CN114115076A - 机车的冗余控制方法、系统、介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种机车的冗余控制方法、系统、介质及电子设备，该方法机车的冗余控制方法，基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断，当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。对各路信号通道的电机转速信号进行异常分析判断，通过多路信号通道的电机转速信号冗余控制机车的牵引轴，最大限度的保证机车牵引，可以有效的减少因单路速度传感器故障造成的机车故障，保证行车安全。
Description
技术领域
本公开涉及铁路机车技术领域，具体而言，涉及一种机车的冗余控制方法、系统、介质及电子设备。
背景技术
机车速度传感器是机车速度控制及防滑防空转控制的关键部件，对机车实现安全可靠的牵引控制起着决定性作用。
现阶段，机车采用霍尔式速度传感器进行速度采集并通过单路速度信号进行控制，当机车需求大牵引力工况时，速度传感器单路信号故障导致机车本轴位隔离，丧失一轴牵引力，使得机车无法维持正常运行，对行车安全危害极大。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于减少速度传感器因单路电机转速信号故障造成的机车故障，提供一种机车的冗余控制方法、系统、介质及电子设备。
根据本公开的一个方面，提供一种机车的冗余控制方法，包括：
获取当前速度传感器至少两路信号通道的电机转速信号；
基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断；
当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
在本公开的一个实施例中，当前速度传感器所有路信号通道的电机转速信号均异常时，停止对当前牵引轴进行控制。
在本公开的一个实施例中，持续检测当前速度传感器各路信号通道的电机转速信号的状态；若任意一路信号通道的电机转速信号不满足故障条件持续5min以上，则确定该路信号通道的电机转速信号正常，并通过该路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
在本公开的一个实施例中，基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断包括：基于当前速度传感器其中一路信号通道的电机转速信号确定当前牵引轴的某一速度；基于机车的所有牵引轴的某一速度确定机车速度；当前牵引轴的某一速度、另一牵引轴的某一速度及机车速度满足以下任一故障条件，确定该路信号通道的电机转速信号发生故障；
故障条件包括：第一故障条件：当机车速度为5km/h至15km/h，在1分钟内，当前牵引轴的某一速度与另一牵引轴的某一速度和机车速度均相差3km/h，且持续1.5秒以上；第二故障条件：当机车速度大于2km/h时，在30分钟内，当前牵引轴的某一速度0.1秒内持续为0km/h；第三故障条件：当前牵引轴的某一速度与机车速度和另一牵引轴的某一速度的差值均大于10km/h，且持续12s以上。
在本公开的一个实施例中，基于当前速度传感器其中一路信号通道的电机转速信号确定当前牵引轴的某一速度包括：
通过以下公式确定当前牵引轴的某一速度：
V＝S×G/60×π×D×1×10-3×3.6；
其中，V为当前牵引轴的速度，S为某一路信号通道的电机转速信号所体现的电机转速，G为齿轮传动比，D为机车轮径值，V为当前牵引轴的某一速度。
在本公开的一个实施例中，基于机车的所有牵引轴的某一速度确定机车速度包括：确定机车的所有牵引轴的某一速度；将所有牵引轴的某一速度排序，去掉最大值和最小值，计算平均值作为机车速度。
在本公开的一个实施例中，方法还包括：当前速度传感器的电机转速信号异常时，发出故障提示。
根据本公开的另一个方面，提供一种机车的冗余控制系统，包括处理器模块，处理器模块包括：
获取单元，配置为获取速度传感器至少两路信号通道的电机转速信号；
判断单元，配置为基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断；
控制单元，配置为当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
根据本公开的再一个方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开的一个方面所述的方法。
根据本公开的又一个方面，提供一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储处理器的可执行指令；
其中，处理器被配置为经由执行可执行指令来执行如本公开的一个方面所述的方法。
本公开的机车的冗余控制方法，基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断，当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。对各路信号通道的电机转速信号进行异常分析判断，通过多路信号通道的电机转速信号冗余控制机车的牵引轴，最大限度的保证机车牵引，可以有效的减少因单路速度传感器故障造成的机车故障，保证行车安全。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开实施例涉及的机车的冗余控制系统的结构示意图。
图2为本公开实施例涉及的一种机车的冗余控制方法的流程图。
图3为本公开实施例涉及另一种机车的冗余控制方法的流程图。
