CN112776788A - 机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法，在缓解状态时，通过作用管压力判断空气分配阀是否存在故障，且在空气分配阀存在故障时通过控制转换电磁阀得电来隔断空气分配阀，并由无故障的电子分配阀控制制动缸预控风缸压力，使机车能够正常产生缓解作用，实现了缓解状态且空气分配阀故障时制动缸预控风缸压力的冗余控制，降低了因空气分配阀故障造成机车行车安全的风险，保证了机车行车的可靠性和安全性。本发明所述系统及方法利用制动机内部原有硬件装置，在不增加硬件结构的情况下，通过改变制动控制单元的控制流程，实现了制动缸预控风缸故障的在线判断以及故障时的冗余控制功能。

Description

机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法

技术领域

本发明属于机车制动控制技术领域，尤其涉及一种机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法。

背景技术

微机网络控制机车制动机一般设有电子分配阀与空气分配阀两条控制通路实现对制动缸的控制，两条通路通过一个两位三通转换阀实现，如图1所示，制动缸预控风缸控制模块包括电子分配阀、空气分配阀、转换电磁阀、转换阀以及制动控制单元，其中电子分配阀包括充风电磁阀、排风电磁阀、第一压力传感器以及制动缸预控风缸，制动缸预控风缸与充风电磁阀的第二口、排风电磁阀的第一口以及转换阀的第三口相连，在制动缸预控风缸与转换阀的第三口之间的管路上设有用于采集制动缸预控风缸压力的第一压力传感器（即制动缸预控风缸压力传感器）；充分电磁阀的第一口与总风、转换电磁阀的第一口相连；转换电磁阀的第二口与转换阀的第四口相连；转换阀的第一口与容积室相连，容积室与空气分配阀相连，空气分配阀与列车管相连，在空气分配阀与列车管之间的管路上设有用于采集列车管压力的第二压力传感器（即列车管压力传感器），空气分配阀通过机械响应列车管压力变化产生制动缸预控压力；转换阀的第二口与作用管相连，在转换阀的第二口与作用管之间的管路上设有用于采集作用管压力的第三压力传感器（即作用管压力传感器）。充风电磁阀、排风电磁阀以及转换电磁阀由制动控制单元控制，如图2所示。

当机车制动时，转换电磁阀得电，充风电磁阀接收到电指令，充风电磁阀得电，制动缸预控风缸升压，使机车产生正常制动作用，若此时电子分配阀故障，无法输出制动缸预控风缸压力，制动缸将无法上闸，造成机车无法制动的风险。当机车缓解时，排风电磁阀接收到电指令，排风电磁阀得电，排出制动缸预控风缸风压，制动缸预控风缸压力下降进而控制制动缸压力下降，当缓解完成T秒后，控制转换电磁阀失电，空气分配阀投入控制预控风缸压力模式。若此时空气分配阀故障，无法完全缓解作用管及容积室压力，制动缸压力将无法被缓解，造成机车带闸运行或无法牵引运行造成机车故障故的风险。

目前，微机网络控制的机车制动机大多具有制动时电子分配阀故障空气自动冗余的功能，但不具备缓解时空气分配阀故障，电子分配阀冗余空气分配阀的控制功能。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中缓解时空气分配阀故障，电子分配阀无法冗余空气分配阀，提供一种机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制系统，包括电子分配阀、空气分配阀、转换电磁阀、转换阀以及制动控制单元，所述电子分配阀包括充风电磁阀、排风电磁阀、用于采集制动缸预控风缸压力的第一压力传感器以及制动缸预控风缸；在所述空气分配阀与列车管之间的管路上设有用于采集列车管压力的第二压力传感器；在所述转换阀的第二口与作用管之间的管路上设有用于采集作用管压力的第三压力传感器；其特征是：

所述制动控制单元，用于在制动机处于缓解状态时，T秒后控制所述转换电磁阀失电，并判断第三压力传感器采集的作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则控制转换电磁阀得电，隔离空气分配阀，由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；否则由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

本发明中，在缓解状态时，通过作用管压力判断空气分配阀是否存在故障，且在空气分配阀存在故障时通过控制转换电磁阀得电来隔断空气分配阀，并由无故障的电子分配阀控制制动缸预控风缸压力，使机车能够正常产生缓解作用，实现了缓解状态且空气分配阀故障时制动缸预控风缸压力的冗余控制，降低了因空气分配阀故障造成机车行车安全的风险，保证了机车行车的可靠性和安全性。本发明所述系统利用制动机内部原有硬件装置，在不增加硬件结构的情况下，通过改变制动控制单元的控制流程，实现了制动缸预控风缸故障的在线判断以及故障时的冗余控制功能。

