CN101559728A

CN101559728A - 一种铁路过分相自动控制方式及装置

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Publication number: CN101559728A
Application number: CNA2009100435182A
Authority: CN
Inventors: 李小平; 李鹏; 蔡杰; 曹伟宸
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: CN101559728B

Abstract

一种铁路过分相自动控制方式及装置，在机车上设有过分相区信息获取装置，并通过过分相区信息获取装置获取分相区信息，在机车上设置有自动过分相控制装置，通过分相区信息获取装置获取分相区信息，并将柱上开关分相点位置进行标记；当机车接近柱上开关分相点时，分相区信息获取装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。自动过分相控制系统至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分。

Description

一种铁路过分相自动控制方式及装置

所属技术领域

本发明涉及一种铁路机车的微机控制系统及装置，尤其是指一种应用于电力机车的、基于网络的微机控制系统及装置。

背景技术

我国西部地区由于地理原因，铁道线路的弯道多、坡度大，电力机车在通过分相区采用人工手动操作时，动力损失较大，特别对重载货运列车影响很大，容易造成坡停等事故，限制了线路的通过能力，影响了运输效率。

为此铁路部门为提高运输效率，在部分线路上采用了自动过分相方式。所述的自动过分相方式是为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁道的接触网采用分段换相供电。为防止相间短路，在不同相供电臂之间的连接处用绝缘装置分割，形成了二个供电臂之间绝缘分割区域，称为分相区。电力机车在进入分相区前，通过“人控”(司机操作)或者“机控”(设备控制)2种方法，切断机车用电负载，使电力机车受电弓在无电流情况下通过分相区后，再恢复机车用电负载。

目前的自动过分相有两种不同的模式，即在线路分相区安装了地面感应器的断电过分相模式和部分大坡道分相区安装柱上开关的带电过分相模式。

一、机车自动控制断电方案

该方案已在国内京广、京哈等干线上投入使用。其原理是：在电力机车进出分相区之前的线路上安装地面磁感应器。当机车从A相区驶来达到磁钢处时，通过车载设备接受地面信息，并延时断开机车主断路器，使机车惰行通过无电区。在通过无电区后，机车接受到地面另一个磁钢信号，再自动闭合主断路器，进入B相区行驶。其控制过程完全由车载设备完成。

该种方式一般是在分相区前后按要求埋设四个地面感应器。机车上安装四个感应接收器T1~T4，其中T2与T4，T1与T3相互备份。当机车向前方向运行，通过地面感应器T1时，车载设备接收到地面信号，自动对机车设备进行相关操作，在到达分相区T3时断开机车的主断路器。

机车通过分相区、接收到另一端的地面信号后，自动闭合主断路器，对机车设备进行恢复操作，机车恢复至过分相前的工况，继续行驶。

该技术方案的优点是：投资费用低，列车冲动小；地面设备不需要维护。

该技术方案的缺点是：机车断电时间较长，在大坡道区段列车牵引力损失大。

二、柱上开关自动断电方案

该方案目前主要在兰州、昆明使用。工作原理如下：

首先对分相区内的接触网进行改造，分割出七个区段。

电力机车运行至a-b间时，左侧开关装置接触器吸合，开关闭合使c-d段有电。机车运行至c-d段，接触器释放、开关断开，使c-d-e-f-g为无电区。

机车继续运行至g-h间，右侧开关装置接触器得电，开关闭合，运行到h-i间时，开关断开，两组开关回到初始状态。

这套装置以柱上开关代替机车的主断路器，实现了不需人工操作的自动过分相。

该技术方案的优点是：断电时间短，机车牵引力损失小。

该技术方案的缺点是：开关长期带负荷分断，易损坏，需要经常维护；列车冲动大。

三、两种方案的比较

两种方式各有优缺点，但由于原理不同、控制对象不同，对机车的控制要求差异很大。电力机车在过分相时若不能区分这两种模式的情况下，无法兼容，是无法做到一起使用的。这给在部分线路上安装了这两种自动过分相设备的运用部门带来的不便。因此很有必要对此加以改进。

