重载列车及其自动过分相平稳控制方法、控制系统与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种重载列车及其自动过分相平稳控制方法、控制系统。

背景技术：

2.为保持电力系统三相负荷平衡，电气化铁道供电系统采用分段换相供电，为安全通过接触网供电死区，自动过分相装置广泛应用于电力机车。
3.重载列车往往是几台机车的组合体，组合列车整列车形成一个非刚体结构，任何一起操纵上的冲撞，对于机车车辆都可能产生极大的破坏力，严重时会造成列车分离甚至脱线事故。在未上机车同步操纵和列车同步制动缓解技术设备的条件下，开行的组合列车，增加了前后机车的可靠联系、协调配合、同步运转的复杂性；组合列车安全稳定运行主要靠的是司机，要求司机应该具有较高的综合素质，应该充分了解列车纵向动力学的知识和掌握列车操纵的技术性和规范性，这些不利因素也只能通过司机合理操纵进行化解，才能保证组合列车运输的相对安全。但人工控制存在控制精度差、响应时间慢和疲劳失误等不可完全避免的问题。
4.在现有铁路重载列车线路上，主车通过自动过分相装置能够实现自动过分相；而从车依旧采用司机手动过分相的方式，或者也通过自动过分相装置实现本机的自动过分相，但主从机车自动过分相装置之间没有联系，各自按照相同的模式进行机车自动过分相的控制。这些重载列车自动过分相控制方式虽然一定程度上避免了司机人工操纵机车可能出现的问题，但由于主从机车的自动过分相装置之间缺少联系与配合，主从机车之间不可避免的存在较大的冲撞，存在冲撞严重时造成列车分离甚至脱线事故发生的风险。
5.随着列车电气设备控制的数字化智能化水平的不断提高，对列车过分相控制的平稳性提出了更高的要求。随着机车无线重联技术的发展，尤其是基于td-lte 4g网络的无线重联技术的成熟、稳定应用，主从机车自动过分相装置之间进行联系与配合成为了可能。
6.现有技术缺乏在重载列车应用环境下的设计，尤其是针对现有重载列车交直流混合牵引等特殊情况的应用，如何借助现有技术和条件，通过优化算法的方式，使得主从机车自动过分相装置之间进立联系和配合，最终实现主从机车自动过分相过程的平稳控制，以满足重载运输对平稳性和安全性要求，是目前需要解决的难题。
7114734886a公开了一种重载列车及其自动过分相方法、装置，该方案中，重载列车自动过分相方案重点关注单台机车的分相预告、分相强迫和分相完成等分相信号的准确产生和机车控制，而缺乏在多台机车重联状态下的重载列车过分相过程的控制方法，此时由于主从机车的自动过分相装置之间是完全独立状态，从而造成的现状是只有主车的自动过分相装置参与主车过分相过程的控制，而从车的过分相过程是由第三方设备参与控制的，从车自动过分相装置不参与从车过分相过程的控制，该方案一方面在一定程度上造成了机车现有资源的浪费，另一方面难以实现重载列车自动过分相过程的平稳控制。

技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种重载列车及其自动过分相平稳控制方法、控制系统，提高过分相平稳性和安全性。
9.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种重载列车自动过分相平稳控制方法，包括以下步骤：
10.当主车自动过分相装置产生分相预告信号时，向从车自动过分相装置发送退流指令，从车开始退流，并将从车退流开始的反馈信号发送至主车自动过分相装置；
11.当主车自动过分相装置产生分相强迫信号时，断开主车主断路器，当从车接收到主车断开主断路器的指令后，断开从车主断路器；
12.当主车自动过分相装置产生分相完成信号时，主车合主断，停留时间t1后增加级位至主车级位初始值；当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，从车合主断，停留时间t2后增加级位至从车级位初始值；
13.所述级位初始值为对应机车在退流前的级位值。
