基于qnx的电力机车主控制单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力机车控制系统领域，具体涉及一种基于QNX的电力机车主控制单 JL·〇
【背景技术】
[0002] 在机车行驶期间，要求机车主控制单元与机车其他单元之间能够可靠地传输数 据，并经过将这些数据进行分析和运算及时在司机显示单元显示出来，而且也将最终结果 命令发送给机车的各个相应设备，进而控制整个机车的运行。电力机车的主控制单元工作 原理：主控制单元对电力机车总体状态信息以及各个被控制设备的状态信息的采集，存储 和传输，通过人机接口接收所有输入指令，采集各种反馈信号，进行相关运算，生成相应逻 辑控制命令，将命令以通信方式发送给电力机车的各个相关控制设备。现有的电力机车的 主控制单元还需要外部控制远程的输入输出单元，是两种设备，导致主控单元的体积较大， 成本增加。现有的电力机车主控制单元有基于Linux系统实现的，其逻辑编程对实现功能 的人员来说比较方便，但是其实时性不能满足新型电力机车的要求，且系统所消耗资源比 较大。还有基于WindowXPE系统实现的，它对硬件要求较高，编译的程序只能在DOS环境下 运行，因此有一定的局限性。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种基于QNX的电力机车主控制单元，实现新型电力机车主控制单元 的尚可靠性及强实时性。
[0004] 本发明的技术方案为基于QNX的电力机车主控制单元，包括相同的软硬件配置的 主控单元和从控单元，主控单元与从控单元构成热备冗余系统，主控单元与从控单元之间 通过全双工RS485通信，所述的主控单元硬件结构包括：电源板卡、MCPB主CPU板卡、CAN通 信板卡、HDLC通信板卡、ETHN以太网板卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量板卡；
[0005] 电源板卡为主控单元提供工作所需的直流电；
[0006] MCPB主CPU板卡包括CPU和调试接口，用于检测主控单元故障，处理CAN通信板卡 和HDLC通信板卡传输来的数据，并形成命令且通过CAN通信板卡和HDLC通信板卡的各个 传输通道发送给机车相应的设备；MCPB主CPU板卡是主控制单元的核心板卡，QNX操作系统 和所有的机车控制逻辑的应用程序都运行在该板卡上；
[0007] CAN通信板卡用于主控单元内部通信；MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，通过 CAN通信板卡来控制所有数字量输入板卡、数字量输出板卡和模拟量板卡；
[0008] HDLC板卡用于主控单元与牵引变流控制单元和辅变流控制单元之间的通信，主控 单元与列车供电单元、车载安全防护单元、列车制动单元和蓄电池电源单元之间的通信；
[0009] ETHN以太网板卡用于重联控制，将本务机车的信息传输给重联机车，并将收到的 重联机车的信息传送给本务机车的MCPB主CPU板卡；
[0010] 模拟量板卡将所采集的电压值和电流值通过CAN通信板卡传输给MCPB主CPU板 卡；
[0011] 数字量输入板卡将采集到的直流110V电压开关信号通过CAN通信板卡传输给 MCPB主CPU板卡；
[0012] 数字量输出板卡通过MCPB主CPU板卡发送给CAN通信板卡的命令实现对18路独 立继电器的控制。
[0013] 所述的主控单元MCPB主CPU板卡的主处理器芯片采用PowerPC_8379e芯片。
[0014] 所述的主控单元软件上采用多线程编程，操作系统为QNX嵌入式实时操作系统。
[0015] 所述的主控单元与司机显示单元之间通过全双工RS485通信。
[0016] 所述的司机显示单元包括司机显示单元1和司机显示单元2。
[0017] 所述的辅变流控制单元包括辅变流控制单元1和辅变流控制单元2。
[0018] 所述的牵引变流控制单元的数量最多为8个。
[0019] 所述的HDLC板卡包括8路HDLC接口和4路RS485接口，所述的RS485采用标准 的DB9连接器。
[0020] 所述的ETHN以太网板卡包含4路100M以太网接口，2路用于机车重联，2路用于 在线更新程序和数据下载。
