專利名稱：一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機車交流輔發勵磁領域，特別涉及一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制 系統。
背景技術：
隨著經濟的迅猛發展，鐵路交通越來越重要，承載的運輸任務也越來越繁重。為更 大程度的運輸貨物，一列火車常需要配置幾十個車廂和多輛機車，多輛機車協同工作，為該 列火車提供強大動力。但在這種情況下，如何保證出現故障時，多個機車仍能協同工作，是 需要克服的技術難題。一般情況下，多輛機車重聯情況下，只有最前面機車才有司乘人員，后面的重聯機 車沒有司乘人員，若重聯機車的動力裝置的交流輔發勵磁出現故障，不能人工排除故障，就 容易使得發生交流輔發勵磁故障機車不能投入使用，嚴重影響該列火車的運行。因此，需要 采用交流輔發勵磁熱冗余設計，確保機車的交流輔發勵磁只要其中一組正常，機車運行就 不受影響，提高機車的可靠性和運行安全。目前，在機車交流輔助發電機勵磁控制方法主要是PLC+IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor絕緣柵雙級型晶體管)控制方式。PLC采集交流輔發電機的轉速、交 流輔發電機電壓及電流信號等參數，通過控制計算，輸出PWM信號到IGBT，再通過IGBT調 節輔發電機勵磁電流大小。該控制方式中可設置兩組IGBT互為冷備份冗余，不易實現熱冗 余。并且IGBT體積巨大，發熱量大，在有限的機車內部空間設置兩組IGBT互為冗余，會導 致占用機車內部空間過大，不便于安裝，難以散熱，實現成本過高等問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統，本發明因單片機體 積較小，并且散熱量小，且便于安裝，設置兩組單片機實現對機車交流輔助勵磁的熱冗余控 制，不需占用機車較大的空間，易于實現。本發明一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統，包括兩個相互連接的第一單片機 和第二單片機，及勵磁開關，第一單片機和第二單片機分別與交流勵磁電機相連接；第一單 片機和第二單片機上各自設有頻率信號輸入接口、電壓信號輸入接口和電流信息號輸入接 口，分別用于獲取交流勵磁電機的頻率參數、電壓參數、電流參數等相關運行參數；第一單 片機和第二單片機設有勵磁控制模塊，第一單片機和第二單片機中為主機的單片機的勵磁 控制模塊，依據交流勵磁電機的頻率參數、電壓參數、電流參數，按預設的規則，得到PWM控 制信號，通過勵磁輸出接口傳送到交流勵磁電機，控制交流勵磁電機工作；第一單片機和第 二單片機與勵磁開關相連接，當為主機單片機出現故障時，自動啟動為另一單片機為主機。優選的，第一單片機和第二單片機具有故障自檢模塊，故障自檢模塊檢測自身運 行是否出現故障，如是，通過故障輸出接口輸出運行正常信號到另一單片機的主、從兩個數 字輸入接口，停止主機工作，啟動另一片機為主機；如否，沒有檢測到故障，為主單機繼續工
3作。優選的，第一單片接和第二單片機上分別設有勵磁反饋模塊，勵磁反饋模塊連接 交流勵磁電機的線圈，作為主機的單片機的故障輸出接口輸出運行正常信號時，勵磁反饋 模塊依據勵磁反饋信號檢測流勵磁電機工作是否正常，如是，不做調整；如否，調整工作的 單片機為從機。優選的，第一單片接和第二單片機上分別設有監控模塊，處于備用狀態的單片機 的監控模塊檢測到作為主機的單片機工作異常，等待設定周期后，自動切換為工作單元主 機。優選的，所述設定周期為3個WATCH DOG周期。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明因單片機體積較小，并且散熱量小，且便于安裝，設置兩組單片機實現對機 車交流輔助勵磁的熱冗余控制，不需占用機車較大的空間，易于實現。本發明通過故障輸出檢測，勵磁反饋檢測，工作狀態監控三種方式確保兩個單片 機可正常切換，實現更安全的機車交流輔發勵磁熱冗余控制。
圖1為本發明機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統示意圖；圖2為本發明機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統另一示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。交流輔發勵磁具體的工作原理是檢測機車交流輔發電機和交流發電開關狀態，當 檢測到交流發電開關閉合、交流輔發電機轉速上升到一定速度后，控制PWM斬波勵磁，開始 發電，再通過電流及電壓等反饋控制，反饋控制為閉環PID自動調節，控制系統根據交流輔 發電機轉速給定交流發電目標值，同時檢測交流輔助發電反饋值，自動控制PWM波的占空 比，調節交流輔發電機的勵磁電流。本發明設計兩組相同的交流輔發勵磁熱冗余控制系統，包括一組主控裝置和一組 從控裝置，任何一組裝置故障，就會自動切換到另一組，確保有一組裝置能正常投入工作， 提高機車的可靠性，確保機車的運行安全。參閱圖1和圖2，示出本發明機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統示意圖，包括兩個 相互連接的單片機IOA和單片機10B，及勵磁開關12，其中單片機IOA和單片機IOB的結構 和工作原理相同。單片機IOA和單片機IOB分別與交流勵磁電機11相連接。單片機IOA和單片機 IOB上各自設有頻率信號輸入接口、電壓信號輸入接口和電流信號輸入接口，分別用于獲取 交流勵磁電機11的頻率參數、電壓參數、電流參數等相關運行參數。單片機IOA和單片機IOB內部設有勵磁控制模塊101，工作單片機的勵磁控制模 塊101依據交流勵磁電機11的頻率參數、電壓參數、電流參數，按預設的規則，得到PWM控 制信號，通過勵磁輸出接口傳送到交流勵磁電機11，控制交流勵磁電機11工作。
