動車組輔助控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵路電子技術領域，具體的說，涉及動車組輔助控制系統。
【背景技術】
[0002]輔助供電系統作為動車組除牽引動力系統之外的所有用電設備提供電能，如采暖、照明、廣播等輔助設備，動車組輔助控制系統和動車組牽引控制系統一樣，是動車組的重要組成部分。動車組輔助供電系統一般由輔助變流器、蓄電池和充電機等組成。
[0003]如圖1所示，動車組行進時，單向高壓電由受電弓接收，經變壓器二次側輸出到四象限單元整流，整流后的高壓直流電經過中間直流母線輸出到逆變單元和輔助變流器。輔助變流器經過IGBT逆變后，輸出到三相變壓器，三相變壓器二次側輸出低壓交流電供動車組輔助設備用。動車組輔助控制系統的主要功能是控制輔助變流單元的工作。
[0004]現有技術方案:現行動車組輔助控制系統控制單元都采用32位主處理器，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 ;而本發(fā)明采用了主流的Intel凌動系列處理器，主頻達到1.3?1.6GHz。
[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 ;本發(fā)明采用了 ADI TS203S，主頻 250MHz。
[0006]目前各公司使用的處理器芯片都是相對早期產品?，F有技術缺點:現有輔助控制系統采用的芯片型號較老，系統響應較慢，很多芯片已經停產。由于芯片停產導致其生產成本較高。
[0007]另一方面，現有列車輔助控制系統多采用低速系統總線，系統響應緩慢，處理速度低。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的在于根據現有技術的不足，提供一種動車組輔助控制系統，解決現有輔助控制系統因芯片停產、系統結構不合理造成的響應速度慢、生產成本高等問題。
[0009]本發(fā)明的技術方案是:動車組輔助控制系統，用于控制動車組輔助變流器功率模塊工作，背板、電源模塊、輔助控制模塊、I/O模塊、網絡模塊和調試模塊，
[0010]所述輔助控制模塊主要由快速運算板、信號采樣板和脈沖接口板組成；
[0011]所述信號采樣板與采樣傳感器相連，接收采樣傳感器的采樣信號；信號采樣板還分別與快速運算板和脈沖接口板進行雙向通訊，接收所述脈沖接口板發(fā)送的脈沖反饋信號和接收所述快速運算板發(fā)送的控制信號，以及向所述脈沖接口板發(fā)送脈沖信號、向所述快速運算板發(fā)送處理后的采集信號和向所述I/o模塊發(fā)送繼電器控制信號；脈沖接口板與列車輔助功率模塊相連；
[0012]所述快速運算板主要用于接收所述信號采樣板采集并處理的模擬量和數字量信號、接收所述處理器主機發(fā)出的控制信號，以及向所述信號采樣板發(fā)送控制信號、向所述網絡模塊發(fā)送處理信息；
[0013]所述脈沖接口板主要用于接收所述輔助變流器功率模塊發(fā)出IGBT狀態(tài)信號，接收所述信號采樣板對輔助變流器功率模塊的IGBT控制信號；以及向所述信號采樣板發(fā)出輔助變流器功率模塊的IGBT狀態(tài)信號，向所述輔助變流器功率模塊發(fā)出IGBT控制信號；
[0014]所述信號采樣板與快速運算板之間通過LinkPort總線進行雙向通訊；
[0015]所述信號采樣板與所述I/O模塊通過高速總線進行雙向通訊；
[0016]所述I/O模塊與所述網絡板卡通過CAN總線進行雙向通訊；
[0017]所述快速運算板、所述網絡模塊、所述調試模塊和所述處理器主機之間通過CPCI總線進行雙向通訊；
[0018]所述網絡模塊由網絡板卡構成，所述網絡模塊接收I/O模塊發(fā)來的數字量和模擬量信號，并經CPCI總線傳遞給處理器主機，以及通過CPCI總線接收處理器主機的命令信號，并向所述I/o模塊發(fā)送命令，控制所述I/O模塊輸出數字量和模擬量信號，以及控制MVB接口單元與外部MVB總線進行數據交互；同時通過CPCI總線發(fā)送MVB數據發(fā)送至處理器主機，以及通過CPCI總線將處理器主機需要發(fā)送的數據發(fā)送至MVB接口單元；
[0019]所述調試模塊由調試板卡構成，所述調試模塊通過CPCI總線接收處理器主機發(fā)送的調試命令和調試信號，所述調試模塊通過高速總線接收信號采樣板發(fā)送的調試信號；
[0020]所述電源模塊為輔助控制模塊、I/O模塊和網絡模塊和調試模塊供電；電源模塊還包括傳感器供電電源板，為動車組輔助供電系統的傳感器供電。
[0021]更進一步的:由于傳感器采集的信號有電流量也有電壓量，信號采樣板包括由相互連接的信號調理電路和ADC采樣電路構成的電流/電壓采集單元和時鐘管理單元；
