电力机车网络控制系统输入输出单元设计

摘要

当前乃至今后一段时期，大功率交流传动电力机车在我国干线铁路仍将长期扮演承担客运、货运的主力军角色。随着铁路总公司及各应用路局对大功率交流传动电力机车及其关键核心部件国产化程度要求的不断提高，在近些年有关核心技术引进、消化、吸收和再创新的基础上，很多关键核心部件已实现了国产化，电力机车的整体国产化率得到了快速提升。本课题研究目标是研制应用于大功率交流传动电力机车网络控制系统的核心组件——输入输出单元，并组织完成相关例行及型式试验，为大功率交流传动电力机车网络控制系统最终实现100％国产化奠定坚实基础。 本文所设计的输入输出单元，可以实现包括数字量信号采集、数字量信号输出、模拟量信号采集及温度采集等数据采集与输出功能。本文的主要内容包括输入输出单元总体设计、通信设计及内部通信协议的制定等，详细介绍了机箱背板板卡、电源板卡、以太网交换机、协议转换板卡、数字量采集板卡、数字量输出板卡、模拟量采集板卡和温度采集板卡等的硬件结构设计，同时对输入输出单元进行系统试验，对有关实验过程和结论进行了详细说明。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容与组织结构

2 系统总体设计

2．1 列车控制网络及现场总线介绍

2．1．1 TCN总线

2．1．2 LonWorks总线

2．1．3 CAN网络技术

2．1．4 WORLDFIP现场总线

2．2 总体功能与结构设计

2．2．1 背板板卡

2．2．2 电源板卡

2．2．3 以太网交换机

2．2．4 协议转换板卡

2．2．5 数字量采集板卡

2．2．6 数字量输出板卡

2．2．7 模拟量输入输出板卡

2．2．8 温度采集板卡

2．3 板卡技术参数

2．3．1 电源板卡

2．3．2 协议转换板卡

2．3．3 数字量输入板卡

2．3．4 数字量输出板卡

2．3．5 模拟量输入输出板卡

2．3．6 温度采集板卡

3 通信协议设定

3．1 CAN总线介绍

3．2 改进的CAN总线协议

3．2．1 改进CAN总线协议通信模式

3．2．2 改进CAN-open报文格式

3．3 数据域格式定义

3．3．1 数字量输入数据域定义

3．3．2 数字量输出数据域定义

3．3．3 模拟量输入输出数据域定义

4 机箱板卡设计

4．1 主控CPU选型

4．2 电源板卡设计

4．3 协议转换板卡设计

4．4 数字量输入板卡设计

4．5 数字量输出板卡设计

4．6 模拟量输入输出板卡设计

4．7 温度采集板卡设计

5 试验过程与结论

5．1 外观与绝缘试验

5．1．1 外观检查

5．1．2 绝缘试验

5．2 性能试验

5．3 电源电压变化

5．4 电源中断试验

5．5 冷却试验

5．6 低温存储试验

5．7 干热试验

5．8 湿热试验

5．9 电源过压试验

5．10 浪涌、静电放电和瞬时波动易感性试验

5．10．1 浪涌试验

5．10．2 静电放电试验

5．10．3 瞬时突变易感性试验

5．11 振动、冲击和撞击试验

5．12 无线电干扰试验

5．12．1 射频抗扰度试验

5．12．2 射频骚扰试验

结论

参考文献

致谢