CN2251516Y

CN2251516Y - 地铁动车组自动防滑装置

Info

Publication number: CN2251516Y
Application number: CN 96218638
Authority: CN
Inventors: 张跃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2006-08-12

Abstract

本实用新型涉及一种适于在地铁列车上使用的自动防滑控制装置，包括速度检测装置、中央控制单元和闸缸压力控制阀。中央控制单元主要包括微处理器、存贮器、并行输入输出口、车轮速度信号输入电路、预定值输入电路、控制信号输出电路、转换控制信号输出电路、模拟输入脉冲电路、输出信号检测电路、驱动电路的电源控制电路。中央控制单元对检测的轮轴速度信号进行处理，输出控制信号驱动闸缸压力控制阀，实现制动力缓解、防滑。

Description

地铁动车组自动防滑装置

本实用新型涉及一种控制装置，更确切地说是涉及一种适于在列车上使用的自动防滑控制装置。

快速轨道列车特别是地铁列车在行驶中的制动是很频繁的，列车的制动与轮轨间的粘着密切相关。正常的制动工况是制动力不大于轮轨粘着力，此时轮对不会发生抱死现象而是滚动着减速直至停车。但当轨道上有油或其他液体或制动操作不当而列车又未安装防滑装置时，轮轨间粘着力降低，会引起列车制动力大于轮轨粘着力而发生抱死轮对并沿轨道继续滑行的状况，继而引起擦伤轮对踏面事故。

本实用新型的目的是设计一种地铁动车组自动防滑装置，可有效防止列车在制动过程中因制动力过大而引起的车轮抱死、产生滑动所造成的车轮踏面擦伤问题，同时能有效地利用轮轨粘着，确保安全的制动距离。

本实用新型的地铁动车组自动防滑装置，包括顺序连接的速度检测装置、中央控制单元和闸缸压力控制阀，中央控制单元包括总线及与总线连接的微处理器CPU、数据存贮器和程序存贮器，其特征在于：

所述的中央控制单元还包括车轮速度信号输入电路、预定值输入电路、控制信号输出电路、转换控制信号输出电路、模拟输入脉冲电路、输出信号检测电路、驱动电路的电源控制电路、并行输入口和并行输出口；所述的车轮速度信号输入电路的输入端连接所述的速度检测装置输出端，车轮速度信号输入电路的输出端连接总线；所述并行输入口的输出端及并行输出口的输入端连接总线；所述转换控制信号输出电路的输入端接并行输出口输出端，转换控制信号输出电路的输出端接车轮速度信号输入电路；所述模拟输入脉冲电路的输入端接并行输出口的输出端，模拟输入脉冲电路的输出端接车轮速度信号输入电路；所述预定值输入电路的输出端接并行输入口的输入端；所述控制信号输出电路输入端接并行输出口的输出端，控制信号输出电路输出端连接所述的闸缸压力控制阀；所述驱动电路的电源控制电路输入端接并行输出口的输出端，驱动电路的电源控制电路输出端接控制信号输出电路；所述输出信号检测电路输入端接控制信号输出电路，输出信号检测电路输出端接并行输入口的输入端。

所述的车轮速度信号输入电路由顺序连接的RC滤波器、整形电路、输入/测试转换电路、光电隔离器、采样器构成；RC滤波器的输入端连接所述的速度检测装置，采样器输出接所述的总线；所述转换控制信号输出电路的输出端接输入/测试转换电路控制端，所述模拟输入脉冲电路输出端接输入/测试转换电路输入端。

所述的控制信号输出电路由顺序连接的光电隔离器、驱动电路、输出控制继电器电路组成；光电隔离器输入端接并行输出口的输出端，输出控制继电器电路的继电器触点串接在所述闸缸压力控制阀的电源电路中；所述输出信号检测电路输入端连接输出控制继电器电路的继电器触点，驱动电路的电源控制电路输出端连接控制信号输出电路的驱动电路的电源端。

所述的并行输入口、并行输出口是Z80P10电路。

所述的采样器是由定时器及计数器连接构成的Z80CTC电路。

于列车的每一轮对安装一套速度检测装置，将每一轮轴的速度信号转换成电脉冲信号，通过信号电缆传输到列车上的中央控制单元。中央控制单元对取来的速度信号进行滤波、放大、整形，将速度频率信号处理成微处理器可以接收的数字化信号。微处理器对数字化速度信号进行采样变换、运算处理、比较判断，输出控制信号，控制闸缸压力控制阀的工况，实现防滑过程中的制动力调节作用，中央控制单元还有自动检测、自动保护的功能。

