CN103625506B - 一种司机控制器用制动指令信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种司机控制器用高可靠的制动指令信号发生装置，第一、第二功率变换模块均正常工作时，第一功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压，第二功率变换模块作为备用；故障检测模块在线监测制动小信号产生装置输入的电压以及两个电压采样电路输出的电压，当故障检测模块检测到第一到功率变换模块故障时便输出电压使接触器的线圈得电，接触器的常闭触点断开、常开触点闭合，第二功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压；制动设备所需的功率由功率变换器提供，改善了旋转电位器的工作状况；采用双余度功率变换器输出，提高了司机控制器的使用寿命和工作可靠性。

Description

一种司机控制器用制动指令信号发生装置

技术领域

本发明涉及一种轨道机车车辆上用于控制机车运行速度、方向和工况的司机控制器，尤其涉及司机控制器用制动指令信号发生装置，特别适用于用于机车、城市地铁、轻轨等领域。

背景技术

司机控制器是一种主要应用于机车、城市地铁、轻轨等领域，供司机操作以控制机车运行的主令电器。司机控制器工作性能直接影响到机车的平稳操纵和各种运行工况的实现，其微小故障都会给机车带来很大的安全隐患，如“窜车”、电气设备接受错误指令产生误动作等。司机控制器制动指令信号发生装置用于产生制动指令信号以控制制动设备使机车减速或停车，因此，该装置能否可靠正常工作直接关系到机车能否安全可靠运行。

目前，通常采用与司机操控手柄同轴相连的旋转电位器作为反映手柄档位的位置传感器，司机通过扳动操控手柄于不同的控制档位，即可通过旋转电位器的滑动抽头产生不同的电压值作为制动指令信号。该方法虽然简单，但由于作为负载的不同机车的制动设备所需的信号电流不同，同一机车的不同运行工况下制动设备所需的信号电流也不同，最大可达1A，经常出现旋转电位器过载过热而损坏，从而使得制动失灵。另外，当制动设备所需信号电流比较小时，可不考虑制动设备的负载效应，操控手柄位置与旋转电位器输出电压值存在一定的线性关系，而当制动设备所需信号电流比较大时，此时通过旋转电位器的滑动抽头输出的电流也较大，使得输出的电压值变小，操控手柄位置与旋转电位器输出电压值对应关系变得较为复杂，存在较严重的非线性关系。最后，由于没有任何保护，当负载出现短路时，很容易烧坏旋转电位器。因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种司机控制器用高可靠的制动指令信号发生装置，采用旋转电位器与双余度功率变换电路共同作用产生制动指令信号，并具有过电流保护功能，大大提高了司机控制器的使用寿命和工作可靠性。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是:包括由操控手柄和旋转电位器组成的制动小信号产生装置，制动小信号产生装置的输出端分别连接第一、第二功率变换模块和故障检测模块的输入端，第一、第二功率变换模块和故障检测模块之间各串接电压采样电路，第一、第二功率变换模块和故障检测模块的输出端分别连接逻辑切换电路，逻辑切换电路具有接触器；第一功率变换模块接接触器的常闭触点，第二功率变换模块接接触器的常开触点；第一、第二功率变换模块均正常工作时，接触器的常闭触点闭合，第一功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压，并根据负载要求提供输出电流，第二功率变换模块作为备用；故障检测模块在线监测制动小信号产生装置输入的电压以及两个电压采样电路输出的电压，当故障检测模块检测到第一到功率变换模块故障时便输出电压使接触器的线圈得电，接触器的常闭触点断开、常开触点闭合，第二功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压，并根据负载要求提供输出电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

（1）制动设备所需的功率由功率变换器提供，旋转电位器只需提供功率很小的控制信号，大大改善了旋转电位器的工作状况，并可选用额定功率较小的旋转电位器。

（2）故障检测模块通过在线监测判断功率变换模块是否工作正常，当故障检测模块检测到工作中的功率变换模块发生故障时，控制逻辑切换电路中的接触器进行切换，断开故障的功率变换模块，并接通备用的功率变换模块。采用由双余度功率变换电路提供制动指令信号，具有过电流保护功能，提高了司机控制器的使用寿命和工作可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种司机控制器用制动指令信号发生装置的结构原理框图。

图1中：1-操控手柄；2-旋转电位器；3-接触器KM的常闭触点；4-接触器KM的线圈；5-接触器KM的常开触点；-旋转电位器的输出电压；-功率变换模块A的输出电压；-功率变换模块B的输出电压；-电压采样电路A的输出电压；-电压采样电路B的输出电压；-故障检测模块的输出电压；-输出电压；-输出电流。

图2为图1中功率变换模块的工作原理图；

图2中：6-PI调节器；7-PWM发生器；8-光电隔离器；-MOS管；-三极管；-限流电阻；-电流采样电阻；、-输出电压采样电阻；-储能电感；-储能电容；-续流二极管；-反馈电压；-输出电压。

图3为图1中故障检测模块的原理框图；

图3中：-与之差；-放大器的输出电压；、-参考电压。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步阐明本发明。如图1所示，本发明由制动小信号产生装置、功率变换模块A、功率变换模块B、电压采样电路A、电压采样电路B、故障检测模块和逻辑切换电路组成。制动小信号产生装置的输出端分别连接功率变换模块A、功率变换模块B和故障检测模块的输入端，功率变换模块A和故障检测模块之间串接电压采样电路A，功率变换模块B和故障检测模块之间串接电压采样电路B；功率变换模块A、功率变换模块B和故障检测模块的输出端分别连接逻辑切换电路。

