列车及其车载电网控制器的制作方法

本发明涉及列车供电控制技术领域，尤其涉及一种列车及其车载电网控制器。

背景技术：

随着磁悬浮列车示范线的成功建设和顺利运营，磁悬浮交通系统的建设成本低、运行噪声小、运行速度快等优势得到全面体现，磁悬浮列车已成为21世纪高速客运交通系统竞争之一。

目前，磁悬浮列车的车载电网、悬浮、导向等控制核心技术尚未成熟，需要对磁悬浮列车的各个子系统进行深入的研究。车载电网系统作为列车的一个关键子系统，其能否安全、稳定、可靠的运行，直接关系到磁悬浮列车的正常运行。

但是，既有车载电网控制器一般仅提供基本的供电控制功能，功能单一，无法较好地保证磁悬浮列车车载电网系统的安全、稳定、可靠的运行。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法较好地保证磁悬浮列车车载电网系统的安全、稳定、可靠的运行的缺陷，提供一种列车及其车载电网控制器。

本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：

一种用于列车的车载电网控制器，其包括：

电路板，用于与车辆诊断计算机通信连接；

数据收集模块，与所述电路板通信连接，并且被配置为采集车载电网的诊断监测数据；以及，

通讯卡，分别与所述数据收集模块及所述电路板通信连接，并且被配置为响应于从所述收据收集模块获取到所述诊断监测数据，将所述诊断监测数据输出至所述车辆诊断计算机，以进行车载电网的诊断控制。

可选地，所述数据收集模块包括至少一个采集卡；

所述采集卡上设有多路数字量输入通道；

至少一个所述采集卡分别与所述通讯卡通信连接，并且被配置为采集所述车载电网的诊断监测数据及控制信号，并且将采集到的诊断监测数据及控制信号发送至所述通讯卡。

可选地，所述数据收集模块包括dio(数字量输入输出)卡；

所述dio卡上设有多路全斩波冗余数字量输入通道及多路继电器触点输出通道；

所述dio卡与所述通讯卡通信连接，并且被配置为采集所述车载电网的控制信号、诊断监测数据和/或监测数据，并且将采集到的控制信号、诊断监测数据和/或监测数据发送至所述通讯卡。

可选地，所述数据收集模块包括与逻辑卡；

所述与逻辑卡上设有多路数字量输入通道；

所述与逻辑卡与所述通讯卡通信连接，并且被配置为采集所述车载电网的控制信号、诊断监测数据和/或监测数据，并且将采集到的控制信号、诊断监测数据和/或监测数据发送至所述通讯卡。

可选地，所述通讯卡上设有四路以太网接口；

所述通讯卡上的两路以太网接口用于维护程序和下载数据，其余两路以太网接口用于与所述车辆诊断计算机的数据交互。

可选地，所述数据收集模块与所述通讯卡通过blvds总线(基于lvds技术的总线接口电路的一个新系列，专门用于实现多点电缆或电路板应用)通信连接。

可选地，所述车载电网控制器还包括电网滤波卡；

所述电网滤波卡与所述电路板电连接；

所述电网滤波卡用于通过电路板连接器与外部电源电连接，并且向与所述电路板通信连接的各个板卡供电。

可选地，所述电网滤波卡上设有至少两路相互冗余的供电线路；

所述电网滤波卡用于通过至少两路供电线路向与所述电路板通信连接的各个板卡供电。

可选地，所述车载电网控制器还包括至少两个相互冗余的选择开关及受流器控制卡；

至少两个所述选择开关及受流器控制卡分别与所述电路板及所述数据收集模块通信连接；

所述数据收集模块被配置为从所述选择开关及受流器控制卡采集车载电网的诊断监测数据及控制信号。

可选地，所述车载电网控制器还包括断电控制卡；

所述断电控制卡分别与所述电路板及所述数据收集模块通信连接；

所述数据收集模块被配置为从所述断电控制卡采集车载电网的诊断监测数据及控制信号。

可选地，所述车载电网控制器还包括集中控制卡；

所述集中控制卡分别与所述电路板、所述数据收集模块及所述通讯卡通信连接；

所述数据收集模块被配置为从所述集中控制卡采集车载电网的诊断监测数据及控制信号。

可选地，所述车载电网控制器还包括分散控制卡；

所述分散控制卡分别与所述电路板及所述数据收集模块通信连接；

所述数据收集模块被配置为从所述分散控制卡采集车载电网的诊断监测数据及控制信号。

可选地，所述电路板还用于通过连接器与所述列车的外接设备电连接。

可选地，所述外接设备包括升压斩波器、受流器、空调、440v蓄电池、24v蓄电池、铝空气电池、车载控制单元、24v车载电网开关箱、440v车载电网开关箱、dc/dc(直流-直流)变换器、24v配电箱中的任意一种或多种。

