CN110176876A - 一种钢轨打磨作业控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钢轨打磨作业控制系统，包括：与供电电源连接的整流模块，用于将供电电源输出的交流电转换为直流电；控制模块，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；逆变模块，用于当接收到第一控制指令，将直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为打磨电机供电；还用于当接收到第二控制指令，将直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为打磨电机供电。本申请中，在钢轨打磨作业开始时，通过逆变模块进行变频变压输出控制打磨电机启动，使得打磨电机的启动电流小，可以实现平稳启动，减少对前级供电电源的冲击，保障钢轨打磨施工作业更顺畅。

Description

一种钢轨打磨作业控制系统

技术领域

本申请涉及轨道交通领域，特别是涉及一种钢轨打磨作业控制系统。

背景技术

轨道交通开通运营之后，钢轨就长期处于恶劣的环境中，由于列车的动力作用、自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨经常会发生伤损情况，如裂纹、磨耗等现象，导致钢轨寿命减少，养护工作量增加，养护成本增加，甚至严重影响行车安全，因此，就必须及时对钢轨伤损进行打磨修复，以保证轨道交通运行的安全。现有的钢轨打磨作业控制系统，一般是直接给打磨异步电机施加额定电压，以控制打磨电机启动和作业。考虑到异步电机直接启动时电流较大，对前级供电电源冲击大，前级供电电源需留较大余量，否则容易导致前级供电电源过流保护。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种钢轨打磨作业控制系统，通过变压变频的方式控制打磨电机启动，使得打磨电机的启动电流小，可以实现平稳启动，减少对前级供电电源的冲击，减少电机的发热量和前级电源的裕量，保障钢轨打磨施工作业更顺畅。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种钢轨打磨作业控制系统，包括：

与供电电源连接的整流模块，用于将所述供电电源输出的交流电转换为直流电；

控制模块，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制所述打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；

逆变模块，用于当接收到所述第一控制指令，将所述直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为所述打磨电机供电；还用于当接收到所述第二控制指令，将所述直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为所述打磨电机供电。

优选的，所述第一控制指令包括依次发送的第一子控制指令、第二子控制指令直至第n子控制指令，其中：

所述逆变模块在第i子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率小于其在第i+1子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率，1≤i＜n。

优选的，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第一检测模块，用于检测所述整流模块输出端的电压和电流；

所述控制模块，还用于当所述整流模块输出端的电压异常和/或所述整流模块输出端的电流异常，向所述逆变模块发送封锁脉冲指令，以使所述打磨电机停机。

优选的，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第二检测模块，用于检测所述逆变模块输出端的电压和电流；

所述控制模块，还用于当所述逆变模块输出端的电压异常和/或所述逆变模块输出端的电流异常，向所述逆变模块发送封锁脉冲指令，以使所述打磨电机停机。

优选的，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

设于所述整流模块和所述供电电源之间的接触器模块；

所述控制模块，还用于当所述整流模块输出端的电压异常和/或所述整流模块输出端的电流异常、当所述逆变模块输出端的电压异常和/或所述逆变模块输出端的电流异常，控制所述接触器模块断开，以切断所述供电电源的供电，使所述打磨电机停机。

优选的，所述第一检测模块包括：

第一直流电流传感器，用于检测所述整流模块输出端的电流；

第一直流电压传感器，用于检测所述整流模块输出端的电压。

优选的，所述第二检测模块包括：

第一交流电流传感器，用于检测所述逆变模块的U相电流；

第二交流电流传感器，用于检测所述逆变模块的W相电流；

第一交流电压传感器，用于检测所述逆变模块U相与V相间的线电压；

第二交流电压传感器，用于检测所述逆变模块V相与W相间的线电压。

优选的，所述整流模块包括第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管，第五二极管和第六二极管，其中：

