一种脉冲变换装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种脉冲变换装置，包括主控模块、电源模块、输入调理电路和脉冲输出电路；输入调理电路包括3条调理支路；每条调理支路依次由电平转换电路和光耦隔离电路串联而成；主控模块中集成有脉冲采集电路和脉冲比例放大电路；3路霍尔传感器安装在机车电机的旋转部件上，3路霍尔传感器的输出信号分别经3条调理支路与主控模块的脉冲采集电路相连；脉冲比例放大电路的输入端接脉冲采集电路的输出端；脉冲比例放大电路的输出端即主控模块的脉冲输出接口与脉冲输出电路相连。该脉冲变换装置为机车控制系统提供速度反馈信号，使得检修人员能够高效、安全、可靠的进行检修作业。
【专利说明】一种脉冲变换装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种脉冲变换装置，尤其适用于作为铁路机车车辆用脉冲变换装置使用。
【背景技术】
[0002]HXD3C型电力机车为大功率机车，共有6个轮对，即6个电机，术语称作为I~6位，其中I~3位为I端，4~6位为II端。机车在进行大辅修之后需进行顶轮作业，依次将I~6位单独顶起，控制该轮对电机以一定的速度运转，通过专用设备监测电机、轮轴的工作状态，以排除牵引电机与轴箱轴承的故障和隐患。由于机车电机速度的控制为闭环控制，采用霍尔速度传感器的速度信号进行主控速，并采用光电转速传感器的速度信号作为反馈。机车的I至6位电机上均安装有霍尔速度传感器，而光电转速传感器仅在2位和5位有安装，这样就会使得I位、3位、4位、6位顶轮作业时因无光电转速传感器信号作为速度反馈，导致控制柜工作不正常而引起飞车的可能；此外，作业过程中，需要定速运行，采取的方式为司机手动不停的进行加速、减速来实现，控制精度低且效率低；同时，作业时停车无法采取电阻制动，停车时间长，工作效率低下且易发生安全事故。
[0003]因此，有必要设计一种脉冲变换装置，为机车提供充分的速度反馈信号。
实用新型内容 [0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种脉冲变换装置，该脉冲变换装置为机车控制系统提供速度反馈信号，使得检修人员能够高效、安全、可靠的进行检修作业。
[0005]实用新型的技术解决方案如下:
[0006]—种脉冲变换装置，包括主控模块、电源模块、输入调理电路和脉冲输出电路；输入调理电路包括3条调理支路；每条调理支路依次由电平转换电路和光耦隔离电路串联而成；
[0007]主控模块中集成有脉冲采集电路和脉冲比例放大电路；
[0008]3路霍尔传感器固定在机车电机的旋转部件的上方【实例中是安装在与电机转轴同轴旋转的齿轮上方工位，该工位专门用于安装霍尔传感器】，3路霍尔传感器的输出信号分别经3条调理支路与主控模块的脉冲采集电路相连；
[0009]所述的电源模块包括依次相连的滤波电路和直流变换电路，为主控模块供电；
[0010]脉冲比例放大电路的输入端接脉冲采集电路的输出端；
[0011]脉冲比例放大电路的输出端即主控模块的脉冲输出接口与脉冲输出电路相连；
[0012]所述的脉冲输出电路包括依次相连的放大电路和光耦隔离电路。
[0013]脉冲采集电路为计数器，对到来的3路脉冲进行计数，如果主控电路为微处理器，则脉冲采集电路可以采用计数器中断端口或外部中断端口实现，为后续的脉冲比例放大做准备，其实现为现有技术。
[0014]电平转换电路的作用为将霍尔传感器输出脉冲信号电平(低电平越0.7V，高电平约7V)转换为低电平约0V，高电平约3.3V的脉冲信号，以供主控模块(CPU)采集。放大电路的作用是将主控模块输出为低电平约0V，高电平约3.3V的方波脉冲信号，转换为高电平>9V，低电平〈IV的脉冲信号。
[0015]所述的主控模块中集成有串行通信接口和用于与LED显示器相连的信息显示接□。
[0016]直流变换电路为12~30V转3.3V电源。
[0017]脉冲比例放大电路是指用于实现霍尔速度传感器每输出2.164275个脉冲对应光电转速传感器输出I个脉冲的电路【可以由FPGA实现】。
[0018]所述的主控模块采用FPGA或LPC1758芯片。
