CN117799592A - 城轨车辆及其空压机控制系统、空压机启停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城轨车辆及其空压机控制系统、空压机启停控制方法，若城轨列车至少有一台辅助逆变器成功启动，且总风压力值小于第一设定值，则向其中一台空压机发送启动指令；判断总风压力值是否低于第二设定值，若是，则当辅助逆变器全部完成启动时，向另外一台空压机发送启动指令本发明可以根据列车运行情况和设备维保状态对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制，可以有效避免辅助变流器过流保护或损坏故障，提高了列车运营可靠性。

Description

城轨车辆及其空压机控制系统、空压机启停控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种城轨车辆及其空压机控制系统、空压机启停控制方法。

背景技术

现有技术中，城轨列车制动系统是由辅助变流器带动空压机提供制动系统风源。主风管上的所有压力传感器均被设定为7.0BAR-9.0BAR(巴是压强的单位)，并通过硬线来控制空压机的启停。当压力低于7.0BAR时，继电器K1、K2闭合，空压机开始工作；直至压力达到9.0BAR，继电器K1、K2断开，空压机结束加压。控制系统示意图见图1。

一般地，每列车配置4台辅助逆变器与两台空压机，供风模块配置2个压力开关。供风模块的2个压力开关给出的信号相或后同时控制K1、K2，使得空压机1和空压机2同时动作。

列车辅助变流器采用并网供电方式，为列车设备提供交流电源。由于所有辅助逆变器并网需要时间，在并网完成前，所能提供给所有设备的电源容量和最大冲击电流有限。这样在列车启动时，由于辅助变流器并网未完成的问题，是无法同时启动2台空压机加压的。但现有的启动与控制系统并没有考虑此项情景，在列车启动时，可能会出现辅助变流器过流保护或损坏故障，从而影响到列车出车运营。

同时，在现有技术方案中，空压机完全由压力传感器硬线控制，没有程序和人员手动控制接口，不能根据列车运行情况和设备维保状态对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制，也不能提供操作接口交由工作人员手动调整。

现有的启动与控制系统中，采用的方案中只有压力传感器的信号作为控制输入，没有冗余备份控制，没有提供列车操作人员或列车控制系统(TCMS)的控制接口，并且两台空压机是根据任一单元压力开关状态来同时控制的，可用性有一定的缺陷。

现有的控制方案控制逻辑比较简单，不能判断与区分列车及其他车载设备的启动与运行状态，不能处理稍复杂的启动和控制逻辑，可靠性、可扩展性与可维护性不能得到完全保证，也无法为以后的列车智能维保等功能提供支持。现有系统存在以下问题：列车启动时，可能出现主风管气压不足导致两台空压机同时启动的情况，此时由于辅助逆变器未完全并网，会导致两台空压机的启动冲击电流过大，超过了当前列车辅助变流器提供的最大冲击电流，从而导致辅助逆变器出现过流保护或损坏的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种城轨车辆及其空压机控制系统、空压机启停控制方法，对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种城轨车辆空压机控制系统，包括设置于主风管与第一空压机、第二空压机连通管道上的第一压力传感器、第二压力传感器；第一空压机、第二空压机分别通过第一继电器的常开触点、第二继电器的常开触点接交流母线；所述第一压力传感器、第二压力传感器均接入TCMS控制网络；所述第一压力传感器的I/O端口、第二压力传感器的I/O端口分别接第四继电器的两个常开触点；第四继电器的两个常开触点分别与第四继电器的第一常闭触点、第二常闭触点并联，两个并联支路分别接入第一继电器的线圈和第二继电器的线圈；第一继电器的线圈、第二继电器的线圈分别接第四继电器的第一常闭触点、第二常闭触点；第四继电器的两个常闭触点均接TCMS控制网络总线；所述第四继电器的线圈接紧急牵引按钮。

