CN1569509A - 电力机车车载自动过分相系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车车载自动过分相系统，旨在提供一种不仅能精确、可靠地判断机车在分相点前的位置，而且能够合理控制降电流和升电流的速率，使机车安全、平稳地自动过分相。本发明包括定位系统、主控系统、显示系统，主控制器程序和定位系统程序。定位系统由射频识别系统(RFID)和GPS卫星定位系统组成，定位系统程序包括射频识别系统程序和GPS卫星定位系统程序。定位系统和显示系统通过电缆分别和主控系统相连接。所述射频识别系统由识别器和射频卡组成。主控系统包括电源、主控制器以及外围信号电路，该外围信号电路和主控制器连接。所述的显示系统包括数码管、LED显示、主控单片机及外围硬件电路。

Description

电力机车车载自动过分相系统

技术领域

本发明涉及一种电力机车过分相控制装置，尤其涉及一种电力机车车载自动过分相系统的控制装置。

背景技术

在电气化牵引区段，牵引供电网采用单相工频交流电供电方式。为了使电力系统三相平衡和提高电网的利用率，电气化铁路的供电接触网采用分段换相供电，在换相点有一段绝缘物将两相接触网电气分隔，此处称为分相区。为了避免拖带电弧损坏供电设备，电力机车通过分相区时必须断电惰行。传统的电力机车过分相方法是机车司机按照线路上设置的断合标志通过手动操作来分合机车电源主断路器主断，这种手动操作通过分相区的主要问题是：在准高速、高速线路上，机车每小时要通过十多个分相区，频繁通过分相区时，手动操作很难把握最佳的分主断时刻，也无法控制最佳的降电流和升电流速率，因而造成较多的机车速度损失和较大的机车冲动。这不仅影响旅客乘车的舒适度，也会缩短机车设备的使用寿命。同时司机操作稍有疏忽就会带电过分相，造成拉电弧烧分相绝缘器，直接危机设备及行车安全。

目前世界上采用自动过分相装置，其技术方案基本上有三种：1、以日本为代表的地面开关自动切换方案。2、以瑞士AF公司为代表的柱上开关自动断电方案。这两种方案的缺点是：真空负荷开关带负荷分断，有较大的电流冲击，设备投资巨大。3、以法国、德国、英国和西班牙为代表的车载自动控制断电方案。该方案优点是(1)投资较少，(2)主断路器只分断辅机的小电流，因而对主断路器电寿命影响不大，(3)可适应低速、高速、准高速的要求，(4)可以适应多弓的列车。该方案的缺点是：机车上有一段时间是断电的，如果断电时间过长则会造成较大的机车速度损失，如果降电流和升电流过快则会产生电流冲击和列车冲动。

中国专利公告号CN1482022，公告日2004年3月17日，名称是电力机车的自动过分相控制方法及其装置公开了一种电力机车的自动过分相控制方法及其装置，只需利用车载设备，即能模拟司机操作，可靠地完成自动过分相过程并实现优化控制。本发明方法包括以下步骤：根据机车当前位置、速度及手柄级位，结合下一断电标，判断机车是否进入自动过分相的有效操作距离，若是，由自动过分相装置获取级位控制权，将级位降到零；然后在到达断电标之前断开主断路器；在机车通过合电标后，闭合主断路器，延时一段时间再将机车级位恢复到当前手柄级位，然后将级位控制权交还给操纵手柄。本发明装置包括主控制器以及与主控制器连接的级位控制模块、通讯接口、主断路器控制模块及显示盒。本装置还可以与机车智能电表配合，实现电量的分时分段计量。虽然此发明利用TAX箱公里标机车可以自动过分相能模拟司机操作，提高了自动化过程，但是存在以下缺点：1、公里标计程的产生是靠人工校正和车速累加得来的，人工校正存在误操作的问题；而车速是靠在输入轮径的基础上对脉冲的计数产生的。轮径的初值送入亦是靠人工，有时会产生较大的误差；2、雨雪季节不可避免的会有轮子打滑的现象，即使人工能准确地输入轮径值，也不可避免的造成较大的误差；3、TAX箱的公里标经过脉冲传感器、运计、TAX箱等多个环节，任意一个环节的故障都会导致公里标信号的故障，公里标信号的故障无监督机制，很有可能在过分相前不被发现；4、无降电流和升电流速率控制机制，不可避免的会造成列车的冲动，尤其是特快列车，这种现象是不允许的；5机车只能在特定的线路上运行，若改变线路必须由专业技术人员重新采点、造表，送入计算机，操作十分麻烦，不利于大面积推广和机车的调动。

