Tcn機車網絡控制試驗裝置的製作方法

2023-12-01 00:34:41 1

專利名稱：：Tcn機車網絡控制試驗裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及鐵路行業的基於TCN標準的電力機車網絡控制，尤其涉及一種用於現場網絡設備試驗的TCN機車網絡控制試驗裝置。技術背景在我國，電力機車一直採用集中式控制方式，即現場所有信號的採集與控制都需要通過硬線連接到集中控制計算機上，由於導線數量極多，接點處發生故障的機率很大，因此系統的可靠性很低，故障率高，維修難度很大。隨著國外先進的TCN網絡控制技術高速發展，我國的電力機車也開始陸續採用TCN技術。IEC61375-1《列車通信網絡》(簡稱TCN標準)是一項國際標準，也是我國鐵路行業標準。TCN標準是為鐵路機車車輛這一特殊應用領域設計的現場總線標準，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯掛、不同廠商的設備能夠互聯。TCN標準定義了MVB(多功能列車總線)和WTB(絞線式列車總線)兩種總線形式。TCN標準只是規定了網絡數據傳輸方式，如何構建整個TCN網絡控制系統的試驗裝置，對於鐵路機車行業的現代化具有重要的創新意義。與傳統的控制方式相比，採用TCN網絡控制有以下特點表lTCN的主要特點特性絞線式列車總線WTB多功能車輛總線MVB總線結構可變式結構，當組成改變時可自動編組固定結構和設備地址總線介質雙絞屏蔽線，特徵阻抗120Q(860m,32個節點，相當於22節UIC車輛)基於RS-485的雙絞線(20m，32個設備)變壓器耦合的雙絞屏蔽線(200m,32個設備)帶星耦器的光纖(2000m，2個設備)物理冗餘雙份物理介質雙份物理介質信號形式有1632位幀頭的曼徹斯特碼有分界符的曼徹斯特碼信號數據速度l崖bit/s1.5Mbit/s地址區間過程數據(每節點1個)和消息數據都為8位地址過程數據(邏輯地址)和消息數據(物理地址)都為12位地址物理地址點對點和廣播點對點和廣播tableseeoriginaldocumentpage4目前我國機車行業採用的TCN產品都是國外的標準件，關鍵設備一直依賴進口，雖然有自主研發的相關產品，但都只是簡單的替換和代用，沒有形成應用於機車行業的TCN網絡控制試驗裝置。所以TCN機車網絡控制試驗裝置的研製成功，標誌著全部TCN試驗平臺技術已經攻克，填補了國內這一領域的空白，使我國的TCN機車網絡控制試驗平臺技術上了一個新臺階。
發明內容本實用新型的目的是提供一種新型的TCN機車網絡控制試驗裝置，主要測試被試驗的機車網絡控制系統是否完成以下兩個方面的功能一方面是既實現MVB過程數據、消息數據、監視數據和網絡管理功能，也實現WTB初運行、鏈路層管理、過程數據、消息數據等功能；另一方面是完成機車中央控制功能、顯示故障診斷功能、故障保護功能和兩節車重聯控制功能。本實用新型的技術解決方案是這樣實現的一種基於TCN的機車網絡控制試驗裝置其特徵在於包括WTB板卡、MVB板卡、CPU板卡、電源板卡和背板，所述的WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡都是通過背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡提供工作電壓；所述的WTB板卡負責列車總線設備的數據採集和傳輸；所述的MVB板卡負責車輛總線設備的數據採集和控制；所述的CPU板卡負責列車總線和車輛總線設備數據的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監控數據流。所述的WTB總線板卡包括WTB共享RAM、MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA邏輯處理器、WTB總線驅動器和WTB隔離變壓器，所述的背板通過背板總線與WTB共享RAM連接，然後通過內部總線依次與MCU微控制器、HDLC控制器和FPGA邏輯處理器、WTB總線驅動器和WTB隔離變壓器相連接。所述的MVB總線板卡包括MVB共享RAM、MVB協議控制器、MVB總線驅動器和MVB隔離變壓器，所述的背板由背板總線經MVB協議控制器及MVB共享RAM,然後通過內部總線依次與MVB協議控制器、MVB總線驅動器和MVB隔離變壓器相連接。所述的CPU總線板卡包括中央處理器、乙太網協議控制器、RS232協議控制器和RS485協議控制器，所述的中央處理器經過電平轉換電路和背板總線與背板連接，同時經過系統總線與FLASH和SRAM以及乙太網、RS232和RS485接口相連接。所述的背板的背板總線結構將各種板卡有機的組合成一個整體，電源板卡採用模塊化設計以負責整個平臺的電源供電。本裝置是將一種基於IEC61375-1和EN50155標準的TCN網絡試驗技術應用到鐵路機車控制領域，具有設計新穎、高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點，在機車車輛領域有廣泛的應用前景。