專利名稱：電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，尤指一種基于機(jī)車安全信息綜合監(jiān)測(cè)裝置TAX箱(以下簡(jiǎn)稱TAX箱)的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置。
背景技術(shù)：
電力機(jī)車在行駛過(guò)程中，是從架設(shè)在鐵路旁的電網(wǎng)上獲取單相交流電來(lái)提供動(dòng)力的。電網(wǎng)三相電源的各相交替設(shè)置在不同路段上，各相之間的絕緣交點(diǎn)稱為分相點(diǎn)，機(jī)車在通過(guò)分相點(diǎn)時(shí)，需斷開(kāi)主斷路器，避免過(guò)分相時(shí)電源相位突變?cè)斐傻臎_擊。機(jī)車過(guò)分相時(shí)的司機(jī)的操作過(guò)程如下離分相點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，機(jī)車正常行駛，級(jí)位(對(duì)應(yīng)于一定的機(jī)車電流)手柄處于正常位置；在接近分相點(diǎn)時(shí)，司機(jī)需要退級(jí)位，以保證機(jī)車到達(dá)斷電標(biāo)之前，級(jí)位能降到零并斷開(kāi)主斷路器，然后使機(jī)車在不取電流的情況下通過(guò)分相點(diǎn)；通過(guò)分相點(diǎn)之后，在合電標(biāo)處閉合主斷路器，等機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)后升級(jí)位。所謂斷電標(biāo)指在此之前應(yīng)當(dāng)斷開(kāi)主斷路器處的公里標(biāo)(即位置數(shù)據(jù))，而合電標(biāo)指應(yīng)此后可閉合主斷路器處的公里標(biāo)，斷電標(biāo)和合電標(biāo)原來(lái)是靠標(biāo)識(shí)加以指示的。實(shí)際操作中是用斷電標(biāo)和合電標(biāo)來(lái)約束過(guò)分相操作的動(dòng)作位置的。
這種完全依靠人工的操作容易因種種人為因素而發(fā)生操作失誤，同時(shí)，在司機(jī)的過(guò)分相操作中，若開(kāi)始降級(jí)位的位置離分相點(diǎn)較近或機(jī)車速度較快時(shí)，需要快速降級(jí)位，但如果降級(jí)位速度過(guò)快，機(jī)車電流的快速變化會(huì)引起機(jī)車速度突變，可能損壞機(jī)車設(shè)備，也容易造成人員的傷害事故。若離分相點(diǎn)較遠(yuǎn)或機(jī)車速度較慢時(shí)，司機(jī)有較充裕的時(shí)間來(lái)完成退級(jí)位操作，但退級(jí)位操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)機(jī)車的運(yùn)行速度有不利影響。以上過(guò)程司機(jī)完全靠自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作，難以達(dá)到最優(yōu)的控制過(guò)程。因此自動(dòng)過(guò)分相的技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。
目前，國(guó)內(nèi)外電氣化鐵路機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相主要有3種方式地面開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換方式，由絕緣錨段關(guān)節(jié)、無(wú)絕緣軌道電路、真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)互感器、避雷器、電源配電盤等設(shè)備組成，具有機(jī)車斷電時(shí)間短，能適應(yīng)多種速度要求的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)非常復(fù)雜、造價(jià)高，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高；柱上開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷電方式，由分享絕緣器、真空開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成，機(jī)車斷電時(shí)間短，但機(jī)車過(guò)分相時(shí)產(chǎn)生過(guò)壓、過(guò)流，設(shè)備結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜；機(jī)車自動(dòng)控制過(guò)分相方式，與前二種不同，這種方式是通過(guò)在分相點(diǎn)前斷開(kāi)機(jī)車主斷路器，以不取電流的方式通過(guò)分相點(diǎn)，其中常用的一種方法是地面埋點(diǎn)，系統(tǒng)由絕緣錨段關(guān)節(jié)、地面磁鐵、機(jī)車接受控制裝置等設(shè)備組成，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，但是為了給機(jī)車提供控制信息，需要在鐵路現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)分相點(diǎn)兩側(cè)事先埋下磁鐵，這無(wú)疑是一項(xiàng)巨大工程，此外，埋點(diǎn)方式雖經(jīng)改進(jìn)，但對(duì)機(jī)車的運(yùn)行速度有限制，仍無(wú)法滿足機(jī)車在不同速度下過(guò)分相的要求，而且地面感應(yīng)器維護(hù)不易，維護(hù)費(fèi)用較高。
以上三種方式應(yīng)有地面或桿上設(shè)備，在機(jī)車上無(wú)法對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)?shù)孛婊驐U上設(shè)備故障時(shí)，裝置將無(wú)法自動(dòng)過(guò)分相，再由司機(jī)手動(dòng)時(shí)已來(lái)不及，易造成帶電過(guò)分相的嚴(yán)重后果，因此可靠性較差。
現(xiàn)有的電力機(jī)車安裝的機(jī)車安全信息綜合監(jiān)測(cè)裝置TAX箱(以下簡(jiǎn)稱TAX箱)，可以實(shí)時(shí)獲取并記錄機(jī)車的當(dāng)前速度、當(dāng)前位置(也是用公里標(biāo)來(lái)表示的，可精確到米)、當(dāng)前站號(hào)等信息，其中當(dāng)前位置是由起始位置加上運(yùn)行距離得到，在機(jī)車通過(guò)鐵路沿線的信號(hào)機(jī)時(shí)，位置數(shù)據(jù)得到自動(dòng)修正；各分相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的斷電標(biāo)和合電標(biāo)可以檢測(cè)出并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；手柄的極位信號(hào)可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊來(lái)采集，這些在司機(jī)進(jìn)行過(guò)分相操作時(shí)需要的數(shù)據(jù)都可以由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)獲得，機(jī)車級(jí)位、主斷路器的開(kāi)合也可以由計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)來(lái)控制。因此，采用包含計(jì)算機(jī)的自動(dòng)過(guò)分相裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)仿人自動(dòng)過(guò)分相控制是解決電力機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相問(wèn)題的新途徑。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，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(dòng)過(guò)分相的過(guò)程。為此，本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的自動(dòng)過(guò)分相裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，由車載的自動(dòng)過(guò)分相裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)仿人自動(dòng)過(guò)分相的控制，包括以下步驟根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的機(jī)車當(dāng)前位置、當(dāng)前速度及當(dāng)前手柄級(jí)位，結(jié)合下一斷電標(biāo)，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，若否，則再循環(huán)判斷；若是，則進(jìn)行下一步驟；自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，將級(jí)位降到零；然后在到達(dá)斷電標(biāo)之前斷開(kāi)主斷路器；判斷機(jī)車是否通過(guò)合電標(biāo)，若否，則再循環(huán)判斷；若是，閉合主斷路器，并進(jìn)行下一步驟；延時(shí)一段時(shí)間等機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)后，將機(jī)車級(jí)位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級(jí)位，然后將級(jí)位控制權(quán)交還給操縱手柄，完成一次自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程。
