適用于單軌車牽引逆變器的電流環(huán)網關及數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流環(huán)通信網關，具體的說，涉及一種適用于單軌車牽引逆變器的電流環(huán)網關及數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術】
[0002]目前，跨座式單軌列車具有線路占地面積小、爬坡能力強，通過曲線半徑小等諸多優(yōu)點，并在重慶二號線成功運營。為確保單軌列車行車的安全性和可靠性，列車牽引變流器VWF與列車網絡系統(tǒng)TMS之間需要實時傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，且在列車牽引系統(tǒng)出現(xiàn)故障時需要進行故障數(shù)據(jù)的傳輸，這就要求列車牽引變流器VVVF與列車網絡系統(tǒng)TMS之間的網關具備高效和準確的數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]而在單軌列車運行過程中，列車牽引變流器VVVF與列車網絡系統(tǒng)TMS均處于較為惡劣的干擾環(huán)境中，其通信過程中的電平信號，受電磁干擾及線路本身的分布電容影響很大。目前列車通信系統(tǒng)中采用MVB網絡進行狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的傳輸。如中國專利號CN201110382761公開一種數(shù)據(jù)通信方法，通過網關將MVB控制模塊發(fā)送的MVB指令直接轉換為CAN指令，并將CAN指令直接發(fā)送給相應的變流器模塊，解決現(xiàn)有技術硬件成本高和數(shù)據(jù)傳輸時間長的問題，但由于MVB指令與CAN指令轉換過程中，很容易受電磁干擾及線路本身的分布電容影響，導致數(shù)據(jù)傳輸不精確，可靠性差，且MVB及CAN網絡均不適用于該單軌車的整車網絡。電流環(huán)網關因具有低阻傳輸線對電氣噪聲不敏感，且易實現(xiàn)光電隔離，具備很好的電磁干擾能力，且成本較低，現(xiàn)在已有將電流環(huán)網關應用于機車系統(tǒng)中。如中國專利號CN200820219201公開一種MVB_20mA電流環(huán)網關，采用MVB協(xié)議控制器和20mA電流環(huán)總線組合構成MVB-20mA電流環(huán)網關，具備高可靠性且設計靈活，該電流環(huán)網關實現(xiàn)的是MVB網絡與20mA電流環(huán)進行轉換，并通過MVB總線收發(fā)器完成信號的收發(fā)，缺點是采用MVB網絡價格昂貴，開發(fā)復雜。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種適用于單軌車牽引逆變器的電流環(huán)網關及數(shù)據(jù)傳輸方法，用于實現(xiàn)列車牽引變流器VVVF與列車網絡系統(tǒng)TMS的信息交互，進行列車運行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)的傳輸。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種適用于單軌車牽引逆變器的電流環(huán)網關，該電流環(huán)網關基于20mA電流環(huán)技術，采用高性能FPGA芯片，獲取列車牽引變流器VVVF的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)并對上述數(shù)據(jù)進行打包處理，并通過高速光耦將FPGA芯片處理的數(shù)字信號轉化為20mA電流信號發(fā)送給網絡系統(tǒng)TMS，同時接收列車網絡系統(tǒng)TMS的請求數(shù)據(jù)并傳送至FPGA芯片處理，實現(xiàn)單軌車牽引變流器VVVF與列車網絡系統(tǒng)TMS的信息交互。
[0006]該電流環(huán)網關的結構組成主要包括與T⑶接口部分、FPGA數(shù)據(jù)處理部分、20mA電流環(huán)信號轉換部分和RS232接口部分。
[0007]所述與TCU接口部分用于接收列車牽引變流器VVVF發(fā)送的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將上述數(shù)據(jù)發(fā)送至FPGA數(shù)據(jù)處理部分；以及接收FPGA數(shù)據(jù)處理部分獲取的來自列車網絡系統(tǒng)TMS的系統(tǒng)時間修改請求信號，并將接收到的上述系統(tǒng)時間修改請求信號通過與TCU接口部分發(fā)送至牽引控制器T⑶；
[0008]所述FPGA數(shù)據(jù)處理部分接收該網關與T⑶接口部分發(fā)送的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將上述數(shù)據(jù)按要求進行打包處理成相應的狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)并根據(jù)需要發(fā)送至20mA電流環(huán)信號轉換部分；以及接收20mA電流環(huán)信號轉換部分處理后的數(shù)字信號，將接收到的數(shù)字信號解析為狀態(tài)數(shù)據(jù)請求信號、故障數(shù)據(jù)請求信號和系統(tǒng)時間修改請求信號，并根據(jù)上述不同的請求進行相應的處理；
[0009]所述20mA電流環(huán)信號轉換部分接收列車網絡系統(tǒng)TMS發(fā)送的各種請求信號，并將上述請求信號轉換成數(shù)字信號后發(fā)送至FPGA數(shù)據(jù)處理部分；以及接收該網關FPGA數(shù)據(jù)處理部分發(fā)送的打包數(shù)據(jù)信息，并將上述打包數(shù)據(jù)信息發(fā)送至列車網絡系統(tǒng)TMS ；
