專利名稱：電力機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)車過分相控制裝置，尤其涉及一種電力機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)的控制裝置。
背景技術(shù)：
在電氣化牽引區(qū)段，牽引供電網(wǎng)采用單相工頻交流電供電方式。為了使電力系統(tǒng)三相平衡和提高電網(wǎng)的利用率，電氣化鐵路的供電接觸網(wǎng)采用分段換相供電，在換相點(diǎn)有一段絕緣物將兩相接觸網(wǎng)電氣分隔，此處稱為分相區(qū)。為了避免拖帶電弧損壞供電設(shè)備，電力機(jī)車通過分相區(qū)時(shí)必須斷電惰行。傳統(tǒng)的電力機(jī)車過分相方法是機(jī)車司機(jī)按照線路上設(shè)置的斷合標(biāo)志通過手動操作來分合機(jī)車電源主斷路器主斷，這種手動操作通過分相區(qū)的主要問題是在準(zhǔn)高速、高速線路上，機(jī)車每小時(shí)要通過十多個分相區(qū)，頻繁通過分相區(qū)時(shí)，手動操作很難把握最佳的分主斷時(shí)刻，也無法控制最佳的降電流和升電流速率，因而造成較多的機(jī)車速度損失和較大的機(jī)車沖動。這不僅影響旅客乘車的舒適度，也會縮短機(jī)車設(shè)備的使用壽命。同時(shí)司機(jī)操作稍有疏忽就會帶電過分相，造成拉電弧燒分相絕緣器，直接危機(jī)設(shè)備及行車安全。
目前世界上采用自動過分相裝置，其技術(shù)方案基本上有三種1、以日本為代表的地面開關(guān)自動切換方案。2、以瑞士AF公司為代表的柱上開關(guān)自動斷電方案。這兩種方案的缺點(diǎn)是真空負(fù)荷開關(guān)帶負(fù)荷分?jǐn)?，有較大的電流沖擊，設(shè)備投資巨大。3、以法國、德國、英國和西班牙為代表的車載自動控制斷電方案。該方案優(yōu)點(diǎn)是(1)投資較少，(2)主斷路器只分?jǐn)噍o機(jī)的小電流，因而對主斷路器電壽命影響不大，(3)可適應(yīng)低速、高速、準(zhǔn)高速的要求，(4)可以適應(yīng)多弓的列車。該方案的缺點(diǎn)是機(jī)車上有一段時(shí)間是斷電的，如果斷電時(shí)間過長則會造成較大的機(jī)車速度損失，如果降電流和升電流過快則會產(chǎn)生電流沖擊和列車沖動。
中國專利公告號CN1482022，公告日2004年3月17日，名稱是電力機(jī)車的自動過分相控制方法及其裝置公開了一種電力機(jī)車的自動過分相控制方法及其裝置，只需利用車載設(shè)備，即能模擬司機(jī)操作，可靠地完成自動過分相過程并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。本發(fā)明方法包括以下步驟根據(jù)機(jī)車當(dāng)前位置、速度及手柄級位，結(jié)合下一斷電標(biāo)，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動過分相的有效操作距離，若是，由自動過分相裝置獲取級位控制權(quán)，將級位降到零；然后在到達(dá)斷電標(biāo)之前斷開主斷路器；在機(jī)車通過合電標(biāo)后，閉合主斷路器，延時(shí)一段時(shí)間再將機(jī)車級位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級位，然后將級位控制權(quán)交還給操縱手柄。本發(fā)明裝置包括主控制器以及與主控制器連接的級位控制模塊、通訊接口、主斷路器控制模塊及顯示盒。本裝置還可以與機(jī)車智能電表配合，實(shí)現(xiàn)電量的分時(shí)分段計(jì)量。雖然此發(fā)明利用TAX箱公里標(biāo)機(jī)車可以自動過分相能模擬司機(jī)操作，提高了自動化過程，但是存在以下缺點(diǎn)1、公里標(biāo)計(jì)程的產(chǎn)生是靠人工校正和車速累加得來的，人工校正存在誤操作的問題；而車速是靠在輸入輪徑的基礎(chǔ)上對脈沖的計(jì)數(shù)產(chǎn)生的。輪徑的初值送入亦是靠人工，有時(shí)會產(chǎn)生較大的誤差；2、雨雪季節(jié)不可避免的會有輪子打滑的現(xiàn)象，即使人工能準(zhǔn)確地輸入輪徑值，也不可避免的造成較大的誤差；3、TAX箱的公里標(biāo)經(jīng)過脈沖傳感器、運(yùn)計(jì)、TAX箱等多個環(huán)節(jié)，任意一個環(huán)節(jié)的故障都會導(dǎo)致公里標(biāo)信號的故障，公里標(biāo)信號的故障無監(jiān)督機(jī)制，很有可能在過分相前不被發(fā)現(xiàn)；4、無降電流和升電流速率控制機(jī)制，不可避免的會造成列車的沖動，尤其是特快列車，這種現(xiàn)象是不允許的；5機(jī)車只能在特定的線路上運(yùn)行，若改變線路必須由專業(yè)技術(shù)人員重新采點(diǎn)、造表，送入計(jì)算機(jī)，操作十分麻煩，不利于大面積推廣和機(jī)車的調(diào)動。
另外，我國還有一種基于地埋磁鐵的自動過分相系統(tǒng)，此方案的定位識別單純依賴枕木上加裝磁鐵，其缺點(diǎn)是車載傳感器電流隨車速降低而逐漸減弱，要達(dá)到一定的判斷閥值，傳感器必須具有較高的靈敏度，而靈敏度過高又會在高速運(yùn)行下對散落在路基或枕木上的一般磁性體的誤識別，使過分相定位的可靠性降低；埋在枕木中的磁鐵由于磁性較強(qiáng)，極易將散落在附近的磁性體或鐵性物質(zhì)吸附上，改變磁場分布，大大降低了磁感應(yīng)電流傳感器識別的可靠性；因地面感應(yīng)磁鐵丟失或失效等其他原因造成漏檢容易發(fā)生帶電過分相等行車事故；為不使磁鐵丟失而將磁鐵鑄在枕木中，牽扯的部門多，施工、維護(hù)難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)控制裝置，不僅能精確、可靠地判斷機(jī)車在分相點(diǎn)前的位置，而且能夠合理控制降電流和升電流的速率，使機(jī)車安全、平穩(wěn)地自動過分相。