為了提高過(guò)分相的可靠性，在進(jìn)行機(jī)車是否進(jìn)入有效操作距離的判斷前，增加一個(gè)向司機(jī)室發(fā)出分相預(yù)示信號(hào)的步驟。
為了在保持機(jī)車平穩(wěn)的同時(shí)加快過(guò)分相過(guò)程，在自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程中降級(jí)位可采用以下方法機(jī)車當(dāng)前級(jí)位大于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位時(shí)，先輸出當(dāng)前級(jí)位，然后每延時(shí)一段時(shí)間后降一級(jí)級(jí)位，直到機(jī)車當(dāng)前級(jí)位等于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，再經(jīng)一個(gè)延時(shí)將級(jí)位直接降到零；若機(jī)車當(dāng)前級(jí)位小于等于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，則直接將級(jí)位降到零。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明自動(dòng)過(guò)分相控制方法，本發(fā)明提供了一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，包括主控制器以及與主控制器連接的級(jí)位控制模塊、通訊接口、主斷路器控制模塊及顯示盒，所述級(jí)位控制模塊用于采集操縱手柄級(jí)位并輸入主控制器，將主控制器發(fā)出的級(jí)位控制信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸出至機(jī)車級(jí)位控制電路，并可根據(jù)主控制器的級(jí)位轉(zhuǎn)換控制信號(hào)將級(jí)位控制權(quán)在操縱手柄和主控制器之間切換，所述通訊接口與TAX箱相連，可實(shí)現(xiàn)主控制器與TAX箱之間的實(shí)時(shí)通訊，所述主斷路器控制模塊可根據(jù)主控制器的指令控制主斷路器的閉合或斷開(kāi)，并將主斷路器的狀態(tài)反饋至主控制器，所述顯示盒設(shè)置在司機(jī)室內(nèi)，可顯示自動(dòng)過(guò)分相的工作狀態(tài)，由可編程的主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)分相控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)車兩端控制的要求，本發(fā)明自動(dòng)過(guò)分相控制裝置的級(jí)位控制模塊包括由機(jī)車工作端位決定其得電或失電的端位信號(hào)繼電器及該繼電器的一至四號(hào)觸點(diǎn)、級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以及與主控制器連接的A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，所述一號(hào)觸點(diǎn)為一端與A端操縱手柄相連的常閉觸點(diǎn)，二號(hào)觸點(diǎn)為一端與B端操縱手柄相連的常開(kāi)觸點(diǎn)，三號(hào)觸點(diǎn)為一端與A端機(jī)車級(jí)位控制電路連接的常閉觸點(diǎn)，四號(hào)觸點(diǎn)為一端與B端機(jī)車級(jí)位控制電路連接的常開(kāi)觸點(diǎn)，所述級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有手動(dòng)輸入端、自動(dòng)輸入端和一個(gè)輸出端，其中手動(dòng)輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路以及一號(hào)、二號(hào)觸點(diǎn)的另一端相連，自動(dòng)輸入端與D/A轉(zhuǎn)換電路相連，輸出端與三號(hào)、四號(hào)觸點(diǎn)的另一端相連，所述主控制器可控制該級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的輸出端與手動(dòng)輸入端或者與自動(dòng)輸入端接通，使操縱手柄或者主控制器獲得級(jí)位控制權(quán)。
為了在完成自動(dòng)過(guò)分相控制的同時(shí)，使裝置具有采集分相點(diǎn)公里標(biāo)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)機(jī)車電量計(jì)量轉(zhuǎn)儲(chǔ)的功能，本發(fā)明自動(dòng)過(guò)分相控制裝置還包括由主控制器控制切換的通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以及與主控制器連接的IC卡接口電路和/或數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊，所述通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有與TAX箱相連的第一輸入端、與機(jī)車智能電表相連的第二輸入端，以及一個(gè)和所述通訊接口相連的輸出端，所述主控制器按以下方法實(shí)現(xiàn)電量的計(jì)量轉(zhuǎn)儲(chǔ)主控制器每隔一段時(shí)間將通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換一次，通過(guò)通訊接口交替式地與智能電表和TAX箱通訊；當(dāng)TAX箱內(nèi)的時(shí)間、位置、速度等信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，或者智能電表的電量信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，向主控制器發(fā)出中斷信號(hào)，主控制器判斷出中斷信號(hào)源后從中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并加以存儲(chǔ)，然后通過(guò)所述IC卡接口電路轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，及/或通過(guò)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊在機(jī)車回庫(kù)時(shí)用無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送至地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
