适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关及数据传输方法技术

本发明专利技术涉及一种电流环通信网关，具体的说，涉及一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关及数据传输方法，该电流环网关基于20mA电流环技术，采用高性能FPGA芯片，获取列车牵引变流器VVVF的运行状态数据并对上述数据进行打包处理，并通过高速光耦将FPGA芯片处理的数字信号转化为20mA电流信号发送给网络系统TMS，同时接收列车网络系统TMS的请求数据并传送至FPGA芯片处理，实现单轨车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS的信息交互,20mA电流环信号转换部分通过高速光耦实现信号转换，确保输入输出信号在电气上保持隔离，利于长距离数据传输，提高系统干扰性。

【技术实现步骤摘要】
适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关的数据传输方法
本专利技术涉及一种电流环通信网关，具体的说，涉及一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关的数据传输方法。
技术介绍
目前，跨座式单轨列车具有线路占地面积小、爬坡能力强，通过曲线半径小等诸多优点，并在重庆二号线成功运营。为确保单轨列车行车的安全性和可靠性，列车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS之间需要实时传输系统的状态数据，且在列车牵引系统出现故障时需要进行故障数据的传输，这就要求列车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS之间的网关具备高效和准确的数据传输。而在单轨列车运行过程中，列车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS均处于较为恶劣的干扰环境中，其通信过程中的电平信号，受电磁干扰及线路本身的分布电容影响很大。目前列车通信系统中采用MVB网络进行状态数据和故障数据的传输。如中国专利号CN201110382761公开一种数据通信方法，通过网关将MVB控制模块发送的MVB指令直接转换为CAN指令，并将CAN指令直接发送给相应的变流器模块，解决现有技术硬件成本高和数据传输时间长的问题，但由于MVB指令与CAN指令转换过程中，很容易受电磁干扰及线路本身的分布电容影响，导致数据传输不精确，可靠性差，且MVB及CAN网络均不适用于该单轨车的整车网络。电流环网关因具有低阻传输线对电气噪声不敏感，且易实现光电隔离，具备很好的电磁干扰能力，且成本较低，现在已有将电流环网关应用于机车系统中。如中国专利号CN200820219201公开一种MVB-20mA电流环网关，采用MVB协议控制器和20mA电流环总线组合构成MVB-20mA电流环网关，具备高可靠性且设计灵活，该电流环网关实现的是MVB网络与20mA电流环进行转换，并通过MVB总线收发器完成信号的收发，缺点是采用MVB网络价格昂贵，开发复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关及数据传输方法，用于实现列车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS的信息交互，进行列车运行状态和故障数据的传输。本专利技术的技术方案是：一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关，该电流环网关基于20mA电流环技术，采用高性能FPGA芯片，获取列车牵引变流器VVVF的运行状态数据并对上述数据进行打包处理，并通过高速光耦将FPGA芯片处理的数字信号转化为20mA电流信号发送给网络系统TMS，同时接收列车网络系统TMS的请求数据并传送至FPGA芯片处理，实现单轨车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS的信息交互。该电流环网关的结构组成主要包括TCU接口部分、FPGA数据处理部分、20mA电流环信号转换部分和RS232接口部分。所述TCU接口部分用于接收列车牵引变流器VVVF发送的运行状态数据，并将上述数据发送至FPGA数据处理部分；以及接收FPGA数据处理部分获取的来自列车网络系统TMS的系统时间修改请求信号，并将接收到的上述系统时间修改请求信号通过TCU接口部分发送至牵引控制器TCU；所述FPGA数据处理部分接收该网关TCU接口部分发送的运行状态数据，将上述数据按要求进行打包处理成相应的状态数据和故障数据并根据需要发送至20mA电流环信号转换部分；以及接收20mA电流环信号转换部分处理后的数字信号，将接收到的数字信号解析为状态数据请求信号、故障数据请求信号和系统时间修改请求信号，并根据上述不同的请求进行相应的处理；所述20mA电流环信号转换部分接收列车网络系统TMS发送的各种请求信号，并将上述请求信号转换成数字信号后发送至FPGA数据处理部分；以及接收该网关FPGA数据处理部分发送的打包数据信息，并将上述打包数据信息发送至列车网络系统TMS；所述RS232接口部分用于该网关的系统维护，可将经过FPGA数据处理部分处理后的来自列车网络系统TMS的信息通过RS232接口部分上传至维护电脑，并可通过该RS232接口更新该网关的程序，对该网关进行系统维护。TCU接口部分内部设有双口RAM区域，采用双口RAM方式实现列车牵引控制器TCU和FPGA数据处理部分高效实时的双向数据交互，即列车牵引控制器TCU和FPGA数据处理部分均可对该双口RAM区域进行读写操作。