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微机控制系统与应用图文一、前言随着计算机技术的发展，微机控制系统在各个领域中得到了广泛应用。
本文将从概念、组成、分类、特点以及应用等方面对微机控制系统进行详细介绍，并结合图文进行展示。
二、概念微机控制系统是指以单片机或微处理器为核心，配合运算放大器、电源自动控制、接口电路及相关传感器等智能化硬件，通过编程实现自动化控制或智能控制的一种系统。
三、组成微机控制系统主要由以下几部分组成：1.微处理器：作为微机控制系统的中央处理器，负责对各种输入信号进行处理，并向外部输出控制信号。
2.存储器：包括程序存储器和数据存储器，用于存储控制程序及相关数据。
3.接口电路：用于连接外部设备，如传感器、执行机构等，完成与外部的数据交换。
4.人机界面：包括显示器、按键和通讯接口，用于人机交互。
四、分类根据其功能用途，微机控制系统分为工控机、嵌入式系统、家用电器控制系统、汽车电子控制系统等。
1.工控机：适用于工业、医疗、交通等领域，具有稳定可靠、高性能、高精度等特点。
2.嵌入式系统：适用于家电、手机、仪器仪表等领域，具有体积小、功耗低、价格低廉等特点。
3.家用电器控制系统：适用于家用电器控制，如洗衣机、空调等，具有多功能、低功耗等特点。
4.汽车电子控制系统：是一种典型的嵌入式系统，应用于汽车中的控制模块，如发动机控制模块、制动控制模块等。
五、特点微机控制系统具有以下几个特点：1.精准控制：微机控制系统可以实现精确控制，根据不同的需求对各种输入信号进行处理，并向外部输出控制信号。
2.自适应能力：微机控制系统具有自适应能力，可以根据不同的工作环境和工作条件，对控制策略进行智能调整。
3.稳定可靠：微机控制系统具有稳定可靠的特点，可以在恶劣的环境下长时间稳定运行。
4.扩展性强：微机控制系统具有扩展性强的特点，可以根据不同的需求，进行功能扩展。
六、应用微机控制系统已广泛应用于各个领域中，包括工业自动化、家电控制、汽车电子等领域，以实现自动化控制、智能化控制等多种应用。
HXD3B型机车是以在中国国内主干线上进行重载货运牵引为目的进行设计研发的交流传动电力机车。
机车的微机网络控制系统采用庞巴迪公司提供的MITRAC系列产品，MITRAC机车控制系统由多微机环境组成，包括列车控制级、机车控制级以及驱动控制级。
本文针对HXD3B型机车微机网络控制系统进行分析和研究机车网络控制系统结构组成HXD3B型机车采用先进的分布式微机网络控制系统，其通讯方式基于TCN列车通信网络和Ethernet（以太网）。
具体的网络拓扑结构见图每台HXD3B型机车的微机网络控制系统由2组机车控制单元VCU，2组网关TCN-GW，3组牵引控制单元DCU2，2组以太网交换单元CablingSwitch，2组司机显示单元DDU，1组制动控制单元BCU以及分布于各个电器柜内的输入输出（I/O）模块和高压柜内的AMP模拟监测保护装置等构成。
整套微机网络控制系统采用模块化设计，所有设备均采用冗余配置模式，从而提高了机车微机网络控制系统的可靠性，实现了机车的冗余控制WTB列车总线的传输介质为双绞屏蔽线，最多可连接32个节点（无中继器），传输距离为860m（无中继器），传输速率为1Mb/s。
MVB多功能车辆总线用于连接机车内部的各个网络设备，机车总线管理器位于TCMS柜内的机车控制单元VCU1和VCU2内。
为提高系统的电磁兼容性能，HXD3B型机车MVB多功能车辆总线的传输介质采用两种类型的介质：ESD+双绞屏蔽线和光纤（OGF）。
ESD+双绞屏蔽线主要用于电气屏柜内部器件的连接，光纤（OGF）主要用于屏柜之间的连接。
MVB总线采用总线型和星型混合的拓扑结构MVB总线采用双路冗余结构进行数据传输，同时为提高系统的可靠性，MVB总线被分割成3段，设为第一段、第二段及第三段，3段传递的信息是相同的，各个电气屏柜均采用双段信息输入，当某一段MVB总线通讯故障时，其他两段仍可实现信息传递，从而确保机车的安全可靠运行Ethernet主要用于软件下载、信息采集、程序调试及VCU与显示单元之间的信息传递，其具体拓扑结构如图4所示1.2系统设备1.2.1机车控制单元VCU机车安装有两个VCU，采用热备份冗余方式。
第七章微机网络监控系统7.1 概述HXD2B 型电力机车控制系统LCMS 主要由微机控制系统、WorldFIP 网络通信系统和相应的DC110V 电气控制电路等组成。
HXD2B 型电力机车控制系统的核心是基于WorldFIP 总线的微机网络监控系统。
通过在HXD2/HXD2B 型电力机车项目上与法国ALSTOM 公司的合作，国内铁路机车制造行业系统地引进了WorldFIP 网络通信与监控技术，并实现了网络监控系统关键部件的国产化生产，极大地提高了我国车载微机网络通信与监控技术水平，以及控制系统关键部件国产化制造水平。
HXD2B 型电力机车微机网络监控系统LCMS 以单节机车为一个单元，包括主处理单元2 组（MPU1 和MPU2），远程输入输出模块2 组（RIOM1 和RIOM2），牵引控制单元6 组（TCU1～TCU6），辅助控制单元2 组（ACU1 和ACU2），司机显示单元2 组（DDU1 和DDU2），制动控制单元1 组（BCU）组成。
