基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置及方法，装置包括分布式制动处理模块和四个制动控制子模块；分布式制动处理模块采用CAN双绞线与四个制动控制子模块相连，构成总线式通信拓扑结构的内部CAN网络；四个制动控制子模块分别为均衡控制模块、电子分配阀控制模块、列车控制模块、补机控制模块，用于完成各自负责的传感器状态信息采集和执行机构控制；分布式制动处理模块与制动控制子模块及机车其它设备通信，用于完成自身信号采集与输出、监控并记录内部CAN网络通信数据和各制动控制子模块状态信息；当某个模块负责的传感器和执行机构出现故障时，由其它模块协同制动。本发明专利技术能够有效提高系统的可靠性和安全性。

Distributed locomotive braking control device and method based on CANopen protocol

The invention discloses a distributed locomotive brake control device and method based on CANopen protocol, distributed processing module and brake device comprises four brake control module; distributed brake processing module uses CAN twisted pair and four brake control module is connected to form a bus type communication topology within the CAN network; four brake control the module for balance control module, electronic distribution valve control module, control module, train control module for completing their own sensor information collection and actuator control; distributed brake processing module and brake control module and other equipment for locomotive communication, completes its signal acquisition and output, monitor and record internal CAN network communication data and the brake control module status information; when the sensor module is responsible for the A When the actuator is out of order, the other modules cooperate to brake. The invention can effectively improve the reliability and the security of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置及方法
本专利技术涉及一种用于列车制动控制的分布式制动控制装置，特别涉及一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置及方法。
技术介绍
世界轨道交通在朝着“重载列车，高速客运”的目标发展。但是货物重量和列车速运的提升使得机车在制动控制有效可靠性能上提出了更高的要求。目前应用较为广泛的重载列车制动控制单元多为DK-2型制动控制单元，该系统采用集中式设计，整体系统采用单个CPU的工作模式，并辅助以外围输入输出、通信电路实现数据的采集和输出，该系统已成熟应用于我国大多数的电力机车制动系统中，但是考虑到集中式控制所带来的容错以及系统高负荷等问题，提高制动系统的可靠性和安全性，急需研究多个控制模块组成的分布式制动控制单元。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，能够有效提高系统的可靠性和安全性。本专利技术所提供的技术方案是：一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，包括分布式制动处理模块(DBPU)和四个制动控制子模块；所述分布式制动处理模块采用CAN双绞线与四个制动控制子模块相连，构成总线式通信拓扑结构的内部CAN网络，内部CAN网络采用CANopen协议进行通信；四个制动控制子模块分别为均衡控制模块ERCP、电子分配阀控制模块EDCP、列车控制模块BPCP、补机控制模块SLCP，用于完成各自负责的传感器状态信息采集和电磁阀及执行机构控制；所述分布式制动处理模块与制动控制子模块及机车其它设备通信，用于完成自身信号采集与输出、监控并记录内部CAN网络通信数据和各制动控制子模块状态信息；当分布式制动处理模块和四个制动控制子模块中，某个模块负责的传感器和执行机构出现故障时，由其它模块协同制动。