本发明将空压机控制系统由硬线控制改由列车控制系统(TCMS)控制，列车上的全部压力传感器信号应当可由TCMS获取，所有辅助逆变器启动状态应当可由TCMS从列车控制网络(MVB)中获取，并且以上两种信号可用于控制逻辑中，列车上两台空压机设备可独立受TCMS控制启停，因此本发明可以实现对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制。此外，本发明考虑TCMS故障硬线与网络控制冗余，增加了车辆可用性。

本发明中，所述第四继电器的两个常开触点分别接第三继电器的常开触点和第五继电器的常开触点；所述第三继电器的常开触点接所述第五继电器的线圈；所述第五继电器的线圈与第一继电器的线圈共地；所述第三继电器的线圈通过电压传感器接交流母线。第五继电器可以是延时继电器，便于控制空压机的延时启停。

所述交流母线接有多个辅助逆变器；所述多个辅助逆变器的网络接口均接TCMS控制网络总线。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种利用上述城轨车辆空压机控制系统控制空压机启停的方法，该方法包括：

S1、若城轨列车至少有一台辅助逆变器成功启动，且总风压力值小于第一设定值，则向其中一台空压机发送启动指令；

S2、判断总风压力值是否低于第二设定值，若是，则当辅助逆变器全部完成启动时，向另外一台空压机发送启动指令；

所述第一设定值大于第二设定值。

本发明可以根据列车运行情况和设备维保状态对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制，实现了空压机的精准启停控制。

本发明中，判断总风压力值低于第二设定值之后，判断辅助逆变器是否全部完成启动之前，还执行如下操作：判断接收启动指令的空压机是否已启动，若未启动，则启动该空压机。

本发明中，若城轨列车至少有一台辅助逆变器成功启动，总风压力值不小于第一设定值，则等待总风压力下降，若总风压力下降到低于第二设定值，则执行步骤S2。

本发明中，当向其中一台空压机发送启动指令，总风压力值不低于第二设定值，或者，启动两台空压机后，还执行如下操作：

判断总风压力值是否大于第一设定值，若是，则等待总风压力下降，若总风压力下降到低于第二设定值，执行步骤S2；否则，判断空压机启动时间是否超过设定时间，若超过设定时间，则TCMS系统发出故障指令，若未超过设定时间，则重新判断总风压力是否大于第一设定值。

本发明中，为了便于提供操作接口交由工作人员手动调整，TCMS系统发出故障指令后，判断是否已启动在后收到启动指令的空压机，若否，则关闭先收到启动指令的空压机，重置空压机的启动时间，并启动另一个空压机；否则，关停空压机。

本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用上述的城轨车辆空压机控制系统。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可以根据列车运行情况和设备维保状态对列车制动系统供风模块的压力和空压机设备进行动态控制，可以有效避免辅助变流器过流保护或损坏故障，提高了列车运营可靠性。

附图说明

图1为当前空压机控制逻辑图；

图2为本发明实施例电路原理图；

图3为本发明实施例空压机启停控制流程图；

图4为本发明实施例紧急牵引控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。

实施例1

本发明实施例将空压机交由TCMS控制单元来实现控制，TCMS控制单元通过TCMS控制网络获取总风压力值、辅助逆变器运行状态等数据，作为运行控制逻辑的输入。同时，列车增加紧急牵引控制电路，确保在列车紧急牵引状态下，空压机能正确动作。

本实施例电路控制逻辑见图2所示。列车正常工作状态下，紧急牵引旋钮不操作，继电器K4不得电，K4的常开触点断开压力传感器IO输出信号，同时K4的常闭触点闭合，由TCMS控制单元的IO信号通过TCMS控制网络控制空压机启停。TCMS控制单元根据辅助逆变器网络接口收到的启动信号、并网完成信号、压力传感器的实际值，输出IO信号控制接触器K1得电，K1得电后，其常开触点闭合，空压机1开启启动。在空压机1启动后延时一段时间(可设置)，TCMS控制单元输出IO信号使得接触器K2得电，K2得电后，常开触点闭合，则空压机2启动，在检测压力传感器压力达到9.0BAR时，则TCMS控制单元关闭所有空压机，输出低电平IO信号。