采用下述技術(shù)方案即可實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明包括定位系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，主控制器程序和定位系統(tǒng)程序。所述的定位系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)通過電纜分別和主控系統(tǒng)相連接，所述的定位系統(tǒng)由射頻識別系統(tǒng)(RFID)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成。定位系統(tǒng)程序包括射頻識別系統(tǒng)(RFID)程序和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)程序。
所述的射頻識別系統(tǒng)(RFID)由識別器和射頻卡組成，射頻卡固定連接在鐵路電力接觸網(wǎng)的承力索上，它是一個無源ID號無線發(fā)射電路，該射頻卡接收識別器發(fā)送的電波信號，經(jīng)過整流后作為射頻卡的電源并啟動射頻卡發(fā)射電路，將ID號發(fā)送給識別器，所述的識別器連接在電力機(jī)車頂部，識別器收到這個ID號后傳送給主控系統(tǒng)，作為一個帶編號的定位信號。所述識別器包括識別器程序，并且識別器通過光電耦合電路和主控制器連接。
所述的主控系統(tǒng)包括電源、主控制器以及外圍信號電路，該外圍信號電路和主控制器連接，所說的外圍信號電路主要包括信號處理電路、分閘控制電路、合閘控制電路、手輪控制電路，信號接口電路，其中信號處理電路包括輸入信號處理電路和輸出信號處理電路，輸入信號處理電路包括四路電樞電流采集電路、反饋信號檢測電路、網(wǎng)壓檢測電路、輔壓檢測電路和識別器信號電路，輸出信號處理電路包括強(qiáng)制封鎖信號電路及報(bào)警顯示信號電路。
所述四路電樞電流采集電路包括四路電機(jī)電樞電流接口電路、光電耦合電路、采樣信號處理電路，四路電機(jī)電樞電流接口電路通過光電耦合電路和采樣信號處理電路連接后與主控制器連接，而主控制器通過接口電路檢測電機(jī)電流傳感器輸出的電樞電流信號，依據(jù)采樣到的電樞電流信號控制機(jī)車手輪上的電壓輸出，從而控制電樞電流及其變化率。
所述網(wǎng)壓檢測電路包括網(wǎng)壓信號處理電路和雙向光耦合電路，網(wǎng)壓信號處理電路和雙通過光耦合電路與主控制器連接，而主控制器依據(jù)檢測到的網(wǎng)壓狀態(tài)判斷能否進(jìn)入自動合閘。
所述的輔壓檢測電路通過光電耦合電路和主控制器連接，該輔壓檢測電路反映主變壓器是否工作的輔助電壓信號是從機(jī)車導(dǎo)線取得的電壓信號。
所述反饋信號檢測電路通過光電耦合隔離電路和主控制器連接，而主控制器依據(jù)檢測到的反饋信號判斷合閘或者分閘是否成功。
所述的分閘控制電路通過分閘信號輸出接口和分閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，它是由主控制器發(fā)出分閘命令，該命令控制分閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的分閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行分閘動作。
所述的合閘控制電路通過合閘信號輸出接口和合閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，由主控制器發(fā)出合閘命令，該命令控制合閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的合閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行合閘動作。
所述的報(bào)警信號輸出電路通過報(bào)警輸出信號接口和光電耦合電路與主控制器連接。
所述的手輪控制電路包括手輪控制信號輸出電路和手輪自動控制信號處理電路，通過光電耦合電路和主控制器連接。
所述的顯示系統(tǒng)主要由數(shù)碼管、LED顯示、主控單片機(jī)及外圍硬件電路組成。
所述的定位系統(tǒng)還可以是GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由微處理器、天線和GPS接收機(jī)組成，它和主控制器相連接。
所述的主控制器通過485接口和光電耦合電路和TAX箱連接。
所述的射頻識別系統(tǒng)(RFID)程序包括處理射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)通過端口傳送過來的信息；通過串行口與GPS機(jī)車定位系統(tǒng)進(jìn)行通訊；正確發(fā)送自動過分相過程中各種控制指令；包括響應(yīng)手/自動切換控制指令；實(shí)時(shí)監(jiān)測GPS機(jī)車定位系統(tǒng)和射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)的故障。
所述的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括主控制模塊、GPS數(shù)據(jù)接收模塊、線路數(shù)據(jù)全搜索模塊、行進(jìn)方向確定模塊、中斷處理模塊。
