CN111251892A - 一种安全环路系统及轨道列车 - Google Patents

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杨东军
刘振华
郭志刚
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Abstract

本发明公开一种安全环路系统，包括电源调节单元、故障检测单元和安全保护单元，所述电源调节单元用于为所述故障检测单元和所述安全保护单元供电；所述故障检测单元与所述安全保护单元并联连接；所述故障检测单元的数量为多个，各个故障检测单元之间并联连接，并分别分布于不同的车厢内，故障单元包括故障检测开关，故障检测开关用于在检测到系统故障信号时，接通故障检测开关两端间的电连接；本发明还涉及一种轨道列车。本发明的优点是，通过各车厢的故障检测单元以及安全保护单元并联形成安全环路，保证了轨道列车的安全运行，结构简单，能够避免故障检测开关动作造成氧化，可靠性高，低碳环保。

Description

一种安全环路系统及轨道列车
技术领域
本发明涉及轨道列车技术领域，具体的说，涉及一种安全环路系统及轨道列车。
背景技术
在轨道列车上设计安全环路系统，其目的是：用于在车门控制、烟火控制、轴报控制及制动控制系统中，当出现车门未关闭到位、火灾发生、车轴超温、制动不良或列车分离等故障时，列车司机能够及时有效获取各系统运行状态。根据故障情况轨道列车自动施加紧急制动，保证轨道列车运行的安全。
目前，在轨道列车方面安装有安全环路，均是多个设备间通过电气连接构成系统，由单个设备故障时导向安全设计，故障导向安全的环路多采用串联结构，当系统检测到故障发生时，提示列车驾驶人员，并采取相应的措施。
就现有技术而言，串联结构的安全环路结构复杂，不易操作，在实际运用中故障检测开关触点易氧化，可靠性不高，功耗大。
发明内容
为解决现有安全环路系统可靠性不高和功耗性大的技术问题，本发明提供一种安全环路系统及轨道列车，通过各车厢的故障检测单元并联形成安全环路，保证了轨道列车的安全运行，结构简单，能够避免故障检测开关动作造成氧化，可靠性高，低碳环保。
本发明的技术方案是：一种安全环路系统，所述安全环路系统包括电源调节单元、故障检测单元和安全保护单元；所述电源调节单元用于为所述故障检测单元和所述安全保护单元供电；所述故障检测单元与所述安全保护单元并联连接；所述故障检测单元的数量为多个，各个故障检测单元之间并联连接，并分别分布于不同的车厢内，所述故障单元包括故障检测开关，所述故障检测开关用于在检测到系统故障信号时，接通所述故障检测开关两端间的电连接。
进一步地，所述电源调节单元包括直流电源和分压电阻。
进一步地，所述故障检测单元还包括隔离开关，所述故障检测开关与所述隔离开关相互串联。
进一步地，所述隔离开关，用于需要切除故障时，断开所述隔离开关两端间的电连接。
进一步地，所述安全保护单元包括继电器和控制主机，所述继电器的触点与所述控制主机相连接，所述控制主机用于接收故障信号以及故障报警提示。
进一步地，所述安全保护单元设置于轨道列车司机室，在未检测到故障时，所述继电器线圈得电使其触点断开，所述控制主机未接收到故障信号，无故障报警提示；在已检测到故障时，所述继电器线圈失电使其触点闭合，所述控制主机接收到故障信号，从而触发故障报警提示。
本发明的另一个目的在于，提供一种包括如上所述的安全环路系统的轨道列车。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
1)由于在故障检测单元并联连接，未检测到故障时，故障单元处于断开状态，无电流经过，能够避免故障检测单元中的故障检测开关动作造成氧化，提高了故障检测开关的使用寿命，同时能够避免受到轨道列车振动的影响造成接触不良，产生误报警，可靠性高，低碳环保。
2)在轨道列车安全环路系统中，由于故障检测单元并联连接，并且故障检测单元包括相互串联的故障检测开关和隔离开关，结构简单，一旦发生故障，能够直接定位到故障点，并且故障误报时，通过人工切断隔离开关，能够消除故障误报，解决了串联结构安全环路复杂、不易及时定位和排查故障点的弊端。
3)在未检测到故障时，安全保护单元的继电器线圈得电使其触点保持断开状态，在检测到故障时，安全环路关系被打破，安全保护单元继电器线圈失电使其触点保持闭合状态，从而触发报警提示，司机根据提示采取相应的措施，保证了轨道列车的安全运行。
4)安全环路系统故障检测单元与安全保护单元中控制主机电源供电相互独立，避免电源相互影响。
附图说明
