一种司控器控制盒的制作方法

本实用新型涉及铁道机车、动车组及工业自动化的控制设备技术，尤其涉及一种司控器控制盒。

背景技术：

随着铁路行业自动驾驶逐渐被世界范围内重视，能够模拟司机操纵机车的司机控制器，为自动驾驶机车提供控制基础的设备应运而生。司机控制器作为机车调速的主令电器，与机车牵引变流器连接，为其提供可识别的电机转速信号。它是司机用来操纵机车运行的主令电器。司机控制器利用控制电路的低压电器来间接控制主电路的电气设备，其动作的好坏直接影响到机车的平稳操纵以及各种工况的实现。

现有的司机控制器种类繁多，按控制手柄的操作方式，可分为手轮式、扳把式、平推式等，从实现方式上大都为机械式结构。常用的司机控制器有数字式和无触点式。数字式司机控制器采用RS485总线进行功能扩展通信，RS485总线通讯速率低，芯片功耗较大，无隔离设置，网络上某一节点的故障会导致系统整体或局部的瘫痪，并且难以判断其故障位置；而无触点式司机控制器采用单片机作为处理器，无对外扩展接口，其功能扩展性和抗干扰能力较差，发生故障率高，对环境依赖性强。

随着现今自动驾驶技术的发展，铁路行业的自动驾驶也逐渐被世界范围内重视，目前机车上运用的这类司机控制器能够满足目前司机手动操作控制列车运行的目的，但不适合利用高性能计算机自动控车列车运行的目的，因此，在具有这种司机控制器的机车上如何实现自动驾驶是首要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种司控器控制盒，能实现机车自动驾驶和手动驾驶的转换，实现控制接口的多合一，减少制造工艺的复杂度，提升产品的可制造性，便于各个元件的快速拆卸及更换，提高了生产效率。

本实用新型提供一种司控器控制盒，包括盒体、处理器、第一切换开关、控制接口、通信接口和电源模块；该处理器和该第一切换开关位于该盒体内，该控制接口和该通信接口均设置在该盒体壁上，且该控制接口和该通信接口均与该处理器具有电连接，该电源模块用于为该处理器和该第一切换开关供电。

该控制接口包括司控器接口、第二切换开关接口和微机柜接口，该司控器接口和司控器的输出端连接，以获取该司控器的操纵信号。

该第二切换开关接口与第二切换开关连接，该第二切换开关用于切换自动控制系统与微机柜的连接状态。

该通信接口与该自动控制系统电连接，该第一切换开关通过该处理器与该自动控制系统电连接，该第一切换开关通过该处理器接收该自动控制系统的转换信号，并根据该转换信号切换该司控器与该微机柜的连接状态。

该通信接口用于接收该自动控制系统的自动控制信号，或将该司控器控制盒的自检信号发送给该自动控制系统。

该微机柜接口和该微机柜的输入端连接，以将该自动控制系统的自动控制信号传输至该微机柜。

进一步地，该司控器控制盒还包括：上下叠放的第一电路板、第二电路板和第三电路板，该第一电路板、该第二电路板和该第三电路板均面向该控制接口。

该第一电路板面向该控制接口，该控制接口与该第一电路板具有电连接；该处理器设置在该第二电路板上；该电源模块和该第一切换开关设置在该第三电路板上。

进一步地，该第一切换开关为安全型继电器。

进一步地，该控制接口上具有防呆结构。

进一步地，该第一电路板、该第二电路板和该第三电路板之间均通过板对板连接器电连接。

进一步地，该控制接口为重载连接器。

进一步地，该司控器控制盒还包括：通信组件和数模转换器。

该通信组件用于通过该通信接口与该自动控制系统通信；该数模转换器用于将该处理器接收的自动控制信号转换为行车状态信号。

进一步地，该司控器控制盒还包括：滤波器，该滤波器和该电源模块电连接，该滤波器对该司控器控制盒的外接电源的电源信号进行滤波。

进一步地，该盒体侧壁上开设有散热孔。

进一步地，该盒体上还设置有接地螺钉，该接地螺钉和地线连接。

本实用新型提供的司控器控制盒，通过司控器控制与自动控制系统控制切换，实现机车自动驾驶和手动驾驶的转换；通过采用高性能重载连接器连接，实现多个对外控制接口可通过一个重载连接器完成；通过各个元件模块化设计，并集成在内部电路板上，便于后期元件的快速拆卸及更换；并且各电路板之间通过板对板连接器连接，减少了工艺的复杂程度，提升了产品的可制造性，提高了生产效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的司控器控制盒外部结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的司控器控制盒与自动控制系统、第二切换开关、司控器以及微机柜的连接示意图；