[0019]采集模块分三路采集霍尔速度信号，采集到的信号经过信号转换模块(即电平转换电路)后，通过光电隔离模块进行隔离处理，然后送给主控模块。主控模块通过特定的算法计算输出脉冲信号的电平跳变时刻，该脉冲信号经过放大电路的放大及隔离处理后输出。采用3只LED灯用于装置状态的指示，即霍尔速度传感器供电状态、装置电源工作指示、装置光电转速传感器信号输出指示。
[0020]机车6个轴位上均安装有霍尔速度传感器，其中I~3位为I端，4~6位为II端。霍尔速度传感器速度信号的采集采用并联的方式获取。由于6个霍尔速度传感器均为双通道传感器，故只需任取 一路信号作为装置的输入。此外I端的3个霍尔速度传感器接到机车I端的连接器上，II端的3个霍尔速度传感器接到机车II端的连接器上，而两个连接器的接口兼容。故而，霍尔速度信号输入连线可以同时采集3个轴位的速度信号。分别对两端进行作业时，只需将霍尔速度信号输入连线与机车上对应端的连接器对接即可，操作方便。
[0021]光电信号输出连线用于将装置输出的光电速度信号接至光电上车电缆，作为速度反馈信号送给控制系统进行闭环控制。
[0022]输入共有3路信号，为电机侧霍尔速度传感器速度信号，即电机转速信号，电机每转输出脉冲数为90个；输出信号I路,为类似机车轴端光电转速传感器速度信号，即轮对转速信号，每转脉冲数为200个。电机传动比为4.8095，即电机转4.8095圈，轮对转I圈。故而，机车轮对走行I圈，霍尔转速传感器输出脉冲数为4.8095x90=432.855 (即432)个，光电转速传感器输出脉冲数为200个。由此可知，霍尔速度传感器输出2.164275个脉冲对应光电转速传感器输出I个脉冲。(注:由于顶轮作业时同一时间只对某一轮对进行，所以3路输入信号同一时间只有对应的那一路有输入。)
[0023]主控模块对输入脉冲信号的边沿进行捕获计数累加，用该累加数除以2.164275取整数记为COUNT，则COUNT每增加1，信号输出10 口的电平发生一次翻转，即产生一个边沿变化。脉冲转换实时性较高，能够满足机车控制系统的需要。
[0024]装置输出的信号为模拟光电转速传感器速度信号，即轮子转I圈，输出200个脉冲，且脉冲的高低电平，占空比符合铁标对光电转速传感器的要求。图1中脉冲输出-放大电路-光耦隔离即为输出信号。
[0025]HXD3C机车头是对称的，可以这样理解:两个转向架在某种程度上相当于两个独立的机车，各有各的驾驶室和控制柜，但只能朝一个方向行驶(能够观察前方路况的)。为了能双向行驶，将两个转向架及控制设备拼装成I台车。I端设备的对外接口在I端控制柜，2端设备的对外接口在2端控制柜，互相对称，且1、2、3轴(或4、5、6轴)的霍尔传感器接口统一为一个连接器。所以本装置只设置3路输入信号，I端(1、2、3轴)作业时从I端取信号,2端(4、5、6轴)作业时从2端取信号。
[0026]霍尔传感器感应电机的齿轮旋转，光电传感器则是由轮轴带动的，与轮轴联动。
[0027]工作过程及原理:
[0028]装置上电后，霍尔速度传感器速度信号通过霍尔速度信号输入连线送给装置，主控模块捕获口检测到输入信号端口的电平跳变，并进行计数，通过计算决定输出脉冲信号的边沿跳变，从而将机车电机端的霍尔速度传感器速度信号转换为类似光电转速传感器速度信号，通过信号输出连线送给机车控制系统。如图1~2所示。
[0029]有益效果:
[0030]本实用新型的脉冲变换装置，能够在顶轮检修作业时，将被检测电机上霍尔传感器速度信号经装置转换后输出一路模拟光电传感器速度信号，提供给机车控制系统，作为速度反馈信号，使得机车能够正常进行定速控制及电阻制动。
[0031]该装置为机车检修顶轮作业时的辅助作业工具，用于顶轮作业时将电机侧霍尔速度传感器速度信号转化为轴端光电转速传感器速度信号，通过光电上车电缆提供给机车控制系统，作为速度反馈信号，使机车能够实现定速控制以及电阻制动的功能，以期能够自动定速、迅速停车，保障作业安全，提高作业效率。
[0032]本实用新型具有以下特点: [0033]I)该装置米集电机上霍尔速度传感器速度信号,模拟输出一路光电速度传感器方波速度信号，提供给机车控制系统作为速度反馈信号，使得机车能够进行定速控制及电阻制动控制。脉冲频率转换精度高，牵引单元转速能控制在±lkm/h以内；
[0034]2)霍尔速度传感器速度信号采用JAE连接器直接从机车电子柜获取，接插快捷，操作方便、可靠；
[0035]3)输入与输出米用隔尚技术,隔尚电压闻,保障机车电子、电气设备安全。