另外，我国还有一种基于地埋磁铁的自动过分相系统，此方案的定位识别单纯依赖枕木上加装磁铁，其缺点是：车载传感器电流随车速降低而逐渐减弱，要达到一定的判断阀值，传感器必须具有较高的灵敏度，而灵敏度过高又会在高速运行下对散落在路基或枕木上的一般磁性体的误识别，使过分相定位的可靠性降低；埋在枕木中的磁铁由于磁性较强，极易将散落在附近的磁性体或铁性物质吸附上，改变磁场分布，大大降低了磁感应电流传感器识别的可靠性；因地面感应磁铁丢失或失效等其他原因造成漏检容易发生带电过分相等行车事故；为不使磁铁丢失而将磁铁铸在枕木中，牵扯的部门多，施工、维护难度大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电力机车车载自动过分相系统控制装置，不仅能精确、可靠地判断机车在分相点前的位置，而且能够合理控制降电流和升电流的速率，使机车安全、平稳地自动过分相。

采用下述技术方案即可实现上述目的：

本发明包括定位系统、主控系统、显示系统，主控制器程序和定位系统程序。所述的定位系统和显示系统通过电缆分别和主控系统相连接，所述的定位系统由射频识别系统(RFID)和GPS卫星定位系统组成。定位系统程序包括射频识别系统(RFID)程序和GPS卫星定位系统程序。

所述的射频识别系统(RFID)由识别器和射频卡组成，射频卡固定连接在铁路电力接触网的承力索上，它是一个无源ID号无线发射电路，该射频卡接收识别器发送的电波信号，经过整流后作为射频卡的电源并启动射频卡发射电路，将ID号发送给识别器，所述的识别器连接在电力机车顶部，识别器收到这个ID号后传送给主控系统，作为一个带编号的定位信号。所述识别器包括识别器程序，并且识别器通过光电耦合电路和主控制器连接。

所述的主控系统包括电源、主控制器以及外围信号电路，该外围信号电路和主控制器连接，所说的外围信号电路主要包括信号处理电路、分闸控制电路、合闸控制电路、手轮控制电路，信号接口电路，其中信号处理电路包括输入信号处理电路和输出信号处理电路，输入信号处理电路包括四路电枢电流采集电路、反馈信号检测电路、网压检测电路、辅压检测电路和识别器信号电路，输出信号处理电路包括强制封锁信号电路及报警显示信号电路。

所述四路电枢电流采集电路包括四路电机电枢电流接口电路、光电耦合电路、采样信号处理电路，四路电机电枢电流接口电路通过光电耦合电路和采样信号处理电路连接后与主控制器连接，而主控制器通过接口电路检测电机电流传感器输出的电枢电流信号，依据采样到的电枢电流信号控制机车手轮上的电压输出，从而控制电枢电流及其变化率。

所述网压检测电路包括网压信号处理电路和双向光耦合电路，网压信号处理电路和双通过光耦合电路与主控制器连接，而主控制器依据检测到的网压状态判断能否进入自动合闸。

所述的辅压检测电路通过光电耦合电路和主控制器连接，该辅压检测电路反映主变压器是否工作的辅助电压信号是从机车导线取得的电压信号。

所述反馈信号检测电路通过光电耦合隔离电路和主控制器连接，而主控制器依据检测到的反馈信号判断合闸或者分闸是否成功。

所述的分闸控制电路通过分闸信号输出接口和分闸控制机构相连接后与主控制器连接，它是由主控制器发出分闸命令，该命令控制分闸控制回路，利用此回路来控制机车上的分闸执行机构，执行分闸动作。

所述的合闸控制电路通过合闸信号输出接口和合闸控制机构相连接后与主控制器连接，由主控制器发出合闸命令，该命令控制合闸控制回路，利用此回路来控制机车上的合闸执行机构，执行合闸动作。