14.本发明解决了传统自动过分相方式中主从机车自动过分相装置之间没有关联的问题，通过主、从机车自动过分相装置之间的配合，实现了主、从机车自动过分相过程的平稳控制，极大地提高了过分相控制的平稳度，提高了重载运输安全性。本发明可在电力机车上改造原有机车自动过分相装置，合理利用资源，过分相功能平稳性显著提高，覆盖线路全面，成本投入低，特别适合在重载货运列车上推广应用，从而获得更好的经济效益。本发明充分利用原有的自动过分相方案和机车上现有的成熟无线重联技术，主从机车的自动过分相装置通过无线重联系统建立连接，实现控制指令和反馈信号的相互传递，分别主动参与主从机车过分相过程的控制，不仅使车上现有资源得到充分利用，而且能够实现重载列车自动过分相过程的平稳控制。
15.本发明中，向从车自动过分相装置发送退流指令之前，还执行包括如下步骤的操作：
16.主车自动过分相装置根据主车属性进入主车模式，从车自动过分相装置根据从车属性进入从车模式。
17.本发明中，当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，从车合主断。
18.考虑到主车和从车自动过分相装置的使用环境是基本一致的，本发明中，t1＝t2。
19.本发明中，t1＝t2＝1s。机车指令从下发到执行完毕，不可避免会存在两个延时：一个为指令传输过程的网络延时，另一个为指令执行过程的机械延时。负载已给的情况下再合主断容易对电器设备造成损伤。为保证主断闭合之后再给负载(即给级位)，此处设置一个1s的延时。
20.本发明中，所述主车自动过分相装置与从车自动过分相装置通过无线重联系统通信。
21.作为一个发明构思，本发明还公开了一种重载列车自动过分相平稳控制系统，其包括：
22.第一处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相预告信号时，向从车自动过分相装置发送退流指令，当从车开始退流时，将退流开始的反馈信号发送至主车自动过分相装置；
23.第二处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相强迫信号时，断开主断路器，且当从车接收到主车断开主断路器的指令后，断开从车主断路器；
24.第三处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相完成信号时，控制主车合主断，停留时间t1后增加级位至主车级位初始值；以及，用于当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，控制从车合主断，停留时间t2后增加级位至从车级位初始值；
25.其中，所述级位初始值为对应机车在退流前的级位值。
26.本发明的重载列车自动过分相平稳控制系统还包括预处理单元，用于控制主车自动过分相装置根据主车属性进入主车模式，以及控制从车自动过分相装置根据从车属性进入从车模式。
27.作为一个发明构思，本发明还公开了一种重载列车，其采用上述自动过分相平稳控制系统。
28.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过无线重联系统使主从机车自动过分相装置之间建立联系与配合，不仅避免了传统从车司机手动过分相可能带来的风险，还解决了传统自动过分相方式中主从机车自动过分相装置之间没有关联的问题，通过主从机车自动过分相装置形成配合，实现了主从机车自动过分相过程的平稳控制。极大地提高了过分相控制的平稳度。本发明可在电力机车上改造原有机车自动过分相装置，合理利用资源，过分相功能平稳性显著提高，覆盖线路全面，成本投入低，特别适合在重载货运列车上推广应用，从而获得更好的经济效益。
附图说明
29.图1为本发明实施例1重载列车自动过分相平稳控制方法流程图；
30.图2为本发明实施例2重载列车自动过分相平稳控制系统关联图；
31.图3为本发明实施例2重载列车自动过分相平稳控制系统结构图；
32.图4为本发明实施例2重载列车自动过分相平稳控制系统应用示意图。
具体实施方式