发明内容

为了克服现有自动过分相装置不能很好相互兼容的不足，本发明提供一种能有效综合利用现有两种过分相技术的特点，根据机车实际情况，能够在电力机车到达分相区前准确识别到分相区段的模式，并根据分相区的具体模式自动选择合适的控制措施的自动过分相方式及装置。

本发明采用如下技术方案：一种自动过分相控制方式，在机车上设有过分相区信息获取装置，并通过过分相区信息获取装置获取分相区信息，并在机车上设置自动过分相控制装置，并通过分相区信息获取装置获取分相区信息，将柱上开关分相点位置进行标记。当机车接近柱上开关分相点时，分相区信息获取装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式。若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。所述的自动过分相控制系统至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分。自动过分相控制装置实现三部分功能：不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。其中：

一、两种模式的识别部分

所述的两种模式的识别是通过修改过分相信号采集装置里的数据，将柱上开关分相区位置进行标记。当机车接近柱上开关分相区时，过分相信号采集装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式。若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，自动过分相控制装置按车上自动断电控制方案进行控制。

二、车上自动控制断电过分相部分

所述的车上自动控制断电过分相是自动过分相控制装置采取车上自动控制断电过分相方式后，会根据车感器送来的信号，结合机车运行状态信号进行判断，生成“过分相预告”、“强迫断”和“恢复”信号。同时根据机车速度控制司机指令，按固定速率或者在预定的时间内将电机电流平稳降至0，发出辅机和主断控制指令。在机车通过无电区后，根据车载感应器送来的信号，发出辅机和主断控制指令，将指令恢复。

三、柱上开关自动断电过分相部分

所述的柱上开关自动断电过分相是自动过分相控制装置确定分相区安装了柱上开关后，装置实时监测网压变化，当网压低于设定值时，认为机车进入无电区，网压判断为低后自动过分相控制装置立即采取如下措施：切断指令，封锁整流桥脉冲；断开部分辅机控制回路。自动过分相控制装置检测到网压恢复到设定值以上时，自动过分相控制装置采取如下措施：恢复指令，恢复电流；恢复辅机控制回路。

根据所述的自动过分相控制方式所提出的自动过分相控制装置是：在机车上至少有一个存储地面信息数据的地面信息存储装置和一个将所存储的地面信息数据通过通讯总线发送给相关车载设备的信息传输装置，在机车控制系统中还设置有自动过分相控制装置，且自动过分相控制装置分别与地面信息存储装置和信息传输装置电连接，并对地面信息存储装置里的数据进行修改，将柱上开关分相点位置进行标记；自动过分相控制装置通过通讯总线从信息传输装置中获取该标记信息；当机车接近柱上开关分相点时，地面信息存储装置发出约定代码，信息传输装置收到后通知自动过分相控制装置，自动过分相控制装置即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。

本发明的优点在于：完全兼容电力机车车上自动控制断电过分相和柱上开关自动断电过分相两种方式，而且可根据每个分相区的具体情况采取最优的控制措施。在列车运行的平稳性与效率方面找到最合适的平衡点，在保证列车平稳运行的同时又减少了牵引力损失，提高了铁路运输效率，同时减轻了乘务员的劳动强度，降低了机车通过分相区时的事故风险。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的RS-485通讯电路图；

图3为本发明的过分相模式识别与优选程序框图；

图4为本发明的机车状态信号获取电路原理图；

图5为本发明的车感器信号处理电路原理图；

图6为本发明的速度信号处理电路原理图；

图7为本发明的辅机控制电路原理图；

图8为本发明的指令控制电路原理图；

图9为本发明的信号生成流程图；

图10为本发明的处理动作流程图；

图11为本发明的网压信号处理图；

图12为本发明的柱上开关自动断电过分相处理流程图；

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

从附图可以看出本发明为一种自动过分相控制方式及装置，它是在机车上设有过分相区信息获取装置，并通过过分相区信息获取装置获取分相区信息，并在机车上设置自动过分相控制装置，并通过分相区信息获取装置获取分相区信息，将柱上开关分相点位置进行标记。当机车接近柱上开关分相点时，分相区信息获取装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式。若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。所述的自动过分相控制系统至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分。自动过分相控制装置实现三部分功能：不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。其中：

