一种辅助变流器的控制装置的制作方法

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种辅助变流器的控制装置。

背景技术：

辅助变流器是轨道交通中的列车供电的来源，其带有逆变和降压等多个环节。辅逆控制器是用于控制辅助变流器的核心单元，其特点是具有信号运算、滤波、模-数转换、算法控制、故障保护、通用i/o(input/output，输入输出)接口、状态监视、通讯和显示等多种功能,这些功能都与辅助变流器的方案拓扑密切联系。

现有的辅逆控制器采用定制化结构，整个辅逆控制器被分散为不同板卡，并分布在辅逆变流器的不同控制环节上，每个控制环节之间通过通讯来建立联系。

上述辅逆控制器依赖于辅助变流器的拓扑结构，由于辅助变流器的拓扑结构变化多样，针对不同拓扑结构的辅助变流器需要重新开发辅逆控制器，从而导致辅逆控制器型号版本多，维护工作量也大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述针对不同拓扑结构的辅助变流器需要重新开发辅逆控制器缺陷，提供一种辅助变流器的控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种辅助变流器的控制装置，包括核心控制单元以及多个独立的需求模块；所述核心控制单元具有分别与所述多个需求模块的类型对应的多种类型的模块接口，所述多个需求模块分别包括多种类型的功能电路，所述核心控制单元集成有多种拓扑类型的辅助变流器的控制逻辑，且所述多个需求模块分别连接到所述核心控制单元的对应的模块接口中。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，每一所述需求模块配置有标准的一个第一接口单元，每类所述模块接口包括至少一个标准的第二接口单元，且每一所述需求模块通过所述第一接口单元与对应的所述模块接口中的一个第二接口单元连接

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述第一接口单元设置在所述需求模块的底部且包括一组第一端子，所述需求模块的顶部的左右两侧分别具有一个固定耳，所述装置包括一个槽形支架，所述核心控制单元呈板状且安装于所述槽形支架的底部；多个所述第二接口单元沿所述核心控制单元的长度方向排布，且所述第二接口单元包括一组第二端子；所述需求模块通过所述一组第一端子与所述一组第二端子插接，并通过所述固定耳与所述槽形支架固定。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述核心控制单元包括：主控制器、现场可编程逻辑门阵列fpga、处理电路以及所述模块接口；

所述需求模块包括：电源模块、采集模块、存储和/或显示模块、驱动模块、通用io模块以及通讯模块。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述通讯模块包括多功能车辆总线mvb通讯模块，所述通讯模块还包括以下任意模块之一或者组合：以太网通讯模块、can通讯模块、rs232通讯模块、rs485通讯模块；

所述模块接口包括：与所述电源模块对应的电源模块接口，与所述采集模块对应的采集模块接口，与所述存储和/或显示模块对应的存储和/或显示模块接口，与所述驱动模块、所述通用io模块、mvb通讯模块对应的综合模块接口，与所述以太网通讯模块、can通讯模块、rs232通讯模块、rs485通讯模块以及其组合对应的通讯模块接口。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述处理电路包括：辅助电源电路、辅助功能电路、模拟采样及故障保护电路、以太网通讯电路、数字选择器；

所述电源模块接口与所述辅助电源电路连接，所述采集模块接口与所述模拟采样及故障保护电路连接，所述存储和/或显示模块接口与所述fpga连接，所述综合模块接口与所述fpga以及数字选择器连接，所述通讯模块接口通过以太网线与所述以太网通讯电路连接，以及通过can、rs232、rs485总线与主控制器连接，所述以太网通讯电路与所述主控制器通过mii接口连接；

所述辅助电源电路、辅助功能电路、电源模块接口均通过spi总线与所述主控制器的同一个spi接口连接，所述模拟采样及故障保护电路、fpga均通过spi总线与所述主控制器的同一个spi接口连接，所述综合模块接口、fpga均通过spi总线与所述主控制器的同一个spi接口连接，所述辅助功能电路、模拟采样及故障保护电路、fpga过均通过并行总线与所述主控制器的同一个并行总线接口连接，所述fpga通过i2c总线与所述主控制器的i2c总线接口连接，fpga以及所述模拟采样及故障保护电路还分别直接与所述主控制器的io接口连接，所述模拟采样及故障保护电路还与所述fpga连接。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述模拟采样及故障保护电路包括：滤波电路、并行ad转换器、硬件故障比较器、串行da转换器，

