CN102023575A - 仿真交流电力机车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿真交流电力机车，包括：分别连接至MVB总线的第一主处理模块、第二主处理模块、司机室显示模块、远程输入输出模块、仿真牵引控制模块、仿真制动控制模块和仿真辅助控制模块。本发明仿真交流电力机车可广泛用于铁路机车、地铁列车、城市轨道车辆等设计开发环节，也可用于高校教学领域。

Description

仿真交流电力机车

技术领域

本发明涉及车辆技术，尤其涉及一种仿真交流电力机车。

背景技术

微电子技术和大功率半导体器件的快速发展促进了交流传动技术的飞跃发展，随着交流传动技术的不断发展，直流传动电力机车必将逐渐退出历史舞台，交流传动电力机车必将取而代之。

在我国，电力机车一直采用集中式控制方式，即现场所有信号的采集与控制都需要通过硬线连接到集中控制计算机上，随着计算机技术、网络技术的发展，网络控制技术也得到了快速发展，机车控制也从以往的硬线控制逐渐发展成为网络控制方式。网络控制因有其独特的优势，如：便于实现微机集中控制，便于故障诊断等，必将在机车控制领域中起着非常重要的作用。上世纪90年代，国外先进的TCN(列车通信网络国际标准)分布式网络控制技术开始引入我国，同时国内的电力机车也开始陆续采用TCN分布式网络控制技术进行应用，

由于我国自主研发的TCN网络控制系统一直处于空白阶段，在交流传动电力机车的开发过程中，需要设计仿真交流电力机车模拟实车运行，以在仿真交流电力机车运行过程中测试交流传动电力机车的各种性能，为交流电力机车的设计提供可靠依据，然而，目前还没有用于模拟交流电力机车的仿真交流电力机车。

发明内容

本发明提供一种仿真交流电力机车，用以模拟实物交流电动机车的运行，从而为实际交流电动机车的设计提供可靠数据。

本发明提供一种仿真交流电力机车，包括：分别连接至MVB总线的第一主处理模块、第二主处理模块、司机室显示模块、远程输入输出模块、仿真牵引控制模块、仿真制动控制模块和仿真辅助控制模块；

所述第一主处理模块，用于管理所述MVB总线和对所述机车内各模块进行控制；所述第二主处理模块，用于监控所述第一主处理模块的工作状态，监控到所述第一主处理模块故障时替换所述第一主处理模块管理所述MVB总线和对所述机车内各模块进行控制；

所述司机室显示模块，用于接收并显示所述第一主处理模块通过所述MVB总线发送的所述机车内各模块的状态信息及整车信息，并将用户设置的指令发送给所述第一主处理模块；

所述仿真牵引控制模块，用于根据所述第一主处理模块发送的牵引控制信息，对所述机车的牵引变流器进行模拟控制；

所述仿真制动控制模块，用于根据所述第一主处理模块发送的制动控制信息，对所述机车的制动进行模拟控制；

仿真辅助控制模块，用于根据所述第一主处理模块的变流器控制信息，对所述机车的辅助变流器进行模拟控制；

所述机车还包括：与所述远程输入输出模块连接的仿真硬线电路，用于模拟司机室内设备运行和模拟机械间设备运行；

所述远程输入输出模块，用于将采集到的所述仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块，并根据所述第一主处理模块发送的控制信息对所述仿真硬线电路进行控制。

本发明仿真交流电力机车中各模块通过MVB总线连接形成通信网络，实现了网络式控制，克服了集中式控制方式存在的布线复杂、故障多种缺陷。主处理模块为冗余设计，包括正常状态对MVB总线进行管理和对整车控制的第一主处理模块和监控第一主处理模块工作状态的第二主处理模块，不仅提高了仿真交流电力机车运行的可靠性，还为测试实际交流电力机车的运行性能提供了依据。通过本发明实施例仿真交流电力机车的模拟运行，可验证实车运行时网络参数、优化实车设计参数，为实际交流电力机车的设计开发提供可靠的依据。本发明仿真交流电力机车可广泛用于铁路机车、地铁列车、城市轨道车辆等设计开发环节，也可用于高校教学领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明仿真交流电力机车实施例一的结构示意图；