由上可知，本發(fā)明的自動(dòng)過(guò)分相控制方法和裝置，在自動(dòng)過(guò)分相時(shí)用計(jì)算機(jī)模擬了司機(jī)整個(gè)的安全操作規(guī)程，在司機(jī)手動(dòng)優(yōu)先的情況下，根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行信息實(shí)時(shí)調(diào)整控制變量的值，可以確保機(jī)車在“斷標(biāo)”之前準(zhǔn)確地完成降級(jí)位和斷主斷路器的操作，保證自動(dòng)過(guò)分相的安全，有效地降低了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了機(jī)車和供電設(shè)備發(fā)生故障的可能性。本發(fā)明完全利用車載既有設(shè)備，無(wú)需埋設(shè)傳感器，或?qū)﹁F路線路或接觸網(wǎng)進(jìn)行任何改造，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)分相過(guò)程，節(jié)省了附加設(shè)備和費(fèi)用，又提高了機(jī)車過(guò)分相的自動(dòng)化程度。此外，利用本發(fā)明的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置可控制機(jī)車級(jí)位的上升和下降速率，對(duì)機(jī)車不造成沖動(dòng)，適用于低速、常速及中高速機(jī)車牽引的要求。因無(wú)地面或桿上設(shè)備，司機(jī)可實(shí)時(shí)對(duì)裝置的全部狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)司機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警提示，提高了機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相的可靠性。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程的示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程的控制流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)過(guò)分相裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)過(guò)分相裝置主控制器的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)過(guò)分相及電量轉(zhuǎn)儲(chǔ)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)過(guò)分相控制的示意圖如圖1所示，是一種由車載的自動(dòng)過(guò)分相裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的仿人自動(dòng)過(guò)分相控制方式。其流程圖如圖2所示，包括以下步驟計(jì)算機(jī)車當(dāng)前位置l是否進(jìn)入分相預(yù)示距離，步驟100；若否，再循環(huán)判斷；若是，開(kāi)始自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程，進(jìn)行下一步驟；判斷當(dāng)前車站號(hào)是否下一斷電標(biāo)l0對(duì)應(yīng)的車站號(hào)，步驟110；若否，結(jié)束自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程；若是，向司機(jī)室發(fā)出分相預(yù)示信號(hào)，步驟120；并進(jìn)行下一步驟；根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的機(jī)車當(dāng)前位置l、當(dāng)前速度v及當(dāng)前手柄級(jí)位n，結(jié)合下一斷電標(biāo)l0，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，步驟130；若否，則再循環(huán)判斷；若是，則進(jìn)行下一步驟；自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，將級(jí)位降到零，步驟140；然后在到達(dá)斷電標(biāo)l0之前斷開(kāi)主斷路器，步驟150；判斷機(jī)車是否通過(guò)合電標(biāo)，步驟160；若否，則再循環(huán)判斷；若是，閉合主斷路器，步驟170；并進(jìn)行下一步驟；延時(shí)一段時(shí)間等機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)后，步驟180；將級(jí)位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級(jí)位n’；然后將級(jí)位控制權(quán)交還給操縱手柄，步驟190，完成一次自動(dòng)過(guò)分相的控制過(guò)程。
需要說(shuō)明的是，上述流程圖表示的是按單線程的方式來(lái)完成自動(dòng)過(guò)分相的控制，在步驟100、130和160的判斷結(jié)果是否時(shí)，主控制器循環(huán)執(zhí)行該步驟。
在實(shí)際運(yùn)行中，上述流程一般是作為自動(dòng)過(guò)分相子過(guò)程，在步驟100的判斷結(jié)果為否時(shí)，主控制器先退出該子過(guò)程，當(dāng)主流程再執(zhí)行該子過(guò)程時(shí)，再進(jìn)行新的判斷；在步驟130的判斷結(jié)果為否時(shí)，主控制器置一標(biāo)記表示機(jī)車已進(jìn)入預(yù)示距離，退出該子過(guò)程，當(dāng)主流程再執(zhí)行該子過(guò)程時(shí)，讀取到該標(biāo)記后，直接執(zhí)行步驟130；當(dāng)步驟160的判斷結(jié)果為否時(shí)，主控制器置一標(biāo)記表示機(jī)車已進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，再退出該子過(guò)程，當(dāng)主流程再執(zhí)行該子過(guò)程時(shí)，先讀取到機(jī)車已進(jìn)入預(yù)示距離的標(biāo)記，再讀取到機(jī)車已進(jìn)入有效操作距離的標(biāo)記，就直接執(zhí)行步驟160，當(dāng)步驟160的判斷結(jié)果為是時(shí)，將上述兩個(gè)標(biāo)記均清空，再執(zhí)行下一步驟。這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)上述步驟的循環(huán)判斷過(guò)程。
斷電標(biāo)和合電標(biāo)的數(shù)據(jù)在自動(dòng)過(guò)分相控制中是十分關(guān)鍵的，而現(xiàn)有的公里標(biāo)數(shù)據(jù)由于計(jì)算方法的不統(tǒng)一，與TAX箱記錄的公里標(biāo)之間存在誤差。本發(fā)明采取了在實(shí)際運(yùn)行中采集數(shù)據(jù)的方式來(lái)獲取以上公里標(biāo)。其方法是，在電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集機(jī)車電度表的弓網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)和TAX箱中的公里標(biāo)，記錄下所有弓網(wǎng)電壓為零時(shí)，也就是機(jī)車所通過(guò)的分相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的公里標(biāo)，由于不同路段上斷電標(biāo)和合電標(biāo)與分相點(diǎn)之間的距離要求有所不同，本發(fā)明根據(jù)每一分相點(diǎn)斷合電標(biāo)與分相點(diǎn)之間要求的距離計(jì)算出對(duì)應(yīng)的斷電標(biāo)和合電標(biāo)并存儲(chǔ)在裝置中。這種方法十分簡(jiǎn)單，采集的數(shù)據(jù)也十分準(zhǔn)確，誤差很小。
在以上的步驟中，分相預(yù)示并非完成過(guò)分相過(guò)程必須進(jìn)行的操作，但是，在自動(dòng)過(guò)分相的過(guò)程中，自動(dòng)過(guò)分相裝置可能出現(xiàn)判斷失誤，未能進(jìn)行正常的自動(dòng)過(guò)分相操作。這時(shí)就需要司機(jī)手動(dòng)進(jìn)行應(yīng)急操作，但如果司機(jī)發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題時(shí)機(jī)車離分相點(diǎn)太近，就會(huì)來(lái)不及處理而難以避免事故發(fā)生。因此，在本實(shí)施例中，包括了一個(gè)在離斷電標(biāo)一定距離時(shí)進(jìn)行分相預(yù)示的步驟，本實(shí)施例判斷機(jī)車是否進(jìn)入分相預(yù)示距離的方法是計(jì)算機(jī)車當(dāng)前位置與下一斷電標(biāo)l0間的距離是否小于等于分相預(yù)示距離△l1，在機(jī)車距離斷電標(biāo)的距離小于△l1時(shí)，發(fā)出預(yù)示信號(hào)通知司機(jī)?！鱨1值由系統(tǒng)設(shè)定，它應(yīng)大于有效操作距離，保證司機(jī)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)分相裝置工作不正常時(shí)，有充裕的時(shí)間手動(dòng)完成過(guò)分相操作，防止事故發(fā)生。當(dāng)然也可以在裝置中存儲(chǔ)每一分相點(diǎn)對(duì)應(yīng)預(yù)示點(diǎn)的公里標(biāo)，直接用機(jī)車當(dāng)前位置和該公里標(biāo)進(jìn)行比較。