其中，所述滤波电路可接入40路采样信号并对所述采样信号进行滤波，所述滤波电路的40路输出连接所述硬件故障比较器的输入端，且所述滤波电路的40路输出中的16路连接所述并行ad转换器的输入，其余32路连接主控制器内部的ad转换器；所述并行ad转换器的输出通过并行总线与所述主控制器连接，所述串行da转换器的输入经由spi总线与所述主控制器连接，所述串行da转换器的输出连接所述硬件故障比较器的参考端，所述硬件故障比较器的输出端与所述fpga连接，用于将主控制器预设的参考值区间与采样信号的值进行比较，并在所述采样信号的值落入所述参考值区间外时输出故障信号至所述fpga。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述辅助功能电路包括：实时时钟、温度传感器、串行数据存储器、并行拓展存储器、串转并驱动器、状态显示电路；所述实时时钟、温度传感器、串行数据存储器、串转并驱动器通过spi总线与所述主控制器连接，所述状态显示电路与所述串转并驱动器连接，所述并行拓展存储器通过并行总线与所述主控制器连接。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述辅助电源电路包括24v转12v电源、5v电源、3.3v电源、1.2v电源转换电路、可充电电池、管理电路，管理电路包含电源硬件复位电路、电池充电电路和串行ad转换器组成的在线检测电路。

在本发明所述的辅助变流器的控制装置中，所述电源模块接口中的所有第二接口单元提供2个用于24v输入的接口、2个用于±12v输入的接口、12个用于24v输出的接口、12个用于±12v输出的接口、12个用于5v输出的接口；

所述采集模块接口中的所有第二接口单元提供40个模拟量采样接口和功能可配置的40个io接口，每个采样通道的采样信号触发报警所对应的参考值通过主控制器设置；

所述综合模块接口的所有第二接口单元提供200个功能可配置的数字io接口及24个模拟量输入接口，数字io接口可通过fpga配置为pwm驱动信号接口、故障保护信号接口、通用逻辑io接口或并行总线接口；

所述通讯模块接口包括3个用于接入can总线的第二接口单元、1个用于接入rs232总线的第二接口单元、1个用于接入rs485总线的第二接口单元和1个用于接入以太网的第二接口单元。

实施本发明的辅助变流器的控制装置，具有以下有益效果：本发明的不同拓扑类型的辅助变流器的控制功能集成在一个核心控制单元内，其他不同类型的功能以独立的需求模块的形式，使用者可以根据需求，选择需求模块的种类以及每个种类的数量，将其连接到核心控制单元对应的模块接口中即可，通过不同需求模块组合，能灵活实现不同的变换器控制，对简单的拓扑保持成本优势，复杂的拓扑保持资源丰富，产品标准单一化，维护、管理方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明辅助变流器的控制装置的结构框图；

图2是核心控制单元的结构示意图；

图3是模拟采样及故障保护电路的结构示意图；

图4是辅助功能电路的结构示意图；

图5是本发明辅助变流器的控制装置的分解图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，本发明的辅助变流器的控制装置包括核心控制单元以及多个独立的需求模块。所述核心控制单元具有分别与所述多个需求模块的类型对应的多种类型的模块接口，所述多个需求模块分别包括多种类型的功能电路，所述核心控制单元集成有多种拓扑类型的辅助变流器的控制逻辑，且所述多个需求模块分别连接到所述核心控制单元的对应的所述模块接口中。

具体的，每一所述需求模块配置有标准的一个第一接口单元，每类模块接口包括至少一个标准的第二接口单元，且每一所述需求模块通过所述第一接口单元与对应的所述模块接口中的一个第二接口单元连接。使用者可以根据需求，选择需求模块的种类以及每个种类的数量，将其插接到对应的模块接口中即可。

下面具体介绍核心控制单元以及各个需求模块。

较佳实施例中，需求模块根据类型划分，包括以下7种类型需求模块：电源模块、采集模块、存储和/或显示模块、驱动模块、通用io(inputoutput，输入输出)模块以及通讯模块。

