CN105000007B - 一种用于城轨制动系统的防滑控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于城轨制动系统的防滑控制装置，包括：主控制模块，用于接收车轴的速度信号以及制动指令，生成对应的阀驱动信号、控制信号、用于表示运行是否异常的生命信号，输出给防滑阀驱动模块，以及根据反馈信号判断防滑阀驱动模块的运行状态；防滑阀驱动模块，用于驱动防滑阀，包括依次连接的阀驱动单元、排气阀保护单元以及继电器控制单元，阀驱动单元接收阀驱动信号驱动防滑阀并发送反馈信号，排气阀保护单元输出防滑失效保护触发信号；继电器控制单元控制继电器的得电状态，并发送反馈信号。本发明具有结构简单紧凑、防滑控制可靠性以及安全性高、控制灵活且能够实现故障监视及定位的优点。
Description
技术领域
本发明涉及城轨制动技术领域，尤其涉及一种用于城轨制动系统的防滑控制装置。
背景技术
随着城市化进程的加快，越来越多的人们都在寻求更便捷、更环保的出行方式，城市轨道交通由于具有方便快捷、绿色环保等诸多优点而受到青睐。城市国道列车的运营有别于干线铁路车辆，它需要频繁的启动、调速、制动，这就对车辆制动系统的性能提出了更高的要求。为适应资源节约型和环境友好型社会建设的现实需要，城市轨道交通车辆所采用得制动系统需要尽可能最大的利用电制动，使得既能通过能量的回收而产生一定的经济效益，又能减少闸瓦的机械磨损而降低对环境的影响。为适应短距离启停车的特点，列车必须启动快、制动距离短，这就要求制动系统装置具有操作灵活，响应迅速，停车平稳、准确和制动力大等特点。城市轨道车辆为动、拖车编组列车，其要求编组列车的各车辆的制动力尽可能一致，并能够适应列车乘客量的变化，即具有空、重车的调节功能，以降低列车制动时列车的纵向冲击。城轨制动控制系统即是以事故导向安全为设计原则，又为运营提供充分的安全保障。
城轨制动系统采用电制动和空气制动并用的制动系统(电气指令微机控制的电空混合制动)，即对空气制动和电制动进行混合控制。电制动采用再生制动或电阻制动，空气制动采用电气指令微机控制的直通式电控制动。城轨制动控制系统主要由制动控制系统、基础制动系统和空气供给系统三大部分组成。
制动控制系统包括制动控制装置、制动信号发生装置和制动信号传输装置，其中制动控制装置为接收制动指令、实现制动力控制的集中控制设备，内部集成了制动控制单元(Brake Control Unit，BCU)、空气阀类组件等；制动信号发生装置即为司机控制器；制动信号装置包括中央装置和车辆终端装置，用于采集传输制动指令，借助于列车网络控制系统接收制动状态指令。空气供给系统由空气压缩机、干燥器及空压机启停控制装置、总风缸、控制风缸、贯穿全车的总风管及塞门等组成，为制动系统提供压缩空气，作为空气制动的动力源。基础制动系统由制动缸及闸瓦或制动盘等组成，接收由BCU控制的控制指令，产生相应的制动力。空气滑行控制能够与电制动滑行制动系统协调动作，可以使发生滑行的车轮尽快恢复粘着。空气滑行控制根据轴速度信号判断空气制动过程中是否产生滑行并利用防滑阀进行防滑控制。防滑控制即是在制动力即将超过黏着力时降低制动力，使车轮恢复滚动或者蠕滑状态，避免车轮滑行。
城轨制动系统中防滑控制如下图1所示，防滑控制模块通过采集4路速度传感器的轴速度信号进行防滑判断，对独立的4组防滑阀(保压阀、排气阀)进行控制，制动过程中不能发生轮对擦伤事件，通常要求防滑效率不低于75％。防滑控制系统在判断滑行时，使用了许多判据，这些判据主要有速度差、减速度、减速度微分和滑移率等。速度差和减速度的方法使用比较普遍，如图2所示，由防滑控制器根据速度差、减速度等的变化，相应地控制制动力变化以避免车轮滑行。但无论采用哪一种判据，都是将防滑与充分利用黏着作为主要目的。
在城轨制动控制系统中，故障导向安全的总体原则为：
列车牵引运行或惰行时，制动系统故障导向安全的原则是要避免产生不期望的制动力，以使列车能够维持运行；在列车制动停车时，制动系统故障导向安全的原则是要保证有足够的制动力，确保列车能够安全停车；当空气制动滑行保护系统失效或故障时，空气制动将维持运用而无滑行保护。