單片機IOA和單片機IOB與勵磁開關12相連接，勵磁開關12包括Α/0/Β三檔開 關，切換到A檔，單片機IOA工作，單片機IOB備用；切換到B檔，單片機IOB工作，單片機 IOA備用；切換到0檔，單片機IOA和單片機IOB都暫停工作。單片機IOA和單片機IOB通過RS485通信，相互共享及監控各種數據信息，當監視 到一組異常時，可做到無障礙的自動切換。工作時，單片機IOA作為主板工作，對交流勵磁電機11進行控制。單片機IOB處 于備用狀態。如果單片機IOA出現故障，不能正常工作，參見表1，單片機IOB啟動，開始對 交流勵磁電機11進行控制。因單片機體積較小，并且散熱量小，且便于安裝，設置兩組單片機實現對機車交流 輔助勵磁的熱冗余控制，不需占用機車較大的空間，易于實現。為實現對機車交流輔助勵磁的更好控制，單片機IOA和單片機IOB上還具有故障 自檢模塊102，故障自檢模塊102檢測自身運行是否出現故障，如是，通過故障輸出接口輸 出運行正常信號(如“1”)到另一單片機的主、從兩個數字輸入接口 ；停止工主機工作，啟 動另一單片機為主機。如否，沒有檢測故障，為主單片機繼續工作。單片接IOA和單片機IOB上還分別設有勵磁反饋控制模塊101，勵磁控制模塊101 連接交流勵磁電機11的線圈，在工作的單片機的故障輸出接口輸出運行正常信號時，依據 勵磁反饋信號檢測流勵磁電機11工作是否正常，如是，不做調整；如否，調整工作的單片機 為從機，同時另一單片機為主機。單片接IOA和單片機IOB上還分別設有監控模塊103，處于備用狀態的單片機的監 控模塊103檢測到作為主機的單片機工作異常，等待設定周期后，自動切換為工作單元主 機。參見表1，示出單片機IOA和單片機IOB控制邏輯對應關系表。
權利要求
一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統，其特征在于，包括兩個相互連接的第一單片機和第二單片機，及勵磁開關，第一單片機和第二單片機與交流勵磁電機相連接；第一單片機和第二單片機上各自設有頻率信號輸入接口、電壓信號輸入接口和電流信息號輸入接口，分別用于獲取交流勵磁電機的頻率參數、電壓參數、電流參數等相關運行參數；第一單片機和第二單片機設有勵磁控制模塊，第一單片機和第二單片機中為主機的單片機的勵磁控制模塊，依據交流勵磁電機的頻率參數、電壓參數、電流參數，按預設的規則，得到PWM控制信號，通過勵磁輸出接口傳送到交流勵磁電機，控制交流勵磁電機工作；第一單片機和第二單片機與勵磁開關相連接，當為主機單片機出現故障時，自動啟動為另一單片機為主機。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，第一單片機和第二單片機具有故障自檢模 塊，故障自檢模塊檢測自身運行是否出現故障，如是，通過故障輸出接口輸出運行正常信號 到另一單片機的主、從兩個數字輸入接口，停止主機工作，啟動另一單片機為主機；如否，沒 有檢測故障，為主單片機繼續工作。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一單片接和第二單片機上分別設有勵磁 反饋模塊，勵磁反饋模塊連接交流勵磁電機的線圈，作為主機的單片機的故障輸出接口輸 出運行正常信號時，勵磁反饋模塊依據勵磁反饋信號檢測流勵磁電機工作是否正常，如是， 不做調整；如否，調整工作的單片機為從機。
4.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一單片接和第二單片機上分別設有監控 模塊，處于備用狀態的單片機的監控模塊檢測到作為主機的單片機工作異常，等待設定周 期后，自動切換為工作單元主機。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述設定周期為3個WATCHDOG周期。
全文摘要
本發明涉及一種機車交流輔發勵磁熱冗余控制系統，第一單片機和第二單片機設有勵磁控制模塊，第一單片機和第二單片機中為主機的單片機的勵磁控制模塊，依據交流勵磁電機的頻率參數、電壓參數、電流參數，按預設的規則，得到PWM控制信號，通過勵磁輸出接口傳送到交流勵磁電機，控制交流勵磁電機工作；第一單片機和第二單片機與勵磁開關相連接，當為主機單片機出現故障時，自動啟動為另一單片機為主機。本發明設置兩組單片機實現對機車交流輔助勵磁的熱冗余控制，不需占用機車較大的空間，易于實現。
文檔編號H02J9/06GK101977005SQ20101050720
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者劉智聰, 周少云, 姚曉陽, 班立權, 謝小婷 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司