所述第一二极管的阴极分别与所述第三二极管的阴极、所述第五二极管的阴极及所述逆变模块连接，所述第一二极管的阳极分别与所述第二二极管的阴极及所供电电源连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第四二极管的阳极、所述第六二极管的阳极及所述逆变模块连接，所述第三二极管的阳极分别与所述第四二极管的阴极及所述供电电源连接，所述第五二极管的阳极分别与所述第六二极管的阴极及所述供电电源连接。

优选的，所述打磨电机为永磁电机。

本申请提供了一种钢轨打磨作业控制系统，包括：与供电电源连接的整流模块，用于将供电电源输出的交流电转换为直流电；控制模块，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；逆变模块，用于当接收到第一控制指令，将直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为打磨电机供电；还用于当接收到第二控制指令，将直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为打磨电机供电。在实际应用中，采用本申请的方案，钢轨打磨作业开始时，通过逆变模块进行变频变压输出来控制打磨电机启动，使得打磨电机的启动电流小，可以实现平稳启动，减少对前级供电电源的冲击，减少电机的发热量和前级电源的裕量，保障钢轨打磨施工作业更顺畅。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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为本申请所提供的一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的另一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图；

图3为本申请所提供的另一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图；

图4为本申请所提供的另一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种钢轨打磨作业控制系统，通过变压变频的方式控制打磨电机启动，使得打磨电机的启动电流小，可以实现平稳启动，减少对前级供电电源的冲击，保障钢轨打磨作业的正常进行。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图，包括：

与供电电源连接的整流模块1，用于将供电电源输出的交流电转换为直流电；

具体的，整流模块1将供电电源输出的交流电整流为直流电，整流的过程具体可以通过二极管的单向导通特性实现，相应的，参照图2所示，整流模块1可以包括第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，第五二极管D5和第六二极管D6，其中：第一二极管D1的阴极分别与第三二极管D3的阴极、第五二极管D5的阴极及逆变模块连接，第一二极管D1的阳极分别与第二二极管D2的阴极及所供电电源连接，第二二极管D2的阳极分别与第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阳极及逆变模块连接，第三二极管D3的阳极分别与第四二极管D4的阴极及供电电源连接，第五二极管D5的阳极分别与第六二极管D6的阴极及供电电源连接。当然，整流模块中除了可以采用二极管进行不控整流，还可以采用晶闸管或IGBT等器件，进行可控整流。

控制模块2，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；

具体的，第一控制指令包括依次发送的第一子控制指令、第二子控制指令直至第n子控制指令，逆变模块3在第i子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率小于其在第i+1子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率，1≤i＜n。可以理解的是，逆变模块3输出的交流电的电压和频率与各个子控制指令一一对应，本申请通过控制模块2依次发送第一子控制指令、第二子控制指令直至第n子控制指令，实现对逆变模块3所输出的交流电的电压和频率的控制，具体的，随着电机的加速，提高交流电的频率和电压，直至交流电的电压和频率增大到目标值，从而实现打磨电机变频变压启动，打磨电机的启动电流可以看作是从零开始逐渐增大，相较于现有技术，本申请的方案，打磨电机的启动电流小，可以保证打磨电机平稳启动，减少对前级供电电源的冲击。

逆变模块3，用于当接收到第一控制指令，将直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为打磨电机供电；还用于当接收到第二控制指令，将直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为打磨电机供电。

具体的，逆变模块3可以由六个开关单元构成，每个开关单元均可包括IGBT。可以理解的是，控制模块2通过控制逆变模块3中不同开关单元的导通/关断，来控制逆变模块3的三相交流输出，在打磨电机启动时，为了降低恒频恒压启动对前级供电电源的冲击，本申请中的控制模块2控制逆变模块3变压变频输出交流电，具体的，这里的变压变频输出指逆变模块3输出的交流电的电压和频率是逐渐增大的，以实现电机平稳启动。在打磨电机正常启动后，开始带动砂轮执行钢轨打磨作业，控制模块2控制逆变模块3恒频恒压输出，即控制逆变模块3恒定输出预设工作电压、预设工作频率的交流电给打磨电机，以确保打磨电机的转速恒定，使得砂轮切割钢轨的线速度恒定，从而保证打磨电机的工作稳定性。

