專利名稱：一種機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種機(jī)車/車輛控制裝置，尤其是指一個(gè)基于通信的過(guò)程控制平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)MVB 4類設(shè)備功能，包括多功能車輛總線(MVB)的機(jī)車/車輛控制模塊及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
機(jī)車/車輛控制模塊(以下簡(jiǎn)稱VCM)主要適用于機(jī)車/車輛的車輛及過(guò)程控制、故障診斷與通信管理，也可適用于地鐵列車或自動(dòng)化控制系統(tǒng)等相關(guān)領(lǐng)域的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其應(yīng)用環(huán)境滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(鐵標(biāo)TB3021-2001等)規(guī)定。VCM作為一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)中的核心功能模塊，在一個(gè)基本的軟硬件平臺(tái)之上，通過(guò)配置不同的軟硬件資源，可方便實(shí)現(xiàn)不同車型的車輛級(jí)/列車級(jí)的過(guò)程控制、故障診斷與存儲(chǔ)、通信管理等功能。
現(xiàn)有車輛控制模塊除了處理速度低、通信及控制功能有限外，還存在如下不足(1)體積大 結(jié)構(gòu)上，采用機(jī)箱結(jié)構(gòu)或即使采用模塊化，卻是從標(biāo)準(zhǔn)3U與6U插件演變而來(lái)，要實(shí)現(xiàn)車輛控制模塊功能，一般包括CPU板、MVB接口板以及電源板、背板等插件，使得整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，體積龐大，重量較重，不便安裝，且插件的拆卸也極其困難；(2)功耗大 由于采用插件數(shù)量多且沒(méi)有采用節(jié)電設(shè)計(jì)技術(shù)，使得功耗大導(dǎo)致體積沒(méi)法?。?3)價(jià)格昂貴 由于采用插件結(jié)構(gòu)，使得使用的元器件數(shù)量與種類大大增加，使成本高。因此，有必要對(duì)此加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有VCM的不足，提出一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為合理、簡(jiǎn)單，體積結(jié)構(gòu)更為小巧，安裝更為方便的VCM及結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的VCM是一種機(jī)車/車輛控制模塊，在VCM的設(shè)計(jì)中取消了傳統(tǒng)的插件加機(jī)箱模式，而采用模塊化集成式結(jié)構(gòu)，將各功能部件分別集成到兩塊插件上。一塊完成弱電功能，實(shí)現(xiàn)處理器核心部分、MVB通信處理部分、CAN通信處理部分、USB及以太網(wǎng)接口、RS232總線、RS485總線接口的集成；另一塊完成DC/DC電源變換、MVB、CAN、RS485總線通信的接口部分的集成，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。保證了系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、電磁兼容性。這樣能盡可能減少系統(tǒng)布線。同時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中采用了功能更加強(qiáng)大的單塊CPU結(jié)構(gòu)以及低功耗器件，并在CPU與各功能模塊之間沒(méi)有中間插件，CPU與各功能模塊之間為直接連接，使得模塊的功耗和體積大大減?。卉浖_(kāi)發(fā)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具(ISaGRAF)，確保了軟件系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性，極大地縮短了應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)周期，最終確保了VCM系統(tǒng)的高性價(jià)比。
VCM機(jī)械結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立模塊方式，所有電路都密封在一個(gè)防塵、防潮、防振、耐熱以及EMC性能良好的金屬外殼之中，并通過(guò)模塊前面板上的連接器與其它設(shè)備接口。其結(jié)構(gòu)主要包括包括金屬外殼、內(nèi)部PCB電路板、前面板及對(duì)外連接器。
其中，所述的封裝外殼采用輕型鑄鋁材料，由兩塊結(jié)構(gòu)對(duì)稱的蓋板組成。每塊板上設(shè)有固定安裝孔和接地孔，外表面氧化成黑色并設(shè)有分布均勻的鰭狀散熱片，以盡可能增加散熱面積，加強(qiáng)散熱效果。在外殼內(nèi)部還設(shè)有溫度傳感器，可自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)進(jìn)行保護(hù)。
所述的內(nèi)部PCB電路板是VCM的核心，主要由兩塊3U尺寸大小的電路板組成，一塊為電源及接口板主要包括DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊、MVB ESD+接口和RS485總線等電路；另一塊為CPU板主要包括CPU、存儲(chǔ)器、MVBC01、通信存儲(chǔ)器(Traffic Memory簡(jiǎn)稱TM)以及RS232總線和以太網(wǎng)接口等。兩塊電路板之間通過(guò)扁平電纜進(jìn)行連接，PCB電路板安裝在金屬外殼內(nèi)。
