)通訊，與外部系統(tǒng)和DSPIC數(shù)字信號處理芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；開關(guān)量電壓采集電路，用于采集外部輸入的開關(guān)量指令；開關(guān)量繼電器輸出電路，用于接收DSPIC數(shù)字信號處理芯片的輸出信號，以向機(jī)車反饋當(dāng)前制動系統(tǒng)工作狀態(tài)；高頻電磁閥控制電路，用于控制電磁閥進(jìn)行充排氣動作；電流模擬量采集電路，用于采集機(jī)車壓力傳感器信息并輸送至DSPIC數(shù)字信號處理芯片；ID身份識別電路，用于自動識別當(dāng)前控制板卡的安裝位置，并將該識別信號傳遞至DSPIC數(shù)字信號處理芯片；看門狗電路，用于實(shí)時監(jiān)控DSPIC數(shù)字信號處理芯片的當(dāng)前工作狀態(tài)，若檢測到異常信號，將該異常信號輸出以控制機(jī)車重新復(fù)位電路；數(shù)據(jù)存儲電路，用于記錄當(dāng)前電路的校準(zhǔn)參數(shù)以及系統(tǒng)上點(diǎn)瞬間的參數(shù)還原；實(shí)時時鐘電路，為系統(tǒng)提供當(dāng)前時間；電源處理電路，為系統(tǒng)提供運(yùn)行電能。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，DSPIC數(shù)字信號處理芯片包括制動控制管理模塊、閉環(huán)壓力控制算法模塊和故障自診斷模塊，其中制動控制管理模塊接收所有的輸入信號，并根據(jù)輸入信號，完成當(dāng)前模塊對機(jī)車緊急制動、自動制動、懲罰制動的動作響應(yīng)，并計(jì)算目標(biāo)壓力值；該輸入信號包括來自CAN網(wǎng)絡(luò)的制動指令信號、開關(guān)量電壓采集電路的開關(guān)量指令信號、時鐘信號、數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)、ID身份識別數(shù)據(jù)；閉環(huán)壓力控制算法模塊根據(jù)制動控制管理模塊計(jì)算出的目標(biāo)壓力，完成對當(dāng)前控制模塊的壓力控制；故障自診斷模塊用于對系統(tǒng)自身故障進(jìn)行診斷。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，該智能控制板卡安裝于列車管控制模塊上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，該智能控制板卡安裝于分配閥控制模塊上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，該智能控制板卡安裝于單獨(dú)制動控制模塊上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、本發(fā)明的機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡，其通過各模塊的設(shè)置，具備CAN網(wǎng)絡(luò)通訊、開關(guān)量電壓采集、開關(guān)量繼電器輸出、高頻電磁閥控制、電流模擬量數(shù)據(jù)采集、ID身份識別、DSPIC數(shù)字信號處理芯片、制動控制管理、閉環(huán)壓力控制核心算法、故障自診斷等功能，并可配置于列車管控制模塊、分配閥控制模塊、單獨(dú)制動控制模塊等，接受機(jī)車制動指令，自動完成對上述模塊的制動控制。

2、本發(fā)明的機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡，可在機(jī)車制動控制系統(tǒng)中多個地方同時使用，取代原有系統(tǒng)中各個不同類型的制動控制板卡，可大大減少制動控制板卡種類，縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低系統(tǒng)的使用維護(hù)難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡的軟件框圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡中壓力控制算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過示例性的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

參見圖1，如圖1所示，本發(fā)明的機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡，包括：DSPIC數(shù)字信號處理芯片，用于接收機(jī)車當(dāng)前制動指令，并根據(jù)該制動指令計(jì)算目標(biāo)壓力值，輸出當(dāng)前工作狀態(tài)；CAN通訊電路，用于CAN網(wǎng)絡(luò)通訊，與外部系統(tǒng)和DSPIC數(shù)字信號處理芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；開關(guān)量電壓采集電路，用于采集外部輸入的開關(guān)量指令并輸入至DSPIC數(shù)字信號處理芯片；開關(guān)量繼電器輸出電路，用于接收DSPIC數(shù)字信號處理芯片的輸出信號，以向機(jī)車反饋當(dāng)前制動系統(tǒng)工作狀態(tài)；高頻電磁閥控制電路，用于控制電磁閥進(jìn)行充排氣動作；電流模擬量采集電路，用于采集機(jī)車壓力傳感器信息并輸送至DSPIC數(shù)字信號處理芯片；ID身份識別電路，用于自動識別當(dāng)前控制板卡的安裝位置，并將該識別信號傳遞至DSPIC數(shù)字信號處理芯片；看門狗電路，用于實(shí)時監(jiān)控DSPIC數(shù)字信號處理芯片的當(dāng)前工作狀態(tài)，若檢測到異常信號，將該異常信號輸出以控制機(jī)車重新復(fù)位電路；數(shù)據(jù)存儲電路，用于記錄當(dāng)前電路的校準(zhǔn)參數(shù)以及系統(tǒng)上點(diǎn)瞬間的參數(shù)還原；實(shí)時時鐘電路，為系統(tǒng)提供當(dāng)前時間；電源處理電路，為系統(tǒng)提供運(yùn)行電能。