图1为本申请实施例一的安全环路系统的结构示意图；
图2为本申请实施例二的安全环路系统的结构示意图；
图3为本申请实施例三的安全环路系统应用于8车厢动车组的结构示意图；
图4位本申请实施例三的安全环路系统应用于16车厢动车组的结构示意图；
图5本申请实施例四的动安全环路应用于动车组重联的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例及附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本申请实施例一的安全环路系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的安全环路系统具体包括电源调节单元、故障检测单元以及安全保护单元，其中：
电源调节单元用于为故障检测单元和安全保护单元供电，故障检测单元与安全保护单元并联连接，故障检测单元的数量为多个，故障检测单元之间并联连接，且每节车厢内分布一个故障检测单元(具体的，分布于拖车和控制车车厢内)。安全保护单元设置于轨道列车司机室内(具体的，设置于动力车和控制车内)，用于轨道列车故障时，报警提示司机并采取相应的保护措施。
具体的，正常情况下，故障检测单元的两端处于断开状态，安全保护单元两端处于接通状态，但当接收到列车故障信号时，接通故障检测单元两端之间的电连接，短路掉与安全保护单元的连接，触发故障报警提示。
并联结构安全环路系统故障点定位采用列车网络系统自动定位，当轨道列车发生故障时，故障检测单元检测到故障的发生，触发安全环路，使得电源调节单元和故障检测单元构成一个闭合回路，通过列车网络系统进行信号采样定位到故障点的位置，同时故障报警提示司机采取相应措施。并且，通过人工断开故障检测单元之间的电连接可切除故障误报警。
本实施例提供的安全环路系统，由于故障检测单元并联连接，结构简单，未检测到故障时，故障检测单元处于断开状态，无电流经过，能够避免故障检测单元中故障检测开关动作造成氧化，提高了故障检测开关的使用寿命，同时能够避免受到列车振动的影响造成接触不良，产生误报警，可靠性高，低碳环保。
图2为本申请实施例二的安全环路系统的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的安全环路系统在图1所示实施例的基础上进一步描述了故障检测单元和安全保护单元的具体结构，其中：
直流电源的正极D+与分压电阻R的第一端相连，分压电阻R的第二端与多个故障检测单元的第一端的连接点，与安全保护单元的第一端相连，安全保护单元的第二端与多个故障检测单元的第二端、直流电源的负极D-相连。
故障检测单元由故障检测开关k1和隔离开关SA相互串联构成。安全保护单元包括继电器、控制主机以及状态指示灯，继电器是由继电器线圈K和触点构成，控制主机用于接收故障信号以及故障报警提示。具体的说，分压电阻R的第二端与故障检测开关k1的第一端的连接点，与继电器线圈K的正极相连，故障检测开关k1的第二端与隔离开关SA的第一端相连，继电器线圈K的负极与隔离开关SA的第二端、直流电源的负极D-相连，继电器的触点与控制主机相连接，通过继电器触点的开闭，判断轨道列车故障的发生。
故障检测单元分别分布于轨道列车的各个车厢内，用于检测轨道列车车厢故障情况，正常情况下，故障检测开关k1处于断开状态，用于检测到系统故障信号时，接通故障检测开关k1两端间的电连接，隔离开关SA处于闭合状态，用于需要切除故障时，断开隔离开关SA两端间的电连接。
安全保护单元设置于列车司机室，在未检测到故障时，继电器线圈K得电使其触点状态切换，控制主机未接收到故障信号，无故障报警提示，状态指示灯亮；在已检测到故障时，检测开关K闭合，继电器线圈失电使其触点状态切换，状态指示灯灭，控制主机接收到故障信号，从而触发故障报警提示。轨道列车司机根据提示采取相应的措施，故障报警提示可为多种类型，除状态指示灯外还有声光报警等，可根据工业现场不同的需求选择不同类型的报警提示。分压电阻R放置于轨道列车餐座车或者工程师车内。
具体的，安全环路系统直流电源D+/D-为DC 110V，经过分压电阻R分压后，得到的贯通母线的供电电压为D1+，D1+驱动继电器线圈K得电使其触点断开，使得安全环路正常工作。在检测到轨道列车存在故障时，接通故障检测开关k1两端间的电连接，故障检测单元与D-导通，安全环路继电器K线圈失电使其触点状态切换，控制主机接收到故障信号，触发故障报警提示，状态指示灯熄灭，轨道列车司机根据报警提示采取相应的措施。并且，通过列车网络系统定位到故障点的位置。如果经过判断为安全环路系统故障误报时，可通过断开隔离开关SA之间的电连接，消除故障误报。