下面结合实施例附图进一步说明本实用新型的技术

图1.地铁动车组自动防滑装置结构框图

图2.地铁动车组自动防滑装置控制过程示意图

图3.地铁动车组自动防滑装置中央控制单元结构框图

图4.图3所示中央控制单元实施电路图1

图5.图3所示中央控制单元实施电路图2

图6.图3所示中央控制单元实施电路图3

参见图1，地铁动车组自动防滑装置主要包括中央控制单元10、设置在四个轮轴上的轮对速度传感装置21-24和两个闸缸压力控制阀31、32(防滑控制阀)。图中双线表示气路，单线表示电路。J1、J2是中央控制单元10的接线插座，J3是电务柜内接线盒，L1是电务柜内接线柱，J21、J22是闸缸压力控制阀接线盒，J31、J32、J33、J34是轮对速度传感装置21-24的接线盒，V1、V2是调压阀，P1、P2、P3、P4是闸缸，61-64为四个轮对。

闸缸压力控制阀31、32是三位三通电磁阀，其中阀31用于控制闸缸P1、P2的压力，阀32用于控制闸缸P3、P4的压力。阀对闸缸压力实现三种控制作用，包括使制动缸与制动风管相通的正常位控制(V2与P3、P4通或V1与P1、P2通)；使制动缸与大气相通的排气位控制(P3、P4或P1、P2与大气通)；和使制动缸与列车风管、大气都不通的保压位控制。本实用新型采用的闸缸压力控制阀具有排风迅速、动作灵敏的特点。

轮对速度传感装置21-24分别安装在列车的每一轮对61-64上，由速度传感器、测速齿盘和专用轴端盖组成(另案申请实用新型专利)，其中速度传感器又由磁感应探头和有源放大器构成，当车轮转动时测速齿盘随之同步转动，其齿顶与齿底交替经过磁感应探头的铁心底端，于磁感应探头的线圈中产生交变感应电动势，经有源放大器放大而输出标准的TTL电平的方波信号，将车轴的速度信号转变成电脉冲个数信号，分别经接线盒J31-J34送中央控制单元10处理。

参见图2，地铁动车组自动防滑装置是一微机实时控制的闭环系统，当列车实施制动时，轮对速度传感装置21-24对列车的每一轮对61-64的转动情况实施自动监测，中央处理单元10将信号经变换处理后进行分析判断，当列车某一轮对刚刚产生滑动现象时，中央控制单元10就会立刻输出信号给闸缸压力控制阀31或32，及时调整闸缸(制动缸)P1-P4压力，缓解制动力，以防止车轮抱死；滑动现象一旦消失，中央控制单元10又会立刻输出信号给闸缸压力控制阀31或32，及时恢复制动力。

中央控制单元判断轮对发生滑动的判据主要包括：

1.绝对转差ΔV，当列车某个轮对与别的轮对的绝对转差达到一定值时判断该轮对发生滑动：

2.相对转差ΔV/V，当列车某个轮对与别的轮对转差的比率达到一定时判断该轮对发生滑动；

3.减速率ΔV/ΔT，当列车某个轮对的减速率达到一定值时判断该轮对发生滑动；

4.零速判据V＝0，当列车某个轮对的速度突然降为零，而别的轮对依然在转动时判断该轮对发生滑动。

中央控制单元10的主要控制过程包括：

1.减压过程，当中央控制单元判断出某个轮对发生滑动后，立刻输出减压控制指令，对这个轮对的闸缸减压(排气位)；

2.保压过程，发出减压控制信号后仍对滑动的轮对进行监测，当闸缸压力减到一定程度后，轮轨间的粘着情况开始变好，闸缸压力开始小于轮轴粘着力，轮对开始从滑动状态中恢复，在这段恢复期中，为了充分利用粘着、节约用风量，中央控制单元将输出保压控制指令，对这个轮对的闸缸保压(保压位)；