一、两种模式的识别部分

二、车上自动控制断电过分相部分

三、柱上开关自动断电过分相部分

根据所述的自动过分相控制方式所提出的自动过分相控制装置是：在机车上至少有一个存储地面信息数据的地面信息存储装置和一个将所存储的地面信息数据通过通讯总线发送给相关车载设备的信息传输装置，其特征在于：在机车控制系统中还设置有自动过分相控制装置，且自动过分相控制装置分别与地面信息存储装置和信息传输装置电连接，并对地面信息存储装置里的数据进行修改，将柱上开关分相点位置进行标记；自动过分相控制装置通过通讯总线从信息传输装置中获取该标记信息；当机车接近柱上开关分相点时，地面信息存储装置发出约定代码，信息传输装置收到后通知自动过分相控制装置，自动过分相控制装置即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。

实施例一

一种自动过分相控制方式(如附图1所示)，在每台机车上均安装了LKJ2000型监控装置和TAX2型综合信息监测装置。前者存储地面信息数据，后者将其中部分数据通过485总线发送给相关车载设备。其特征是在机车控制系统中设置有自动过分相控制装置，通过修改监控装置里的数据，将柱上开关分相点位置进行标记。自动过分相控制装置通过RS485总线从TAX2装置获取该标记信息。当机车接近柱上开关分相点时，监控装置在发出约定代码，TAX2装置收到后通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式。若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。自动过分相控制装置实现三部分功能：不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。系统原理框图如图1所示。所述的自动过分相控制装置至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分。其中：

一、两种模式的识别部分

根据每台机车上所安装的LKJ2000型监控装置和TAX2型综合信息监测装置。前者存储地面信息数据，后者将其中部分数据通过485总线发送给相关车载设备。

所述的两种模式的识别是通过修改监控装置里的数据，将柱上开关分相点位置进行标记。自动过分相控制装置通过RS485总线从TAX2装置获取该标记信息。当机车接近柱上开关分相点时，监控装置在发出约定代码，TAX2装置收到后通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式。若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，自动过分相控制装置按车上自动断电控制方案进行控制。装置通讯电路原理如图2；具体的软件实现流程如图3所示。

二、车上自动控制断电过分相部分

车上自动控制断电过分相部分输入信号处理电路如下：

①机车状态信号

机车状态信号(DC 110V)经光耦隔离后，输出DC 5V信号送到CPU采集。处理电路原理如图4所示：

②车感器信号

车感器信号经光耦隔离后，输出DC 5V信号送入CPU，处理电路原理如图5所示。

③速度信号

速度传感器输出的信号经频率-电压转换电路后送CPU进行AD采样，用于过分相时的距离控制。处理电路原理如图6所示。

车上自动控制断电过分相部分输出信号处理电路如下：

①辅机、主断路器控制信号

装置在电力机车原有的辅机控制回路中加入控制节点。通过输出控制信号实现对辅机的控制。信号输出电路原理如图7所示。

②指令控制

装置在指令回路中串入控制节点，通过控制指令实现对电机电流的控制。处理电路原理如图8所示。

车上自动控制断电过分相部分软件流程如下：

在软件实现时，车上自动控制断电过分相分为两部分，一部分是根据机车状态信号、车感器信号生成“预告”、“强迫”和“恢复”信号，一部分是根据生成的信号进行相应的处理动作。信号生成流程如图9所示。处理动作流程如图10所示。