33.为满足现在对车辆过分相的平稳需求，实现各个线路主从机车安全、有效、平稳的过分相控制，本发明实施例通过重载机车自动过分相装置采集机车级位、网压、车辆属性等工况信息，结合逻辑算法，在机车过分相过程中主动干预机车级位、主断的控制，最终实现重载列车平稳地过分相的目的。
34.实施例1
35.如图1所示，本发明实施例1中，通过重载机车自动过分相装置输入采集机车级位、网压、车辆属性(包括主车属性和从车属性)等工况信息，主动接管主从机车过分相过程的控制，实现重载机车自动过分相的平稳控制。
36.重载机车自动过分相装置根据lkj信息中的机车车辆属性来识别所在机车的主/从车状态，并自动进入主/从车模式，执行主/从机车自动过分相的相应控制。
37.主车自动过分相装置在其分相预告信号产生时给从车自动过分相装置发出退流(即减少机车的牵引电流或者制动电流，通过减少牵引级位或者制动级位来实现)指令；接收到从车自动过分相装置的退流开始的反馈信号后开始给主车退流，并记录机车在退流前
的级位状态，将机车此时的级位定义为级位初始值。
38.主车自动过分相装置在其分相强迫信号产生时给从车自动过分相装置发出断主断指令，同时给主车断主断,防止列车带电过分相。
39.主车自动过分相装置在其分相完成信号产生时给主车合主断，停留1s后增加级位至其级位初始值。
40.从车自动过分相装置在接收到主车自动过分相装置发出的退流指令后开始给从车退流，同时给主车自动过分相装置发送退流开始的反馈信号，并记录机车在退流前的级位状态，将机车此时的级位定义为级位初始值。
41.从车自动过分相装置在接收到主车自动过分相装置发出的断主断指令后及时给从车断主断。
42.从车自动过分相装置在其分相完成信号产生时给从车合主断，停留1s后增加级位至其级位初始值。
43.本实施例中，主/从自动过分相装置之间是通过无线重联系统(见cn201110128245.9)完成指令和信息的交互，主/从自动过分相装置与无线重联系统之间通过串口通信进行数据传输。
44.如图1所示，本实施例中，主车自动过分相装置根据车辆属性12自动进入主车模式24，从车自动过分相装置根据车辆属性12自动进入从车模式25。当主车自动过分相装置的分相预告信号26产生后，主车自动过分相装置进入退流控制27。主车自动过分相装置给从车自动过分相装置发送退流指令28，接收到从车自动过分相装置退流开始34的反馈信号后给主车退流；从车自动过分相装置接收到主车自动过分相装置的退流指令28后开始退流，同时给主车自动过分相装置发送退流开始34的反馈信号。当主车自动过分相装置的分相强迫信号29产生后，主车自动过分相装置进行断主断控制30；主车自动过分相装置发出断主断指令31给从车自动过分相装置，同时给主车断主断；从车自动过分相装置接收到主车自动过分相装置的断主断指令31后，进行从车的断主断控制30，及时断开从车的主断。当主车自动过分相装置的分相完成信号32产生后，进行主车的给流与合主断控制33，给主车合主断，停留1s后增加级位至其级位初始值；当从车自动过分相装置的分相完成信号32产生后，进行从车的给流与合主断控制33，给从车合主断，停留1s后增加级位至其级位初始值。
45.实施例2
46.本发明实施例2中，重载列车自动过分相平稳控制方法的平稳控制系统包括四大部分，第1为主从车模式识别单元，利用从机车网络获取机车监控信号系统20车辆属性，确定本车自动过分相装置的主从属性，自动过分相装置根据主从属性自动进入主从车模式，主车自动过分相装置指导从车自动过分相装置，并接收从车自动过分相装置的反馈信号；从车自动过分相装置执行主车自动过分相装置的指令，并将相关情况反馈给主车自动过分相装置。第2为主从车级位控制单元，当主车自动过分相装置的分相预告信号产生后，主车自动过分相装置在其分相预告信号产生时给从车自动过分相装置发出退流指令；接收到从车自动过分相装置的退流开始的反馈信号后开始给主车退流；从车自动过分相装置接收到主车自动过分相装置的退流指令后开始给从车退流，并将退流开始的反馈信号发送给主车自动过分相装置；主车自动过分相装置在其分相完成信号产生时停留1s后增加级位至其级位初始值。从车自动过分相装置在其分相完成信号产生时停留1s后增加级位至其级位初始
