HXN3型内燃机车牵引控制系统研究

摘要

大功率交流电传动内燃机车是我国远距离铁路货物运输中重要的运输载体，在我国交通运输发展中占有重要地位。HXN3是一款引进的采用交流传动技术的内燃机车，我国通过这些年的技术消化，逐渐掌握了其应用技术。本文以HXN3型内燃机车牵引控制系统为研究对象，以“消化吸收、再创新”为目标，重点研究机车中央控制组件CCU的硬件设计和应用软件开发。
　　硬件系统选用PowerPC作为控制组件的核心处理器，完成系统级任务处理和事件管理。按照功能模块化分，本论文硬件系统设计主要包括CPU、供电电源、电源保护监控、海量存储、时钟复位控制、RTC、温度检测、通信接口等模块单元。使用CPCI总线作为板级总线，数据传输量大，通讯速度快。
　　为满足机车控制任务的实时性要求，便于应用软件的开发和维护，本论文采用实时操作系统VxWorks开发应用软件。数据存储和管理引入了文件系统操作，数据记录以文件的格式记录和导出，通过使用标准的函数接口，屏蔽了不同的存储设备差异，方便了后续数据分析。应用软件采用高内聚、低耦合的任务模块开发，软件结构清晰，任务简洁，实时性和可靠性高。
　　本文基于100M/1000M以太网通信接口开发了配套的上位机监控软件BoardSpy V1.0，调试人员可通过以太网实现对系统内部变量和参数进行实时观测、修改和记录。软件调试功能强大，使用灵活。
　　设计的控制组件在内燃机车微机控制系统测试平台中进行了一系列的测试和验证。试验结果表明该控制系统组件能够满足国产化HXN3型内燃机车的实际控制要求，工作可靠，性能稳定。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 面临的问题

1．3 本文的主要内容

2 软件开发平台概述

2．1 牵引控制系统软件平台

2．1．1 实时操作系统概述

2．1．2 VxWorks系统基本原理

2．1．3 系统常用组件

2．1．4 集成开发环境Wind River Workbench

2．2 上位机监控软件平台

2．2．1 VS2010 MFC多线程技术

2．2．2 同步套接字编程

2．2．3 监控软件需求分析

2．3 本章小节

3 牵引控制系统硬件设计

3．1 控制系统硬件结构框图

3．2 控制系统处理器选型

3．3 系统硬件设计

3．3．1 中央处理单元设计

3．3．2 复位单元设计

3．3．3 存储单元设计

3．3．4 通信接口设计

3．3．5 辅助信息单元设计

3．3．6 系统电源设计

3．3．7 电源监控设计

3．3．8 浪涌保护设计

3．4 AD／DA、I／O板操作

3．5 本章小结

4 牵引控制系统应用层软件开发

4．1 VxWorks内核剪裁配置

4．2 VxWorks网络通信设计

4．2．1 基于双缓存队列的多任务网络通信

4．2．2 应用层网络数据包协议的设计与实现

4．3 Vxworks周期任务调度实现

4．3．1 周期任务特点

4．3．2 VxWorks下周期任务调度设计

4．4 应用程序的自启动设计

4．5 冗余备份启动设计

4．6 应用程序升级设计

4．7 系统函数及变量的远程调试调用

4．8 控制端上位机软件开发

4．8．1 多线程的同步套接字设计

4．8．2 数据包分类、投递机制

4．8．3 数据显示刷新存储机制

4．8．4 上位机软件功能介绍

4．9 本章小结

5 牵引控制系统测试实验

5．1 系统开发调试

5．2 周期任务验证

5．3 AD／DA，I／O板卡测试实验

5．3．1 AD／DA板卡测试实验

5．3．2 I／O板卡测试实验

5．4 上位机软件批量数据通信测试实验

5．4．1 网络通信速度测试

5．4．2 上位机实时绘图测试

5．5 应用程序升级测试

5．6 冗余备份启动测试

5．7 温度测试

5．8 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

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