CN112158083A - 一种紧急制动下机车牵引切除控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧急制动下机车牵引切除控制系统及方法，当施加紧急制动时，第一继电器和第二继电器的线圈同时失电，一方面第一继电器辅助触点断开，封锁牵引变流器的牵引脉冲，切除了牵引变流器牵引力的输出，实现了牵引切除功能，该牵引切除功能安全等级为SIL2；另一方面第二继电器辅助触点断开，接触器模块的线圈失电，接触器模块主触点断开，断开了牵引变流器主电路的输入电源，切除了牵引变流器牵引力的输出，实现了牵引切除功能，该牵引切除功能安全等级为SIL1，安全等级为SIL2的牵引切除功能和安全等级为SIL1的牵引切除功能同时实现，使整车在紧急制动下牵引切除达到SIL3的安全等级要求。
Description
技术领域
本发明属于机车控制技术领域，尤其涉及一种紧急制动下机车牵引切除控制系统及方法。
背景技术
轨道交通领域中，轨道工程车、调车机车有一部分采用接触网（或第三轨）+储能装置，双能源供电；部分调车机车设计有内燃动力包供电，此时为三种能源供电。随着轨道交通产业的发展，对轨道交通车辆设计安全性提出了新的要求：牵引切除（紧急制动情况下）需满足SIL3安全等级要求，现有设计方式在紧急制动下牵引切除不能满足SIL3安全等级要求。
注：SIL即为Safety Integrity Level，可分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。SIL等级通过计算所得，具体为：I=S*W*E/V。
其中，I表示分类指标，S表示伤害定义，W表示发生概率定义，E表示暴露时间定义，详见德国铁路标准《SIRF-400》。分类指标越高，安全设计等级越高。
轨道工程车、调车机车一般技术参数：
接触网一般为接触网/第三轨，电压适用于DC1500V、DC750V等；储能装置一般为牵引蓄电池、超级电容等；库内电源适用于3AC380V、3AC400V、3AC440V等。
目前，机车TCMS系统（Train Control and Management System）通过监控牵引制动控制器、机车模式开关、机车主电路供电开关、方向按钮、占用按钮等状态，将牵引控制指令以及切除指令通过MVB（Multifunction Vehicle Bus）总线发送到DCU（Drive ControlUnit），如图1所示，由DCU执行牵引控制以及切除。DCU通过MVB收到TCMS系统发出的牵引控制指令或牵引切除指令，由DCU执行牵引控制或牵引切除，这种通过通信协议进行数据传输的牵引切除方式并不能满足SIL3安全等级要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧急制动下机车牵引切除控制系统及方法，以解决现有紧急制动下牵引切除方式不能满足SIL3安全等级要求的问题。
本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括牵引变流器、牵引电机以及供电电源；其特征是：
还包括第一继电器、第二继电器、接触器模块以及变流器控制板；所述第一继电器辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第一继电器辅助触点的第二端通过硬线与所述变流器控制板的输入端连接，所述变流器控制板的输出端通过硬线与所述牵引变流器的功率器件的控制端连接；所述第二继电器辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第二继电器辅助触点的第二端通过硬线与所述接触器模块的线圈连接；所述接触器模块主触点的第一端通过硬线与所述供电电源连接，接触器模块主触点的第二端通过硬线与所述牵引变流器的电源端连接；由紧急制动电路同时控制所述第一继电器和第二继电器的线圈的得电和失电。
本发明中，通过硬线控制封锁牵引变流器的脉冲并切断其输入电源，实现牵引切除功能，提高安全等级，具体为：由紧急制动电路同时控制第一继电器和第二继电器线圈的得失电，当施加紧急制动时，第一继电器和第二继电器的线圈同时失电，一方面第一继电器辅助触点断开，封锁牵引变流器的牵引脉冲，切除了牵引变流器牵引力的输出，实现了牵引切除功能，该牵引切除功能安全等级为SIL2；另一方面第二继电器辅助触点断开，接触器模块的线圈失电，接触器模块主触点断开，断开了牵引变流器主电路的输入电源，切除了牵引变流器牵引力的输出，实现了牵引切除功能，该牵引切除功能安全等级为SIL1；由于第一继电器线圈和第二继电器线圈同时失电，安全等级为SIL2的牵引切除功能和安全等级为SIL1的牵引切除功能同时实现，因而使整车在紧急制动下牵引切除达到SIL3的安全等级要求。
进一步地，所述供电电源包括接触网、柴油机以及储能电源，所述接触器模块包括第一接触器、第二接触器以及第三接触器；所述第一接触器、第二接触器和第三接触器的线圈均与所述第二继电器辅助触点的第二端连接，第一接触器、第二接触器和第三接触器主触点的第二端均与所述牵引变流器的电源端连接，第一接触器主触点的第一端与所述接触网连接，第二接触器主触点的第一端与所述柴油机连接，第三接触器主触点的第一端与所述储能电源连接。
牵引变流器采用接触网（或第三轨）、柴油机（内燃动力包）以及储能电源三种能源供电，接触器的数量与供电电源的数量一致，每个接触器控制一种供电电源的通断，从而达到控制牵引变流器输入电源通断的目的。
进一步地，所述储能电源为蓄电池组或超级电容器组。