[0010]所述RS232接口部分用于該網關的系統(tǒng)維護，可將經過FPGA數(shù)據(jù)處理部分處理后的來自列車網絡系統(tǒng)TMS的信息通過RS232接口部分上傳至維護電腦，并可通過該RS232接口更新該網關的程序，對該網關進行系統(tǒng)維護。
[0011]與T⑶接口部分內部設有雙口 RAM區(qū)域，采用雙口 RAM方式實現(xiàn)列車牽引控制器T⑶和FPGA數(shù)據(jù)處理部分高效實時的雙向數(shù)據(jù)交互，即列車牽引控制器T⑶和FPGA數(shù)據(jù)處理部分均可對該雙口 RAM區(qū)域進行讀寫操作。
[0012]FPGA數(shù)據(jù)處理部分內部定義多個數(shù)據(jù)緩存區(qū)，包括故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，記錄列車牽引變流器VVVF運行時的狀態(tài)數(shù)據(jù)和處理列車牽引變流器VVVF發(fā)生的多個故障數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)主要包括列車網絡系統(tǒng)TMS發(fā)出的系統(tǒng)時間數(shù)據(jù)和列車牽引變流器VVVF運行時產生的關鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)；故障數(shù)據(jù)主要包括列車牽引變流器VVVF運行時產生的故障數(shù)據(jù)，包括故障代碼、故障類型、故障發(fā)生時刻、故障發(fā)生前Is和故障發(fā)生后Is的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。
[0013]本發(fā)明還公開一種適用于單軌車牽引逆變器的電流環(huán)網關的數(shù)據(jù)傳輸方法:其特征在于包括以下方法步驟:
[0014]I)該電流環(huán)網關可實時獲取列車牽引變流器VVVF的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將列車牽引變流器VVVF的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)置于FPGA數(shù)據(jù)處理部分的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，根據(jù)要求進行數(shù)據(jù)打包處理形成狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)；
[0015]2) FPGA數(shù)據(jù)處理部分時刻準備接收來自列車網絡系統(tǒng)TMS的數(shù)據(jù)請求信號，并對數(shù)據(jù)進行校驗，一旦接收到數(shù)據(jù)校驗成功，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理部分立刻將狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存區(qū)中已經打包處理好的數(shù)據(jù)通過20mA電流環(huán)信號轉換部分發(fā)送至列車網絡系統(tǒng)TMS ;
[0016]3)當列車牽引變流器VVVF發(fā)生故障時，列車牽引控制器T⑶將與該網關交互的信息中相應故障位進行置位，當該網關的FPGA數(shù)據(jù)處理部分識別到故障位被置位時，立刻記錄故障特征并提取當前狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經過處理后保存于故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，同時將即將發(fā)送給列車網絡系統(tǒng)TMS的狀態(tài)數(shù)據(jù)中的相應故障位進行置位，等待觸發(fā)列車網絡系統(tǒng)TMS的故障數(shù)據(jù)請求信號；
[0017]4)當FPGA數(shù)據(jù)處理部分收到列車網絡系統(tǒng)TMS的故障數(shù)據(jù)請求信號時，隨即將已經處理好的故障數(shù)據(jù)發(fā)送至列車網絡系統(tǒng)TMS。
[0018]所述步驟3)中，故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)可針對列車牽引變流器VVVF的3個歷史重故障和I個歷史輕故障進行存儲，包括故障發(fā)生前后的列車牽引變流器VVVF運行數(shù)據(jù)，當故障數(shù)量多于3個歷史重故障和I個歷史輕故障，故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)采取“先進先出”原則，將最早發(fā)生的故障數(shù)據(jù)覆蓋。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果為:
[0020]I)采用20mA電流環(huán)技術實現(xiàn)單軌列車牽引變流器VVVF與列車網絡系統(tǒng)TMS的通信，性價比高，且具備很高的抗干擾性和噪聲抑制能力；
[0021]2) 20mA電流環(huán)信號轉換部分的20mA電流環(huán)信號接收電路和20mA電流環(huán)信號發(fā)送電路均通過高速光耦實現(xiàn)信號轉換，確保輸入輸出信號在電氣上保持隔離，利于長距離數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)干擾性；
[0022]3)采用雙口 RAM方式進行TCU與本網關間的數(shù)據(jù)交互，具備較高的數(shù)據(jù)交互的高效性和實時性；
[0023]4)FPGA數(shù)據(jù)處理部分內部定義多個數(shù)據(jù)緩存區(qū)，包括故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，可對故障特征進行保存處理，故障數(shù)據(jù)緩存區(qū)采取“先進先出”原則，針對列車牽引變流器VVVF的多個故障