三、柱上开关自动断电过分相部分

柱上开关自动断电过分相部分输入信号处理电路如下：

①网压信号处理电路

网压信号取自电力机车变压器。主断路器闭合后网压信号就存在；当主断路器断开或者接触网无电时，该信号消失。网压信号经变压器隔离降压后，转换成电平信号送CPU。处理电路原理如图11所示。

②辅机控制

装置在机车原有辅机控制回路中加入控制节点，通过输出控制信号实现对辅机的控制。处理电路原理同图7所示。

柱上开关自动断电过分相部分软件流程如图12所示。

所述的自动过分相控制装置的盒体由钢板整体压制而成，其后部装有5个对外连接插座用于对外接口；前部装有转换开关用于故障时隔离；面板指示灯用于工作状态指示。自动过分相控制装置包括6路数字量输入，12路MOSFET管输出和2路继电器输出。

整个自动过分相控制装置为封闭结构，有防尘、屏蔽作用。表面采用亚光黑色喷漆工艺，美观大方。

该自动过分相控制装置对外接口采用了五个圆形航空插座，将各信号按不同功能和特性进行分类后，分别规划到不同插座中，各插座所包含的信号如下：

插座CZ1：辅助系统(压缩机、辅过流信号、劈相机)控制信号

插座CZ2：主断控制信号、状态指示信号(显示灯、蜂鸣器)

插座CZ3：机车状态输入信号、电源、电网电压信号

插座CZ4：速度信号、指令信号、通讯信号

插座CZ5：车载感应器输入信号(四路)

实施例二

实施例二的原理与实施例一是一样的，其自动过分相控制装置也是一样，只是过分相信号采集装置为TVM430车载设备，自动过分相控制装置通过TVM430车载设备获取分相区的信息，并结合自动过分相控制装置实现自动过分相的控制。

实施例三

实施例三的原理与实施例一是一样的，其自动过分相控制装置也是一样，只是过分相信号采集装置为GPS定位+车载地图，自动过分相控制装置通过GPS定位+车载地图获取分相区的信息，并结合自动过分相控制装置实现自动过分相的控制。

Claims

1、一种铁路过分相自动控制方式，在机车上设有过分相区信息获取装置，并通过过分相区信息获取装置获取分相区信息，其特征在于：在机车上设置有自动过分相控制装置，通过分相区信息获取装置获取分相区信息，并将柱上开关分相点位置进行标记；当机车接近柱上开关分相点时，分相区信息获取装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。

2、如权利要求1所述的铁路过分相自动控制方式，其特征在于：所述的自动过分相控制装置至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分。通过自动过分相控制装置完成不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。

3、如权利要求2所述的铁路过分相自动控制方式，其特征在于：所述的两种模式的识别是通过修改过分相信号采集装置里的数据，将柱上开关分相点位置进行标记；当机车接近柱上开关分相点时，过分相信号采集装置发出约定代码，并通知自动过分相控制装置，后者即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，自动过分相控制装置按车上自动断电控制方案进行控制。

4、如权利要求2所述的铁路过分相自动控制方式，其特征在于：所述的车上自动控制断电过分相是自动过分相控制装置采取车上自动控制断电过分相方式后，会根据车感器送来的信号，结合机车运行状态信号进行判断，生成“过分相预告”、“强迫断”和“恢复”信号。同时根据机车速度控制司机指令，按固定速率或者在预定的时间内将电机电流平稳降至0，发出辅机和主断控制指令；在机车通过无电区后，根据车载感应器送来的信号，发出辅机和主断控制指令，将指令恢复。

5、如权利要求2所述的铁路过分相自动控制方式，其特征在于：所述的柱上开关自动断电过分相是自动过分相控制装置确定分相区安装了柱上开关后，装置实时监测网压变化，当网压低于设定值时，认为机车进入无电区，网压判断为低后自动过分相控制装置立即采取如下措施：切断指令，封锁整流桥脉冲；断开部分辅机控制回路；自动过分相控制装置检测到网压恢复到设定值以上时，自动过分相控制装置采取如下措施：恢复指令，恢复电流；恢复辅机控制回路。

