内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统与流程

本发明涉及机电领域，特别是指一种内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统。

背景技术：
电气控制系统一般成为电气设备二次控制回路，保证设备运行的可靠与安全，主要有自动控制、保护、监视、测量等功能。内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统是通过中间部件来实现对机车的操纵、控制、保护、监视、信号显示等功能。目前，多数内燃机车的中间部件采用的是有触点的中间继电器和时间继电器，通过控制中间继电器和时间继电器的通断，来实现控制信号等的传递。现有内燃机车的内燃机车控制逻辑电子化采用的是触头联锁方式，实现对机车的操作、保护和信号显示等。使用这种方式控制机车的关键点在于继电器触点的良好工作。而由于目前的内燃机车主要在非干线线路上行驶，运行环境恶劣，振动大，采用机械触头联锁方式的线路，元器件出现故障的几率较大，可靠性较差。同时，采用继电器联锁，连锁关系复杂，在逻辑电路中串接的任意一个触头误动作将直接影响机车的操纵、运行；控制电路接线也非常复杂，故障不易查找，维修不方便；复杂的逻辑电路也给修改控制逻辑、增设安全保护装置带来诸多不便。现有技术的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统，其电气控制部分除了任何问题，必须要熟练的技术人员按照电路图对故障进行查找、仔细分析、排除，不具备有效的故障诊断、分析和预警机制。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统。基于上述目的本发明提供的内燃机车控制逻辑电子化系统，包括输入输出接口板、数模信号转换板、系统控制板、网络接口卡；所述输入输出接口板、数模信号转换板分别与所述系统控制板连接；所述系统控制板与所述网络接口卡连接；所述输入输出接口板和数模信号转换板采集机车被控制设备的输入信号，将所述输入信号输送给所述系统控制板；所述系统控制板对所述输入信号进行处理得出控制变量，以控制所述机车的被控制设备的开闭；所述系统控制板还将所述输出变量数据输送到所述网络接口卡，有一个故障检测单元通过所述网络接口卡配合所述系统控制板进行机车行进状态监测与故障诊断。可选的，所述系统控制板包括总线收发器、电源、网络驱动电路、控制器复位电路、控制器；所述总线收发器连接所述输入输出接口板、数模转换接口板、控制器；所述控制器连接所述复位电路；所述网络驱动电路连接所述总线收发器、电源、控制器复位电路和控制器；所述电源连接所述总线收发器、控制器复位电路和控制器；所述输入输出接口板和数模信号转换板所采集的输入信号经过所述总线收发器输送到所述控制器进行逻辑分析与运算得出相应的控制变量；所述控制变量经过所述网络驱动电路传输到所述网络接口卡，还经过所述总线收发器传输到所述输入输出接口板。可选的，还包括逻辑备份单元；所述控制器包括主控制器和从控制器；所述控制器复位电路包括主控制器复位电路和从控制器复位电路；所述从控制器通过所述逻辑备份单元连接所述主控制器，在所述主控制器发生故障时接替所述主控制器对所述输入信号进行运算；所述逻辑备份单元将所述主控制器或从控制所述控制变量进行备份。可选的，所述网络驱动电路包括485驱动模块和CAN驱动模块。可选的，所述输入输出接口板包括依次连接的采样电路、抗干扰电路、隔离耦合器、整形电路、锁存电路、隔离驱动电路、保护电路、输出电路；所述锁存电路连接所述系统控制板；所述保护电路连接所述被控制设备；所述输入信号中的数字信号经过所述采样电路进行采集，传输到所述抗干扰电路去除干扰信号，再经过所述隔离耦合器在隔离状态下传输到所述整形电路进行信号整形，整形后的输入信号传输到所述锁存电路进行锁存，所述锁存电路将锁存的输入信号发送到系统控制板，所述系统控制板输出的控制变量经过所述锁存电路传输到所述隔离驱动电路，再经过所述保护电路传输到所述执行机构。可选的，所述数模转换接口板包括放大电路、滤波电路、数模采样电路、数模输出电路；所述放大电路将所述输入信号中的模拟信号进行电压转变，输送到所述滤波电路，所述滤波电路使所述模拟信号中的干扰信号得到滤除，所述数模采样电路将所述模拟信号转变为转化数字信号并将所述转变后的信号经过所述数模输出电路输出。