專利名稱：一種內燃調車機車通用微機控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微機控制裝置，尤其是涉及一種應用于內燃機車和調車機車 的通用微機控制裝置。
背景技術：
內燃調車機車通用微機控制裝置，安裝在內燃調車機車上，機箱體積小，在控制功 能上進行簡化，從而降低了成本，同時又能滿足GKD2、東風7G、東風5C等調車機車的基本控 制功能要求，能大幅降低成本、節約資源、減少浪費，具有很高的性價比，適合于在內燃調車 機車市場推廣。目前在國內內燃機車上裝車的微機控制裝置主要有株洲南車時代電氣研制生產 的LCS32，其結構為EXP機箱，以及武漢正遠鐵路電氣公司生產的6U機箱，其功能都較強，可 以完成內燃機車牽引恒功勵磁控制和機車邏輯控制及各種監控保護功能，在功能要求多的 干線內燃機車(如DFllG重聯機車)上安裝比較合適。但如果安裝在內燃調車機車上時， 體積偏大，安裝復雜，同時也造成了空間和材料的浪費。而現在調車機車上使用的多是PLC控制和大連機車廠生產的WK系列簡統化微機。 PLC控制外圍使用中間繼電器比較多，檢修時比較麻煩，另外有很多PLC(可編程邏輯控制 器件)器件停產，造成維護困難。而大連機車廠使用的微機控制裝置使用16位處理器芯片， 速度比較慢，并且很多器件也已經停產。現有內燃機車微機控制裝置LCS32 (一種內燃機車32位微機控制裝置)，控制功能 完善，但同時成本也較高，體積較大，比較適用于干線內燃機車。而對于調車機車，控制功能 要求較低，同時裝車空間更加緊湊，成本上也投入較少。原有調車機車用的PLC控制和簡統 化微機裝置都具有各自缺點。PLC控制外圍使用中間繼電器比較多，檢修時比較麻煩，另外 有很多PLC器件停產，造成維護困難。而大連機車廠使用的WK系列微機控制裝置使用16 位處理器芯片，速度比較慢，并且很多器件也已經停產。綜合各方面考慮，也需要更小巧，性 價比更高的微機控制裝置，于是研制一種內燃調車機車微機控制裝置成為本實用新型需要 解決的技術問題。

實用新型內容本實用新型提供一種內燃調車機車通用微機控制裝置，該實用新型可以很好地解 決現有技術存在的體積偏大、安裝復雜，造成了空間和材料的浪費，檢修復雜、維護困難的 技術問題。本實用新型提供一種內燃調車機車通用微機控制裝置的具體實施方式
，一種內燃 調車機車通用微機控制裝置，包括機箱、背板、插件和插座，在機箱連接插頭的前面板位置 凹入，使機箱結構成“7”字型，機箱的內部有配置插件的槽位，插件間連接通過背板總線相 連，插件包括以CPU為核心的控制主板插件，背板上配置有插座一，用于對外連線。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的插件包括I/O插件和電源插件，I/O插件包括模擬信號處理插件、數字輸入插件、數字和PWM輸出插件，均插接在機箱內部配置插 件的槽位上，所有I/O模塊均通過系統總線連至控制主板插件的CPU板。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的機箱上配置有插座二，插座二為37芯 圓形插座，所述背板上的插座一為48芯矩形插座，通過37芯插頭將微機控制裝置與機車電 氣系統相連，37芯插座內部通過軟連線連到背板的48芯矩形插座上。作為本實用新型進一步的實施方式，當機箱上的插座二插上插頭以后，插頭尾部 的伸出長度不超過微機控制裝置的總深度。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的控制主板插件包括CPU及外圍電路， CPLD控制邏輯電路、Flash存儲器、時鐘電路、RS422/RS485串行通信電路、RS232程序下載 電路、總線接口電路以及8路頻率信號輸入，CPLD控制邏輯電路、Flash存儲器、時鐘電路、 RS422/RS485串行通信電路、RS232程序下載電路、總線接口電路和8路頻率信號輸入均與 CPU相連。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的模擬信號處理插件包括模擬信號輸 入、濾波、多路切換、A/D轉換、模擬量輸出以及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，首先模 擬信號輸入，進行濾波整形，經過多路切換電路，進入A/D轉換電路，再進行邏輯譯碼控制， 通過總線接口，連接到數據總線，完成16路機車電流、電壓、溫度模擬信號的采樣。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的數字輸入插件包括IlOV檢測、電氣隔 離、濾波及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，將IlOV高壓開關量信號經光電隔離以及濾 波后，通過邏輯譯碼電路轉換為5V的邏輯信號，通過背板總線接口傳輸給CPU，完成16路數 字輸入的變換，檢測機車IlOV開關量信號。