所述的报警信号输出电路通过报警输出信号接口和光电耦合电路与主控制器连接。

所述的手轮控制电路包括手轮控制信号输出电路和手轮自动控制信号处理电路，通过光电耦合电路和主控制器连接。

所述的显示系统主要由数码管、LED显示、主控单片机及外围硬件电路组成。

所述的定位系统还可以是GPS卫星定位系统，由微处理器、天线和GPS接收机组成，它和主控制器相连接。

所述的主控制器通过485接口和光电耦合电路和TAX箱连接。

所述的射频识别系统(RFID)程序包括处理射频识别系统(RFID)系统通过端口传送过来的信息；通过串行口与GPS机车定位系统进行通讯；正确发送自动过分相过程中各种控制指令；包括响应手/自动切换控制指令；实时监测GPS机车定位系统和射频识别系统(RFID)系统的故障。

所述的GPS卫星定位系统包括主控制模块、GPS数据接收模块、线路数据全搜索模块、行进方向确定模块、中断处理模块。

所述的识别器程序包括以识别器识到的识别卡信息为依据，发出不同控制指令，从而使得端口电平组合和卡位信息相对应，还可以提供识别器正常工作的信号。

本发明有益效果是：自动化性能高，安全性、可靠性强，能精确、可靠地判断机车在分相点前的位置，而且能够合理控制降电流和升电流的速率，使机车安全、平稳地自动过分相。摆脱了电力机车传统过分相区的方式，可以不用TAX箱、公里标检测电力机车在分相区的位置，减少了设备，使机车车载自动过分相系统更加科学化，精确化，合理化，更符合我国铁路高速电气化发展的需要。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的系统位置示意图；

图3是本发明自动过分相过程示意图；

图4是本发明识别器识别射频卡范围示意图；

图5是本发明主控系统结构示意图；

图6是本发明主控制器程序总体方框图；

图7是本发明识别信息组合表；

图8是本发明GPS卫星定位系统主控制模块程序流程图。

具体实施例

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

本发明机车车载自动过分相系统结构如图1所示，本发明包括定位系统、主控系统、显示系统，还包括主控制程序和定位系统程序。所述的定位系统和显示系统通过电缆分别和主控系统相连接，所述的定位系统由射频识别系统(RFID)和GPS卫星定位系统组成。定位系统程序包括射频识别系统(RFID)程序和GPS卫星定位系统程序。

在图1、图4中，所述的定位系统包括射频识别系统(RFID)，它由识别器和射频卡组成。所述的识别器连接在电力机车顶部，识别器读卡范围是长轴长为6米，短轴长3.5米，夹角为70°的瓣状球形的信号场。所述的射频卡固定连接在铁路电力接触网的承力索上，它是一个无源ID号无线发射电路，当射频卡处在识别器发出的信号场内时，射频卡接收识别器发送的电波信号，经过整流后作为射频卡的电源并启动射频卡发射电路，将ID号发送给识别器，识别器收到这个ID号后转送给主控系统，作为一个带编号的定位信号。所述识别器包括识别器程序，并且识别器通过光电耦合电路和主控制器连接。

本发明的GPS卫星定位系统，由微处理器、天线和GPS接收机组成，它和主控制器相连接。主要实现如下功能：开机自检；实时接收GPS定位信息；实时搜索线路信息；自动判断机车行驶线路；自动判断机车行驶方向；自动发送卡位信息和主控制器进行通信，向其发送机车运行信息和行驶速度，并根据接收到的速度调整信息调整轮径参数；保存主控制器发来的故障信息；实时检测车速脉冲；断电自动保存线路数据及速度数据；故障报警及记录等。GPS定位系统主要用于识别器和车速传感器的工作情况，完成机车上下行及线路的自动识别。

参看图2，射频识别卡是用于机车位置识别的关键设备，用紧固螺栓固定在铁路沿线的接触网承力索上，识别器固定在机车大顶上。主控系统、GPS卫星定位系统、显示系统安装在机车上。本发明的两种定位系统以射频识别系统(RFID)为主，GPS卫星定位系统起辅助、监督作用。为了提高定位的可靠性，每个过分相段采用1个GPS辅助定位点和2个射频识别定位点相结合的方式。