圖l為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型的CPU板卡結構框圖；圖3為本實用新型的WTB總線板卡結構框圖；圖4為本實用新型的MVB總線板卡的結構框圖；圖5為本實用新型CPU板卡中ARM及其外圍電路接口電路圖；圖6為本實用新型的WTB總線板卡中MCU微控制器和HDLC控制器的電路連接圖7為本實用新型的WTB總線板卡中FPGA邏輯處理器的電路連接圖；圖8為本實用新型的MVB總線板卡中MVB協議控制器的電路連接圖；圖9為TCN機車網絡控制試驗平臺拓撲結構圖；圖1為本實用新型的說明書摘要附圖。圖中1、WTB總線板卡，2、MVB總線板卡，3、CPU板卡，4、電源板卡，5、背板，6、中央處理器，7、乙太網協議控制器，8、RS232協議控制器，9、RS485協議控制器，10、WTB共享RAM，11、MCU微控制器，12、HDLC控制器，13、FPGA邏輯處理器，14、WTB總線驅動器，15、WTB隔離變壓器，16、MVB共享RAM，17、MVB協議控制器，18、MVB總線驅動器，19、MVB隔離變壓器。具體實施方式如圖19所示，一種基於TCN的機車網絡控制試驗平臺，其特徵在於包括WTB總線板卡1、MVB總線板卡2、CPU板卡3、電源板卡4和背板5，所述的WTB總線板卡1、MVB總線板卡2和CPU板卡3通過背板5上的背板總線相連接；所述的電源板卡4安裝在背板5上對WTB總線板卡1、MVB總線板卡2和CPU板卡3進行統一供電；所述的WTB總線板卡1負責採集和控制WTB總線上設備的數據流；所述的MVB總線板卡2負責釆集和控制MVB總線上設備的數據流；所述的CPU板卡1負責WTB總線和MVB總線設備數據的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監控數據流。WTB總線板卡1包括WTB共享RAM10、MCU微控制器11、HDLC控制器12、FPGA邏輯處理器13、WTB總線驅動器14和WTB隔離變壓器15。所述的設備數據通過背板5的背板總線和WTB共享RAM10傳入MCU微控制器11中，再通過HDLC控制器12和FPGA邏輯處理器件13的信號編碼調製，經過WTB總線驅動器14和WTB隔離變壓器15傳送到列車總線上去；所述WTB總線板卡還可以接收列車總線上的傳輸數據，經過處理後回傳到背板5的背板總線上。WTB隔離變壓器11為高頻隔離變壓器，它的隔離電壓達1500Vrms，EMC滿足正C61000-4標準。MVB總線板卡2包括MVB共享RAM16、MVB協議控制器17、MVB總線驅動器18和MVB隔離變壓器19。所述的設備數據流從背板5的背板總線經MVB協議控制器17允許，傳入MVB共享RAM16，然後讀入MVB協議控制器17中，再通過MVB總線驅動器18和MVB隔離變壓器19的信號隔離調整，傳送到車輛總線上去；所述MVB總線板卡還可以接收車輛總線上的傳輸數據，經過處理後回傳到背板5的背板總線上。MVB隔離變壓器19為高頻隔離變壓器，它的隔離電壓達1500Vrms，EMC滿足IEC61000-4標準。CPU總線板卡1包括中央處理器6、乙太網協議控制器7、RS232協議控制器8和RS485協議控制器9。所述的中央處理器6分別傳送列車總線和車輛總線數據流，經過背板5的背板總線傳入WTB總線板卡1和MVB總線板卡2，同時中央處理器6將採集的數據信息生成用於列車車輛診斷分析的數據流，分別經過乙太網控制器7、RS232控制器8和RS485控制器9對外輸出。另外，中央處理器6還負責提供工作電源和實時時鐘。其中WTB總線板卡2為列車總線板卡，MVB總線板卡3為車輛總線板卡；MCU微控制器11為Z8S180、HDLC控制器為Z85230、WTB隔離變壓器15為VAC-X123、MVB協議控制器17為MVBC01、MVB總線驅動器18為LCT1485、MVB隔離變壓器19為VAC-X123;中央處理器6為ARM(NET-ARM)主控制器是整個系統的核心部分，它由兩部分組成即硬體和軟體。硬體的作用主要是負責列車總線和車輛總線數據的中央處理及兩種總線數據流的交換，以及乙太網、RS485和RS232數據流的生成，同時還要負責提供工作電源和實時時鐘等，軟體則完成網絡協議棧功能和機車控制功能。MCU微控制器11是WTB網絡的核心器件，它負責將WTB共享RAM10中要傳輸的過程數據、消息數據和監視數據轉化成WTB網絡協議所規定的數據流送到HDLC控制器12，或者將HDLC控制器12送來的串行信號解析成標準數據並將其存入WTB共享RAM10，隨之引發中斷請求信號，以供中央處理器6讀取。每個板卡與板卡之間的連接為背板總線，該背板總線遵循了標準的VME總線，背板總線插座是將上述板卡連接起來的物理結構，它將板卡間的信號安照特殊的要求進行走線和電平匹配，同時提供了整個TCN網絡控制試驗平臺的IIOV的外電源供電接口。所述的背板設計是根據機車現場電氣環境的特點設計的，背板總線信號均為5V系統，具有高的可靠性、良好靈活性能和可擴展性能；電源板卡4採用的是模塊化設計的方法，使用的核心電源模塊為日本COSEL公司生產電源模塊晶片，目的是將+110V電壓轉換為+5V電源，供給機箱內板卡使用，是一個十分穩定的電源。