进一步，本发明提供一种内燃机车控制逻辑电子化方法，包括如下步骤：内燃机车控制逻辑电子化系统初始化；内燃机车控制逻辑电子化系统的系统控制板判断是否开始检查；若是，则进入下一步；若否，则继续等待；内燃机车控制逻辑电子化系统的输入输出接口板和数模信号转换板对机车司机室中被控制设备的输入信号分别进行采集并传输到所述系统控制板；内燃机车控制逻辑电子化系统的网络接口卡和所述系统控制板根据所述输入信号进行状态检测和故障诊断，若有故障则进行复位，若无故障则进入下一步；所述系统控制板将所述输入信号进行逻辑运算得出控制变量；所述系统控制板通过所述输入输出接口板将所述控制变量输送到机车室中的终端设备。可选的，所述状态检测和故障诊断包括如下步骤：所述系统控制板将所述输入信号传输到所述网络接口卡，有一个故障检测单元通过所述网络接口卡对所述输入信号的有效性进行判断；若所述输入信号有效，则所述系统控制板存储所述输入信号；若所述输入信号无效，则进入下一步；所述系统控制板记录所述输入信号无效的次数；若所述系统控制板判断所述次数不超过3次，则返回系统控制板判断是否开始检查的步骤；若所述次数超过3次，则所述控制系统板判断出现故障。可选的，所述系统控制板将所述输入信号进行逻辑运算得出控制变量包括如下步骤：所述系统控制板的总线收发器采集所述输入变量；所述系统控制板的控制器根据所述输入变量进行逻辑分析与运算得出所述控制变量；所述控制变量由所述控制器输送到所述总线收发器。可选的，所述系统控制板的控制器根据所述输入变量进行逻辑分析与运算得出所述控制变量时，所述控制系统板的逻辑备份单元对所述控制变量进行备份。可选的，输入输出接口板对机车司机室中被控制设备的输入信号分别进行采集包括如下步骤：输入输出接口板的采样电路采集所述输入信号中的数字信号；输入输出接口板的抗干扰电路对所述数字信号中的干扰信号去除；输入输出接口板的隔离耦合器在隔离状态下将所述数字信号传输到输入输出接口板的整形电路进行信号整形；输入输出接口板的锁存电路将整形后的所述数字信号进行锁存并传输到所述系统控制板进行逻辑分析与运算并接收所述控制变量；所述锁存电路将所述控制变量发送到输入输出接口板的隔离驱动电路；所述隔离驱动电路将所述控制变量经过输入输出接口板的保护电路传输到被控制设备。可选的，所述数模信号转换板对机车司机室中被控制设备的输入信号进行采集包括如下步骤：数模信号转换板的放大电路对所述输入信号的模拟信号进行电压转变，输送到数模信号转换板的滤波电路；所述滤波电路滤除所述模拟信号中的干扰信号；数模信号转换板的数模采样电路将所述模拟信号转变为转化数字信号；数模信号转换板的数模输出电路将所述转化数字信号输出到所述系统控制板。从上面所述可以看出，本发明提供的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统，采用可编程控制器取代传统的继电器控制方式，即无触点控制。能有效的防止因运行环境等因素造成的触点误动作情况。通过编程控制，可以监控各路输入输出信号是否正常，从而在出现故障时，通过软件记录检测出故障的来源，同时，与机车通信，可以在显示屏上指导工作人员排查故障，极大的缩减了工作人员的工作量以及提高了工作效率和可靠度。本发明所提供的内燃机车控制逻辑电子化方法，能有效地防止因为环境等因素而造成的触点误动作情况，提高了机车运行的可靠性以及故障检查效率。附图说明图1为本发明实施例的内燃机车控制逻辑电子化系统结构示意图；图2为本发明实施例的系统控制板结构图；图3为本发明实施例的输入输出接口板结构示意图；图4为本发明实施例的数模转换接口板结构示意图；图5为本发明实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法流程示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明所提供的内燃机车控制逻辑电子化系统，其结构如图1所示，包括输入输出接口板1、数模信号转换板2、系统控制板3以及网络接口卡4，所述输入输出接口板1、数模信号转换板2分别与系统控制板3连接，系统控制板3与网络接口卡4连接。系统控制板3通过输入输出接口板1和数模信号接口板2采集被控制设备的输入信号，在本实施例中，所述被控制设备包括机车内部电气间的大型接触器和机车司机控制室中的各种终端设备；所述被控制设备中，有些设备的输入信号为数字信号，有些设备的输入信号为模拟信号，因此，所述终端设备的输入信号包括数字信号和模拟信号，输入输出接口板1采集所述数字信号，数模信号接口板2采集所述模拟信号。在本实施例中，通过输入输出接口板1和数模信号接口板2分别采集所述输入信号中的数字信号和模拟信号，将所述模拟信号和所述数字信号分开处理，从而隔离了数字信号和模拟信号，避免其相互干扰。所述机车司机控制室中的终端设备包括司控器、钥匙插孔、前进后退档位器等。