进一步的，具体可以采用体积小、重量轻的永磁电机作为本申请的打磨电机，通过减小电机重量和体积，使得维护更方便，同时采用永磁电机可提高打磨电机的功率因素和效率，减少电机的发热量和前级电源的裕量，进一步保障钢轨打磨施工作业更顺畅。

本申请提供了一种钢轨打磨作业控制系统，包括：与供电电源连接的整流模块，用于将供电电源输出的交流电转换为直流电；控制模块，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；逆变模块，用于当接收到第一控制指令，将直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为打磨电机供电；还用于当接收到第二控制指令，将直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为打磨电机供电。在实际应用中，采用本申请的方案，钢轨打磨作业开始时，通过逆变模块进行变频变压输出来控制打磨电机启动，使得打磨电机的启动电流小，可以实现平稳启动，减少对前级供电电源的冲击，减少电机的发热量和前级电源的裕量，保障钢轨打磨施工作业更顺畅。

请参照图4，图4为本申请所提供的另一种钢轨打磨作业控制系统的结构示意图，该钢轨打磨作业控制系统在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第一检测模块，用于检测整流模块1输出端的电压和电流；

控制模块2，还用于当整流模块1输出端的电压异常和/或整流模块1输出端的电流异常，向逆变模块3发送封锁脉冲指令，以使打磨电机停机。

具体的，第一检测模块中包括第一直流电压传感器BV1和第一直流电流传感器BC1，其中，第一直流电压传感器BV1用于对钢轨打磨作业控制系统中的直流电压进行监测，以防止前级供电电源电压过高或过低造成控制系统的损坏，第一直流电流传感器BC1用于监测钢轨打磨作业控制系统中的直流电流，以防止控制系统内部或外部负载异常，损坏控制系统或影响前端直流供电设备的运转。

具体的，当控制模块2判定第一直流电压传感器BV1检测到的整流模块1输出端的电压过高(大于第一电压预设值)或过低(小于第二电压预设值)时，封锁逆变模块3，从而实现输入电压的过压和欠压保护，当第一直流电流传感器BC1检测到钢轨打磨作业控制系统内部故障或其他原因出现电流过大(超过预设电流值)时，通过控制模块2封锁逆变模块3实现异常保护，以免损坏钢轨打磨作业控制系统内部设备或外部其他设备。

作为一种优选的实施例，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第二检测模块，用于检测逆变模块3输出端的电压和电流；

控制模块2，还用于当逆变模块3输出端的电压异常和/或逆变模块3输出端的电流异常，向逆变模块3发送封锁脉冲指令，以使打磨电机停机。

具体的，第二检测模块包括第一交流电压传感器BV2、第二交流电压传感器BV3、第一交流电流传感器BC2和第二交流电流传感器BC3，第一交流电压传感器BV2、第二交流电压传感器BV3，用于逆变模块3的闭环控制和输出监测，第一交流电流传感器BC2和第二交流电流传感器BC3，用于对打磨电机的输入电流进行反馈和监测，保证打磨功率的与给定功率一致，以及当永磁电机或者砂轮和钢轨等发生严重异常情况时，能够及时监测到并进行过流保护。

具体的，当交流电压传感器检测到逆变模块3输出给打磨电机的电压过高或过低时或者交流电流传感器检测到逆变模块3输出的电流过高或过低时，可以通过控制模块2封锁逆变模块3来实现装置的异常保护，以免损坏装置或外部其他设备。

作为一种优选的实施例，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

设于整流模块1和供电电源之间的接触器模块KM1；

控制模块2，还用于当整流模块1输出端的电压异常和/或整流模块1输出端的电流异常、当逆变模块3输出端的电压异常和/或逆变模块3输出端的电流异常，控制接触器模块KM1断开，以切断所述供电电源的供电，使所述打磨电机停机。