在车辆故障或紧急牵引状态下，TCMS控制网络或者TCMS控制单元可能处于不可用状态。工作人员通过操作紧急牵引旋钮，使得继电器K4得电，K4的常开触点闭合，将压力传感器IO输出信号接通，同时K4的常闭触点断开将TCMS控制单元的IO输出断开。当列车一台辅助逆变器启动后，辅助逆变器将输出三相交流电压，三相电压接触器K3检测到有三相交流电压后得电，K3常开触点闭合，当压力传感器检测压力低于7.0BAR时，会输出高电平信号。此时接触器K1得电，K1得电后，常开触点闭合，空压机1开始启动，同时延时继电器K5也得电，在延时预设的时间后，可保证其他辅助逆变器完成启动与并网，这时K5常开触点闭合，接触器K2得电，K2得电后，常开触点闭合，则空压机2启动，从而实现在紧急牵引状态下空压机的错峰启动。

实施例2

本实施例提供一种空压机启停控制方法，如图3所示，具体实现过程如下。

列车车辆激活后，司机控制受电弓升起，TCMS控制单元完成启动，实时检测辅助逆变器的启动状态，并监控所有辅助逆变器的启动状态，同时TCMS控制单元实时采集制动系统总风压力值。

当TCMS控制单元监控到至少有1台辅助逆变器成功启动后，且总风压力值＜9.0BAR时，TCMS控制单元则会立即启动1台空压机。如果此时总风压力值＜7.0BAR，则检查辅助逆变器是否已经全部启动完成，并在辅助逆变器全部启动完成后启动第二台空压机。风压过低会影响车辆气制动与紧急制动，为了避免气制动不可用，车辆无法制动风险，当检测到总风压力值＜7.0BAR，同时开启两台空压机可最短时间内打风使风压达到9.0BAR以上，从而保证气制动可正常使用，保障运营安全。为保证辅助逆变器的输出容量与抗冲击电流能力可满足空压机启动和工作工况，在空压机启动时需判断已工作的辅助逆变器的数量。

TCMS控制单元在启动空压机后，实时记录并监测空压机运行时间。如果空压机运行时间超过25分钟(时间可设置)后，总风压力仍无法达到预定值(9.0BAR)，TCMS控制单元则会上报故障，并且检查是否两台空压机以全部开启。如果此时列车只有一台空压机启动，则关闭已启动的空压机，重置此空压机的运行时间，并启动另外1台空压机。根据单台空压机打风量计算，25分钟(时间可设置)持续打风工作，总风压力可达到预定值(9.0BAR)，若超过此时间总风压力值达不到预定值，则可判断空压机故障或气路泄露，因此关闭已开的空压机，开启另一台空压机重复检测总风压力值，此方案一般在运营出车前做检测，可有效避免车辆故障运营导致清客或救援等情况的发生。

当总风压力达到高压设定值(9.0BAR)后，TCMS控制单元关闭所有空压机，并等待总风压力值降到低压设定值(7.0BAR)。总风压力达到高压设定值(9.0BAR)表示已达到最大工作风压，车辆在制动过程中会使总风压力变低，当总风压力值＜6.0BAR，可能会导致在运营过程中气制动不可用，车辆无法制动，因此TCMS在检测到总风压力值降到＜6.0BAR会做牵引封锁，为了避免车辆运营过程中因总风压力低触发牵引封锁，TCMS检测到总风压力值降到低压设定值(7.0BAR)就会同时开启两台空压机打风，使总风压力达到高压设定值(9.0BAR)。

同时TCMS控制器在列车显示器上也设置有空压机启动按钮，在工作人员检修时可根据需求自动选择空压机启动，此时空压机的启停由工作人员在预设的安全总风压力值范围内操作。

本实施例中，如图4所示，紧急牵引控制逻辑如下：

操作紧急牵引旋钮，列车进入紧急牵引状态。此时，继电器K4得电，K4的常开触点闭合，将压力传感器输出信号接通；K4的常闭触点断开将TCMS的IO输出断开。当列车中至少一台辅助逆变器成功启动，输出三相交流电压。