保证故障导向安全的主要措施包括：
采用常时带电方式的独立的紧急制动安全环路，一旦失电，列车自动实施紧急制动，即紧急制动为“失电制动”；采用“失电缓解”的常用制动控制模式，当电子制动控制单元失电时，常用制动处于缓解状态；采用有安全状态的监控制动控制器；采用有安全状态的监控防滑控制器；制动不足检测；不缓解检测和强迫缓解；确保安全的部件冗余和故障功能降级措施。
由上述要求，城轨防滑控制系统中针对控制功能、防滑监视功能及防滑失效保护功能部分都需具备高可靠性，如果防滑控制模块出现防滑控制异常时，可能会引起空气制动力持续减少甚至消失，从而影响到车辆安全。目前的防滑控制系统中防滑失效保护、防滑阀驱动等功能电路通常相互独立，各电路由分立器件搭建构成，电路结构复杂，不易进行控制，且各个功能电路不能实现灵活的自检，安全及可靠性不高；当出现故障时，也无法实现故障点的定位，不利于现场设备的维护以及检修等。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、防滑控制可靠性以及安全性高、控制灵活且能够实现故障监视及定位的用于城轨制动系统的防滑控制装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于城轨制动系统的防滑控制装置，包括：
主控制模块，用于接收车轴的速度信号以及制动指令，生成对应的阀驱动信号、控制信号以及用于表示运行是否异常的生命信号，输出给防滑阀驱动模块，以及根据反馈信号判断所述防滑阀驱动模块的运行状态；
防滑阀驱动模块，用于驱动防滑阀，包括依次连接的阀驱动单元、排气阀保护单元以及继电器控制单元，所述阀驱动单元接收所述阀驱动信号驱动防滑阀并发送反馈信号，所述排气阀保护单元根据排气阀的驱动状态、所述控制信号控制输出防滑失效保护触发信号；所述继电器控制单元根据所述防滑失效保护触发信号、控制信号以及生命信号控制继电器的得电状态，并发送反馈信号。
作为本发明的进一步改进：所述主控制模块还包括阀驱动信号控制保护单元，所述阀驱动信号控制保护单元控制所述阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。
作为本发明的进一步改进：所述排气阀保护单元包括依次连接的排气阀输出监视电路以及保护电路，所述排气阀输出监视电路的输入端连接所述阀驱动单元，所述保护电路的输出端连接所述继电器控制单元；所述排气阀输出监视电路监视排气阀的驱动状态并接收所述控制信号，根据监视得到的驱动状态结果以及所述控制信号，控制启动所述保护电路输出防滑失效保护触发信号。
作为本发明的进一步改进：所述保护电路包括依次连接的或门电路、延时子电路以及保持子电路，所述或门电路接入所述控制信号、排气阀输出监视电路监视到的驱动状态结果，进行或运算后输出保护控制信号；所述延时子电路在所述保护控制信号控制下发送触发信号至所述保持子电路，所述保持子电路接收到触发信号后，控制输出防滑失效保护触发信号并保持预设时长。
作为本发明的进一步改进：所述阀驱动单元包括逻辑保护电路、隔离电路、保压阀驱动电路以及排气阀驱动电路，所述逻辑保护电路通过所述隔离电路分别连接保压阀驱动电路以及排气阀驱动电路；所述逻辑保护电路控制所述阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。
作为本发明的进一步改进：所述保压阀驱动电路、排气阀驱动电路均为MOS管驱动电路；所述MOS管驱动电路的输出端还设置有整流二极管以防止回流，以及TVS二极管以防止输出电压过高。
作为本发明的进一步改进：所述继电器控制单元包括控制电路、第一开关管、第二开关管以及继电器反馈电路，所述控制电路通过第二开关管连接继电器线圈的一端，所述第一开关管连接所述继电器线圈的另一端，所述第一开关管的另一端连接所述排气阀保护单元，通过所述第一开关管、第二开关管的导通控制继电器的得电状态；所述控制电路接收所述控制信号以及生命信号，控制所述第二开关管的导通，所述第一开关管根据所述排气阀保护单元输出的防滑失效保护触发信号控制导通；所述继电器反馈电路输出继电器得电状态的反馈信号。