所述的識別器程序包括以識別器識到的識別卡信息為依據(jù)，發(fā)出不同控制指令，從而使得端口電平組合和卡位信息相對應(yīng)，還可以提供識別器正常工作的信號。
本發(fā)明有益效果是自動化性能高，安全性、可靠性強(qiáng)，能精確、可靠地判斷機(jī)車在分相點(diǎn)前的位置，而且能夠合理控制降電流和升電流的速率，使機(jī)車安全、平穩(wěn)地自動過分相。擺脫了電力機(jī)車傳統(tǒng)過分相區(qū)的方式，可以不用TAX箱、公里標(biāo)檢測電力機(jī)車在分相區(qū)的位置，減少了設(shè)備，使機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)更加科學(xué)化，精確化，合理化，更符合我國鐵路高速電氣化發(fā)展的需要。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)位置示意圖；圖3是本發(fā)明自動過分相過程示意圖；圖4是本發(fā)明識別器識別射頻卡范圍示意圖；圖5是本發(fā)明主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明主控制器程序總體方框圖；圖7是本發(fā)明識別信息組合表；圖8是本發(fā)明GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)主控制模塊程序流程圖。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述本發(fā)明機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，本發(fā)明包括定位系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，還包括主控制程序和定位系統(tǒng)程序。所述的定位系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)通過電纜分別和主控系統(tǒng)相連接，所述的定位系統(tǒng)由射頻識別系統(tǒng)(RFID)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成。定位系統(tǒng)程序包括射頻識別系統(tǒng)(RFID)程序和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)程序。
在圖1、圖4中，所述的定位系統(tǒng)包括射頻識別系統(tǒng)(RFID)，它由識別器和射頻卡組成。所述的識別器連接在電力機(jī)車頂部，識別器讀卡范圍是長軸長為6米，短軸長3.5米，夾角為70°的瓣?duì)钋蛐蔚男盘枅?。所述的射頻卡固定連接在鐵路電力接觸網(wǎng)的承力索上，它是一個無源ID號無線發(fā)射電路，當(dāng)射頻卡處在識別器發(fā)出的信號場內(nèi)時(shí)，射頻卡接收識別器發(fā)送的電波信號，經(jīng)過整流后作為射頻卡的電源并啟動射頻卡發(fā)射電路，將ID號發(fā)送給識別器，識別器收到這個ID號后轉(zhuǎn)送給主控系統(tǒng)，作為一個帶編號的定位信號。所述識別器包括識別器程序，并且識別器通過光電耦合電路和主控制器連接。
本發(fā)明的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由微處理器、天線和GPS接收機(jī)組成，它和主控制器相連接。主要實(shí)現(xiàn)如下功能開機(jī)自檢；實(shí)時(shí)接收GPS定位信息；實(shí)時(shí)搜索線路信息；自動判斷機(jī)車行駛線路；自動判斷機(jī)車行駛方向；自動發(fā)送卡位信息和主控制器進(jìn)行通信，向其發(fā)送機(jī)車運(yùn)行信息和行駛速度，并根據(jù)接收到的速度調(diào)整信息調(diào)整輪徑參數(shù)；保存主控制器發(fā)來的故障信息；實(shí)時(shí)檢測車速脈沖；斷電自動保存線路數(shù)據(jù)及速度數(shù)據(jù)；故障報(bào)警及記錄等。GPS定位系統(tǒng)主要用于識別器和車速傳感器的工作情況，完成機(jī)車上下行及線路的自動識別。
參看圖2，射頻識別卡是用于機(jī)車位置識別的關(guān)鍵設(shè)備，用緊固螺栓固定在鐵路沿線的接觸網(wǎng)承力索上，識別器固定在機(jī)車大頂上。主控系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)安裝在機(jī)車上。本發(fā)明的兩種定位系統(tǒng)以射頻識別系統(tǒng)(RFID)為主，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)起輔助、監(jiān)督作用。為了提高定位的可靠性，每個過分相段采用1個GPS輔助定位點(diǎn)和2個射頻識別定位點(diǎn)相結(jié)合的方式。
參看圖3，為了定位系統(tǒng)的可靠性，每個過分相段采用1個GPS輔助定位點(diǎn)和2個射頻識別系統(tǒng)(RFID)定位點(diǎn)相結(jié)合的方式，電力機(jī)車過分相區(qū)的定位過程如下
1、射頻識別系統(tǒng)(RFID)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)均為正常情況(1)機(jī)車到“GPS定位點(diǎn)”，系統(tǒng)開始GPS定位計(jì)程。若在“GPS分閘計(jì)程”前，讀到1#卡，則終止GPS計(jì)程，開始1#卡分閘計(jì)程；(2)“1#卡分閘計(jì)程”和“GPS分閘計(jì)程”結(jié)束前讀到2#卡時(shí)，則立即終止GPS或1#卡的分閘計(jì)程，而開始2#卡的57米(對于180公里/小時(shí)的時(shí)速)分閘計(jì)程；(3)2#卡的57米的分閘計(jì)程結(jié)束后，立即進(jìn)入1.2秒的分閘過程分閘過程的開始點(diǎn)隨車速不同而不同，時(shí)速為30公里/小時(shí)的時(shí)速較180公里/小時(shí)的時(shí)速要遲165米。