所述的分布式制动处理模块包括第一控制模块和通信模块；所述通信模块包括MVB网络通信模块和第一CAN通信模块；所述第一控制模块通过MVB网络通信模块与机车其它设备通信连接，并通过第一CAN通信模块与制动控制子模块通信连接；第一控制模块用于接收机车内部网络信号并产生相应控制输出。所述制动控制子模块包括第二控制模块、第二CAN通信模块、PWM输出模块和状态记录模块；第二控制模块用于处理数字及模拟输入信号，接收制动装置内部CAN网络信号，同时产生相应的控制信号；第二CAN通信模块用于与制动装置内部的CAN通信设备进行数据通信；PWM输出模块用于输出PWM数字量信号；状态记录模块用于记录第二控制模块的输入输出控制指令数据、第二CAN通信模块的信号输入、输出数据、PWM输出模块的输出数据。所述第二控制模块通过第二CAN通信模块与其它三个制动控制子模块以及分布式制动处理模块通信连接。所述电磁阀及执行机构设置有RFID标签；所述制动控制子模块还包括RFID读写模块；RFID读写模块用于对相应制动控制子模块负责的电磁阀及执行机构的RFID标签进行读写，从而辨识制动控制子模块所接的电磁阀及执行机构的属性信息；RFID读写模块与第二控制模块相连，以进行数据通信；所述状态记录模块还用于记录RFID读写模块所读写的RFID标签数据。所述的第一CAN通信模块和第二CAN通信模块结构相同，均包括双口RAM、通信控制器、两个CAN通讯芯片和两个CAN网络数据收发器；双口RAM用于实现CAN通信模块与相应的控制模块实现数据交换；通信控制器用于实现CAN数据收发；CAN通讯芯片用于实现CAN网络通讯；CAN网络数据收发器用于发送及接收CAN数据；控制模块的CPU通过对应的双口RAM与对应的通信控制器通信连接；两个CAN通讯芯片分别通过两个CAN网络数据收发器通信连接至内部CAN网络。所述基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，还包括监控调试终端，用于监控制动控制装置CAN通信数据并进行记录以及系统调试；所述监控调试终端包括微控制器、第三CAN通信模块、RS232接口模块、DC5V稳压源；所述微控制器用于系统调试；所述第三CAN通信模块用于提供CAN通信接口；所述RS232接口模块用于微控制器与上位机相连；所述微控制器与第三CAN通信模块以及RS232接口模块通过总线扩展接口连接；DC5V稳压源用于为监控调试终端提供5V稳定电源；所述的第三CAN通信模块与第一CAN通信模块和第二CAN通信模块相同；所述微控制器通过第三CAN通信模块连接至CAN总线，监控CAN总线数据，并通过RS232接口外接USB-232接口线与上位机相连，将监控到的CAN总线数据通过232接口发送至上位机进行显示和存储；通过上位机将需要调试的程序通过调试终端下载至CAN总线，利用CANopen协议对特定的模块，包括分布式制动处理模块或者制动控制子模块进行调试。所述分布式制动处理模块和四个制动控制子模块还均设置有数字量信号采集模块、模拟量信号采集模块、数字量信号输出模块；分布式制动处理模块中，数字量信号采集模块、模拟量信号采集模块、数字量信号输出模块均【分别通过输入总线扩展模块和输出总线扩展模块】与第一控制模块相连；四个制动控制子模块中，数字量信号采集模块、模拟量信号采集模块、数字量信号输出模块均【分别通过输入总线扩展模块和输出总线扩展模块】与对应的第一控制模块相连；所述数字量信号采集模块用于采集外接设备数字量输入信号；模拟量信号采集模块用于采集外接传感器模拟量数据；数字量信号输出模块用于输出数字量信号；所述数字量信号采集模块采用带过流输入保护以及光电隔离的输入电路；所述数字量信号输出模块采用带有短路保护的输出电路。所述基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，还包括供电单元(PSU)；所述供电单元采用电源硬线与分布式制动处理模块以及四个制动控制子模块连接，为它们提供电源以及线路中继功能。所述供电单元为分布式制动处理模块提供DC110V电源，为四个制动控制子模块提供DC24V电源，并提供CAN总线和I/O线输入输出中继接口功能。所述供电单元包括第三电源转换模块、滤波模块、短路保护模块和中继接口模块；所述第三电源转换模块用于将外部输入的DC110V电源转为DC24V电源；所述滤波模块的输入端连接第三电源转换模块的输入端，滤波模块的输出端用于为其它模块供电，从而实现输入电源滤波；所述短路保护模块用于实现电路短路保护；所述中继接口模块用于提供CAN通信线以及输入输出信号线的中继接口。