此时，电源上的三相电压接触器K3检测到有效电源信号后得电，K3常开触点闭合，此时如果压力传感器检测压力低于7.0BAR时，会输出高电平IO信号，使得接触器K1得电。

K1得电后，常开触点闭合，则空压机1开始启动，同时延时继电器K5也得电，在延时一段时间后(可设置)后，可保证其他辅助逆变器完成启动与并网，K5常开触点闭合，接触器K2得电，K2得电后，常开触点闭合，则空压机2启动，从而实现错峰启动。

当空压机启动后，压力传感器检测到压力高于9.0BAR时，输出低电平IO信号，使得K1、K2失电，K1、K2常开触点断开，空压机停止工作。

实施例3

本发明实施例3提供一种对应上述实施例1的城轨车辆，该车辆采用实施例1的控制电路。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种城轨车辆空压机控制系统，包括设置于主风管与第一空压机、第二空压机连通管道上的第一压力传感器、第二压力传感器；第一空压机、第二空压机分别通过第一继电器的常开触点、第二继电器的常开触点接交流母线；其特征在于，所述第一压力传感器、第二压力传感器均接入TCMS控制网络；所述第一压力传感器的I/O端口、第二压力传感器的I/O端口分别接第四继电器的两个常开触点；第四继电器的两个常开触点分别与第四继电器的第一常闭触点、第二常闭触点并联，两个并联支路分别接入第一继电器的线圈和第二继电器的线圈；第一继电器的线圈、第二继电器的线圈分别接第四继电器的第一常闭触点、第二常闭触点；第四继电器的两个常闭触点均接TCMS控制网络总线；所述第四继电器的线圈接紧急牵引按钮。

2.根据权利要求1所述的城轨车辆空压机控制系统，其特征在于，所述第四继电器的两个常开触点分别接第三继电器的常开触点和第五继电器的常开触点；所述第三继电器的常开触点接所述第五继电器的线圈；所述第五继电器的线圈与第一继电器的线圈共地；所述第三继电器的线圈通过电压传感器接交流母线。

3.根据权利要求1所述的城轨车辆空压机控制系统，其特征在于，所述交流母线接有多个辅助逆变器；所述多个辅助逆变器的网络接口均接TCMS控制网络总线。

4.一种利用权利要求1～3之一所述城轨车辆空压机控制系统控制空压机启停的方法，其特征在于，该方法包括：

S1、若城轨列车至少有一台辅助逆变器成功启动，且总风压力值小于第一设定值，则向其中一台空压机发送启动指令；

S2、判断总风压力值是否低于第二设定值，若是，则当辅助逆变器全部完成启动时，向另外一台空压机发送启动指令；

所述第一设定值大于第二设定值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断总风压力值低于第二设定值之后，判断辅助逆变器是否全部完成启动之前，还执行如下操作：判断接收启动指令的空压机是否已启动，若未启动，则启动该空压机。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若城轨列车至少有一台辅助逆变器成功启动，总风压力值不小于第一设定值，则等待总风压力下降，若总风压力下降到低于第二设定值，则执行步骤S2。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当向其中一台空压机发送启动指令，总风压力值不低于第二设定值，或者，启动两台空压机后，还执行如下操作：判断总风压力值是否大于第一设定值，若是，则等待总风压力下降，若总风压力下降到低于第二设定值，执行步骤S2；否则，判断空压机启动时间是否超过设定时间，若超过设定时间，则TCMS系统发出故障指令，若未超过设定时间，则重新判断总风压力是否大于第一设定值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，TCMS系统发出故障指令后，判断是否已启动在后收到启动指令的空压机，若否，则关闭先收到启动指令的空压机，重置空压机的启动时间，并启动另一个空压机；否则，关停空压机。

9.根据权利要求4～8之一所述的方法，其特征在于，TCMS系统向列车显示器发送显示信息。

10.一种城轨车辆，其特征在于，其采用权利要求1～3之一所述的城轨车辆空压机控制系统。