CN110040155A - 磁浮列车道岔的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁浮列车道岔的控制系统。该系统包括处理运算单元,负责磁浮道岔转辙控制和安全防护;道岔驱动电机控制单元,负责道岔驱动电机的运动控制;道岔状态测量单元,负责对道岔状态的整体监测。本发明的系统将目前道岔的信号控制系统和道岔运动控制系统进行一体化设计,具有结构简单、设备数量少、功能模块化高内聚低耦合、安全性可靠性高等优点;且该系统为道岔转辙过程中多点驱动电机的协同控制提供了基础,从而可以优化道岔转辙线形,提高道岔梁体寿命。

Description

磁浮列车道岔的控制系统
技术领域
本发明涉及轨道交通运行控制系统技术领域,尤其涉及一种磁浮列车道岔的控制系统。
背景技术
高速磁浮交通系统是目前国际上地面交通体系中速度最快、技术最为先进的交通系统。它主要依靠电磁力来实现支承、导向、牵引和制动功能。与常规轮轨列车相比,具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点,被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。高速磁浮列车采用直线同步电机,长定子固定在线路上,其牵引来自地面。
道岔是磁浮列车系统中轨道结构系统的重要组成部分。磁浮道岔与铁路道岔相比有较大的区别,与跨座式单轨交通道岔也不尽相同。磁浮道岔实际上是一根连续可弹性弯曲的钢梁,由液压或电动机械驱动道岔钢梁从直股转换到侧股。
目前,磁浮列车道岔的控制系统由分区道岔计算机(DSM)和道岔控制机(SC)组成。这种结构的分区道岔计算机(DSM)的作用仅是转发道岔转辙命令给道岔控制机,并确认道岔到达预定的位置并锁闭,防止意外的道岔移动操作,以及防止意外激活道岔驱动模块等。总结起来就是:转发命令、“故障——安全”,并没有完全发挥安全计算机的优势,没有充分利用安全计算机的资源。道岔控制机(SC)的任务就是接收转辙命令,对道岔电机(SC)进行驱动以及检测道岔状态完成道岔转辙。目前道岔控制机(SC)对道岔的多点电机并没有良好的协同控制,大多仅是电机时延控制、行程触发控制等,在转辙过程中不能对钢梁驱动电机协同控制,钢梁局部应力较大,不仅影响钢梁及钢梁转辙设备的寿命,增大维护成本。
发明内容
本发明的实施例提供了一种磁浮列车道岔的控制系统,以克服现有技术的缺点。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。
一种磁浮列车道岔的控制系统,包括:处理运算单元、道岔驱动电机控制单元和道岔状态测量单元;
所述的处理运算单元:用于对外与运行控制系统的分区安全计算机相连,对内与所述道岔驱动电机控制单元、道岔状态测量单元相连,根据运行控制系统的分区安全计算机发送过来的道岔转辙指令和所述道岔状态测量单元发送过来的道岔状态信息生成驱动电机控制指令,将所述驱动电机控制指令发送给所述道岔驱动电机控制单元;
所述的道岔驱动电机控制单元:用于与道岔驱动电机一一对应,执行所述处理运算单元发送过来的驱动电机控制指令,对道岔驱动电机进行控制,实现道岔转辙控制;
所述的道岔状态测量单元:用于对道岔的状态进行检测,将检测得到的道岔状态信息发送给所述处理运算单元。
优选地,所述的处理运算单元:用于接收并解析运行控制系统的分区安全计算机的道岔转辙指令,根据所述道岔转辙指令和道岔状态信息进行运算,得到各点道岔驱动电机的控制目标参数,发送携带所述控制目标参数的驱动电机控制指令给各驱动电机对应的道岔驱动电机控制单元;在道岔转辙过程中实时监控各驱动电机的状态,实现多点驱动电机的协同控制与安全防护,并以通信的方式控制道岔状态测量单元对道岔状态进行采集,对整个道岔转辙过程进行安全防护。
优选地,所述的道岔驱动电机控制单元,用于作为磁浮道岔控制系统的输出设备,接收并执行所述处理运算单元发送过来的携带控制目标参数的驱动电机控制指令,根据目标参数要求对道岔驱动电机进行运动控制,所述道岔驱动电机控制单元包括:道岔驱动电机控制器以及适配道岔驱动电机的变频器和功率变换器,还包括道岔驱动电机的测量装置、传感设备;当道岔驱动电机为多个时,在所述处理运算单元的综合控制下各个道岔驱动电机控制单元对应的多点道岔驱动电机协同运动,完成道岔的转辙过程。
优选地,所述的道岔状态测量单元:用于作为磁浮道岔控制系统的输入设备,在所述处理运算单元的控制下,采集和测量道岔和道岔驱动电机的状态,并将采集的状态信息传送给处理运算单元,所述道岔状态测量单元中的采集和测量通道均采用冗余设计,并在所述道岔状态测量单元中进行状态信息的模拟量的表决,表决后的结果即为最终的状态信息结果。