整套微机网络监控系统采用模块化设计，具有充分的可扩展性。
可按照用户要求，适当的增加或减少接入FIP 网络的电子部件。
HXD2B 型电力机车微机网络监控系统LCMS 向用户提供了完善和强大的机车控制功能，其主要控制功能包括机车运行控制与监控功能、网络通信功能、牵引/制动特性控制功能、辅助控制功能、故障诊断/检修维护功能等。
HXD2B 型电力机车的DC110V 电气控制电路包括有接点电路、列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备等。
实现的功能与既有直流机车控制电路类似，用于提供部分不接入FIP 网络的DC110V 设备的控制功能。
HXD2B 型电力机车的有接点电路是指控制电源为DC110V（包括DC24V）的低压电气控制电路。
HXD2B 型电力机车的列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备，将在第十一章《列车运行控制系统车载设备》中有详细描述，故本章不再提及。
微机网络控制系统-图文
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第7章微机网络控制系统
第1节概述
hxD2型电力机车的控制系统是由微机控制系统、worldFIp网络通信系统和Dc110V电气控制电路组成的。
hxD2型电力机车控制系统的核心控制设备是基于worldFIp网络的微机控制系统，整套微机网络控制系统采用Alstom公司的AgATeTm 系列电子产品。
通过在hxD2型电力机车项目上与Alstom公司的合作，国内铁路机车制造行业首次系统引进worldFIp网络通信技术，从而能极大的提高worldFIp网络通信技术在国内的发展水平。
hxD2型电力机车的微机网络控制系统以一节机车为一个单元，包括2组主处理单元mpu1和mpu2、2组远程输入输出模块RIom1和RIom2、4组牵引控制单元Tcu1～Tcu4、2组辅助控制单元Acu1和Acu2、2组司机显示单元DDu1和DDu2、1组制动控制单元bcu组成。
整套微机网络控制系统采用模块化设计，具有充分的可扩展性，可按照用户要求，适当的增加或减少接入FIp网络的电子设备。
hxD2型电力机车的微机网络控制系统向用户提供了完善和强大的机车控制功能，主要的控制功能包括机车控制与监控功能、网络通信功能、牵引控制功能、辅助控制功能、检修维护功能等。
hxD2型电力机车的Dc110V电气控制电路包括有接点电路、列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备等。
实现的功能与既有直流机车控制电路类似，用于提供部分不接入FIp网络的Dc110V 设备的控制功能。
hxD2型电力机车的有接点电路是指控制电源为Dc110V（包括Dc24V）的低压电气控制电路。
hxD2型电力机车的列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备，在第十一章《运行安全、通信、重联控制系统》中有详
细描述，因此本章不进行介绍。
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第2节微机网络控制系统结构
hxD2型电力机车的微机控制系统的网络通信基础是worldFIp网络通信技术，由于hxD2型电力机车项目是国内的机车制造行业首次系统引进worldFIp网络通信技术，因此在介绍hxD2型电力机车的worldFIp网络通信系统后，需要介绍worldFIp网络通信技术的基本原理，随后再介绍hxD2型电力机车的微机控制系统。
11.1 worldFIp网络通信的原理和结构hxD2型电力机车的网络通信结构
hxD2型电力机车的微机网络控制系统的通信结构分为两级：车辆级通信和列车级通信，对应的FIp网也分为两级：FIp车辆网（FIpV 网）和FIp列车网（FIpT网）。
具体的网络拓扑结构见图7-1所示。
unitAunitbTootherlocomotiveDynamicFIpTrain(2medium)mpu1mpu2Dyn amicFIpTrain(2medium)LocoTRoLunITbTootherlocomotiveunitADisplayun itscab1Rs422LocoTRoLunITARs422mpu1mpu2unitbDisplayunitscab2han dlethrottleRIom1RIom1handlethrottleFIpVehiclenetwork(2medium)RIom 2RIom2FIpVehiclenetwork(2medium)maintenanceplugAcu1Acu2bcubcu Acu1Acu2maintenanceplugTcu1Tcu2Tcu3Tcu4Tcu1Tcu2Tcu3Tcu41Tcubya xle1Tcubyaxle1Tcubyaxle1Tcubyaxle图7-1hxD2型电力机车微机网络控
制系统的网络拓扑结构图
1.1.1FIp车辆网（FIpV网）