但是，不同的機(jī)車交路有時(shí)可能在不同路段上出現(xiàn)相同的公里標(biāo)，即自動(dòng)過(guò)分相裝置會(huì)采集到相同的當(dāng)前位置，并與下一斷電標(biāo)的相關(guān)位置進(jìn)行比較計(jì)算，而實(shí)際上只有一個(gè)路段上存在分相點(diǎn)，這樣就會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。本發(fā)明為了適用于各種情況，預(yù)先將每一斷電標(biāo)對(duì)應(yīng)的站號(hào)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，在機(jī)車當(dāng)前位置與斷電標(biāo)之間的距離已小于等于分相預(yù)示距離后，將從TAX箱獲取的當(dāng)前車站號(hào)與該斷電標(biāo)對(duì)應(yīng)的車站號(hào)比較，如果兩者相同，才發(fā)出預(yù)示信號(hào)，否則結(jié)束自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程。即只有距離和車站號(hào)兩個(gè)因素同時(shí)滿足時(shí)，才進(jìn)行分相預(yù)示。
所謂有效操作距離，指在該距離處開(kāi)始操作時(shí)，能確保在當(dāng)前速度下機(jī)車可以平穩(wěn)地從初始級(jí)位降到零，并在下一斷電標(biāo)前斷開(kāi)主斷路器。在此前提下，降一級(jí)級(jí)位的延時(shí)時(shí)間也不能過(guò)大，以免機(jī)車運(yùn)行速度受到不利影響，本發(fā)明所提的有效操作距離并不是固定數(shù)值，而是跟機(jī)車運(yùn)行的速度及當(dāng)前級(jí)位有關(guān)。
要保證機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)，可以將機(jī)車從當(dāng)前級(jí)位n逐級(jí)延時(shí)下降，直到級(jí)位為零。另外，為了提供一定的保險(xiǎn)系數(shù)，要求機(jī)車在距斷電標(biāo)之間還有一保險(xiǎn)距離△l2時(shí)，級(jí)位就下降到零并且斷開(kāi)主斷路器，如△l2可取50米。當(dāng)采用這種降級(jí)位方式時(shí)，按以下方式計(jì)算有效操作距離先設(shè)定一個(gè)能保證機(jī)車平穩(wěn)逐級(jí)降級(jí)位的最大延時(shí)時(shí)間△tmax。根據(jù)當(dāng)前位置l(通過(guò)與TAX箱實(shí)時(shí)通訊獲得機(jī)車實(shí)時(shí)位置處的公里標(biāo))、當(dāng)前速度v(通過(guò)與TAX箱的實(shí)時(shí)通訊獲得)、當(dāng)前級(jí)位n(通過(guò)實(shí)時(shí)采集獲得)及斷電標(biāo)l0(預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)中)，計(jì)算以當(dāng)前速度運(yùn)行到達(dá)斷電標(biāo)時(shí)級(jí)位為零的降一級(jí)級(jí)位時(shí)間△t。具體的計(jì)算公式如下Δt=|l-l0|-Δl2nv········(1)]]>然后將△t和△tmax進(jìn)行比較。若△t＞△tmax，則機(jī)車沒(méi)有進(jìn)入有效操作距離；若△t≤△tmax，則機(jī)車已進(jìn)入有效操作距離，我們將此時(shí)得到的△t記為△t0。
但是，當(dāng)所下降到的級(jí)位比機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)的級(jí)位只大一級(jí)時(shí)，即等于當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位n1時(shí)，經(jīng)一個(gè)延時(shí)后直接將機(jī)車級(jí)位下降至零(見(jiàn)圖1中級(jí)位曲線的垂直下降段)，和逐級(jí)降級(jí)位直到零相比，并不會(huì)對(duì)機(jī)車運(yùn)行產(chǎn)生額外的沖擊。因?yàn)楫?dāng)機(jī)車級(jí)位小于機(jī)車當(dāng)前速度所對(duì)應(yīng)的級(jí)位后，機(jī)車并不依靠牽引力而是依靠慣性前進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)機(jī)車分為1-15個(gè)級(jí)位，各對(duì)應(yīng)于10-150km/h的運(yùn)行速度，每升一級(jí)對(duì)應(yīng)速度增加10km/h，機(jī)車當(dāng)前速度為108km/h，用108除以10向下取整得到對(duì)應(yīng)的級(jí)位為10級(jí)，機(jī)車當(dāng)前級(jí)位是15級(jí)，則在自動(dòng)過(guò)分相的過(guò)程中，只需將機(jī)車級(jí)位逐級(jí)降低到11級(jí)，此后再經(jīng)一個(gè)延時(shí)就可以直接將機(jī)車級(jí)位降低到零，再斷開(kāi)主斷路器。通過(guò)合電標(biāo)后的升級(jí)位過(guò)程中，也可以將級(jí)位直接升至機(jī)車當(dāng)前速度所對(duì)應(yīng)的級(jí)位n1’，還以上面的例子為例，假設(shè)通過(guò)分相點(diǎn)后機(jī)車的速度是98km/h，對(duì)應(yīng)的級(jí)位是9級(jí)，就可以直接將機(jī)車級(jí)位從零上升至10級(jí)，然后再逐級(jí)地上升至當(dāng)前手柄級(jí)位，這樣就可以縮短機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程的時(shí)間，從而提高機(jī)車的運(yùn)行速度，本發(fā)明實(shí)施例采取的就是這種升降級(jí)位的方法。
采取這種方式時(shí)，在判斷是否進(jìn)入有效操作距離時(shí)，首先判斷當(dāng)前級(jí)位n是否小于或等于當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位n1。
如果n≤n1，則比較當(dāng)前位置l和斷電標(biāo)l0之間的距離是否小于等于保險(xiǎn)距離△l2，如果是，則機(jī)車進(jìn)入有效操作距離；如果不是，則機(jī)車未進(jìn)入有效操作距離。
如果n＞n1，則按下述公式判斷機(jī)車是否進(jìn)入有效操作距離Δt=|l-l0|-Δl2(n-n1)v············(2)]]>△t仍代表以當(dāng)前速度v運(yùn)行，在距離斷電標(biāo)一設(shè)定的保險(xiǎn)距離△l2時(shí)級(jí)位為零的降一級(jí)級(jí)位時(shí)間△t，n1代表當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，其它參數(shù)含義同公式(1)。然后將△t和△tmax進(jìn)行比較。若△t＞△tmax，機(jī)車未進(jìn)入有效操作距離；若△t≤△tmax，機(jī)車已進(jìn)入有效操作距離。我們將此時(shí)的△t記為△t0。
如果過(guò)分相控制中沒(méi)有采取分相預(yù)示的步驟，則當(dāng)前車站號(hào)和下一分相點(diǎn)對(duì)應(yīng)車站號(hào)的比較可以在機(jī)車進(jìn)入有效操作距離后再進(jìn)行，如果兩者相同，再進(jìn)行后續(xù)的過(guò)分相控制，如果不同，則退出過(guò)分相自動(dòng)過(guò)程。
當(dāng)機(jī)車進(jìn)入有效操作距離后，過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，當(dāng)n＞n1時(shí)，先輸出當(dāng)前級(jí)位n，延時(shí)△t0后將當(dāng)前級(jí)位n降至n-1，然后逐級(jí)降到n1，再經(jīng)一個(gè)延時(shí)將級(jí)位降到零；當(dāng)n≤n1時(shí)，則將級(jí)位直接降到零。當(dāng)n＞n1時(shí)的降一級(jí)級(jí)位延時(shí)時(shí)間△t可以根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算，其中的l，v值從TAX箱中實(shí)時(shí)獲取，即可得到對(duì)應(yīng)的△t，經(jīng)過(guò)該△t時(shí)間后再降一級(jí)級(jí)位即可，這樣可以達(dá)到在斷電標(biāo)前將級(jí)位下降到零并斷開(kāi)主斷路器的控制目標(biāo)。
也可以直接采用有效操作距離計(jì)算中得到的△t0值，作為固定的降一級(jí)級(jí)位延時(shí)時(shí)間，如圖1所示的是這種方法。因?yàn)檫^(guò)分相過(guò)程較短(一般不超過(guò)一分鐘)，機(jī)車速度變化不大，每個(gè)級(jí)位處實(shí)時(shí)計(jì)算得到的△t值與△t0值差別很小。用△t0值作為固定的降一級(jí)級(jí)位延時(shí)時(shí)間，也能夠可靠保證控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)簡(jiǎn)化了算法。