通过输入输出接口板1、数模信号接口板2采集的信息经过系统总线传输到系统控制板3；系统控制板根据预先设定的车型等参数，对所述输入信号进行逻辑分析与运算，得出相应的控制变量，再通过所述输入输出接口板1输出相应的控制变量，通过这些控制变量来控制所述机车的被控制设备的开闭，驱动所述被控制设备中相应的器件，从而完成司机控制操作在机车相关设备上的实现。同时，本实施例的系统控制板3将所述经过逻辑分析运算的数据传送到网络接口卡4，通过网络接口卡4，本实施例的机车中间电气控制系统可以与司机室的显示器、LJK（列车监控系统）、TAX2（机车安全信息综合检测装置）等车载设备进行信息交换，实现状态检测与故障诊断的功能。图2为本发明实施例的系统控制板结构图，包括总线收发器21、电源22、485（485：也表示为RS485、EIA-RS-485；EIA：ElectronicIndustriesAssociation，电子工业协会；RS：RecommendedStandard建议标准）驱动模块23、CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网络）驱动模块24、从控制器复位电路25、从控制器26、逻辑备份单元27、主控制器复位电路28、主控制器29。其中，主控制器29连接总线收发器21、从控制器26、主控制器复位电路28、逻辑备份单元27；从控制器26连接总线收发器21、从控制器复位电路25、逻辑备份单元27。CAN驱动模块24与总线收发器21、电源22、485驱动模块23、从控制器复位电路25、从控制器26、逻辑备份单元27、主控制器复位电路28、主控制器29之间均设置有电连接。485驱动模块23与总线收发器21、电源22、CAN驱动模块24、从控制器复位电路25、从控制器26、逻辑备份单元27、主控制器复位电路28、主控制器29之间均设置有电连接。电源22与总线收发器21、485驱动模块23、CAN驱动模块24、从控制器复位电路25、从控制器26、逻辑备份单元27、主控制器复位电路28、主控制器29之间均设置有电连接。此外，电源22、485驱动模块23、CAN驱动模块24还分别与图1中的网络接口卡4连接。主控制器复位电路总线收发器21连接图1中所示的输入输出接口板1、数模转换接口板2，负责所述系统控制板3所述输入输出接口板1和数模转换接口板2之间的数据交换。系统控制板通过所述系统总线与本实施例中所述的输入输出接口板1和数模信号转换板2连接并进行数据交换，以获得输入输出接口板1和数模信号转换板2采集的所述输入信号。当主控制器29未出现故障时，所述输入输出接口板1和数模信号转换板2所采集的输入信号首先进入主控制器29中进行逻辑运算，以得出相应的所述控制变量，然后将所述控制变量转入逻辑备份单元27进行存储；当主控制器29发生故障，由从控制器27代替主控制器29执行控制功能后，所述输入输出接口板1和数模信号转换板2所采集的输入信号进入从控制器26进行逻辑运算以得出相应的控制变量；由主控制器29或从控制器26运算后的控制变量，一方面经过485驱动模块23或CAN驱动模块24传送到图1中所示的网络接口卡4进行故障诊断和监测，另一方面通过总线收发器21发送至所述输入输出接口板1，再从输入输出接口板1经由系统总线发送至各被控制设备执行。此外，从控制器复位电路25对从控制器26进行实时监控，主控制器复位电路28也对主控制器29进行了实时监控，一旦电源失效、系统控制板受到冲击、遭遇干扰等原因导致从控制器26或主控制器29发生故障，相应的复位电路就会试图对控制器进行复位操作，对部分软件运行异常起到恢复作用，使得程序恢复到正常运行状态，从而使系统恢复正常。逻辑备份单元27实时对系统状态进行备份，使得复位后的系统维持在其复位前的正常状态；同时，逻辑备份单元27还对从控制器26、主控制器29的工作状态进行监控，一旦主控制器29发生故障，所述复位电路对系统进行复位，若主控制器29仍不能恢复正常，则立即切换至从控继续控制功能，使从控制器26发挥控制功能，保证系统运行的可靠。当系统由主控制器29向从控制器26进行切换的时刻，逻辑备份单元27还会将最新备份的控制变量发送至从控制器26，使得从控制器26能够以复位前的状态继续运行。系统控制板上所设置的CAN驱动模块24、485驱动模块23等网络驱动电路与所述网络接口卡4连接，从而使系统控制板与车载的其他智能设备，如显示器、LJK、TAX2等进行数据交换，从而实现机车运行状态的监测和故障诊断。电源22用于从系统控制板的背板上获取5V电源，并将其转换为3.3V或1.8V供给系统控制板的各部分。在本实施例中，主控制器复位电路28、从控制器复位电路25分别设置有看门狗。在本实施例中，控制器包括所述主控制器和所述从控制器，相应的复位电路包括主控制器复位电路和从控制器复位电路。