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的數字和PWM輸出插件包括電氣隔離、 MOS管及其驅動電路以及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，PWM輸出用于控制勵磁機勵 磁電流大小，從而控制主發電機輸出電壓，將CPU控制指令經光電電氣隔離后由MOS管及其 驅動電路送至邏輯譯碼控制電路，通過總線接口電路驅動機車上的繼電器或接觸器，完成 對8路機車IlOV電器的驅動控制和1路PWM勵磁回路斬波控制。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的電源插件輸出三路電源，+5V； +15V;-15V，給微機內部電源供電和外部傳感器電源用電，機車上的電源電壓IlOV輸入該 電源插件。作為本實用新型進一步的實施方式，所述的機箱背部設置有兩個風扇。通過應用本實用新型實施方式所描述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，本 微機控制裝置不僅能滿足內燃機車的基本控制功能要求，同時結構緊湊、體積較少，安裝方 便、易于拆裝。同時模塊化的設計思路使功能模塊化和集成化，操作簡單，系統穩定，使機車 維護和檢修簡單方便。能夠實現內燃機車牽引恒功勵磁控制和機車其他簡單邏輯保護控制 (如磁場削弱、電氣和柴油機保護)的鐵路內燃調車機車通用微機控制裝置，可以更好地滿 足現有內燃調車機車微機控制裝置市場的需要。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的硬件原理框圖；圖2為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的結構示意圖1 ；圖3為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的結構示意圖2 ；圖4為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的結構示意圖3 ；圖5為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的對外接線示意圖；圖6為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的背板組裝示意圖；其中1-控制主板插件，2-模擬信號處理插件，3-數字輸入插件，4-數字和PWM 輸出插件，5-電源插件，6-插座安裝板一，7-插座安裝板二，8-微機裝置銘牌，9-微機裝置 接線，10-機箱，11-風扇，12-背板，13-塑料導軌，14-48芯矩形插頭，15-37芯圓形插頭， 16-CPU及外圍電路，17-CPLD控制邏輯電路，18-Flash存儲器，19-RS232程序下載電路， 20-總線接口電路，21-時鐘電路，22-RS422/RS485串行通信電路，23_8路頻率信號輸入電 路，24-風扇電源插座，25-插件連接插座。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部 的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提 下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。作為本實用新型一種內燃調車機車通用微機控制裝置的具體實施方式
，如圖1所 示，內燃調車機車通用微機控制裝置包括機箱10、背板12、插件和插座，如圖2和圖3所示。 與以前的標準機箱不同，為保證微機裝置裝車空間深度要求，在連接插頭位置前面板凹入 70mm,使機箱結構成“ 7 ”字型，這樣可使連接器插上以后，插頭尾部伸出長度不超過微機控 制裝置總深度。并且充分考慮了結構的牢固性，使機箱結構更加合理，機箱10背部有兩個 風扇11，電源板通過背板12上的風扇電源插座26給兩個風扇供電，將機箱內熱量排出。機 箱10的內部有配置插件的槽位，插件間連接通過背板12的總線相連，插件包括以CPU為 核心的控制主板插件1，機箱上配置有插座二，插座二為37芯圓形插座，背板上配置有插座 一，所述背板上的插座一為48芯矩形插座，通過37芯插頭將微機控制裝置與機車電氣系統 相連，37芯插座內部通過軟連線連到背板的48芯矩形插座上。其中，控制主板插件1的CPU 采用M0t0r0la32位微處理器MC68332，外部有時鐘電路，由CPLD實現邏輯控制與總線仲裁 等功能。內部帶有FLASH程序存儲器，用于存儲控制軟件，可現場下載。為方便程序現場下 載，提供了 RS232與BDM下載接口電路；同時擴展了 2個串行通信接口，可通過靈活配置來 實現與其他設備的RS422/RS485/RS232通信。頻率采集電路包括8路頻率量信號整形，將 不規則頻率量波形信號轉換為0 5V的方波信號送MC68332的TPU進行信號采集。其中，機箱專門進行了結構設計，綜合考慮各方面因素，定制了一款5U84TE 7字 型機箱，可滿足多種調車機車裝車的空間要求。