專利名稱：高速動車組牽引電機調試操作技能實訓系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鐵路高速動車組操作技能培訓技術領域，尤其是涉及一種滿足動車組調試員工調試操作技能培訓與考核的牽引電機調速調試操作實訓系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
隨著中國高速鐵路的快速發(fā)展，高速動車組的裝備水平、技術含量已經達到了世界領先水平。在高速動車組生產制造環(huán)節(jié)中，動車組調試是其中關鍵一環(huán)，它關系到動車組的各項功能能否正常實現(xiàn)以及動車組的安全可靠運行。因此，對動車組調試崗位員工的技能水平要求很高。對于動車組調試崗位的員工技能培訓，一直是困擾培訓工作的難題。一般來講，對于該崗位的傳統(tǒng)培訓僅限于圖紙原理的培訓，基本沒有實做培訓。因為一組動車組造價近上億元，利用原車培訓風險大、成本高，生產周期不允許，不可控因素多，而且由于工藝制度的限制不能更深入了解動車組控制原理。上述情況嚴重制約了調試員工操作技能水平的提高，導致成為動車組生產的制約因素。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是供一種具有較高仿真程度，對場地和環(huán)境要求不高，較少的能源和材料消耗，方便調試員工在脫離動車組現(xiàn)車的情況下，實現(xiàn)對動車組調試技能培訓的牽引電機調速調試操作模擬系統(tǒng)及控制方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高速動車組牽引電機調試操作技能實訓系統(tǒng)， 其特征在于包括一個控制模塊，其上裝有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立網絡通信，接收外掛司控器模塊、外掛牽引電機模塊的信號，將信號進行分析計算后通過網絡傳送給TCU，由TCU 通過電纜驅動外掛牽引電機模塊實現(xiàn)實際控制效果；—個外掛司控器模塊，用于將速度控制手柄的角度變化變換為數(shù)字信號并將信號通過信號電纜傳送到控制模塊；一個外掛牽引電機模塊，用于接收控制模塊驅動，利用電動機的運行具體體現(xiàn)控制效果，同時將轉速信號反饋回控制模塊。本發(fā)明系統(tǒng)控制方法包括下列步驟首先，判斷列車主斷路器是否閉合，司機鑰匙是否閉合、方向手柄是否選擇了方向，上述全部為“是”方可進行對TCU的控制；其次，司控器的角度數(shù)據(jù)通過KLIP站讀取，在通過網絡輸入到行車計算機CXU進行運行參數(shù)的計算，同時將計算的運行各種數(shù)據(jù)通過HMI顯示；之后，將計算完畢的運行參數(shù)通過網絡傳送到TCU進行牽引電機控制，同時將實際運行速度值進行反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制；最后，出現(xiàn)停車信號后進行減速停車。
本發(fā)明通過采用可編程控制器進行編程，模擬動車組C⑶邏輯控制與網絡控制。 在CCU的控制下協(xié)調有序地工作，使后臺支持與前臺功能模塊有機地融合在一起。體現(xiàn)了 CRH3型動車組VVVF牽弓I電機調速主要功能，體現(xiàn)動車組牽弓I電機調試技能獨特特點。上述結構具有與仿真程度高，培訓效率高，與現(xiàn)車比較成本低的特點。


圖I是本發(fā)明的結構框圖；圖2、圖3是控制模塊的電氣原理圖；圖4是控制模塊的結構框圖；圖5本發(fā)明控制方法流程圖；圖6是故障開關位置設置示意圖；圖7本發(fā)明實訓流程圖。
具體實施例方式參照圖1，本發(fā)明包括一個控制模塊，其上裝有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立網絡通信，接收外掛司控器模塊、外掛牽引電機模塊的信號，將信號進行分析計算后通過網絡傳送給TCU，由TCU通過電纜驅動外掛牽引電機模塊實現(xiàn)實際控制效果；一個外掛司控器模塊，用于將速度控制手柄的角度變化變換為數(shù)字信號并將信號通過信號電纜傳送到控制模塊；一個外掛牽引電機模塊，用于接收控制模塊驅動，利用電動機的運行具體體現(xiàn)控制效果，同時將轉速信號反饋回控制模塊。利用三個模塊分別模擬動車組牽引電機控制電路，三個模塊互相連接后達到與動車組相同的狀態(tài)。上述三個模塊共同安裝在標準作業(yè)平臺上，方便電源、信號等的連接；利用一個外掛牽引電機模塊用來實現(xiàn)動車組牽引電機的具體動作。