2、GPS定位故障，射頻識別系統(tǒng)(RFID)正常的情況(1)讀到1#卡時(shí)，開始1#卡分閘計(jì)程，并發(fā)出GPS故障報(bào)警；(2)讀到2#卡時(shí)，停止1#卡分閘計(jì)程，開始2#卡分閘計(jì)程；(3)若在2個卡只讀到其中1個卡，則只啟動這個卡的分閘計(jì)程，分閘計(jì)程結(jié)束依然能進(jìn)入分閘過程。
3、GPS定位系統(tǒng)正常，射頻識別系統(tǒng)(RFID)故障(1)當(dāng)機(jī)車到達(dá)“GPS定位點(diǎn)”時(shí)，開始GPS定位計(jì)程，在計(jì)程到“GPS分閘計(jì)程”，未讀到1#卡，開始GPS分閘計(jì)程，發(fā)出1#卡故障報(bào)警；(2)在GPS分閘計(jì)程結(jié)束前仍未讀到2#卡，則計(jì)程結(jié)束后直接進(jìn)入分閘過程。
參看圖5，所述的主控系統(tǒng)包括電源、主控制器以及外圍信號電路，該外圍信號電路和主控制器連接，所說的外圍信號電路主要包括信號處理電路、分閘控制電路、合閘控制電路、手輪控制電路，信號接口電路，其中信號處理電路包括輸入信號處理電路和輸出信號處理電路，輸入信號處理電路包括四路電樞電流采集電路、反饋信號檢測電路、網(wǎng)壓檢測電路、輔壓檢測電路和識別器信號電路，輸出信號處理電路包括強(qiáng)制封鎖信號電路及報(bào)警顯示信號電路。所述的顯示系統(tǒng)主要由數(shù)碼管、LED顯示、主控單片機(jī)及外圍硬件電路組成，用來顯示各種工作狀態(tài)、故障信息等內(nèi)容。
主控系統(tǒng)的輸入信號處理電路包括1、四路電樞電流信號，所述四路電樞電流信號包括四路電機(jī)電樞電流接口電路、光電耦合電路、采樣信號處理電路，四路電機(jī)電樞電流接口電路通過光電耦合電路和采樣信號處理電路連接后與主控制器連接，而主控制器通過接口電路檢測電機(jī)電流傳感器輸出的電樞電流信號，依據(jù)采樣到的電樞電流信號控制機(jī)車手輪上的電壓輸出，從而控制電樞電流及其變化率.
機(jī)車上裝有4個電流傳感器，電樞電流可以從儀表顯示電路輸入端采樣，控制器通過接口電路能檢測到電機(jī)電流傳感輸出的電流信號。在整個降流或升流過程中，主控制器依據(jù)采樣到的電樞電流信號控制機(jī)車手輪上的電壓輸出，從而控制電樞電流及其變化率。
2、輔壓信號檢測，所述的輔壓檢測電路通過光電耦合電路和主控制器連接，主要反映變壓器是否工作的輔助電壓信號是從機(jī)車信號導(dǎo)線取得5VAC電壓信號。主斷路器正常斷開后，其輸出電壓為0V，分閘過程檢測到此信號，判斷分閘過程是否正常。
3、網(wǎng)壓信號包括網(wǎng)壓信號處理電路和雙向光耦合電路，網(wǎng)壓信號處理電路通過雙向光耦合電路與主控制器連接，而主控制器依據(jù)檢測到的網(wǎng)壓狀態(tài)判斷能否進(jìn)入自動合閘。
一般電力機(jī)車裝有1個1TV的高壓電壓互感器，網(wǎng)側(cè)高壓經(jīng)過高壓電壓互感器1TV變換為100V電壓，然后經(jīng)過3T變換為5V電壓，可以從導(dǎo)線上取得此5VAC電壓信號。正常情況下機(jī)車進(jìn)入分相絕緣段前有網(wǎng)壓信號，在分相絕緣段，網(wǎng)壓信號為0V或接近0V，通過分相絕緣段后網(wǎng)壓信號恢復(fù)。主控制器依據(jù)檢測到的網(wǎng)壓狀態(tài)判斷能否進(jìn)入自動合閘。
主控系統(tǒng)的數(shù)字信號包括1識別信號，主要輸出為四位數(shù)字信號，根據(jù)信號的狀態(tài)，主控系統(tǒng)判斷其是否識別相應(yīng)的射頻卡，從而執(zhí)行相應(yīng)的動作。它的輸入端和射頻識別技術(shù)(RFID)連接，輸出端和主控制器連接。
2、反饋信號檢測，所述反饋信號檢測電路通過光電耦合隔離電路和主控制器連接，主控制器依據(jù)檢測到的反饋信號判斷合閘或者分閘是否成功。
當(dāng)30KA接觸器反饋信號是分閘反饋信號的時(shí)候，控制器發(fā)出分閘命令后，分閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)向機(jī)車30KA線包送電。正常情況下30KA繼電器的常閉觸點(diǎn)應(yīng)由閉合狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)，據(jù)此判斷控制器可以判斷分閘是否成功。
當(dāng)30KA接觸器反饋信號是合閘反饋信號的時(shí)候，控制器發(fā)出合閘命令后，合閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)向機(jī)車34KA線包送電。正常情況下34KA繼電器的常閉觸點(diǎn)應(yīng)由閉合狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)，據(jù)此判斷控制器可以判斷合閘是否成功。
當(dāng)25KA接觸器反饋信號是升流允許信號，當(dāng)主斷閉合，四臺電機(jī)都已供電且風(fēng)壓上升到一定值時(shí)25KA吸合，然后則允許升電流。
手/自動判斷信號通過檢測及車上過分相開關(guān)的狀態(tài)(正常位---自動過分相狀態(tài)，故障為---手動過分相狀態(tài))可以知道機(jī)車是出于自動過分相還是手動過相。