機(jī)車通過(guò)分相點(diǎn)后，過(guò)分相控制裝置比較當(dāng)前位置和合電標(biāo)，若通過(guò)合電標(biāo)處，則控制主斷路器閉合，延時(shí)一段時(shí)間，待機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)可以輸出功率后，將機(jī)車級(jí)位從零級(jí)位直接升至當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)的上一級(jí)級(jí)位n1’，然后再逐級(jí)上升到當(dāng)前手柄級(jí)位n’，由于沒(méi)有降級(jí)位時(shí)的強(qiáng)制性控制目標(biāo)，升級(jí)位的延時(shí)時(shí)間無(wú)嚴(yán)格時(shí)間要求，只要保持機(jī)車平穩(wěn)，每延遲一段時(shí)間升一級(jí)級(jí)位即可。在自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)的過(guò)程中，操縱手柄的操作無(wú)效，但司機(jī)仍能調(diào)節(jié)手柄位置，因此過(guò)分相前后的手柄級(jí)位n和n’并不一定相同。
本發(fā)明的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置如圖3所示。主要包括主控制器11，以及與主控制器11連接的級(jí)位控制模塊13、通訊接口15、主斷路器控制模塊17、A端顯示盒19、B端顯示盒21等。圖2所示的自動(dòng)過(guò)分相控制流程是通過(guò)對(duì)主控制器11編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖4是主控制器11的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括CPU 111、地址鎖存器112、程序存儲(chǔ)器113、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器114、數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器115、晶振時(shí)鐘電路116、電源監(jiān)控和復(fù)位電路117、地址譯碼器118。本實(shí)施例的主CPU 111采用16位單片機(jī)TN80C196KB。地址鎖存器112采用74LS573。程序存儲(chǔ)器113使用27256。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器114采用6264。數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器115采用FLASHRAM。各分相點(diǎn)相關(guān)的斷電標(biāo)、合電標(biāo)和車站號(hào)存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器113中；數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器則記錄下車次、司機(jī)、機(jī)車運(yùn)行時(shí)的位置、速度、級(jí)位變化等數(shù)據(jù)。需要說(shuō)明的是，上述電路只是一個(gè)具體的實(shí)施例，也可以用其它電路來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的控制功能。
圖4中的電源監(jiān)控和復(fù)位電路117采用DS1232芯片，其VCC腳接電源，RESET-腳接CPU 111的RESET腳，STROBE接CPU 111的P2.5腳。DS1232的VCC腳是電源的輸入腳，同時(shí)也是電源檢測(cè)腳，當(dāng)VCC≤4.75V時(shí)，DS1232將通過(guò)RESET-腳，不斷將CPU 111復(fù)位，從而起到電源檢測(cè)的作用。在正常工作時(shí)，CPU 111每隔固定的時(shí)間(最大為1.6s)，要將DS1232的STROBE腳跳變一次，相當(dāng)于給監(jiān)視定時(shí)器不斷清“0”，以通知DS1232主機(jī)的工作狀態(tài)正常，如果在規(guī)定的時(shí)間無(wú)跳變，則DS1232就會(huì)發(fā)出RESET-脈沖，將CPU 111復(fù)位，直至其正常工作。這樣，如果主機(jī)一旦死機(jī)，DS1232就會(huì)讓其熱復(fù)位，使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)。從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。
電力機(jī)車的兩端(以下稱為A端和B端)都可能有司機(jī)室，司機(jī)可能在其中的任何一端操作，本發(fā)明的自動(dòng)過(guò)分相裝置為了滿足這一要求，其級(jí)位控制模塊13由端位信號(hào)繼電器J1及其常閉觸點(diǎn)J1-1和J1-3、常開(kāi)觸點(diǎn)J1-2和J1-4，級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1，A/D轉(zhuǎn)換電路，以及D/A轉(zhuǎn)換電路組成。觸點(diǎn)J1-1至J1-4的一端分別與A端操縱手柄、B端操縱手柄、A端機(jī)車級(jí)位控制電路、B端機(jī)車級(jí)位控制電路連接；級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1具有手動(dòng)、自動(dòng)輸入端和一個(gè)輸出端，手動(dòng)輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路以及觸點(diǎn)J1-1、J1-2的另一端相連，自動(dòng)輸入端與D/A轉(zhuǎn)換電路相連，輸出端與觸點(diǎn)J1-3、J1-4的另一端相連。其中的級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1可以通過(guò)繼電器的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，主控制器11通過(guò)控制該繼電器即可實(shí)現(xiàn)級(jí)位控制權(quán)的切換。如果機(jī)車只需在單端控制，只要去掉端位信號(hào)繼電器J1及其觸點(diǎn)，將級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1的手動(dòng)輸入端和輸出端直接與操縱手柄和機(jī)車級(jí)位控制電路相連就可以了。
機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)，級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1的輸出端與手動(dòng)輸入端接通。如果司機(jī)在A端操作，使端位信號(hào)繼電器J1不得電(可以通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)控制)，觸點(diǎn)J1-1和J1-3閉合，J1-2和J1-4斷開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)時(shí)采集A端操縱手柄級(jí)位值，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入主控制器11，由A端操縱手柄向A端機(jī)車級(jí)位控制電路輸出級(jí)位控制信號(hào)；如果司機(jī)在B端操作，使端位信號(hào)繼電器J1得電，觸點(diǎn)J1-1和J1-3斷開(kāi)，J1-2和J1-4閉合，A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)時(shí)采集B端操縱手柄級(jí)位值，由B端操縱手柄向B端機(jī)車級(jí)位控制電路輸出級(jí)位控制信號(hào)。
過(guò)分相時(shí)，主控制器11輸出的級(jí)位轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，使控制該開(kāi)關(guān)K1的輸出端與自動(dòng)輸入端接通，此時(shí)主控制器11獲取級(jí)位控制權(quán)。A/D轉(zhuǎn)換電路仍可實(shí)時(shí)采集A端或B端操縱手柄級(jí)位值，而主控制器輸出的級(jí)位控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字信號(hào)后，輸出至A端機(jī)車級(jí)位控制電路(當(dāng)司機(jī)在A端操作時(shí))，或B端機(jī)車級(jí)位控制電路(當(dāng)司機(jī)在B端操作時(shí))。
機(jī)車通過(guò)合電標(biāo)并且機(jī)車級(jí)位已恢復(fù)到當(dāng)然手柄級(jí)位后，主控制器11再輸出級(jí)位轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，使控制該開(kāi)關(guān)K1的輸出端與手動(dòng)輸入端接通，將級(jí)位控制權(quán)交還給司機(jī)。
