一种用于地铁机车牵引的控制器的制作方法

1.本实用新型属于牵引控制技术领域，尤其涉及一种用于地铁机车牵引的控制器。


背景技术：

2.地铁交通的建设发展始于1863年1月10日英国伦敦建成世界上第一条蒸汽机车牵引的地铁线路；在地铁交通发展建设的150多年里，1863
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1924年是世界地铁建设的起步阶段，在此期间仅有英、美、法、德、匈牙利、奥地利、西班牙7个国家的17个城市修建了地铁；1925
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1949年，第二次世界大战和汽车工业的快速发展使得世界地铁建设停滞萎缩；1950
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1969年，世界各国城镇化发展过程中的交通拥堵问题使得地铁建设重新得到重视；1970年至今是世界地铁建设的高速发展时期；地铁交通具有客运量大、方便及时、安全、环保等优势；各国城市化发展经验表明，发展城市轨道交通是解决城市交通事故频发、交通拥堵、环境污染等问题的必由之路。
3.牵引控制系统是地铁车辆传动的主要组成部分，供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡，继而造成电机输出转矩脉动，降低系统稳定性。
4.牵引控制器作为地铁列车牵引控制或工业自动化控制系统中的关键环节，市场上现有的相关产品或成熟技术很难兼顾高速、高安全性、高精度、高稳定性等特性，很多同类装置因外因导致无用数据对整个系统产生无用反馈、结论误导或误动作等现象，亦有很多因装置本身引起的同系统其他装置甚至整个系统损坏的案例。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题：本实用新型在一种用于地铁机车牵引的控制器中通过高压隔离的硬件配合嵌入式软件，安全可靠的进行三相大电压、大电流数据采集以及数据存储，同时与上位机pc建立实时通讯进行数据互通，满足高频采集需求的同时上传数据于上位机，并进行数据处理、历史数据存储功能。
6.本实用新型采用的技术方案为：一种用于地铁机车牵引的控制器，包括mcu控制器、dc/dc高隔离脉冲变压器、模拟量供电电路、数字量供电电路、电压监控模块、隔离运放器、a/d采集模块和数字隔离器，dc/dc高隔离脉冲变压器外接dc24v供电，经过dc/dc高隔离脉冲变压器的内部调压稳压电路后输出
±
15v、5v和3v3、5v电压，并分别与模拟量供电电路和数字量供电电路连接；模拟量供电电路和数字量供电电路分别与电压监控模块连接，电压监控模块与mcu控制器连接；
7.外部模拟量信号包括高电压信号、高电流信号或传感器低电压信号，与隔离运放器连接，隔离运放器与ad采集模块连接，ad采集模块将外部模拟量信号转换为数字量信号，ad采集模块与数字隔离器连接后通过spi1与mcu控制器连接。
8.进一步的，还包括can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块、tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块、2个高速闪存和3个led指示灯，can
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db9隔离式can通讯模
块、485
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db9隔离式485通讯模块和tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块一端与mcu控制器连接，另一端与上位机连接，mcu控制器通过can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块和tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块上报mcu控制器内部各回路状态数据及三相采集数据；三个led指示灯和两片高速闪存均与mcu控制器连接，三个led指示灯分别指示电源a状态、电源d状态和通信d状态。
9.上位机通过can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块和tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块实现与mcu控制器的数据通信，mcu控制器将供电电路的使能端口工作状态上报给上位机，同时上位机还可以给mcu控制器发送指令，控制模拟量和数字量供电电路的对外和对内供电。
10.两片64m高速闪存循环覆盖备份最近10小时数据，避免出现与上位机通讯故障时的数据丢失。
11.本实用新型的有益效果是：
12.1、选用高精度高速ad采集转换器件，配合处理电路和软件算法，排除无用数据，避免误操作产生不良结果。
13.2、通过10kv dc/dc隔离脉冲变压器，杜绝向上影响。