3、分閘控制，所述的分閘控制電路通過分閘信號輸出接口和分閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，主控制器發(fā)出分閘命令，該命令控制分閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的分閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行分閘動作。
4、合閘控制，所述的合閘控制電路通過合閘信號輸出接口和合閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，合閘控制過程和分閘控制過程基本相同，自動過分相合閘命令同樣有主控制器發(fā)出，該命令控制合閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的和合閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行合閘動作。
所述的手輪控制電路包括手輪控制信號輸出電路和手輪自動控制信號處理電路，通過光電耦合電路和主控制器連接；手輪控制(以I端為例)司機(jī)手輪控制輸出的是機(jī)車速度的給定信號，由手輪電位器95R提供，線號分別為700、701、701，導(dǎo)線701是DC/+15V電源，導(dǎo)線700是地線，導(dǎo)線702是速度給定信號。手輪控制時(shí)，在機(jī)車過分相前，需要將手輪回零，過分相后，再逐步提升手輪。根據(jù)這一情況，我們將一電流控制裝置串接在導(dǎo)線701上。將過分相開關(guān)的一對常開觸點(diǎn)與電流控制裝置并聯(lián)，當(dāng)過分相開關(guān)擲于手動過分相時(shí)，電流控制裝置短路，不起作用。在機(jī)車自動過分相前，電流控制裝置允許通過的電流是導(dǎo)線701上原來的電流值。過分相時(shí)，住控制器根據(jù)電樞電流的變化將允許通過95R的電流逐步降低到0mA，從而使手輪電位器的輸出的電壓逐步降低到0V。過分相后，主控制器根據(jù)電樞電流的變化將允許通過95R的電流逐步恢復(fù)到原址，從而也是首輪電位器的輸出的電壓逐步恢復(fù)到原值。在自動過分相時(shí)，司機(jī)不用將手輪回零。II端的手輪控制和I段完全相同。
所述的報(bào)警信號輸出電路通過報(bào)警輸出信號接口和光電耦合電路與主控制器連接。
所述的顯示系統(tǒng)主要由數(shù)碼管、LED顯示、主控單片機(jī)及外圍硬件電路組成。
所述的主控制器通過485接口和光電耦合電路和TAX箱連接。
參看圖6，本發(fā)明系統(tǒng)程序包括主控制器程序、射頻識別系統(tǒng)(RFID)無線識別系統(tǒng)程序和GPS機(jī)車定位系統(tǒng)程序。
主控制器程序包括處理射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)通過端口傳送過來的信息；通過串行口與GPS機(jī)車定位系統(tǒng)進(jìn)行通訊；正確發(fā)送自動過分相過程中各種控制指令；包括響應(yīng)手/自動切換控制指令；實(shí)時(shí)監(jiān)測GPS機(jī)車定位系統(tǒng)和射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)的故障。
本發(fā)明的主控制器包括以下步驟(一)電力機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)開始運(yùn)行；(二)車載自動過分相系統(tǒng)進(jìn)行初始化，所述的初始化包括系統(tǒng)內(nèi)存單元初始化、看門狗初始化、A/D轉(zhuǎn)換初始化、D/A轉(zhuǎn)換初始化、串行口初始化；(三)系統(tǒng)開始自檢，所述的自檢包括開機(jī)自檢和系統(tǒng)運(yùn)行過程中的自檢，開機(jī)自檢包括主控系統(tǒng)通過接口電路檢測輸入的反饋信號、網(wǎng)壓、輔壓信號和采集到的電樞電流信號，以次來判斷控制器對外主要接線是否正常；(四)系統(tǒng)開始自檢程序正常進(jìn)入手自動判斷程序，如果開始自檢程序不正常進(jìn)入合主斷控制程序；(五)手自動判斷程序如果正常進(jìn)入卡號信息及定位信息處理程序，如果手自動判斷程序不正常由手動進(jìn)入合主斷控制程序；(六)機(jī)車行進(jìn)過程中的自檢，主要是自動確定機(jī)車行駛方向和自動發(fā)送卡位信息；(七)機(jī)車行進(jìn)過程中的自檢正常進(jìn)入主控制器判斷是否應(yīng)該分主斷程序，如果主控制器判斷不應(yīng)該分主斷，那么進(jìn)入合主斷控制程序；如果主控制器判斷應(yīng)該分主斷，進(jìn)入分主斷控制程序；(八)分主斷控制程序正常，主控制器判斷是否進(jìn)入主斷控制程序，如果不能進(jìn)入主斷控制程序返回到分主斷控制程序；(九)主斷控制程序正常進(jìn)入合主斷控制程序。
主控制器功能模塊包括1、初始化模塊，其主要由以下幾部分組成系統(tǒng)內(nèi)存單元初始化；看門狗初始化；A/D轉(zhuǎn)換初始化；