6、一种铁路过分相自动控制装置，在机车上至少有一个存储地面信息数据的地面信息存储装置和一个将所存储的地面信息数据通过通讯总线发送给相关车载设备的信息传输装置，其特征在于：在机车控制系统中还设置有自动过分相控制装置，且自动过分相控制装置分别与地面信息存储装置和信息传输装置电连接，并对地面信息存储装置里的数据进行修改，将柱上开关分相点位置进行标记；自动过分相控制装置通过通讯总线从信息传输装置中获取该标记信息；当机车接近柱上开关分相点时，地面信息存储装置发出约定代码，信息传输装置收到后通知自动过分相控制装置，自动过分相控制装置即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。

7、如权利要求6所述的铁路过分相自动控制装置，其特征在于：所述的自动过分相控制装置至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分；自动过分相控制装置进行不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。

8、如权利要求7所述的铁路过分相自动控制装置，其特征在于：所述的两种模式的识别部分是修改地面信息存储装置里的数据，将柱上开关分相点位置进行标记；自动过分相控制装置通过通讯总线从信息传输装置中获取该标记信息；当机车接近柱上开关分相点时，地面信息存储装置发出约定代码，信息传输装置收到后通知自动过分相控制装置，自动过分相控制装置即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制；所述的车上自动控制断电过分相是自动过分相控制装置采取车上自动控制断电过分相方式后，会根据车感器送来的信号，结合机车运行状态信号进行判断，生成“过分相预告”、“强迫断”和“恢复”信号。同时根据机车速度控制司机指令，按固定速率或者在预定的时间内将电机电流平稳降至0，发出辅机和主断控制指令。在机车通过无电区后，根据车载感应器送来的信号，发出辅机和主断控制指令，将指令恢复；所述的柱上开关自动断电过分相是自动过分相控制装置确定分相区安装了柱上开关后，装置实时监测网压变化，当网压低于设定值时，认为机车进入无电区，网压判断为低后自动过分相控制装置立即采取如下措施：切断指令，封锁整流桥脉冲；断开部分辅机控制回路。自动过分相控制装置检测到网压恢复到设定值以上时，自动过分相控制装置采取如下措施：恢复指令，恢复电流；恢复辅机控制回路。

9、如权利要求6所述的铁路过分相自动控制装置，其特征在于：所述的地面信息存储装置为LKJ2000型监控装置；所述的信息传输装置为TAX2型综合信息监测装置；所述的通讯总线为RS485总线。

10、一种铁路过分相自动控制装置，在每台机车上均安装了LKJ2000型监控装置和TAX2型综合信息监测装置；前者存储地面信息数据，后者将其中部分数据通过485总线发送给相关车载设备；其特征在于：在机车控制系统中设置有自动过分相控制装置，自动过分相控制装置分别与LKJ2000型监控装置和TAX2型综合信息监测装置电气连接，并对LKJ2000型监控装置里的数据进行修改，将柱上开关分相点位置进行标记；自动过分相控制装置通过RS485总线从TAX2装置获取该标记信息；当机车接近柱上开关分相点时，LKJ2000型监控装置发出约定代码，TAX2装置收到LKJ2000型监控装置所发出的信息后通知自动过分相控制装置，自动过分相控制装置即认为下一分相区为柱上开关式，并采取相应的控制模式；若未收到代码，则认为下一分相区为地面埋点分相，装置按车上自动断电控制方案进行控制。所述的两种模式的识别是通过修改监控装置里的数据，将柱上开关分相点位置进行标记；所述的自动过分相控制装置至少包括三个部分，即一个两种模式的识别部分，一个车上自动控制断电过分相部分和一个柱上开关自动断电过分相部分；自动过分相控制装置进行不同分相区的识别与两种控制模式的协调、柱上开关过分相模式下的逻辑控制和车上自动控制断电过分相模式下的逻辑控制。