[發明專利]機車牽引控制單元的安全架構

有效

• 申請號: 202010592389.9
• 申請日: 2020-06-25
• 公開（公告）號: CN111775978B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 張巧娟;王力;蘇鵬程;葸代其;于森林;張瑞峰
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: B61C17/00
• 分類號: B61C17/00;G05B19/042
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種機車牽引控制單元的安全架構，其特征在于，包括診斷管理單元、控制單元、通信單元、信號輸入輸出單元和供電單元；

控制單元由主控單元和從控單元構成，控制單元采用“主控單元+從控單元”的控制策略，主控單元將獲取的所有信息進行處理，向從控單元發出控制指令，從控單元執行主控單元的指令信息，同時將檢測到的故障信息上報主控單元；

控制單元、通信單元、信號輸入輸出單元和供電單元均有冗余設計，系統結構設計為串并聯方式，提高了系統的硬件可靠性；

可靠性由“硬件診斷+軟件診斷”來保證，診斷管理單元檢測其他單元狀態，在程序中進行診斷和采取保護措施，具體表現為診斷管理單元對其他各單元內的板卡狀態進行監控，若發現任一板卡發生故障，診斷管理單元通過軟件運算，診斷出故障點，最終確診為無法修復故障，則會切斷故障板卡，啟動備用板卡來保證TCU的正常運行；

控制單元實時檢測通信單元、信號輸入輸出單元和供電單元狀態，軟件設置多項保護措施，在安全性方面形成雙層保證；

1）診斷管理單元

診斷管理單元有一塊板卡；

2）控制單元

控制單元有六塊板卡，主控板1和主控板2構成主控單元，四象限控制板1、四象限控制板2、逆變控制板1和逆變控制板2構成從控單元；

3）通信單元

通信單元有二塊板卡，即通信板和背板；

①通信板不僅能夠實現TCU與外部系統通信功能，還肩負著內部各個板卡之間的通信功能；

②背板上有硬線，通信1、通信2、電源1和電源2通道，該板卡實現了各個板卡間的硬件連接通路，同時也用于實現固定各個板卡位置，起到防止發生松動的作用；

4）信號輸入輸出單元

信號輸入輸出單元有七塊板卡，分別為信號采集處理板1、信號采集處理板2、信號采集處理板3、信號采集處理板4、數字量輸入輸出板、脈沖輸入輸出板1和脈沖輸入輸出板2；

5）供電單元

供電單元有六塊板卡，按供電方向分為內部供電和外部供電兩類，具體如下：

內部供電包含系統電源板1和系統電源板2，主要是為TCU內部各個板卡正常工作供電；

外部供電包含驅動電源板、傳感器電源板、模塊電源板1和模塊電源板2；

①驅動電源板用來給牽引變流器模塊上的脈沖驅動板供電；

②傳感器電源板用來給外部系統各類傳感器工作供電；

③模塊電源板1和模塊電源板2用來給牽引變流器上四象限整流器和牽引逆變器模塊正常工作供電；

其可靠性保障在于：

1）結構方面

體現在TCU的冗余設計上；

①系統電源板1和系統電源板2為電源方面的TCU冗余設計；當系統電源板1失效，使用系統電源板2；

②主控板1和主控板2為控制方面的TCU冗余設計；主控板1、信號采集處理板1、信號采集處理板2和脈沖輸入輸出板1形成子系統1，主控板2、信號采集處理板3、信號采集處理板4和脈沖輸入輸出板2形成子系統2；子系統1的主控板1、信號采集處理板1、信號采集處理板2和脈沖輸入輸出板1中任一板失效，使用子系統2；

③信號采集處理板1和信號采集處理板2為子系統1在信號采集方面的TCU冗余設計；信號采集處理板3和信號采集處理板4為子系統2在信號采集方面的TCU冗余設計；

④脈沖輸入輸出板1和脈沖輸入輸出板2為信號輸出方面的TCU冗余設計；

⑤通信板上設置兩條獨立的通道為通信方面的TCU冗余設計；當通信板中通道1失效，使用通道2；

2）診斷管理方面

牽引控制單元的故障診斷采用硬件+軟件相配合的方式進行；

①硬件管理

A.診斷管理板監控各單元所有板卡的硬件狀態；

B.系統上電后，系統默認系統電源板1供電，系統默認子系統1工作；

C.若診斷管理板診斷并確認系統電源板1板卡故障，則控制系統電源板1斷開，切換到系統電源板2閉合；

D.若診斷管理板診斷并確認子系統1中的任一板卡硬件故障，則將子系統1斷開，切換到子系統2工作；

②軟件管理

以系統電源板1和子系統1正常工作進行說明；

A.四象限控制板發生故障

主控板1監測到四象限控制板1、四象限控制板2中的任何一個發生故障，則隔離故障的那個板卡，另一個四象限控制板繼續正常工作；同時，逆變控制板1、逆變控制板2控制牽引變流器輸出功率減小，主控板1上報狀態給TCMS；

B.逆變控制板發生故障

主控板1監測到逆變控制板1、逆變控制板2中的任何一個發生故障，則隔離故障的那個板卡，另一個逆變控制板繼續正常工作；

C.通信板發生故障

系統上電，默認使用通信板中的通信通道1；

若通信通道1發生故障，主控板1監測到故障信息，則將通信通道1斷開，切換到通信通道2。