D/A轉(zhuǎn)換初始化；串行口初始化；2、自檢模塊主控系統(tǒng)的自檢包括開機(jī)自檢和系統(tǒng)運(yùn)行過程中的自檢。開機(jī)時(shí)主控系統(tǒng)檢測30KA、34KA、25KA繼電器的常閉觸點(diǎn)通過接口輸入的反饋信號、網(wǎng)壓、輔壓信號和采集到的電樞電流信號，以此來判斷控制器對外主要接線是否正常。若發(fā)現(xiàn)故障則報(bào)警提示工作人員及時(shí)排除故障。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)檢測外部信號，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)督系統(tǒng)外圍設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)立即報(bào)警并記錄故障信息3、網(wǎng)壓、輔助電壓、卡號信息檢測模塊通過硬件處理后的網(wǎng)壓信號、輔助電壓信號、卡號信息都已轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)易處理的高低電平信號并輸入到控制器。但由于控制系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣并存在嚴(yán)重的電磁干擾，因此在軟件處理方面還加強(qiáng)了抗干擾措施。
4、卡號及定位信息處理子程序所述的卡號信息及定位信息處理程序根據(jù)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的定位信息、正反向信息、速度信息及射頻識別系統(tǒng)(RFID)識別到的射頻卡信息判斷降流開始時(shí)刻，從而避免斷電過早機(jī)車速度損失過大，或斷電過晚機(jī)車帶電進(jìn)入無電區(qū)造成設(shè)備損壞等故障；主控程序根據(jù)從GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的定位信息、正反向信息、速度信息及射頻識別系統(tǒng)(RFID)識別到的射頻卡信息能準(zhǔn)確、可靠的判斷降流開始時(shí)刻，從而避免斷電過早機(jī)車速度損失過大，或斷電過晚機(jī)車帶電進(jìn)入無電區(qū)造成設(shè)備損壞等故障。機(jī)車正向運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)識別到的信息共有7種組合，參看圖7。
為了使不同車速的機(jī)車能夠在斷電時(shí)間最短的情況下通過分相區(qū)，控制程序設(shè)計(jì)原則如下由于2#卡離分相區(qū)最近，1#卡次之，考慮到定位精度，系統(tǒng)采用定位信息的有先權(quán)依次為2#卡，1#卡和GPS。對于識別信息組合1、3、5、7、則以2#卡信息進(jìn)行計(jì)程；對于識別信息組合2、6以1#卡信息進(jìn)行計(jì)程；對于識別信息組合4則以GPS信息進(jìn)行計(jì)程。
若車速在30-260KM/H范圍內(nèi)則分閘過程開始位置在分相區(qū)前60-250M。當(dāng)車速為30KM/H，則分閘完成后機(jī)車距分相區(qū)距離為53M；當(dāng)車速為180KM/H，則分閘完成后機(jī)車距分相區(qū)距離為205M。
機(jī)車正向運(yùn)行時(shí)，射頻識別系統(tǒng)(RFID)識別到的3#、4#卡信息不參與分閘過程控制。
機(jī)車反向行駛時(shí)程序設(shè)計(jì)思路與正向完全一致，其中3#卡位信息和1#卡位信息對應(yīng)，4#卡信息與2#卡信息對應(yīng)。
5、分閘控制模塊包括自動分閘過程去封鎖信號封鎖信號電路確保過分相過程結(jié)束后手輪自動控制部分電路無效。當(dāng)分閘過程開始，必須先去除封鎖信號才能使手輪自動控制部分電路有效，即允許降流。
分級降流。
執(zhí)行分閘動作。
撤銷分閘控制信號當(dāng)30KA繼電器正常動作后且檢測到輔壓為0時(shí)撤銷分閘控制信號。
6、合閘控制模塊包括自動合閘過程當(dāng)檢測到網(wǎng)壓從無到有的上升沿后，主控制器發(fā)出合閘信號。
當(dāng)系統(tǒng)接收到機(jī)車34KA繼電器動作信號后撤銷合閘控制信號。
在機(jī)車25KA繼電器動作后開始分級升流。
升流結(jié)束，加封鎖信號。
7、狀態(tài)信息顯示處理模塊包括過分相過程狀態(tài)指示通過軟件編程使?fàn)顟B(tài)指示燈的狀態(tài)隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化而變化，從而使司機(jī)能及時(shí)判斷出系統(tǒng)所處的狀態(tài)。系統(tǒng)上電時(shí)狀態(tài)指示燈亮，初始化完畢該指示燈滅；主控系統(tǒng)與GPS定位系統(tǒng)開始通訊時(shí)，狀態(tài)指示燈閃爍。在機(jī)車行進(jìn)過程中，GPS定位系統(tǒng)成功向主控系統(tǒng)發(fā)送定位信息或射頻識別系統(tǒng)(RFID)識別系統(tǒng)識別到卡信號時(shí)該指示燈開始常亮，直至整個過分相過程結(jié)束時(shí)指示燈滅。
分閘過程指示分閘過程開始時(shí)，分閘過程指示燈亮，分閘過程結(jié)束后，該指示燈滅。
合閘過程指示合閘過程開始時(shí)，合閘過程指示燈亮，合閘過程結(jié)束后，該指示燈滅。
手輪指示過程分閘過程中的降流過程開始，手輪指示燈逐漸變暗，降流過程結(jié)束后指示燈滅；合閘過程中的升流過程開始，手輪指示燈逐漸變亮，升流過程結(jié)束后指示燈常亮。
8、故障報(bào)警處理模塊主控系統(tǒng)通過程序處理實(shí)現(xiàn)故障分類報(bào)警和分類記錄功能。用指示燈指示的報(bào)警信號可分為如下類別識別器故障CPU故障GPS未定位讀卡信號丟失或卡失效CPU運(yùn)行溫度超過指定范圍發(fā)出分閘信號后30KA拒動A/D轉(zhuǎn)換模塊出錯輔壓未及時(shí)斷開過八跨時(shí)未檢測到網(wǎng)壓上升沿發(fā)出合閘信號后34KA拒動合主斷后25KA未動作機(jī)車所處位置不在自動過分相區(qū)域內(nèi)測量車速的脈沖電路故障開機(jī)及運(yùn)行過程中自檢故障9、通訊模塊主控制器通過串行口與GPS定位系統(tǒng)每1秒通訊一次，主控制器向GPS定位系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送速度校正信息及記錄的故障信息，并接收來自定位系統(tǒng)的速度信息、定位信息。通過通訊不僅進(jìn)行信息交換而且還相互監(jiān)督對方CPU是否有故障。