具体的，接触器模块KM1具体包括交流接触器，在整流模块1输出端的电压异常和/或整流模块1输出端的电流异常、逆变模块3输出端的电压异常和/或逆变模块3输出端的电流异常时，可通过控制模块2断开接触器模块KM1，来切除钢轨打磨作业控制系统的输入电源，实现钢轨打磨作业控制系统的异常保护，从而实现对电机的保护。

综上所述，本申请所提供的钢轨打磨作业控制系统采用逆变模块3直接驱动永磁电机，永磁电机启动时，可采用变频变压启动，解决了电机启动对输入电源的冲击问题。该钢轨打磨作业控制系统通过采用逆变模块3直接驱动永磁电机，提高电机效率，减少电机的发热量，减轻电机的散热要求，减少电机体积和重量。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，包括：

与供电电源连接的整流模块，用于将所述供电电源输出的交流电转换为直流电；

控制模块，用于生成用以控制打磨电机启动的第一控制指令；还用于生成用以控制所述打磨电机带动砂轮执行钢轨打磨作业的第二控制指令；

逆变模块，用于当接收到所述第一控制指令，将所述直流电逆变为满足变频变压条件的交流电为所述打磨电机供电；还用于当接收到所述第二控制指令，将所述直流电逆变为满足恒频恒压条件的交流电为所述打磨电机供电。

2.根据权利要求1所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，所述第一控制指令包括依次发送的第一子控制指令、第二子控制指令直至第n子控制指令，其中：

所述逆变模块在第i子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率小于其在第i+1子控制指令的控制下输出的交流电的电压和频率，1≤i＜n。

3.根据权利要求2所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第一检测模块，用于检测所述整流模块输出端的电压和电流；

所述控制模块，还用于当所述整流模块输出端的电压异常和/或所述整流模块输出端的电流异常，向所述逆变模块发送封锁脉冲指令，以使所述打磨电机停机。

4.根据权利要求3所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

第二检测模块，用于检测所述逆变模块输出端的电压和电流；

所述控制模块，还用于当所述逆变模块输出端的电压异常和/或所述逆变模块输出端的电流异常，向所述逆变模块发送封锁脉冲指令，以使所述打磨电机停机。

5.根据权利要求4所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，该钢轨打磨作业控制系统还包括：

设于所述整流模块和所述供电电源之间的接触器模块；

所述控制模块，还用于当所述整流模块输出端的电压异常和/或所述整流模块输出端的电流异常、当所述逆变模块输出端的电压异常和/或所述逆变模块输出端的电流异常，控制所述接触器模块断开，以切断所述供电电源的供电，使所述打磨电机停机。

6.根据权利要求3所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，所述第一检测模块包括：

第一直流电流传感器，用于检测所述整流模块输出端的电流；

第一直流电压传感器，用于检测所述整流模块输出端的电压。

7.根据权利要求4所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，所述第二检测模块包括：

第一交流电流传感器，用于检测所述逆变模块的U相电流；

第二交流电流传感器，用于检测所述逆变模块的W相电流；

第一交流电压传感器，用于检测所述逆变模块的U相与V相间的线电压；

第二交流电压传感器，用于检测所述逆变模块的V相与W相间的线电压。

8.根据权利要求1所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，所述整流模块包括第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管，第五二极管和第六二极管，其中：

所述第一二极管的阴极分别与所述第三二极管的阴极、所述第五二极管的阴极及所述逆变模块连接，所述第一二极管的阳极分别与所述第二二极管的阴极及所供电电源连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第四二极管的阳极、所述第六二极管的阳极及所述逆变模块连接，所述第三二极管的阳极分别与所述第四二极管的阴极及所述供电电源连接，所述第五二极管的阳极分别与所述第六二极管的阴极及所述供电电源连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的钢轨打磨作业控制系统，其特征在于，所述打磨电机为永磁电机。