如圖9所示，是由上述三塊板卡所構建的平臺，與機車相對應來說，它是兩節重聯的機車，兩節機車通過WTB總線連接在一起，每節機車包含三塊板卡，MVB總線板卡採集各自機車的信息，WTB總線板卡將本機車的信息發送到其他機車，同時接收其他機車的信息。如果需要更多的機車重聯，那麼每個機車內就需要一套這樣的設備。系統構架圖如圖所示，TCN機車網絡控制試驗平臺清晰可見由WTB總線板卡、MVB總線板卡以及CPU板卡組成TCN網絡的中央控制單元，MVB—類板卡以及底層的DX、AX等板卡組成TCN網絡的採集執行單元。此夕卜，TCN網絡還包括智能顯示單元(IDU)等。每個MVB總線板卡和一塊MVB—類板卡、IDU連接起來，所有的WTB總線板卡均連通在一起。兩節機車的拓撲結構，最底層板卡為數字量和模擬量板卡，它將數據交給MVB—類板卡，生成MVB數據格式報文，然後由MVB總線板卡、CPU板卡和WTB總線板卡傳送到WTB總線上的其他機車。同時反過來也是將其他機車的數據發送到最底層的板卡。整個系統的數據流如上所述。當然，根據機車的要求還可以帶很多其他設備，比如制動單元、壓縮機單元等。權利要求1、一種TCN機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於包括WTB板卡(1)、MVB板卡(2)、CPU板卡(3)、電源板卡(4)和背板(5)，所述的WTB板卡(1)、MVB板卡(2)和CPU板卡(3)都是通過背板(5)上的背板總線相連接，而電源板卡(4)為WTB板卡(1)、MVB板卡(2)和CPU板卡(3)提供工作電壓；所述的WTB板卡(1)負責列車總線設備的數據採集和傳輸；所述的MVB板卡(2)負責車輛總線設備的數據採集和控制；所述的CPU板卡(3)負責列車總線和車輛總線設備數據的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監控數據流。2、根據權利要求1所述的TCN機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於所述的WTB總線板卡包括WTB共享RAM(10)、MCU微控制器(11)、HDLC控制器(12)、FPGA邏輯處理器(13)、WTB總線驅動器(14)和WTB隔離變壓器(15)，所述的背板(5)通過背板總線與WTB共享RAM(10)連接，然後通過內部總線依次與MCU微控制器(11)、HDLC控制器(12)和FPGA邏輯處理器(13)、WTB總線驅動器(14)和WTB隔離變壓器(15)相連接。3、根據權利要求1所述的TCN機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於所述的MVB總線板卡包括MVB共享RAM(16)、MVB協議控制器(17)、MVB總線驅動器(18)和MVB隔離變壓器(19)，所述的背板(5)由背板總線經MVB協議控制器(17)及MVB共享RAM(16),然後通過內部總線依次與MVB協議控制器(17)、MVB總線驅動器(18)和MVB隔離變壓器(19)相連接。4、根據權利要求1所述的TCN機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於所述的CPU總線板卡包括中央處理器(6)、乙太網協議控制器(7)、RS232協議控制器(8)和RS485協議控制器(9)，所述的中央處理器(6)經過電平轉換電路和背板總線與背板(5)連接，同時經過系統總線與FLASH和SRAM以及乙太網、RS232和RS485接口相連接。5、根據權力要求1所述的TCN機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於所述的背板(5)的背板總線結構將各種板卡有機的組合成一個整體，電源板卡採用模塊化設計以負責整個平臺的電源供電。專利摘要本實用新型公開了一種基於TCN的機車網絡控制試驗裝置，其特徵在於包括WTB總線板卡、MVB總線板卡、CPU板卡、電源板卡和背板，所述的WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡都是通過背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡提供工作電壓；所述的WTB板卡負責列車總線設備的數據採集和傳輸；所述的MVB板卡負責車輛總線設備的數據採集和控制；所述的CPU板卡負責列車總線和車輛總線設備數據的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監控數據流。本實用新型是一種符合國際標準的TCN網絡技術，具有設計新穎、高可靠性等特點，適合在我國機車車輛和電廠等工業領域中應用。文檔編號H04L12/26GK201044455SQ200720012259公開日2008年4月2日申請日期2007年5月24日優先權日2007年5月24日發明者躍於,健吳,濤吳,姜悅禮,李常賢,謝步明申請人:謝步明