进一步地，所述紧急制动电路是由紧急制动按钮、TCMS系统、机车空气制动系统、信号系统、无人警惕系统以及由第一继电器线圈和第二继电器线圈并联构成的支路串联而成。
当非紧急制动时，紧急制动电路为通路，第一继电器线圈和第二继电器线圈得电，通过供电电源为牵引变流器供电，通过变流器控制板来控制牵引变流器的功率器件的通断，当紧急制动时，紧急制动电路为断路，第一继电器线圈和第二继电器线圈失电，封锁牵引变流器脉冲并切断其输入电源，实现安全等级为SIL3的牵引切除功能。紧急制动由紧急制动按钮、TCMS系统、机车空气制动系统、信号系统以及无人警惕系统控制，触发任意一种紧急制动因素，机车均将施加紧急制动。可以根据实际需要增减紧急制动因素。
进一步地，所述第一继电器和第二继电器为两个独立的继电器；或者所述第一继电器和第二继电器为同一继电器，该继电器的不同辅助触点分别控制变流器控制板的输入、接触器模块的线圈。
第一继电器、第二继电器可以为两个独立的继电器，第一继电器的线圈与第二继电器的线圈相互独立；第一继电器和第二继电器还可以为同一个继电器，该继电器的线圈不仅代替第一继电器的线圈，也代替第二继电器的线圈，该继电器的两个辅助触点分别代替第一继电器的辅助触点、第二继电器的辅助触点，即采用一个线圈同时控制两个辅助触点。
本发明还提供一种紧急制动下机车牵引切除控制方法，利用如上所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括：
紧急制动时，第一继电器的线圈和第二继电器的线圈同时失电，第一继电器辅助触点和第二继电器辅助触点同时断开，第一继电器辅助触点的断开封锁牵引变流器的脉冲，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL2的牵引切除功能；第二继电器辅助触点的断开使接触器模块主触点断开，切除牵引变流器的电源，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL1的牵引切除功能。
进一步地，所述紧急制动的触发方式包括紧急制动按钮触发、TCMS系统触发、机车空气制动系统触发、信号系统触发以及无人警惕系统触发。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种紧急制动下机车牵引切除控制系统及方法，通过硬线控制封锁牵引变流器的脉冲并切断其输入电源，实现SIL3安全等级的牵引切除功能，提高了紧急制动下牵引切除的安全等级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明背景技术中通过MVB的牵引切除原理图；
图2是本发明实施例中一种紧急制动下机车牵引切除控制系统的原理图；
图3是本发明实施例中紧急制动电路原理图，S1和S2均为紧急制动按钮，Z1和Z2均为机车空气制动系统；
图4是本发明实施例中一种紧急制动下机车牵引切除控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本实施例所提供的一种紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括牵引变流器、牵引电机、供电电源、第一继电器K1、第二继电器K2、接触器模块以及变流器控制板；第一继电器K1辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第一继电器K1辅助触点的第二端通过硬线与变流器控制板的输入端连接，变流器控制板的输出端通过硬线与牵引变流器的功率器件的控制端连接；第二继电器K2辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第二继电器K2辅助触点的第二端通过硬线与接触器模块的线圈连接；接触器模块主触点的第一端通过硬线与供电电源连接，接触器模块主触点的第二端通过硬线与牵引变流器的电源端连接；由紧急制动电路同时控制第一继电器K1和第二继电器K2的线圈的得电和失电。
机车牵引切除功能分成两路来实现，一路是：施加紧急制动→第一继电器K1的线圈失电→第一继电器K1辅助触点断开→封锁牵引变流器的脉冲→切除牵引变流器牵引力的输出→实现安全等级为SIL2的牵引切除功能；另一路是：施加紧急制动→第二继电器K2的线圈失电→第二继电器K2辅助触点断开→接触器的线圈失电→接触器主触点断开→切断牵引变流器的输入电源→切除牵引变流器牵引力的输出→实现安全等级为SIL1的牵引切除功能；两路同时实现使整车满足安全等级为SIL3的牵引切除功能。
供电电源包括接触网、柴油机以及储能电源，接触器模块包括第一接触器KM1、第二接触器KM2以及第三接触器KM3；第一接触器KM1、第二接触器KM2和第三接触器KM3的线圈均与第二继电器K2的辅助触点的第二端连接，第一接触器KM1、第二接触器KM2和第三接触器KM3的主触点的第二端均与牵引变流器的电源端连接，第一接触器KM1的主触点的第一端与接触网连接，第二接触器KM2的主触点的第一端与柴油机连接，第三接触器KM3的主触点的第一端与储能电源连接。牵引变流器采用接触网（或第三轨）、柴油机（内燃动力包）以及储能电源三种能源供电，接触器的数量与供电电源的数量一致，每个接触器控制一种供电电源的通断，从而达到控制牵引变流器输入电源通断的目的。
本实施例中，储能电源为蓄电池组或超级电容器组，第三轨电源为DC750V。