图2为本发明仿真交流电力机车实施例二的结构示意图；

图3为本发明仿真交流电力机车实施例三的结构示意图；

图4为本发明仿真交流电力机车实施例四的结构示意图；

图5为本发明仿真交流电力机车实施例五的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明仿真交流电力机车实施例一的结构示意图。如图1所示，本发明实施例仿真交流电力机车包括：分别连接至MVB总线11的第一主处理模块12、第二主处理模块13、司机室显示模块14、远程输入输出模块15、仿真牵引控制模块16、仿真制动控制模块17和仿真辅助控制模块18。

基于分布式控制的多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，简称MVB)，具有实时性强和可靠性高等优势。以上各模块分别连接至MVB总线，通过MVB总线来传送和交换信息，形成了完整的通信网络。

第一主处理模块12，用于管理MVB总线和对机车内各模块进行控制。本发明实施例还包括第二主处理模块13，用于监控第一主处理模块12的工作状态，监控到第一主处理模块12故障时，替换第一主处理模块12管理MVB总线和对机车内各模块进行控制。第一主处理模块12和第二主处理模块13为互为冗余的主处理模块，可运行嵌入式操作系统，并在嵌入式操作系统上运行系统应用软件。

司机室显示模块14，用于接收并显示第一主处理模块12通过MVB总线11发送的机车内各模块的状态信息及整车信息，并将用户设置的指令发送给第一主处理模块12。在实车中司机室显示模块14对应于司机室内的显示设备。

仿真牵引控制模块16，用于根据第一主处理模块12发送的牵引控制信息，对机车的牵引变流器进行模拟控制。仿真牵引控制模块16对牵引变流器进行控制，进而实现对牵引电机的力矩、转速等的控制。

仿真制动控制模块17，用于根据第一主处理模块12发送的制动控制信息，对机车的制动进行模拟控制。仿真制动控制模块17控制整车的制动，包括闸缸压力、列车管压力、均衡风缸压力及闸瓦压力等。

仿真辅助控制模块18，用于根据第一主处理模块12的变流器控制信息，对机车的辅助变流器进行模拟控制。辅助变流器为整车提供380V交流电。

如图1所示，本发明实施例仿真交流电力机车还包括：仿真硬线电路19；仿真硬线电路19与远程输入输出模块15连接，用于模拟司机室内设备运行和模拟机械间设备运行。仿真硬线电路19包括继电器、扳键开关、司控器、指示灯和扳键开关等设备。

远程输入输出模块15，用于将采集到的仿真硬线电路的状态信息发送给第一主处理模块12，并根据第一主处理模块12发送的控制信息对仿真硬线电路19进行控制。

第一主处理模块12、第二主处理模块13、司机室显示模块14和运程输入输出模块15为可设置在实际交流电力机车上的实物设备，仿真牵引控制模块16、仿真制动控制模块17和仿真辅助控制模块18以及仿真硬线电路19为仿真设备。本实施例仿真交流电力机车运行过程中可测试上述实物设备的性能，例如：测试主处理模块的总线管理功能、冗余切换功能和整车控制功能等；测试司机显示模块的显示功能和输入功能等，测试远程输入输出模块的采集功能和输出功能等。

本实施例仿真交流电力机车中各模块通过MVB总线连接形成通信网络，实现了网络式控制，克服了集中式控制方式存在的布线复杂、故障多多种缺陷。主处理模块为冗余设计，包括正常状态对MVB总线进行管理和对整车控制的第一主处理模块和监控第一主处理模块工作状态的第二主处理模块，不仅提高了仿真交流电力机车运行的可靠性，还为测试实际交流电力机车的运行性能提供了依据。通过本发明实施例仿真交流电力机车的模拟运行，可验证实车运行时网络参数、优化实车设计参数，为实际交流电力机车的设计开发提供可靠的依据。本实施例仿真交流电力机车可广泛用于铁路机车、地铁列车、城市轨道车辆等设计开发环节，也可用于高校教学领域。

实施例二

图2为本发明仿真交流电力机车实施例二的结构示意图。如图2所示，在图1的基础上，司机室显示模块14包括：分别连接至MVB总线11的司机室第一显示单元141、司机室第二显示单元142和显示控制单元143。

显示控制单元143，用于在确定司机室第一显示单元141处于工作状态时，将第一主处理模块12发送的状态信息转发给司机室第一显示单元141；在确定司机室第一显示单元141处于故障状态时，将第一主处理模块12发送的状态信息转发给司机室第二显示单元142进行显示。

显示控制单元143，还用于在确定司机室第二显示单元142处于工作状态时，将司机室第二显示单元142接收到的用户指令转发给第一主处理模块；在确定司机室第二显示单元142处于非工作状态时，使司机室第一显示单元141接收用户设置的指令，并将司机室第一显示单元141接收到的用户设置的指令转发给第一主处理模块12。