在其它实施例中，控制器和相应的控制器复位电路可以设置一个或两个以上。当控制器设有两个或两个以上时，在系统控制板中可设有逻辑备份单元，以便在不同的控制器切换运行时对控制器逻辑运算后的数据进行数据备份。在本实施例中，网络驱动电路采用所述CAN驱动模块和485驱动模块，在其它实施例中，网络驱动电路也可以采用其它驱动模块。图3为本发明实施例的输入输出接口板结构图，包括采样电路31、抗干扰电路32、隔离耦合器33、整形电路34、锁存电路35、隔离驱动电路36、保护电路37、输出电路。采样电路31连接抗干扰电路32，抗干扰电路32连接隔离耦合器33，隔离耦合器33连接整形电路34，整形电路34连接锁存电路35，锁存电路35连接隔离驱动电路36，隔离驱动电路36连接保护电路37。其中，采样电路31连接司机室中的各个被控设备，用于采集司机室中各个被控设备的信号，锁存电路35还连接系统控制板的总线收发器，保护电路37连接输入输出接口板上的输出电路，输入输出接口板通过所述输出电路将信号输送给系统控制板的总线收发器。所述被控制设备的输入信号信号经过采样电路31进行采集，传输到抗干扰电路32进行处理所述输入信号信号中的干扰信号，处理后的信息传输到隔离耦合器33，从而在完全隔离的状态下被传输到整形电路34进行信号整形处理，整形后的信号传输到锁存电路35进行锁存，锁存电路35根据所述系统控制板的运行速度，将其锁存的信号发送至所述系统控制板进行运算进行逻辑分析与运算，得出相应的控制变量。所述控制变量再由系统控制板返回至锁存电路35，由锁存电路35传输到隔离驱动电路36进行转化处理，最后经过保护电路37发送到所述被控制设备。保护电路37对输入输出接口板的电路起到保护作用，在整个内燃机车控制逻辑电子化系统发生短路、冲击等情况的时候，保护电路37可以暂时断开图3所述的输入输出接口板电路，从而避免各种异常情况对输入输出接口板电路造成的损坏。输入输出接口板主要用于获取被控设备的状态，系统控制板通过输入输出接口板采集被控设备的信号；同时，输入输出接口板还接收控制台发送过来的命令。采样电路31由电阻网络组成，隔离耦合器33具体地采用光电耦合器，信号经过整形电路34的两级非门整形后，送往锁存电路35，最终送至系统控制板进行逻辑运算，锁存电路35送出的信号经过系统控制板运算完成后，再返回至锁存电路35，经由脉冲变压器和三极管组成的隔离驱动电路36以及保护电路37，送至车载高低压控制柜的各种接触器、继电器。图4为本发明实施例的数模转换接口板结构示意图，包括放大电路41、滤波电路42、数模采样电路43、数模输出电路。放大电路41连接滤波电路42，滤波电路42连接数模采样电路43。其中，放大电路41连接司机室中的被控设备，采样电路43连接司机室中的相关模拟信号所控制的设备。放大电路41连接上述系统控制板的总线收发器。数模接口板电路将司机室的与控制相关的各类模拟信号进行采集。所述被控制设备所发出的模拟信号经过数放大电路41进行采集放大，转变为合适的电压级别，然后通过滤波电路滤除环境干扰信号，最后由数模采样电路43进行模数转换，转换成转化数字信号，送往系统控制板进行逻辑运算。在本实施例中，为了区别，将所述输入输出接口板所采集的输入信号中的数字信号称为数字信号；将经过所述数模转换接口板的数模采样电路转化后的数字信号称为转化数字信号。图5为本发明实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统工作流程示意图。包括如下步骤。步骤51：初始化。当机车启动，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化系统进行一次初始化，初始化之后，本系统即开始以一定的周期循环运行本方法，在本实施例中，该周期为200毫秒。步骤52：检查时间是否达到循环周期。在本步骤中，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统检查据上次查询结束的时间是否达到所述循环周期，若达到循环周期，则开始执行下一步骤。若未达到，则继续等待。具体的，由本系统的系统控制板就行时间检查，若距离上次检查结束的时间达到了循环周期，则开始执行下一步骤，进行新的一轮检查，否则继续等待。步骤53：采集输入信号。本步骤中，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统对司机室中的各个设备分别进行输入信号采集。具体的，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统的输入输出接口板和数模信号转换板对司机室中的各个设备的输入信号进行采集。