本实施例提供的安全环路系统，将故障检测单元并联连接，故障检测单元由故障检测开关k1和隔离开关SA相互串联构成，结构简单，由于在未检测到故障时，故障检测开关处于断开状态，无电流经过，能够避免故障检测开关动作造成氧化，提高了故障检测开关的使用寿命，可靠性高，低碳环保。同时，如果故障误报时，通过操作隔离开关也能够消除故障误报，并且故障检测单元与安全保护单元中故障报警电源供电相互独立，避免电源相互影响。
本发明实施例还提供了一种轨道列车，包括如上所述的安全环路系统。轨道列车主要包括火车、动车组以及地铁等，下面将具体介绍一下安全环路系统应用于8车厢动车组、16车厢动车组以及动车组重联。
图3为本申请实施例三的安全环路系统应用于8车厢动车组的结构示意图；图4位本申请实施例三的安全环路系统应用于16车厢动车组的结构示意图。如图3和图4所示，本实施里提供的安全环路系统应用于8车厢和16车厢动车组具体包括：直流电源、分压电阻R、多个故障检测单元以及两个安全保护单元。其中，8车厢动车组包括一节动力车，其余为控制车和动车组列车拖车车厢。16车厢动车组包括两节动力车，其余为动车组列车拖车车厢。
一种安装有安全环路系统的8车厢和16车厢动车组，其中：多个故障检测单元并联连接，直流电源的正极D+与分压电阻R的第一端相连，分压电阻R的第二端与多个故障检测单元的第一端的连接点，与安全保护单元的第二端相连，安全保护单元的第二端与多个故障检测单元的第二端、直流电源的负极D-相连。
故障检测单元由故障检测开关(k1～kn)和隔离开关(SA1～SAn)相互串联构成，分别分布于动车组列车的各个车厢内(具体的，分布于拖车和控制车车厢内)。
每个安全保护单元包括一个继电器、一个控制主机和一个状态指示灯，继电器由继电器线圈K和触点构成，继电器的触点与控制主机相连接，分别设置于动车组列车司机室(具体的，设置于动力车和控制车内)，在未检测到故障时，继电器线圈K得电使其触点断开，控制主机未接收到故障信号，无故障报警提示，状态指示灯亮；在已检测到故障时，继电器线圈失电使其触点闭合，控制主机接收到故障信号，从而触发故障报警提示，状态故障指示灯灭，动车组列车司机根据提示采取相应的措施。
正常情况下，各个车厢中所有的故障检测开关(k1～kn)处于断开状态，所有的隔离开关(SA1～SAn)处于闭合状态，安全环路系统直流电源D+/D-经过分压电阻R分压后，得到的贯通母线的供电电压为D1+，D1+驱动继电器线圈K得电使其继电器触点断开，安全环路正常工作。
本实施例中直流电源D+/D-工作电压为DC 110V，分压电阻R＝1.2kΩ，安全环路继电器型号为：DGG-U204-Q 110V DC，其线圈电阻为5.33kΩ，安全环路继电器线圈K工作电压为：DC 44V～DC 137.5V。以直流电源D+/D-最低工作电压DC 88V为例，经过分压电阻分压后，得到的供电电压为DC 60.64V。计算过程如下：
两个继电器线圈并联后总电阻为：
Figure BDA0002395092330000061
安全环路主电路总电流为：
Figure BDA0002395092330000062
则分压电阻两端的电压为：UR＝I*R＝27.36V
从而得到继电器线圈的供电电压为：UK＝U-UR＝60.64V
上述式中：R1为两个继电器线圈并联后总电阻；RK为继电器线圈电阻；I为安全环路主电路总电流；U为最低工作电压；UK为继电器线圈的供电电压，UR为分压电阻两端的电压。
得到的供电电压满足安全环路继电器线圈电压工作范围要求，能够驱动两只继电器正常工作。所以，以直流电源110V供电能够使得8车厢和16车厢动车组列车安全环路系统中的继电器正常工作。
故障情况下，某一车厢故障检测开关闭合，与直流电源构成一个闭合回路，动力车和控制车内继电器线圈失电使其触点闭合，通过列车网络系统定位到故障点的位置。并且，通过人工断开隔离开关之间的电连接进行故障排查。
本实施例提供的动车组用安全环路系统，将并联结构的安全环路系统应用于8车厢和16车厢动车组，结构简单，能够避免故障检测开关动作造成氧化，提高了故障检测开关的使用寿命，可靠性高，低碳环保。同时，如果故障误报时，通过操作隔离开关也能够消除故障误报，并且故障检测单元与安全保护单元中故障报警电源供电相互独立，避免电源相互影响。