进一步地，所述制动控制单元，还用于在制动机处于制动状态时，控制所述转换电磁阀得电，并判断第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力是否与目标压力值一致，如果一致，则由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；否则控制转换电磁阀失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

通过在制动状态下的故障检测和冗余控制，降低了因分配阀故障造成的机车行车安全风险，无论是在缓解或制动过程中都能使机车正常产生缓解，保证了机车正常行车。

进一步地，所述制动控制单元，还用于根据第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力或第二压力传感器采集的列车管压力判断制动机处于制动状态还是缓解状态；当制动缸预控风缸压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；否则制动机处于缓解状态。

本发明还提供一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，包括以下步骤：

在制动机处于缓解状态时，T秒后制动控制单元控制转换电磁阀失电，并判断第三压力传感器采集的作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则制动控制单元控制转换电磁阀得电，隔离空气分配阀，由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

进一步地，所述设定压力值K为40kPa。

进一步地，所述方法还包括：

在制动机处于制动状态时，制动控制单元控制转换电磁阀得电，并判断第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力是否与目标压力值一致，如果一致，则由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则制动控制单元控制转换电磁阀失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

进一步地，所述制动机的状态是根据第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力或第二压力传感器采集的列车管压力来判断的，具体为：

当制动缸预控风缸压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；

否则制动机处于缓解状态。

进一步地，所述设定压力值A为20kPa。

进一步地，所述定压M为20kPa。

本发明还提供一种机车，包括如上所述制动机制动缸故障检测与冗余控制系统。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

利用制动机内部原有硬件装置，在不增加硬件结构的情况下，通过改变制动控制单元的控制流程，实现了缓解状态且空气分配阀故障时制动缸预控风缸压力的冗余控制，降低了因空气分配阀故障造成机车行车安全的风险，保证了机车行车的可靠性和安全性。

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机车制动机制动缸冗余控制原理图；

图2是本发明背景技术中制动控制单元控制各阀和压力传感器的示意图；

图3是本发明实施例中一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法的流程图；

其中，1-制动缸预控风缸，2-压力测试口，3-充风电磁阀，4-排风电磁阀，5-转换电磁阀，6-转换阀，7-第三压力传感器，8-第二压力传感器，9-空气分配阀，10-容积室，11-第一压力传感器。

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。

本发明的核心是提供一种机车及其制动机制动缸故障检测与冗余控制系统、方法。

制动缸预控风缸控制模块用于控制制动缸预控风缸1内压力（或简称制动缸预控压力），通过制动缸预控风缸1内压力的控制实现机车正常制动或正常缓解，保证机车正常行驶。如图1所示，制动缸预控风缸控制模块包括电子分配阀、空气分配阀9、转换电磁阀5、转换阀6以及制动控制单元，其中，电子分配阀包括充风电磁阀3、排风电磁阀4、第一压力传感器11以及制动缸预控风缸1，制动缸预控风缸1与充风电磁阀3的第二口、排风电磁阀4的第一口以及转换阀6的第三口相连，在制动缸预控风缸1与转换阀6的第三口之间的管路上设有用于采集制动缸预控风缸1压力的第一压力传感器11；充分电磁阀的第一口与总风、转换电磁阀5的第一口相连；转换电磁阀5的第二口与转换阀6的第四口相连；转换阀6的第一口与容积室10相连，容积室10与空气分配阀9相连，空气分配阀9与列车管相连，在空气分配阀9与列车管之间的管路上设有用于采集列车管压力的第二压力传感器8；转换阀6的第二口与作用管相连，在转换阀6的第二口与作用管之间的管路上设有用于采集作用管压力的第三压力传感器7。充风电磁阀3和排风电磁阀4的第三口均封堵，排风电磁阀4的第二口与大气相连，转换电磁阀5的第三口与大气相连。

如图2所示，第一压力传感器11、第二压力传感器8以及第三压力传感器7采集的压力值均传输给制动控制单元，充风电磁阀3、排风电磁阀4以及转换电磁阀5由制动控制单元控制。