作为本发明的进一步改进：所述第一开关管、第二开关管为MOS开关管、固态继电器或光耦。
作为本发明的进一步改进：所述继电器控制单元还包括用于监视第一开关管的导通状态并发送反馈信号的开关管监视电路，所述开关管监视电路连接所述第一开关管的输出端。
作为本发明的进一步改进：所述主控制模块包括DSP主控单元以及FPGA监控单元，所述DSP主控单元与FPGA监控单元之间通过并行总线进行数据交互；所述FPGA监控单元获取制动力分配指令，传输给所述DSP主控单元，并监视所述DSP主控单元的运行状态。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明城轨制动系统防滑阀控制装置包括主控制模块以及防滑阀驱动模块，通过主控制模块发送阀驱动信号来控制阀驱动单元，进行防滑阀驱动控制，同时通过控制信号以及生命信号控制排气阀保护单元以及继电器控制单元，实现对防滑控制进行监视及保护，从而在故障时能够及时导向安全措施，防滑控制灵活，且安全及可靠性能高；同时由防滑阀驱动模块返回的反馈信号还可以实现故障监视及定位，当监视到异常时，能够及时切除防滑阀驱动模块的输出，以保证车辆安全，以及利于现场设备的维护以及检修；
2)本发明主控制模块通过发送一定周期的生命信号来反映运行是否正常，防滑阀驱动模块通过生命信号可以快速响应主控制模块是否异常，从而在判断为异常时，可以切除防滑阀驱动模块，保证防滑控制安全；主控制模块通过控制信号可以在出现异常时，对防滑阀驱动模块进行控制，同时在正常情况下，则可以辅助实现对防滑阀驱动模块进行监视及检查；
3)本发明通过防滑阀驱动模块反馈信号给主控制模块，则主控制模块可根据反馈信号及发送的阀驱动信号、控制信号以及生命信号，对防滑阀驱动模块中各个点进行检测，以判断防滑阀驱动模块的运行状态，进而保证当电路出现异常能及时导向安全措施；
4)本发明排气阀保护单元进一步包括排气阀输出监视电路，通过排气阀输出监视电路监视排气阀的驱动状态，在监视到排气阀异常时，控制执行防滑失效保护动作，保护排气阀控制安全；本发明排气阀保护单元进一步包括由硬件电路构成的保护电路，结构简单，且能够有效执行防滑失效保护；
5)本发明继电器控制单元进一步通过设置两个开关管控制继电器的得电状态，以在防滑失效或异常情况时，能够通过控制两个开关管及时切断继电器线圈电源，提高防滑控制的灵活性以及安全性能；继电器控制单元进一步还包括开关管监视电路，以实现开关管的监视，因而在出现异常时能及时导向安全措施。
附图说明
图1是城轨制动系统中防滑控制的结构原理示意图。
图2是城轨制动系统中防滑控制的原理示意图。
图3是本实施例用于城轨制动系统的防滑控制装置的结构示意图。
图4是本实施例中阀驱动单元的结构示意图。
图5是本实施例中排气阀保护单元的结构示意图。
图6是本实施例中继电器控制单元的结构示意图。
图7是本发明具体实施例中主控制模块的结构原理示意图。
图8是本发明具体实施例中一组阀防滑驱动控制的结构原理示意图。
图9是本发明具体实施例中一个防滑阀驱动模块的结构原理示意图。
图例说明：1、主控制模块；2、防滑阀驱动模块；21、阀驱动单元；211、逻辑保护电路；212、隔离电路；213、保压阀驱动电路；214、排气阀驱动电路；22、排气阀保护单元；221、排气阀输出监视电路；222、保护电路；23、继电器控制单元；231、控制电路；232、第一开关管；233、第二开关管；234、继电器反馈电路；235、开关管监视电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图3所示，本实施例用于城轨制动系统的防滑控制装置，包括：
主控制模块1，用于接收车轴的速度信号以及制动指令，生成对应的阀驱动信号、控制信号、用于表示运行是否异常的生命信号，并输出给防滑阀驱动模块2，以及根据反馈信号判断防滑阀驱动模块2的运行状态；