hxD2型电力机车微机网络控制系统的车辆级通信是通过FIpV网进行，通过
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FIpV网进行通信的设备包括：主处理单元mpu、远程输入输出模块RIom、牵引控制单元Tcu、辅助控制单元Acu、制动控制单元bcu、司机显示单元DDu。
同时FIpV网允许增加新的附加设备，以提供新的功能，如gps系统或Tcn接口等。
(1)FIpV网的功能
FIpV网用于实现每节机车内部的设备之间的信息交换，每节机车的FIpV网均采用两路介质冗余设置，以保证网络通信的正常。
FIpV网主要实现下述功能：
?设置RIom、Tcu、Acu、bcu、DDu的参数。
?实现mpu与其它设备之间的周期性数据交换。
?实现mpu与其它设备之间的非周期性数据交换（维护用）。
?在FIpV网内部提供统一的日期和时间。
(2)FIpV网的主要特点?FIpV网用于每节机车内部设备之间的功能和信息交换，每节机车都拥有一个带冗余介质的FIpV网来保证接入FIpV网的各个设备之间的数据交换。
每台hxD2型电力机车拥有两套相互独立的FIpV
网。
?FIpV网是一个静态地址网，需要人为定义连接在FIpV网内的各个设备的网络地址，以保证设备间的正常通信。
?FIpV网是一个具有冗余功能的网络，它使用双线介质冗余方案，用于增加机车的功能有效性。
?FIpV网的最多允许接入的节点数是32个。
?FIpV网和一套主控-从控装置一起工作，主控设备称为总线仲裁器（bA），FIpV网采用双总线仲裁器冗余方式，在FIpV网络上任意时刻只能存在一个总线仲裁器处于工作状态，另一个总线仲裁器处于热备状态，一旦主总线仲裁器出现故障，备用总线仲裁器能立即投入正常工作。
?总线仲裁器功能由mpu管理（主mpu负责计算机冗余管理）。
?FIpV网采用变压器隔离。
?FIpV网的传输速度为铁路机车车辆的专用速率1mb/s。
?FIpV网采用曼切斯特编码。
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?FIpV网使用一个16位的多项式cRc检验和（循环冗余检验和）来保证数据的完整性。
?FIpV网的基本交换周期为40ms。
?FIpV网的总线电阻值120?。
?FIpV网的主控设备为mpu1或mpu2。
?在FIpV网的网络终端放置有终端电阻，其目的是：---
使网络终端匹配电缆的阻抗特性；固定导线的电势；消除对线路的影响。
?可以使用一个反射仪来检验机车FIpV网络的质量，反射仪可以提供接入FIpV网络的各个节点的状态。
(3)FIpV网的信息类型
FIpV网的接入只有总线仲裁器能够管理，总线仲裁器负责安排信息交换。
交换的信息包括周期性变量（确定性交换）或非周期性信息（非确定性交换）。
对于周期性数据，其大小在1～128字节之间，总线仲裁器使用一个包含数据所有标志符的表，将数据在预定的时间传送至网络，以安排数据交换。
对于非周期性数据，本类数据在周期性数据交换之间的网络空闲时间内传送。
每条数据的大小不超过256字节，它通过源地址和存储器地址识别（点到点传送）。
(4)FIpV网的传输介质
FIpV网的传输介质为所有连接在FIpV网络内的设备提供冗余设计，相应的生产者/消费者规则如下：
?对于生产者，所有的数据按两种介质系统地发送。
?对于消费者，要考虑的是第一个到达的数据。
在下列情况下，一种方式是无效的：?超过门槛值后的时间内收到的结构错误率。
?当发送时，检测到介质的调整丧失。
如果丧失了一个传输介质，数据将在另一个传输介质中传送，并由系统记录下故障。
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如果两个传输介质全部丧失，则FIpV网络将重新使两种传输介质生效以传送信息。
如果还是没有消费者能够读取数据，会有一个能发现生产者缺失的敏感机械设备帮助每一个消费者发现它。
发现生产者缺失后，每一个消费者把数据的故障值定义为系统的安全值。
(5)数据的传输有效性
除了cRc校验，传送数据的有效性由数据的状态（刷新状态和敏感状态）来加强。
敏感机制允许消费者的部件FullFIp2芯片控制网络上的FIpV网的存在。
敏感装置的状态由消费者的FIp部件产生。
这个状态用于检测网络上无数据时的超时情况，并通知消费者数据内容已经很长时间没有更新了。
在这种情况下，消费者使用定义为系统安全值的数据故障值。
刷新机制允许生产者的FullFIp2芯片控制数据在发到FIpV网络前已经由应用软件更新了。
这个状态是发送到消费者的数据的特殊信息。
它由消费者读取，并允许应用定义为系统安全值的数据故障值。
(6)FIpV网络地址
每节hxD2型电力机车的各个节点设备的网络地址如表7-1所示。
机箱名称mpu1机车中央控制单元mpu2轴1的牵引控制单元轴2的牵引控制单元轴3的牵引控制单元轴4的牵引控制单元Tcu10111010b十进制00十六进制00FIpV网的地址0和1必须分配给mpuFIpV地址功能备注Tcu2120cTcu2130DTcu2140e5
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