專(zhuān)利名稱(chēng)：列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)技術(shù)，尤其涉及一種列車(chē)牽引控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
軌道交通包括大鐵路、城際列車(chē)、地鐵、輕軌、有軌電車(chē)和中低速磁浮等，是解決公共出行的主要模式。牽引及輔助變流系統(tǒng)是列車(chē)的關(guān)鍵核心設(shè)備，負(fù)責(zé)列車(chē)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和供電。牽引及輔助變流系統(tǒng)最核心部分是牽引控制系統(tǒng)，現(xiàn)有的牽引控制系統(tǒng)能夠完成控制功能，包括信號(hào)檢測(cè)和處理、主電路控制、控制算法、保護(hù)邏輯、信息處理等控制功能。在進(jìn)行本發(fā)明的研究過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用上述現(xiàn)有的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)存在如下技術(shù)缺陷現(xiàn)有的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，控制單元為單片定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)，或者控制單元為定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random AccessMemory，簡(jiǎn)稱(chēng)RAM)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。由于現(xiàn)有的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)為單片定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，或者為定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，導(dǎo)致控制單元的性能較低，采用上述架構(gòu)的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，對(duì)列車(chē)牽引系統(tǒng)控制時(shí)，會(huì)造成數(shù)據(jù)采集、處理和牽引控制的精度較低，不能滿足列車(chē)牽引控制系統(tǒng)高性能的實(shí)時(shí)控制的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)控制性能較低的技術(shù)缺陷。本發(fā)明提供一種列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，包括主控制單元、輔助控制單元、存儲(chǔ)單元、 數(shù)據(jù)采集控制單元和功率驅(qū)動(dòng)單元；所述主控制單元包括主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列；所述輔助控制單元包括浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器；所述存儲(chǔ)單元與所述主處理器連接；所述主處理器與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述數(shù)據(jù)采集控制單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述功率驅(qū)動(dòng)單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述數(shù)據(jù)采集控制單元用于采集列車(chē)牽引及輔助變流系統(tǒng)的模擬和數(shù)字信號(hào)；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器用于根據(jù)所述模擬和數(shù)字信號(hào)調(diào)用內(nèi)部的控制算法和邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理；所述功率驅(qū)動(dòng)單元用于根據(jù)所述運(yùn)算處理的結(jié)果控制列車(chē)牽引系統(tǒng)；所述主處理器用于處理所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)所述控制數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，還包括網(wǎng)絡(luò)接口單元，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元與所述主處理器連接。
優(yōu)選地，還包括軟件加載單元；所述軟件加載單元與所述主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，所述軟件加載單元還與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述主處理器用于通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)接口單元調(diào)取本地計(jì)算機(jī)中的控制軟件，所述軟件加載單元用于將所控制述軟件加載到所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器中。優(yōu)選地，所述軟件加載單元具體為復(fù)雜可編程邏輯器。優(yōu)選地，所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器為兩個(gè)，具體為第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，所述第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器與第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接。優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元包括以太網(wǎng)接口和串行通信接口 ；所述網(wǎng)絡(luò)接口單元還包括控制局域網(wǎng)絡(luò)接口或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口；所述以太網(wǎng)接口用于與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)和其它牽引控制系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)的下載且通過(guò)本地計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，通過(guò)本地計(jì)算機(jī)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷；所述控制局域網(wǎng)絡(luò)接口或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口用于實(shí)現(xiàn)與列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的連接；所述串行通信接口用于實(shí)現(xiàn)多路備用，提供系統(tǒng)內(nèi)部與其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)單元包括同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、第一非易失性閃存和第二非易失性閃存；所述同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和第一非易失性閃存用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和所述主處理器的軟件，所述第二非易失性閃存用于存儲(chǔ)所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的軟件。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集控制單元包括用于采集和處理模擬量的模擬輸入模塊、用于輸出模擬狀態(tài)量的模擬輸出模塊、用于采集和處理數(shù)字狀態(tài)量的數(shù)字輸入模塊和用于輸出數(shù)字狀態(tài)量和控制量的數(shù)字輸出模塊；優(yōu)選地，所述功率驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)模塊、監(jiān)測(cè)反饋模塊和開(kāi)關(guān)管；