参看图3，为了定位系统的可靠性，每个过分相段采用1个GPS辅助定位点和2个射频识别系统(RFID)定位点相结合的方式，电力机车过分相区的定位过程如下：

1、射频识别系统(RFID)和GPS卫星定位系统均为正常情况：

(1)机车到“GPS定位点”，系统开始GPS定位计程。若在“GPS分闸计程”前，读到1#卡，则终止GPS计程，开始1#卡分闸计程；

(2)“1#卡分闸计程”和“GPS分闸计程”结束前读到2#卡时，则立即终止GPS或1#卡的分闸计程，而开始2#卡的57米(对于180公里/小时的时速)分闸计程；

(3)2#卡的57米的分闸计程结束后，立即进入1.2秒的分闸过程：分闸过程的开始点随车速不同而不同，时速为30公里/小时的时速较180公里/小时的时速要迟165米。

2、GPS定位故障，射频识别系统(RFID)正常的情况

(1)读到1#卡时，开始1#卡分闸计程，并发出GPS故障报警；

(2)读到2#卡时，停止1#卡分闸计程，开始2#卡分闸计程；

(3)若在2个卡只读到其中1个卡，则只启动这个卡的分闸计程，

分闸计程结束依然能进入分闸过程。

3、GPS定位系统正常，射频识别系统(RFID)故障

(1)当机车到达“GPS定位点”时，开始GPS定位计程，在计程到“GPS分闸计程”，未读到1#卡，开始GPS分闸计程，发出1#卡故障报警；

(2)在GPS分闸计程结束前仍未读到2#卡，则计程结束后直接进入分闸过程。

参看图5，所述的主控系统包括电源、主控制器以及外围信号电路，该外围信号电路和主控制器连接，所说的外围信号电路主要包括信号处理电路、分闸控制电路、合闸控制电路、手轮控制电路，信号接口电路，其中信号处理电路包括输入信号处理电路和输出信号处理电路，输入信号处理电路包括四路电枢电流采集电路、反馈信号检测电路、网压检测电路、辅压检测电路和识别器信号电路，输出信号处理电路包括强制封锁信号电路及报警显示信号电路。所述的显示系统主要由数码管、LED显示、主控单片机及外围硬件电路组成，用来显示各种工作状态、故障信息等内容。

主控系统的输入信号处理电路包括：

1、四路电枢电流信号，所述四路电枢电流信号包括四路电机电枢电流接口电路、光电耦合电路、采样信号处理电路，四路电机电枢电流接口电路通过光电耦合电路和采样信号处理电路连接后与主控制器连接，而主控制器通过接口电路检测电机电流传感器输出的电枢电流信号，依据采样到的电枢电流信号控制机车手轮上的电压输出，从而控制电枢电流及其变化率.

机车上装有4个电流传感器，电枢电流可以从仪表显示电路输入端采样，控制器通过接口电路能检测到电机电流传感输出的电流信号。在整个降流或升流过程中，主控制器依据采样到的电枢电流信号控制机车手轮上的电压输出，从而控制电枢电流及其变化率。

2、辅压信号检测，所述的辅压检测电路通过光电耦合电路和主控制器连接，主要反映变压器是否工作的辅助电压信号是从机车信号导线取得5VAC电压信号。主断路器正常断开后，其输出电压为0V，分闸过程检测到此信号，判断分闸过程是否正常。

3、网压信号包括网压信号处理电路和双向光耦合电路，网压信号处理电路通过双向光耦合电路与主控制器连接，而主控制器依据检测到的网压状态判断能否进入自动合闸。

一般电力机车装有1个1TV的高压电压互感器，网侧高压经过高压电压互感器1TV变换为100V电压，然后经过3T变换为5V电压，可以从导线上取得此5VAC电压信号。正常情况下机车进入分相绝缘段前有网压信号，在分相绝缘段，网压信号为0V或接近0V，通过分相绝缘段后网压信号恢复。主控制器依据检测到的网压状态判断能否进入自动合闸。