3.增压过程，当滑动的轮对经过一段保压恢复期后，轮轨粘着力得到完全的恢复，中央控制单元发生增压指令，对该轮对的闸缸增压(正常位)。

参见图3，中央控制单元10包括：由RC滤波器111、整形电路112、输入/测试转换电路113、光电隔离器114和采样器115顺序连接构成的车轮速度信号输入电路11，是中央控制单元的速度信号输入接口，对来自速度检测装置的串行方波脉冲作滤波、整形后送输入/测试转换电路113，输入/测试转换电路113的作用是控制输入采样器115的脉冲信号是实际输入的车速脉冲信号还是微处理器CPU25发出的模拟测试信号，实现装置的控制状态与检测状态间的转换，输入的速度信号在到达采样器115前先由光电隔离器114进行光电隔离处理，以排除电源及地线的干扰，采样器115将速度数据信号通过总线21送微处理器CPU 25处理；

转换控制信号输出电路12连接于并行输出口191与输入/测试转换电路113之间，用于控制检测采样器115的状态(测试状态)，由微处理器25发出转换指令通过总线21、并行输出口191、转换控制信号输出电路12将转换控制信号送输入/测试转换电路的转换控制端，将实际的速度输入信号通道关闭而将模拟输入信号通道打开，当装置于控制状态下(输入状态)，其控制作用则相反；

模拟输入脉冲电路13连接于并行输出口192与输入/测试转换电路113之间，用于在检测状态下向采样器115提供模拟输入脉冲，由微处理器25定时循环地通过并行输出口192发出由“0”、“1”电平形成的串脉冲，再经由模拟输入脉冲电路13送输入/测试转换电路113的输入端。

预定值输入电路14用于修改防滑的动作值，可以避免在需调节防滑动作值时修改程序的麻烦，预定值通过并行输入口181实现；

由光电隔离器153、驱动电路152和输出控制继电器电路151连接构成控制信号输出电路15，通过控制继电器的工作状态达到控制闸缸压力控制阀的目的，由微处理器25将控制指令经并行输出口193送光电隔离器153，再经驱动电路152放大驱动输出控制继电器电路151中的继电器动作；

驱动电路的电源控制电路16连接于并行输出口194与驱动电路152的电源端间，当装置在不断自检，检测出故障时，为了保证列车制动安全将立即通过驱动电路的电源控制电路16切断控制信号输出电路中驱动电路152的工作电源，从列车的制动系统中切除本防滑装置，确保列车安全行驶。微处理器25通过并行输出口194将脉冲串送给驱动电路的电源控制电路16，驱动电路的电源控制电路16输出信号维持驱动电路152的供电不断，一旦微处理器25的程序停止输出脉冲串，电路16的输出信号即切断驱动电路152的供电，使其停止工作；

输出信号检测电路17连接于并行输入口182与输出控制继电器电路151之间，用于检测输出控制继电器电路151中继电器触点的开合状态，输出信号检测电路17首先将继电器的开合状态转换成逻辑电平“1”或“0”，再经并行输入口182、总线21，供微处理器25采集；

由显示驱动电路252和显示电路251连接构成显示电路，用于显示中央控制单元的工作状态正常与否及自检情况，指示故障点，显示数据通过并行输出口195送出；

面板控制输入电路26通过并行输入口183控制微处理器25的程序走向，如功能选择、启动自检程序等。

图中并行输入口181-183，并行输出口191-195是一个P10并行口，23、24分别是程序存贮器及数据存贮器。

参见图4，包括微处理器JC10(Z80 CPU)；程序存贮器JC14(2732或27128)；数据存贮器JC15(6116)；由JC11、JC12、JC13(Z80 CTC)组成采样器，其中JC11是定时器，JC12、JC13组成4个16位计数器；由JC1、JC2、JC3(Z80 P10)组成并行输入、输出口，其中DIP1、DIP2是两个7位拨动开关用于输入预定值；译码器JC6(LS138)用于产生片选信号，选择程序存贮器JC14或数据存贮器JC15；总线驱动器JC16(LS244)用于驱动控制总线；总线驱动器JC9(LS245)用于驱动数据总线；译码器JC5(LS138)用于产生片选信号，分别选择JC11、JC12、JC13、JC1、JC2和JC3；图中JC8(LS74)构成分频器，向JC10提供时钟。