當(dāng)裝置工作不正常時(shí)，可以通過(guò)一解鎖開(kāi)關(guān)，禁止裝置對(duì)過(guò)分相進(jìn)行自動(dòng)控制，由司機(jī)手動(dòng)進(jìn)行操作，此時(shí)級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1的輸出端與手動(dòng)輸入端接通。
本實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換電路采用同時(shí)具有隔離和放大作用的AD202芯片，D/A轉(zhuǎn)換電路由AD558和AD620組成，AD558在0～1.5V范圍內(nèi)線性度最佳，因此主控制器11輸出的級(jí)位控制信號(hào)先由AD558在此范圍內(nèi)D/A變換，再由AD620放大10倍后輸出至機(jī)車級(jí)位控制電路，提高級(jí)位控制精度。
通訊接口15采用具有長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)和防干擾能力強(qiáng)的隔離485串行通訊接口，CPU11可通過(guò)該接口實(shí)時(shí)接收TAX箱的當(dāng)前速度、時(shí)間、位置，以及車次、司機(jī)號(hào)等信息。
由于主斷路器中為強(qiáng)電流，主控制器11和主斷路器之間的采用兩級(jí)繼電器來(lái)控制，其中一級(jí)繼電器的控制電壓為5V，二級(jí)繼電器的控制電壓為110V。如圖3所示，主斷路器控制模塊17由二組二級(jí)繼電器組成。第一組繼電器的一級(jí)繼電器J11接受主控制器11輸出的主斷路器斷開(kāi)控制信號(hào)，二級(jí)繼電器J12受一級(jí)繼電器J11的輸出信號(hào)控制，其輸出信號(hào)至主斷路器跳閘控制電路；第二組繼電器的一級(jí)繼電器J21接受主控制器11輸出的主斷路器閉合控制信號(hào)，二級(jí)繼電器受J22一級(jí)繼電器J21的輸出信號(hào)控制，其輸出信號(hào)至主斷路器合閘控制電路；主控制器11以此來(lái)斷開(kāi)或閉合主斷路器。同時(shí)將從主斷路器輔助觸點(diǎn)上采集到的閉合或開(kāi)斷狀態(tài)信號(hào)反饋至主控制器11。
A端顯示盒19和B端顯示盒21分別設(shè)置在機(jī)車兩端的司機(jī)室內(nèi)，通過(guò)屏蔽電纜與主控制器11相連，盒的面板上設(shè)有六個(gè)狀態(tài)指示燈，分別用于指示裝置正常、裝置故障、過(guò)分相預(yù)示、級(jí)位控制(指級(jí)位是由CPU還是操縱手柄控制)、主斷路器斷開(kāi)、主斷路器閉合等狀態(tài)。此外，顯示盒內(nèi)還裝有故障報(bào)警用的發(fā)聲器，使本裝置具有聲光報(bào)警功能。通過(guò)顯示盒的設(shè)置，司機(jī)可以及時(shí)了解裝置及機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相的狀況，保證過(guò)分相控制的順利完成。譬如，當(dāng)CPU 111檢測(cè)到故障時(shí)，司機(jī)室內(nèi)的顯示盒會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，司機(jī)可以將裝置解鎖，改由司機(jī)進(jìn)行手動(dòng)的過(guò)分相操作，如果司機(jī)發(fā)現(xiàn)過(guò)分相裝置沒(méi)有正常地進(jìn)行分相預(yù)示，也可及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急的過(guò)分相操作，使得本裝置具備故障預(yù)示功能。
以上詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)過(guò)分相裝置，為了程序工作更為合理，具體算法中，考慮到司機(jī)可能手動(dòng)參與，在步驟100之間可增加一判斷裝置是否解鎖的步驟，若是，退出自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程，若否，進(jìn)行下一步；此處，還可在步驟130和步驟150之前分別增加一個(gè)判斷主斷路器是否已斷開(kāi)的步驟，若是，則直接跳到步驟160，若否，則順序執(zhí)行后續(xù)步驟。
圖5所示自動(dòng)過(guò)分相及電量轉(zhuǎn)儲(chǔ)裝置可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制方法中所述的采集分相點(diǎn)公里標(biāo)的功能。除于上述自動(dòng)過(guò)分相裝置的模塊外，該裝置還包括由主控制器11控制切換的通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2，及與主控制器11連接的IC卡接口電路41和數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊43，其中通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2具有與TAX箱相連的第一輸入端、與機(jī)車智能電表連接的第二輸入端，以及一個(gè)和通訊接口15連接的輸出端。主控制器與TAX箱、智能電度表以及與地面的無(wú)線通訊接收的均為數(shù)字信號(hào)。
機(jī)車智能電表可準(zhǔn)確計(jì)量機(jī)車的電量信息。主控制器11通過(guò)與該智能電表通訊，可實(shí)時(shí)讀取并記錄弓網(wǎng)電壓。裝置在機(jī)車實(shí)際運(yùn)行采集分相點(diǎn)公里標(biāo)時(shí)，自動(dòng)過(guò)分相控制不工作，在快經(jīng)過(guò)分相點(diǎn)時(shí)主控制器11通過(guò)控制通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2，與智能電表通訊實(shí)時(shí)讀取弓網(wǎng)電壓值，當(dāng)讀取的弓網(wǎng)電壓為零時(shí)，主控制器11馬上切換通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2，從TAX箱讀取的公里標(biāo)就是該分相點(diǎn)處的公里標(biāo)數(shù)值。
智能電表除了弓網(wǎng)電壓外，還可以記錄頻率、電流、正向有功、正向無(wú)功、反向有功、反向無(wú)功等等電量信息，但是獨(dú)立電表不能結(jié)合時(shí)間、位置信息來(lái)記錄機(jī)車的弓網(wǎng)電壓變化曲線，頻率變化曲線，機(jī)車用電電流變化曲線，也不能實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車能耗的分時(shí)、分段計(jì)量與結(jié)算。而本發(fā)明的自動(dòng)過(guò)分相及電量轉(zhuǎn)儲(chǔ)裝置則可實(shí)現(xiàn)這些功能。該裝置的主控制器11每隔一段時(shí)間(如1s)將通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2切換一次，通過(guò)通訊接口15交替式地與智能電表和TAX箱通訊，當(dāng)TAX箱內(nèi)的時(shí)間、位置、速度等信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，或者智能電表的電量信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，向主控制器11發(fā)出中斷信號(hào)，主控制器11判斷出中斷信號(hào)發(fā)出處后從其中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器115中。記錄條件可以根據(jù)需要設(shè)定，如公里標(biāo)可以每變化1公里記錄一次，正向有功、正向無(wú)功、反向有功、反向無(wú)功可以按達(dá)到規(guī)定的時(shí)間、速度為零、換站等條件記錄。將電量數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)間、公里標(biāo)加以關(guān)聯(lián)，就可以實(shí)現(xiàn)電能分時(shí)、分段計(jì)量的要求。
當(dāng)然，在機(jī)車正常運(yùn)行過(guò)程中，如果已進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程，就須一直與TAX箱保持通訊，在完成過(guò)分相過(guò)程后，再恢復(fù)輪流通訊的方式。
這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)IC卡接口電路41轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將IC卡插入裝置面板上的轉(zhuǎn)儲(chǔ)插口下載數(shù)據(jù)，利用相應(yīng)的處理軟件對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可得到能耗隨時(shí)間或位置的變化曲線，實(shí)現(xiàn)電能的分段計(jì)量與結(jié)算。為了更方便地與地面進(jìn)行交換，裝置上還增設(shè)了一個(gè)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊43，在機(jī)車回庫(kù)時(shí)用無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送至地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