防滑阀驱动模块2，用于驱动防滑阀，包括依次连接的阀驱动单元21、排气阀保护单元22以及继电器控制单元23，阀驱动单元21接收阀驱动信号驱动防滑阀并发送反馈信号，排气阀保护单元22根据排气阀的驱动状态、控制信号输出防滑失效保护触发信号；继电器控制单元23根据防滑失效保护触发信号、控制信号以及生命信号控制继电器的得电状态，并发送反馈信号。
本实施例中，主控制模块1采集轴速度传感器信号，依据轴速度信号和制动缸压力信号、制动力分配、紧急制动、制动缓解等制动指令，经过内部防滑计算后，输出阀驱动信号以及控制信号至防滑阀驱动模块2，通过控制信号可以在出现异常时，对防滑阀驱动模块2进行控制，以根据需求切断对应轴或所有的防滑阀；同时在正常情况下，可以辅助主控制模块1对防滑阀驱动模块2进行监视及检查。防滑阀驱动模块2中阀驱动单元21接收阀驱动信号，驱动保压阀、排气阀，发送阀状态反馈信号至主控制模块1；排气阀保护单元22接收排气阀驱动状态以及控制信号，控制输出防滑失效保护触发信号；继电器控制单元23接收控制信号、生命信号以及排气阀保护单元22输出信号，控制继电器的得电状态并发送继电器状态的反馈信号至主控制模块1。
本实施例中，主控制模块1还包括阀驱动信号控制保护单元，阀驱动信号控制保护单元控制阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。本实施例预设保护条件具体包括：①排气时间必须有5秒超时和80秒防滑失效惩罚的功能；②不允许保压阀失电和排气阀得电的情况同时发生，通过阀驱动信号控制保护单元控制阀驱动信号实现上述两个保护条件的保护逻辑，从而实现防滑阀保护。本实施例具体通过软件方式实现预设保护条件的控制逻辑，控制方式简单且易于实现。
本实施例通过主控制模块1发送阀驱动信号来控制防滑阀驱动模块2，进行防滑阀驱动控制，同时通过控制信号以及生命信号来对防滑控制进行监视及保护，从而在故障时能够及时导向安全措施，防滑控制灵活，且安全及可靠性能高；同时由防滑阀驱动模块2返回的反馈信号还可以实现故障监视及定位，当监视到异常时，能够及时切除防滑阀驱动模块2的输出，以保证车辆安全，以及利于现场设备的维护以及检修。
本实施例主控制模块1通过发送一定周期的生命信号来反映运行是否正常，防滑阀驱动模块2通过该生命信号可以快速响应主控制模块1是否异常，从而在判断为异常时切断防滑控制，保证防滑控制安全。本实施例生命信号具体为方波信号或固定占空比的PWM波信号，也可以采用其他类型信号，信号类型以及信号周期都可以根据实际需求设定。
如图4所示，本实施例中阀驱动单元21包括逻辑保护电路211、隔离电路212、保压阀驱动电路213以及排气阀驱动电路214，逻辑保护电路211通过隔离电路212分别连接保压阀驱动电路213以及排气阀驱动电路214；逻辑保护电路211控制阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。保压阀驱动电路213根据保压阀驱动信号驱动保压阀，排气阀驱动电路214根据排气阀驱动信号驱动排气阀，并分别输出保压阀、排气阀驱动状态的反馈信号给主控制模块1。
本实施例具体通过逻辑保护电路211控制排气阀驱动信号与保压阀驱动信号，不允许保压阀失电和排气阀得电同时发生，以防止空气制动力损失过大或失去制动力。逻辑保护电路211还可以根据实际需求增加其他的保护功能，以更好的保证车辆安全。
本实施例中，保压阀驱动电路213、排气阀驱动电路214均为MOS管驱动电路，通过MOS管驱动电路驱动保压阀、排气阀的开关状态。本实施例MOS管驱动电路具体采用自带过流保护、开路检测、过温保护、状态反馈等功能的驱动芯片，当驱动芯片内的检测电路检测到过流、开路、过温等异常时，通过状态反馈引脚发送故障状态信息，因而当主控制模块1接收到这些故障反馈信息后，可通过已发送的阀驱动信号，来判断该驱动芯片的故障状态。
本实施例中，MOS管驱动电路的输出端还设置有整流二极管以防止回流，以及TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬变电压抑制)二极管以防止输出电压过高。
