一种列车电机安全控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种列车电机安全控制装置，包括运算系统，运算系统包括：两个互为备份的微处理器、第一监控MCU、数字开关与驱动控制模块，其中，每一微处理器均包括DSP内核，DSP内核通过运行电机算法生成PWM脉冲驱动信号，并发送至驱动控制模块实现IGBT驱动控制；第一监控MCU连接于微处理器，实时监控DSP内核的工作状态；第一监控MCU根据工作状态，通过控制数字开关配置微处理器与驱动控制模块之间的驱动通道。通过上述的冗余控制能够提升电机控制装置的可靠性，降低电机控制装置的故障率，提升列车运营效率。车运营效率。车运营效率。

【技术实现步骤摘要】
一种列车电机安全控制装置


[0001]本专利技术涉及电机驱动控制
，尤其涉及一种列车电机安全控制装置。

技术介绍

[0002]列车电机控制装置通过各种模拟、数字接口实现对列车牵引变流器主电路的电流、电压、频率等参数的获取，并通过控制算法计算实现对牵引电机的闭环控制。现有电机控制装置的硬件架构常用基于FPGA加两个DSP实现，FPGA负责信号采样处理，DSP负责算法计算。如，公开号为CN103793355A的专利技术专利公开了一种基于多核DSP的通用数字信号处理板卡，板卡包括两片多核DSP芯片，一片FPGA主控核心，两片多核DSP通过高速串行总线连接到FPGA，这种架构能较好的结合DSP运算能力和FPGA并行处理的优势实现电机控制，但是在实际应用场合经常发生DSP程序卡死、DSP程序跑飞、DSP与FPGA通信异常等情况；并且现有方案的背板总线采用CPCI方案实现，在遇到CPCI通信异常时，无法实现信号链路的冗余切换；同时，现有产品在应用过程中同样存在:因对外供电系统电源模块失效、信号采样电路元件失效、信号采样链路受到外部干扰等而造成信号采样异常，甚至由于信号采样电路无隔离处理而造成整个控制系统基准电平被抬高，从而导致电机控制装置供电异常而烧坏其他元器件或电路的后果；这都会影响电机控制装置的正常工作。
[0003]所以，列车电机控制装置的的任一环节的器件或电路失效，都会影响牵引电机控制装置的正常工作，造成牵引控制单元的切除，从而造成列车降速、晚点等不良影响，甚至可能造成停车清客等恶劣运营影响，严重影响了列车的运营效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对列车电机控制装置中的部件与电路易发生故障，进而影响列车运营的技术问题，提出一种列车电机安全控制装置，用于提升电机控制装置的可靠性，降低电机控制装置的故障率，提升列车运营效率。
[0005]列车电机安全控制装置包括运算系统，所述运算系统包括：两个互为备份的微处理器、第一监控MCU、数字开关与驱动控制模块，其中，每一所述微处理器均包括DSP内核，所述DSP内核通过运行电机算法生成PWM脉冲驱动信号，并发送至所述驱动控制模块实现IGBT驱动控制；所述第一监控MCU连接于所述微处理器，实时监控所述DSP内核的工作状态；所述第一监控MCU根据所述工作状态，通过控制所述数字开关配置所述微处理器与所述驱动控制模块之间的驱动通道。
[0006]上述列车电机安全控制装置，其中，每一所述微处理器还包括与所述DSP内核连接的ARM内核，所述ARM内核用于记录所述运算系统的故障数据。
[0007]上述列车电机安全控制装置，其中，每一所述微处理器还连接有一电源管理电路，所述电源管理电路与所述第一监控MCU连接，若所述第一监控MCU监控到存在所述DSP内核及/或所述电源管理电路的工作状态发生异常，则触发所述ARM内核进行故障记录，并通过所述数字开关断开存在异常的所述微处理器与所述驱动控制模块之间的驱动通道。
[0008]上述列车电机安全控制装置，其中，还包括信号采样系统，所述信号采样系统包括两个互为备份的主电路传感器，所述主电路传感器用于对列车主电路的信号进行冗余采样，进而获得外部采样信号。
[0009]上述列车电机安全控制装置，其中，所述信号采样系统还包括与所述主电路传感器分别对应设置的模拟开关与ADC，所述模拟开关接收所述微处理器发送的自检测控制信号，并根据所述自检测控制信号控制所述信号采样系统在外部采样模式与自检测模式之间循环切换；若为外部采样模式，则将所述外部采样信号传输至所述ADC；若为自检测模式，则将所述微处理器产生的自检测模拟信号传输至ADC。
[0010]上述列车电机安全控制装置，其中，所述ADC对输入的所述外部采样信号或所述自检测模拟信号进行数字量转换后，通过并行总线传输至所述微处理器的DSP内核进行数据处理。
