中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统

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中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统\n技术领域\n[0001] 本发明主要涉及到磁浮列车的控制设备领域，特指一种中低速磁浮列车用的控制系统。\n背景技术\n[0002] 现有技术中，中低速磁浮列车的车载控制系统以网络控制方式为主，利用计算机网络实现列车的控制和诊断；此外为进一步提高列车控制系统的可靠性，一般由硬线继电控制来实现列车的应急运行控制。其中，网络模式、网络解锁模式和ATC模式下的主要控制及逻辑判断均由微机执行，部分重要的或涉及安全的逻辑判断及综合除在微机内部执行外，控制电路中仍采用硬件逻辑电路。\n发明内容\n[0003] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、自动化程度高、适用范围广、功能集成度高、工作稳定、可靠性强的中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统。\n[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：\n[0005] 一种中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统，其特征在于包括：\n[0006] 通信组件，包括列车总线、车辆总线、列车控制线和车辆控制线，用于传递控制指令、控制参数、检测状态和数据；\n[0007] 控制开关组件，包括司机钥匙、操纵手柄和控制开关，用于司机或维护人员的操作；\n[0008] 显示组件，包括状态屏、信号屏、指示灯和模拟表，用于显示列车设备的状态和数据；\n[0009] 控制对象组件，包括低压柜、高压柜、AD110电源、DD280电源、辅助逆变器、悬浮控制器、牵引逆变器、制动系统、车门以及空气调节器；\n[0010] 控制器，通过通信组件与上述各部件相连并用来完成信息监测、信息处理、控制指令生成、故障诊断、数据存储功能。\n[0011] 作为本发明的进一步改进：\n[0012] 所述控制器设置有三种控制模式：\n[0013] 网络控制模式，为列车正常运行时的控制模式，采用分布式微机实时控制系统，各系统用总线通信方式连在一起，在司机室实现全列车的控制、诊断、保护及监视；\n[0014] 网络解锁控制模式，为列车稳定运行的控制模式，在列车个别网络系统部件故障的情况下，由司机通过控制开关组件屏蔽故障的网络系统部件；\n[0015] 应急控制模式，当列车控制网络完全瘫痪时运行的模式。\n[0016] 所述控制器设置有三种驾驶模式：自动驾驶模式、ATP监控下的人工驾驶模式、人工驾驶模式。\n[0017] 所述列车总线贯通列车的所有列，车辆总线为本单元车辆总线。\n[0018] 与现有技术相比，本发明的优点在于：\n[0019] 1、本发明中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统，结构简单紧凑、自动化程度高、适用范围广、功能集成度高、工作稳定、可靠性强，其特点是采用三种互为冗余的控制模式，即网络控制模式、解锁控制模式和硬线控制模式，且系统控制模式内部也进行了冗余设计，根据所选择的驾驶模式，能够全天候的满足列车运行的要求。因此，本发明能够高质量的完成中低速磁浮列车牵引&制动、悬浮导向和辅助系统的控制与诊断，确保磁浮列车的运行安全和高质量的运行品质，且本发明还具有磁浮列车根据客流量灵活编组的优点；\n[0020] 2、本发明以网络控制方式为主，利用计算机网络实现列车的控制和诊断；此外为进一步提高列车控制系统的可靠性，由硬线继电控制来实现列车的应急运行控制；\n[0021] 3、本发明中三种控制模式是按照列车均能正常运行设计的，不影响列车的运行性能，且这三种控制模式均采用了冗余设计，完全能够保证列车正点、稳定运行。\n附图说明\n[0022] 图1是本发明系统的结构框架示意图； \n[0023] 图2是本发明系统的功能框架示意图；\n[0024] 图3是本发明整体控制模式的构建框架图；\n[0025] 图4是本发明系统执行时的流程框架示意图。