以上，進(jìn)一步從圖1中可知，開關(guān)量電壓采集電路、電流模擬量數(shù)據(jù)采集電路、ID身份識別電路均為單向?qū)⑵洳杉盘栞斎胫罝SPIC數(shù)字信號處理芯片；開關(guān)量繼電器輸出電路為單向?qū)SPIC數(shù)字信號處理芯片中信號輸出至系統(tǒng)外部；而CAN通訊電路、高頻電磁閥控制電路、看門狗電路、數(shù)據(jù)存儲電路以及實(shí)時時鐘電路均與DSPIC數(shù)字信號處理芯片之間為雙向互通，以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

進(jìn)一步參見圖1，DSPIC數(shù)字信號處理芯片包括制動控制管理模塊、閉環(huán)壓力控制算法模塊和故障自診斷模塊，其中制動控制管理模塊接收所有的輸入信號，并根據(jù)輸入信號，完成當(dāng)前模塊對機(jī)車緊急制動、自動制動、懲罰制動的動作響應(yīng)，并計(jì)算目標(biāo)壓力值；該輸入信號包括來自CAN網(wǎng)絡(luò)的制動指令信號、開關(guān)量電壓采集電路的開關(guān)量指令信號、時鐘信號、數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)、ID身份識別數(shù)據(jù)；閉環(huán)壓力控制算法模塊根據(jù)制動控制管理模塊計(jì)算出的目標(biāo)壓力，完成對當(dāng)前控制模塊的壓力控制；故障自診斷模塊用于對系統(tǒng)自身故障進(jìn)行診斷。

另外，作為本發(fā)明通用化的體現(xiàn)，本發(fā)明的智能控制板卡可安裝于列車管控制模塊上、分配閥控制模塊或單獨(dú)制動控制模塊上。

在確認(rèn)安裝位置時，通過ID身份識別電路具體識別當(dāng)前位置，ID身份識別電路通過不同的跳線短接，DSPIC數(shù)字處理芯片通過采集到的“001”、“010”、“100”等數(shù)字量信號，智能識別當(dāng)前電路板的安裝位置，即區(qū)別當(dāng)前位置是否為列車管模塊、電子分配閥模塊、單獨(dú)制動模塊等。當(dāng)機(jī)車制動控制系統(tǒng)通用式智能控制板卡確認(rèn)當(dāng)前的安裝位置后，自動調(diào)整工作模式，完成對目標(biāo)壓力的控制。下面以三個實(shí)施例舉例說明本發(fā)明的智能控制板卡：

實(shí)施例1：當(dāng)機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡安裝在列車管控制模塊上時，如圖2所示，CAN網(wǎng)絡(luò)通訊電路接收來自制動控制器的自動制動控制指令，實(shí)現(xiàn)對列車管壓力的控制，分別控制列車管壓力值如下表1所示：

表1列車管壓力控制目標(biāo)值

在本實(shí)施例中，開關(guān)量電壓采集模塊采集來外部輸入信號，包括緊急制動指令信號、懲罰制動指令信號，完成列車管壓力的控制；開關(guān)量繼電器輸出模塊，用于向外輸出當(dāng)前智能控制板卡的工作狀態(tài)。

實(shí)施例2：當(dāng)機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡安裝在分配閥控制模塊上時，如圖2所示，CAN網(wǎng)絡(luò)通訊電路接收當(dāng)前列車管的壓力，智能控制板卡根據(jù)當(dāng)前工作模式，計(jì)算出分配閥模塊的壓力輸出值并進(jìn)行精確控制，計(jì)算算法如下：

定壓500kPa：分配閥壓力(kPa)＝(500-BP)*2.6-30，BP<450，當(dāng)分配閥計(jì)算壓力大于360kPa時，分配閥壓力(kPa)＝360kPa。

定壓600kPa：分配閥壓力(kPa)＝((600-BP)*32-300)/13,BP<550，當(dāng)分配閥計(jì)算壓力大于420kPa時，分配閥壓力(kPa)＝420kPa。

BP：列車管壓力，單位kPa。

在本實(shí)施例中，開關(guān)量繼電器輸出模塊，用于向外輸出當(dāng)前智能控制板卡的工作狀態(tài)。

實(shí)施例3：當(dāng)機(jī)車制動控制系統(tǒng)的智能控制板卡安裝在單獨(dú)制動控制模塊上時，如圖2所示，CAN網(wǎng)絡(luò)通訊電路接收制動控制器的單獨(dú)制動控制指令，根據(jù)單獨(dú)制動手柄的位置指令，實(shí)現(xiàn)對單獨(dú)制動模塊壓力0～300kPa的控制。

在該實(shí)施例中，如圖2所示，閉環(huán)壓力控制算法接收目標(biāo)壓力值，并根據(jù)電流模擬量采集模塊采集到的壓力傳感器信息，閉環(huán)控制高頻電磁閥充排氣動作。

進(jìn)一步如圖3所示，閉環(huán)壓力控制算法順次如下：獲取目標(biāo)壓力值，采集實(shí)際壓力值，比較目標(biāo)壓力和實(shí)際壓力的壓力差是否大于5KPa，此時包括目標(biāo)壓力減實(shí)際壓力的的壓力差是否大于5KPa，目標(biāo)壓力減實(shí)際壓力的的壓力差是否小于-5KPa，如目標(biāo)壓力和實(shí)際壓力的壓力差大于5kPa時，則充氣可為0～1000毫秒(優(yōu)選時間為500毫秒)；如目標(biāo)壓力和實(shí)際壓力的壓力差小于-5kPa時，則排氣在0～1000毫秒(優(yōu)選時間為500毫秒)；若目標(biāo)壓力和實(shí)際壓力的壓差小于5kPa時并且大于-5kPa時，則不充氣并不排氣進(jìn)行保壓。