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[摘 要]《基于CANopen的城轨车网络控制软件自主化》项目，主要是针对C型样车VCU应用软件的开发与设计，各控制系统通过VCU软件中对应的控制模块实现彼此间的通信与控制。辅助供电模块是VCU应用软件模块中的关键模块之一，通过对辅助供电系统的的监测及控制实现380V交流供电的输出、辅助变流器状态及电池充电机状态的监测等。
[关键词]C型样车；辅助供电模块； CANopen
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0345-01
1 项目背景
列车辅助供电系统是列车的重要组成部分，担负着牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源、照明电源、通信信号装置电源等等。列车辅助供电系统主要包括三相交流供电系统和直流供电系统。三相交流供电系统主要由辅助变流器、三相辅助电机组成，由辅助变流器供电；直流供电系统主要由整流装置、蓄电池、直流用电设备组成，由整流装置和蓄电池供电。
2 城轨车辅助供电模块
2.1 城轨车辅助供电系统
C型样车编组方式为：-Mc+M*Tp+Mc-。每辆Mc车设有一个辅助逆变器，在Mc车和M车设有电池充电机。辅助逆变器和电池充电机均集成在牵引辅助变流器箱里。在每辆Mc车均设有一组蓄电池组。
辅助逆变器通过车辆交流干线传输3AC 380V 50Hz交流电，向车辆的交流负载提供电源；充电机两路输出，一路给车内负载供电，一路给蓄电池组充电。
2.2 辅助供电模块逻辑分析
2.2.1辅助变流器
每一个辅助变流器包括两个变流模块，一个用于AC供电，另一个用于冷却供电，相应接触器的状态将由RIOM模块的二进制输入值来判定。
电池充电机和辅助变流器的状态和故障通过CAN总线发送给辅助供电模块，并在HMI上显示。
辅助供电功能包括：接触网为辅助系统提供直流750V输入电压，需要控制输入接触器关断和闭合；辅助变流器为交流负载提供380V供电电压，需要控制380V输出接触器的关断和闭合；当牵引单元内辅助控制单元发现过载或者短路的时候，需要有380V供电母线短路检测与保护功能。
（1）辅助变流器输出电流及放电控制
列车静止后，受电弓降弓，真空断路器断开，延时10秒后辅助变流器开始放电。
（2）辅助变流器输入接触器的控制功能
当接触网的750V辅助供电输出正常时，释放辅助变流器的输入接触器，开始为辅助变流器供电，同时辅助变流器给CCU发送输入接触器闭合信号。。
（3）辅助变流器输出接触器的控制功能
当辅助变流器的输入接触器闭合后，CCU允许辅助变流器输入，如果辅助变流器没有被封锁，此时辅助变流器的输出接触器闭合，同时辅助变流器会给CCU发送输入接触器闭合信号。
（4）380V供电母线短路监测与保护
当辅助变流器报过流不允许投入负载的时候，会将本辅助变流器封锁。
当牵引单元检测到三相负载不对称的时候，将辅助变流器封锁。
（5）变流器冷却系统状态
变流器冷却系统包括HEX30和内部冷却风扇：
相应继电器的状态将通过RIOM的二进制输入值进行判定，以此来判断变流器冷却系统是否正常工作。
（6）辅助变流器能量消耗
VCU通过CAN总线从辅助控制单元实时的采集辅助变流器的能量消耗信息，包括：AC供电功率消耗和DC供电功率消耗
2.2.2交流供电
C型轻轨车交流电源分配包括插座、电热玻璃、司机室电热、客室电热等
AC供电接触器由列车控制电路控制：正常情况下，接触器不被激活，两辆Mc车的辅助变流器分单双日独自负责整列车的供电。
当其中一个辅助变流器失效的情况下，接触器会被激活，正常的辅助变流器将负责整列的AC负载。
接触器的状态通过RIOM的二进制输入值进行判定。
2.2.3直流供电
C型轻轨车直流供电控制功能包括：蓄电池电压保护功能；充电机110V供电控制功能；380V、50Hz外部供电控制功能。
（1）蓄电池电压保护功能
在蓄电池供电过程中，蓄电池电压逐步降低，会逐渐切断一些直流24V负载。CCU测量的电池电压和充电机报告蓄电池平均电压的平均值得到本牵引单元的蓄电池电压。当蓄电池平均电压过低的时候，会给CCU发送命令，提示蓄电池电压过低。
