专利名称：一种内燃调车机车通用微机控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微机控制装置，尤其是涉及一种应用于内燃机车和调车机车 的通用微机控制装置。
背景技术：
内燃调车机车通用微机控制装置，安装在内燃调车机车上，机箱体积小，在控制功 能上进行简化，从而降低了成本，同时又能满足GKD2、东风7G、东风5C等调车机车的基本控 制功能要求，能大幅降低成本、节约资源、减少浪费，具有很高的性价比，适合于在内燃调车 机车市场推广。目前在国内内燃机车上装车的微机控制装置主要有株洲南车时代电气研制生产 的LCS32，其结构为EXP机箱，以及武汉正远铁路电气公司生产的6U机箱，其功能都较强，可 以完成内燃机车牵引恒功励磁控制和机车逻辑控制及各种监控保护功能，在功能要求多的 干线内燃机车(如DFllG重联机车)上安装比较合适。但如果安装在内燃调车机车上时， 体积偏大，安装复杂，同时也造成了空间和材料的浪费。而现在调车机车上使用的多是PLC控制和大连机车厂生产的WK系列简统化微机。 PLC控制外围使用中间继电器比较多，检修时比较麻烦，另外有很多PLC(可编程逻辑控制 器件)器件停产，造成维护困难。而大连机车厂使用的微机控制装置使用16位处理器芯片， 速度比较慢，并且很多器件也已经停产。现有内燃机车微机控制装置LCS32 (一种内燃机车32位微机控制装置)，控制功能 完善，但同时成本也较高，体积较大，比较适用于干线内燃机车。而对于调车机车，控制功能 要求较低，同时装车空间更加紧凑，成本上也投入较少。原有调车机车用的PLC控制和简统 化微机装置都具有各自缺点。PLC控制外围使用中间继电器比较多，检修时比较麻烦，另外 有很多PLC器件停产，造成维护困难。而大连机车厂使用的WK系列微机控制装置使用16 位处理器芯片，速度比较慢，并且很多器件也已经停产。综合各方面考虑，也需要更小巧，性 价比更高的微机控制装置，于是研制一种内燃调车机车微机控制装置成为本实用新型需要 解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型提供一种内燃调车机车通用微机控制装置，该实用新型可以很好地解 决现有技术存在的体积偏大、安装复杂，造成了空间和材料的浪费，检修复杂、维护困难的 技术问题。本实用新型提供一种内燃调车机车通用微机控制装置的具体实施方式
，一种内燃 调车机车通用微机控制装置，包括机箱、背板、插件和插座，在机箱连接插头的前面板位置 凹入，使机箱结构成“7”字型，机箱的内部有配置插件的槽位，插件间连接通过背板总线相 连，插件包括以CPU为核心的控制主板插件，背板上配置有插座一，用于对外连线。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的插件包括I/O插件和电源插件，I/O插件包括模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM输出插件，均插接在机箱内部配置插 件的槽位上，所有I/O模块均通过系统总线连至控制主板插件的CPU板。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的机箱上配置有插座二，插座二为37芯 圆形插座，所述背板上的插座一为48芯矩形插座，通过37芯插头将微机控制装置与机车电 气系统相连，37芯插座内部通过软连线连到背板的48芯矩形插座上。作为本实用新型进一步的实施方式，当机箱上的插座二插上插头以后，插头尾部 的伸出长度不超过微机控制装置的总深度。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的控制主板插件包括CPU及外围电路， CPLD控制逻辑电路、Flash存储器、时钟电路、RS422/RS485串行通信电路、RS232程序下载 电路、总线接口电路以及8路频率信号输入，CPLD控制逻辑电路、Flash存储器、时钟电路、 RS422/RS485串行通信电路、RS232程序下载电路、总线接口电路和8路频率信号输入均与 CPU相连。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的模拟信号处理插件包括模拟信号输 入、滤波、多路切换、A/D转换、模拟量输出以及相关逻辑译码控制和总线接口电路，首先模 拟信号输入，进行滤波整形，经过多路切换电路，进入A/D转换电路，再进行逻辑译码控制， 通过总线接口，连接到数据总线，完成16路机车电流、电压、温度模拟信号的采样。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的数字输入插件包括IlOV检测、电气隔 离、滤波及相关逻辑译码控制和总线接口电路，将IlOV高压开关量信号经光电隔离以及滤 波后，通过逻辑译码电路转换为5V的逻辑信号，通过背板总线接口传输给CPU，完成16路数 字输入的变换，检测机车IlOV开关量信号。