图5本申请实施例四的安全环路系统应用于动车组重联的结构示意图。如图5所示，本实施里提供的应用于动车组重联具体包括：两个直流电源、两个分压电阻R、多个故障检测单元以及四个安全保护单元。动车组重联是由两列同型号的8车厢动车组列车之间联挂运行的，包括两节动力车，两节控制车，其余为动车组列车拖车车厢。其中，在联挂位置，可为动力车和控制车连接，也可为控制车和控制车连接。本实施例以控制车和控制车连接的动车组重联结构进行讲解。
一种安装有安全环路系统的动车组重联，其中：多个故障检测单元并联连接，故障检测单元由故障检测开关(k1～kn)和隔离开关(SA1～SAn)相互串联构成，分别分布于动车组列车的拖车和控制车车厢内。每个安全保护单元包括一个继电器和控制主机，继电器由继电器线圈K和触点构成，继电器触点与控制主机相连接，分别设置于动车组列车司机室，在未检测到故障时，继电器线圈K得电使其触点断开，控制主机未接收到故障信号，无故障报警提示，状态指示灯亮；在已检测到故障时，继电器线圈失电使其触点闭合，控制主机接收到故障信号，从而触发故障报警提示，状态指示灯灭，动车组列车司机根据提示采取相应的措施。
本实施例的安全环路系统应用的工作方式以及电路连接方式与实施例三相同，在此不再赘述。
不同的是，本实例的安全环路系统的应用有两个直流电源供电，正常情况下，每个直流电源供电于8车厢动车组列车动力车司机室的两个继电器工作，但当其中一个直流电源失效时，另一个直流电源通过分压电阻R后，供电电压D1+可驱动四个继电器正常工作。
本实例中直流电源、分压电阻R以及继电器的选择与上一个实施例3相同。
在本实例中，以直流电源最低工作电压DC 88V为例，当其中一个直流电源失效，经过分压电阻后，得到的供电电压为DC 46.36V。
四个继电器线圈并联后总电阻为：
Figure BDA0002395092330000071
安全环路主电路总电流为：
Figure BDA0002395092330000072
则分压电阻两端的电压为：UR＝I*R＝41.64V
从而得到继电器线圈的供电电压为：UK＝U-UR＝46.36V
上述式中：R1为两个继电器线圈并联后总电阻；RK为继电器线圈电阻；I为安全环路主电路总电流；U为最低工作电压；UK为继电器线圈的供电电压，UR为分压电阻两端的电压。
得到的供电电压满足安全环路继电器线圈电压工作范围要求，能够驱动四个继电器正常工作。所以，两个直流电源110V供电于16车厢动车组重联，即使在一个电源失效的情况下，另外一个电源也能够供电使得四个继电器正常工作，电源冗余性高。
本实施例提供的动车组用安全环路系统，将并联结构的安全环路系统应用于动车组重联，结构简单，能够避免故障检测开关动作造成氧化，提高了故障检测开关的使用寿命，可靠性高，低碳环保。同时，如果故障误报时，通过操作隔离开关也能够消除故障误报，并且故障检测单元与安全保护单元中故障报警电源供电相互独立，避免电源相互影响；同时，重联结构设计冗余电源，增加了系统的可靠性。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种安全环路系统，其特征在于，包括：电源调节单元、故障检测单元和安全保护单元；
所述电源调节单元用于为所述故障检测单元和所述安全保护单元供电；
所述故障检测单元与所述安全保护单元并联连接；
所述故障检测单元的数量为多个，各个故障检测单元之间并联连接，并分别分布于不同的车厢内，所述故障检测单元包括故障检测开关，所述故障检测开关用于在检测到系统故障信号时，接通所述故障检测开关两端间的电连接。
2.根据权利要求1所述的一种安全环路系统，其特征在于，所述电源调节单元包括直流电源和分压电阻。
3.根据权利要求1所述的一种安全环路系统，其特征在于，所述故障检测单元还包括隔离开关，所述故障检测开关与所述隔离开关相互串联。
4.根据权利要求3所述的一种安全环路系统，其特征在于，所述隔离开关，用于在需要切除故障时，断开所述隔离开关两端间的电连接。
5.根据权利要求1所述的一种安全环路系统，其特征在于，所述安全保护单元包括继电器和控制主机，所述继电器的触点与所述控制主机相连接，所述控制主机用于接收故障信号以及故障报警提示。
6.根据权利要求5所述的一种安全环路系统，其特征在于，所述安全保护单元设置于轨道列车司机室，在未检测到故障时，所述继电器线圈得电使其触点断开，所述控制主机未接收到故障信号，无故障报警提示；在已检测到故障时，所述继电器线圈失电使其触点闭合，所述控制主机接收到故障信号，从而触发故障报警提示。
7.一种轨道列车，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的安全环路系统。
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