機箱10高度為5U，插件高度為4U，預留IU 高度用于散熱。機箱10的內部總長度為84R，其中插件部分長度為46R，外形最大尺寸為 482. 6mm (長)X 252mm (深)X 226mm (高)。右側有2塊安裝板-插座安裝板一 6和插座安裝板二 7，每塊安裝板上配置兩個圓形37芯航空插座用于對外連線。內燃調車機車通用微機控制裝置的插件主要由控制主板插件1、I/O插件及電源 插件5組成。I/O插件包括模擬信號處理插件2、數字輸入插件3、數字和PWM輸出插件4等 構成，整個機車牽引恒功勵磁硬件系統采用模塊化設計方法，構成實際應用系統時這些模 塊可任意組合。所有I/O插件均通過系統總線連至控制主板插件1的CPU板。根據應用系 統功能需要配置不同數目的I/O插件。微機控制裝置對外通信可采取RS422(RS485、RS232) 異步串行通信等方式。其內部原理圖參見圖1。4U標準插件部分配置了 12個插件槽位，如圖2所示，放置控制主板插件1、模擬信 號處理插件2、數字輸入插件3、數字和PWM輸出插件4、電源插件5等插件，其余槽位備用。 插件間連接通過背板12相連，并通過數據線、地址線、控制線、電源線和信號線在背板12上 以印制線方式進行連接。背板12與對外的4個37芯航空插頭通過3個48芯矩形插頭連 接，這樣既縮小了安裝空間，同時也方便檢修和更換。通過4個37芯的航空插頭將機車上 的模擬量(各種傳感器)信號、數字量信號、PWM信號等與機車系統進行連線接口，微機控 制裝置通過檢測機車主發電機的電壓電流和柴油機速度等信號，實現恒功勵磁控制。主要插件說明如圖1所示，控制主板插件1是系統的核心，主要包括以下電路MC68332及其外 圍電路16、CPLD控制邏輯電路17、Flash存儲器18、時鐘電路21、硬件watchdog (看門狗)、 RS422/RS485串行通信電路22、RS232程序下載電路19，總線接口電路20以及8路頻率信 號輸入電路23。8路頻率信號輸入電路的頻率檢測主要由頻率信號檢測和整形電路、電氣 隔離以及相關邏輯譯碼控制和總線接口等電路構成。模擬信號處理插件2 模擬信號處理插件包括模擬信號輸入、濾波、多路切換、A/D 轉換、模擬量輸出以及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，首先模擬信號輸入，進行濾波整 形，經過多路切換電路，進入A/D轉換電路，再進行邏輯譯碼控制，通過總線接口，連接到數 據總線，完成16路機車電流、電壓、溫度模擬信號的采樣。數字輸入插件3 數字輸入插件包括IlOV檢測、電氣隔離、濾波及相關邏輯譯碼控 制和總線接口電路，將Iiov高壓開關量信號經光電隔離以及濾波后，通過邏輯譯碼電路轉 換為5V的邏輯信號，通過背板總線接口傳輸給CPU，完成16路數字輸入的變換，檢測機車 IlOV開關量信號。數字和PWM輸出插件4 數字和PWM輸出插件包括電氣隔離、MOS管及其驅動電路 以及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，PWM輸出用于控制勵磁機勵磁電流大小，從而控制 主發電機輸出電壓，將CPU控制指令經光電電氣隔離后由MOS管及其驅動電路送至邏輯譯 碼控制電路，通過總線接口電路驅動機車上的繼電器或接觸器，完成對8路機車IlOV電器 的驅動控制和1路PWM勵磁回路斬波控制。電源插件5 機車上的電源電壓IlOV(77 137. 5)輸入該電源插件，電源輸出有 三路+5V ；+15V ；-15V，給微機內部電源供電和外部傳感器電源用電。軟件系統應用目前成熟可靠的LCS32控制系統的軟件設計方法，具有以下顯著特 點應用嵌入式實時多任務操作系統。軟件設計采用C/C++語言編程，使軟件具有很強的可 移植性。系統配備監控調試軟件，用于幫助應用系統的調試。即在控制系統運行或調試時， 通過監控調試軟件，監控系統特定的運行參數，進行控制軟件的調試、修改和完善。系統采用程序在線下載技術，使應用程序可在現場進行自動下載，這給系統調試、維護帶來了極大 的方便。由5U84TE7字型機箱、4U插件、對外航空插座構成內燃調車機車通用微機控制裝 置能完成機車特性控制和簡單邏輯控制等功能，可滿足調車機車控制要求。“7”字型的機箱 結構專門為調車機車定制，為保證微機裝置裝車空間深度要求，如圖3中所示，這樣可使連 接器插上以后，插頭尾部伸出長度不超過微機控制裝置總深度，結構緊湊，重量小，功耗小， 集成度高，可靠性高，抗電磁干擾性強，同時安裝方便，能很好地利用調車機車的安裝空間， 充分考慮了結構的牢固性，使機箱結構更加合理，能滿足裝車要求，并且很好地散熱。在對外引線方式上，采用4個37芯插頭與微機控制裝置與機車電氣系統相連，4個 37芯插座內部通過軟連線連到背板的3個48芯矩形插頭上，然后通過背板總線連接到各插 件。也可以取消4個航空插座與背板之間連線，將外部接線直接連接到背板的3個48芯矩 形插座上。相比模擬控制機車，該裝置能實現特性控制，有利于柴油機節油、功率的充分發 揮，同時有故障診斷和保護功能。相比其他控制裝置，如LCS32，該裝置則有體積小、成本相 對較低、性價比高等優勢。由于在面板上直接相連，便于調試和排查故障。插件采用4U標準插件，為通用模塊化設計方式，具有良好的互換性，便于維護和 檢修。插件元器件基本上采用SMT表面貼技術，并選用新型元器件，應用可靠，工作性能穩 定。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于包括機箱、背板、插件和插座， 在機箱連接插頭的前面板位置凹入，使機箱結構成“7”字型，機箱的內部有配置插件的槽 位，插件間連接通過背板總線相連，插件包括以CPU為核心的控制主板插件，背板上配置有 插座一，用于對外連線。