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的数字和PWM输出插件包括电气隔离、 MOS管及其驱动电路以及相关逻辑译码控制和总线接口电路，PWM输出用于控制励磁机励 磁电流大小，从而控制主发电机输出电压，将CPU控制指令经光电电气隔离后由MOS管及其 驱动电路送至逻辑译码控制电路，通过总线接口电路驱动机车上的继电器或接触器，完成 对8路机车IlOV电器的驱动控制和1路PWM励磁回路斩波控制。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的电源插件输出三路电源，+5V； +15V;-15V，给微机内部电源供电和外部传感器电源用电，机车上的电源电压IlOV输入该 电源插件。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的机箱背部设置有两个风扇。通过应用本实用新型实施方式所描述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，本 微机控制装置不仅能满足内燃机车的基本控制功能要求，同时结构紧凑、体积较少，安装方 便、易于拆装。同时模块化的设计思路使功能模块化和集成化，操作简单，系统稳定，使机车 维护和检修简单方便。能够实现内燃机车牵引恒功励磁控制和机车其他简单逻辑保护控制 (如磁场削弱、电气和柴油机保护)的铁路内燃调车机车通用微机控制装置，可以更好地满 足现有内燃调车机车微机控制装置市场的需要。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的硬件原理框图；图2为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的结构示意图1 ；图3为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的结构示意图2 ；图4为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的结构示意图3 ；图5为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的对外接线示意图；图6为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的背板组装示意图；其中1-控制主板插件，2-模拟信号处理插件，3-数字输入插件，4-数字和PWM 输出插件，5-电源插件，6-插座安装板一，7-插座安装板二，8-微机装置铭牌，9-微机装置 接线，10-机箱，11-风扇，12-背板，13-塑料导轨，14-48芯矩形插头，15-37芯圆形插头， 16-CPU及外围电路，17-CPLD控制逻辑电路，18-Flash存储器，19-RS232程序下载电路， 20-总线接口电路，21-时钟电路，22-RS422/RS485串行通信电路，23_8路频率信号输入电 路，24-风扇电源插座，25-插件连接插座。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。作为本实用新型一种内燃调车机车通用微机控制装置的具体实施方式
，如图1所 示，内燃调车机车通用微机控制装置包括机箱10、背板12、插件和插座，如图2和图3所示。 与以前的标准机箱不同，为保证微机装置装车空间深度要求，在连接插头位置前面板凹入 70mm,使机箱结构成“ 7 ”字型，这样可使连接器插上以后，插头尾部伸出长度不超过微机控 制装置总深度。并且充分考虑了结构的牢固性，使机箱结构更加合理，机箱10背部有两个 风扇11，电源板通过背板12上的风扇电源插座26给两个风扇供电，将机箱内热量排出。机 箱10的内部有配置插件的槽位，插件间连接通过背板12的总线相连，插件包括以CPU为 核心的控制主板插件1，机箱上配置有插座二，插座二为37芯圆形插座，背板上配置有插座 一，所述背板上的插座一为48芯矩形插座，通过37芯插头将微机控制装置与机车电气系统 相连，37芯插座内部通过软连线连到背板的48芯矩形插座上。其中，控制主板插件1的CPU 采用M0t0r0la32位微处理器MC68332，外部有时钟电路，由CPLD实现逻辑控制与总线仲裁 等功能。内部带有FLASH程序存储器，用于存储控制软件，可现场下载。为方便程序现场下 载，提供了 RS232与BDM下载接口电路；同时扩展了 2个串行通信接口，可通过灵活配置来 实现与其他设备的RS422/RS485/RS232通信。频率采集电路包括8路频率量信号整形，将 不规则频率量波形信号转换为0 5V的方波信号送MC68332的TPU进行信号采集。其中，机箱专门进行了结构设计，综合考虑各方面因素，定制了一款5U84TE 7字 型机箱，可满足多种调车机车装车的空间要求。机箱10高度为5U，插件高度为4U，预留IU 高度用于散热。