（2）充电机24V供电控制功能
充电机的控制部分通过DC24V进行供电。在通过蓄电池开关激活使蓄电池供电。
（3）DC24V各种负载的释放控制
当满足下列条件之一时，释放DC24V负载：其一是本单元或邻单元的网压从不正常到正常；其二是本单元或邻单元有和主断命令；其三是本单元及邻单元的外部供电开关从其他位置转到OFF位置；其三是CCU上电3秒。
3 辅助供电模块设计
在CAN总线上传输的网络通信变量TPDO数据和硬线信号RIOM数据实时传输给VCU中的辅助管理模块，包括辅助变流器状态和故障、电池充电机状态和故障、电池状态、接触器状态及交流直流能量消耗的信息。辅助管理模块将变量值按照逻辑分析处理后发送给各子系统进行控制同时在HMI界面上显示。
3.1 380V交流供电控制与监视
TCMS通过RIOM输出模块控制相应的输出接触器继而控制与输出接触器对应的辅助变流器向交流负载供交流电。
TCMS通过RIOM输入模块监视输出接触器的状态。输出接触器状态将在HMI上进行显示。
手动控制关闭输出接触器与网络控制关闭接触器同时存在，当网络正常时优先网络控制输出接触器的开关，当网络故障时可由司机手动控制输出接触器进行交流供电。司控台上控制输出接触器开关具有自锁功能，防止两个司机室内司控台上的开关打向不同位置。
3.2 蓄电池充电机平均电流
TCMS通过3个TCU收集蓄电池充电机电流，并且通过CAN总线为蓄电池充电机故障管理反馈平均电流。
3.3辅助变流器和蓄电池充电机状态监视
TCU通过CAN总线发送以下信息的反馈给VCU：
（1）辅助变流器和蓄电池充电机状态
（2）辅助变流器输出电压电流
（3）蓄电池电压电流
（4）充电池充电机输出电流
4 总结
辅助供电模块作为运行于VCU中的C型轻轨车TCMS里的一个子模块，主要负责处理与辅助供电设备相关的信息，并执行相应的操作，与其他子模块共同完成TCMS的整体操作功能。是列车网络稳定，安全的关键。
参考文献
[1] 邓小军.国产化CRH2型200 km/h动车组及技术创新[J].机车电传动，2008（1）：1- 6.
[2] 胡学永，邓学寿.CRH2型200 km/h动车组辅助供电系统[J].机车电传动，2008（5）：1-7.
[3] 吴强.机车辅助变流器的技术发展[J].机车电传动，2003（3）：4- 7.
[关键词]C型样车；辅助供电模块； CANopen
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0345-01
1 项目背景
列车辅助供电系统是列车的重要组成部分，担负着牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源、照明电源、通信信号装置电源等等。列车辅助供电系统主要包括三相交流供电系统和直流供电系统。三相交流供电系统主要由辅助变流器、三相辅助电机组成，由辅助变流器供电；直流供电系统主要由整流装置、蓄电池、直流用电设备组成，由整流装置和蓄电池供电。
2 城轨车辅助供电模块
2.1 城轨车辅助供电系统
C型样车编组方式为：-Mc+M*Tp+Mc-。每辆Mc车设有一个辅助逆变器，在Mc车和M车设有电池充电机。辅助逆变器和电池充电机均集成在牵引辅助变流器箱里。在每辆Mc车均设有一组蓄电池组。
辅助逆变器通过车辆交流干线传输3AC 380V 50Hz交流电，向车辆的交流负载提供电源；充电机两路输出，一路给车内负载供电，一路给蓄电池组充电。
2.2 辅助供电模块逻辑分析
2.2.1辅助变流器
每一个辅助变流器包括两个变流模块，一个用于AC供电，另一个用于冷却供电，相应接触器的状态将由RIOM模块的二进制输入值来判定。
电池充电机和辅助变流器的状态和故障通过CAN总线发送给辅助供电模块，并在HMI上显示。
辅助供电功能包括：接触网为辅助系统提供直流750V输入电压，需要控制输入接触器关断和闭合；辅助变流器为交流负载提供380V供电电压，需要控制380V输出接触器的关断和闭合；当牵引单元内辅助控制单元发现过载或者短路的时候，需要有380V供电母线短路检测与保护功能。
（1）辅助变流器输出电流及放电控制