識別器軟件程序總體功能以識別器識到的識別卡信息為依據(jù)，發(fā)出不同控制指令，從而使得端口電平組合和卡位信息相對應(yīng)。另外，可以提供識別器正常工作的信號。
參看圖8，GPS機(jī)車定位系統(tǒng)軟件按功能分為5個模塊，包括主控制模塊，GPS數(shù)據(jù)接收模塊，線路數(shù)據(jù)全搜索模塊，行進(jìn)方向確定模塊，中斷處理模塊；1、主控制模塊，系統(tǒng)開機(jī)首先進(jìn)行初始化工作，初始化包括單片機(jī)初始化和GPS接收機(jī)的初始化兩部分。
緊接著系統(tǒng)讀出機(jī)車上次運(yùn)行的速度數(shù)據(jù)和線路方向信息并判斷機(jī)車輪徑值是否在正常值范圍內(nèi)，如果超出此范圍，系統(tǒng)立即啟動報(bào)警。
系統(tǒng)首先檢測是和PC機(jī)通信還是和GPS通信，如果和PC機(jī)通信則執(zhí)行PC機(jī)通信程序，即從閃存中讀出上次行駛過程中記錄的錯誤信息或向閃存中寫入線路等信息。如果和GPS通信，系統(tǒng)會順序調(diào)用其他模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，共同完成GPS電力機(jī)車自動定位。
2、GPS數(shù)據(jù)接收模塊，該模塊將GPS接收機(jī)接收到的二進(jìn)制原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成經(jīng)緯度信息和速度信息，并判斷經(jīng)緯度信息和速度值是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，如果超出范圍則認(rèn)為接收錯誤重新接收。
3、線路數(shù)據(jù)全搜索模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)了自動確定機(jī)車行駛線路的功能。具體實(shí)現(xiàn)如下為了確定機(jī)車在那條鐵路線及其行進(jìn)方向，剛開機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上次斷電時(shí)所保存的線路數(shù)據(jù)信息，查詢電子地圖中的線路表，并把當(dāng)前時(shí)刻GPS的經(jīng)緯度定位信息和從閃存中取出的分點(diǎn)的經(jīng)緯度信息進(jìn)行比較計(jì)算確定機(jī)車本次運(yùn)行線路和正反向信息。
4、行進(jìn)方向確定模塊，它的功能是自動確定機(jī)車行駛方向和自動發(fā)送卡位信息。
5、中斷處理模塊，中斷處理模塊由外部中斷，串行通信和定時(shí)器三個中斷服務(wù)程序組成。系統(tǒng)根據(jù)主控制器發(fā)送過來的速度調(diào)整信息對輪徑參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修正，從而實(shí)現(xiàn)對車速的實(shí)時(shí)修整。
系統(tǒng)對運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的各種故障都能及時(shí)報(bào)警，并將整套自動過分相系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障全部記錄下來。故障信息由主控制器以故障碼的形式發(fā)送，存儲到閃存中，便于查詢。
權(quán)利要求
1.一種電力機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)，其特征是包括定位系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，主控制器程序和定位系統(tǒng)程序，所述的定位系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)通過電纜分別和主控系統(tǒng)相連接，所述定位系統(tǒng)由射頻識別系統(tǒng)(RFID)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成，所述定位系統(tǒng)程序包括射頻識別系統(tǒng)(RFID)程序和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)程序；所述射頻識別系統(tǒng)(RFID)由識別器和射頻卡組成，射頻卡固定連接在鐵路電力接觸網(wǎng)的承力索上，它是一個無源ID號無線發(fā)射電路，該射頻卡接收識別器發(fā)送的電波信號，經(jīng)過整流后作為射頻卡的電源并啟動射頻卡發(fā)射電路，將ID號發(fā)送給識別器，所述的識別器連接在電力機(jī)車頂部，識別器收到這個ID號后傳送給主控系統(tǒng)，作為一個帶編號的定位信號，所述識別器包括識別器程序，并且識別器通過光電耦合電路和主控制器連接；所述的主控系統(tǒng)包括電源、主控制器以及外圍信號電路，該外圍信號電路和主控制器連接，所說的外圍信號電路主要包括信號處理電路、分閘控制電路、合閘控制電路、手輪控制電路，信號接口電路，其中信號處理電路包括輸入信號處理電路和輸出信號處理電路，輸入信號處理電路包括四路電樞電流采集電路、反饋信號檢測電路、網(wǎng)壓檢測電路、輔壓檢測電路和識別器信號電路，輸出信號處理電路包括強(qiáng)制封鎖信號電路及報(bào