优选地,所述处理运算单元、道岔驱动电机控制单元与道岔状态测量单元为一套整机设备,各个单元之间为有线通信连接方式,整体的电气设备均满足IEC61508安全要求。
优选地,所述处理运算单元以三取二安全计算机为运算平台,三取二的三个主机分别称为A系、B系和C系,它们之间通过冗余的有线方式进行相互通信,并通过冗余的通信设备与外界通信。
优选地,所述磁浮列车道岔的控制系统布置在磁浮线路旁边的道岔房中。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出,本发明实施例提供了一种新的磁浮列车道岔控制系统,该系统具有结构简单、设备数量少、功能模块化高内聚低耦合、安全性可靠性高等特点;且该系统为道岔转辙过程中多点驱动电机的协同控制提供了基础,从而可以优化道岔转辙线形,提高道岔梁体寿命。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种磁浮列车道岔的控制系统系统的结构图;
图2是本发明一个实施方式的场景示意图,磁浮道岔由三个驱动电机驱动的情况;
图3是本发明一个实施方式的场景示意图,磁浮道岔由五个驱动电机驱动的情况。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种磁浮列车道岔的控制系统,将磁浮道岔的安全防护系统和转辙驱动系统进行一体化设计,将目前的道岔信号控制系统和道岔运动控制系统进行一体化设计。
本发明实施例提供的一种磁浮列车道岔的控制系统的结构图如图1所示,包括处理运算单元、道岔驱动电机控制单元和道岔状态测量单元。在图1所示的场景中,磁浮道岔由一个道岔驱动电机控制单元驱动。
处理运算单元对外与运行控制系统的分区安全计算机相连,对内与道岔驱动电机控制单元、道岔状态测量单元相连,是道岔控制系统的中枢。其接收并解析运行控制系统的分区安全计算机的道岔转辙指令,根据道岔转辙指令和道岔状态进行运算,得到各点道岔驱动电机的控制目标参数,生成携带上述控制目标参数的驱动电机控制指令,将上述驱动电机控制指令发送给各驱动电机对应的道岔驱动电机控制单元,从而实现道岔转辙控制。处理运算单元还在道岔转辙过程中实时监控各驱动电机的状态,实现多点驱动电机的协同控制与安全防护。并以通信的方式控制道岔状态测量单元对道岔状态进行采集。处理运算单元遵循“故障-安全”原则,采用安全计算机平台保障系统运行的安全性。
处理运算单元为三取二的安全计算机,采用轨道交通中通用的高可靠芯片及故障安全电路。
道岔驱动电机控制单元作为磁浮道岔控制系统的输出设备,接收处理运算单元发送过来的携带控制目标参数的驱动电机控制指令,根据目标参数要求对道岔驱动电机进行运动控制。每个道岔驱动电机控制单元与道岔驱动电机一一对应。道岔驱动电机控制单元包括:道岔驱动电机控制器以及适配道岔驱动电机的变频器、功率变换器等配套设备,还包括道岔驱动电机的测量装置、传感设备。道岔驱动电机控制单元可在处理运算单元的安全防护下实现对道岔驱动电机的动作控制。当道岔驱动电机为多个时,在处理运算单元的统一、综合控制下,各个道岔驱动电机控制单元对应的多点道岔驱动电机协同运动,完成道岔的转辙过程。
道岔状态测量单元作为磁浮道岔控制系统的输入设备,在所述处理运算单元的控制下,采集和测量道岔和道岔驱动电机的状态,并将采集的状态信息传送给处理运算单元。为保障系统的可靠性,所述道岔状态测量单元中的采集和测量通道均采用冗余设计,并在所述道岔状态测量单元中进行状态信息的模拟量的表决,表决后的结果即为最终的状态信息结果。
上述处理运算单元、道岔驱动电机控制单元与道岔状态测量单元为一套整机设备,单元之间为有线通信连接方式,整体的电气设备均满足IEC61508安全要求,道岔控制系统设备布置在道岔旁。
上述的处理运算单元以三取二安全计算机为运算平台,三取二的三个主机分别称为A系、B系和C系,它们之间通过冗余的有线方式进行相互通信,并通过冗余的通信设备与外界通信。
上述道岔驱动电机控制单元和道岔状态测量单元的关键数据计算部分均采用安全冗余的方式提高计算的可靠性。
本发明的磁浮列车道岔的控制系统,布置在磁浮线路旁边的道岔房中,其控制容量是可以根据实际应用场景增加或减少。
现有的高速磁浮道岔中,侧线允许通过的速度越高,道岔的长度越长,需要的驱动电机组数越多。(侧向过岔速度《100km/h为低速道岔,侧向过岔速度《200km/h为高速道岔,还有一种侧向过岔速度可达400km/h的超高速道岔)。
参照图1,这是本发明的其中一种应用场景:磁浮道岔由单个驱动电机驱动转辙。在此场景中道岔驱动电机控制单元只需配置一套,道岔驱动电机驱动单元直接连接到被控制的道岔驱动电机上。