图4为本公开实施例涉及的一种电子设备的结构示意图。
图中：101-速度传感器，102-信号模块，103-处理器模块，104-驱动反馈模块，105-光电转换模块，106-驱动模块，107-存储模块，108-通信模块，109-控制显示屏，110-电源模块，111-牵引电机。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
在相关技术中，电力机车采用霍尔式速度传感器进行速度采集并通过单路速度信号进行控制，当机车需求大牵引力工况时，速度传感器单路信号故障导致机车本轴位隔离，丧失一轴牵引力，机车无法维持正常运行，对行车安全危害极大。
如图1所示，本公开实施方式提供一种机车的冗余控制系统，该系统具体可以包括：速度传感器101、信号模块102、处理器(Central Processing Unit，CPU)模块103、驱动反馈模块104、光电转换模块105、驱动模块106、存储模块107、通信模块108、控制显示屏109、电源模块110和牵引电机111。
机车包括若干个牵引轴，每个牵引轴具有至少一个牵引电机111，速度传感器101设置在牵引电机111的非传动端，速度传感器101用于采集各路信号通道的电机转速信号。信号模块102用于同时处理各路信号通道的电机转速信号并传输给处理器模块103，处理器模块103用于对各路信号通道的电机转速信号进行机车速度计算、故障分析判断、冗余转换控制，并向驱动反馈模块104发出电机转速信号。
电机转速信号为脉冲信号，驱动反馈模块104用于接收电机转速信号并向光电转换模块105传输。光电转换模块105用于将电机转速信号转换为控制信号，并将控制信号送至驱动模块106进行牵引电机111的实时控制，驱动模块106可以采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模块。存储模块107用于收集并各路信号通道的电机转速信号的故障状态信息，以及各路信号通道的电机转速信号冗余转换的情况。通信模块108用于将各路信号通道的电机转速信号的故障状态信息发送到机车控制显示屏109，并对故障信息进行提示。控制显示屏109用于速度传感器101各路信号通道的电机转速信号的故障、冗余转换及恢复情况的提示和监测。电源模块110能够为速度传感器101及各模块提供可靠电源。
以下介绍本公开的机车的冗余控制方法，可以基于本公开上述的机车的冗余控制系统来实现。对于本公开机车的冗余控制方法中未披露的细节，请参照本公开上述的机车的冗余控制系统。
图2示出了本公开实施方式提供的一种机车的冗余控制方法，该方法包括：
步骤S10，获取当前速度传感器至少两路信号通道的电机转速信号；
步骤S20，基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断；
步骤S30，当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
通过处理器模块对各路信号通道的电机转速信号进行异常分析判断，由多路信号通道的电机转速信号冗余控制机车的当前牵引轴，最大限度的保证机车牵引，可以有效的减少因单路速度传感器故障造成的机车故障，保证行车安全。
当前牵引轴默认使用某一路信号通道的电机转速信号进行控制，当该路信号通道的电机转速信号故障后，判断其余路信号通道的电机转速信号是否正常，当其余路信号通道中有电机转速信号正常的信号通道，则冗余转换到其余路信号通道中有电机转速信号正常的一路信号通道，当其余路信号通道中所有的电机转速信号均异常，则停止对当前牵引轴进行控制。
对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断时，需要先计算机车速度。
计算机车速度具体包括基于当前速度传感器其中一路信号通道的电机转速信号确定当前牵引轴的某一速度。每个机车包括若干个牵引轴，获取其余速度传感器各路信号通道的电机转速信号，确定所有牵引轴的某一速度；将所有牵引轴的某一速度排序，去掉最大值和最小值，计算平均值作为机车速度。
具体可以通过以下公式确定当前牵引轴的某一速度：
V＝S×G/60×π×D×1×10-3×3.6；
其中S为某一路信号通道的电机转速信号所体现的电机转速，G为齿轮传动比，D为机车轮径值，V为当前牵引轴的某一速度。
当前牵引轴默认使用某一路信号通道的电机转速信号进行控制，当前牵引轴的某一速度通常采用速度传感器默认的某一路信号通道计算来获取。需要说明的是，不同牵引轴的某一速度通常是基于速度传感器同一路信号通道计算来获取，当某一路信号通道故障时，也可以是基于速度传感器其他路信号通道计算来获取。
通过当前牵引轴的某一速度、另一牵引轴的某一速度及机车速度来判断路信号通道的电机转速信号是否发生故障。当前牵引轴的某一速度、另一牵引轴的某一速度及机车速度满足以下任一故障条件，确定该路信号通道的电机转速信号发生故障。
故障条件通常包括第一故障条件、第二故障条件和第三故障条件。第一故障条件：当机车速度为5km/h至15km/h，在1分钟内，当前牵引轴的某一速度与另一牵引轴的某一速度和机车速度均相差3km/h，且持续1.5秒以上。第二故障条件：当机车速度大于2km/h时，在30分钟内，当前牵引轴的某一速度0.1秒内持续为0km/h。为了防止误报，通常会在第一次出现上述情况时，停止向驱动反馈模块发出脉冲信号，经过设定时间后重启速度传感器，重启后再进行异常判断，预设时间可以为2秒。第三故障条件：当前牵引轴的某一速度与机车速度和另一牵引轴的某一速度的差值均大于10km/h，且持续12s以上。