[0021 ] 所述的MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，通过CAN通信板卡来控制6块数字量 输入板卡和5块数字量输出板卡和1块模拟量板卡，每块数字量输入板卡有28路独立的数 字量输入通道，每块数字量输出板卡有18路独立的数字量输出通道，模拟量板卡包括模拟 量输入12路和频率量输入2路。
[0022] 本发明的有益效果是：基于QNX的电力机车主控制单元，根据新型电力机车具体 需求，实现了机车状态信息采集及处理，机车关键数据的存储，同时控制机车各个设备协调 正常运转。能够满足新型电力机车各种功能，而且集成度高，体积小，合理地降低了成本，通 用性强，易于维护，实时性强和可靠性高等要求，实现从现有电力机车到新型电力机车的跨 越。
【附图说明】
[0023] 图1是主控单元内部通信框图。
[0024] 图2是主控单元与各外设通信框图。
[0025] 图3是主控单元主程序框架流程图一。
[0026] 图4是主控单元主程序框架流程图二。
[0027] 图5是主控单元主程序框架流程图三。
[0028] 图6是主控单元系统构成示意图
【具体实施方式】
[0029] 现结合附图1至附图6对发明做进一步的说明，基于QNX的电力机车主控制单元 包括软硬件配置完全相同的主控单元和从控单元，主控单元和从控单元构成热备冗余系 统，它是电力机车控制中心，即机车的大脑，其通过多种通信方式控制了电力机车的所有设 备，如图6所示，主要包括蓄电池单元，制动控制单元，主段路器单元，空气压缩单元，轮缘 润滑撒沙单元，受电弓控制单元，辅助变流器单元和牵引变流器单元，主控单元与从控单元 之间通过全双工RS485通信，主控单元和从控单元都进行电力机车总体状态信息以及各个 被控制设备的状态信息的采集，存储，通过人机接口接收所有输入指令，采集各种反馈信 号，当双机热备的机制为主控单元时，主控单元对采集的数据进行相关运算，生成相应控制 命令，将命令以通信方式发送给电力机车的各个相关控制设备。主控制单元将计算结果、故 障信息、有关参数送显示屏显示，此时，从控系统不向外发送命令，只有主控单元出现故障 时，双机热备的机制将自动切换到从控单元。从而提高系统的可靠性。
[0030] 如图1所示，主控单元的内部硬件结构主要由电源板卡、数字量输入板卡、数字 量输出板卡、模拟量板卡、ETHN以太网板卡、CAN通信板卡、串行通信板（HDLC通信板卡） 和MCPB主CPU板卡构成；电源板卡为主控单元TCMS提供工作所需的各种直流电，如24V、 ± 15V、5V;MCPB主CPU板卡，包括CPU、软件相关调试的接口，并且检测主控单元是否存在故 障，以便在主系统发生故障时立即进行主从系统的切换，MCPB主CPU板卡处理CAN通信板 卡和HDLC通信板卡传输来的数据，并形成命令且通过CAN通信板卡和HDLC通信板卡的各 个传输通道发送给机车相应的设备；MCPB主CPU板卡是主控单元的核心板卡，QNX操作系统 和所有的机车控制逻辑的应用程序都运行在该板卡上；CAN通信板卡用于主控单元内部的 输入输出板卡之间的通信，主控单元内部使用MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，即通过 CAN总线通信来控制所有数字量输入输出板和模拟量输入输出板卡。HDLC通信板卡完成主 控单元与外部设备的通信，该外部设备包括辅变流控制单元1、辅变流控制单元2、牵引变 流控制单元、列车供电单元、车载安全防护单元、列车制动单元、蓄电池电源单元；主控单元 通过全双工HDLC与上述外部设备进行通信，牵引变流控制单元个数最多有8个牵引变流控 制器；ETHN以太网板卡用于重联控制，用于将本务机车的信息传输给重联机车，并将收到 的重联机车的反馈信息传送给本务机车的主控单元，实现机车的重联功能；模拟量板卡即 模拟量输入板卡AFIN、数字量输入板卡DSIN出块）将接收到的数字量输入板卡将采集到的 直流110V电压开关信号通过CAN通信板卡传输给MCPB主CPU板卡；
[0031 ] 总计90路数字量输出信号和168路数字量输入信号以及12路模拟量输入信号和 2路频率量输入信号，这些被采集到之后通过CAN通信板卡进行运算和处理。主控单元与司 机显示单元1、2之间通过全双工RS485通信。
[0032] 表1，主控单元的内部硬件板卡布局示意图，
[0033]
[0034] 表2,主控单元的内部硬件板卡配置示意图
[0035]
[0036] 其中，电源板卡P0W1/P0W2包括直流110V接口，主控单元的MCPU主CPU板卡的处 理器芯片采用