机箱10的内部总长度为84R，其中插件部分长度为46R，外形最大尺寸为 482. 6mm (长)X 252mm (深)X 226mm (高)。右侧有2块安装板-插座安装板一 6和插座安装板二 7，每块安装板上配置两个圆形37芯航空插座用于对外连线。内燃调车机车通用微机控制装置的插件主要由控制主板插件1、I/O插件及电源 插件5组成。I/O插件包括模拟信号处理插件2、数字输入插件3、数字和PWM输出插件4等 构成，整个机车牵引恒功励磁硬件系统采用模块化设计方法，构成实际应用系统时这些模 块可任意组合。所有I/O插件均通过系统总线连至控制主板插件1的CPU板。根据应用系 统功能需要配置不同数目的I/O插件。微机控制装置对外通信可采取RS422(RS485、RS232) 异步串行通信等方式。其内部原理图参见图1。4U标准插件部分配置了 12个插件槽位，如图2所示，放置控制主板插件1、模拟信 号处理插件2、数字输入插件3、数字和PWM输出插件4、电源插件5等插件，其余槽位备用。 插件间连接通过背板12相连，并通过数据线、地址线、控制线、电源线和信号线在背板12上 以印制线方式进行连接。背板12与对外的4个37芯航空插头通过3个48芯矩形插头连 接，这样既缩小了安装空间，同时也方便检修和更换。通过4个37芯的航空插头将机车上 的模拟量(各种传感器)信号、数字量信号、PWM信号等与机车系统进行连线接口，微机控 制装置通过检测机车主发电机的电压电流和柴油机速度等信号，实现恒功励磁控制。主要插件说明如图1所示，控制主板插件1是系统的核心，主要包括以下电路MC68332及其外 围电路16、CPLD控制逻辑电路17、Flash存储器18、时钟电路21、硬件watchdog (看门狗)、 RS422/RS485串行通信电路22、RS232程序下载电路19，总线接口电路20以及8路频率信 号输入电路23。8路频率信号输入电路的频率检测主要由频率信号检测和整形电路、电气 隔离以及相关逻辑译码控制和总线接口等电路构成。模拟信号处理插件2 模拟信号处理插件包括模拟信号输入、滤波、多路切换、A/D 转换、模拟量输出以及相关逻辑译码控制和总线接口电路，首先模拟信号输入，进行滤波整 形，经过多路切换电路，进入A/D转换电路，再进行逻辑译码控制，通过总线接口，连接到数 据总线，完成16路机车电流、电压、温度模拟信号的采样。数字输入插件3 数字输入插件包括IlOV检测、电气隔离、滤波及相关逻辑译码控 制和总线接口电路，将Iiov高压开关量信号经光电隔离以及滤波后，通过逻辑译码电路转 换为5V的逻辑信号，通过背板总线接口传输给CPU，完成16路数字输入的变换，检测机车 IlOV开关量信号。数字和PWM输出插件4 数字和PWM输出插件包括电气隔离、MOS管及其驱动电路 以及相关逻辑译码控制和总线接口电路，PWM输出用于控制励磁机励磁电流大小，从而控制 主发电机输出电压，将CPU控制指令经光电电气隔离后由MOS管及其驱动电路送至逻辑译 码控制电路，通过总线接口电路驱动机车上的继电器或接触器，完成对8路机车IlOV电器 的驱动控制和1路PWM励磁回路斩波控制。电源插件5 机车上的电源电压IlOV(77 137. 5)输入该电源插件，电源输出有 三路+5V ；+15V ；-15V，给微机内部电源供电和外部传感器电源用电。软件系统应用目前成熟可靠的LCS32控制系统的软件设计方法，具有以下显著特 点应用嵌入式实时多任务操作系统。软件设计采用C/C++语言编程，使软件具有很强的可 移植性。系统配备监控调试软件，用于帮助应用系统的调试。即在控制系统运行或调试时， 通过监控调试软件，监控系统特定的运行参数，进行控制软件的调试、修改和完善。系统采用程序在线下载技术，使应用程序可在现场进行自动下载，这给系统调试、维护带来了极大 的方便。由5U84TE7字型机箱、4U插件、对外航空插座构成内燃调车机车通用微机控制装 置能完成机车特性控制和简单逻辑控制等功能，可满足调车机车控制要求。“7”字型的机箱 结构专门为调车机车定制，为保证微机装置装车空间深度要求，如图3中所示，这样可使连 接器插上以后，插头尾部伸出长度不超过微机控制装置总深度，结构紧凑，重量小，功耗小， 集成度高，可靠性高，抗电磁干扰性强，同时安装方便，能很好地利用调车机车的安装空间， 充分考虑了结构的牢固性，使机箱结构更加合理，能满足装车要求，并且很好地散热。在对外引线方式上，采用4个37芯插头与微机控制装置与机车电气系统相连，4个 37芯插座内部通过软连线连到背板的3个48芯矩形插头上，然后通过背板总线连接到各插 件。也可以取消4个航空插座与背板之间连线，将外部接线直接连接到背板的3个48芯矩 形插座上。相比模拟控制机车，该装置能实现特性控制，有利于柴油机节油、功率的充分发 挥，同时有故障诊断和保护功能。相比其他控制装置，如LCS32，该装置则有体积小、成本相 对较低、性价比高等优势。由于在面板上直接相连，便于调试和排查故障。插件采用4U标准插件，为通用模块化设计方式，具有良好的互换性，便于维护和 检修。插件元器件基本上采用SMT表面贴技术，并选用新型元器件，应用可靠，工作性能稳 定。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于包括机箱、背板、插件和插座， 在机箱连接插头的前面板位置凹入，使机箱结构成“7”字型，机箱的内部有配置插件的槽 位，插件间连接通过背板总线相连，插件包括以CPU为核心的控制主板插件，背板上配置有 插座一，用于对外连线。
