專利名稱：冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于符合EN50170標(biāo)準(zhǔn)的WorldFIP網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是機(jī)車控制功能驗(yàn)證 和開發(fā)的半實(shí)物仿真平臺(tái)。廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等實(shí)時(shí)性 要求較高、能夠自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域，也可應(yīng)用于高校教學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)和大功率半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展促進(jìn)了交流傳動(dòng)技術(shù)的飛躍發(fā)展，隨 著交流傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流傳動(dòng)電力機(jī)車必將逐漸退出歷史舞臺(tái)，交流傳動(dòng)電力機(jī) 車必將取而代之。在我國，電力機(jī)車一直采用集中式控制方式，即現(xiàn)場所有信號的采集與控制都需 要通過硬線連接到集中控制計(jì)算機(jī)上，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也 得到了快速發(fā)展，機(jī)車控制也從以往的硬線控制逐漸發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)控制方式。網(wǎng)絡(luò)控制因 有其獨(dú)特的優(yōu)勢，如便于實(shí)現(xiàn)微機(jī)集中控制，便于故障診斷等，必將在機(jī)車控制領(lǐng)域中起 著非常重要的作用。從上世紀(jì)末，國外先進(jìn)的WorldFIP分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)開始引入我 國，同時(shí)國內(nèi)的部分電力機(jī)車也開始陸續(xù)采用WorldFIP分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，但 是我國自主研發(fā)的WorldFIP網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)一直處于空白階段，在交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開 發(fā)過程中，為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，因此進(jìn)行功能的仿真及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的試驗(yàn)是非 常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的半實(shí)物仿真平臺(tái)設(shè)備，平臺(tái)具有驗(yàn)證所有設(shè)備在 線狀態(tài)性能的作用，能夠驗(yàn)證機(jī)車控制軟件功能。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物 仿真平臺(tái)，包含了冗余的MPU(主處理單元)、冗余的RIOM(遠(yuǎn)程輸入輸出模塊)、冗余的 DDU (司機(jī)顯示單元)、TCU(牽引控制單元)、ACU(輔助控制單元)、BCU(制動(dòng)控制單元)及 相關(guān)硬線電路；其中所述的冗余MPU完成WorldFIP總線管理、整車控制功能；所述的冗余 RIOM完成包括整車?yán)^電器、接觸器等的狀態(tài)采集及控制；所述的冗余DDU完成機(jī)車重要信 息顯示及部分命令設(shè)置；所述的ACU完成機(jī)車輔助變流器控制；所述的TCU完成牽引變流 器控制；所述的BCU完成機(jī)車制動(dòng)控制功能；相關(guān)硬線電路包括指示燈、扳鍵開關(guān)、繼電器 等電氣設(shè)備，用以模擬機(jī)車司機(jī)室、機(jī)械間控制命令及主要設(shè)備狀態(tài)。所述的MPU、RIOM、DDU、TCU、ACU、BCU 等通過 FIP-V 總線相連。MPU主處理單元、RIOM單元、DDU單元均具有冗余功能，在一個(gè)設(shè)備故障的情況下， 冗余的設(shè)備可完全接管其全部功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是(1)當(dāng)前符合WorldFIP標(biāo)準(zhǔn)的冗余的機(jī)車半實(shí)物仿真平臺(tái)可以填補(bǔ)國內(nèi)空白。(2)克服了集中式控制方式布線復(fù)雜、故障點(diǎn)多等缺陷，有利于在機(jī)車設(shè)計(jì)前期進(jìn)行功能試驗(yàn)及算法驗(yàn)證，優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，冗余設(shè)計(jì)使得研發(fā)的機(jī)車更加可靠。(3)實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，提供故障處理方法，同時(shí)用戶具有高 度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。(4)若用于高校教學(xué)領(lǐng)域，能夠使學(xué)生對機(jī)車設(shè)計(jì)有更加直觀的感受。


本發(fā)明有1幅附圖圖1是本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示為本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖，本實(shí)施例包含了冗余的MPU(主處理單元)、 冗余的RI0M(遠(yuǎn)程輸入輸出模塊)、冗余的DDU(司機(jī)顯示單元)、TCU(牽引控制單元)、 ACU(輔助控制單元)、BCU(制動(dòng)控制單元)及相關(guān)硬線電路；其中所述的冗余MPU完成 WorldFIP總線管理、整車控制功能；所述的冗余RIOM完成整車?yán)^電器、接觸器等的狀態(tài)采 集及控制；所述的冗余DDU完成機(jī)車重要信息顯示及部分命令設(shè)置；所述的ACU完成機(jī)車 輔助變流器控制；所述的TCU完成牽引變流器控制；所述的BCU完成機(jī)車制動(dòng)控制功能；相 關(guān)硬線電路包括指示燈、扳鍵開關(guān)、繼電器等電氣設(shè)備，用以模擬機(jī)車司機(jī)室、機(jī)械間控制 命令及主要設(shè)備狀態(tài)。所謂半實(shí)物仿真即大部分設(shè)備為實(shí)物，如MPU、DDU、RI0M,目的就 是測試上述設(shè)備的性能；其他設(shè)備為仿真設(shè)備，如TCU、BCU、ACU,目的是配合控制功能實(shí) 現(xiàn)。本實(shí)施例半實(shí)物仿真平臺(tái)分裝在3個(gè)控制柜中，分別為司機(jī)室1柜、系統(tǒng)柜、司機(jī) 室2柜。