制动缸预控风缸1的作用是控制制动缸压力；压力测试口的作用是通过手持压力表检测制动缸预控风缸1实际压力；充风电磁阀3的作用是机车制动时控制制动缸预控风缸1充风；排风电磁阀4的作用是机车缓解时控制制动缸预控风缸1排风；转换电磁阀5的作用是控制转换阀6转换通路；转换阀6的作用是控制制动缸预控风缸1是由电子分配阀控制还是由空气分配阀9控制。容积室10的作用是存储空气分配阀9产生的制动缸预控风缸1压力。

基于上述制动缸预控风缸控制模块，在不增加传感器的前提下，本实施例提供的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制系统，包括制动控制单元，该制动控制单元需要获取制动缸预控风缸1压力或列车管压力来判定制动机工况；获取制动缸预控风缸1压力来控制充风电磁阀3或排风电磁阀4得电；获取作用管压力和制动缸预控风缸1压力来控制转换电磁阀5得电或失电，该制动控制单元的作用包括：

1、获取第一压力传感器11采集的制动缸预控风缸1压力或第二压力传感器8采集的列车管压力，根据制动缸预控风缸1压力或列车管压力判断制动机处于制动状态还是缓解状态；如果制动缸预控风缸1压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；否则制动机处于缓解状态。即当制动缸预控风缸1压力大于设定压力值A时，制动机处于制动状态；当制动缸预控风缸1压力小于或等于设定压力值A时，制动机处于缓解状态；当列车管压力低于定压－M时，制动机处于制动状态；当列车管压力高于定压－M时，制动机处于缓解状态。

本实施例中，设定压力值A是基础制动装置制动时所需压力，A一般小于40kPa，本实施例A取值为20kPa。定压－M表示列车管上升能使制动机完全缓解压力，本实施例M取值为20kPa。

2、获取第一压力传感器11采集的制动缸预控风缸1压力，在机车或制动机制动时，根据制动缸预控风缸1压力控制充风电磁阀3得电，为制动缸预控风缸1充风，提高制动缸预控风缸1压力，使机车或制动机正常制动；在机车或制动机缓解时，根据制动缸预控风缸1压力控制排风电磁阀4得电，为制动缸预控风缸1排风，降低制动缸预控风缸1压力，使机车或制动机正常缓解。

3、在制动机处于制动状态时，控制转换电磁阀5得电，并判断第一压力传感器11采集的制动缸预控风缸1压力是否与目标压力值一致，如果一致，则表明电子分配阀无故障，由电子分配阀控制制动缸预控风缸1压力；如果不一致，则表明电子分配阀出现故障，控制转换电磁阀5失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀9控制制动缸预控风缸1压力，实现了制动且电子分配阀故障时空气分配阀9自动冗余功能。

4、在制动机处于缓解状态时，T秒后控制转换电磁阀5失电，并判断第三压力传感器7采集的作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则表明空气分配阀9出现故障，控制转换电磁阀5得电，隔离空气分配阀9，由电子分配阀控制制动缸预控风缸1压力，缓解制动缸；如果否，则表明空气分配阀9无故障，由空气分配阀9控制制动缸预控风缸1压力，实现了缓解且空气分配阀9故障时电子分配阀自动冗余功能。

本实施例中，T秒表明缓解完全时间，考虑到电子分配阀和空气分配阀9的预控压力缓解后，放大压力或执行压力在缓解时存在滞后时间（空气分配阀9的机械不一致性），本实施例T的取值为8S；设定压力值K是基础制动装置产生制动效果时所需压力，本实施例K取值为40kPa。

基于上述制动缸预控风缸控制模块，在不增加传感器的前提下，本实施例提供的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：制动控制单元获取第一压力传感器11采集的制动缸预控风缸1压力或第二压力传感器8采集的列车管压力。

第一压力传感器11、第二压力传感器8以及第三压力传感器7将4~20mA电流信号发送给制动控制单元，制动控制单元获取对应的4~20mA电流信号，即对应获取制动缸预控风缸1压力、列车管压力以及作用管压力。

步骤2：制动控制单元根据制动缸预控风缸1压力或列车管压力判断制动机处于制动状态还是缓解状态；如果制动缸预控风缸1压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；否则制动机处于缓解状态。

即当制动缸预控风缸1压力大于设定压力值A时，制动机处于制动状态；当制动缸预控风缸1压力小于或等于设定压力值A时，制动机处于缓解状态；当列车管压力低于定压－M时，制动机处于制动状态；当列车管压力高于定压－M时，制动机处于缓解状态。