可通过控制显示屏设置电机转速信号的默认信号通道。当其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，将其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号发送至驱动反馈模块。
需要说明的是，速度传感器产生的电机转速信号是频率为f的方波脉冲信号，f＝S×P，其中S为某一路信号通道的电机转速信号所体现的电机转速，P为每转产生的脉冲数。驱动反馈模块将该路信号通道的电机转速信号发送给光电转换模块，光电转换模块完成电机转速信号的转换并将控制信号送至驱动模块控制牵引电机，从而实时控制当前牵引轴。
倘若当前速度传感器所有路信号通道的电机转速信号均异常时，驱动反馈模块停止向光电转换模块发送脉冲信号，隔离当前牵引轴，使牵引电机停止工作。持续检测当前速度传感器各路信号通道的电机转速信号的状态；若任意一路信号通道的电机转速信号不满足故障条件持续5min以上，则确定该路信号通道的电机转速信号正常，并通过该路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
其余牵引轴的冗余控制方法可以参考上面当前牵引轴的冗余控制方法，通过对各个牵引轴的冗余控制来实现对机车的冗余控制。
如图3所示，下面结合一具体的实施例对上述机车的冗余控制方法进行详细说明。
速度传感器采集A路信号通道的电机转速信号和B路信号通道的电机转速信号，信号模块102同时处理A路信号通道的电机转速信号和B路信号通道的电机转速信号并传输给处理器模块。
处理器模块通过以下公式进行当前牵引轴的速度计算。
V＝S×G/60×π×D×1×10-3×3.6
其中，V为当前牵引轴的速度；S为A路信号通道的电机转速信号所体现的电机转速；G为齿轮传动比；D为机车轮径值mm。
每个机车包括若干个牵引轴，获取其余速度传感器A路信号通道的电机转速信号和B路信号通道的电机转速信号，确定所有牵引轴的A路速度；将所有牵引轴的A路速度排序，去掉最大值和最小值，计算所有A路速度的平均值作为机车速度。
处理器模块对速度传感器A路信号通道的电机转速信号进行异常判断。
第一故障条件：当机车速度为5km/h至15km/h，在1分钟内，当前牵引轴的某一速度与另一牵引轴的某一速度和机车速度均相差3km/h，且持续1.5秒以上；
第二故障条件：当机车速度大于2km/h时，在30分钟内，当前牵引轴的某一速度0.1秒内持续为0km/h。为了防止误报，通常会在第一次出现上述情况时，停止向驱动反馈模块发出电机转速信号的脉冲信号，经过设定时间后重启速度传感器，重启2秒后再进行故障判断；
第三故障条件：当前牵引轴的某一速度与机车速度和另一牵引轴的某一速度的差值均大于10km/h，且持续12s以上。
当前牵引轴的A路速度、另一牵引轴的A路速度及机车速度满足以上任一故障条件，确定A路信号通道的电机转速信号发生故障。
当A路信号通道的电机转速信号故障后，若不满足故障条件持续5min以上，判断A路信号通道的电机转速信号正常，可作为备用冗余速度通道。
处理器模块对速度传感器B路信号通道的电机转速信号进行异常判断，速度传感器B路信号通道的电机转速信号异常判断可以参考速度传感器A路信号通道的电机转速信号异常判断过程，这里不再进行赘述。
可通过控制显示屏设置处理器模块默认使用A路信号通道的电机转速信号进行控制，当A路信号通道的电机转速信号故障后，判断B路信号通道的电机转速信号是否正常，当B路信号通道的电机转速信号正常，则处理器模块发送B路信号通道的电机转速信号。
电机转速信号为脉冲信号，驱动反馈模块接收B路信号通道的电机转速信号，并将B路信号通道的电机转速信号发送至光电转换模块。光电转换模块将B路信号通道的电机转速信号转换为B路控制信号，并将B路控制信号送至驱动模块控制牵引电机，通过B路信号通道的电机转速信号实时控制当前牵引轴。倘B路信号通道的电机转速信号异常时，驱动反馈模块停止向光电转换模块发送脉冲信号，停止对当前牵引轴进行控制，使牵引电机停止工作。
当A电机转速信号及B路电机转速信号均发生故障时，封锁脉冲信号，隔离当前牵引轴，使牵引电机停止工作。若A电机转速信号或B路电机转速信号中任一路不满足故障条件持续5min，判断该路电机转速信号正常，则通过正常路的电机转速信号进行控制。同时A电机转速信号及B路电机转速信号均恢复正常，默认使用A路速度信号进行对当前牵引轴进行控制。
本公开的示例性实施方式还提供了一种电子设备，包括机车的冗余控制系统，可以用于执行可执行指令来执行本公开实施方式所述的方法。下面参考图4对该电子设备进行说明。应当理解，图4显示的电子设备400仅仅是一个示例，不应对本公开实施方式的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，电子设备400以通用计算设备的形式表现。电子设备400的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元410、至少一个存储单元420、连接不同系统组件(包括存储单元420和处理单元410)的总线430。
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元410执行，使得处理单元410执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元410可以执行如图1和图2所示的方法步骤等。
存储单元420可以包括易失性存储单元，例如随机存取存储单元(RAM)421和/或高速缓存存储单元422，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)423。