图3是本实用新型实施例提供的司控器控制盒内部结构示意图。

附图标记说明：

1-盒体； 2-控制接口； 3-通信接口；

4-第一电路板； 5-第二电路板； 6-第三电路板；

7-滤波器； 8-散热孔； 9-接地螺钉；

10-电源模块接口； 11-电路保险装置； 12-扭子开关；

13-工作状态指示灯； 14-固定板； 21-司控器接口；

22-第二切换开关接口； 23-微机柜接口。

具体实施方式

图1是本实用新型实施例提供的司控器控制盒外部结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的司控器控制盒与自动控制系统、第二切换开关、司控器以及微机柜的连接示意图，图3是本实用新型实施例提供的司控器控制盒内部结构示意图。如图1-3所示，本实用新型提供的司控器控制盒，包括盒体1、处理器、第一切换开关、控制接口2、通信接口3和电源模块；处理器和第一切换开关位于盒体1内，控制接口2和通信接口3均设置在盒体1壁上，且控制接口2和通信接口3均与处理器具有电连接，电源模块用于为处理器和第一切换开关供电。

控制接口2包括司控器接口21、第二切换开关接口22和微机柜接口23，司控器接口21和司控器的输出端连接，以获取司控器的操纵信号。

第二切换开关接口22与第二切换开关连接，第二切换开关用于切换自动控制系统与微机柜的连接状态。

通信接口3与自动控制系统电连接，第一切换开关通过处理器与自动控制系统电连接，第一切换开关通过处理器接收自动控制系统的转换信号，并根据转换信号切换司控器与微机柜的连接状态。

通信接口3用于接收自动控制系统的自动控制信号，或将司控器控制盒的自检信号发送给自动控制系统。

微机柜接口23和微机柜的输入端连接，以将自动控制系统的自动控制信号传输至微机柜。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，该司控器控制盒还包括：上下叠放的第一电路板4、第二电路板5和第三电路6，第一电路板4、第二电路板5和第三电路6均面向控制接口2。

第一电路板4面向控制接口2，控制接口2与第一电路板4具有电连接；处理器设置在第二电路板5上；电源模块和第一切换开关设置在第三电路6上。

需要说明的是，该司控器控制盒可通过司控器控制或自动控制系统控制实现机车手动驾驶或自动驾驶。起始状态时，司控器控制盒处于隔离位，微机柜未与自动控制系统连接，而是与司控器连接。此时，司控器控制盒通过司控器接口21接收司控器的操纵信号，并传送给微机柜，实现机车的手动驾驶。当需要自动驾驶时，手动操作第二切换开关，使司控器控制盒处于运行位。此时，自动控制系统通过司控器控制盒与微机柜连接。司控器控制盒处于监测状态，完成处理器和第一切换开关运行状态、控制接口2和通信接口3的连接状态，据此形成自检信号。处理器将此自检信号通过通信接口3反馈给自动控制系统，自动控制系统判断自检信号正常后，向司控器控制盒发送转换信号，第一切换开关接收转换信号后，切断司控器与微机柜的连接状态。而将微机柜与司控器控制盒连接，此时司控器控制盒处于控制状态。自动控制系统可通过司控器控制盒将自动控制信号传送给微机柜，从而实现机车自动驾驶。

需要说明的是，当人为判断自动控制系统通过司控器控制盒与微机柜的连接状态出现故障时，可人为操作第二切换开关，使司控器控制盒由运行位还原至隔离位，这样的设置能从物理上将司控器控制盒隔离，避免自动控制系统通过司控器控制盒对机车进行失误操作。

优选地，此处自动控制系统与司控器控制盒通过双路CAN通信连接(控制器局域网络，Controller Area Network)，同时配合循环冗余CRC校验。在运行时能够保证消息传输的安全性，可靠性与时效性。双路CAN通信包括CANA和CANB通信，在CANA通信出现故障时能够自动切换至CANB进行正常通信。

需要说明的是，该司控器控制盒还包括电路保险装置11、扭子开关12、工作状态指示灯13和固定板14。该电路保险装置11优选为保险丝或熔断器。该扭子开关12控制司控器控制盒的电源模块接入状态。该工作状态指示灯13优选地包括电源模块接入常亮灯、CANA通信常亮灯、CANB通信常亮灯、第二切换开关运行位常亮灯和第二切换开关隔离位常亮灯。该固定板14位于司控器控制盒盒体1侧壁，用于将司控器控制盒固定于司机操纵台内壁。