本实施例中，设定压力值A是基础制动装置制动时所需压力，A一般小于40kPa，本实施例A取值为20kPa。定压－M表示列车管上升能使制动机完全缓解压力，本实施例M取值为20kPa。

步骤3：在制动状态下，制动控制单元控制转换电磁阀5得电，并判断制动缸预控风缸1压力是否与目标压力值一致，如果一致，则表明电子分配阀无故障，由电子分配阀控制制动缸预控风缸1压力；否则表明电子分配阀出现故障，制动控制单元控制转换电磁阀5失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀9控制制动缸预控风缸1压力，实现了制动且电子分配阀故障时空气分配阀9自动冗余功能。

步骤4：在缓解状态下，T秒后制动控制单元控制转换电磁阀5失电，并判断作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则表明空气分配阀9出现故障，制动控制单元控制转换电磁阀5得电，隔离空气分配阀9，由电子分配阀控制制动缸预控风缸1压力，缓解制动缸；否则表明空气分配阀9无故障，由空气分配阀9控制制动缸预控风缸1压力，实现了缓解且空气分配阀9故障时电子分配阀自动冗余功能。

本实施例中，T秒表明缓解完全时间，考虑到电子分配阀和空气分配阀9的预控压力缓解后，放大压力或执行压力在缓解时存在滞后时间（空气分配阀9的机械不一致性），本实施例T的取值为8S；设定压力值K是基础制动装置产生制动效果时所需压力，本实施例K取值为40kPa。

步骤3和步骤4是两个并列步骤，并没有时间上的先后顺序。

本发明在制动或缓解工况下检测到电子分配阀或空气分配阀9故障时通过不同的导向策略使机车无论是在制动工况还是在缓解工况下均具有自动冗余功能，降低了因分配阀故障造成机车行车安全的风险，提高了制动机系统的安全性与可用性。

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 (10)

1.一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制系统，包括电子分配阀、空气分配阀、转换电磁阀、转换阀以及制动控制单元，所述电子分配阀包括充风电磁阀、排风电磁阀、用于采集制动缸预控风缸压力的第一压力传感器以及制动缸预控风缸；在所述空气分配阀与列车管之间的管路上设有用于采集列车管压力的第二压力传感器；在所述转换阀的第二口与作用管之间的管路上设有用于采集作用管压力的第三压力传感器；其特征在于：

所述制动控制单元，用于在制动机处于缓解状态时，T秒后控制所述转换电磁阀失电，并判断第三压力传感器采集的作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则控制转换电磁阀得电，隔离空气分配阀，由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

2.如权利要求1所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制系统，其特征在于：所述制动控制单元，还用于在制动机处于制动状态时，控制所述转换电磁阀得电，并判断第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力是否与目标压力值一致，如果一致，则由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则控制转换电磁阀失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

3.如权利要求1或2所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制系统，其特征在于：所述制动控制单元，还用于根据第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力或第二压力传感器采集的列车管压力判断制动机处于制动状态还是缓解状态；当制动缸预控风缸压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；

否则制动机处于缓解状态。

4.一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在制动机处于缓解状态时，T秒后制动控制单元控制转换电磁阀失电，并判断第三压力传感器采集的作用管压力是否大于设定压力值K，如果是，则制动控制单元控制转换电磁阀得电，隔离空气分配阀，由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

5.如权利要求4所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，所述设定压力值K为40kPa。

6.如权利要求4所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，还包括：

在制动机处于制动状态时，制动控制单元控制转换电磁阀得电，并判断第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力是否与目标压力值一致，如果一致，则由电子分配阀控制制动缸预控风缸压力；

否则制动控制单元控制转换电磁阀失电，隔离电子分配阀，由空气分配阀控制制动缸预控风缸压力。

7.如权利要求4~6中任一项所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，所述制动机的状态是根据第一压力传感器采集的制动缸预控风缸压力或第二压力传感器采集的列车管压力来判断的，具体为：

当制动缸预控风缸压力大于设定压力值A或列车管压力低于定压－M，则制动机处于制动状态；

否则制动机处于缓解状态。

8.如权利要求7所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，所述设定压力值A为20kPa。

9.如权利要求7所述的一种机车制动机制动缸故障检测与冗余控制方法，其特征在于，所述定压M为20kPa。

10.一种机车，其特征在于：包括如权利要求1~3中任一项所述制动机制动缸故障检测与冗余控制系统。

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