[0022]所述電流/電壓采集單元有多路，均連接到信號采樣板，所述信號調理電路包括第一電阻，第二電阻、濾波電容和運算放大器，信號調理電路的輸入端連接到采樣傳感器端，信號調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算放大器的正向輸入端，第二電阻的第二端接地，運算放大器的反向輸入端與參考電壓端相連，運算放大器的輸出端連接到ADC采樣電路；信號調理電路的輸入端還經濾波電容接地。
[0023]更進一步的:脈沖接口板可以實現光電轉換功能，脈沖接口板包括PWM電平轉換電路、光電轉換單元、電光轉換單元和背板接口單元，PWM電平轉換電路經背板接口單元與信號采樣板相接，還包括自診斷單元；
[0024]所述自診斷單元包括輸入診斷單元和輸出診斷單元；
[0025]所述光電轉換單元和電光轉換單元均有多組，所述光電轉換單元包括多路選擇器、緩沖器和光電轉換電路，背板接口單元經緩沖器I與多路選擇器相連，多路選擇器經緩沖器II與光電轉換電路相連；所述電光轉換單元包括多路選擇器、緩沖器和電光轉換電路，電光轉換電路經緩沖器III與多路選擇器相連，多路選擇器經緩沖器IV與背板接口單元相連；
[0026]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換單元緩沖器III的輸入端。
[0027]更進一步的:所述網絡模塊與處理器主機之間通過CPCI總線和ISA總線的協議轉換器進行雙向通訊，該協議轉換器包括CPCI局部總線接口擴展時序模塊、ISA總線接口時序模塊、CPCI總線匹配ISA總線時序接口模塊和時鐘管理模塊；
[0028]所述CPCI局部總線接口擴展時序模塊通過地址與數據信號AD【31:0】、命令/字節(jié)使能信號C/BE【3:0】、從設備準備好信號TRDY、停止數據傳送信號STOP、幀周期信號FRAME和主設備準備好信號IRDY與局部CPCI總線進行通訊；
[0029]所述ISA總線接口時序模塊通過數據使能信號S_DATA_VLD、地址使能信號ADDR_VLD、讀使能信號barx_rd、寫使能信號barx_wr、字節(jié)使能信號S_CBE、數據信號D【31:0】和地址信號A【31:0】與所述CPCI局部總線接口擴展時序模塊進行通訊；
[0030]所述ISA總線接口時序模塊通過數據信號SD、地址信號SA、讀/寫1設備信號10W/10R、讀/寫MEMORY設備信號MEMR/MEMW、地址鎖存信號BALE與局部ISA總線進行通訊；
[0031]所述CPCI總線匹配ISA總線時序接口模塊通過打斷重連信號USER_ST0P與所述CPCI局部總線接口擴展時序模塊進行通訊；
[0032]所述時鐘管理模塊為所述CPCI局部總線接口擴展時序模塊、所述ISA總線接口時序模塊和所述CPCI總線匹配ISA總線時序接口模塊提供工作時鐘。
[0033]更進一步的:1/0模塊主要包括數字量輸入板卡、數字量輸出板卡和模擬量輸入輸出板卡。
[0034]更進一步的:動車組輔助控制系統采用QNX嵌入式操作系統。
[0035]更進一步的:本發(fā)明還對動車組輔助控制系統的機箱結構進行了改進。動車組輔助控制系統的主機箱采用高強度加固機箱，該加固機箱的兩側機箱面板采用加固面板。動車組輔助控制系統的各類板卡與主機箱板卡卡槽連接處均設有雙助拔器，所述雙助拔器主要由基板、插針和扳動板組成，所述基板上部連接所述扳動板，所述扳動板為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，所述基板上設有扳動板定位卡槽，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，所述基板一側還設有與板卡固定的螺栓孔。
[0036]本發(fā)明的有益效果是:
[0037](I)動車組輔助控制系統以處理器主機板為核心，通過CPCI高速總線連接下位機板卡(網絡板卡、調試板卡、快速運算板卡等)。將指令傳遞給下位機各板卡；同時下位機各板卡通過CPCI總線將狀態(tài)傳遞給處理器板卡。實現動車組輔助控制系統內部的總體控制。
[0038](2)網絡板卡通過CAN總線和各功能板卡(數字量輸入板卡、數字量輸出板卡、模擬量輸入輸出板卡)之間進行通訊，經網絡板卡中轉后，經CPCI總線傳遞給處理器主機板卡。這種結構具有很高的穩(wěn)定性，可以保證動車組輔助控制系統采集的數據和輸出的數據穩(wěn)定可靠。
[0039](3)常用的數據通信協議是CAN等，這些協議與LinkPort相比，數據采集及傳輸速率低。本發(fā)明的實現了信號采樣板和快速運算板之間的LinkPort傳輸，LinkPort是一種LVDS(Low Voltage Differential Signal)即低電壓差分信號，具有高速、超低功耗、低噪聲和低成