RU2454336C1 - Electric locomotive microprocessor-based control system - Google Patents
Electric locomotive microprocessor-based control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2454336C1 RU2454336C1 RU2010151131/11A RU2010151131A RU2454336C1 RU 2454336 C1 RU2454336 C1 RU 2454336C1 RU 2010151131/11 A RU2010151131/11 A RU 2010151131/11A RU 2010151131 A RU2010151131 A RU 2010151131A RU 2454336 C1 RU2454336 C1 RU 2454336C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- electric locomotive
- microcontroller
- control
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Abstract
Description
Предлагаемая система позволяет выполнять двухуровневое регулирование. Первый уровень - ручное регулирование параметров работы электровоза, второй - авторегулирование по двум параметрам: току якоря и скорости движения как в режимах тяги, так и в режимах рекуперативного торможения.The proposed system allows for two-level regulation. The first level is manual control of the parameters of the electric locomotive, the second is auto-regulation according to two parameters: armature current and speed in both traction and regenerative braking modes.
Известны устройства, которые могут работать в двухуровневом регулировании. Это блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП-133 совместно с блоком авторегулирования БАУ-002 на электровозе ВЛ85 [1]. Применение аналоговых элементов и простейших интегральных схем позволило реализовать на этом электровозе достаточно «жесткий» режим работы системы как в режиме тяги, так и в режиме рекуперативного торможения на обоих уровнях регулирования.Known devices that can operate in two-level regulation. This is the control unit of the rectifier-inverter converter BUVIP-133 together with the automatic control unit BAU-002 on the electric locomotive VL85 [1]. The use of analog elements and the simplest integrated circuits made it possible to implement a rather “hard” mode of operation of the system in this electric locomotive both in traction mode and in regenerative braking mode at both levels of regulation.
Применение микропроцессоров и интегральных схем средней степени интеграции в микропроцессорной системе управления диагностики (МСУД) [2, 3] повысило гибкость системы управления, но потребовало по каждому входному сигналу установить согласующие элементы, преобразующие аналоговые, дискретные, импульсные сигналы в цифровую форму, что существенно отразилось на габаритах и стоимости системы.The use of microprocessors and integrated circuits of medium degree of integration in a microprocessor-based diagnostic control system (ICS) [2, 3] increased the flexibility of the control system, but required for each input signal to establish matching elements that convert analog, discrete, pulse signals to digital form, which significantly affected on the dimensions and cost of the system.
Применение микроконтроллеров и интегральных схем большой степени интеграции в микропроцессорной системе управления диагностики (МСУДН) [4, 5] позволило уменьшить габариты и стоимость, однако при этом помехоустойчивость системы понизилась, повысилось количество сбоев.The use of microcontrollers and integrated circuits of a large degree of integration in the microprocessor-based diagnostic management system (MUDN) [4, 5] made it possible to reduce the size and cost, however, the noise immunity of the system decreased and the number of failures increased.
Наиболее близким заявляемому устройству по технической сущности является микропроцессорный блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП (М) [6], который и принят за прототип.The closest the claimed device in technical essence is the microprocessor control unit of the rectifier-inverter converter BUVIP (M) [6], which is adopted as a prototype.
Недостатком прототипа является полное исключение из каналов слежения за формой напряжения контактной сети, особенно при высоких нагрузках аналоговых схем и отсутствие второго уровня регулирования - автоуправления, что не позволяет реализовать эффективные приемы управления электровозом.The disadvantage of the prototype is the complete exclusion from the tracking channels of the voltage shape of the contact network, especially at high loads of analog circuits and the absence of a second level of regulation - auto-control, which does not allow to implement effective methods of controlling an electric locomotive.