)警顯示信號電路；所述四路電樞電流采集電路包括四路電機(jī)電樞電流接口電路、光電耦合電路、采樣信號處理電路，四路電機(jī)電樞電流接口電路通過光電耦合電路和采樣信號處理電路連接后與主控制器連接，而主控制器通過接口電路檢測電機(jī)電流傳感器輸出的電樞電流信號，依據(jù)采樣到的電樞電流信號控制機(jī)車手輪上的電壓輸出，從而控制電樞電流及其變化率；所述網(wǎng)壓檢測電路包括網(wǎng)壓信號處理電路和雙向光耦合電路，網(wǎng)壓信號處理電路通過雙向光耦合電路與主控制器連接，而主控制器依據(jù)檢測到的網(wǎng)壓狀態(tài)判斷能否進(jìn)入自動合閘；所述的輔壓檢測電路通過光電耦合電路和主控制器連接，該輔壓檢測電路反映主變壓器是否工作的輔助電壓信號是從機(jī)車導(dǎo)線取得的電壓信號；所述反饋信號檢測電路通過光電耦合隔離電路和主控制器連接，而主控制器依據(jù)檢測到的反饋信號判斷合閘或者分閘是否成功；所述的分閘控制電路通過分閘信號輸出接口和分閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，它是由主控制器發(fā)出分閘命令，該命令控制分閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的分閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行分閘動作；所述的合閘控制電路通過合閘信號輸出接口和合閘控制機(jī)構(gòu)相連接后與主控制器連接，由主控制器發(fā)出合閘命令，該命令控制合閘控制回路，利用此回路來控制機(jī)車上的合閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行合閘動作；所述的報(bào)警信號輸出電路通過報(bào)警輸出信號接口和光電耦合電路與主控制器連接；所述的手輪控制電路包括手輪控制信號輸出電路和手輪自動控制信號處理電路，通過光電耦合電路和主控制器連接；所述的顯示系統(tǒng)包括數(shù)碼管、LED顯示、主控單片機(jī)及外圍硬件電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車車載過分相系統(tǒng)，其特征是所述的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由微處理器、天線和GPS接收機(jī)組成，它通過光電耦合電路和主控制器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車車載過分相系統(tǒng)，其特征是所述的主控制器通過485接口和光電耦合電路與TAX箱連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車車載過分相系統(tǒng)，其特征是所述的射頻識別系統(tǒng)(RFID)程序包括處理射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)通過端口傳送過來的信息；通過串行口與GPS機(jī)車定位系統(tǒng)進(jìn)行通訊；正確發(fā)送自動過分相過程中各種控制指令；包括響應(yīng)手/自動切換控制指令；實(shí)時(shí)監(jiān)測GPS機(jī)車定位系統(tǒng)和射頻識別系統(tǒng)(RFID)系統(tǒng)的故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車車載過分相系統(tǒng)，其特征是所述的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)程序包括主控制模塊、GPS數(shù)據(jù)接收模塊、線路數(shù)據(jù)全搜索模塊、行進(jìn)方向確定模塊、中斷處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車車載過分相系統(tǒng)，其特征是所述的識別器程序包括以識別器識到的識別卡信息為依據(jù)，發(fā)出不同控制指令，從而使得端口電平組合和卡位信息相對應(yīng)，還可以提供識別器正常工作的信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)車車載自動過分相系統(tǒng)，旨在提供一種不僅能精確、可靠地判斷機(jī)車在分相點(diǎn)前的位置，而且能夠合理控制降電流和升電流的速率，使機(jī)車安全、平穩(wěn)地自動過分相。本發(fā)明包括定位系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，主控制器程序和定位系統(tǒng)程序。定位系統(tǒng)由射頻識別系統(tǒng)(RFID)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成，定位系統(tǒng)程序包括射頻識別系統(tǒng)程序和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)程序。定位系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)通過電纜分別和主控系統(tǒng)相連接。所述射頻識別系統(tǒng)由識別器和射頻卡組成。主控系統(tǒng)包括電源、主控制器以及外圍信號電路，該外圍信號電路和主控制器連接。所述的顯示系統(tǒng)包括數(shù)碼管、LED顯示、主控單片機(jī)及外圍硬件電路。
文檔編號B60L5/36GK1569509SQ20041002719
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者王小可 申請人:深圳市三英特高科技有限公司