CN106314196A - 一种仿古游览列车的控制系统及控制方法 - Google Patents

一种仿古游览列车的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿古游览列车的控制系统及控制方法。控制系统包括主控制器、与主控制器连接的电源、通过CAN总线连接在主控制器上的电源管理系统、连接在主控制器上的继电器、连接在继电器上的电机控制器、通过CAN总线连接到主控制器上的辅助变频器系统和与主控制连接的显示屏；在主控制器上还连接有钥匙开关、警惕开关、方向手柄、控制手柄、AC驱动系统停止开关、控制手柄牵引位模拟量、压力传感器、牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关。控制方法包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制和方向转换控制。本发明的控制全面、安全性高、可靠形高。

Description

一种仿古游览列车的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及仿古游览列车的控制系统和控制方法。
背景技术
随着科技的不断发展，新的产品层出不穷，传统的、古老的产品已经逐渐的消失，而有些人为了能享受到古老的产品，现有有些企业也在制造一些仿古的产品。
仿古游览列车主要被使用在旅游景区，备受游客的喜欢，因此，现在有些企业在研究此类产品，在中国专利申请号为201320470360.9的专利文献中公开了一种儿童仿古电动小火车，包括自前向后依次布置的：其内装有驱动电机的车头、供驾驶员乘坐的煤水车、以及若干节车厢，所述驱动电机为变频调速三相异步电机，且该变频调速三相异步电机的动力源为铁锂电池，这种儿童仿古电动小火车外形美观，载人量大，能够满足游乐场在客流高峰期的需求。
在中国专利申请号为201220430729.9的专利文献中公开了一种仿古观光冷蒸汽小火车，包括火车车头和车体，火车车头上安装有烟囱，所述火车车头内安装有加湿器，加湿器具有一冷蒸汽出口端、一进水端和一电源输入端，冷蒸汽出口端与烟囱相连，进水端通过管道连接有储水箱，储水箱安装在火车车头上，所述电源输入端连接有时序开关，时序开关的另一端连接有供电电源，该结构通过加湿器实现了小火车的持续蒸汽排放功能，结构简单，通过时序开关的设定，可实现小火车持续排放蒸汽的效果，可最大程度的模仿传统蒸汽机车蒸汽排放的视觉效果，提高游客对蒸汽小火车的认可程度，提高仿真效果。
在中国专利申请号为201520585960.9的专利文献中公开了一种仿古蒸汽一体机车，包括车架、机车头、煤水车，所述车架前端平台上设有机车头，所述车架的后端平台上设有煤水车，所述车架前端下端设有前转向架，后端下端设有后转向架。上述一体机车都采用转向架，结构复杂、成本高。
对于仿古游览车来说，车辆的控制费用的重要，这关系到车辆的安全、可靠等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能全面控制、安全性能好、可靠性好的仿古游览列车的控制系统和控制方法。
为达到上述目的，一种仿古游览列车的控制系统，包括主控制器、与主控制器连接的电源、通过CAN总线连接在主控制器上的电源管理系统、连接在主控制器上的继电器、连接在继电器上的电机控制器、通过CAN总线连接到主控制器上的辅助变频器系统和与主控制连接的显示屏；在主控制器上还连接有钥匙开关、警惕开关、方向手柄、控制手柄、AC驱动系统停止开关、控制手柄牵引位模拟量、压力传感器、牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关。
上述控制系统的控制方法为：包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制和方向转换控制；
准备状态的控制方法为：当方向手柄处于零位，且控制手柄处于零位时，钥匙开关打到开启位置，此时仿古游览列车处于准备状态；
休息状态的控制方法为：仿古游览列车处于准备状态时，AC驱动系统停止开关接通，此时仿古游览列车转换到休息状态；
牵引状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或制动状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于牵引位，此时仿古游览列车转换到牵引状态；
