本發(fā)明屬于鐵路機(jī)車控制領(lǐng)域，特別涉及一種重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元。

背景技術(shù)：

工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程由集中控制方式，發(fā)展為集散控制方式，然后又發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)總線方式?，F(xiàn)場(chǎng)總線作為列車內(nèi)部通信規(guī)范，順應(yīng)了整個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展；然而，對(duì)于普通現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)控制器，通常采用一個(gè)單片機(jī)作為控制器的核心，這個(gè)單片機(jī)既要運(yùn)行應(yīng)用程序又要處理七層協(xié)議，則將無(wú)法滿足工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)時(shí)性要求。1999年，在IEEE1473-1標(biāo)準(zhǔn)中，LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被用于列車通信網(wǎng)絡(luò)，在法國(guó)，澳大利亞，馬來(lái)西亞，加拿大等國(guó)家，都有將LonWorks技術(shù)成功地應(yīng)用于鐵路不同領(lǐng)域的實(shí)例。我國(guó)現(xiàn)有的重載組合列車對(duì)列車控制技術(shù)要求越來(lái)越高，需要實(shí)時(shí)的列車速度，位置等信息。因此，在重載組合列車中引入LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，能夠滿足重載組合列車的實(shí)時(shí)性要求，但現(xiàn)有的重載組合列車的部件ECU、LCDM、BCU之間通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)總線進(jìn)行通信，CAN總線的數(shù)據(jù)不能直接與LonWorks總線互聯(lián)，需要一個(gè)由CAN總線到LonWorks總線的一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，傳統(tǒng)的基于CAN總線的網(wǎng)關(guān)單元無(wú)法滿足重載組合列車實(shí)時(shí)性的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元，其目的在于，通過(guò)引入LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，以克服現(xiàn)有的重載組合列車的部件ECU、LCDM、BCU之間通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)總線進(jìn)行通信，CAN總線不能直接與LonWorks總線互聯(lián)，不能滿足重載組合列車進(jìn)行實(shí)時(shí)性控制的問(wèn)題。

一種重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元，包括電源模塊、LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊以及控制模塊，所述電源模塊和LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊均與所述控制模塊相連；

所述LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊包括依次相連的Neuron智能收發(fā)器、放大驅(qū)動(dòng)電路以及耦合電路；

所述控制模塊通過(guò)雙端口RAM與LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊，用于實(shí)現(xiàn)LonWorks電力載波信號(hào)的調(diào)制解調(diào)；

控制模塊，用于信號(hào)輸入輸出和實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)關(guān)單元設(shè)備管理；

電源模塊，用于為該網(wǎng)關(guān)單元的控制電路提供+5V(10A)電源和+24V(2.1A)電源，為L(zhǎng)onWorks驅(qū)動(dòng)電路提供+15V(1A)電源；

進(jìn)一步地，所述Neuron智能收發(fā)器采用變壓器耦合型收發(fā)器FTT-10A。

進(jìn)一步地，所述控制模塊包括控制器、雙端口RAM、數(shù)字信號(hào)輸出模塊、模擬信號(hào)采集模塊以及CAN通信接口；

所述控制器與雙端口RAM之間采用并行總線連接；

所述數(shù)字信號(hào)輸出模塊與模擬信號(hào)采集模塊均與連接于控制器與雙端口RAM之間的并行總線上；

所述控制器與CAN通信接口相連；

所述數(shù)字信號(hào)輸出模塊與模擬信號(hào)采集模塊與LonWorks列車總線相連。

進(jìn)一步地，所述控制模塊采用英飛凌XC164CS控制器。

進(jìn)一步地，所述電源模塊包括DC/DC變換模塊和電壓調(diào)節(jié)電路。

有益效果

本發(fā)明提供了一種重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元，包括電源模塊、LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊以及控制模塊，所述電源模塊和LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊均與所述控制模塊相連；該網(wǎng)關(guān)單元具有多種通信介質(zhì)，多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠利用網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組成更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了不同廠家產(chǎn)品互操作、互換的能力，以及網(wǎng)絡(luò)管理、為用戶提供透明的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作的能力等；實(shí)現(xiàn)了LonWorks電力載波信號(hào)的調(diào)制解調(diào)以及230V直流電源的耦合，載波信號(hào)的放大。實(shí)現(xiàn)了CAN總線與LonWorks總線的互聯(lián)，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明設(shè)計(jì)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)單元大大地提升了重載組合列車控制的實(shí)時(shí)性，安全性和可靠性，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述網(wǎng)關(guān)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為L(zhǎng)onWorks網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為L(zhǎng)onWorks網(wǎng)絡(luò)模塊的耦合電路的原理框圖；

圖4為本發(fā)明所述網(wǎng)關(guān)單元中的控制模塊示意圖；

圖5為本發(fā)明所述網(wǎng)關(guān)單元中的控制模塊的電路原理示意圖；

圖6為本發(fā)明所述網(wǎng)關(guān)單元的電源模塊原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，一種重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元，包括電源模塊、LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊以及控制模塊，所述電源模塊和LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊均與所述控制模塊相連；

所述LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊包括依次相連的Neuron智能收發(fā)器、放大驅(qū)動(dòng)電路以及耦合電路；

所述控制模塊通過(guò)雙端口RAM與LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

各個(gè)模塊的功能如下：

重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元的LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊，如圖2所示，表1中給出了該網(wǎng)絡(luò)模塊的特性說(shuō)明；其中共分為Neuron智能收發(fā)器、放大驅(qū)動(dòng)電路、耦合電路3個(gè)主要電路組成。該模塊實(shí)現(xiàn)LonWorks電力載波信號(hào)的調(diào)制解調(diào)以及230V直流電源的耦合，載波信號(hào)的放大；提供符合LONTALK標(biāo)準(zhǔn)的通信接口；以雙口RAM的方式，提供與上層應(yīng)用處理器交換的接口。