參照圖2、3，其原理如下I、系統(tǒng)本模擬系統(tǒng)以西門子440變頻器模擬動車組VVVF調速系統(tǒng)，采用西門子S7-300 可編程控制器作為主站(模擬動車CCU)，西門子S7-200可編程控制器作為智能從站(模擬動車KLIP站)采集司機臺各種控制信號，與主站進行通訊，利用西門子觸摸屏TP-270 (模擬司機臺HMI)顯示運行參數(shù)。設置了 HMI控制首頁、HMI主控界面、HMI數(shù)據(jù)顯示畫面。2、信號傳送過程由司機臺司控器(8位絕對值編碼器)根據(jù)手柄旋轉角度將相應葛萊碼通過 PR0FIBUS網絡傳送至智能從站解碼成二進制數(shù)據(jù)，在與-22-S04司機室鑰匙、-22-S01方向選擇狀態(tài)信號通過PR0FIBUS網絡傳送至主站；主站根據(jù)從站傳送數(shù)據(jù)進行計算，通過讀寫PZD控制字、狀態(tài)字利用PR0FIBUS網絡對變頻器機型速度和方向控制。同時電機軸端裝有正交增量型編碼器，與變頻器裝載的編碼器模板對牽引電機進行閉環(huán)控制，提升速度穩(wěn)定性和調速系統(tǒng)動態(tài)特性；變頻器將狀態(tài)字通過Profibus網絡回傳至主站，通過數(shù)據(jù)處理后，在觸摸屏(HMI)中顯示各項參數(shù)。3、主電路
-10-Q01接觸器(模擬動車主斷路器)閉合，該狀態(tài)為系統(tǒng)默認狀態(tài)，故原理圖未給出-10-Q01接觸器送電控制回路，只需操作人員按動模擬盤中SB3(綠)、SB4(紅)即可啟停該接觸器。4、網絡模擬系統(tǒng)利用Profibus網絡實現(xiàn)通訊，與動車實際采用通訊形式不同，但傳輸物理機理相同。HMI (站號I)、主站(站號2)、遠程從站(站號3)、牽引變頻器(站號4)。參照圖4，控制模塊的結構包括HM、KLIP站、(XU、T⑶。HMI為行車信息顯示系統(tǒng)，用來實現(xiàn)動車組各項功能狀態(tài)、數(shù)據(jù)的顯示功能(本發(fā)明用西門子TP270模擬實現(xiàn))；CCU為行車計算機，實現(xiàn)動車組各種邏輯控制、數(shù)據(jù)運算、網絡控制等功能。(本發(fā)明用西門子S7-300CPU模擬實現(xiàn))；KLIP站為遠程1/0，實現(xiàn)動車組現(xiàn)場信息采集、控制，收集司機臺各種控制信號與 CCU行車計算機進行通信、信息交換。(本發(fā)明用西門子S7-200CPU+EM277模塊模擬實現(xiàn))；T⑶為動車組牽引變流器，是動車組驅動、控制牽引電機的核心器件，通過網絡通信與CCU進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)控制功能。(本發(fā)明用西門子MM440矢量變頻器模擬實現(xiàn))。上述四個器件通過網絡進行連接，實現(xiàn)信息共享、協(xié)同作業(yè)。圖5是本發(fā)明控制方法流程圖，流程開始于步驟100，步驟101判斷主斷路器-10-Q01是否激活，沒有激活則返回繼續(xù)判斷，激活后步驟102判斷司機鑰匙-22-S04是否閉合，沒有閉合則返回繼續(xù)判斷，閉合后步驟103判斷司機方向手柄是否處于前進或后退位置，為處于前進或后退位置，則返回繼續(xù)判斷，若處于前進或后退位置則步驟104進行運行參數(shù)的計算；同時步驟106司控器數(shù)據(jù)傳送到步驟107KLIP站，步驟107將數(shù)據(jù)參數(shù)至步驟104 ;步驟109讀取步驟104的數(shù)據(jù)并顯示；步驟105將運行參數(shù)轉換為對牽引電機的實際控制，同時步驟108將實際運行數(shù)據(jù)送回至步驟105實現(xiàn)閉環(huán)控制；步驟110判斷是否出現(xiàn)停車信號，沒有則返回步驟101循環(huán)，有停車信號則步驟111進行減速停車；步驟112 流程結束。培訓過程圖7是本發(fā)明培訓流程圖，流程開始于步驟200，步驟201參照圖1，將各電路連接插頭連接完成，確認無誤后，接通AC380V電源、DCllOV電源；步驟202，將模塊上設置的司機室鑰匙開關-22S-04置于運行位置、行車方向開關-22S-01置于前進或后退位置，按主斷閉合按鈕，激活主斷路器-10-Q01在硬件通信網絡建立起來的情況下，由CRH3型動車組行車計算機CXU模擬器做為網絡主站，利用西門子Profibus通信網絡模擬動車組MVB、WTB網絡，將運算結果通過網絡傳送到牽引變流器 (TCU)模擬器，通過硬件連接外掛牽引電機控制模塊實現(xiàn)牽引電機調速控制功能。同時，通過觸摸屏模擬動車組司機臺HMI顯示各種行車數(shù)據(jù)。上述過程是系統(tǒng)正常狀態(tài)下的操作過程。