如图5所示，排气阀保护单元22包括依次连接的排气阀输出监视电路221以及保护电路222，排气阀输出监视电路221的输入端连接阀驱动单元21，保护电路222的输出端连接继电器控制单元23；排气阀输出监视电路221监视排气阀的驱动状态并接收控制信号，根据监视得到的驱动状态结果以及控制信号，控制启动保护电路222输出防滑失效保护触发信号。本实施例通过排气阀输出监视电路221监视排气阀的驱动状态，在监视到排气阀的驱动状态异常时，控制保护电路222执行防滑失效保护动作，保证排气阀控制安全。
参见图5，本实施例中保护电路222包括依次连接的或门电路、延时子电路以及保持子电路，或门电路接入控制信号、排气阀输出监视电路221监视到的驱动状态结果，进行或运算后输出保护控制信号；延时子电路在保护控制信号控制下发送触发信号至保持子电路，保持子电路接收到触发信号后，控制输出防滑失效保护触发信号并保持预设时长。由或门、延时子电路以及保持子电路构成的硬件电路，限制排气阀的持续时间，使得具有防滑阀排气时间超时以及防滑失效惩罚，以执行防滑失效保护。本实施例通过保护电路222具体实现排气时间5秒超时和80秒防滑失效惩罚的功能，也可以根据实际需求增加其他保护功能。
本实施例逻辑保护电路211、保护电路222通过硬件电路的方式实现防滑阀的保护，结合主控制模块1中阀驱动信号控制保护单元的保护控制，可在其中一个保护逻辑出现异常时，另一个能够保证安全导向，从而实现冗余；当阀驱动信号控制保护单元通过软件方式实现保护控制逻辑时，还能够与逻辑保护电路211、保护电路222一起实现软、硬件冗余，通过软、硬件结合的方式确保防滑阀控制安全。
如图6所示，本实施例中继电器控制单元23包括控制电路231、第一开关管232、第二开关管233以及继电器反馈电路234，控制电路231通过第二开关管233连接继电器线圈的一端，第一开关管232连接所述继电器线圈的另一端，第一开关管232的另一端连接所述排气阀保护单元22，通过第一开关管232、第二开关管233的导通控制继电器的得电状态；控制电路231接收控制信号以及生命信号，控制第二开关管233的导通，第一开关管232根据排气阀保护单元22输出的防滑失效保护触发信号控制导通；继电器反馈电路234输出继电器得电状态的反馈信号。
本实施例通过在继电器线圈回路中设置两个开关管控制继电器的得电状态，两个开关管分别放置于线圈前端及后端，其中前端的开关管(第一开关管232)由保护电路222的输出控制是否导通，后端的开关管(第二开关管233)由控制电路231控制其导通，两个开关管全部导通时，继电器线圈得电，继电器常开点闭合，常闭点断开。当排气阀保护单元22输出防滑失效保护触发信号时，断开第一开关管232，继电器线圈不得电，执行防滑失效保护；当控制电路231接收的生命信号异常时，断开第二开关管233，继电器线圈不得电，生命信号正常时由控制信号控制第二开关管233的开、断状态；当第一开关管232、第二开关管233同时导通时，继电器线圈得电。继电器回路通过两个开关管控制继电器线圈的得电状态，以在防滑失效或异常情况时，能够通过控制两个开关管及时切断继电器线圈电源，提高防滑控制的灵活性以及安全性能。
本实施例中，第一开关管232、第二开关管233可以MOS开关管、固态继电器或光耦等，也可以根据实际需求选择其他具有类似开关功能的器件。
本实施例中，继电器控制单元23还包括用于监视第一开关管232的导通状态并发送反馈信号的开关管监视电路235，开关管监视电路235连接第一开关管232的输出端。通过开关管监视电路235实现第一开关管232的监视，主控制模块1可通过反馈信号判断第一开关管232是否导通，以在出现异常时能及时导向安全措施，因而使得在安全状态(不合继电器的情况，即继电器线圈不得电)，便于主控制模块1单独对保护电路222进行检查及监视。