\n具体实施方式\n[0026] 以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。\n[0027] 中低速磁浮列车用车载控制与诊断系统，包括控制器（CCU/VCU）、控制对象组件、控制开关组件、显示组件以及通信组件，其中，控制器（CCU/VCU）用来完成信息监测、信息处理、控制指令生成、故障诊断、数据存储等功能；控制对象组件包括低压柜、高压柜、AD110电源、DD280电源、辅助逆变器、悬浮控制器、牵引逆变器、制动系统、车门、空气调节器等设备；控制开关组件包括司机钥匙、操纵手柄和控制开关，用于司机或维护人员的操作；显示组件包括状态屏、信号屏、指示灯和模拟表，用于显示列车设备的状态和数据；通信组件包括列车总线（WTB）、车辆总线(MVB)、列车控制线和车辆控制线，用于传递控制指令、控制参数、检测状态和数据。\n[0028] 如图2所示，本发明主要包括四个基本功能:网络控制，包括列车总线管理、车辆总线管理、数据记录和远程传输等功能；权限控制，包括权限控制、换端控制和模式控制等功能；设备控制，包括电气控制、制动控制、车辆设备控制、司机室设备控制、检测、显示和逻辑连锁等功能；系统诊断，包括列车诊断系统和车辆诊断系统。\n[0029] 通过应用本发明的系统，在具体实例中，列车的基本控制模式中采用网络（正常）控制模式、网络解锁控制模式和应急控制（硬线）模式三种，其控制模式构建框架如图3所示，具体说明如下：\n[0030] 网络控制模式：全列车设有列车总线(WTB)及多功能车辆总线(MVB)，WTB贯通全列，MVB为本单元车辆总线。列车控制是分布式微机实时控制系统，列车四大系统用总线通信方式连在一起，在司机室实现全列车的控制、诊断、保护及监视，以便列车智能控制。列车正常运行时采用此种控制模式。\n[0031] 网络解锁控制模式：列车个别网络系统部件故障的情况下，为实现列车稳定运行，由司机通过控制开关组件屏蔽故障的网络系统部件后，列车稳定运行的控制模式。\n[0032] 应急控制（硬线）模式：当列车控制网络完全瘫痪时，为实现列车稳定、正点运行的控制模式。此控制模式保护系统功能没有网络控制系统完善。\n[0033] 通过应用本发明的系统，在具体实例中，列车的基本驾驶模式分为自动驾驶模式、ATP监控下的人工驾驶模式、人工驾驶模式，分别说明如下：\n[0034] 自动驾驶模式：由ATP+ATO+ATS组成的驾驶模式，列车的运行基本由地面控制中心进行控制完成列车运行，是中低速磁浮列车正常运行的驾驶模式。\n[0035] ATP监控下的人工驾驶模式：当ATC系统中ATO等设备出现故障，列车在ATP监控下，列车由司机控制的驾驶模式。\n[0036] 人工驾驶模式：当ATP系统和ATO系统故障的情况下，完全由司机操纵列车的驾驶模式，这种驾驶模式应用在应急状态下。\n[0037] 本发明中中低速磁浮列车安全环线主要由紧急制动环线、列车完整性环线、列车车门状态环线、列车悬浮状态环线和列车激活环线5部分组成。\n[0038] 通过应用本发明的系统，在具体实例中，如图4所示，本发明的总体控制流程主要用来实现如下26大项控制功能：列车激活功能；列车驾驶模式功能；确定列车使能端确定功能；列车运行控制模式确定功能；列车DC110V蓄电池组投入完整性判定；列车网压检测功能；车载辅助电源启动；车载辅助电源关闭；辅助电源复位控制；列车起浮控制；列车降落控制；高速断路器闭合允许控制；高速断路器故障的判断；方向逻辑控制；列车发车指示；列车牵引控制；列车制动控制；列车适应地面供电系统突断、图投控制；列车紧急制动控制；列车坡道启动控制；列车换端控制；列车限速控制；车载ATP限速控制功能；车载ATO自动控车功能；列车接收安全环线的控制功能；列车显示与诊断功能。\n[0039] 以下将以具体应用实例，对本发明系统的运行进行详细说明。\n[0040] 1、本发明处于正常运行的实施方案；\n[0041] 列车激活：列车激活开关打到ON位控制电源接通，通信组件中网络控制系统各模块上电自检，各单元MVB网络、RS485网络、CAN网络自检，头车两个互为冗余CCU随机选定一个作为MVB主，同时将WTB初始化为从节点。\n[0042] 司机钥匙确定列车操作端：主控操纵司机室启用；当一个司机室的司机钥匙置于运行位(ON)时，该司机室设为主控操纵司机室。