В предлагаемом устройстве эти недостатки устраняются благодаря тому, что в канале синхронизации, где формируются синхроимпульсы, на аналоговых микросхемах выполняется предварительная обработка фактической формы напряжения синхронизации с использованием фазовой коррекции синхроимпульса. В связи с сильным искажением формы напряжения контактной сети при больших нагрузках напряжение синхронизации может переходить несколько раз через нулевое положение. При этом отсутствие специальной схемы может привести к формированию нескольких синхроимпульсов и сбою в работе системы управления. Обычными аппаратными средствами в настоящее время формируется только один синхроимпульс, даже при нескольких переходах напряжения синхронизации через ноль. Аппаратно реализованная фазовая задержка позволяет формировать «плавающий» синхроимпульс с инерционностью, близкой к инерционности тяговых двигателей, что исключает колебания токов якорей тяговых двигателей.In the proposed device, these disadvantages are eliminated due to the fact that in the synchronization channel, where the clock pulses are generated, on the analog microcircuits, preliminary processing of the actual form of the synchronization voltage is performed using phase correction of the clock pulse. Due to the strong distortion of the voltage shape of the contact network at high loads, the synchronization voltage can go several times through the zero position. Moreover, the absence of a special circuit can lead to the formation of several clock pulses and a malfunction of the control system. Conventional hardware currently generates only one clock pulse, even with several transitions of the synchronization voltage through zero. The hardware-implemented phase delay allows you to create a “floating” clock with an inertia close to the inertia of the traction motors, which eliminates the fluctuation of the currents of the anchors of the traction motors.
Для формирования минимально допустимой фазы открытия тиристоров по потенциальным условиям используется компаратор, на первый вход которого подается выходной сигнал схемы ИЛИmin, выделяющий минимальную амплитуду выпрямленного напряжения от датчиков. Датчики следят за напряжением, поступающим на входы ВИП. На второй вход компаратора подается опорное напряжение.To form the minimum permissible thyristor opening phase according to potential conditions, a comparator is used, at the first input of which an output signal of the OR circuit min is supplied, which emits the minimum amplitude of the rectified voltage from the sensors. Sensors monitor the voltage supplied to the inputs of the VIP. A reference voltage is applied to the second input of the comparator.
Из-за искажения формы напряжения изменяется время срабатывания компаратора от начала полуволны. По фронту срабатывания компаратора микропроцессор формирует начальный угол открытия тиристоров в соответствии с алгоритмом. В режиме тяги по форме напряжения слежения выделяется длительность первой коммутации, микроконтроллером формируется задержанный на время коммутации импульс и подается по алгоритму на соответствующие плечи ВИП. После прохождения задержанного импульса из напряжения слежения выделяется вторая коммутация, и по ее окончании формируется импульс о завершении процессов в начале полуволны выпрямленного напряжения. Все эти сигналы формируются аппаратно, причем «жестко» проверяется их наличие. При этом микроконтроллер освобождается от этой стандартной работы, сокращается часть программы и увеличивается объем для программы второго уровня управления.Due to the distortion of the voltage shape, the response time of the comparator changes from the beginning of the half-wave. On the front of the comparator, the microprocessor forms the initial opening angle of the thyristors in accordance with the algorithm. In the traction mode, the duration of the first switching is allocated in the form of the tracking voltage, the microcontroller generates a pulse delayed during the switching time and is fed by the algorithm to the corresponding VIP arms. After the passage of the delayed pulse from the tracking voltage, the second switching is allocated, and at the end of it a pulse is formed about the completion of the processes at the beginning of the half-wave of the rectified voltage. All these signals are generated in hardware, and their presence is “hard-checked”. At the same time, the microcontroller is freed from this standard operation, a part of the program is reduced, and the volume for the second-level control program is increased.
На первом уровне в режиме тяги и рекуперативного торможения микроконтроллер формирует только регулируемые импульсы в зависимости от заданного машинистом напряжения управления и выдает их через усилители на ВИПы в соответствии с алгоритмом.At the first level, in the traction and regenerative braking mode, the microcontroller generates only adjustable pulses depending on the control voltage set by the driver and issues them through the amplifiers to the VIPs in accordance with the algorithm.