司机室第一显示单元141和司机室第二显示单元142为触摸显示屏。正常状态下，司机室第一显示单元141作为显示设备，用于显示机车各模块的状态信息和整车信息，司机室第二显示单元142作为输入设备，接收用户通过触摸方式设置的指令并发送给第一主处理模块12，在第一主处理模块12处于非工作状态时发送给第二主处理模块13。

显示控制单元143确定司机室第一显示单元141处于非工作状态时，将第一主处理模块12发送的状态信息转发给司机室第二显示单元142进行显示，即司机室第二显示单元142既作为机车的显示设备又作为机车的输入设备。显示控制单元143确定司机室第二显示单元142处于非工作状态时，使司机室第一显示单元141接收用户设置的指令，并将司机室第一显示单元141接收到的用户设置的指令转发给第一主处理模块12，即司机室第二显示单元142既作为机车的输入设备又作为机车的显示设备。

具体地，显示控制单元143可为设置在司机室内的显示转换开关。仿真交流电力机车运行过程中，司机室第一显示单元141处于故障时，用户可通过司机室内的显示转换开关，使司机室第二显示单元142接管司机室第一显示单元141的工作。另外，第一主处理模块监测到司机室第一显示单元141处于非工作状态时，第一主处理模块向显示控制单元143发出控制信息使显示控制单元143将第一主处理模块发送的状态信息转发给司机室第二显示单元142。第一主处理模块监测到司机室第二显示单元142处于非工作状态时，向显示控制单元143发送控制信息通知显示控制单元143接收司机室第一显示单元141接收的用户设置指令。

本实施倒仿真交流电力机车中设置有两个显示模块：司机室第一显示单元141和司机室第二显示单元142互为冗余设计，在显示控制单元143的控制下作为机车的显示设备或输入设备，或者既作为输入设备又作为显示设备，从而提高了仿真交流电力机车运行的可靠性，为实车设计提供有效依据。

实施例三

图3为本发明仿真交流电力机车实施例三的结构示意图。如图3所示，在图1或图2的基础上，远程输入输出模块15包括分别连接至MVB总线的第一输入输出单元151、第二输入输出单元152和输入输出控制单元153。

第一输入输出单元151和第二输入输出单元152还分别与仿真硬线电路19连接，分别用于采集仿真硬线电路19的状态信息。

输入输出控制单元153，用于在确定第一输入输出单元151处于工作状态时，将第一输入输出单元151采集到的仿真硬线电路的状态信息发送给第一主处理模块；在确定第一输入输出单元151处于非工作状态时，将第二输入输出单元152采集到的仿真硬线电路的状态信息发送给第一主处理模块。

具体地，第一输入输出单元151和第二输入输出单元152同时处于工作状态，即同时采集仿真硬线电路19的状态信息。正常情况下，输入输出控制单元153将第一输入输出单元151采集到的状态信息转发给第一主处理模块12。在输入输出控制单元153确定第一输入输出单元151处于非工作状态时，将第二输入输出单元152采集到的仿真硬线电路的状态信息发送给第一主处理模块。

本实施倒仿真交流电力机车中远程输入输出模块为冗余设计，包括两个同时用于采集仿真硬线电路的第一输入输出单元和第二输入输出单元，还包括在第一输入输出单元与第二输入输出单元之间进行切换的输入输出控制单元。在第一输入输出模块处于非工作状态时，输入输出控制单元将第二输入输出单元采集到的状态信息转发给第一主处理模块，从而提高了仿真交流电力机车运行的可靠性，为实车设计提供有效依据。

实施例四

图4为本发明仿真交流电力机车实施例四的结构示意图。如图4所示，在图1的基础上，仿真硬线电路19包括：设置在机械间的第一仿真硬线电路191和设置在司机室内的第二仿真硬线电路192；远程输入输出模块15包括：设置在机械间的机械间输入输出单元154和设置在司机室内的司机室输入输出单元155。

第一仿真硬线电路191，用于模拟机械间设备运行。第二仿真硬线电路192，用于模拟司机室内设备运行。

机械间输入输出单元154与第一仿真硬线电路191连接，用于将采集到的第一仿真硬线电路191的状态信息发送给第一主处理模块12，并根据第一主处理模块12发送的控制信息对第一仿真硬线电路191进行控制。