即，主控操纵司机室司机钥匙打到ON位连接DXM信号线输入高电平，该高电平信号确定本端有权且使本端继电器得电动作，输出列车权限控制电源；同时，该高电平信号将导致远端（非操纵端）继电器得电动作，确保本端（操纵端）连接DXM模块的信号线输入为低电平；完成本端司机室为主控操纵司机室授权（即本端有权）。\n[0043] CCU程序应根据司机钥匙进行以下操作：如果WTB总线中没有WTB主，则有权端的MVB主CCU将升级为WTB强主；如果WTB总线中没有WTB主，则有权端的MVB备用主将升级为WTB弱主；网络系统开始接收并可以执行司机操纵台其它输入输出控制指令；如果网络系统接收本端有权和远端有权信号同时有效或非换端工况下本端有权和远端有权同时无效，则网络系统输出紧急制动并按照断电逻辑进行相应操作。\n[0044] 列车运行控制模式确定：列车运行控制模式由主控操纵端控制模式开关所在位置确定，CCU根据运行控制模式对列车运行控制进行相应的逻辑处理和控制；如果仅连接DXM的正常模式信号输入为高电平则列车为正常运行控制模式，正常运行控制模式下，网络系统对列车运行控制进行完整的逻辑控制和监视；如果连接DXM的解锁模式信号输入为高电平，则列车为解锁运行控制模式，解锁运行控制模式下网络系统对列车运行进行控制，但是网络系统旁路所有外围控制条件，根据输入信号直接对列车进行控制和监视；如果仅连接DXM的应急模式信号输入为高电平，则列车为应急运行控制模式，应急运行控制模式下网络系统仅对列车运行进行监视，网络系统屏蔽所有控制功能；\n[0045] 列车网压检测，无论列车处于哪种运行控制模式下，网络系统均对高压柜中电压传感器采集的列车网压进行实时检测：列车低网压，列车网压值持续100ms低于1000伏；\n列车网压正常，列车网压值持续100ms大于1000伏且小于1950伏；列车高网压，列车网压值持续100ms大于1950伏；列车网络控制系统根据列车网压进行判定产生“电网电压过压”，“电网电压欠压”故障信息并通过司机显示器显示，同时分主断、撤销辅助系统启动指令。\n[0046] 车载辅助电源控制：列车操纵台设置列车辅助供电控制开关，正常运行控制模式和解锁运行控制模式下当主控操纵端辅助供电控制开关置于合位时，网络系统根据对应的上电逻辑进行相应控制，自动完成车载辅助电源的启动与关闭；\n[0047] 列车起浮控制：列车正常运行控制模式和解锁运行控制模式下网络系统根据悬浮控制逻辑控制列车起浮指令的输出实现对列车悬浮的控制。\n[0048] 列车降落控制：列车正常运行控制模式和解锁运行控制模式下网络系统根据悬浮控制逻辑控制列车起浮指令的撤销实现对列车降落的控制。\n[0049] 牵引方向控制：当一个司机室启用，列车的牵引方向必须通过“换向手柄”手动设置。换向手柄设有三个明显位置，F、0和R，分别对应向前，0和向后。\n[0050] (1)为了改变列车方向，从向前改为向后，或从向后改为向前，必须满足下列有效条件：\n[0051] 静止超过3秒；\n[0052] 制动指令为电紧急制动；\n[0053] 配置就绪；\n[0054] 一个司机室已经启用；\n[0055] 司机室弃用时，两个单元将牵引方向设为相反，方向设置信号将重设。\n[0056] (2)下列条件满足才能改变牵引方向 \n[0057] 方向设置有效；\n[0058] 曾设为向前；\n[0059] 列车静止至少1秒； \n[0060] 如果改变牵引方向的条件满足，当开关从“F"改为“R”，方向将设为开关所在的位置，反之亦然。\n[0061] (3)当列车牵引方向有效时，正确的牵引方向送到每辆动车的牵引变流器。如果列车牵引方向设为反向，送到每辆动车的牵引变流器的牵引方向也将改变。只有在零速，并且没有牵引力指令发出，例如司机手柄或制动手柄电紧急位时，牵引变流器的牵引方向才能改变。\n[0062] 牵引控制：在每个司机室司机台上有一个牵引手柄。牵引手柄手动操作，将牵引力或速度指令送给计算机系统。当在手动牵引力指令和自动速度模式之间转换时用到速度控制按钮。\n[0063] (1) 牵引力、速度和惰行信号是由牵引手柄里的电位器发出的模拟信号，这些信号送到司机室里的AXM(模拟输入输出接口)单元。\n[0064] 牵引力模式：牵引力指令和牵引手柄位置是对应的。在惰行位，牵引力/制动力力指令设为零。