[0011]上述列车电机安全控制装置，其中，还包括对外供电系统，所述对外供电系统包括两个互为备份的电源模块以及与所述电源模块连接的冗余供电电路，所述冗余供电电路连接于所述信号采样系统，用于向所述信号采样系统提供冗余供电输出。
[0012]上述列车电机安全控制装置，其中，所述对外供电系统还包括连接于所述电源模块的第二监控MCU，所述第二监控MCU用于实时监控所述电源模块的工作状态，并在所述电源模块的工作状态发生异常时进行快速保护以及故障记录。
[0013]上述列车电机安全控制装置，其中，所述对外供电系统还包括连接于所述第二监控MCU的快速保护电路，所述快速保护电路通过快速总线与所述微处理器连接，若所述第二监控MCU监控到存在电源模块的工作状态发生异常，所述快速保护电路发送快速保护指令至所述微处理器的DSP内核，进行快速保护。
[0014]上述列车电机安全控制装置，其中，所述对外供电系统还包括连接于所述第二监控MCU的故障记录电路，所述故障记录电路与所述微处理器连接，若所述第二监控MCU监控到存在电源模块的工作状态发生异常，所述微处理器的ARM内核通过所述故障记录电路分析与查看所述电源模块的异常情况。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0016]本专利技术提供一种列车高可靠性电机安全控制装置，该装置的运算系统采用冗余微处理器加监控MCU加数字开关的架构，实现电机的冗余算法控制和通信冗余；该装置的对外供电系统采用冗余供电加快速保护以及故障记录的方式，提升了对外供电系统的可靠性，在电源故障时触发快速保护动作，并能够对故障数据进行记录和分析；因此可以大大提升电机控制装置的可靠性，降低电机控制装置的故障率，提升列车运营效率。
[0017]进一步的，本专利技术采用冗余处理器加监控MCU的架构，相比较之前FPGA加两片DSP的架构，提升了系统冗余度，在DSP程序卡死或者跑飞的情况下可以立刻摒弃异常设备，切换到正常工作设备进行安全导向，避免了电机控制切除影响列车运营的后果；相比较之前的架构，取消了FPGA，将之前FPGA的采样功能移植到DSP进行，在不影响功能的情况下，不仅降低硬件设计成本及复杂度，还解决了通信故障的问题。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的一种列车电机安全控制装置的框架图；
[0019]图2为本专利技术提供的微处理器内核程序加载流程图；
[0020]图3为本专利技术提供的信号采样系统实时自检测功能框图；
[0021]图4为本专利技术提供的运算系统工作流程图。
具体实施方式
[0022]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车电机安全控制装置，其特征在于，包括运算系统，所述运算系统包括：两个互为备份的微处理器、第一监控MCU、数字开关与驱动控制模块，其中，每一所述微处理器均包括DSP内核，所述DSP内核通过运行电机算法生成PWM脉冲驱动信号，并发送至所述驱动控制模块实现IGBT驱动控制；所述第一监控MCU连接于所述微处理器，实时监控所述DSP内核的工作状态；所述第一监控MCU根据所述工作状态，通过控制所述数字开关配置所述微处理器与所述驱动控制模块之间的驱动通道。2.根据权利要求1所述的列车电机安全控制装置，其特征在于，每一所述微处理器还包括与所述DSP内核连接的ARM内核，所述ARM内核用于记录所述运算系统的故障数据。3.根据权利要求2所述的列车电机安全控制装置，其特征在于，每一所述微处理器还连接有一电源管理电路，所述电源管理电路与所述第一监控MCU连接，若所述第一监控MCU监控到存在所述DSP内核及/或所述电源管理电路的工作状态发生异常，则触发所述ARM内核进行故障记录，并通过所述数字开关断开存在异常的所述微处理器与所述驱动控制模块之间的驱动通道。4.根据权利要求1所述的列车电机安全控制装置，其特征在于，还包括信号采样系统，所述信号采样系统包括两个互为备份的主电路传感器，所述主电路传感器用于对列车主电路的信号进行冗余采样，进而获得外部采样信号。5.根据权利要求4所述的列车电机安全控制装置，其特征在于，所述信号采样系统还包括与所述主电路传感器分别对应设置的模拟开关与ADC，所述模拟开关接收所述微处理器发送的自检测控制信号，并根据所述自检测控制信号控制所述信号采样系统在外部采样模式与自检测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓辰，宋波，张相田，郝玉福，李震，王磊，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：