На втором уровне регулирования используются все схемы обработки сигналов первого уровня. Задатчик напряжения управления ВИП становится задатчиком тока тяговых двигателей, а задатчик напряжения управления ВУВ-задатчиком скорости. Заданные сигналы поступают в микроконтроллер, но воспринимаются другой программой, собирается двухконтурная замкнутая схема авторегулирования по двум параметрам. Сигналы о действительных токах якорей и скорости подаются по цепям обратной связи после предварительной обработки в микроконтроллер. В соответствии с заданием микроконтроллер выбирает зону регулирования и поддерживает заданную машинистом скорость как в режиме тяги, так и в режиме рекуперации.At the second level of regulation, all signal processing schemes of the first level are used. The voltage regulator of the VIP control becomes the current setter of the traction motors, and the voltage regulator of the control of the VUV-speed setter. The given signals are sent to the microcontroller, but are perceived by another program, a two-loop closed circuit of auto-regulation according to two parameters is assembled. The signals about the actual currents of the anchors and speed are fed through the feedback circuits after preliminary processing to the microcontroller. In accordance with the task, the microcontroller selects the control zone and maintains the speed set by the driver both in traction mode and in recovery mode.
Реализация предложения показана на конкретном примере, где приведена упрощенная схема одной секции электровоза переменного тока с оборудованной двумя ВИПами, одной ВУВ и микропроцессорной системой управления.The implementation of the proposal is shown in a specific example, where a simplified diagram of one section of an alternating current electric locomotive with two VIPs, one VVV and a microprocessor control system is given.
На фиг.1 показано: токоприемник 1; главный выключатель 2; первичная 3, вторичные 4, 5 обмотки силового трансформатора и обмотка собственных нужд 6. Напряжение синхронизации Uси1, Uси2, Uф снимается с датчиков 7, 8, 9. Напряжение слежения Uсл1, Uсл2 поступает с датчиков 10, 11. В режиме рекуперации сигналы о длительности углов коммутации Uγ1-Uγ4 формируют датчики 12-15. Выпрямленное напряжение UdВИП подается на каждую пару двигателей 24, 25 от ВИП 16, 17. Питание обмоток возбуждения осуществляется от ВУВ 18. Величина токов якорей тяговых двигателей отслеживается датчиками тока 19, 20, скорости - 22, 23.Figure 1 shows:
Изменение режима тяги на рекуперацию осуществляется контакторами тормозных переключателей 26, 27. Диодно-резисторные схемы 28, 29 осуществляют устойчивость режима рекуперации и защиты от кругового тока. Величину возбуждения тяговых двигателей определяют обмотки возбуждения 30, 31. Заданные сигналы в систему управления поступают от контроллера машиниста 32 как в первом, так и во втором режимах.Changing the mode of traction for recovery is carried out by contactors of the
Устройство микропроцессорного управления электровозом содержит микропроцессорный комплект с четырьмя группами входов и тремя группами выходов, причем первая группа входов микроконтроллера соединена через блок формирования сигналов 33 с тремя датчиками напряжения синхронизации Uси1, Uси2, Uф и двумя датчиками слежения за формой напряжения сети Uсл1, Uсл2; с четырьмя датчиками тока Iя1-Iя4 и четырьмя датчиками скорости n1-n4; блок питания 37 элементов систем управления подключен к источнику питания цепей управления электровоза; первая группа выходов соединена через усилители с катушками контакторов, реле и т.д.; вторая группа выходов через выходные усилители 39, соединена с управляющими электродами силовых тиристоров в блоках 16, 17, 18; третья группа выходов соединена по интерфейсу RS485 с блоком индикации 40. В отличие от прототипа, в первом блоке 33 размещены аналоговые микросхемы для предварительной обработки поступающей на вход микроконтроллера информации, при этом за счет сокращения объема программы введены: второй и третий входные блоки (34 и 35 соответственно) для авторегулирования по двум параметрам: току якоря и скорости, причем второй блок 34 соединен с задатчиками тока и скорости и датчиками токов якорей, а третий блок 35 - с контрольными точками для диагностирования состояния оборудования; выходной блок 36 для управления аппаратами; блок индикации 40 для отражения рабочей, аварийной и справочной информации.The device for microprocessor control of an electric locomotive contains a microprocessor kit with four groups of inputs and three groups of outputs, the first group of inputs of the microcontroller connected via a signal conditioning unit 33 with three synchronization voltage sensors U si1 , U si2 , U f and two sensors for monitoring the network voltage shape U sl1 , U sl2 ; with four current sensors I i1 -I i4 and four speed sensors n1-n4; the
На основной панели блока индикации 40 отображаются два виртуальных прибора с двумя стрелками для указания: на первом приборе заданного и действительного тока якоря, а на втором приборе - заданной и действительной скорости. В верхней части экрана специальные знаки отражают состояние основных аппаратов защиты. В случае срабатывания каких-либо защит, засвечивается соответствующий сигнал, а на экране выдается подсказка машинисту о мероприятиях по восстановлению работоспособности электровоза.On the main panel of
На других панелях блока индикации отражены на виртуальных приборах токи каждого двигателя, их скорости движения, состояния аппаратов и реле, параметры углов регулирования как в режиме тяги, так и в режиме рекуперативного торможения.On other panels of the display unit, the currents of each engine, their speed, the status of devices and relays, the parameters of the control angles both in traction mode and in regenerative braking mode are reflected on virtual instruments.