所述的前面板用于安裝對(duì)外接口的連接器，并和兩塊金屬外殼一起構(gòu)成一個(gè)模塊整體。對(duì)外接口包括輸入電源及繼電器報(bào)警輸出連接器(X7)、MVB ESD+連接器(X5，X6)、RS485總線連接器(X3，X4)、RS232總線連接器(X2)、以太網(wǎng)接口(X1)以及通用狀態(tài)指示燈(H1，H2)。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于1、采用模塊化結(jié)構(gòu)，體積小。國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)同樣功能的MVB總線管理器模塊體積很大，功耗很大，不利于安裝。
2、提供多種現(xiàn)場(chǎng)總線接口(MVB，RS485總線以及以太網(wǎng)等)，通過(guò)與各種遠(yuǎn)程I/O裝置結(jié)合，方便各種應(yīng)用系統(tǒng)的組態(tài)與系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)。
3、采用分布式電源和獨(dú)立模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比，極大地方便現(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)。
4、內(nèi)部帶溫度傳感器，自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度超過(guò)一定值進(jìn)行保護(hù)。


圖1為本發(fā)明的模塊外形結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明的模塊外形側(cè)向結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的模塊外形結(jié)構(gòu)面板結(jié)構(gòu)放大圖。
圖中1、金屬外殼；2、散熱片；3、外連接器；4、蓋板；5、蓋板；6、前面板；7、RS232總線連接器；8、RS485總線連接器；9、MVB ESD+連接器；10、通用狀態(tài)指示燈；11、輸入電源及繼電器報(bào)警輸出連接器；12、PCB電路板；13、PCB電路板；14、太網(wǎng)接口。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
通過(guò)附圖可以看出，本發(fā)明是一種用于機(jī)車/車輛的車輛級(jí)過(guò)程控制、故障診斷與通信管理或用于地鐵列車或自動(dòng)化等相關(guān)領(lǐng)域的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，在VCM的設(shè)計(jì)中取消了傳統(tǒng)的插件加機(jī)箱模式，而采用模塊式結(jié)構(gòu)，能盡可能減少系統(tǒng)布線，由兩塊插件組成，一塊完成弱電功能，實(shí)現(xiàn)處理器核心部分、MVB通信處理部分、CAN通信處理部分、USB及以太網(wǎng)接口、RS232總線、RS485總線接口的集成；另一塊完成DC/DC電源變換、MVB、CAN、RS485總線通信的接口部分的集成，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。保證了系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、電磁兼容性。同時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中采用了功能更加強(qiáng)大的單塊CPU結(jié)構(gòu)以及低功耗器件，并在CPU與各功能模塊之間沒(méi)有中間插件，CPU與各功能模塊之間為直接連接，使得模塊的功耗和體積大大減??；軟件開(kāi)發(fā)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具(ISaGRAF)，確保了軟件系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性，極大地縮短了應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)周期，最終確保了VCM系統(tǒng)的高性價(jià)比。
VCM機(jī)械結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立模塊方式，所有電路都密封在一個(gè)防塵、防潮、防振、耐熱，以及EMC性能良好的金屬外殼1之中，并通過(guò)模塊前面板上的連接器與其它設(shè)備接口。其結(jié)構(gòu)主要包括金屬外殼1、內(nèi)部PCB電路板12、13、前面板6及對(duì)外連接器3。
其中，所述的封裝外殼1采用輕型鑄鋁材料，由兩塊結(jié)構(gòu)對(duì)稱的蓋板4、5組成。每塊板上設(shè)有固定安裝孔和接地孔，外表面氧化成黑色并設(shè)有分布均勻的鰭狀散熱片2，以盡可能增加散熱面積，加強(qiáng)散熱效果。在外殼內(nèi)部還設(shè)有溫度傳感器，可自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)進(jìn)行保護(hù)。
所述的內(nèi)部PCB電路板12、13是VCM的核心，主要由兩塊3U尺寸大小的電路板12、13組成，一塊為電源及接口板主要包括DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊、MVB ESD+接口和RS485等電路；另一塊為CPU板主要包括CPU、存儲(chǔ)器、MVBC01、TM以及RS232總線和以太網(wǎng)接口等。兩塊電路板之間通過(guò)扁平電纜進(jìn)行連接。
所述的前面板6上安裝有對(duì)外接口的連接器3，并和兩塊蓋板一起構(gòu)成一個(gè)模塊整體。對(duì)外接口包括輸入電源及繼電器報(bào)警輸出連接器11(X7)、MVB ESD+連接器9(X5，X6)、RS485連接器8(X3，X4)、RS232連接器7(X2)、以太網(wǎng)接口14(X1)以及通用狀態(tài)指示燈10(H1，H2)。