\n[0065] 速度模式：A：通过牵引手柄的向前推或向后拉，增大或减小速度。增大／减小的等级和牵引手柄的级位相对应的。B： 如果手柄放在恒速位，列车将保持同一速度，直到改变牵引手柄的位置来增大或减小速度。\n[0066] (2) 当司机把手柄拉向与自己相反方向并拉到底的位置，就是手柄上的电紧急制动的位置。电紧急制动由手柄里的一个触头发出，紧急制动时触头打开。\n[0067] (3) 当列车以故障运行模式运行时，速度信号通过头车的PWM脉冲发生器向牵引变流器给出脉冲信号，维持列车运行。\n[0068] 制动控制：在每一个司机室内司机台上有一个制动手柄。制动手柄手动操作，将制动手柄指令送到计算机系统。\n[0069] 制动手柄有一个明显位置(电紧急制动)，在制动位置，手柄是可变的。\n[0070] 制动手柄指令由司机操作，或由不同状况自动设置，大部分制动为电制动其余为机械制动，混合制动由制动系统来完成。\n[0071] 制动信号为模拟信号，由制动手柄里的电位器发出，信号送给司机室里的AXM单元。\n[0072] 当司机把手柄拉向与自己相反方向并拉到底的位置，就是手柄上的电紧急制动的位置。电紧急制动由手柄里的一个触头发出，紧急制动时触头打开。\n[0073] 2、本发明处于故障处理的实施方案；\n[0074] 1）、列车控制模式故障：\n[0075] 中低速度磁浮列车的控制模式分为网络（正常）控制模式、网络解锁控制模式和应急控制（硬线）模式三种。\n[0076] 当网络控制模式故障时，采用网络解锁控制模式；\n[0077] 当网络（正常）控制模式和网络解锁控制模式全部故障时，采用应急（硬线）控制模式\n[0078] 说明：这三种控制模式是按照列车均能正常运行设计的，不影响列车的运行性能，且这三种控制模式均采用了冗余设计，完全能够保证列车正点、稳定运行。\n[0079] 2）、列车驾驶模式故障：\n[0080] 中低速度磁浮列车驾驶模式分为自动驾驶模式、ATP监控下的人工驾驶模式、人工驾驶模式三种。\n[0081] 当自动驾驶模式故障时，采用ATP监控下的人工驾驶模式；\n[0082] 当自动驾驶模式和ATP监控下的人工驾驶模式全部故障时，采用人工驾驶模式。\n[0083] 说明：在采用人工驾驶模式时，要注意限速、车门关闭等情况；这三种驾驶模式在设计时均采用了冗余设计。\n[0084] 3）、牵引系统、制动系统、辅助供电系统和悬浮系统故障：\n[0085] 当网络控制模式故障时，采用网络解锁控制模式；\n[0086] 当网络（正常）控制模式和网络解锁控制模式全部故障时，采用应急（硬线）控制模式\n[0087] 说明：这三种控制模式是按照列车均能正常运行设计的，不影响列车的运行性能，且这三种控制模式均采用了冗余设计，完全能够保证列车正点、稳定运行。\n[0088] 3、本发明处于安全环线的实施方案：\n[0089] 中低速磁浮列车安全环线是确保列车安全、稳定、可靠运行的基本保障，根据列车控制系统的形式共计设计有5条安全环线，分别为：\n[0090] 紧急制动环线；\n[0091] 列车完整性环线；\n[0092] 列车车门状态环线；\n[0093] 列车悬浮状态环线；\n[0094] 列车控制激活环线；\n[0095] 4、本发明诊断系统的实施方案：\n[0096] 列车控制系统除了完成对控制系统的监控和诊断外，还负责车辆重要外围设备的监控和诊断；且送入车辆控制单元的任何异常都会作出如下处理：\n[0097] 存储：将故障及其有关数据如时间、车号存储到中央诊断存储器，利用PC机或读卡器可读取这些数据。\n[0098] 分级：按照故障对整个车辆功能的重要性将其分为四个故障级别：\n[0099] A级：车辆不能运行或必须停止操纵，只能拖走；\n[0100] B级：有限制的操纵运行，可行驶到下一站，全部卸客后空车驶入维修站；\n[0101] C级：运行性能下降，运营结束后进入维修站修理；\n[0102] D级：运行性能下降，维修信息被存储，但显示屏没有显示更多的故障指示。\n[0103] 显示：如果这种信息与牵引系统有关，会立即通过声光信号（蜂鸣器、LED故障指示灯）引起司机的注意；简明的文本信息显示在显示屏上，以指导司机控车。\n[0104] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。