主控系统的数字信号包括：

1识别信号，主要输出为四位数字信号，根据信号的状态，主控系统判断其是否识别相应的射频卡，从而执行相应的动作。它的输入端和射频识别技术(RFID)连接，输出端和主控制器连接。

2、反馈信号检测，所述反馈信号检测电路通过光电耦合隔离电路和主控制器连接，主控制器依据检测到的反馈信号判断合闸或者分闸是否成功。

当30KA接触器反馈信号是分闸反馈信号的时候，控制器发出分闸命令后，分闸执行机构向机车30KA线包送电。正常情况下30KA继电器的常闭触点应由闭合状态变换到断开状态，据此判断控制器可以判断分闸是否成功。

当30KA接触器反馈信号是合闸反馈信号的时候，控制器发出合闸命令后，合闸执行机构向机车34KA线包送电。正常情况下34KA继电器的常闭触点应由闭合状态变换到断开状态，据此判断控制器可以判断合闸是否成功。

当25KA接触器反馈信号是升流允许信号，当主断闭合，四台电机都已供电且风压上升到一定值时25KA吸合，然后则允许升电流。

手/自动判断信号：通过检测及车上过分相开关的状态(正常位---自动过分相状态，故障为---手动过分相状态)可以知道机车是出于自动过分相还是手动过相。

3、分闸控制，所述的分闸控制电路通过分闸信号输出接口和分闸控制机构相连接后与主控制器连接，主控制器发出分闸命令，该命令控制分闸控制回路，利用此回路来控制机车上的分闸执行机构，执行分闸动作。

4、合闸控制，所述的合闸控制电路通过合闸信号输出接口和合闸控制机构相连接后与主控制器连接，合闸控制过程和分闸控制过程基本相同，自动过分相合闸命令同样有主控制器发出，该命令控制合闸控制回路，利用此回路来控制机车上的和合闸执行机构，执行合闸动作。

所述的手轮控制电路包括手轮控制信号输出电路和手轮自动控制信号处理电路，通过光电耦合电路和主控制器连接；

手轮控制(以I端为例)

司机手轮控制输出的是机车速度的给定信号，由手轮电位器95R提供，线号分别为700、701、701，导线701是DC/+15V电源，导线700是地线，导线702是速度给定信号。手轮控制时，在机车过分相前，需要将手轮回零，过分相后，再逐步提升手轮。根据这一情况，我们将一电流控制装置串接在导线701上。将过分相开关的一对常开触点与电流控制装置并联，当过分相开关掷于手动过分相时，电流控制装置短路，不起作用。在机车自动过分相前，电流控制装置允许通过的电流是导线701上原来的电流值。过分相时，住控制器根据电枢电流的变化将允许通过95R的电流逐步降低到0mA，从而使手轮电位器的输出的电压逐步降低到0V。过分相后，主控制器根据电枢电流的变化将允许通过95R的电流逐步恢复到原址，从而也是首轮电位器的输出的电压逐步恢复到原值。在自动过分相时，司机不用将手轮回零。II端的手轮控制和I段完全相同。

所述的报警信号输出电路通过报警输出信号接口和光电耦合电路与主控制器连接。

所述的显示系统主要由数码管、LED显示、主控单片机及外围硬件电路组成。

所述的主控制器通过485接口和光电耦合电路和TAX箱连接。

参看图6，本发明系统程序包括主控制器程序、射频识别系统(RFID)无线识别系统程序和GPS机车定位系统程序。

主控制器程序包括：处理射频识别系统(RFID)系统通过端口传送过来的信息；通过串行口与GPS机车定位系统进行通讯；正确发送自动过分相过程中各种控制指令；包括响应手/自动切换控制指令；实时监测GPS机车定位系统和射频识别系统(RFID)系统的故障。

本发明的主控制器包括以下步骤：

(一)：电力机车车载自动过分相系统开始运行；

(二)：车载自动过分相系统进行初始化，所述的初始化包括系统内存单元初始化、看门狗初始化、A/D转换初始化、D/A转换初始化、串行口初始化；

(三)系统开始自检，所述的自检包括开机自检和系统运行过程中的自检，开机自检包括主控系统通过接口电路检测输入的反馈信号、网压、辅压信号和采集到的电枢电流信号，以次来判断控制器对外主要接线是否正常；