司机室输入输出单元155与第二仿真硬线电路192连接，用于将采集到的第二仿真硬线电路192的状态信息发送给第一主处理模块12，并根据第一主处理模块12发送的控制信息对第二仿真硬线电路192进行控制。

进一步，如图4所示，本实施例还包括连接至MVB总线11的网关设备110，用于连接多个仿真交流电力机车。通过网关设备可实现机车重联。

本实施倒仿真交流电力机车中分别设置了模拟机械间设备的第一仿真硬线电路和模拟司机室内设备的第二仿真硬线电路，同时还设置了分别采集第一仿真硬线电路状态信息和第二仿真硬线电路状态信息的第一输入输出单元和第二输入输出单元。从而提高了仿真交流电力机车运行的可靠性，为实车设计提供有效依据。

实施例五

图5为本发明仿真交流电力机车实施例五的结构示意图。如图5所示，本实施例仿真交流电力机车包括三个控制柜：司机室I柜、司机室II柜和系统柜，司机室I柜和司机室II柜用于仿真分别位于机车两头的两个司机室。各模块的供电采用110V直流供电方式。

司机室1柜内安装有通过MVB总线连接的第一显示单元DDU11、第二显示单元DDU12、第一输入输出单元RIOM11和第二输入输出单元RIOM12等，还在柜内安装了包括司控器、指示灯、继电器和扳键开关等设备的仿真硬线电路，用以模拟交流电力机车的司机室内设备。

其中，第一显示单元DDU11和第二显示单元DDU12为冗余设计，通常情况下，第一显示单元DDU11作为司机室柜内的显示设备，用于显示机车内模块的状态信息和整车信息，第二显示单元DDU12作为司机室柜内的输入设备，用于接收用户设置的指令，其中一个显示单元处于非工作状态时，另一个显示单元替代其工作即完成两个显示单元的功能。第一显示单元DDU11和第二显示单元DDU12可采用运行嵌入式实时操作系统的32位机。

其中，第一输入输出单元RIOM11和第二输入输出单元RIOM12均与仿真硬线电路连接，互为冗余设计。正常情况下，第一输入输出单元RIOM11和第二输入输出单元RIOM12均采集司机室内仿真硬线电路的状态信息，由第一输入输出单元RIOM11将采集到的状态信息发送到MVB总线上；同时由第一输入输出单元接收第一主处理模块MPU1(第一主处理模块处于非工作状态时，由第二主处理模块代替第一主处理模块工作)发送的控制信息并对司机室内仿真硬线电路进行控制。在第一输入输出单元处于非处于工作状态时，第二输入输出单元将采集到的状态信息发送到MVB总线上；同时由第二输入输出单元接收第一主处理模块MPU1的控制信息并对仿真硬线电路进行控制。

系统柜内安装有通过MVB总线连接的第一主处理模块MPU1、第二主处理模块MPU2、第三输入输出单元RIOM31、第四输入输出单元RIOM32、4个仿真牵引控制模块TCU、仿真辅助控制模块ACU和仿真制动控制模块BCU。另外，还在柜内安装了包括司控器、指示灯、继电器和扳键开关等设备的仿真硬线电路，用以模拟交流电力机车的机械间设备。

其中，第一主处理模块MPU1和第二主处理模块MPU2为冗余设计。正常情况下，第一主处理模块MPU1用于管理MVB总线和控制各模块运行。第二主处理模块MPU2监控第一主处理模块MPU1的工作状态，在监测到第一主处理模块MPU1处于非工作状态时，代替第一主处理模块MPU1管理MVB总线和控制各模块运行。第一主处理模块MPU1和第二主处理模块MPU2可采用运行嵌入式实时操作系统的32位机。

其中，第三输入输出单元RIOM31和第四输入输出单元RIOM32为冗余设计，工作原理与第一输入输出单元RIOM11和第二输入输出单元RIOM12类似，不再赘述。

仿真牵引控制模块TCU、仿真辅助控制模块ACU和仿真制动控制模块BCU通过MVB总线与第一主处理模块MPU1或第二主处理模块MPU2进行通讯，可采用运行嵌入式实时操作系统的32位机，分别仿真牵引控制、辅助控制和制动控制。

司机室II柜内安装有通过MVB总线连接的第三显示单元DDU21、第四显示单元DDU22、第五输入输出单元RIOM21和第六输入输出单元RIGM22等，还在柜内安装了包括司控器、指示灯、继电器和扳键开关等设备的仿真硬线电路，用以模拟交流电力机车的司机室内设备。