從上述實(shí)例可以看出本發(fā)明的VCM是一個(gè)基于通信的過(guò)程控制平臺(tái)，它的設(shè)計(jì)采用目前流行的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其方案特點(diǎn)為●處理器采用目前流行的高速32位嵌入式通信處理器，主頻達(dá)到533MHz，以保證VCM強(qiáng)大的通信與數(shù)據(jù)處理能力；●內(nèi)嵌流行的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，以保證軟件的可靠性與實(shí)時(shí)性；●提供滿足IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的Soft PLC應(yīng)用軟件編程接口與開(kāi)發(fā)工具(ISaGRAF)，極大地方便應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)；●提供多種現(xiàn)場(chǎng)總線接口(MVB，RS485以及以太網(wǎng)等)，通過(guò)與各種遠(yuǎn)程I/O裝置結(jié)合，方便各種應(yīng)用系統(tǒng)的組態(tài)與系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)；采用分布式電源和獨(dú)立模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比，極大地方便現(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，包括金屬外殼、內(nèi)部PCB電路板、面板及對(duì)外連接器，其特征在于采用模塊化集成式結(jié)構(gòu)，將各功能部件分別集成到兩塊插件上，一塊完成弱電功能，實(shí)現(xiàn)處理器核心部分、MVB通信處理部分、CAN通信處理部分、USB及以太網(wǎng)接口、RS232總線、RS485總線接口的集成；另一塊完成DC/DC電源變換、MVB、CAN、RS485總線通信的接口部分的集成，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離；同時(shí)，電路中采用單塊CPU結(jié)構(gòu)，CPU與各功能模塊之間為直接連接；軟件采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于VCM機(jī)械結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立模塊方式，所有電路都密封在一個(gè)防塵、防潮、防振、耐熱，以及EMC性能良好的金屬外殼(1)之中，并通過(guò)模塊前面板上的連接器與其它設(shè)備接口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的封裝外殼1采用輕型鑄鋁材料，由兩塊結(jié)構(gòu)對(duì)稱的蓋板(4、5)組成；每塊板上設(shè)有固定安裝孔和接地孔，外表面氧化成黑色并設(shè)有分布均勻的鰭狀散熱片(2)；在外殼內(nèi)部還設(shè)有溫度傳感器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的內(nèi)部PCB電路板(12、13)是由兩塊3U尺寸大小的電路板組成，一塊為電源及接口板主要包括DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊、MVB ESD+接口和RS485總線等電路；另一塊為CPU板主要包括CPU、存儲(chǔ)器、MVBC01、TM以及RS232總線和以太網(wǎng)接口等，兩塊電路板之間通過(guò)扁平電纜進(jìn)行連接。
5.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的前面板(6)上安裝有對(duì)外接口的連接器(3)，并和兩塊蓋板一起構(gòu)成一個(gè)模塊整體；對(duì)外接口包括輸入電源及繼電器報(bào)警輸出連接器(11)、MVB ESD+連接器(9)、RS485總線連接器(8)、RS232總線連接器(7)、以太網(wǎng)接口(14)以及通用狀態(tài)指示燈(10)。
全文摘要
一種機(jī)車/車輛控制模塊結(jié)構(gòu)，主要包括金屬外殼(1)、內(nèi)部PCB電路板(12)、(13)、前面板(6)及對(duì)外連接器(3)。采用模塊式結(jié)構(gòu)，由兩塊插件組成，一塊完成弱電功能，實(shí)現(xiàn)處理器核心部分、MVB通信處理部分、CAN通信處理部分、USB及以太網(wǎng)接口、RS232總線、RS485總線接口的集成；另一塊完成DC/DC電源變換、MVB、CAN、RS485總線通信的接口部分的集成，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離；同時(shí)，電路中采用單塊CPU結(jié)構(gòu)，并在CPU與各功能模塊之間沒(méi)有中間插件；軟件開(kāi)發(fā)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具(ISaGRAF)。VCM機(jī)械結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立模塊方式，所有電路都密封在一個(gè)防塵、防潮、防振、耐熱，以及EMC性能良好的金屬外殼(1)之中，并通過(guò)模塊前面板上的連接器與其它設(shè)備接口。
文檔編號(hào)H05K7/00GK1867234SQ20061003188
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者吳正平, 路向陽(yáng), 易偉民, 任湘輝, 江奕, 肖家博, 曹洋 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司