制动状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或牵引状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于制动位，此时仿古游览列车转换到制动状态；
速度的控制方法为：当仿古游览列车处于牵引状态时，控制手柄打到牵引位，仿古游览列车的速度根据控制手柄输出的电压进行速度控制，电压值与速度为线性关系；
限速控制的方法为：当控制手柄处牵引位越靠前，仿古游览列车的速度越大；当仿古游览列车的速度超过10km/h时，仿古游览列车以10km/h的速度运行；
方向转换控制的方法为：当方向手柄位发生变化时，把方向手柄位通过CAN总线发送到电机控制器中；只有当仿古游览列车的速度为0时，才能允许牵引方向改变，否则变换无效。
上述控制系统和控制方法，电源采用可充电的蓄电池，通过充电给蓄电池提供能量，通过蓄电池给仿古游览列车提供能量，因此环保。通过CAN总线将主控制器与电源管理系统连接，这样，电源管理系统直接与主控制器上的CAN总线通讯接口进行通讯，通讯信号包括BMS故障、VCU故障、最大放电电流、最大充电电流以及SOC信号，实现电源状态和故障信号的传输，提高安全性能。主控制器与电机控制器的控制电路包括：CAN、数字量输出；主控制器通过继电器对电机控制器的数字量输出接口进行控制，实现电机的启停、刹车和急停；而电机控制器反馈到主控制器的电机速度、状态和故障都是通过CAN总线通讯进行传送，信号的传输可靠性高。辅助变频器系统采用CAN电气接口连接，直接与主控制器上的CAN总线通讯接口进行通讯，通讯信号包括辅助变频器的电压、电流、温度等信号，实现对辅助变频器系统状态和故障信号的传输。显示屏采用24V供电，以RS485接口连接，直接与主控制器上的串口总线通讯接口进行通讯，实现车速、车辆状态、存储情况和故障信号的显示，主要包括：档位状态、车辆行驶状态、电机转矩、电机转速、电机温度、电机控制器温度、超速报警、系统故障、整车车速、电源平均温度、电源SOC、电源充放电电流、电源总电压、电源故障信息、电源充电状态、总里程/小计里程等内容。
本发明的控制方法包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制和方向转换控制，因此，控制全面。
仿古游览列车处于准备状态时，AC驱动系统停止开关接通，此时仿古游览列车转换到休息状态，这样，安全性能高。
当控制手柄处牵引位越靠前，仿古游览列车的速度越大；当仿古游览列车的速度超过10km/h时，仿古游览列车以10km/h的速度运行，因此，能实现对仿古游览列车的限速，提高安全性能。
当方向手柄位发生变化时，把方向手柄位通过CAN总线发送到电机控制器中；只有当仿古游览列车的速度为0时，才能允许牵引方向改变，否则变换无效，转向的安全性能高。
进一步的，钥匙开关与主控制器之间通过数字信号通讯，警惕按钮与主控制器之间通过数字信号通讯，AC驱动系统停止开关与主控制器之间通过数字信号通讯，控制手柄牵引位模拟量与主控制器通过模拟信号通讯，压力传感器与主控制器之间通过模拟信号通讯，牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关与主控制器均为数字信号通讯。
进一步的，方向手柄包括方向手柄REV1、方向手柄REV2和方向手柄REV3，方向手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，方向手柄REV2和方向手柄REV3与主控制器分别为数字信号通讯。
进一步的，控制手柄包括控制手柄REV1、控制手柄REV2和控制手柄REV3，控制手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，控制手柄REV2和控制手柄REV3与主控制器分别为数字信号通讯。
进一步的，显示屏与主控制器通过RS485接口连接。
进一步的，0-10V对应的速度为0-10km/h。即当电压为0V时，速度为0，当电压为10V时，速度为10km/h，这样，控制的精度高。
进一步的，控制方法还包括电制动方法和空气制动方法，其中电制动方法为：当仿古游览列车在制动状态下时；控制手柄打到制动位，车辆以恒定的加速度减速，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；空气制动方法为：在主控制器上连接有空气制动手柄，当仿古游览列车处在牵引状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；当仿古游览列车处于电制动状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器关闭电制动。采用上述方式，制动的可靠性高，安全性能高。
