机车制动控制系统的智能控制板卡的制作方法

本发明属于铁路机车制动控制领域，尤其涉及应用于分布式网络化智能化新型机车制动控制系统中的核心智能控制板卡。

背景技术：

随着机车制动系统的智能化、网络化发展趋势，机车制动系统原有纯气路控制方式逐渐被淘汰，由微机控制的机车制动系统已经成为现有产品的主流。机车制动系统对整个列车的制动控制主要由三个重要模块实现，分别为列车管控制模块、分配阀控制模块、单独制动控制模块，统一受机车制动控制系统控制箱控制，通过与机车指令信息交互完成对制列车管压力、分配阀压力和单独制动压力等的控制。

但是，由于机车制动控制系统中逻辑处理信号非常多，机车制动系统的控制机箱是由多个不同板卡组成现，整个控制系统所使用到的不同形式的控制板数量多、形式复杂、软件集中度高，对整个系统的开发周期、使用维护等带来诸多不便。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种机车制动控制系统的智能控制板卡，该智能控制板卡在机车制动控制系统中多个地方同时使用，取代原有系统中各个不同类型的制动控制板卡，大大的减少了制动控制板卡种类，缩短系统的开发周期，降低系统的使用维护难度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种机车制动控制系统的智能控制板卡，包括：DSPIC数字信号处理芯片，用于接收机车当前制动指令，并根据该制动指令计算目标压力值，输出当前工作状态；CAN通讯电路，用于CAN网络通讯，与外部系统和DSPIC数字信号处理芯片之间进行数据交互；开关量电压采集电路，用于采集外部输入的开关量指令；开关量继电器输出电路，用于接收DSPIC数字信号处理芯片的输出信号，以向机车反馈当前制动系统工作状态；高频电磁阀控制电路，用于控制电磁阀进行充排气动作；电流模拟量采集电路，用于采集机车压力传感器信息并输送至DSPIC数字信号处理芯片；ID身份识别电路，用于自动识别当前控制板卡的安装位置，并将该识别信号传递至DSPIC数字信号处理芯片；看门狗电路，用于实时监控DSPIC数字信号处理芯片的当前工作状态，若检测到异常信号，将该异常信号输出以控制机车重新复位电路；数据存储电路，用于记录当前电路的校准参数以及系统上点瞬间的参数还原；实时时钟电路，为系统提供当前时间；电源处理电路，为系统提供运行电能。

作为本发明的进一步优化，DSPIC数字信号处理芯片包括制动控制管理模块、闭环压力控制算法模块和故障自诊断模块，其中制动控制管理模块接收所有的输入信号，并根据输入信号，完成当前模块对机车紧急制动、自动制动、惩罚制动的动作响应，并计算目标压力值；该输入信号包括来自CAN网络的制动指令信号、开关量电压采集电路的开关量指令信号、时钟信号、数据存储数据、ID身份识别数据；闭环压力控制算法模块根据制动控制管理模块计算出的目标压力，完成对当前控制模块的压力控制；故障自诊断模块用于对系统自身故障进行诊断。

作为本发明的进一步优化，该智能控制板卡安装于列车管控制模块上。

作为本发明的进一步优化，该智能控制板卡安装于分配阀控制模块上。

作为本发明的进一步优化，该智能控制板卡安装于单独制动控制模块上。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的机车制动控制系统的智能控制板卡，其通过各模块的设置，具备CAN网络通讯、开关量电压采集、开关量继电器输出、高频电磁阀控制、电流模拟量数据采集、ID身份识别、DSPIC数字信号处理芯片、制动控制管理、闭环压力控制核心算法、故障自诊断等功能，并可配置于列车管控制模块、分配阀控制模块、单独制动控制模块等，接受机车制动指令，自动完成对上述模块的制动控制。

2、本发明的机车制动控制系统的智能控制板卡，可在机车制动控制系统中多个地方同时使用，取代原有系统中各个不同类型的制动控制板卡，可大大减少制动控制板卡种类，缩短系统的开发周期，降低系统的使用维护难度。

附图说明

图1为本发明机车制动控制系统的智能控制板卡的结构示意图；

图2为本发明机车制动控制系统的智能控制板卡的软件框图；

图3为本发明机车制动控制系统的智能控制板卡中压力控制算法流程图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1，如图1所示，本发明的机车制动控制系统的智能控制板卡，包括：DSPIC数字信号处理芯片，用于接收机车当前制动指令，并根据该制动指令计算目标压力值，输出当前工作状态；CAN通讯电路，用于CAN网络通讯，与外部系统和DSPIC数字信号处理芯片之间进行数据交互；开关量电压采集电路，用于采集外部输入的开关量指令并输入至DSPIC数字信号处理芯片；开关量继电器输出电路，用于接收DSPIC数字信号处理芯片的输出信号，以向机车反馈当前制动系统工作状态；高频电磁阀控制电路，用于控制电磁阀进行充排气动作；电流模拟量采集电路，用于采集机车压力传感器信息并输送至DSPIC数字信号处理芯片；ID身份识别电路，用于自动识别当前控制板卡的安装位置，并将该识别信号传递至DSPIC数字信号处理芯片；看门狗电路，用于实时监控DSPIC数字信号处理芯片的当前工作状态，若检测到异常信号，将该异常信号输出以控制机车重新复位电路；数据存储电路，用于记录当前电路的校准参数以及系统上点瞬间的参数还原；实时时钟电路，为系统提供当前时间；电源处理电路，为系统提供运行电能。