制动小信号产生装置由操控手柄1和旋转电位器2组成，操控手柄1和旋转电位器2同轴相连，转动操控手柄1就可使旋转电位器2的滑动触头输出不同的电压，由于后接电路阻抗很大，为兆欧姆级，而旋转电位器2的电阻为千欧姆级，所以可以忽略后接电路的负载效应，使得操控手柄1位置与旋转电位器2输出电压值存在一定的线性关系，并且流过旋转电位器2的电流很小，通常只有几个毫安，因此所用旋转电位器2不会因过流而烧坏。

制动小信号产生装置输出的不同电压分别输入功率变换模块A、功率变换模块B和故障检测模块。逻辑切换电路具有接触器KM，其中接触器KM的常闭触点3连接功率变换模块A，接触器KM的常开触点5连接功率变换模块B，接触器KM的线圈4连接故障检测模块，当故障检测模块输出电压时可使接触器KM的线圈4得电。

功率变换模块A和功率变换模块B构成双余度功率变换装置，一备一用，将制动小信号产生装置产生的制动指令信号根据所接制动设备需求进行功率放大输出。功率变换模块A和功率变换模块B均正常工作时，逻辑切换电路中的接触器KM线圈4失电，接触器KM常闭触点3闭合，接触器KM常开触点5断开，由功率变换模块A根据经接触器KM常闭触点3后输出电压，并根据负载要求提供输出电流，功率变换模块B作为备用。

故障检测模块在线监测电压、电压采样电路A输出的电压和电压采样电路B输出的电压，并根据监测信号判断功率变换模块A、B是否工作正常。当故障检测模块检测到功率变换模块A故障时，输出电压使逻辑切换电路中的接触器KM线圈4得电，接触器KM的常闭触点3断开，接触器KM的常开触点5闭合，由功率变换模块B根据经接触器KM的常开触点5输出电压，并根据负载要求提供输出电流。

功率变换模块的工作原理如图2所示，功率变换模块由主电路和控制电路组成。主电路中，MOS管的G极通过限流电阻与控制电路相连，MOS管的D极接110V/74V机车电源，MOS管的S极串接电流采样电阻后与续流二极管的阴极相连，储能电感的一端接于续流二极管的阴极，储能电感的另一端接于储能电容的正极，续流二极管的阳极和储能电容C的负极均与机车电源的地相接，三极管的B极接于MOS管的S极，三极管的C极接于MOS管的G极，三极管的E极接于续流二极管的阴极，输出电压采样电阻、串联后与储能电容并联。其中，MOS管、储能电感、储能电容、续流二极管构成直流降压斩波电路，当MOS管导通时，续流二极管反向截止，机车电源经过MOS管、电流采样电阻、储能电感给负载提供工作电流并给储能电容提供充电电流；当MOS管截止时，储能电感中的电流不能突变，其感应电动势经过储能电容或负载迫使续流二极管正向导通构成回路释放电磁能，此时储能电感和储能电容同时给负载提供工作电流；三极管和电流采样电阻构成过电流保护电路，当流经电流采样电阻的电流在上产生的压降足够大时（约0.7V），三极管饱和导通，强制关断MOS管；输出电压采样电阻和构成电压采样电路。

控制电路由PI调节器6、PWM发生器7、光电隔离器8串接组成，控制电路利用电压与的差值，表示或，通过PI调节器6、PWM发生器7、光电隔离器8实现对主电路输出电压的反馈控制，使得：

，

，

从而使得电压与存在确定的线性关系。

故障检测模块的原理框图如图3所示，故障检测模块由放大器、比较器、延时电路、锁存器依次串接组成。对在线监测的电压和求差值，将通过放大器放大得，将与进行比较，将比较结果延时后送入锁存器输出。当时，认为功率变换模块工作正常，比较结果为低电平，经延时后锁存器输出低电平，接触器KM不动作；当时，认为功率变换模块工作故障，比较结果为高电平，经延时后锁存器输出高电平，接触器KM动作，逻辑电路发生切换。

Claims (3)

1.一种司机控制器用制动指令信号发生装置，包括由操控手柄和旋转电位器组成的制动小信号产生装置，其特征是：制动小信号产生装置的输出端分别连接第一、第二功率变换模块和故障检测模块的输入端，第一、第二功率变换模块和故障检测模块之间各串接电压采样电路，第一、第二功率变换模块和故障检测模块的输出端分别连接逻辑切换电路，逻辑切换电路具有接触器；第一功率变换模块接接触器的常闭触点，第二功率变换模块接接触器的常开触点；第一、第二功率变换模块均正常工作时，接触器的常闭触点闭合，第一功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压，并根据负载要求提供输出电流，第二功率变换模块作为备用；故障检测模块在线监测制动小信号产生装置输入的电压以及两个电压采样电路输出的电压，当故障检测模块检测到第一功率变换模块故障时便输出电压使接触器的线圈得电，接触器的常闭触点断开、常开触点闭合，第二功率变换模块根据制动小信号产生装置输入的电压经逻辑切换电路后产生输出电压，并根据负载要求提供输出电流。

2.根据权利要求1所述一种司机控制器用制动指令信号发生装置，其特征是：所述功率变换模块由主电路和控制电路组成，主电路包括MOS管，MOS管的G极通过限流电阻与控制电路相连、D极接机车电源、S极串接电流采样电阻后与续流二极管的阴极相连，储能电感的一端接于续流二极管的阴极、另一端接于储能电容的正极，续流二极管的阳极和储能电容的负极均与机车电源的地相接，三极管的B极接于MOS管的S极、C极接于MOS管的G极、E极接于续流二极管的阴极，两个输出电压采样电阻串联后与储能电容并联；控制电路通过依次串接的PI调节器、PWM发生器、光电隔离器对主电路输出电压反馈控制。

3.根据权利要求2所述一种司机控制器用制动指令信号发生装置，其特征是：所述故障检测模块由放大器、比较器、延时电路、锁存器依次串接组成。