进一步的，当仿古游览列车处于牵引状态时，牵引状态指示灯亮绿色；当仿古游览列车处于制动状态时，制动状态指示灯亮红色；当仿古游览列车处于充电状态时，充电状态指示灯亮黄色，当充满电时，充电状态指示灯亮绿色。
进一步的，电源管理系统把电源的电压和电流值发送到主控制器中，通过显示屏中显示出来；当电源的电压和电流出现异常时，主控制器禁止仿古游览列车的启动，提高安全性能。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，仿古游览列车的控制系统包括主控制器、电源、电源管理系统、钥匙开关、警惕按钮、方向手柄、控制手柄、AC驱动系统停止开关、控制手柄牵引位模拟量、压力传感器、辅助变流器系统、电机控制器、显示屏、牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、继电器、蜂鸣器和制动电阻开关。
所述的电源连接在主控制器上，电源与电源管理系统连接。电源管理系统通过CAN总线连接到主控制器上。
钥匙开关与主控制器连接，钥匙开关与主控制器通过数字信号通讯。
警惕按钮与主控制器连接，警惕按钮与主控制器通过数字信号通讯。
所述的方向手柄包括方向手柄REV1、方向手柄REV2和方向手柄REV3，方向手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，方向手柄REV2和方向手柄REV3与主控制器分别为数字信号通讯。
所述的控制手柄括控制手柄REV1、控制手柄REV2、控制手柄REV3和空气制动手柄，控制手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，控制手柄REV2、控制手柄REV3和空气制动手柄与主控制器分别为数字信号通讯。
AC驱动系统停止开关与主控制器连接，AC驱动系统停止开关与主控制器通过数字信号通讯。
控制手柄牵引位模拟量与主控制器连接，控制手柄牵引位模拟量与主控制器通过模拟信号通讯。
压力传感器与主控制器连接，压力传感器与主控制器通过模拟信号通讯。所述的压力传感器为GYG1型压力传感器。
辅助变频器系统通过CAN总线连接到主控制器上。
在本实施例中，电机为4个，继电器包括电机1刹车开关继电器、电机1钥匙开关继电器、电机2刹车开关继电器、电机2钥匙开关继电器、电机3刹车开关继电器、电机3钥匙开关继电器、电机4刹车开关继电器和电机4钥匙开关继电器；电机1刹车开关继电器、电机1钥匙开关继电器、电机2刹车开关继电器、电机2钥匙开关继电器、电机3刹车开关继电器、电机3钥匙开关继电器、电机4刹车开关继电器和电机4钥匙开关继电器分别与主控制器连接，且均为数字信号通讯。所述的电机控制器包括第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器和第四电机控制器；电机1刹车开关继电器和电机1钥匙开关继电器与第一电机控制器连接，电机2刹车开关继电器和电机2钥匙开关继电器与第二电机控制器连接，电机3刹车开关继电器和电机3钥匙开关继电器与第三电机控制器连接，电机4刹车开关继电器和电机4钥匙开关继电器与第四电机控制器连接，所述的电机控制器通过CAN总线与主控器连接。
显示屏通过RS485接口与主控器连接。
牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关分别与主控制器连接，并且为数字信号通讯。
上述仿古游览列车的控制系统的控制方法包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制、方向转换控制、电制动方法和空气制动方法。
准备状态的控制方法为：当方向手柄处于零位，且控制手柄处于零位时，钥匙开关打到开启位置，此时仿古游览列车处于准备状态。
休息状态的控制方法为：仿古游览列车处于准备状态时，AC驱动系统停止开关接通，此时仿古游览列车转换到休息状态。
牵引状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或制动状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于牵引位，此时仿古游览列车转换到牵引状态。