(四)系统开始自检程序正常进入手自动判断程序，如果开始自检程序不正常进入合主断控制程序；

(五)手自动判断程序如果正常进入卡号信息及定位信息处理程序，如果手自动判断程序不正常由手动进入合主断控制程序；

(六)机车行进过程中的自检，主要是自动确定机车行驶方向和自动发送卡位信息；

(七)机车行进过程中的自检正常进入主控制器判断是否应该分主断程序，如果主控制器判断不应该分主断，那么进入合主断控制程序；如果主控制器判断应该分主断，进入分主断控制程序；

(八)分主断控制程序正常，主控制器判断是否进入主断控制程序，如果不能进入主断控制程序返回到分主断控制程序；

(九)主断控制程序正常进入合主断控制程序。

主控制器功能模块包括：

1、初始化模块，其主要由以下几部分组成：

系统内存单元初始化；

看门狗初始化；

A/D转换初始化；

D/A转换初始化；

串行口初始化；

2、自检模块

主控系统的自检包括开机自检和系统运行过程中的自检。开机时主控系统检测30KA、34KA、25KA继电器的常闭触点通过接口输入的反馈信号、网压、辅压信号和采集到的电枢电流信号，以此来判断控制器对外主要接线是否正常。若发现故障则报警提示工作人员及时排除故障。在系统运行过程中实时检测外部信号，以达到实时监督系统外围设备的运行情况，一旦发现故障，系统立即报警并记录故障信息

3、网压、辅助电压、卡号信息检测模块

通过硬件处理后的网压信号、辅助电压信号、卡号信息都已转换成计算机易处理的高低电平信号并输入到控制器。但由于控制系统工作环境恶劣并存在严重的电磁干扰，因此在软件处理方面还加强了抗干扰措施。

4、卡号及定位信息处理子程序

所述的卡号信息及定位信息处理程序根据GPS卫星定位系统接收到的定位信息、正反向信息、速度信息及射频识别系统(RFID)识别到的射频卡信息判断降流开始时刻，从而避免断电过早机车速度损失过大，或断电过晚机车带电进入无电区造成设备损坏等故障；

主控程序根据从GPS卫星定位系统接收到的定位信息、正反向信息、速度信息及射频识别系统(RFID)识别到的射频卡信息能准确、可靠的判断降流开始时刻，从而避免断电过早机车速度损失过大，或断电过晚机车带电进入无电区造成设备损坏等故障。机车正向运行时，控制系统识别到的信息共有7种组合，参看图7。

为了使不同车速的机车能够在断电时间最短的情况下通过分相区，控制程序设计原则如下：

由于2#卡离分相区最近，1#卡次之，考虑到定位精度，系统采用定位信息的有先权依次为2#卡，1#卡和GPS。对于识别信息组合1、3、5、7、则以2#卡信息进行计程；对于识别信息组合2、6以1#卡信息进行计程；对于识别信息组合4则以GPS信息进行计程。

若车速在30-260KM/H范围内则分闸过程开始位置在分相区前60-250M。当车速为30KM/H，则分闸完成后机车距分相区距离为53M；当车速为180KM/H，则分闸完成后机车距分相区距离为205M。

机车正向运行时，射频识别系统(RFID)识别到的3#、4#卡信息不参与分闸过程控制。

机车反向行驶时程序设计思路与正向完全一致，其中3#卡位信息和1#卡位信息对应，4#卡信息与2#卡信息对应。

5、分闸控制模块包括：

自动分闸过程：去封锁信号：封锁信号电路确保过分相过程结束后手轮自动控制部分电路无效。当分闸过程开始，必须先去除封锁信号才能使手轮自动控制部分电路有效，即允许降流。

分级降流。

执行分闸动作。

撤销分闸控制信号：当30KA继电器正常动作后且检测到辅压为0时撤销分闸控制信号。

6、合闸控制模块包括：

自动合闸过程：

当检测到网压从无到有的上升沿后，主控制器发出合闸信号。

当系统接收到机车34KA继电器动作信号后撤销合闸控制信号。

在机车25KA继电器动作后开始分级升流。

升流结束，加封锁信号。

7、状态信息显示处理模块包括：

过分相过程状态指示：

通过软件编程使状态指示灯的状态随系统运行状态变化而变化，从而使司机能及时判断出系统所处的状态。系统上电时状态指示灯亮，初始化完毕该指示灯灭；主控系统与GPS定位系统开始通讯时，状态指示灯闪烁。在机车行进过程中，GPS定位系统成功向主控系统发送定位信息或射频识别系统(RFID)识别系统识别到卡信号时该指示灯开始常亮，直至整个过分相过程结束时指示灯灭。