所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述開(kāi)關(guān)管和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述監(jiān)測(cè)反饋模塊與所述開(kāi)關(guān)管和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊用于接收所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖，并對(duì)所述驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行進(jìn)行電隔離和功率放大，驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)關(guān)管動(dòng)作；所述監(jiān)測(cè)反饋模塊用于監(jiān)測(cè)處理所述開(kāi)關(guān)管的運(yùn)行狀態(tài)并將處理結(jié)果反饋給所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列根據(jù)所述開(kāi)關(guān)管的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)邏輯的設(shè)定。本發(fā)明提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，通過(guò)主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列作為主控制單元，通過(guò)浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器作為輔助處理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)牽引系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和所有核心控制算法和邏輯，實(shí)現(xiàn)列車(chē)牽引系統(tǒng)的控制和保護(hù)。與現(xiàn)有的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)相比，由于具有主處理單元和輔助控制單元，因而能夠提高數(shù)據(jù)采集、處理和牽引控制的精度，提高牽引電機(jī)性能控制的實(shí)時(shí)性。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的示意5
圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的示意圖；圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例中的主處理器及外圍設(shè)備的示意圖；圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例中的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列及外圍設(shè)備的示意圖；圖5為本發(fā)明第五實(shí)施例中的軟件加載單元的軟件加載流程圖；圖6為本發(fā)明第六實(shí)施例中的軟件加載單元的示意圖；圖7為本發(fā)明第七實(shí)施例中的軟件加載單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的示意圖。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，列車(chē)牽引控制系統(tǒng)包括主控制單元、輔助控制單元、存儲(chǔ)單元4、數(shù)據(jù)采集控制單元5和功率驅(qū)動(dòng)單元6。數(shù)據(jù)采集控制單元用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部模擬量、數(shù)字量的采集和處理以及對(duì)系統(tǒng)裝置及控制的輸出。主控制單元包括主處理器1和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2 (Fie 1 d-Programmab 1 e GateArray,簡(jiǎn)稱(chēng)FPGA)；輔助控制單元包括浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3。存儲(chǔ)單元4與主處理器1連接；主處理器1與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2連接；數(shù)據(jù)采集控制單元5與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2連接；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2與浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3連接；功率驅(qū)動(dòng)單元6與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2連接。數(shù)據(jù)采集控制單元5用于采集列車(chē)牽引及輔助變流系統(tǒng)的模擬和數(shù)字信號(hào)；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2與浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3用于根據(jù)模擬和數(shù)字信號(hào)調(diào)用內(nèi)部的控制算法和邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理；功率驅(qū)動(dòng)單元6用于根據(jù)運(yùn)算處理的結(jié)果控制列車(chē)牽引系統(tǒng)；主處理器1用于處理現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3的控制數(shù)據(jù)， 并通過(guò)存儲(chǔ)單元4存儲(chǔ)該控制數(shù)據(jù)。浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制核心算法和車(chē)輛控制邏輯。具體地，在本實(shí)施例中，主處理器1采用高性能微處理器(簡(jiǎn)稱(chēng)PowerPC)，此外，主處理器1也可以采用ARM處理器(Advanced RISCMachines，簡(jiǎn)稱(chēng)ARM)或數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)等，主處理器1采用PowerPC處理器，能夠提高數(shù)據(jù)處理和程序管理的速度和精度?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2通過(guò)并行總線協(xié)議(Low Pin Count,簡(jiǎn)稱(chēng)LPC)與主處理器1 相連，實(shí)現(xiàn)底層控制數(shù)據(jù)和頂層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交互?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2采用OTOS系統(tǒng)架構(gòu)， 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2底層采用超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage，簡(jiǎn)稱(chēng)VHDL)編程，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言進(jìn)行管理。浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3完成電機(jī)控制核心算法和車(chē)輛控制邏輯，浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3的軟件采用標(biāo)準(zhǔn)C或C++進(jìn)行編程，通過(guò)DSP/BI0S進(jìn)行多任務(wù)、多線程的調(diào)度和管理，在TI提供的IDE軟件CCS上編譯完成。