[0036]4)采用纯硬件电路实现脉冲转换，输出脉冲边沿数，实现信号的实时、可靠转换。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为脉冲变换装置的电路结构框图；
[0038]图2为装置原理框图。
【具体实施方式】
[0039]以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明:
[0040]实施例1:
[0041]如图1 -2，一种脉冲变换装置，包括主控模块、电源模块、输入调理电路和脉冲输出电路；输入调理电路包括3条调理支路；每条调理支路依次由电平转换电路和光耦隔离电路串联而成；
[0042]主控模块中集成有脉冲采集电路和脉冲比例放大电路；
[0043]3路霍尔传感器固定在机车电机的旋转部件的上方【实例中是安装在与电机转轴同轴旋转的齿轮上方工位，该工位专门用于安装霍尔传感器】，3路霍尔传感器的输出信号分别经3条调理支路与主控模块的脉冲采集电路相连；[0044]所述的电源模块包括依次相连的滤波电路和直流变换电路，为主控模块供电；
[0045]脉冲比例放大电路的输入端接脉冲采集电路的输出端；
[0046]脉冲比例放大电路的输出端即主控模块的脉冲输出接口与脉冲输出电路相连；
[0047] 所述的脉冲输出电路包括依次相连的放大电路和光耦隔离电路。
[0048]脉冲采集电路为计数器，对到来的3路脉冲进行计数，如果主控电路为微处理器，则脉冲采集电路可以采用计数器中断端口或外部中断端口实现，为后续的脉冲比例放大做准备，其实现为现有技术。
[0049]电平转换电路的作用为将霍尔传感器输出脉冲信号电平(低电平越0.7V，高电平约7V)转换为低电平约0V，高电平约3.3V的脉冲信号，以供主控模块(CPU)采集。放大电路的作用是将主控模块输出为低电平约0V，高电平约3.3V的方波脉冲信号，转换为高电平>9V，低电平〈IV的脉冲信号。
[0050]所述的主控模块中集成有串行通信接口和用于与LED显示器相连的信息显示接□。
[0051]直流变换电路为12~30V转3.3V电源。
[0052]脉冲比例放大电路是指用于实现霍尔速度传感器每输出2.164275个脉冲对应光电转速传感器输出I个脉冲的电路【可以由FPGA实现】。
[0053]所述的主控模块采用FPGA或LPC1758芯片。
[0054]该脉冲变换装置的技术参数如下:
[0055]I)工作电压:12VDC ~30VDC
[0056]2)脉冲频率变换范围:O~3060Hz (电力机车速度为100km/h)
[0057]3)输出信号:O~1414Hz (电力机车速度为100km/h)
[0058]低电平〈2V，高电平>9V
[0059]4)脉冲变换比例:2.164275: I
[0060]5)变换频率误差:±0.5km/h
[0061]6)空载功耗电流:≤35mA
【权利要求】
1.一种脉冲变换装置，其特征在于，包括主控模块、电源模块、输入调理电路和脉冲 输出电路；输入调理电路包括3条调理支路；每条调理支路依次由电平转换电路和 光率禹隔尚电路串联而成； 主控模块中集成有脉冲采集电路和脉冲比例放大电路； 3路霍尔传感器固定在机车电机的旋转部件的上方，3路霍尔传感器的输出信号分 别经3条调理支路与主控模块的脉冲采集电路相连； 所述的电源模块包括依次相连的滤波电路和直流变换电路，为主控模块供电； 脉冲比例放大电路的输入端接脉冲采集电路的输出端； 脉冲比例放大电路的输出端即主控模块的脉冲输出接口与脉冲输出电路相连； 所述的脉冲输出电路包括依次相连的放大电路和光耦隔离电路。
2.根据权利要求1所述的脉冲变换装置，其特征在于，所述的主控模块中集成有串行通信接口和用于与LED显示器相连的信息显示接口。
3.根据权利要求1所述的脉冲变换装置，其特征在于，直流变换电路为12?30V转3.3V电源。
4.根据权利要求1-3任一项所述的脉冲变换装置，其特征在于，脉冲比例放大电路是指用于实现霍尔速度传感器每输出2.164275个脉冲对应光电转速传感器输出I个脉冲的电路。
5.根据权利要求4所述的脉冲变换装置，其特征在于，所述的主控模块采用FPGA或LPC1758 芯片。
【文档编号】H03K5/156GK203775167SQ201420110928
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】刘石勇, 周维 申请人:长沙南车电气设备有限公司