[发明专利]一种分布式控制器

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通车载设备，尤其涉及一种应用于高速动车组、城际动车组上的牵引动力单元的分布式控制器。

背景技术

高速动车组和城际动车组的核心零部件是动力单元，它集合了牵引变流器和辅助变流器来分别为列车提供动力和车载电源。

动力单元控制器的作用是通过与列车控制系统通信完成对变流器的控制，按需整流或逆变功能，同时对动力单元运行进行监控和保护。动力单元的控制器一般安装于动力单元箱体内。在控制过程中，控制器需要实时地采集系统的状态信息，包括电压、电流、温度、速度、压力等。结合采集的信息，经运算处理后生成控制指令，如开关指令和控制脉冲等。

控制器的硬件架构一般采用模块化设计，可从功能上将模块分为系统级控制，网络通讯，整流器和逆变器的驱动控制，模拟量的采集和调理，开关量的采集和控制，系统保护等。传统的变流器控制器一般将上述模块的功能以不同类型的板卡来实现，再将这些板卡统一安置于一台控制器机箱内，通过各板卡的对外接口与变流器的各类信号线连接，再通过背板总线的方式实现板卡的内部连接，统一完成控制功能。

如图1所示，这种架构的控制器可对一台牵引或辅助变流器进行集中控制。当需要监测或控制的对象随着机组结构复杂化而增加时，即便设计好的模块从功能上完全满足控制需求，控制器也必须增加相应的模块数目，故同时面临重新设计控制器机箱尺寸和背板重新布线的问题，会延长设计周期、增加设计成本。在一台集合了牵引和辅助变流器的动力单元中，一个集中式的控制器在需要在箱体内的牵引和辅助功率模块及各类接触器和传感器上引出信号线或控制线，这给变流器箱体设计和电气走线设计也带来了一定的难度。当集中式控制器因故障停机时，将导致整台动力单元退出工作，对列车运行会造成不利影响，冗余性有待提高。此外，集中式控制器的体积和重量均较大，需要在变流器箱体内独占一定空间的控制器室，在变流器小型化、轻量化的趋势下，也会对变流器箱体的结构设计产生限制，这样一个控制器的在安装拆卸和维护时也十分不便。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明实施例提出一种分布式控制器，以解决现有的集中式控制器冗余性差、硬件平台通用性差、不适合模块化程度高的动力单元、控制和信号线距离较长、对变流器的箱体空间要求高且安装维护较为不便的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种分布式控制器，用于控制车辆的动力单元，包括：顶层控制器以及底层控制器；所述顶层控制器对应于动力单元的变流器装置设置，其包括牵引变流器控制器和辅助变流器控制器；所述底层控制器对应于所述动力单元的功率模块设置，所述动力单元的功率模块包括整流器模块和逆变器模块；所述顶层控制器连接于车辆总线，用于接收车辆的中央控制器的车辆运行指令并转换为逆变器控制指令，通过变流器内部总线传达给一个或多个底层控制器，同时接受所述一个或多个底层控制器的状态反馈信息并上送给所述中央控制器；所述底层控制器通过内部总线连接于所述顶层控制器，用于根据所述顶层控制器发送的指令，并结合所控制的功率模块的关键模拟量，实时发出控制信号驱动对应的整流器模块或逆变器模块。

进一步地，在一实施例中，所述牵引变流器控制器与所述动力单元的牵引变流器对应设置，每一套牵引变流器对应一个牵引变流器控制器，所述牵引变流器控制器用于控制所述牵引变流器，向所述牵引变流器中的整流器模块和牵引逆变器模块所对应的底层控制器发出指令并接收反馈信号；所述辅助变流器控制器与所述动力单元的辅助变流器对应设置，每一套辅助变流器对应一个辅助变流器控制器，所述辅助变流器控制器用于控制所述辅助变流器，向所述辅助变流器中的斩波器、中频隔离DC/DC变流器、辅助逆变器模块所对应的底层控制器发出指令并接收反馈信号。

进一步地，在一实施例中，所述顶层控制器用于接收所述车辆的中央控制器的控制指令，完成变流器的系统级控制，同时将所述的牵引和制动控制指令转换为逆变器控制指令并下达给所述底层控制器；所述顶层控制器还用于接收所述底层控制器的变流器状态反馈，并将所述变流器的实时状态反馈给所述车辆的中央控制器。

进一步地，在一实施例中，所述顶层控制器用于根据所述中央控制器的要求，完成变流器级控制和监测，其包括：启动或停止整流器、逆变器、斩波器、风机和/或水泵，操作各类接触器和断路器，并实时监测变流器的状态，记录系统运行数据，存储故障信息。