需要说明的是，上述的处理器优选使用Cortex-M3，其32位处理器内核采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。其内部含有多条总线接口，提高运行效率，完全满足司控器控制盒的高精度的复杂逻辑处理需求。此外采用Cortex-M3处理器能够实现多通道单周期多次采集，并配合软件的相应高精度滤波算法保证采集精度的要求。

需要说明的是，在该司控器控制盒内，将处理器、第一切换开关和电源模块集成设置在各个电路板上，便于后期的快速拆卸及更换。

需要说明的是，电源模块能够满足稳压输出、低纹波、噪声，实现输出短路、过流、过压保护功能。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，第一切换开关为安全型继电器。

需要说明的是，第一切换开关采用安全型继电器，安全型继电器具有安全导向原则。由于其具有强制导向接点结构，当发生司控器控制盒紧急断电的突发故障，安全型继电器会切断司控器与微机柜的连接状态，防止对机车失误操作。并且当紧急故障解除后，需要重新发送转换信号用于切换司控器与微机柜的连接状态。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，控制接口2上具有防呆结构。

需要说明的是，控制接口2设置防呆结构，防呆结构常使用插头和与之配合的插槽，插槽内的插孔设计为不对称结构，只能由一种方向插入，如插头错插或插入方向不对则无法插入。使用此种防呆结构可防止接口反插和错插。接口处还可优选使用航空插头，防止插口脱落，保证了接口的可靠性。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，第一电路板4、第二电路板5和第三电路板6之间均通过板对板连接器电连接。

需要说明的是，各个电路板之间使用板对板连接器，并配合使用无线扎设计，从而减少工艺复杂度、提升产品可制造性。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，控制接口2为重载连接器。

需要说明的是，重载连接器即为重载插座，是指用于电力机车、建筑机械和石化电气等专用领域的电气和信号的连接器。该重载连接器可实现控制接口2多合一，提供高集成度连接，丰富的组合方式最大程度提高了设备空间的有效利用率。并且便于安装、维护和维修。此外重载连接器提供的高防护等级(IP65、IP68)在沙尘、雨水、寒冷、冰雪、油污等等苛刻环境下能提供有效保护。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，还包括：通信组件和数模转换器。

该通信组件用于通过通信接口3与自动控制系统通信；该数模转换器用于将处理器接收的操纵信号和自动控制信号转换为行车状态信号。

需要说明的是，自动控制系统发出的自动控制信号优选为电平数字信号，微机柜接收的行车状态信号优选为电压模拟信号。该数模转换器用于将自动控制信号的电平数字信号转换为行车状态信号的电压模拟信号，从而控制行车状态。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，该司控器控制盒还包括：滤波器7，滤波器7和电源模块电连接，滤波器对司控器控制盒的外接电源的电源信号进行滤波。

需要说明的是，此处司控器控制盒优选采用直流110V的外接电源对其进行供电，同时配合使用滤波器7对此外接电源的电源信号进行滤波，满足稳压输出。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，盒体1侧壁上开设有散热孔8。

在上述的司控器控制盒中，需要指出的是，盒体1上还设置有接地螺钉9，接地螺钉9和地线连接。

需要说明的是，散热孔8设置在盒体1侧壁上，由于在司控器控制盒内部设置处理器和安全型继电器，使用过程中会产生大量的热量，这些热量可通过设置于盒体1侧壁上的散热孔8散发到盒体1外部。并且由于第一电路板4、第二电路板5和第三电路板6均面向控制接口2，也就是盒体1的正面，所以将散热孔8设置于盒体1侧壁，能够和盒体1内部各个电路板之间的间隙相对应，从而保证盒体1内部能够通过散热孔8而更好的实现内外对流，加强散热效果。接地螺钉9设置在靠近电源模块接口10侧，便于线路连接，并且设置接地螺钉9连接接地线，当此司控器控制盒发生漏电，电量可通过地线引出，避免发生使用者被电击的危险。

本实用新型实施例提供的司控器控制盒，通过司控器控制与自动控制系统控制切换，实现手动驾驶与自动驾驶的转换；通过采用高性能重载连接器连接，实现多个对外控制接口2通过重载连接器多合一连接；通过各个元件模块化设计，并集成在各个电路板上，便于后期各个元件的快速拆卸及更换；通过各个电路板的板对板连接器连接，配合使用无线扎设计，减少了工艺的复杂程度，提升了产品的可制造性，提高了生产效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。