FPGA数据处理部分内部定义多个数据缓存区，包括故障数据缓存区和状态数据缓存区，记录列车牵引变流器VVVF运行时的状态数据和处理列车牵引变流器VVVF发生的多个故障数据，状态数据主要包括列车网络系统TMS发出的系统时间数据和列车牵引变流器VVVF运行时产生的关键状态数据；故障数据主要包括列车牵引变流器VVVF运行时产生的故障数据，包括故障代码、故障类型、故障发生时刻、故障发生前1s和故障发生后1s的系统运行数据。本专利技术还公开一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关的数据传输方法：其特征在于包括以下方法步骤：1)该电流环网关可实时获取列车牵引变流器VVVF的运行状态数据，并将列车牵引变流器VVVF的运行状态数据置于FPGA数据处理部分的状态数据缓存区中，根据要求进行数据打包处理形成状态数据和故障数据；2)FPGA数据处理部分时刻准备接收来自列车网络系统TMS的数据请求信号，并对数据进行校验，一旦接收到数据校验成功，FPGA数据处理部分立刻将状态数据缓存区中已经打包处理好的数据通过20mA电流环信号转换部分发送至列车网络系统TMS；3)当列车牵引变流器VVVF发生故障时，列车牵引控制器TCU将与该网关交互的信息中相应故障位进行置位，当该网关的FPGA数据处理部分识别到故障位被置位时，立刻记录故障特征并提取当前状态数据缓存区中的状态数据，经过处理后保存于故障数据缓存区中，同时将即将发送给列车网络系统TMS的状态数据中的相应故障位进行置位，等待触发列车网络系统TMS的故障数据请求信号；4)当FPGA数据处理部分收到列车网络系统TMS的故障数据请求信号时，随即将已经处理好的故障数据发送至列车网络系统TMS。所述步骤3)中，故障数据缓存区可针对列车牵引变流器VVVF的3个历史重故障和1个历史轻故障进行存储，包括故障发生前后的列车牵引变流器VVVF运行数据，当故障数量多于3个历史重故障和1个历史轻故障，故障数据缓存区采取“先进先出”原则，将最早发生的故障数据覆盖。本专利技术与现有技术相比的有益效果为：1)采用20mA电流环技术实现单轨列车牵引变流器VVVF与列车网络系统TMS的通信，性价比高，且具备很高的抗干扰性和噪声抑制能力；2)20mA电流环信号转换部分的20mA电流环信号接收电路和20mA电流环信号发送电路均通过高速光耦实现信号转换，确保输入输出信号在电气上保持隔离，利于长距离数据传输，提高系统干扰性；3)采用双口RAM方式进行TCU与本网关间的数据交互，具备较高的数据交互的高效性和实时性；4)FPGA数据处理部分内部定义多个数据缓存区，包括故障数据缓存区和状态数据缓存区，可对故障特征进行保存处理，故障数据缓存区采取“先进先出”原则，针对列车牵引变流器VVVF的多个故障进行处理，即时更新故障信息；5)RS232接口部分，采用通用的串口线可方便地将该电流环网关与维护电脑进行链接，通过维护电脑获取该电流环网关收到的数据，以便对该电流环网关进行快速的故障诊断，提高诊断效率，且方便该电流环本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关，其特征在于：该电流环网关主要包括与TCU接口部分、FPGA数据处理部分、20mA电流环信号转换部分和RS232接口部分；所述与TCU接口部分用于接收列车牵引变流器VVVF发送的运行状态数据，并将上述数据发送至FPGA数据处理部分；以及接收FPGA数据处理部分获取的来自列车网络系统TMS的系统时间修改请求信号，并接收到的上述系统时间修改请求信号通过与TCU接口部分发送至牵引控制器TCU；所述FPGA数据处理部分接收该网关与TCU接口部分发送的运行状态数据，并将上述数据按要求进行打包处理成相应的状态数据和故障数据并根据需要发送至20mA电流环信号转换部分；以及接收20mA电流环信号转换部分处理后的数字信号，并将接收到的数字信号解析为状态数据请求信号、故障数据请求信号和系统时间修改请求信号，并根据上述不同的请求进行相应的处理；所述20mA电流环信号转换部分接收列车网络系统TMS发送的各种请求信号，并将上述请求信号转换成数字信号后发送至FPGA数据处理部分；以及接收该网关FPGA数据处理部分发送的打包数据信息，并将上述打包数据信息发送至列车网络系统TMS；所述RS232接口部分用于该网关的系统维护，可将经过FPGA数据处理部分处理后的来自列车网络系统TMS的信息通过RS232接口部分上传至维护电脑，并可通过该RS232接口更新该网关的程序，对该网关进行系统维护。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于单轨车牵引逆变器的电流环网关的数据传输方法：其特征在于包括以下方法步骤：1)该电流环网关可实时获取列车牵引变流器VVVF的运行状态数据，并将列车牵引变流器VVVF运行状态数据置于FPGA数据处理部分的状态数据缓存区中，根据要求进行数据打包处理形成状态数据和故障数据；2)FPGA数据处理部分时刻准备接收来自列车网络系统TMS的数据请求信号，并对数据进行校验，一旦接收到数据校验成功，FPGA数据处理部分立刻将状态数据缓存区中已经打包处理好的状态数据通过20mA电流环信号转换部分发送至列车网络系统TMS；3)当列车牵引变流器VVVF发生故障时，列车牵引控制器TCU将与该网关交互的信息中的相应故障位进行置位，当该网关的FPGA数据处理部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国斌，孙丛君，牟述佳，薛浩飞，张亚伟，夏猛，李政达，刘玉萍，
申请(专利权)人：青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37