所述分布式制动处理模块还包括第一电源转换模块，用于将外部输入的DC110V电源转换为DC24V以及DC5V电源，为内部各个其他模块供电；所述四个制动控制子模块中各设有一个第二电源转换模块，用于为第二CAN通信模块中的其它模块提供5V的稳压电源。一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制方法，采用上述的装置进行制动控制，四个制动控制子模块用于完成各自负责的传感器状态信息采集和执行机构控制，并通过CAN总线进行数据交换；在部分传感器以及执行机构故障的情况下，由非故障制动控制子模块协同控制，完成故障节点的功能。本专利技术公开的一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，该装置包括、监控调试终端等单元组成。单元模块之间采用双CAN总线网络进行通信。该分布式制动装置能够实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，包括分布式制动处理模块和四个制动控制子模块；所述分布式制动处理模块采用CAN双绞线与四个制动控制子模块相连，构成总线式通信拓扑结构的内部CAN网络，内部CAN网络采用CANopen协议进行通信；四个制动控制子模块用于完成各自负责的传感器状态信息采集和电磁阀及执行机构控制；所述分布式制动处理模块与制动控制子模块及机车其它设备通信，用于完成自身信号采集与输出、监控并记录内部CAN网络通信数据和各制动控制子模块状态信息；当分布式制动处理模块和四个制动控制子模块中，某个模块负责的传感器和执行机构出现故障时，由其它模块协同制动。

【技术特征摘要】
1.一种基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，包括分布式制动处理模块和四个制动控制子模块；所述分布式制动处理模块采用CAN双绞线与四个制动控制子模块相连，构成总线式通信拓扑结构的内部CAN网络，内部CAN网络采用CANopen协议进行通信；四个制动控制子模块用于完成各自负责的传感器状态信息采集和电磁阀及执行机构控制；所述分布式制动处理模块与制动控制子模块及机车其它设备通信，用于完成自身信号采集与输出、监控并记录内部CAN网络通信数据和各制动控制子模块状态信息；当分布式制动处理模块和四个制动控制子模块中，某个模块负责的传感器和执行机构出现故障时，由其它模块协同制动。2.根据权利要求1所述的基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，所述的分布式制动处理模块包括第一控制模块和通信模块；所述通信模块包括MVB网络通信模块和第一CAN通信模块；所述第一控制模块通过MVB网络通信模块与机车其它设备通信连接，并通过第一CAN通信模块与制动控制子模块通信连接；第一控制模块用于接收机车内部网络信号并产生相应控制输出。3.根据权利要求2所述的基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，所述制动控制子模块包括第二控制模块、第二CAN通信模块、PWM输出模块和状态记录模块；第二控制模块用于处理数字及模拟输入信号，接收制动装置内部CAN网络信号，同时产生相应的控制信号；第二CAN通信模块用于与制动装置内部的CAN通信设备进行数据通信；PWM输出模块用于输出PWM数字量信号；状态记录模块用于记录第二控制模块的输入输出控制指令数据、第二CAN通信模块的信号输入、输出数据、PWM输出模块的输出数据；所述第二控制模块通过第二CAN通信模块与其它三个制动控制子模块以及分布式制动处理模块通信连接。4.根据权利要求3所述的基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，所述的第一CAN通信模块和第二CAN通信模块结构相同，均包括双口RAM、通信控制器、两个CAN通讯芯片和两个CAN网络数据收发器；控制模块的CPU通过对应的双口RAM与对应的通信控制器通信连接；两个CAN通讯芯片分别通过两个CAN网络数据收发器通信连接至内部CAN网络。5.根据权利要求4所述的基于CANopen协议的分布式机车制动控制装置，其特征在于，还包括监控调试终端，用于监控制动控制装置CAN通信数据并进行记录以及系统调试；所述监控调试终端包括微控制器、第三CAN通信模块、RS232接口模块、DC5V稳压源；所述的第三CAN通信模块与第一CAN通信模块和第二CAN通信模块相同；所述微控制器通过第三CAN通信模块连接至CAN总线，监控CAN总线数据，并通过RS232接口外接USB-232接口线与上位机相连，将监...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋富，王东阳，黄志武，张晓勇，陈彬，彭军，杨迎泽，高凯，刘伟荣，李烁，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43