2.根據權利要求1所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述的 插件包括I/O插件和電源插件，I/O插件包括模擬信號處理插件、數字輸入插件、數字和PWM 輸出插件，均插接在機箱內部配置插件的槽位上，所有I/O模塊均通過系統總線連至控制 主板插件的CPU板。
3.根據權利要求1或2所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所 述的機箱上配置有插座二，插座二為37芯圓形插座，所述背板上的插座一為48芯矩形插 座，通過37芯插頭將微機控制裝置與機車電氣系統相連，37芯插座內部通過軟連線連到背 板的48芯矩形插座上。
4.根據權利要求3所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于當機箱 上的插座二插上插頭以后，插頭尾部的伸出長度不超過微機控制裝置的總深度。
5.根據權利要求1或2或4所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于 所述的控制主板插件包括CPU及外圍電路，CPLD控制邏輯電路、Flash存儲器、時鐘電路、 RS422/RS485串行通信電路、RS232程序下載電路、總線接口電路以及8路頻率信號輸入， CPLD控制邏輯電路、Flash存儲器、時鐘電路、RS422/RS485串行通信電路、RS232程序下載 電路、總線接口電路和8路頻率信號輸入均與CPU相連。
6.根據權利要求5所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述的 模擬信號處理插件包括模擬信號輸入、濾波、多路切換、A/D轉換、模擬量輸出以及相關邏輯 譯碼控制和總線接口電路，首先模擬信號輸入，進行濾波整形，經過多路切換電路，進入A/ D轉換電路，再進行邏輯譯碼控制，通過總線接口，連接到數據總線，完成16路機車電流、電 壓、溫度模擬信號的采樣。
7.根據權利要求6所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述 的數字輸入插件包括IlOV檢測、電氣隔離、濾波及相關邏輯譯碼控制和總線接口電路，將 IlOV高壓開關量信號經光電隔離以及濾波后，通過邏輯譯碼電路轉換為5V的邏輯信號，通 過背板總線接口傳輸給CPU，完成16路數字輸入的變換，檢測機車IlOV開關量信號。
8.根據權利要求7所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述的 數字和PWM輸出插件包括電氣隔離、MOS管及其驅動電路以及相關邏輯譯碼控制和總線接 口電路，PWM輸出用于控制勵磁機勵磁電流大小，從而控制主發電機輸出電壓，將CPU控制 指令經光電電氣隔離后由MOS管及其驅動電路送至邏輯譯碼控制電路，通過總線接口電路 驅動機車上的繼電器或接觸器，完成對8路機車IlOV電器的驅動控制和1路PWM勵磁回路 斬波控制。
9.根據權利要求8所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述的 電源插件輸出三路電源，+5V ；+15V ；-15V，給微機內部電源供電和外部傳感器電源用電，機 車上的電源電壓IlOV輸入該電源插件。
10.根據權利要求9所述的一種內燃調車機車通用微機控制裝置，其特征在于所述的 機箱背部設置有兩個風扇。
專利摘要本實用新型公開了一種內燃調車機車通用微機控制裝置，應用于內燃機車和調車機車的通用微機控制，包括機箱、背板、插件和插座，在機箱連接插頭的前面板位置凹入，使機箱結構成“7”字型，機箱的內部有配置插件的槽位，插件間連接通過背板總線相連，插件包括以CPU為核心的控制主板插件，機箱上配置有插座一，用于對外連線，背板上配置有插座二。該實用新型技術方案可以很好地解決現有技術存在的體積偏大、安裝復雜，造成了空間和材料的浪費，檢修復雜、維護困難的技術問題。
文檔編號G05B19/04GK201788379SQ20102029043
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者劉智聰, 劉松柏, 張東方, 李小文, 李緯斌, 趙軍偉 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司