在一般的控制系統(tǒng)中，采用一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3即能完成所需的控制功能，在復(fù)雜系統(tǒng)中，采用兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3 —塊共同完成系統(tǒng)的分工控制。具體地，如圖2所示，采用兩個(gè)相互連接的第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32，第一浮數(shù)字信號(hào)點(diǎn)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32之間通過(guò)多通道緩沖串行接口(Multichannel BufferedSerial Port，簡(jiǎn)稱(chēng)MCBSP) 互聯(lián)，并通過(guò)各自的外部存儲(chǔ)器接口(ExternalMemory hterface，簡(jiǎn)稱(chēng)EMIF)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。主處理器1結(jié)合外圍的存儲(chǔ)單元4，完成所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理功能；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3結(jié)合外圍的數(shù)據(jù)采集控制單元5和功率驅(qū)動(dòng)單元6，實(shí)現(xiàn)牽引系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和所有核心控制算法和邏輯，實(shí)現(xiàn)列車(chē)牽引系統(tǒng)的控制和保護(hù)。主處理器1內(nèi)部的實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。本實(shí)施例提供的列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，通過(guò)主處理器1和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2作為主控制單元，通過(guò)浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3作為輔助處理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)牽引系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和所有核心控制算法和邏輯，實(shí)現(xiàn)列車(chē)牽引系統(tǒng)的控制和保護(hù)。與現(xiàn)有的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)相比，本實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)能夠完成列車(chē)控制和電機(jī)控制算法，由于具有主處理單元和輔助控制單元，因而能夠提高數(shù)據(jù)采集、處理和牽引控制的精度，提高牽引電機(jī)性能控制的實(shí)時(shí)性。參考圖2，圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明第二實(shí)施例可提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)接口單元7和軟件加載單元8，網(wǎng)絡(luò)接口單元7與主處理器1連接，用于與外部網(wǎng)路和列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。軟件加載單元8具體可選用復(fù)雜可編程邏輯器(Complex ProgrammableLogic Device，簡(jiǎn)稱(chēng)CPLD)，可以采用VHDL編程實(shí)現(xiàn)加載邏輯。另外，浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3包括第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32。軟件加載單元8與主處理器1和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2連接，軟件加載單元8還與第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32連接；主處理器1用于通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)接口單元7調(diào)取本地計(jì)算機(jī)中的控制軟件，軟件加載單元8用于將控制軟件加載到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32中。本實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，由于具有軟件加載單元8， 可以通過(guò)以太網(wǎng)和主處理器1實(shí)現(xiàn)軟件的集中或獨(dú)立存儲(chǔ)，并且可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3的控制軟件的實(shí)施加載，可以實(shí)現(xiàn)控制軟件的及時(shí)更新。參考圖3，圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例中的主處理器及外圍設(shè)備的示意圖。在本實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)接口單元7包括以太網(wǎng)接口 71和串行通信接口 72(serial communication interface,簡(jiǎn)稱(chēng)SCI)；網(wǎng)絡(luò)接口單元7還包括控制局域網(wǎng)絡(luò)接口 73 (Control Area Network，簡(jiǎn)稱(chēng)CAN)或多功能車(chē)輛總線(Multifunction Vehicle Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)MVB)網(wǎng)關(guān)接口 74。所述以太網(wǎng)接口用于與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)和其它牽引控制系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)的下載且通過(guò)本地計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，通過(guò)本地計(jì)算機(jī)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷；所述控制局域網(wǎng)絡(luò)接口或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口用于實(shí)現(xiàn)與列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的連接；所述串行通信接口用于實(shí)現(xiàn)多路備用，提供系統(tǒng)內(nèi)部與其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。所述以太網(wǎng)接口 71用于與以太網(wǎng)連接，可以通過(guò)以太網(wǎng)與本地計(jì)算機(jī)101和其他