参见图5，由inp端接入车轮速度信号，R1、C7构成RC滤波器(111)，运算放大U2A(LM324)及其阻容件组成整形电路(112)。由cen2端接入转换控制信号，U4A(7406)、光电耦合器ISO2(TIL117)、U3B(74LS14)、U3C(74LS14)等连接构成转换控制信号输出电路(12)。由cen3端接入模拟输入脉冲，U4B(7406)、光电耦合器IS03(TIL117)、U3D(74LS14)等连接构成模拟输入脉冲电路(13)。U1A、U1B、U1C(74LS132)连接构成输入/测试转换电路(113)。光电耦合器IS01(TIL117)、U3A(74LS14)连接构成光电隔离器(114)，将车轮速度信号或模拟输入脉冲信号送图4的采样器(Z80 CTC)。本防滑装置中共设置有四组图5电路，分别用于四个车轮速度的输入等。

参见图6，由cen4端接入驱动电路的电源控制信号，U5A(74LS123)、U4C(7406)、U2A(74LS14)、U3A(7406)、光电耦合器IS01(TIL117)，晶体三极管Q1，继电器K1等连接构成驱动电路(152)的电源控制电路(16)，常态时，cen4端在程序控制下输入循环脉冲，USA的Q端维持“1”电平，cen5端维持“0”电平，IS01导通，Q1导通，K1吸合动作，K1触点将Vcc2送控制信号输出电路的驱动电路(152)电源端；出现异常时则相反，K1截止切断驱动电路(152)的Vcc2供电。

由inp2端接入输出控制信号，U2B(74LS14)、U3B(7406)，光电耦合器IS02(TIL117)连接构成控制信号输出电路的光电隔离电路(153)，晶体三极管Q2等构成驱动电路(152)，继电器K2则构成输出控制继电器电路(151)，当inpz端为“0”电平时，IS02导通，Q2导通，K2吸合，OUP1、OUP2用于控制闸缸压力控制阀(31、32)的工作状态，同时cep1、cep2将所检测的输出控制继电器触点的开合状态信号送输出信号检测电路(17图4中JC3的PA0-PA7端)转换成逻辑电平“0”或“1”，供微处理器采集。本防滑装置中共设置有四组图6电路，分别用于两个闸缸压力阀的控制。

本实用新型的地铁动车组自动防滑装置在实施中采用四种滑动判据来检测轮对的运转工况，充分保证列车轮对在任何情况下都不会抱死擦伤；其控制软件经采用先进的模糊控制技术后，可充分利用轮对粘着，防止列车轮对抱死擦伤及制动距离过长的情况发生；所设置的比较完善的故障安全自动保护功能，可在装置发生故障、速度信号不正常及软件运行不正常时自动切断输出回路，保证列车制动系统的正常运行。

Claims

1、一种地铁动车组自动防滑装置，包括顺序连接的速度检测装置、中央控制单元和闸缸压力控制阀，中央控制单元包括总线及与总线连接的微处理器CPU、数据存贮器和程序存贮器，其特征在于：

2、根据权利要求1所述的地铁动车组自动防滑装置，其特征在于：所述的车轮速度信号输入电路由顺序连接的RC滤波器、整形电路、输入/测试转换电路、光电隔离器、采样器构成；RC滤波器的输入端连接所述的速度检测装置，采样器输出接所述的总线；所述转换控制信号输出电路的输出端接输入/测试转换电路控制端，所述模拟输入脉冲电路输出端接输入/测试转换电路输入端。

3、根据权利要求1所述的地铁动车组自动防滑装置，其特征在于：所述的控制信号输出电路由顺序连接的光电隔离器、驱动电路、输出控制继电器电路组成；光电隔离器输入端接并行输出口的输出端，输出控制继电器电路的继电器触点串接在所述闸缸压力控制阀的电源电路中；所述输出信号检测电路输入端连接输出控制继电器电路的继电器触点，驱动电路的电源控制电路输出端连接控制信号输出电路的驱动电路的电源端。

4、根据权利要求1所述的地铁动车组自动防滑装置，其特征在于：所述的并行输入口，并行输出口是Z80P10电路。

5、根据权利要求2所述的地铁动车组自动防滑装置，其特征在于：所述的采样器是由定时器及计数器连接构成的Z80CTC电路。