步驟203判斷系統(tǒng)調試是否成功，“是”即成功，則轉至步驟206結束；“否”即不成功，則進行步驟204 ；步驟204，由于控制模塊均設置有故障設置開關，此時接受培訓人員要根據(jù)圖2、 圖3電氣原理圖以及現(xiàn)場情況，進行故障分析和測量，直至查找到故障點并在試卷圖紙上標出故障位置，經監(jiān)考教師確認后，將故障開關撥回正常狀態(tài)，故障排除?？梢酝瑫r設置多個故障增加訓練難度。由圖6舉例說明其中1、2打X處兩個故障開關斷開后，接受培訓人員進行故障排查的過程。首先，按照操作順序激活主斷路器-10-Q01，司機室鑰匙開關-22S-04置于運行位置、行車方向開關-22S-01置于前進或后退位置，會出現(xiàn)牽引電機不運行的狀態(tài)，通過分析圖2、圖3，觀察現(xiàn)場情況，會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)網絡故障指示燈BF閃爍(該燈集成在CCU上，即西門子S7-300CPU上)，說明網絡建立失敗，同時HMI無指示；可分析HMI做為系統(tǒng)的站之一，不能正常運行會引發(fā)網絡無法建立，測量HMI工作電源發(fā)現(xiàn)無電壓，萬用表黑表筆接觸電源模塊M處，紅表筆測量HMI工作電源正極，DC24V正常，因此確定故障范圍是電源模塊M 端至HMI電源輸入負端斷線，恢復斷點后，重新啟動系統(tǒng)HMI工作正常，網絡自檢后正常，該故障排除完畢；方向手柄置于向前，推動司控器逐漸加速系統(tǒng)工作正常方向手柄置于向后， 推動司控器牽引電機不運行，經圖紙分析及現(xiàn)場觀察，向后運行繼電器-22-K82已經激活， 其輔助觸點將信號送至KLIP站，萬用表黑表筆接觸KLIP站電源模塊負端，紅表筆依次測量 KLIP站電源模塊正端、-22-K82輔助觸點、KLIP站輸入端，發(fā)現(xiàn)-22-K82輔助觸點至KLIP 站輸入端斷線，恢復斷點后，系統(tǒng)功能正常，至此全部故障排查完畢。步驟205,填寫調試故障記錄單；步驟206，結束。
權利要求
1.一種高速動車組牽引電機調試操作技能實訓系統(tǒng)，其特征在于包括一個控制模塊，其上裝有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立網絡通信，接收外掛司控器模塊、外掛牽引電機模塊的信號，將信號進行分析計算后通過網絡傳送給TCU，由TCU通過電纜驅動外掛牽引電機模塊實現(xiàn)實際控制效果；一個外掛司控器模塊，用于將速度控制手柄的角度變化變換為數(shù)字信號并將信號通過信號電纜傳送到控制模塊；一個外掛牽引電機模塊，用于接收控制模塊驅動，利用電動機的運行具體體現(xiàn)控制效果，同時將轉速信號反饋回控制模塊。
2.根據(jù)權利要求I所述的高速動車組牽引電機調試操作技能實訓系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括下列步驟首先，判斷列車主斷路器是否閉合，司機鑰匙是否閉合、方向手柄是否選擇了方向，上述全部為“是”方可進行對TCU的控制；其次，司控器的角度數(shù)據(jù)通過KLIP站讀取，在通過網絡輸入到行車計算機CCU進行運行參數(shù)的計算，同時將計算的運行各種數(shù)據(jù)通過HMI顯示；之后，將計算完畢的運行參數(shù)通過網絡傳送到TCU進行牽引電機控制，同時將實際運行速度值進行反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制；最后，出現(xiàn)停車信號后進行減速停車。
全文摘要
一種高速動車組牽引電機調試操作技能實訓系統(tǒng)，包括一個控制模塊，其上裝有HMI、KLIP站、CCU、TCU，用于建立網絡通信，接收外掛司控器模塊、外掛牽引電機模塊的信號，將信號進行分析計算后通過網絡傳送給TCU，由TCU通過電纜驅動外掛牽引電機模塊實現(xiàn)實際控制效果；一個外掛司控器模塊，用于將速度控制手柄的角度變化變換為數(shù)字信號并將信號通過信號電纜傳送到控制模塊；一個外掛牽引電機模塊，用于接收控制模塊驅動，利用電動機的運行具體體現(xiàn)控制效果，同時將轉速信號反饋回控制模塊。本發(fā)明模擬動車組CCU邏輯控制與網絡控制，使后臺支持與前臺功能模塊有機地融合在一起，仿真程度高，培訓效率高，與現(xiàn)車比較成本低的特點。
文檔編號G09B19/00GK102592489SQ20121006632
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權日2012年3月14日
發(fā)明者劉繼斌, 安忠義, 徐井全, 王亞彬, 羅昭強, 趙光興, 郭法娥, 陸培德 申請人:長春軌道客車股份有限公司