如图3所示，紧急制动电路是由紧急制动按钮S1/S2、TCMS系统、机车空气制动系统Z1/Z2、信号系统、无人警惕系统以及由第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈并联构成的支路串联而成。
紧急制动电路采用失电触发紧急制动的原理，通过控制两个中间继电器K1、K2来实现。当非紧急制动时，紧急制动电路为通路，第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈得电，通过供电电源为牵引变流器供电，通过变流器控制板来控制牵引变流器的功率器件的通断；当紧急制动时，紧急制动电路为断路，第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈失电，封锁牵引变流器脉冲并切断其输入电源，实现安全等级为SIL3的牵引切除功能。紧急制动由紧急制动按钮、TCMS系统、机车空气制动系统、信号系统以及无人警惕系统控制，触发任意一种紧急制动因数，机车均将施加紧急制动。可以根据实际需要增减紧急制动因数。
本实施例中，第一继电器和第二继电器为两个独立的继电器，第一继电器的线圈与第二继电器的线圈相互独立。
如图4所示，本实施例还提供一种紧急制动下机车牵引切除的控制方法，利用如上所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括：
紧急制动时，第一继电器K1的线圈和第二继电器K2的线圈同时失电，第一继电器K1的辅助触点和第二继电器K2的辅助触点同时断开，第一继电器K1辅助触点的断开封锁牵引变流器的脉冲，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL2的牵引切除功能；第二继电器K2辅助触点的断开使接触器模块主触点断开，切除牵引变流器的电源，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL1的牵引切除功能。
紧急制动的触发方式包括紧急制动按钮S1/S2触发、TCMS系统触发、机车空气制动系统Z1/Z2触发、信号系统触发以及无人警惕系统触发。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括牵引变流器、牵引电机以及供电电源；其特征在于：
还包括第一继电器、第二继电器、接触器模块以及变流器控制板；所述第一继电器辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第一继电器辅助触点的第二端通过硬线与所述变流器控制板的输入端连接，所述变流器控制板的输出端通过硬线与所述牵引变流器的功率器件的控制端连接；所述第二继电器辅助触点的第一端通过硬线与机车的控制电源连接，第二继电器辅助触点的第二端通过硬线与所述接触器模块的线圈连接；所述接触器模块主触点的第一端通过硬线与所述供电电源连接，接触器模块主触点的第二端通过硬线与所述牵引变流器的电源端连接；由紧急制动电路同时控制所述第一继电器和第二继电器的线圈的得电和失电。
2.如权利要求1所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，其特征在于：所述供电电源包括接触网、柴油机以及储能电源，所述接触器模块包括第一接触器、第二接触器以及第三接触器；所述第一接触器、第二接触器和第三接触器的线圈均与所述第二继电器辅助触点的第二端连接，第一接触器、第二接触器和第三接触器主触点的第二端均与所述牵引变流器的电源端连接，第一接触器主触点的第一端与所述接触网连接，第二接触器主触点的第一端与所述柴油机连接，第三接触器主触点的第一端与所述储能电源连接。
3.如权利要求2所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，其特征在于：所述储能电源为蓄电池组或超级电容器组。
4.如权利要求1所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，其特征在于：所述紧急制动电路是由紧急制动按钮、TCMS系统、机车空气制动系统、信号系统、无人警惕系统以及由第一继电器线圈和第二继电器线圈并联构成的支路串联而成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，其特征在于：所述第一继电器和第二继电器为两个独立的继电器；或者所述第一继电器和第二继电器为同一继电器，该继电器的不同辅助触点分别控制变流器控制板的输入、接触器模块的线圈。
6.一种紧急制动下机车牵引切除的控制方法，其特征在于，利用如权利要求1~5中任一项所述的紧急制动下机车牵引切除控制系统，包括：
紧急制动时，第一继电器的线圈和第二继电器的线圈同时失电，第一继电器辅助触点和第二继电器辅助触点同时断开，第一继电器辅助触点的断开封锁牵引变流器的脉冲，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL2的牵引切除功能；第二继电器辅助触点的断开使接触器模块主触点断开，切除牵引变流器的电源，切除牵引变流器牵引力的输出，实现安全等级为SIL1的牵引切除功能。
7.如权利要求6所述的紧急制动下机车牵引切除的控制方法，其特征在于：所述紧急制动的触发方式包括紧急制动按钮触发、TCMS系统触发、机车空气制动系统触发、信号系统触发以及无人警惕系统触发。
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