表1

Neuron智能收發(fā)器：包含LONTALK網(wǎng)絡(luò)協(xié)議固件、同時(shí)運(yùn)行用戶自定義報(bào)文控制程序以及與控制模塊的數(shù)據(jù)交換程序，克服了傳統(tǒng)收發(fā)器易受電磁干擾的影響。

放大驅(qū)動(dòng)電路：它能將Neuron智能收發(fā)器輸出的Tx進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的接收器，克服了ECP系統(tǒng)遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)通信的難點(diǎn)。圖3示出LONWORKS網(wǎng)絡(luò)模塊的耦合電路：實(shí)現(xiàn)LonWorks中132kHz電力載波信號(hào)和230VDC電源的耦合。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模塊接收LonWorks報(bào)文時(shí)，耦合電路隔離列車線上的230VDC電壓，輸出Rx信號(hào)到Neuron智能收發(fā)器；

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送LonWorks報(bào)文時(shí)，Neuron智能收發(fā)器輸出的Tx信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大后，由耦合電路疊加到列車線230VDC上發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。

耦合電路是LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊的核心部分，圖3為L(zhǎng)onWorks網(wǎng)絡(luò)模塊的耦合電路的原理框圖。

T1為通信隔離變壓器。其中諧振電路由C56、L1和C42組成，參數(shù)分別為0.1uf、27uH和1uf，降低傳輸線上的信號(hào)衰減。電路傳感器，無(wú)電流時(shí)參考其輸出參考電壓為2.5V，最大采樣電流有效值為15A，可承受最大電流峰值為30A。

如圖4所示，重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LONWORKS網(wǎng)關(guān)單元的控制模塊：包含2部分功能：信號(hào)輸入輸出和LONWORKS網(wǎng)關(guān)單元的設(shè)備管理。信號(hào)輸入/輸出實(shí)現(xiàn)列車線電壓、列車線電流和電源輸入電壓的采集，列車線電源的控制及反饋信號(hào)采集，并提供排序控制及端接器檢測(cè)電路。設(shè)備管理功能實(shí)現(xiàn)LonWorks的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)及LonWorks報(bào)文控制。

控制模塊以英飛凌XC164CS為主控制器，通過(guò)雙端口RAM IDT7130與LONWORKS網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，分別以硬線、SPI總線和異步串口總線連接數(shù)字量輸出、模擬信號(hào)采集和串行通信等外設(shè)電路。

串行通信接口為ECP中的EGU與ECU數(shù)據(jù)交換提供接口。串行通信采用CAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議，EGU通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)通信接口接收ECU發(fā)送的ECP指令，并將LONWORKS列車線上其他設(shè)備發(fā)送的報(bào)文返回給ECU。

模擬信號(hào)采集電路包含2路電壓信號(hào)和1路電流信號(hào)。電壓信號(hào)分別為機(jī)車110VDC電源電壓和230VDC列車總線電源電壓，電壓采集電路的最大輸入電壓為300VDC。電流信號(hào)為230VDC列車總線總電流，其最大輸入電流為20A。

數(shù)字量輸出電路包含兩部分功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)ECP中EPS輸出電壓的使能和切換控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)負(fù)載的控制。輸出電平皆為高電平有效。其中，為保證開(kāi)關(guān)負(fù)載在激活情況下，在100KHz到450KHz的帶寬范圍內(nèi)，交流阻抗不小于500歐姆；在列車線電壓為24VDC時(shí)，列車總線電流為0.65A±0.1。

如圖5所示，重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元的控制模塊電路原理圖，控制模塊以XC164CS微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)關(guān)單元的設(shè)備管理和通信控制。輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片可調(diào)高輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，根據(jù)處理性能需求，晶振選擇8M、12M或16M晶振。為保證處理器的可靠性，采用XC164CS內(nèi)部看門狗寄存器，當(dāng)處理器死機(jī)時(shí)，將其復(fù)位重啟。JP1為XC164CS的JTAG接口，實(shí)現(xiàn)程序下載和DEBUG功能。

如圖6所示，重載組合列車電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)關(guān)單元的電源模塊原理圖：為L(zhǎng)onWorks網(wǎng)關(guān)單元的控制電路提供+5V(10A)電源和+24V(2.1A)電源，為L(zhǎng)onWorks驅(qū)動(dòng)電路提供+15V(1A)電源。具有過(guò)壓、過(guò)流以及短路保護(hù)功能。電源模塊的核心器件為科索DC-DC變換模塊，型號(hào)為DHS50A05(5V輸出)和DHS50A24(24V輸出)，最大輸出功率為50W。輸出電壓微調(diào)電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的小幅度調(diào)節(jié)。

該網(wǎng)關(guān)單元提供了符合LONTALK標(biāo)準(zhǔn)的通信接口；以雙口RAM的方式，提供與上層應(yīng)用處理器交換的接口；以英飛凌XC164CS為主控制器，通過(guò)雙端口RAM IDT7130與LonWorks網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，分別以硬線、SPI總線和異步串口總線連接數(shù)字量輸出、模擬信號(hào)采集和串行通信等外設(shè)電路。實(shí)現(xiàn)列車線電壓、列車線電流和電源輸入電壓的采集，列車線電源的控制及反饋信號(hào)采集，并提供排序控制及端接器檢測(cè)電路；且電源模塊具有過(guò)壓、過(guò)流以及短路保護(hù)功能。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。