基于qnx的電力機車主控制單元的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力機車控制系統領域，具體涉及一種基于QNX的電力機車主控制單 JL·〇
【背景技術】
[0002] 在機車行駛期間，要求機車主控制單元與機車其他單元之間能夠可靠地傳輸數 據，并經過將這些數據進行分析和運算及時在司機顯示單元顯示出來，而且也將最終結果 命令發送給機車的各個相應設備，進而控制整個機車的運行。電力機車的主控制單元工作 原理：主控制單元對電力機車總體狀態信息以及各個被控制設備的狀態信息的采集，存儲 和傳輸，通過人機接口接收所有輸入指令，采集各種反饋信號，進行相關運算，生成相應邏 輯控制命令，將命令以通信方式發送給電力機車的各個相關控制設備。現有的電力機車的 主控制單元還需要外部控制遠程的輸入輸出單元，是兩種設備，導致主控單元的體積較大， 成本增加。現有的電力機車主控制單元有基于Linux系統實現的，其邏輯編程對實現功能 的人員來說比較方便，但是其實時性不能滿足新型電力機車的要求，且系統所消耗資源比 較大。還有基于WindowXPE系統實現的，它對硬件要求較高，編譯的程序只能在DOS環境下 運行，因此有一定的局限性。

【發明內容】

[0003] 本發明提供一種基于QNX的電力機車主控制單元，實現新型電力機車主控制單元 的尚可靠性及強實時性。
[0004] 本發明的技術方案為基于QNX的電力機車主控制單元，包括相同的軟硬件配置的 主控單元和從控單元，主控單元與從控單元構成熱備冗余系統，主控單元與從控單元之間 通過全雙工RS485通信，所述的主控單元硬件結構包括：電源板卡、MCPB主CPU板卡、CAN通 信板卡、HDLC通信板卡、ETHN以太網板卡、數字量輸入板卡、數字量輸出板卡、模擬量板卡；
[0005] 電源板卡為主控單元提供工作所需的直流電；
[0006] MCPB主CPU板卡包括CPU和調試接口，用于檢測主控單元故障，處理CAN通信板卡 和HDLC通信板卡傳輸來的數據，并形成命令且通過CAN通信板卡和HDLC通信板卡的各個 傳輸通道發送給機車相應的設備；MCPB主CPU板卡是主控制單元的核心板卡，QNX操作系統 和所有的機車控制邏輯的應用程序都運行在該板卡上；
[0007] CAN通信板卡用于主控單元內部通信；MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，通過 CAN通信板卡來控制所有數字量輸入板卡、數字量輸出板卡和模擬量板卡；
[0008] HDLC板卡用于主控單元與牽引變流控制單元和輔變流控制單元之間的通信，主控 單元與列車供電單元、車載安全防護單元、列車制動單元和蓄電池電源單元之間的通信；
[0009] ETHN以太網板卡用于重聯控制，將本務機車的信息傳輸給重聯機車，并將收到的 重聯機車的信息傳送給本務機車的MCPB主CPU板卡；
[0010] 模擬量板卡將所采集的電壓值和電流值通過CAN通信板卡傳輸給MCPB主CPU板 卡；
[0011] 數字量輸入板卡將采集到的直流110V電壓開關信號通過CAN通信板卡傳輸給 MCPB主CPU板卡；
[0012] 數字量輸出板卡通過MCPB主CPU板卡發送給CAN通信板卡的命令實現對18路獨 立繼電器的控制。
[0013] 所述的主控單元MCPB主CPU板卡的主處理器芯片采用PowerPC_8379e芯片。
[0014] 所述的主控單元軟件上采用多線程編程，操作系統為QNX嵌入式實時操作系統。
[0015] 所述的主控單元與司機顯示單元之間通過全雙工RS485通信。
[0016] 所述的司機顯示單元包括司機顯示單元1和司機顯示單元2。
[0017] 所述的輔變流控制單元包括輔變流控制單元1和輔變流控制單元2。
[0018] 所述的牽引變流控制單元的數量最多為8個。
[0019] 所述的HDLC板卡包括8路HDLC接口和4路RS485接口，所述的RS485采用標準 的DB9連接器。
[0020] 所述的ETHN以太網板卡包含4路100M以太網接口，2路用于機車重聯，2路用于 在線更新程序和數據下載。
[0021 ] 所述的MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，通過CAN通信板卡來控制6塊數字量 輸入板卡和5塊數字量輸出板卡和1塊模擬量板卡，每塊數字量輸入板卡有28路獨立的數 字量輸入通道，每塊數字量輸出板卡有18路獨立的數字量輸出通道，模擬量板卡包括模擬 量輸入12路和頻率量輸入2路。