其中，所述电源模块包括24v滤波电路、24v转5v电路、24v转±12.2v电路、输入软启动防反电路、输入输出欠过压保护电路、电压电流采样电路。

其中，所述采集模块包括低压网络检测电路、温度检测电路、采样电阻、增益可配置的滤波处理电路。

其中，所述存储和/或显示模块包括一张4g容量的sd卡、管理电路、锁存电路和10个led状态灯。

其中，所述驱动模块包括带有模拟量采样的电驱动模块和不带模拟量采样的光纤驱动模块。

其中，通用io模块包括110v标准8个数字输入以及8个数字输出模块和24v标准8个数字输入以及8个数字输出模块两种类型。

其中，所述通讯模块包括mvb(multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线)通讯模块，所述通讯模块还包括以下任意模块之一或者组合：以太网通讯模块、can(controllerareanetwork，控制器局域网络)通讯模块、rs232通讯模块、rs485通讯模块。由于can通讯的使用场合比较多，所以一般将can模块与其他通讯模块整合在一起作为一个需求模块，例如can+以太网，can+rs232，can+rs485。

以上7类需求模块对应所述核心控制单元中的5类模块接口：电源模块接口、采集模块接口、存储和/或显示模块接口、综合模块接口、通讯模块接口。

具体的，电源模块对应的电源模块接口，所述采集模块对应的采集模块接口，所述存储和/或显示模块对应的存储和/或显示模块接口，所述驱动模块、所述通用io模块、mvb通讯模块对应的综合模块接口，所述以太网通讯模块、can通讯模块、rs232通讯模块、rs485通讯模块以及其组合对应的通讯模块接口。

其中，所述电源模块接口中的所有第二接口单元提供2个用于24v输入的接口、2个用于±12v输入的接口、12个用于24v输出的接口、12个用于±12v输出的接口、12个用于5v输出的接口。

所述采集模块接口中的所有第二接口单元提供40个自带硬件保护的模拟量采样接口和功能可配置的40个io接口，每个采样通道的采样信号触发报警所对应的参考值通过主控制器设置；

所述综合模块接口的所有第二接口单元提供200个功能可配置的数字io接口及24个模拟量输入接口，数字io接口可通过fpga(field－programmablegatearray，现场可编程逻辑门阵列)配置为pwm驱动信号接口、故障保护信号接口、通用逻辑io接口或并行总线接口；

所述通讯模块接口包括3个用于接入can总线的第二接口单元、1个用于接入rs232总线的第二接口单元、1个用于接入rs485总线的第二接口单元和1个用于接入以太网的第二接口单元。

参考图2，较佳实施例中，所述核心控制单元具体包括：主控制器、fpga、处理电路以及以上阐述的5种类型的模块接口。其中，所述处理电路包括：辅助电源电路、辅助功能电路、模拟采样及故障保护电路、以太网通讯电路、数字选择器。

具体的，所述电源模块接口与所述辅助电源电路连接(未特意说明的连接可以是基于电子线连接或者pcb(printedcircuitboard，印制电路板)的走线连接)，所述采集模块接口与所述模拟采样及故障保护电路连接，所述存储和/或显示模块接口通过sd卡(securedigitalmemorycard，安全数码卡)数据线与所述fpga连接以传输存储数据，所述存储和/或显示模块接口还通过pcb走线与所述fpga连接以传输led(lightemittingdiode，发光二极管)显示信号，所述综合模块接口与所述fpga以及数字选择器连接，所述通讯模块接口通过以太网线与所述以太网通讯电路连接，以及通过can、rs232、rs485总线与主控制器连接，所述以太网通讯电路与主控制器通过mii接口(mediaindependentinterface，介质无关接口，也称媒体独立接口)连接；

所述辅助电源电路、辅助功能电路、电源模块接口均通过spi(serialperipheralinterface，串行外设接口)总线与主控制器的同一个spi接口连接，所述模拟采样及故障保护电路、fpga均通过spi总线与主控制器的同一个spi接口连接，所述综合模块接口、fpga均通过spi总线与主控制器的同一个spi接口连接，所述辅助功能电路、模拟采样及故障保护电路、fpga过均通过并行总线与主控制器的同一个并行总线接口连接，所述fpga通过i2c总线与主控制器的i2c总线接口连接，所述fpga以及所述模拟采样及故障保护电路还分别直接与主控制器的io接口连接，所述模拟采样及故障保护电路还与fpga连接。