本实施例通过防滑阀驱动模块2返回反馈信号给主控制模块1，反馈信号包括阀驱动状态反馈信号、继电器得电状态反馈信号以及开关管监视反馈信号，则主控制模块1可根据反馈信号及发送的阀驱动信号、控制信号以及生命信号，对阀驱动单元21的各个点进行检测，以判断阀驱动单元21所处的状态(例如正常状态、过流、开路、过温等)以及排气阀保护单元22、继电器控制单元23的状态，进而保证当电路出现异常能及时导向安全措施。当主控制模块1接收到开关管监视反馈信号，可结合发送给排气阀保护单元22中保护电路222的控制信号、排气阀驱动信号，判断第一开关管232是否导通、保护电路222是否正常以及排气阀驱动电路214输出是否超时；主控制模块1接收到继电器得电状态反馈信号，则可结合控制信号、排气阀驱动信号以及生命信号，判断第一开关管232是否导通、+24V电源是否为阀驱动电路输出供电。
如图7、8、9所示，本发明具体实施例中防滑阀驱动模块2为两个，每个防滑阀驱动模块2对应2个排气阀以及2个保压阀，每个防滑阀驱动模块2包括对应4个阀的两组阀防滑控制结构，包括4个阀驱动单元21、2个排气阀保护单元22以及2个继电器控制单元23，其中2个阀驱动单元21、1个排气阀保护单元22以及1个继电器控制单元23为一组。本实施例具体在每节车的防滑阀控制系统中设计有两组功能一样的防滑阀驱动模块2，单个防滑阀驱动模块2完成2轴4个阀的驱动控制，通过设置两个功能相同的防滑阀驱动模块2，可以减少PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)设计工作量，减少流程中相应的文件，从而缩短开发周期以及减少后期现场所需的备品数量。
参见图7，本实施例中主控制模块1通过一个CPU(Central Processor Unit，中央处理单元)主控电路板实现，通过一个CPU对8个阀的驱动以及控制，便于CPU对电磁阀进行一致的控制，同时保证控制的及时性。本实施例CPU具体采用DSP，主控制模块1具体包括DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)主控单元以及FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)监控单元，DSP主控单元与FPGA监控单元之间通过并行总线进行数据交互；FPGA监控单元获取制动力分配指令，传输给DSP主控单元，并监视DSP主控单元的运行状态。DSP主控单元通过DSP获取4路速度信号，同时DSP上电正常运行后以一定的周期的发送2路生命信号，分别发送给两个防滑阀驱动模块2。FPGA监控单元通过FPGA从PCI总线获得制动力分配等指令，并通过并行总线将获取的指令信息发送给DSP，DSP再结合获取的4路速度信号，通过内部的算法进行分析后发送相应的8路阀控制信号、8路控制信号。8路阀控制信号包括4路排气阀控制信号、4路保压阀控制信号，分别输出至8个阀驱动单元21控制驱动4组防滑阀(4个排气阀、4个保压阀)；8路控制信号包括控制4个排气阀保护单元22的4路控制信号、以及控制4个继电器控制单元23的4路控制信号。
本实施例通过DSP、FPGA将防滑控制与防滑监视功能集成在可编程数字电路中，仅需一块3U插件即可实现，在满足电路功能的同时还具有高集成度以及高可靠性，同时相较于传统的需要6U或2块3U插件体积缩小了一半，大大减少了体积大小。
本实施例中，主控电路板接收防滑阀驱动模块2返回的反馈信号，反馈信号由I/O扩展芯片通过I2C总线发送给DSP主控单元，若所选择的DSP芯片具有足够多的I/O引脚，则也可直接将反馈信号连接到DSP芯片的引脚，I2C总线也可以采用SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)总线或其它总线，I2C总线类型具体可由所选择的I/O扩展芯片确定。本实施例在主控电路板DSP中预留一路SPI接口，用于和机箱内模拟插件进行数据交互。
本实施例中，主控电路板还设置有FLASH及NVsRAM(Non-Volatile Static RandomAccess Memory，非易失性静态随机存储器)，用以记录防滑阀控制过程中的故障信息及过程数据；主控电路板上设置一片看门狗，用于对插件工作电平及DSP主控单元进行监视，发现异常复位DSP，通过FPGA与看门狗一起对DSP进行监控，能够有效保证DSP的正常工作，同时确保DSP能够正常发送阀驱动信号以及控制信号；主控电路板上还设置一路以太网，实现DSP主控单元的远程固件更新，也可以采用CAN通信、485通信或其它通信方式。主控电路板中单板的电源系统主要包括将单板电源及VCC-S经过防护滤波处理或电源芯片转换成单板工作所需的各种电源，其中VCC-S为控制机箱内电源板提供的电源，主控电路板中前面板连接器、背板连接器的选型及具体数量可根据系统要求设定。