通过本实施例仿真交流电力机车的仿真运行，可验证网络参数、优化设计参数、，验证输入输出单元的稳定性、验证显示单元显示的正确性，为新型机车设计提供可靠的设计数据。本实施例仿真交流电力机车可广泛用于铁路机车、地铁列车、城市轨道车辆等设计开发环节，也可用于高校教学领域。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种仿真交流电力机车，其特征在于，包括：分别连接至MVB总线的第一主处理模块、第二主处理模块、司机室显示模块、远程输入输出模块、仿真牵引控制模块、仿真制动控制模块和仿真辅助控制模块；

所述第一主处理模块，用于管理所述MVB总线和对所述机车内各模块进行控制；所述第二主处理模块，用于监控所述第一主处理模块的工作状态，监控到所述第一主处理模块故障时替换所述第一主处理模块管理所述MVB总线和对所述机车内各模块进行控制；

所述司机室显示模块，用于接收并显示所述第一主处理模块通过所述MVB总线发送的所述机车内各模块的状态信息及整车信息，并将用户设置的指令发送给所述第一主处理模块；

所述仿真牵引控制模块，用于根据所述第一主处理模块发送的牵引控制信息，对所述机车的牵引变流器进行模拟控制；

所述仿真制动控制模块，用于根据所述第一主处理模块发送的制动控制信息，对所述机车的制动进行模拟控制；

仿真辅助控制模块，用于根据所述第一主处理模块的变流器控制信息，对所述机车的辅助变流器进行模拟控制；

所述机车还包括：与所述远程输入输出模块连接的仿真硬线电路，用于模拟司机室内设备运行和模拟机械间设备运行；

所述远程输入输出模块，用于将采集到的所述仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块，并根据所述第一主处理模块发送的控制信息对所述仿真硬线电路进行控制。

2.根据权利要求1所述的仿真交流电力机车，其特征在于，所述司机室显示模块包括：分别连接至所述MVB总线的司机室第一显示单元、司机室第二显示单元和显示控制单元；

所述显示控制单元，用于在确定所述司机室第一显示单元处于工作状态时，将所述第一主处理模块发送的状态信息转发给所述司机室第一显示单元；在确定所述司机室第一显示单元处于故障状态时，将所述第一主处理模块发送的状态信息转发给所述司机室第二显示单元进行显示；

所述显示控制单元，还用于在确定所述司机室第二显示单元处于工作状态时，将所述司机室第二显示单元接收到的用户设置指令转发给所述第一主处理模块；在确定所述司机室第二显示单元处于非工作状态时，使所述司机室第一显示单元接收用户设置指令，并将所述司机室第一显示单元接收到的用户指令转发给所述第一主处理模块。

3.根据权利要求1或2所述的仿真交流电力机车，其特征在于，所述远程输入输出模块包括：分别连接至所述MVB总线的第一输入输出单元、第二输入输出单元和输入输出控制单元；

所述第一输入输出单元和所述第二输入输出单元还分别与所述仿真硬线电路连接，分别用于采集所述仿真硬线电路的状态信息；

所述输入输出控制单元，用于在确定所述第一输入输出单元处于工作状态时，将第一输入输出单元采集到的所述仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块；在确定所述第一输入输出单元处于非工作状态时，将第二输入输出单元采集到的所述仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块。

4.根据权利要求1所述的仿真交流电力机车，其特征在于：

所述仿真硬线电路包括：设置在机械间的第一仿真硬线电路和设置在司机室内的第二仿真硬线电路；

所述第一仿真硬线电路，用于模拟机械间设备运行；

所述第二仿真硬线电路，用于模拟司机室内设备运行；

所述远程输入输出模块包括：设置在机械间的机械间输入输出单元和设置在司机室内的司机室输入输出单元；

所述机械间输入输出单元与所述第一仿真硬线电路连接，用于将采集到的所述第一仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块，并根据所述第一主处理模块发送的控制信息对所述第一仿真硬线电路进行控制；

所述司机室输入输出单元与所述第二仿真硬线电路连接，用于将采集到的所述第二仿真硬线电路的状态信息发送给所述第一主处理模块，并根据所述第一主处理模块发送的控制信息对所述第二仿真硬线电路进行控制。

5.根据权利要求1、2或4所述的仿真交流电力机车，其特征在于，还包括：连接至所述MVB总线的网关设备，用于连接多个所述机车。

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