制动状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或牵引状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于制动位，此时仿古游览列车转换到制动状态。
速度的控制方法为：当仿古游览列车处于牵引状态时，控制手柄打到牵引位，仿古游览列车的速度根据控制手柄输出的电压进行速度控制，电压值与速度为线性关系。0-10V对应的速度为0-10km/h。即当电压为0V时，速度为0，当电压为10V时，速度为10km/h，这样，控制的精度高。
限速控制的方法为：当控制手柄处牵引位越靠前，仿古游览列车的速度越大；当仿古游览列车的速度超过10km/h时，仿古游览列车以10km/h的速度运行。
方向转换控制的方法为：当方向手柄位发生变化时，把方向手柄位通过CAN总线发送到电机控制器中；只有当仿古游览列车的速度为0时，才能允许牵引方向改变，否则变换无效。
电制动方法为：当仿古游览列车在制动状态下时；控制手柄打到制动位，车辆以恒定的加速度减速，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；空气制动方法为：在主控制器上连接有空气制动手柄，当仿古游览列车处在牵引状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；当仿古游览列车处于电制动状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器关闭电制动。采用上述方式，制动的可靠性高，安全性能高。
当仿古游览列车处于牵引状态时，牵引状态指示灯亮绿色；当仿古游览列车处于制动状态时，制动状态指示灯亮红色；当仿古游览列车处于充电状态时，充电状态指示灯亮黄色，当充满电时，充电状态指示灯亮绿色。
进一步的，电源管理系统把电源的电压和电流值发送到主控制器中，通过显示屏中显示出来；当电源的电压和电流出现异常时，主控制器禁止仿古游览列车的启动，提高安全性能。
在本实施例中，电源采用可充电的蓄电池，通过充电给蓄电池提供能量，通过蓄电池给仿古游览列车提供能量，因此环保。通过CAN总线将主控制器与电源管理系统连接，这样，电源管理系统直接与主控制器上的CAN总线通讯接口进行通讯，通讯信号包括BMS故障、VCU故障、最大放电电流、最大充电电流以及SOC信号，实现电源状态和故障信号的传输，提高安全性能。主控制器与电机控制器的控制电路包括：CAN、数字量输出；主控制器通过继电器对电机控制器的数字量输出接口进行控制，实现电机的启停、刹车和急停；而电机控制器反馈到主控制器的电机速度、状态和故障都是通过CAN总线通讯进行传送，信号的传输可靠性高。辅助变频器系统采用CAN电气接口连接，直接与主控制器上的CAN总线通讯接口进行通讯，通讯信号包括辅助变频器的电压、电流、温度等信号，实现对辅助变频器系统状态和故障信号的传输。显示屏采用24V供电，以RS485接口连接，直接与主控制器上的串口总线通讯接口进行通讯，实现车速、车辆状态、存储情况和故障信号的显示，主要包括：档位状态、车辆行驶状态、电机转矩、电机转速、电机温度、电机控制器温度、超速报警、系统故障、整车车速、电源平均温度、电源SOC、电源充放电电流、电源总电压、电源故障信息、电源充电状态、总里程/小计里程等内容。
本发明的控制方法包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制和方向转换控制，因此，控制全面。
仿古游览列车处于准备状态时，AC驱动系统停止开关接通，此时仿古游览列车转换到休息状态，这样，安全性能高。
当控制手柄处牵引位越靠前，仿古游览列车的速度越大；当仿古游览列车的速度超过10km/h时，仿古游览列车以10km/h的速度运行，因此，能实现对仿古游览列车的限速，提高安全性能。
当方向手柄位发生变化时，把方向手柄位通过CAN总线发送到电机控制器中；只有当仿古游览列车的速度为0时，才能允许牵引方向改变，否则变换无效，转向的安全性能高。

Claims (10)

1.一种仿古游览列车的控制系统，其特征在于：包括主控制器、与主控制器连接的电源、通过CAN总线连接在主控制器上的电源管理系统、连接在主控制器上的继电器、连接在继电器上的电机控制器、通过CAN总线连接到主控制器上的辅助变频器系统和与主控制连接的显示屏；在主控制器上还连接有钥匙开关、警惕开关、方向手柄、控制手柄、AC驱动系统停止开关、控制手柄牵引位模拟量、压力传感器、牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关。