如图8、9所示，本实施例阀驱动单元21中保压阀驱动电路213、排气阀驱动电路214均为MOS管驱动电路，隔离电路212具体包括两路，逻辑保护电路211分别通过一路隔离电路212连接保压阀MOS管驱动电路以及排气阀MOS管驱动电路。保压阀驱动信号直接通过到隔离电路212进行隔离处理后，连接到保压阀MOS管驱动电路的控制引脚上，控制保压阀的驱动输出。排气阀驱动信号经过逻辑保护电路211的逻辑保护处理，即禁止保压阀失电、排气阀得电的情况同时发生，再通过隔离电路212进行隔离处理后，连接到排气阀MOS管驱动电路的控制引脚上，控制排气阀的驱动输出。MOS管驱动电路输出端接二极管D1/D2，且前面板对外连接器相关接口连接TVS管TS1/TS2，MOS管驱动电路中驱动芯片的对外驱动电源来自继电器，电源VDD从前面板引入，连接至继电器的常开或常闭触电，通过对继电器线圈的控制，实现对驱动芯片驱动电源的控制。
本实施例中，阀驱动单元21的保护电路222中延时子电路具体为5秒延时子电路、保持子电路具体为80秒保持子电路，即使得防滑阀排气时间有5秒超时和80秒防滑失效惩罚。由排气阀输出监视电路221对排气阀MOS管驱动电路输出进行监视，并将监视结果反馈给保护电路222，若排气阀MOS管驱动电路输出，则排气阀输出监视电路221监视到MOS管驱动输出，则反馈一个高电平的信号给保护电路222，当该高电平信号持续时间大于等于5秒的时候，5秒延时子电路就会给80秒保持子电路发送一个触发信号，80秒保持子电路接收到该触发信号后，输出防滑失效保护触发信号。
如图8、9所示，本实施例继电器控制单元23中第一开关管232、第二开关管233均采用MOS管，分别为第一MOS管V1、第二MOS管V2。当80秒保持子电路接收到触发信号后，控制第一MOS管管V1断开，并保持断开状态80秒，则继电器线圈回路断开，继电器线圈不得电(即继电器_+24V不得电)，MOS管无驱动电源(即MOS管无电源输出)。控制电路231根据控制信号、生命信号控制第二MOS管V2的导通，当生命信号异常(如周期不正常、占空比不正常或其它异常状态)，控制电路231直接控制第二MOS管V2断开；当生命信号正常，控制电路231将根据控制信号(高电平、低电平)来控制第二MOS管V2导通或关闭，进而控制继电器线圈的得电、失电。
本实施例防滑阀驱动模块2通过背板连接器接收防滑阀的阀驱动信号、控制信号，以及发送阀驱动状态反馈信号、开关管监视信号及继电器反馈信号给DSP，DSP根据反馈信号判断防滑阀驱动模块2各单元的运行状态。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于，包括：
主控制模块(1)，用于接收车轴的速度信号以及制动指令，生成对应的阀驱动信号、控制信号、用于表示运行是否异常的生命信号，并输出给防滑阀驱动模块(2)，以及根据反馈信号判断所述防滑阀驱动模块(2)的运行状态；
防滑阀驱动模块(2)，用于驱动防滑阀，包括依次连接的阀驱动单元(21)、排气阀保护单元(22)以及继电器控制单元(23)，所述阀驱动单元(21)接收所述阀驱动信号驱动防滑阀并发送反馈信号，所述排气阀保护单元(22)根据排气阀的输出状态、所述控制信号控制输出防滑失效保护触发信号；所述继电器控制单元(23)根据所述防滑失效保护触发信号、控制信号以及生命信号控制继电器的得电状态并发送反馈信号。
2.根据权利要求1所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述主控制模块(1)还包括阀驱动信号控制保护单元，所述阀驱动信号控制保护单元控制所述阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。