步骤54：检查所述输入信号是否有效。在本步骤中，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统对司机室中的各个设备的输入信号进行采集，并输送到检测设备，本实施例中，所述检测设备指所述网络接口卡；若数据有效，则所述系统控制板存储所述输入信号，进入步骤55；否则，所述系统控制板对所述输入信号无效的次数进行记录，进入步骤551。具体的，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化系统的网络接口卡对所述输入信号进行判断。步骤551：所述系统控制板记录所述输入信号无效的次数。步骤552：所述系统控制板判断所述无效的次数，若无效次数大于3次，则判断发生故障，进入步骤553；若无效次数没有超过3次，则返回步骤52。具体的，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统的系统控制板对所述输入信号无效的次数进行检查判断。步骤553：复位。在本步骤中，本实施例的内燃机车控制逻辑电子化方法及其系统的系统控制板对控制系统进行复位，使其恢复正常工作。步骤55：将所述输入信号进行逻辑运算，以分别得出对司机室的各个设备所要发送的控制变量。步骤56：将所述控制变量发送到被控制设备，并返回步骤52。所述系统控制板将所述输入信号进行逻辑运算得出控制变量包括如下步骤：所述系统控制板的总线收发器采集所述输入变量；所述系统控制板的控制器根据所述输入变量进行逻辑分析与运算得出所述控制变量；所述控制变量由所述控制器输送到所述总线收发器。在一些实施例中，所述系统控制板的控制器根据所述输入变量进行逻辑分析与运算得出所述控制变量时，所述控制系统板的逻辑备份单元对所述控制变量进行备份。输入输出接口板对机车司机室中被控制设备的输入信号分别进行采集包括如下步骤：输入输出接口板的采样电路采集所述输入信号中的数字信号；输入输出接口板的抗干扰电路对所述数字信号中的干扰信号去除；输入输出接口板的隔离耦合器在隔离状态下将所述数字信号传输到输入输出接口板的整形电路进行信号整形；输入输出接口板的锁存电路将整形后的所述数字信号进行锁存并传输到所述系统控制板进行逻辑分析与运算并接收所述控制变量；所述锁存电路将所述控制变量发送到输入输出接口板的隔离驱动电路；所述隔离驱动电路将所述控制变量经过输入输出接口板的保护电路传输到被控制设备。所述数模信号转换板对机车司机室中被控制设备的输入信号进行采集包括如下步骤：数模信号转换板的放大电路对所述输入信号的模拟信号进行电压转变，输送到数模信号转换板的滤波电路；所述滤波电路滤除所述模拟信号中的干扰信号；数模信号转换板的数模采样电路将所述模拟信号转变为转化数字信号；数模信号转换板的数模输出电路将所述转化数字信号输出到所述系统控制板。作为一个具体实施例，现有技术的内燃机车的励磁控制回路中，司机通过按钮对三个继电器操作，实现对接触器的逻辑控制，通过硬件连线实现执行接触器与中间继电器之间的断开、闭合；而采用本发明实施例所提供的内燃机车控制逻辑电子化系统，可以将原励磁控制回路中的571号线、573A号线、623号线、375号线、383号线、393号线与本系统的输入端连接，原励磁回路中的395号线与本系统的输出端连接；通过对输入端连接的所述六根线的状态进行判断，实现对接触器的控制。所述输入端可以是本系统输入输出接口板和数模信号转换板的信号输入接口，所述输出端可以使本系统输入输出接口板和数模信号转换板的信号输出接口；当各个接线上的高低电平满足设定条件时，执行接触器闭合，否则，执行接触器断开。具体的，375号线输入信号为高电平、571号线输入低电平、573号线输入低电平且393号线输入高电平时，若满足下述两种情况之一，则主控制器或从控制器输出被控对象闭合的控制变量：623号线输入低电平，或，383号线输入高电平。从上面所述可以看出，本发明所提供的内燃机车控制逻辑电子化系统，能够采用可编程控制的方式对内燃机车相关系统进行控制，同时不受环境等因素的影响，更大程度地减少了工作人员的工作，具有更高的工作效率和故障检查、处理效率。本发明提供的内燃机车控制逻辑电子化方法，采用可编程控制器取代传统的继电器控制方式，即无触点控制。能有效的防止因运行环境等因素造成的触点误动作情况。通过编程控制，可以监控各路输入输出信号是否正常，从而在出现故障时，通过软件记录检测出故障的来源，同时，与机车通信，可以在显示屏上指导工作人员排查故障，极大的缩减了工作人员的工作量以及提高了工作效率和可靠度。所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。