分闸过程指示

分闸过程开始时，分闸过程指示灯亮，分闸过程结束后，该指示灯灭。

合闸过程指示

合闸过程开始时，合闸过程指示灯亮，合闸过程结束后，该指示灯灭。

手轮指示过程

分闸过程中的降流过程开始，手轮指示灯逐渐变暗，降流过程结束后指示灯灭；合闸过程中的升流过程开始，手轮指示灯逐渐变亮，升流过程结束后指示灯常亮。

8、故障报警处理模块：

主控系统通过程序处理实现故障分类报警和分类记录功能。用指示灯指示的报警信号可分为如下类别：

识别器故障

CPU故障

GPS未定位

读卡信号丢失或卡失效

CPU运行温度超过指定范围

发出分闸信号后30KA拒动

A/D转换模块出错

辅压未及时断开

过八跨时未检测到网压上升沿

发出合闸信号后34KA拒动

合主断后25KA未动作

机车所处位置不在自动过分相区域内

测量车速的脉冲电路故障

开机及运行过程中自检故障

9、通讯模块

主控制器通过串行口与GPS定位系统每1秒通讯一次，主控制器向GPS定位系统定时发送速度校正信息及记录的故障信息，并接收来自定位系统的速度信息、定位信息。通过通讯不仅进行信息交换而且还相互监督对方CPU是否有故障。

识别器软件程序总体功能：

以识别器识到的识别卡信息为依据，发出不同控制指令，从而使得端口电平组合和卡位信息相对应。另外，可以提供识别器正常工作的信号。

参看图8，GPS机车定位系统软件按功能分为5个模块，包括主控制模块，GPS数据接收模块，线路数据全搜索模块，行进方向确定模块，中断处理模块；

1、主控制模块，系统开机首先进行初始化工作，初始化包括单片机初始化和GPS接收机的初始化两部分。

紧接着系统读出机车上次运行的速度数据和线路方向信息并判断机车轮径值是否在正常值范围内，如果超出此范围，系统立即启动报警。

系统首先检测是和PC机通信还是和GPS通信，如果和PC机通信则执行PC机通信程序，即从闪存中读出上次行驶过程中记录的错误信息或向闪存中写入线路等信息。如果和GPS通信，系统会顺序调用其他模块实现相应的功能，共同完成GPS电力机车自动定位。

2、GPS数据接收模块，该模块将GPS接收机接收到的二进制原始数据转换成经纬度信息和速度信息，并判断经纬度信息和速度值是否在设定的范围内，如果超出范围则认为接收错误重新接收。

3、线路数据全搜索模块，该模块实现了自动确定机车行驶线路的功能。具体实现如下：为了确定机车在那条铁路线及其行进方向，刚开机系统根据上次断电时所保存的线路数据信息，查询电子地图中的线路表，并把当前时刻GPS的经纬度定位信息和从闪存中取出的分点的经纬度信息进行比较计算确定机车本次运行线路和正反向信息。

4、行进方向确定模块，它的功能是自动确定机车行驶方向和自动发送卡位信息。

5、中断处理模块，中断处理模块由外部中断，串行通信和定时器三个中断服务程序组成。系统根据主控制器发送过来的速度调整信息对轮径参数进行相应的修正，从而实现对车速的实时修整。

系统对运行过程当中出现的各种故障都能及时报警，并将整套自动过分相系统所出现的故障全部记录下来。故障信息由主控制器以故障码的形式发送，存储到闪存中，便于查询。

Claims (6)

1、一种电力机车车载自动过分相系统，其特征是：包括定位系统、主控系统、显示系统，主控制器程序和定位系统程序，所述的定位系统和显示系统通过电缆分别和主控系统相连接，所述定位系统由射频识别系统(RFID)和GPS卫星定位系统组成，所述定位系统程序包括射频识别系统(RFID)程序和GPS卫星定位系统程序；