[0022] 本發明的有益效果是：基于QNX的電力機車主控制單元，根據新型電力機車具體 需求，實現了機車狀態信息采集及處理，機車關鍵數據的存儲，同時控制機車各個設備協調 正常運轉。能夠滿足新型電力機車各種功能，而且集成度高，體積小，合理地降低了成本，通 用性強，易于維護，實時性強和可靠性高等要求，實現從現有電力機車到新型電力機車的跨 越。
【附圖說明】
[0023] 圖1是主控單元內部通信框圖。
[0024] 圖2是主控單元與各外設通信框圖。
[0025] 圖3是主控單元主程序框架流程圖一。
[0026] 圖4是主控單元主程序框架流程圖二。
[0027] 圖5是主控單元主程序框架流程圖三。
[0028] 圖6是主控單元系統構成示意圖
【具體實施方式】
[0029] 現結合附圖1至附圖6對發明做進一步的說明，基于QNX的電力機車主控制單元 包括軟硬件配置完全相同的主控單元和從控單元，主控單元和從控單元構成熱備冗余系 統，它是電力機車控制中心，即機車的大腦，其通過多種通信方式控制了電力機車的所有設 備，如圖6所示，主要包括蓄電池單元，制動控制單元，主段路器單元，空氣壓縮單元，輪緣 潤滑撒沙單元，受電弓控制單元，輔助變流器單元和牽引變流器單元，主控單元與從控單元 之間通過全雙工RS485通信，主控單元和從控單元都進行電力機車總體狀態信息以及各個 被控制設備的狀態信息的采集，存儲，通過人機接口接收所有輸入指令，采集各種反饋信 號，當雙機熱備的機制為主控單元時，主控單元對采集的數據進行相關運算，生成相應控制 命令，將命令以通信方式發送給電力機車的各個相關控制設備。主控制單元將計算結果、故 障信息、有關參數送顯示屏顯示，此時，從控系統不向外發送命令，只有主控單元出現故障 時，雙機熱備的機制將自動切換到從控單元。從而提高系統的可靠性。
[0030] 如圖1所示，主控單元的內部硬件結構主要由電源板卡、數字量輸入板卡、數字 量輸出板卡、模擬量板卡、ETHN以太網板卡、CAN通信板卡、串行通信板（HDLC通信板卡） 和MCPB主CPU板卡構成；電源板卡為主控單元TCMS提供工作所需的各種直流電，如24V、 ± 15V、5V;MCPB主CPU板卡，包括CPU、軟件相關調試的接口，并且檢測主控單元是否存在故 障，以便在主系統發生故障時立即進行主從系統的切換，MCPB主CPU板卡處理CAN通信板 卡和HDLC通信板卡傳輸來的數據，并形成命令且通過CAN通信板卡和HDLC通信板卡的各 個傳輸通道發送給機車相應的設備；MCPB主CPU板卡是主控單元的核心板卡，QNX操作系統 和所有的機車控制邏輯的應用程序都運行在該板卡上；CAN通信板卡用于主控單元內部的 輸入輸出板卡之間的通信，主控單元內部使用MCPB主CPU板卡控制CAN通信板卡，即通過 CAN總線通信來控制所有數字量輸入輸出板和模擬量輸入輸出板卡。HDLC通信板卡完成主 控單元與外部設備的通信，該外部設備包括輔變流控制單元1、輔變流控制單元2、牽引變 流控制單元、列車供電單元、車載安全防護單元、列車制動單元、蓄電池電源單元；主控單元 通過全雙工HDLC與上述外部設備進行通信，牽引變流控制單元個數最多有8個牽引變流控 制器；ETHN以太網板卡用于重聯控制，用于將本務機車的信息傳輸給重聯機車，并將收到 的重聯機車的反饋信息傳送給本務機車的主控單元，實現機車的重聯功能；模擬量板卡即 模擬量輸入板卡AFIN、數字量輸入板卡DSIN出塊）將接收到的數字量輸入板卡將采集到的 直流110V電壓開關信號通過CAN通信板卡傳輸給MCPB主CPU板卡；
[0031 ] 總計90路數字量輸出信號和168路數字量輸入信號以及12路模擬量輸入信號和 2路頻率量輸入信號，這些被采集到之后通過CAN通信板卡進行運算和處理。主控單元與司 機顯示單元1、2之間通過全雙工RS485通信。
[0032] 表1，主控單元的內部硬件板卡布局示意圖，
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[0034] 表2,主控單元的內部硬件板卡配置示意圖
[0035]
[0036] 其中，電源板卡P0W1/P0W2包括直流110V接口，主控單元的MCPU主CPU板卡的處 理器芯片采用