通過(guò)結(jié)合TAX箱、智能電表和操縱手柄級(jí)位的信息，還可以得到弓網(wǎng)電壓變化曲線、頻率變化曲線、電流變化曲線、級(jí)位變化曲線等。除此之外，將電量信息與裝置中存儲(chǔ)的司機(jī)號(hào)、車次、機(jī)車號(hào)等信息關(guān)聯(lián)，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的分人、分車、分時(shí)的統(tǒng)計(jì)。
如果將圖5中的通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2取消，而改用兩個(gè)通訊接口分別與智能電表和TAX箱連接，就可以不再靠轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的切換來(lái)輪流通訊，只須依靠程序循環(huán)訪問(wèn)智能電表和TAX箱，接受中斷信號(hào)，并在自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程中拒絕響應(yīng)其它請(qǐng)求，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)過(guò)分相及電量計(jì)量轉(zhuǎn)儲(chǔ)裝置的功能。
如果單純?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)電量的分時(shí)分段計(jì)量和轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能，使用主控制器11、通訊接口15、通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2、IC卡接口電路41或/及數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊43組成的裝置，或者使用主控制器，兩個(gè)通訊接口、IC卡接口電路或/及數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊組成的裝置即可。
因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案所作的等同變化應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，由車載的自動(dòng)過(guò)分相裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)仿人自動(dòng)過(guò)分相的控制，包括以下步驟根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的機(jī)車當(dāng)前位置、當(dāng)前速度及當(dāng)前手柄級(jí)位，結(jié)合下一斷電標(biāo)，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，若否，再循環(huán)判斷；若是，則進(jìn)行下一步驟；自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，將級(jí)位降到零；然后在到達(dá)斷電標(biāo)之前斷開(kāi)主斷路器；判斷機(jī)車是否通過(guò)合電標(biāo)，若否，再循環(huán)判斷；若是，閉合主斷路器，并進(jìn)行下一步驟；延時(shí)一段時(shí)間等機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)后，將機(jī)車級(jí)位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級(jí)位，然后將級(jí)位控制權(quán)交還給操縱手柄，完成一次自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，其特征在于，在進(jìn)行機(jī)車是否進(jìn)入有效操作距離的判斷前，先執(zhí)行以下步驟計(jì)算機(jī)車當(dāng)前位置是否進(jìn)入分相預(yù)示距離，若否，再循環(huán)判斷；若是，開(kāi)始自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程，進(jìn)行下一步驟；判斷當(dāng)前車站號(hào)是否下一斷電標(biāo)對(duì)應(yīng)的車站號(hào)，若否，結(jié)束自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程；若是，向司機(jī)室發(fā)出分相預(yù)示信號(hào)，并進(jìn)行下一步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，其特征在于，在自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程中降級(jí)位的方法是機(jī)車當(dāng)前級(jí)位大于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位時(shí)，先輸出當(dāng)前級(jí)位，然后每延時(shí)一段時(shí)間后降一級(jí)級(jí)位，直到機(jī)車當(dāng)前級(jí)位等于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，再經(jīng)一個(gè)延時(shí)將級(jí)位直接降到零；若機(jī)車當(dāng)前級(jí)位小于等于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，則直接將級(jí)位降到零。
4.如權(quán)利要求3所述的自動(dòng)過(guò)分相控制方法，其特征在于，判斷機(jī)車是否進(jìn)入有效操作距離的方法是判斷機(jī)車當(dāng)前級(jí)位是否小于或等于機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位；若是，再計(jì)算機(jī)車當(dāng)前位置和斷電標(biāo)之間的距離，若該距離小于等于設(shè)定的保險(xiǎn)距離，則機(jī)車進(jìn)入有效操作距離；若該距離大于保險(xiǎn)距離，機(jī)車未進(jìn)入有效操作距離；若否，再計(jì)算以當(dāng)前速度運(yùn)行，在距離斷電標(biāo)一設(shè)定的保險(xiǎn)距離時(shí)級(jí)位為零的降一級(jí)級(jí)位時(shí)間△tΔt=|l-l0|-Δl2(n-n1)v]]>其中，n1為機(jī)車當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)級(jí)位的上一級(jí)級(jí)位，n為機(jī)車當(dāng)前級(jí)位，v為機(jī)車當(dāng)前速度，△l2為設(shè)定的保險(xiǎn)距離，l為機(jī)車當(dāng)前位置，l0為斷電標(biāo)，該斷電標(biāo)是根據(jù)每一分相點(diǎn)與斷電標(biāo)之間距離要求計(jì)算出來(lái)并存儲(chǔ)在裝置中，而分相點(diǎn)的公里標(biāo)是在機(jī)車實(shí)際運(yùn)行中測(cè)量弓網(wǎng)電壓為零處的公里標(biāo)得到的；再將△t與設(shè)定的降一級(jí)級(jí)位最大延時(shí)時(shí)間△tmax比較，若△t＞△tmax，機(jī)車未進(jìn)入有效操作距離；若△t≤△tmax，機(jī)車已進(jìn)入有效操作距離。