司機(jī)室1柜內(nèi)安裝DDU11、DDU12、RIOMlU RI0M12等控制單元，且在柜內(nèi)安裝了 司控器、指示燈、扳鍵開關(guān)等設(shè)備，用以模擬交流傳動(dòng)機(jī)車的司機(jī)室1設(shè)備；系統(tǒng)柜內(nèi)安裝 RI0M31、RI0M32、MPUl、MPU2、模擬的4個(gè)TCU、模擬的ACU和BCU，且在柜內(nèi)安裝了繼電器、 扳鍵開關(guān)等設(shè)備，用以模擬交流傳動(dòng)機(jī)車機(jī)械間設(shè)備；司機(jī)室2柜內(nèi)安裝DDU21、DDU22、 RI0M2URI0M22等控制單元，且柜內(nèi)安裝了司控器、指示燈、扳鍵開關(guān)等設(shè)備，用以模擬交流 傳動(dòng)機(jī)車司機(jī)室2設(shè)備。MPUl、MPU2為互為冗余的主處理單元，硬件采用32位機(jī)，并運(yùn)行嵌入式實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)上運(yùn)行控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件，正常狀態(tài)MPU2為從MPU，監(jiān)視主MPUl的工作 狀態(tài)，一旦主MPUl工作異常，MPU2將接管MPUl的工作。DDUl 1、DDU12為I端司機(jī)室冗余的顯示單元，硬件采用32位機(jī)，并運(yùn)行嵌入式實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)，顯示機(jī)車重要信息，并能進(jìn)行相關(guān)命令設(shè)定，通過FIP-V總線與主MPU通訊，正 常狀態(tài)DDUll (左屏)為監(jiān)控屏，DDU12(右屏)為控制屏，一個(gè)DDU發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)DDU
可完全接管其功能。DDU2UDDU22為II端司機(jī)室顯示單元，其他特征與DDU11、DDU12相同，不贅述。RIOMlU RI0M12為冗余的遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，硬件上采用高性能單片機(jī)做為處理 器芯片，負(fù)責(zé)司機(jī)室I的相關(guān)信息采集和命令輸出，通過FIP-V總線與主MPU通訊，正常狀 態(tài)兩個(gè)RIOM單元同時(shí)工作，在一個(gè)RIOM單元故障時(shí)另一個(gè)單元可接管。
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RI0M21、RI0M22為II端司機(jī)室內(nèi)的冗余遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，其他特征與RI0M11、 RI0M12相同，不贅述。模擬的B⑶、A⑶通過FIP-V總線與主MPU通訊，硬件上采用32位機(jī)，并運(yùn)行嵌入 式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，用以模擬BCU和ACU的控制功能，配合聯(lián)調(diào)試驗(yàn)完成。模擬的TCU通過FIP-V總線與主MPU通訊，硬件上采用32位機(jī)，并運(yùn)行嵌入式實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)，用以模擬TCU的控制功能，配合聯(lián)調(diào)試驗(yàn)完成。各設(shè)備的供電采用IlOV直流供電方式，司機(jī)室I、司機(jī)室II、系統(tǒng)柜的開關(guān)設(shè)備、 繼電器設(shè)備、指示燈分別與相應(yīng)的RIOM單元連接。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在 本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真平臺(tái)，其特征在于包含了冗余的MPU、冗余的RIOM、冗余的DDU、TCU、ACU、BCU及相關(guān)硬線電路；其中所述的冗余MPU完成WorldFIP總線管理、整車控制功能；所述的冗余RIOM完成包括整車?yán)^電器、接觸器的狀態(tài)采集及控制；所述的冗余DDU完成機(jī)車重要信息顯示及部分命令設(shè)置；所述的ACU完成機(jī)車輔助變流器控制；所述的TCU完成牽引變流器控制；所述的BCU完成機(jī)車制動(dòng)控制功能；相關(guān)硬線電路包括指示燈、扳鍵開關(guān)、繼電器，用以模擬機(jī)車司機(jī)室、機(jī)械間控制命令及主要設(shè)備狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真平臺(tái)，其特征在于 所述的 MPU、RIOM、DDU、TCU、ACU、BCU 通過 FIP-V 總線相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真平臺(tái)，其特征在 于MPU主處理單元、RIOM單元、DDU單元均具有冗余功能，在一個(gè)設(shè)備故障的情況下，冗余 的設(shè)備可完全接管其全部功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冗余的機(jī)車WorldFIP網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真平臺(tái)，包含了冗余的主處理單元MPU、冗余的司機(jī)顯示單元DDU、牽引控制單元TCU、輔助控制單元ACU、制動(dòng)控制單元BCU、冗余的遠(yuǎn)程輸入輸出模塊RIOM及相關(guān)硬線電路，本發(fā)明應(yīng)用于符合EN50170標(biāo)準(zhǔn)的WorldFIP網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，可通過該半實(shí)物仿真平臺(tái)完成驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、完善設(shè)計(jì)軟件的功能，能夠通過單元互換測試遠(yuǎn)程輸入輸出單元的穩(wěn)定性、驗(yàn)證DDU顯示的正確性，為新型機(jī)車設(shè)計(jì)提供第一手設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。本發(fā)明可廣泛用于鐵路機(jī)車、地鐵列車、城市軌道車輛等設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)，也可用于高校教學(xué)領(lǐng)域。
文檔編號G05B19/418GK101963805SQ20101050545
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者于躍, 任寶兵, 李時(shí)智, 杜振環(huán) 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心