可选地，所述电路板包括背板。

可选地，所述电路板用于通过以太网接口与所述车辆诊断计算机通信连接；

所述通讯卡被配置为通过所述以太网接口将所述诊断监测数据输出至所述车辆诊断计算机。

一种列车，其包括如上述的用于列车的车载电网控制器。

可选地，所述列车包括磁悬浮列车。

在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供的列车及其车载电网控制器，基于列车车载电网系统的实际需求，有效地实现了对车载电网系统的控制、诊断和监测等功能，从而较好地保证了列车车载电网系统的安全、稳定、可靠的运行，进而保证了列车的正常运行。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为根据本发明一实施例的用于列车的车载电网控制器的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例的用于列车的车载电网控制器与外接设备的连接示意图。

图3为根据本发明一实施例的用于列车的车载电网控制器的功能示意图。

附图标记说明：

电网滤波卡101；

dio卡102；

通讯卡103；

第二采集卡104；

第一采集卡105；

与逻辑卡106；

第二选择开关及受流器控制卡107；

第一选择开关及受流器控制卡108；

断电控制卡109；

分散控制卡110；

集中控制卡111；

背板112；

升压斩波器201；

受流器202；

空调203；

440v蓄电池204；

24v蓄电池205；

铝空气电池206；

车载控制单元208；

24v车载电网开关箱209；

440v车载电网开关箱210；

dc/dc变换器211；

24v配电箱212；

车辆诊断计算机213。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

目前，磁悬浮列车的车载电网、悬浮、导向等控制核心技术尚未成熟，需要对磁悬浮列车的各个子系统进行深入的研究。车载电网系统作为列车的一个关键子系统，其能否安全、稳定、可靠的运行，直接关系到磁悬浮列车的正常运行。

但是，既有车载电网控制器一般仅提供基本的供电控制功能，功能单一，无法较好地保证磁悬浮列车车载电网系统的安全、稳定、可靠的运行。

为了克服目前存在的上述缺陷，本实施例提供一种用于列车的车载电网控制器(bns)，上述车载电网控制器包括：电路板，用于与车辆诊断计算机通信连接；数据收集模块，与上述电路板通信连接，并且被配置为采集车载电网的诊断监测数据；以及，通讯卡，分别与上述数据收集模块及上述电路板通信连接，并且被配置为响应于从上述收据收集模块获取到上述诊断监测数据，将上述诊断监测数据输出至上述车辆诊断计算机，以进行车载电网的诊断控制。

优选地，在本实施例中，上述列车为磁悬浮列车，本实施例以四方时速600磁悬浮列车为背景，结合列车车载电网实际功能需求，提供了上述车载电网控制器，但并不具体限定上述列车的类型，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

在本实施例中，基于列车车载电网系统的实际需求，有效地实现了对车载电网系统的控制、诊断和监测等功能，从而较好地保证了列车车载电网系统的安全、稳定、可靠的运行，进而保证了列车的正常运行。

具体地，作为一实施例，如图1所示，上述车载电网控制器主要包括背板112(在本实施例中，上述电路板采用背板)及插接与背板112上的多个插件，本实施例并不具体限定插件的数量及类型，均可根据实际需求进行相应的选择及调整。

磁悬浮列车的每节车厢安装一台上述车载电网控制器，如图2所示，与上述车载电网控制器通信连接的外接设备主要包括：升压斩波器201(hs)、受流器202(sa)、空调203(klm)、440v蓄电池204、24v蓄电池205、铝空气电池206(lab)、车载控制单元208(bst)、24v车载电网开关箱209(bv24)、440v车载电网开关箱210(bv440)、dc/dc变换器211、24v配电箱212(vt24)、车载诊断计算机213(sdr)以及邻车车载电网控制器。

其中，车载诊断计算机213通过以太网线实现与上述车载电网控制器的通信连接，其余外接设备均通过圆形连接器分别与上述车载电网控制器通信连接。

当然，本实施例并不具体限定上述外接设备的数量及类型，均可根据实际需求进行相应的选择及调整。

在本实施例中，上述车载电网控制器是磁悬浮列车车载电网系统的重要组成部分，是实现列车紧急上电/断电、4路独立440v电网以及24v电网上电/断电等功能的控制枢纽，直接决定了列车照明、空调等所有车载用电设备的正常使用。

同时，上述车载电网控制器也是蓄电池、dc/dc变换器、受流器、440v车载电网开关箱、24v车载电网开关箱等状态信息传输给车载诊断计算机的网络枢纽，直接实现了磁悬浮列车供电设备的故障诊断。

如图1所示，上述多个插件主要包括电网滤波卡101、dio卡102、通讯卡103、第一采集卡105、第二采集卡104、与逻辑卡106、第一选择开关及受流器控制卡108、第二选择开关及受流器控制卡107、断电控制卡109、分散控制卡110及集中控制卡111。

在本实施例中，采用圆形连接器实现上述车载电网控制器的机箱与外接设备的通信连接，主要传输各个插件对外的输入输出信号、24v蓄电池及机箱电源的电能。而上述车载电网控制器的机箱内的插件通过背板硬线，实现各个插件信号的交互以及供电。