以上，进一步从图1中可知，开关量电压采集电路、电流模拟量数据采集电路、ID身份识别电路均为单向将其采集信号输入至DSPIC数字信号处理芯片；开关量继电器输出电路为单向将DSPIC数字信号处理芯片中信号输出至系统外部；而CAN通讯电路、高频电磁阀控制电路、看门狗电路、数据存储电路以及实时时钟电路均与DSPIC数字信号处理芯片之间为双向互通，以进行数据交互。

进一步参见图1，DSPIC数字信号处理芯片包括制动控制管理模块、闭环压力控制算法模块和故障自诊断模块，其中制动控制管理模块接收所有的输入信号，并根据输入信号，完成当前模块对机车紧急制动、自动制动、惩罚制动的动作响应，并计算目标压力值；该输入信号包括来自CAN网络的制动指令信号、开关量电压采集电路的开关量指令信号、时钟信号、数据存储数据、ID身份识别数据；闭环压力控制算法模块根据制动控制管理模块计算出的目标压力，完成对当前控制模块的压力控制；故障自诊断模块用于对系统自身故障进行诊断。

另外，作为本发明通用化的体现，本发明的智能控制板卡可安装于列车管控制模块上、分配阀控制模块或单独制动控制模块上。

在确认安装位置时，通过ID身份识别电路具体识别当前位置，ID身份识别电路通过不同的跳线短接，DSPIC数字处理芯片通过采集到的“001”、“010”、“100”等数字量信号，智能识别当前电路板的安装位置，即区别当前位置是否为列车管模块、电子分配阀模块、单独制动模块等。当机车制动控制系统通用式智能控制板卡确认当前的安装位置后，自动调整工作模式，完成对目标压力的控制。下面以三个实施例举例说明本发明的智能控制板卡：

实施例1：当机车制动控制系统的智能控制板卡安装在列车管控制模块上时，如图2所示，CAN网络通讯电路接收来自制动控制器的自动制动控制指令，实现对列车管压力的控制，分别控制列车管压力值如下表1所示：

表1列车管压力控制目标值

在本实施例中，开关量电压采集模块采集来外部输入信号，包括紧急制动指令信号、惩罚制动指令信号，完成列车管压力的控制；开关量继电器输出模块，用于向外输出当前智能控制板卡的工作状态。

实施例2：当机车制动控制系统的智能控制板卡安装在分配阀控制模块上时，如图2所示，CAN网络通讯电路接收当前列车管的压力，智能控制板卡根据当前工作模式，计算出分配阀模块的压力输出值并进行精确控制，计算算法如下：

定压500kPa：分配阀压力(kPa)＝(500-BP)*2.6-30，BP<450，当分配阀计算压力大于360kPa时，分配阀压力(kPa)＝360kPa。

定压600kPa：分配阀压力(kPa)＝((600-BP)*32-300)/13,BP<550，当分配阀计算压力大于420kPa时，分配阀压力(kPa)＝420kPa。

BP：列车管压力，单位kPa。

在本实施例中，开关量继电器输出模块，用于向外输出当前智能控制板卡的工作状态。

实施例3：当机车制动控制系统的智能控制板卡安装在单独制动控制模块上时，如图2所示，CAN网络通讯电路接收制动控制器的单独制动控制指令，根据单独制动手柄的位置指令，实现对单独制动模块压力0～300kPa的控制。

在该实施例中，如图2所示，闭环压力控制算法接收目标压力值，并根据电流模拟量采集模块采集到的压力传感器信息，闭环控制高频电磁阀充排气动作。

进一步如图3所示，闭环压力控制算法顺次如下：获取目标压力值，采集实际压力值，比较目标压力和实际压力的压力差是否大于5KPa，此时包括目标压力减实际压力的的压力差是否大于5KPa，目标压力减实际压力的的压力差是否小于-5KPa，如目标压力和实际压力的压力差大于5kPa时，则充气可为0～1000毫秒(优选时间为500毫秒)；如目标压力和实际压力的压力差小于-5kPa时，则排气在0～1000毫秒(优选时间为500毫秒)；若目标压力和实际压力的压差小于5kPa时并且大于-5kPa时，则不充气并不排气进行保压。