Для повышения надежности все блоки микропроцессорной системы имеют резервные, причем питание их раздельно от блока 37. Переключение блоков происходит автоматически в случае несоответствия отдельных сигналов допустимым значениям.To increase reliability, all units of the microprocessor system have redundant ones, and they are powered separately from
Таким образом, перевод обработки части информации на аппаратную основу позволил разгрузить микроконтроллер, организовать второй уровень регулирования, существенно уменьшить размеры системы. Например, по сравнению с МСУД, [2, 3] почти в 3 раза, по сравнению с МСУДН, [4, 5] в 2 раза.Thus, the transfer of processing part of the information to a hardware basis made it possible to unload the microcontroller, organize the second level of regulation, and significantly reduce the size of the system. For example, in comparison with the MCHS, [2, 3] almost 3 times, compared with the MCHS, [4, 5] 2 times.
Предлагаемая система управления была изготовлена в макетном варианте, затем изготовлен опытный образец, который был испытан на стенде и в опытных поездках на электровозе. После изготовления второго опытного образца электровоз прошел опытную эксплуатацию. После подготовки технической документации система управления была представлена межведомственной комиссии, где после обсуждения была получена рекомендация на выпуск опытной партии.The proposed control system was made in a mock version, then a prototype was made, which was tested at the stand and in experimental trips on an electric locomotive. After manufacturing the second prototype, the electric locomotive went through trial operation. After the preparation of technical documentation, the management system was presented to the interdepartmental commission, where after discussion a recommendation was received for the release of an experimental batch.
Источники информацииInformation sources
1. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации / Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднятова и др. М.: Транспорт, 1992. - 480 с.1. Electric locomotive VL85. Operation manual / B.A. Tushkanov, N.G. Pushkarev, L.A. Pozdnatova, etc. M .: Transport, 1992. - 480 p.
2. Электровоз ЭП1. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008, - Т.1. - 528 с.2. Electric locomotive EP1. Operation manual in 2 volumes. - Novocherkassk: LLC “PK” “NEVZ”, 2008, - T.1. - 528 s.
3. Электровоз ЭП1. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008, - Т.2. - 576 с.3. Electric locomotive EP1. Operation manual in 2 volumes. - Novocherkassk: LLC “PK” “NEVZ”, 2008, - T.2. - 576 p.
4. Электровоз магистральный 2ЭС5К. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008, - Т.1. - 635 с.4. Electric locomotive main 2ES5K. Operation manual in 2 volumes. - Novocherkassk: LLC “PK” “NEVZ”, 2008, - T.1. - 635 s.
5. Электровоз магистральный 2ЭС5К. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008, - Т.2. - 640 с.5. Electric locomotive 2ES5K. Operation manual in 2 volumes. - Novocherkassk: LLC “PK” “NEVZ”, 2008, - T.2. - 640 s.