3.根据权利要求2所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述排气阀保护单元(22)包括依次连接的排气阀输出监视电路(221)以及保护电路(222)，所述排气阀输出监视电路(221)的输入端连接所述阀驱动单元(21)，所述保护电路(222)的输出端连接所述继电器控制单元(23)；所述排气阀输出监视电路(221)监视排气阀的驱动状态并接收所述控制信号，根据监视得到的驱动状态结果以及所述控制信号，控制启动所述保护电路(222)输出防滑失效保护触发信号。
4.根据权利要求3所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述保护电路(222)包括依次连接的或门电路、延时子电路以及保持子电路，所述或门电路接入所述控制信号、排气阀输出监视电路(221)监视到的驱动状态结果，进行或运算后输出保护控制信号；所述延时子电路在所述保护控制信号控制下发送触发信号至所述保持子电路，所述保持子电路接收到触发信号后，控制输出防滑失效保护触发信号并保持预设时长。
5.根据权利要求4所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述阀驱动单元(21)包括逻辑保护电路(211)、隔离电路(212)、保压阀驱动电路(213)以及排气阀驱动电路(214)，所述逻辑保护电路(211)通过所述隔离电路(212)分别连接保压阀驱动电路(213)以及排气阀驱动电路(214)；所述逻辑保护电路(211)控制所述阀驱动信号中排气阀驱动信号与保压阀驱动信号的状态满足预设保护条件。
6.根据权利要求5所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述保压阀驱动电路(213)、排气阀驱动电路(214)均为MOS管驱动电路；所述MOS管驱动电路的输出端还设置有整流二极管以防止回流，以及TVS二极管以防止输出电压过高。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述继电器控制单元(23)包括控制电路(231)、第一开关管(232)、第二开关管(233)以及继电器反馈电路(234)，所述控制电路(231)通过第二开关管(233)连接继电器线圈的一端，所述第一开关管(232)连接所述继电器线圈的另一端，所述第一开关管(232)的另一端连接所述排气阀保护单元(22)，通过所述第一开关管(232)、第二开关管(233)的导通控制继电器的得电状态；所述控制电路(231)接收所述控制信号以及生命信号，控制所述第二开关管(233)的导通，所述第一开关管(232)根据所述排气阀保护单元(22)输出的防滑失效保护触发信号控制导通；所述继电器反馈电路(234)输出继电器得电状态的反馈信号。
8.根据权利要求7所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述第一开关管(232)、第二开关管(233)为MOS开关管、固态继电器或光耦。
9.根据权利要求8所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述继电器控制单元(23)还包括用于监视第一开关管(232)的导通状态并发送反馈信号的开关管监视电路(235)，所述开关管监视电路(235)连接所述第一开关管(232)的输出端。
10.根据权利要求8或9所述的用于城轨制动系统的防滑控制装置，其特征在于：所述主控制模块(1)包括DSP主控单元以及FPGA监控单元，所述DSP主控单元与FPGA监控单元之间通过并行总线进行数据交互；所述FPGA监控单元通过背板总线获取制动指令，传输给所述DSP主控单元，并监视所述DSP主控单元的运行状态。
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