结合图2，参考图3，所述模拟采样及故障保护电路包括：滤波电路、并行ad(analogdigital，模拟数字)转换器、硬件故障比较器、串行da(digitalanalog，数字模拟)转换器，其中，所述滤波电路可接入40路采样信号并对所述采样信号进行滤波，滤波电路的40路输出连接所述硬件故障比较器的输入端，且滤波电路的40路输出中的16路连接所述并行ad转换器的输入，其余32路连接主控制器内部的ad转换器；所述并行ad转换器的输出通过并行总线与所述主控制器连接，所述串行da转换器的输入经由spi总线与所述主控制器连接，所述串行da转换器的输出连接所述硬件故障比较器的参考端，所述硬件故障比较器的输出端与所述fpga连接，用于将主控制器预设的参考值区间与采样信号的值进行比较，并在采样信号的值落入所述参考值区间外时输出故障信号至所述fpga。

如图3，滤波电路采集最多达40路的模拟量(即采样信号)，其余24位采用mcu(microcontrollerunit，微控制单元)自带的12位ad转换器采集。而串行da转换器和硬件故障比较电路用于将40路模拟量(即采样信号)与触发报警所对应的参考值区间进行比较，输出故障指示信号传达至fpga。

结合图2，参考图4，所述辅助功能电路包括：实时时钟、温度传感器、串行数据存储器、并行拓展存储器、串转并驱动器、状态显示电路；所述实时时钟、温度传感器、串行数据存储器、串转并驱动器通过spi总线与所述主控制器连接，所述状态显示电路与所述串转并驱动器连接，所述并行拓展存储器通过并行总线与所述主控制器连接。

其中，实时时钟通过串行总线上传至微控制器，用于实现时间与必要故障信息、与上级车控设备和其他设备的信息同步等。温度传感器安装在核心控制单元的较热的印制板上，用于采集印制板附近的温度，实现异常状态下的指示和保护功能。串行数据存储器包括板上的eeprom(electricallyerasableprogrammablereadand-writememory，电可擦可编程读写存储器)存储器。状态显示电路由13个led组成，通过串转并驱动器、串行总线与核心处理器相连，可实现对控制装置典型运行状态和扩展模块状态进行指示。

优选的，所述辅助电源电路包括24v转12v电源、5v电源、3.3v电源、1.2v电源转换电路、可充电电池、管理电路，管理电路包含电源硬件复位电路、电池充电电路和串行ad转换器组成的在线检测电路。可充电电池用于为实时时钟和存储器供电。

由于本发明设计了一种集中控制型的核心架构，该控制架构以主控制器和fpga为核心，并包含丰富的接口、管理和保护资源，具有完整控制和保护功能、并可灵活配置和扩展的核心架构，避免了传统方案中通讯回路带来的安全风险，提高了控制性能和整体保护能力。

为了提高整个装置的紧凑性，实现需求模块的灵活安装，如图5所示，具体的，第一接口单元31设置在所述需求模块的底部且包括一组第一端子，所述需求模块的顶部的左右两侧分别具有一个固定耳，所述装置包括一个横截面呈u型的槽形支架10，槽形支架10包括底板和左右两个侧板，所述核心控制单元20呈板状且安装于所述槽形支架底部的底板上，多个第二接口单元21沿所述核心控制单元的长度方向排布，所述第二接口单元21包括一组第二端子。

安装需求模块时，将需求模块底部的一组第一端子与需求模块对应的模块接口中的任意一组第二端子插接，且通过所述固定耳与所述槽形支架的两个侧板顶部固定。使用者可以根据需求，选择需求模块的种类以及每个种类的数量，将其插接到对应的模块接口中即可，例如，由于采集模块类型的单个需求模块只有8路模拟量采集功能，所以如果需要40路模拟量采集，则需要选择5个采集模块类型的需求模块。图5中30a、30b、30c即3个种类的需求模块，从图中可以看出，30a、30b、30c的数量分别为3、3、1。这种根据需求选择需求模块的种类和数量的方式组装得到应用于某个具体拓扑结构的辅助变流器的方式，简单方便，易于维护。

优选的，为了防止将需求模块插入到非对应的模块接口中，可以在第一端子、第二端子上设置防呆结构。

综上所述，实施本发明的辅助变流器的控制装置，具有以下有益效果：本发明的不同拓扑类型的辅助变流器的控制功能集成在一个核心控制单元内，其他不同类型的功能以独立的需求模块的形式，通过不同需求模块组合，能灵活实现不同的变换器控制，对简单的拓扑保持成本优势，复杂的拓扑保持资源丰富，产品标准单一化，维护、管理方便。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。