存储单元420还可以包括具有一组(至少一个)程序模块425的程序/实用工具424，这样的程序模块425包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线430可以包括数据总线、地址总线和控制总线。
电子设备400也可以与一个或多个外部设备500(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口440进行。电子设备400还可以通过网络适配器450与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器450通过总线430与电子设备400的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备400使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的示例性实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
所属技术领域的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施方式。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施方式仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种机车的冗余控制方法，其特征在于，包括：
获取当前速度传感器至少两路信号通道的电机转速信号；
基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断；
当所述其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由所述其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
2.根据权利要求1所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，
所述当前速度传感器所有路信号通道的电机转速信号均异常时，停止对所述当前牵引轴进行控制。
3.根据权利要求2所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，
持续检测所述当前速度传感器各路信号通道的电机转速信号的状态；
若任意一路信号通道的电机转速信号不满足故障条件持续5min以上，则确定该路信号通道的电机转速信号正常，并通过该路信号通道的电机转速信号对所述当前牵引轴进行控制。
4.根据权利要求1所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，
基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断包括：
基于所述当前速度传感器其中一路信号通道的所述电机转速信号确定所述当前牵引轴的某一速度；
基于所述机车的所有牵引轴的某一速度确定机车速度；
当所述当前牵引轴的某一速度、另一牵引轴的某一速度及所述机车速度满足以下任一故障条件，确定该路信号通道的电机转速信号发生故障；
所述故障条件包括：
第一故障条件：当机车速度为5km/h至15km/h，在1分钟内，所述当前牵引轴的某一速度与另一牵引轴的某一速度和机车速度均相差3km/h，且持续1.5秒以上；
第二故障条件：当机车速度大于2km/h时，在30分钟内，所述当前牵引轴的某一速度0.1秒内持续为0km/h；
第三故障条件：所述当前牵引轴的某一速度与机车速度和另一牵引轴的某一速度的差值均大于10km/h，且持续12s以上。
5.根据权利要求4所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，基于所述当前所述速度传感器其中一路信号通道的所述电机转速信号确定所述当前牵引轴的某一速度包括：
通过以下公式确定当前牵引轴的某一速度：
V＝S×G/60×π×D×1×10-3×3.6；
其中，V为当前牵引轴的速度，S为某一路信号通道的电机转速信号，G为齿轮传动比，D为机车轮径值，V为当前牵引轴的某一速度。
6.根据权利要求4或5所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，基于所述机车的所有牵引轴的某一速度确定所述机车速度包括：
确定所述机车的所有牵引轴的某一速度；
将所有牵引轴的某一速度排序，去掉最大值和最小值，计算平均值作为机车速度。
7.根据权利要求1所述的机车的冗余控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述当前所述速度传感器的电机转速信号异常时，发出故障提示。
8.一种机车的冗余控制系统，其特征在于，包括：
处理器模块，包括：
获取单元，配置为获取速度传感器至少两路信号通道的电机转速信号；
判断单元，配置为基于预设的故障条件对各路信号通道的电机转速信号分别进行异常判断；
控制单元，配置为当所述其中一路信号通道的电机转速信号异常，其余路信号通道的电机转速信号正常时，由所述其余路信号通道的电机转速信号中的任一路信号通道的电机转速信号对当前牵引轴进行控制。
9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器被配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至7任一项所述的方法。
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