以下说明各个插件的具体连接方式。

1、电网滤波卡101通过背板连接器接收24v车载电网开关箱中的24v电源-1及24v电源-2，经过滤波后的24v电源-a及24v电源-b，通过背板112给其他插件供电。

在本实施例中，24v电源-a主要给第一选择开关及受流器控制卡108、与逻辑卡106供电，24v电源-b主要给集中控制卡111、分散控制卡110、断电控制卡109、第二选择开关及受流器控制卡107供电。

经过隔离处理后的隔离5v-1及隔离5v-2给集中控制卡111、与逻辑卡108、第一采集卡105、第二采集卡104、通讯卡103、dio卡102供电。

在本实施例中，电网滤波卡101还同时具备上电缓冲、滤波、电压检测、短路保护、防反接等功能。

2、dio卡102提供18路全斩波冗余数字量输入通道，以及3路继电器触点输出通道，带电流检测和反馈功能。通过blvds总线将数字量输入电路采集到的开关量发送至通讯卡103。

3、通讯卡103上设有四路以太网接口，其中两路用于维护程序和下载数据，另外两路将采集到的信号发送至车辆诊断计算机213，以实现上述车载电网控制器与车辆诊断网络的数据通讯。其中，采集信号主要来自集中控制卡111、与逻辑卡106、第一采集卡105、第二采集卡104、dio卡102等。

4、第一采集卡105和第二采集卡104提供42路数字量输入通道，通过背板硬线完成本节铝空气电池投入控制信号、ips(入侵防御系统)允许诊断信号、上电/断电批准控制信号、440v集中断电控制信号、外部供电已激活诊断信号、车载电网无阻止运行诊断信号、无强制停车诊断信号、外部供电已激活、关闭本编组440v电网、起浮控制信号等信号的采集。同时将采集的数字信号处理后通过blvds总线发送至通讯卡103。

5、与逻辑卡106提供30路数字量输入通道，通过数字量输入电路监测外部设备440v蓄电池高温、低温正常信号、dc/dc功能正常诊断信号、24v蓄电池超温、外部供电激活控制等信号。同时由fpga(现场可编程逻辑门阵列)对检测信号进行相应的逻辑处理，将输出信号通过背板硬线传送至分散控制卡110、选择开关及受流器控制卡等插件，并且由blvds总线发送至通讯卡103。

6、第一选择开关及受流器控制卡108和第二选择开关及受流器控制卡107的设计电路基本一致，主要通过继电器电路实现车载电网无阻止运行、无强制停车等诊断信号，实现受流器的信号诊断及供电激活控制，并且通过背板硬线将信号发送至采集卡进行监测。

7、断电控制卡109主要包括继电器电路，通过背板硬线配合分散控制卡110、集中控制卡111等插件，以实现440v电网上电控制、24v电网上电控制、紧急功能上电，断电控制分为440v电网断电控制、24v电网断电控制、紧急功能断电控制。

8、集中控制卡111通过背板硬线结合分散控制卡110、断电控制卡109等插件，由其面板上下选择按钮(也可以为独立选择按钮)，实现440v电网上电、断电、24v紧急断电、24v紧急上电控制的集中控制，并且通过面板上的指示灯指示。同时面板还设置有铝空电池投入按钮，实现本节车的铝空电池投入功能。

9、分散控制卡110通过背板硬线结合断电控制卡109、集中控制卡111等插件，由其面板on1～on4等四个带指示灯的圆形按钮，实现440v电网的上电控制；紧急断电批准和四个off1～off4按钮实现440v电网的断电控制。

在本实施例中，如图3所示，上述车载电网控制器主要实现控制、诊断、监测等三大功能。

控制功能主要包括上电控制、断电控制、外部供电激活控制、缓冲启动控制、铝空电池投入控制。

其中，上电控制分为440v电网上电控制、24v电网上电控制、紧急功能上电，断电控制分为440v电网断电控制、24v电网断电控制、紧急功能断电。

诊断功能主要实现缓冲批准诊断、车载电网无阻止运行诊断、无强制停车诊断。

监测功能主要实现蓄电池温度和dc/dc功能正常诊断。

当然，本实施例并不仅限于上述功能，可根据实际需求自行设定所要实现的功能。

本实施例提供的用于列车的车载电网控制器主要具有以下有益效果：

1、对于列车440v电网上电/断电控制，本实施例采用独立控制和集中控制两种模式；

2、本实施例机箱供电采用冗余模式，可以实现一路电源掉电后，不影响机箱正常供电；

3、本实施例提供诊断和监测功能，便于列车维护和故障诊断分析。

本实施例还提供一种列车，上述列车包括如上述的用于列车的车载电网控制器。

优选地，在本实施例中，上述列车为磁悬浮列车，但并不具体限定上述列车的类型，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。