2.根据权利要求1所述的仿古游览列车的控制系统，其特征在于：钥匙开关与主控制器之间通过数字信号通讯，警惕按钮与主控制器之间通过数字信号通讯，AC驱动系统停止开关与主控制器之间通过数字信号通讯，控制手柄牵引位模拟量与主控制器通过模拟信号通讯，压力传感器与主控制器之间通过模拟信号通讯，牵引状态指示灯、制动状态指示灯、充电状态指示灯、蜂鸣器和制动电阻开关与主控制器均为数字信号通讯。
3.根据权利要求1所述的仿古游览列车的控制系统，其特征在于：方向手柄包括方向手柄REV1、方向手柄REV2和方向手柄REV3，方向手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，方向手柄REV2和方向手柄REV3与主控制器分别为数字信号通讯。
4.根据权利要求1所述的仿古游览列车的控制系统，其特征在于：控制手柄包括控制手柄REV1、控制手柄REV2和控制手柄REV3，控制手柄REV1与主控制器通过模拟信号通讯，控制手柄REV2和控制手柄REV3与主控制器分别为数字信号通讯。
5.根据权利要求1所述的仿古游览列车的控制系统，其特征在于：显示屏与主控制器通过RS485接口连接。
6.一种权利要求1所述的仿古游览列车的控制系统的控制方法，其特征在于： 包括准备状态的控制、休息状态的控制、牵引状态的控制、制动状态的控制、速度的控制、限速控制和方向转换控制；
准备状态的控制方法为：当方向手柄处于零位，且控制手柄处于零位时，钥匙开关打到开启位置，此时仿古游览列车处于准备状态；
休息状态的控制方法为：仿古游览列车处于准备状态时，AC驱动系统停止开关接通，此时仿古游览列车转换到休息状态；
牵引状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或制动状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于牵引位，此时仿古游览列车转换到牵引状态；
制动状态的控制方法为：当仿古游览列车处于准备或牵引状态时，方向手柄处于向前位，控制手柄接通于制动位，此时仿古游览列车转换到制动状态；
速度的控制方法为：当仿古游览列车处于牵引状态时，控制手柄打到牵引位，仿古游览列车的速度根据控制手柄输出的电压进行速度控制，电压值与速度为线性关系；
限速控制的方法为：当控制手柄处牵引位越靠前，仿古游览列车的速度越大；当仿古游览列车的速度超过10km/h时，仿古游览列车以10km/h的速度运行；
方向转换控制的方法为：当方向手柄位发生变化时，把方向手柄位通过CAN总线发送到电机控制器中；只有当仿古游览列车的速度为0时，才能允许牵引方向改变，否则变换无效。
7.根据权利要求6所述的仿古游览列车的控制系统的控制方法，其特征在于：0-10V对应的速度为0-10km/h。
8.根据权利要求6所述的仿古游览列车的控制系统的控制方法，其特征在于：控制方法还包括电制动方法和空气制动方法，其中电制动方法为：当仿古游览列车在制动状态下时；控制手柄打到制动位，车辆以恒定的加速度减速，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；空气制动方法为：在主控制器上连接有空气制动手柄，当仿古游览列车处在牵引状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器通过电机控制器关闭与电机控制器连接的电机；当仿古游览列车处于电制动状态时，空气制动手柄打开，主控制器检测到压力传感器的输出电流大于0.95mA时，主控制器关闭电制动。
9.根据权利要求6所述的仿古游览列车的控制系统的控制方法，其特征在于：当仿古游览列车处于牵引状态时，牵引状态指示灯亮绿色；当仿古游览列车处于制动状态时，制动状态指示灯亮红色；当仿古游览列车处于充电状态时，充电状态指示灯亮黄色，当充满电时，充电状态指示灯亮绿色。
10.根据权利要求6所述的仿古游览列车的控制系统的控制方法，其特征在于：电源管理系统把电源的电压和电流值发送到主控制器中，通过显示屏中显示出来；当电源的电压和电流出现异常时，主控制器禁止仿古游览列车的启动。
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