所述射频识别系统(RFID)由识别器和射频卡组成，射频卡固定连接在铁路电力接触网的承力索上，它是一个无源ID号无线发射电路，该射频卡接收识别器发送的电波信号，经过整流后作为射频卡的电源并启动射频卡发射电路，将ID号发送给识别器，所述的识别器连接在电力机车顶部，识别器收到这个ID号后传送给主控系统，作为一个带编号的定位信号，所述识别器包括识别器程序，并且识别器通过光电耦合电路和主控制器连接；

所述的主控系统包括电源、主控制器以及外围信号电路，该外围信号电路和主控制器连接，所说的外围信号电路主要包括信号处理电路、分闸控制电路、合闸控制电路、手轮控制电路，信号接口电路，其中信号处理电路包括输入信号处理电路和输出信号处理电路，输入信号处理电路包括四路电枢电流采集电路、反馈信号检测电路、网压检测电路、辅压检测电路和识别器信号电路，输出信号处理电路包括强制封锁信号电路及报警显示信号电路；

所述四路电枢电流采集电路包括四路电机电枢电流接口电路、光电耦合电路、采样信号处理电路，四路电机电枢电流接口电路通过光电耦合电路和采样信号处理电路连接后与主控制器连接，而主控制器通过接口电路检测电机电流传感器输出的电枢电流信号，依据采样到的电枢电流信号控制机车手轮上的电压输出，从而控制电枢电流及其变化率；

所述网压检测电路包括网压信号处理电路和双向光耦合电路，网压信号处理电路通过双向光耦合电路与主控制器连接，而主控制器依据检测到的网压状态判断能否进入自动合闸；

所述的辅压检测电路通过光电耦合电路和主控制器连接，该辅压检测电路反映主变压器是否工作的辅助电压信号是从机车导线取得的电压信号；

所述反馈信号检测电路通过光电耦合隔离电路和主控制器连接，而主控制器依据检测到的反馈信号判断合闸或者分闸是否成功；

所述的分闸控制电路通过分闸信号输出接口和分闸控制机构相连接后与主控制器连接，它是由主控制器发出分闸命令，该命令控制分闸控制回路，利用此回路来控制机车上的分闸执行机构，执行分闸动作；

所述的合闸控制电路通过合闸信号输出接口和合闸控制机构相连接后与主控制器连接，由主控制器发出合闸命令，该命令控制合闸控制回路，利用此回路来控制机车上的合闸执行机构，执行合闸动作；

所述的报警信号输出电路通过报警输出信号接口和光电耦合电路与主控制器连接；

所述的手轮控制电路包括手轮控制信号输出电路和手轮自动控制信号处理电路，通过光电耦合电路和主控制器连接；

所述的显示系统包括数码管、LED显示、主控单片机及外围硬件电路。

2、根据权利要求1所述的电力机车车载过分相系统，其特征是：所述的GPS卫星定位系统，由微处理器、天线和GPS接收机组成，它通过光电耦合电路和主控制器相连接。

3、根据权利要求1所述的电力机车车载过分相系统，其特征是：所述的主控制器通过485接口和光电耦合电路与TAX箱连接。

4、根据权利要求1所述的电力机车车载过分相系统，其特征是：所述的射频识别系统(RFID)程序包括处理射频识别系统(RFID)系统通过端口传送过来的信息；通过串行口与GPS机车定位系统进行通讯；正确发送自动过分相过程中各种控制指令；包括响应手/自动切换控制指令；实时监测GPS机车定位系统和射频识别系统(RFID)系统的故障。

5、根据权利要求1所述的电力机车车载过分相系统，其特征是：所述的GPS卫星定位系统程序包括主控制模块、GPS数据接收模块、线路数据全搜索模块、行进方向确定模块、中断处理模块。

6、根据权利要求1所述的电力机车车载过分相系统，其特征是：所述的识别器程序包括以识别器识到的识别卡信息为依据，发出不同控制指令，从而使得端口电平组合和卡位信息相对应，还可以提供识别器正常工作的信号。

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