列车静止后，受电弓降弓，真空断路器断开，延时10秒后辅助变流器开始放电。
（2）辅助变流器输入接触器的控制功能
当接触网的750V辅助供电输出正常时，释放辅助变流器的输入接触器，开始为辅助变流器供电，同时辅助变流器给CCU发送输入接触器闭合信号。。
（3）辅助变流器输出接触器的控制功能
当辅助变流器的输入接触器闭合后，CCU允许辅助变流器输入，如果辅助变流器没有被封锁，此时辅助变流器的输出接触器闭合，同时辅助变流器会给CCU发送输入接触器闭合信号。
（4）380V供电母线短路监测与保护
当辅助变流器报过流不允许投入负载的时候，会将本辅助变流器封锁。
当牵引单元检测到三相负载不对称的时候，将辅助变流器封锁。
（5）变流器冷却系统状态
变流器冷却系统包括HEX30和内部冷却风扇：
相应继电器的状态将通过RIOM的二进制输入值进行判定，以此来判断变流器冷却系统是否正常工作。
（6）辅助变流器能量消耗
VCU通过CAN总线从辅助控制单元实时的采集辅助变流器的能量消耗信息，包括：AC供电功率消耗和DC供电功率消耗
2.2.2交流供电
C型轻轨车交流电源分配包括插座、电热玻璃、司机室电热、客室电热等
AC供电接触器由列车控制电路控制：正常情况下，接触器不被激活，两辆Mc车的辅助变流器分单双日独自负责整列车的供电。
当其中一个辅助变流器失效的情况下，接触器会被激活，正常的辅助变流器将负责整列的AC负载。
接触器的状态通过RIOM的二进制输入值进行判定。
2.2.3直流供电
C型轻轨车直流供电控制功能包括：蓄电池电压保护功能；充电机110V供电控制功能；380V、50Hz外部供电控制功能。
（1）蓄电池电压保护功能
在蓄电池供电过程中，蓄电池电压逐步降低，会逐渐切断一些直流24V负载。CCU测量的电池电压和充电机报告蓄电池平均电压的平均值得到本牵引单元的蓄电池电压。当蓄电池平均电压过低的时候，会给CCU发送命令，提示蓄电池电压过低。
（2）充电机24V供电控制功能
充电机的控制部分通过DC24V进行供电。在通过蓄电池开关激活使蓄电池供电。
（3）DC24V各种负载的释放控制
当满足下列条件之一时，释放DC24V负载：其一是本单元或邻单元的网压从不正常到正常；其二是本单元或邻单元有和主断命令；其三是本单元及邻单元的外部供电开关从其他位置转到OFF位置；其三是CCU上电3秒。
3 辅助供电模块设计
在CAN总线上传输的网络通信变量TPDO数据和硬线信号RIOM数据实时传输给VCU中的辅助管理模块，包括辅助变流器状态和故障、电池充电机状态和故障、电池状态、接触器状态及交流直流能量消耗的信息。辅助管理模块将变量值按照逻辑分析处理后发送给各子系统进行控制同时在HMI界面上显示。
3.1 380V交流供电控制与监视
TCMS通过RIOM输出模块控制相应的输出接触器继而控制与输出接触器对应的辅助变流器向交流负载供交流电。
TCMS通过RIOM输入模块监视输出接触器的状态。输出接触器状态将在HMI上进行显示。
手动控制关闭输出接触器与网络控制关闭接触器同时存在，当网络正常时优先网络控制输出接触器的开关，当网络故障时可由司机手动控制输出接触器进行交流供电。司控台上控制输出接触器开关具有自锁功能，防止两个司机室内司控台上的开关打向不同位置。
3.2 蓄电池充电机平均电流
TCMS通过3个TCU收集蓄电池充电机电流，并且通过CAN总线为蓄电池充电机故障管理反馈平均电流。
3.3辅助变流器和蓄电池充电机状态监视
TCU通过CAN总线发送以下信息的反馈给VCU：
（1）辅助变流器和蓄电池充电机状态
（2）辅助变流器输出电压电流
（3）蓄电池电压电流
（4）充电池充电机输出电流
4 总结
辅助供电模块作为运行于VCU中的C型轻轨车TCMS里的一个子模块，主要负责处理与辅助供电设备相关的信息，并执行相应的操作，与其他子模块共同完成TCMS的整体操作功能。是列车网络稳定，安全的关键。
参考文献
[1] 邓小军.国产化CRH2型200 km/h动车组及技术创新[J].机车电传动，2008（1）：1- 6.
[2] 胡学永，邓学寿.CRH2型200 km/h动车组辅助供电系统[J].机车电传动，2008（5）：1-7.
[3] 吴强.机车辅助变流器的技术发展[J].机车电传动，2003（3）：4- 7.