7牽引控制系統(tǒng)102連接，實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)101和其它牽引控制系統(tǒng)102通信，能夠通過(guò)以太網(wǎng)接口 71實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的下載，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)本地計(jì)算機(jī)101同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控， 本地計(jì)算機(jī)101通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器103通信，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷功能?？刂凭钟蚓W(wǎng)絡(luò)接口 73或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口 74用于實(shí)現(xiàn)與列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的連接。串行通信接口 72用于實(shí)現(xiàn)多路備用，提供系統(tǒng)內(nèi)部與其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交互，也使得系統(tǒng)適用于其它應(yīng)用場(chǎng)，并可轉(zhuǎn)換成其它形式的通信接口。具體地，具有兩個(gè)以太網(wǎng)接口 71，以太網(wǎng)接口 71通過(guò)LAN8710及網(wǎng)絡(luò)變壓器連接到RJ45接口，其中一個(gè)以太網(wǎng)接口與本地計(jì)算機(jī)101連接，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編寫(xiě)的界面和虛擬示波器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、測(cè)試和數(shù)據(jù)在線下載，再通過(guò)故障診斷軟件實(shí)現(xiàn)故障的分析和檢測(cè)。另一個(gè)以太網(wǎng)接口 71與其他牽引控制系統(tǒng)102連接，可實(shí)現(xiàn)同一列車(chē)內(nèi)部所有牽引控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。另外，本地計(jì)算機(jī)101可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將牽引系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器103，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)的技術(shù)支持；同時(shí)，可以通過(guò)路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)本地計(jì)算機(jī)101同時(shí)監(jiān)控本地牽引系統(tǒng)?？刂凭钟蚓W(wǎng)絡(luò)接口 73的數(shù)量為兩個(gè)，多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口 74采用第三方設(shè)備，控制局域網(wǎng)絡(luò)接口 73與多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口 74用于實(shí)現(xiàn)與列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的連接， 負(fù)責(zé)牽引系統(tǒng)與列車(chē)上其它設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，根據(jù)實(shí)際列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的匹配需要可分別選擇，例如，在地鐵等長(zhǎng)編組列車(chē)中，采用多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口 74，而在輕軌車(chē)、有軌電車(chē)、中低速磁浮等短編組列車(chē)中，采用選用控制局域網(wǎng)絡(luò)接口 73。串行通信接口 72的數(shù)量為四個(gè)，采用MAX3232實(shí)現(xiàn)兩路RS232通信接口，采用 AMDM68實(shí)現(xiàn)兩路RS485通信接口。串行通信接口 72為多路備用接口，可提供系統(tǒng)內(nèi)部與其它較慢速設(shè)備的數(shù)據(jù)交互，以及為控制系統(tǒng)應(yīng)用在其它場(chǎng)合進(jìn)行備用，例如，牽引供電系統(tǒng)與上層數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，簡(jiǎn)稱(chēng) SCADA)的接口，也可以通過(guò)外加轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成其它網(wǎng)絡(luò)接口形式。存儲(chǔ)單元4包括同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器41 (Synchronous Dynamic RandomAccess Memory，簡(jiǎn)稱(chēng)SDRAM)、第一非易失性閃存42和第二非易失性閃存43，第一非易失性閃存42 可以采用N0RFLASH型的非易失性閃存，第二非易失性閃存43可以選用NANDFLASH型的非易失性閃存。同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器41和第二非易失性閃存43用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和主處理器1的軟件，第一非易失性閃存42用于存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3的軟件。具體地，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器41連接到主處理器11的DDR II專(zhuān)用控制接口，第一非易失性閃存42和第二非易失性閃存43連接到LPC總線接口，以存儲(chǔ)整個(gè)牽引系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、變量以及系統(tǒng)軟件。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)一方面通過(guò)以太網(wǎng)接口 71從網(wǎng)絡(luò)獲得，一方面通過(guò)LPC 總線從現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2處獲得所有底層的牽引控制數(shù)據(jù)，通過(guò)使用同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器41進(jìn)行緩存，然后定時(shí)存在大容量的第二非易失性閃存43中。當(dāng)需要進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行或故障分析時(shí)，通過(guò)以太網(wǎng)接口 71將數(shù)據(jù)從第二非易失性閃存43下載至本地計(jì)算機(jī)101，然后由工程師或用戶進(jìn)行分析。系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)分為兩部分主處理器1的系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)在第二非易失性閃存43中，而現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3的軟件則存儲(chǔ)在第一非易失性閃存42中。參考圖4，圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例中的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列及外圍設(shè)備的示意圖。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集控制單元5包括用于采集和處理模擬量的模擬輸入模塊 51、用于輸出模擬狀態(tài)量的模擬輸出模塊52、用于采集和處理數(shù)字狀態(tài)量的數(shù)字輸入模塊 53和用于輸出數(shù)字狀態(tài)量和控制量的數(shù)字輸出模塊M。具體地，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2通過(guò)模擬輸入模塊51完成所有模擬量，例如系統(tǒng)電壓、電流、溫度、流量和壓力等模擬量的采集和處理，通過(guò)數(shù)字輸入模塊53完成所有數(shù)字量，例如列車(chē)和系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)、電機(jī)及列車(chē)速度信號(hào)的采集和處理；同時(shí)，通過(guò)模擬輸出模塊52將內(nèi)部模擬狀態(tài)量如實(shí)際牽引/制動(dòng)力、本車(chē)參考速度等進(jìn)行輸出，而且可將系統(tǒng)內(nèi)部模擬變量進(jìn)行輸出，供給系統(tǒng)測(cè)試使用；數(shù)字輸出模塊M可提供金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal-OxideIemiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)和繼電器兩種輸出方式，分別進(jìn)行內(nèi)部接觸器等的控制和牽引系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)量及列車(chē)控制信號(hào)輸出。