5.一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，包括主控制器以及與主控制器連接的級(jí)位控制模塊、通訊接口、主斷路器控制模塊及顯示盒，所述級(jí)位控制模塊用于采集操縱手柄級(jí)位并輸入主控制器，將主控制器發(fā)出的級(jí)位控制信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸出至機(jī)車級(jí)位控制電路，并可根據(jù)主控制器的級(jí)位轉(zhuǎn)換控制信號(hào)將級(jí)位控制權(quán)在操縱手柄和主控制器之間切換，所述通訊接口與TAX箱相連，可實(shí)現(xiàn)主控制器與TAX箱之間的實(shí)時(shí)通訊，所述主斷路器控制模塊可根據(jù)主控制器的指令控制主斷路器的閉合或斷開(kāi)，并將主斷路器的狀態(tài)反饋至主控制器，所述顯示盒設(shè)置在司機(jī)室內(nèi)，可顯示自動(dòng)過(guò)分相的工作狀態(tài)，所述主控制器按如下步驟實(shí)現(xiàn)機(jī)車過(guò)分相的自動(dòng)控制根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的機(jī)車當(dāng)前位置、當(dāng)前速度及當(dāng)前手柄級(jí)位，結(jié)合下一斷電標(biāo)，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，若否，則再循環(huán)判斷；若是，則進(jìn)行下一步驟；自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，將級(jí)位降到零；然后在到達(dá)斷電標(biāo)之前斷開(kāi)主斷路器；判斷機(jī)車是否通過(guò)合電標(biāo)，若否，則再循環(huán)判斷；若是，閉合主斷路器，并進(jìn)行下一步驟；延時(shí)一段時(shí)間等機(jī)車狀態(tài)恢復(fù)后，將機(jī)車級(jí)位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級(jí)位，然后將級(jí)位控制權(quán)交還給操縱手柄，完成一次自動(dòng)過(guò)分相過(guò)程。
6.如權(quán)利要求5所述的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，其特征在于，所述級(jí)位控制模塊包括由機(jī)車工作端位決定其得電或失電的端位信號(hào)繼電器及該繼電器的一至四號(hào)觸點(diǎn)、級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以及與主控制器連接的A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，所述一號(hào)觸點(diǎn)為一端與A端操縱手柄相連的常閉觸點(diǎn)，二號(hào)觸點(diǎn)為一端與B端操縱手柄相連的常開(kāi)觸點(diǎn)，三號(hào)觸點(diǎn)為一端與A端機(jī)車級(jí)位控制電路連接的常閉觸點(diǎn)，四號(hào)觸點(diǎn)為一端與B端機(jī)車級(jí)位控制電路連接的常開(kāi)觸點(diǎn)，所述級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有手動(dòng)輸入端、自動(dòng)輸入端和一個(gè)輸出端，其中手動(dòng)輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路以及一號(hào)、二號(hào)觸點(diǎn)的另一端相連，自動(dòng)輸入端與D/A轉(zhuǎn)換電路相連，輸出端與三號(hào)、四號(hào)觸點(diǎn)的另一端相連，所述主控制器可控制該級(jí)位控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的輸出端與手動(dòng)輸入端或者與自動(dòng)輸入端接通，使操縱手柄或者主控制器獲得級(jí)位控制權(quán)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，其特征在于，所述主控制器包括CPU及與CPU連接的地址鎖存器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器、晶振時(shí)鐘電路、電源監(jiān)控和復(fù)位電路、地址譯碼器，所述電源監(jiān)控和復(fù)位電路檢測(cè)到電源電壓低于正常值時(shí)，發(fā)出復(fù)位信號(hào)將CPU復(fù)位；正常工作時(shí)，所述CPU每隔固定的時(shí)間將該電源監(jiān)控和復(fù)位電路的一管腳跳變一次，如果在規(guī)定的時(shí)間無(wú)跳變，該電源監(jiān)控和復(fù)位電路發(fā)出復(fù)位信號(hào)將CPU復(fù)位，直到其正常工作。
8.如權(quán)利要求5或6所述的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，其特征在于，所述顯示盒包括分別設(shè)置在機(jī)車兩端司機(jī)室內(nèi)的A端顯示盒和B端顯示盒，通過(guò)電纜與主控制器相連，所述兩個(gè)顯示盒上設(shè)有指示裝置正常、裝置故障、過(guò)分相預(yù)示、級(jí)位控制、主斷路器斷開(kāi)、主斷路器閉合等狀態(tài)的指示燈。
9.如權(quán)利要求5或6所述的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，其特征在于還包括由主控制器控制切換的通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以及與主控制器連接的IC卡接口電路和/或數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊，所述通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有與TAX箱相連的第一輸入端、與機(jī)車智能電表相連的第二輸入端，以及一個(gè)和所述通訊接口相連的輸出端，所述主控制器按以下方法實(shí)現(xiàn)電量的計(jì)量轉(zhuǎn)儲(chǔ)主控制器每隔一段時(shí)間將通訊轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換一次，通過(guò)通訊接口交替式地與智能電表和TAX箱通訊；當(dāng)TAX箱內(nèi)的時(shí)間、位置、速度等信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，或者智能電表的電量信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，向主控制器發(fā)出中斷信號(hào)，主控制器判斷出中斷信號(hào)源后從中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并加以存儲(chǔ)，然后通過(guò)所述IC卡接口電路轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，及/或通過(guò)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊在機(jī)車回庫(kù)時(shí)用無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送至地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求5或6所述的自動(dòng)過(guò)分相控制裝置，其特征在于還包括由第二通訊接口以及與主控制器連接的IC卡接口電路和/或數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊，所述第二通訊接口兩端分別與機(jī)車智能電表和主控制器連接，所述主控制器按以下方法實(shí)現(xiàn)電量的計(jì)量轉(zhuǎn)儲(chǔ)當(dāng)TAX箱內(nèi)的時(shí)間、位置、速度等信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，或者智能電表的電量信息滿足設(shè)定的記錄條件時(shí)，向主控制器發(fā)出中斷信號(hào)，主控制器讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并加以存儲(chǔ)，然后通過(guò)所述IC卡接口電路及/或通過(guò)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)車的自動(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)分相過(guò)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(jí)位，結(jié)合下一斷電標(biāo)，判斷機(jī)車是否進(jìn)入自動(dòng)過(guò)分相的有效操作距離，若是，由自動(dòng)過(guò)分相裝置獲取級(jí)位控制權(quán)，將級(jí)位降到零；然后在到達(dá)斷電標(biāo)之前斷開(kāi)主斷路器；在機(jī)車通過(guò)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(jí)位恢復(fù)到當(dāng)前手柄級(jí)位，然后將級(jí)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(jí)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。
文檔編號(hào)B60M1/00GK1482022SQ0312115
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者余祖俊, 康驚濤 申請(qǐng)人:北京騰實(shí)信息技術(shù)有限公司, 北方交通大學(xué)