14.3、对三相电压、电流数据采集的同时对三相平衡性做出判断并反馈于上位机，优化上级控制，形成闭环监控。
15.4、实时、高效的对各采集数据上传于上位机存储的同时，做好高达10小时的最新数据备份，防止特殊情况下通讯故障时的关键数据丢失。
附图说明
16.图1是本实用新型的一种用于地铁机车牵引的控制器的结构图，1、dc/dc高隔离脉冲变压器、2、模拟量供电电路，3、数字量供电电路，4、电压监控模块，5、隔离运放器，6、a/d采集模块，7、数字隔离器，8、mcu控制器。
具体实施方式
17.下面结合附图，对本实用新型的实施例作进一步的详细说明：
18.如图1所示：本实用新型电路包括：mcu控制器8、dc/dc高隔离脉冲变压器1、模拟量供电电路2、数字量供电电路3、电压监控模块4、隔离运放器5、a/d采集模块6和数字隔离器7，两个dc/dc高隔离脉冲变压器1外接dc24v供电，经过内部调压稳压电路后分别与模拟量供电电路2和数字量供电电路3连接，输出
±
15v、5v和3v3、5v电压；模拟量供电电路2和数字量供电电路3分别与电压监控模块4连接，电压监控模块4与mcu控制器8连接；
19.外部千伏高电压信号、千安培高电流信号或传感器低电压信号与隔离运放器5连接，隔离运放器5与ad采集模块6连接，ad采集模块6与数字隔离器7连接后与mcu控制器8连接。
20.进一步的，还包括can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块、tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块、2个高速闪存和3个led指示灯，can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块和tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块一端与mcu控制器连接，另一端与上位机连接，上位机读取mcu控制器的电源工作状态历史数据；三个led指示灯
和两片高速闪存均与mcu控制器连接，三个led指示灯分别指示电源a状态、电源d状态和通信d状态，通过mcu控制器并将mcu控制器8内部各回路状态数据及三相采集数据上报给上位机。
21.本实施例mcu控制器型号为stm32f407vgt6
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arm、a/d采集模块采用芯片型号为ad7689bcpz、can
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db9隔离式can通讯模块采用adm3054模块、485
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db9隔离式485通讯模块采用adm2795模块、dc/dc高隔离脉冲变压器采用芯片型号为ocpt
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x096，隔离电压达到10kv、模拟量供电电路和数字量供电电路均采用lt1376芯片、电压监控模块采用参考源ad1582c和ts3704比较器、隔离运放器采用mc33274芯片、数字隔离器采用adum4150ariz芯片。
22.控制器工作原理：
23.24v直流电源经过dc/dc高隔离脉冲变压器1，dc/dc高隔离脉冲变压器1经过隔离和内部电压转换输出
±
15v、5v和3v3、5v电压，模拟量供电电路2和数字量供电电路3为外部模拟量采集电路、外部逻辑接线、外部传感器和内部采集模块提供稳定电源，电压监控模块4对模拟量供电电路2和数字量供电电路3的对外输出电源状态进行监控，包括电源是否故障，电源状态是否正常进行监控，并通过mcu控制器8的can
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db9隔离式can通讯模块、485
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db9隔离式485通讯模块和tcp/ip
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rj45隔离式以太网通讯模块将mcu控制器8内部各回路状态数据及三相采集数据上报给上位机；上位机收到不正常电源状态指示后给mcu控制器8发送指令切断不正常电源供电，实现隔离安全隐患功能。
24.外部高电压、大电流信号、弱电压和弱电流模拟量信号经过隔离运放器5隔离后再经过a/d采集模块6模数转换数字信号，再经过数字隔离器7进行数字隔离后传到mcu控制器8，避免数据抖动，防止误反馈、误动作而导致的有效性和安全性的隐患。
25.本实用新型有益效果是：选用高精度高速ad采集转换器件，配合处理电路和软件算法，排除无用数据，避免误操作产生不良结果。通过10kv隔离脉冲变压器，杜绝向上影响。实时、高效的对各采集数据上传于上位机存储的同时，做好高达10小时的最新数据备份，防止特殊情况下通讯故障时的关键数据丢失。
26.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。