功率驅(qū)動(dòng)單元6包括驅(qū)動(dòng)模塊61、監(jiān)測(cè)反饋模塊62和開(kāi)關(guān)管63。驅(qū)動(dòng)模塊61通過(guò)光纖或電纜實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2的連接。驅(qū)動(dòng)模塊61與開(kāi)關(guān)管63和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2連接；所述監(jiān)測(cè)反饋模塊62與開(kāi)關(guān)管61和可編程門(mén)陣列2連接。驅(qū)動(dòng)模塊61用于接收現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖，并對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行進(jìn)行電隔離和功率放大，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管63動(dòng)作。監(jiān)測(cè)反饋模塊62用于監(jiān)測(cè)處理開(kāi)關(guān)管63的運(yùn)行狀態(tài)并將處理結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2根據(jù)開(kāi)關(guān)管63的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)邏輯的設(shè)定，對(duì)列車(chē)牽引控制系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2外圍的各功能模塊均具備自檢測(cè)功能，技術(shù)實(shí)施方式為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2輸出一個(gè)自檢信號(hào)及觸發(fā)源至功能模塊，然后檢測(cè)該功能模塊的輸入狀態(tài)，通過(guò)判斷檢測(cè)結(jié)果與激勵(lì)是否一致判斷功能模塊的是否正常工作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2外圍的各個(gè)功能模塊的自檢測(cè)。下面結(jié)合上述實(shí)施例提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，具體說(shuō)明該列車(chē)牽引控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和實(shí)現(xiàn)的功能。列車(chē)牽引控制系統(tǒng)通過(guò)模擬輸入模塊51、數(shù)字輸入模塊53與電流、電壓、溫度、流量、壓力、速度等傳感器的接口、硬線接口以及控制局域網(wǎng)絡(luò)接口 73與多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口 74，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)牽引、輔助變流系統(tǒng)及其被控對(duì)象(如牽引電機(jī)、輔助交直流負(fù)載等)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)采集，以及實(shí)現(xiàn)列車(chē)所有信號(hào)的采集。根據(jù)采集的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器3調(diào)用相應(yīng)的控制算法和邏輯，然后將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)單元6驅(qū)動(dòng)變流系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)管63，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象(如牽引電機(jī)、輔助交直流負(fù)載等)輸入電壓、電流的控制，從而控制被控對(duì)象按照預(yù)期目標(biāo)工作。另一方面，列車(chē)牽引控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口單元7、數(shù)字輸出模塊M、模擬輸出模塊52等功能模塊，將列車(chē)牽引控制系統(tǒng)所獲取的信息進(jìn)行輸出或控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變流系統(tǒng)及其被控對(duì)象的監(jiān)控和診斷。
如圖5所示，軟件加載單元8進(jìn)行軟件加載的流程為步驟10，連接以太網(wǎng)；具體地，通過(guò)以太網(wǎng)連接列車(chē)牽引控制系統(tǒng)；步驟20，選擇要加載軟件的目標(biāo)控制器；步驟30，編譯生成目標(biāo)控制器軟件的目標(biāo)輸出文件；具體地，采用目標(biāo)控制器對(duì)應(yīng)的IDE軟件編譯生成輸出文件；步驟40，轉(zhuǎn)換加載軟件的文件格式；具體地，通過(guò)軟件格式轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成軟件加載單元能夠識(shí)別的文件格式；步驟50，加載軟件至目標(biāo)控制器；
步驟60，加載完成后，復(fù)位目標(biāo)控制器。軟件加載單元8在進(jìn)行軟件加載時(shí)，可以有至少兩種硬件支持方式。具體如下，參考圖6和圖7，圖6為本發(fā)明第六實(shí)施例中的軟件加載單元的示意圖；圖7為本發(fā)明第七實(shí)施例中的軟件加載單元的示意圖。如圖6所示，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32的軟件存儲(chǔ)在同一片第一非易失性閃存42中，采用地址空間分配法進(jìn)行存儲(chǔ)位置管理；當(dāng)需要更新軟件時(shí)，軟件加載單元8通過(guò)主處理器1從第一非易失性閃存42讀取對(duì)應(yīng)地址空間的軟件數(shù)據(jù)，然后根據(jù)加載時(shí)序由軟件加載單元8加載至現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32。如圖7所示，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32的軟件分別存儲(chǔ)在不同的第一非易失性閃存42中。當(dāng)需要更新軟件時(shí)，軟件加載單元8根據(jù)加載時(shí)序，通過(guò)主處理器1下載本地計(jì)算機(jī)101中的軟件，通過(guò)以太網(wǎng)9分別下載到第一非易失性閃存42中，主處理器1分別給現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32復(fù)位信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列2、第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器31和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器32自動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)第一非易失性閃存42中的程序運(yùn)行。