参照图2,这是本发明的一种应用场景:磁浮道岔由三个驱动电机驱动转辙。在此场景中道岔驱动电机控制单元增加至三套,处理运算单元和道岔状态测量单元数量不变,三个驱动电机需要由处理运算单元进行协同控制。此场景适用于现有的低速道岔系统中。
参照图3,这是本发明的一种应用场景:磁浮道岔由五个驱动电机驱动转辙。在此场景中道岔驱动电机控制单元扩容至五套,处理运算单元和道岔状态测量单元数量仍保持不变,五个驱动电机需要由处理运算单元进行协同控制。此场景适用于现有的高速道岔系统中。
综上所述,本发明实施例提供了一种新的磁浮列车道岔控制系统,该系统具有结构简单、设备数量少、功能模块化高内聚低耦合、安全性可靠性高等特点;且该系统为道岔转辙过程中多点驱动电机的协同控制提供了基础,从而可以优化道岔转辙线形,提高道岔梁体寿命。
本发明将道岔控制机的功能合并到了分区道岔控制模块(DSM)中,既简化了设备,降低了成本,又因为分区道岔模块(DSM)是安全计算机,从而提高了系统的安全性、可靠性和可用性。
本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置或系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种磁浮列车道岔的控制系统,其特征在于,包括:处理运算单元、道岔驱动电机控制单元和道岔状态测量单元;
所述的处理运算单元:用于对外与运行控制系统的分区安全计算机相连,对内与所述道岔驱动电机控制单元、道岔状态测量单元相连,根据运行控制系统的分区安全计算机发送过来的道岔转辙指令和所述道岔状态测量单元发送过来的道岔状态信息生成驱动电机控制指令,将所述驱动电机控制指令发送给所述道岔驱动电机控制单元;
所述的道岔驱动电机控制单元:用于与道岔驱动电机一一对应,执行所述处理运算单元发送过来的驱动电机控制指令,对道岔驱动电机进行控制,实现道岔转辙控制;
所述的道岔状态测量单元:用于对道岔的状态进行检测,将检测得到的道岔状态信息发送给所述处理运算单元。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
所述的处理运算单元:用于接收并解析运行控制系统的分区安全计算机的道岔转辙指令,根据所述道岔转辙指令和道岔状态信息进行运算,得到各点道岔驱动电机的控制目标参数,发送携带所述控制目标参数的驱动电机控制指令给各驱动电机对应的道岔驱动电机控制单元;在道岔转辙过程中实时监控各驱动电机的状态,实现多点驱动电机的协同控制与安全防护,并以通信的方式控制道岔状态测量单元对道岔状态进行采集,对整个道岔转辙过程进行安全防护。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:
所述的道岔驱动电机控制单元,用于作为磁浮道岔控制系统的输出设备,接收并执行所述处理运算单元发送过来的携带控制目标参数的驱动电机控制指令,根据目标参数要求对道岔驱动电机进行运动控制,所述道岔驱动电机控制单元包括:道岔驱动电机控制器以及适配道岔驱动电机的变频器和功率变换器,还包括道岔驱动电机的测量装置、传感设备;当道岔驱动电机为多个时,在所述处理运算单元的综合控制下各个道岔驱动电机控制单元对应的多点道岔驱动电机协同运动,完成道岔的转辙过程。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
所述的道岔状态测量单元:用于作为磁浮道岔控制系统的输入设备,在所述处理运算单元的控制下,采集和测量道岔和道岔驱动电机的状态,并将采集的状态信息传送给处理运算单元,所述道岔状态测量单元中的采集和测量通道均采用冗余设计,并在所述道岔状态测量单元中进行状态信息的模拟量的表决,表决后的结果即为最终的状态信息结果。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述处理运算单元、道岔驱动电机控制单元与道岔状态测量单元为一套整机设备,各个单元之间为有线通信连接方式,整体的电气设备均满足IEC61508安全要求。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述处理运算单元以三取二安全计算机为运算平台,三取二的三个主机分别称为A系、B系和C系,它们之间通过冗余的有线方式进行相互通信,并通过冗余的通信设备与外界通信。
7.根据权利要求1至6任一项所述的系统,其特征在于,所述磁浮列车道岔的控制系统布置在磁浮线路旁边的道岔房中。
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