2.根据权利要求1所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述的 插件包括I/O插件和电源插件，I/O插件包括模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM 输出插件，均插接在机箱内部配置插件的槽位上，所有I/O模块均通过系统总线连至控制 主板插件的CPU板。
3.根据权利要求1或2所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所 述的机箱上配置有插座二，插座二为37芯圆形插座，所述背板上的插座一为48芯矩形插 座，通过37芯插头将微机控制装置与机车电气系统相连，37芯插座内部通过软连线连到背 板的48芯矩形插座上。
4.根据权利要求3所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于当机箱 上的插座二插上插头以后，插头尾部的伸出长度不超过微机控制装置的总深度。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于 所述的控制主板插件包括CPU及外围电路，CPLD控制逻辑电路、Flash存储器、时钟电路、 RS422/RS485串行通信电路、RS232程序下载电路、总线接口电路以及8路频率信号输入， CPLD控制逻辑电路、Flash存储器、时钟电路、RS422/RS485串行通信电路、RS232程序下载 电路、总线接口电路和8路频率信号输入均与CPU相连。
6.根据权利要求5所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述的 模拟信号处理插件包括模拟信号输入、滤波、多路切换、A/D转换、模拟量输出以及相关逻辑 译码控制和总线接口电路，首先模拟信号输入，进行滤波整形，经过多路切换电路，进入A/ D转换电路，再进行逻辑译码控制，通过总线接口，连接到数据总线，完成16路机车电流、电 压、温度模拟信号的采样。
7.根据权利要求6所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述 的数字输入插件包括IlOV检测、电气隔离、滤波及相关逻辑译码控制和总线接口电路，将 IlOV高压开关量信号经光电隔离以及滤波后，通过逻辑译码电路转换为5V的逻辑信号，通 过背板总线接口传输给CPU，完成16路数字输入的变换，检测机车IlOV开关量信号。
8.根据权利要求7所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述的 数字和PWM输出插件包括电气隔离、MOS管及其驱动电路以及相关逻辑译码控制和总线接 口电路，PWM输出用于控制励磁机励磁电流大小，从而控制主发电机输出电压，将CPU控制 指令经光电电气隔离后由MOS管及其驱动电路送至逻辑译码控制电路，通过总线接口电路 驱动机车上的继电器或接触器，完成对8路机车IlOV电器的驱动控制和1路PWM励磁回路 斩波控制。
9.根据权利要求8所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述的 电源插件输出三路电源，+5V ；+15V ；-15V，给微机内部电源供电和外部传感器电源用电，机 车上的电源电压IlOV输入该电源插件。
10.根据权利要求9所述的一种内燃调车机车通用微机控制装置，其特征在于所述的 机箱背部设置有两个风扇。
专利摘要本实用新型公开了一种内燃调车机车通用微机控制装置，应用于内燃机车和调车机车的通用微机控制，包括机箱、背板、插件和插座，在机箱连接插头的前面板位置凹入，使机箱结构成“7”字型，机箱的内部有配置插件的槽位，插件间连接通过背板总线相连，插件包括以CPU为核心的控制主板插件，机箱上配置有插座一，用于对外连线，背板上配置有插座二。该实用新型技术方案可以很好地解决现有技术存在的体积偏大、安装复杂，造成了空间和材料的浪费，检修复杂、维护困难的技术问题。
文档编号G05B19/04GK201788379SQ20102029043
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者刘智聪, 刘松柏, 张东方, 李小文, 李纬斌, 赵军伟 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司