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制單元、輔助控制單元、存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)采集控制單元和功率驅(qū)動(dòng)單元；所述主控制單元包括主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列；所述輔助控制單元包括浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器；所述存儲(chǔ)單元與所述主處理器連接；所述主處理器與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述數(shù)據(jù)采集控制單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述功率驅(qū)動(dòng)單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述數(shù)據(jù)采集控制單元用于采集列車(chē)牽引及輔助變流系統(tǒng)的模擬和數(shù)字信號(hào)；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器用于根據(jù)所述模擬和數(shù)字信號(hào)調(diào)用內(nèi)部的控制算法和邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理；所述功率驅(qū)動(dòng)單元用于根據(jù)所述運(yùn)算處理的結(jié)果控制列車(chē)牽引系統(tǒng)；所述主處理器用于處理所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)所述控制數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括網(wǎng)絡(luò)接口單元，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元與所述主處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括軟件加載單元；所述軟件加載單元與所述主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，所述軟件加載單元還與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述主處理器用于通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)接口單元調(diào)取本地計(jì)算機(jī)中的控制軟件，所述軟件加載單元用于將所控制述軟件加載到所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的列車(chē)牽引控制單元，其特征在于，所述軟件加載單元具體為復(fù)雜可編程邏輯器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器為兩個(gè)，具體為第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器和第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，所述第一浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器與第二浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元包括以太網(wǎng)接口和串行通信接口 ；所述網(wǎng)絡(luò)接口單元還包括控制局域網(wǎng)絡(luò)接口或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口；所述以太網(wǎng)接口用于與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)和其它牽引控制系統(tǒng)的通信， 實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)的下載且通過(guò)本地計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，通過(guò)本地計(jì)算機(jī)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程系統(tǒng)診斷；所述控制局域網(wǎng)絡(luò)接口或多功能車(chē)輛總線網(wǎng)關(guān)接口用于實(shí)現(xiàn)與列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的連接；所述串行通信接口用于實(shí)現(xiàn)多路備用，提供系統(tǒng)內(nèi)部與其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元包括同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、第一非易失性閃存和第二非易失性閃存；所述同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和第一非易失性閃存用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和所述主處理器的軟件，所述第二非易失性閃存用于存儲(chǔ)所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的軟件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集控制單元包括用于采集和處理模擬量的模擬輸入模塊、用于輸出模擬狀態(tài)量的模擬輸出模塊、用于采集和處理數(shù)字狀態(tài)量的數(shù)字輸入模塊和用于輸出數(shù)字狀態(tài)量及控制量的數(shù)字輸出模塊；
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功率驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)模塊、監(jiān)測(cè)反饋模塊和開(kāi)關(guān)管；所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述開(kāi)關(guān)管和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述監(jiān)測(cè)反饋模塊與所述開(kāi)關(guān)管和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊用于接收所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖，并對(duì)所述驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行進(jìn)行電隔離和功率放大，驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)關(guān)管動(dòng)作；所述監(jiān)測(cè)反饋模塊用于監(jiān)測(cè)處理所述開(kāi)關(guān)管的運(yùn)行狀態(tài)并將處理結(jié)果反饋給所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列根據(jù)所述開(kāi)關(guān)管的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)邏輯的設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種列車(chē)牽引控制系統(tǒng)，包括主控制單元、輔助控制單元、存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)采集控制單元和功率驅(qū)動(dòng)單元；所述主控制單元包括主處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列；所述輔助控制單元包括浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器；所述存儲(chǔ)單元與所述主處理器連接；所述主處理器與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述數(shù)據(jù)采集控制單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列與所述浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述功率驅(qū)動(dòng)單元與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。本發(fā)明提供的列車(chē)牽引控制系統(tǒng)能夠完成列車(chē)牽引系統(tǒng)的控制，能夠提高數(shù)據(jù)采集、處理和牽引控制的精度，提高牽引電機(jī)性能控制的實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102419559SQ20111036235
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者刁利軍, 劉志剛, 孫大南, 張鋼, 徐春梅, 林文立, 牟富強(qiáng), 王磊, 董侃, 邱瑞昌, 陳杰 申請(qǐng)人:北京千駟馭電氣有限公司