6. Патент № 2251785, Российская Федерация, МПК Н02M 1/084. Микропроцессорный блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП (М) / Рабинович М.Д., Сорин Л.Н., Кривной А.М., Кромсков С.А., Плис В.И., Стекольщиков Д.В., Чекмарев А.Е.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Отраслевой центр внедрения новой техники и технологии». - заявка 2002128124/09; заявл. 22.10.02; опубл. 10.05.05. Бюл. №2. - 2 с.: ил.6. Patent No. 2251785, Russian Federation,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151131/11A RU2454336C1 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Electric locomotive microprocessor-based control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151131/11A RU2454336C1 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Electric locomotive microprocessor-based control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2454336C1 true RU2454336C1 (en) | 2012-06-27 |
Family
ID=46681858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010151131/11A RU2454336C1 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Electric locomotive microprocessor-based control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2454336C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0043665A2 (en) * | 1980-07-03 | 1982-01-13 | The Kansas City Southern Railway Company | Control device for multiple unit locomotive systems |
RU40027U1 (en) * | 2004-04-26 | 2004-08-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" | MICROPROCESSOR INFORMATION AND MANAGEMENT SYSTEM OF RAILWAY ROLLING COMPOSITION |
RU2251785C2 (en) * | 2002-10-22 | 2005-05-10 | ЗАО "Отраслевой центр внедрения новой техники и технологий" | Multiprocessor control unit for rectifying-inverting converter |
RU51948U1 (en) * | 2005-11-16 | 2006-03-10 | Закрытое акционерное общество "Уникам" (ЗАО "Уникам") | ELECTRIC TRUCK CONTROL UNIT |
RU86533U1 (en) * | 2009-04-06 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | ELECTRIC DRIVE DRIVE (OPTIONS) |
-
2010
- 2010-12-14 RU RU2010151131/11A patent/RU2454336C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0043665A2 (en) * | 1980-07-03 | 1982-01-13 | The Kansas City Southern Railway Company | Control device for multiple unit locomotive systems |
RU2251785C2 (en) * | 2002-10-22 | 2005-05-10 | ЗАО "Отраслевой центр внедрения новой техники и технологий" | Multiprocessor control unit for rectifying-inverting converter |
RU40027U1 (en) * | 2004-04-26 | 2004-08-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" | MICROPROCESSOR INFORMATION AND MANAGEMENT SYSTEM OF RAILWAY ROLLING COMPOSITION |
RU51948U1 (en) * | 2005-11-16 | 2006-03-10 | Закрытое акционерное общество "Уникам" (ЗАО "Уникам") | ELECTRIC TRUCK CONTROL UNIT |
RU86533U1 (en) * | 2009-04-06 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | ELECTRIC DRIVE DRIVE (OPTIONS) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI440872B (en) | A load test system for an inverter | |
US10259326B2 (en) | Car control device | |
CN109193614B (en) | Flywheel energy storage regenerative braking energy feedback system and control method thereof | |
CN102017352B (en) | Circuitry for feeding drive machine having plurality of winding systems | |
JP5578972B2 (en) | AC train converter controller | |
CN105292141A (en) | Automatic passing neutral section control system and method for electric motor train unit | |
KR20110068223A (en) | Automatic load transfer switch | |
JP2007043849A (en) | Vehicle drive control device | |
US20180236899A1 (en) | Station building auxiliary power unit | |
RU2454336C1 (en) | Electric locomotive microprocessor-based control system | |
JP2007124802A (en) | Vehicle drive system | |
WO2019144570A1 (en) | Magnetic track brake control system and method, and maglev train | |
WO2010046962A1 (en) | Prime mover system | |
JP5132847B1 (en) | AC electric vehicle control device | |
HRP20190989T1 (en) | Monitoring and control system and method for monitoring and controlling | |
JP2013150412A (en) | Variable output charger | |
RU2486091C1 (en) | Method of controlling track state | |
JP4153879B2 (en) | Vehicle drive control device | |
JP2014075938A (en) | Electric power converter for electric motor vehicle | |
RU2478046C1 (en) | Device for electric locomotive continuous temperature control and automatic adjustment of electric power equipment load | |
CN104104289B (en) | IGCT reversible dc speed-adjusting and control system peculiar to vessel | |
RU2550395C1 (en) | Traction motor for transport facility | |
RU94918U1 (en) | DC SYSTEM FOR ELECTRICITY OF DC RAILWAYS | |
CN104882878A (en) | A Supply System For A Direct-current Drive And Method For Safety-related Disconnection Of A Direct-current Drive | |
RU2493982C2 (en) | Device for magnetic field attenuation in electrical traction drive with increased energy datum |