值。第3为主从车主断控制单元，主车自动过分相装置在其分相强迫信号产生时给从车自动过分相装置发出断主断指令，同时给主车断主断(断开主断路器)；从车自动过分相装置在接收到主车自动过分相装置发出的断主断指令后及时给从车断主断；主车自动过分相装置在其分相完成信号产生时给主车合主断，从车自动过分相装置在其分相完成信号产生时给从车合主断。第4为信息传输单元，主从自动过分相装置之间通过无线重联系统建立连接，通过其传输指令与反馈信号等信息。
47.如图2和图4所示，本实施例的重载机车自动过分相平稳方法在信息采集与分析系统2、平稳控制系统3上实施。信息采集与分析系统2包括信息采集模块4和信息分析模块5。信息采集模块4负责采集网压9、级位10、车辆属性12等工况信息。信息分析模块5保存开始退流时的级位10为级位初始值15。平稳控制系统3包括信息传输模块6和平稳控制模块7。信息传输模块6负责通过机车无线重联系统实现主从自动过分相装置之间的指令与反馈信息16传输，指令与反馈信息16传输包括退流指令、断主断指令和退流开始的反馈信号。平稳控制模块7负责主从车模式识别17、主从车级位控制18和主从车主断控制19。主从车模式识别17根据车辆属性12自动识别出本车自动过分相装置的主从属性，自动过分相装置根据主从属性自动进入对应的主从车模式。主从车级位控制18包括分相预告信号产生后的退流控制和网压恢复后的给流控制。主从车主断控制19包括分相强迫信号产生后的断主断控制和分相完成信号产生后的合主断控制。
48.本实施例中，基于重载列车自动过分相平稳控制方法的自动过分相装置的数据采集模块与机车相关电气接口连接，获取实时机车网压、级位、车辆属性，来确认机车所处的实时状态，并记录机车在退流前的级位状态，将机车退流前的级位定义为级位初始值。
49.如图3所示，本发明实施例应用于重载机车自动过分相装置，与之相关联的系统有机车监控信号系统20、无线重联系统21和自动过分相装置22。通过自动过分相装置22的信息采集模块4从机车监控信号系统20采集网压、级位、车辆属性等工况信息；通过信息传输模块6与无线重联系统21进行实时信息交互，无线重联系统21之间也进行实时信息交互，从而实现主从车自动过分相装置之间指令与反馈信息的实时传输，并最终实现机车自动过分相的平稳控制。
50.实施例3
51.本发明实施例3提供一种对应上述实施例1的终端设备，终端设备可以是用于机车上的处理设备，例如列车控制单元vcu，以执行上述实施例1的方法。
52.本实施例的终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；处理器执行存储器上的计算机程序，以实现上述实施例1方法的步骤。
53.在一些实现中，存储器可以是高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
54.在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
55.实施例4
56.本实施例提供一种重载列车，该重载列车采用实施例2或实施例3的自动过分相平稳控制系统/终端设备。
57.本实施例的重载列车，包括：
58.单元式重载列车，即使用大功率机车双机或多机与一定数量的同型大型专用货车固定编组，组成一个长、大、重的运输单元，固定列车编组(包括编组辆数和机车车辆的编挂位置)，固定列车到发地点，固定货物品名，固定发送量，固定装卸、运行时刻和运行线的列车。
59.组合式重载列车，即将两列或两列以上的开往同方向的普通货物列车首尾联在一起，占用一条运行线运行的列车。
60.整列式重载列车，即机车集中编挂于列车头部的超长超重列车。
61.本实施例中，实施例2或实施例3的自动过分相平稳控制系统/终端设备可以与列车控制单元vcu集成在一起，也可以单独设置一控制器，该控制器与重载列车的自动过分相装置通过通信接口连接。

技术特征：

1.一种重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当主车自动过分相装置产生分相预告信号时，向从车自动过分相装置发送退流指令，从车开始退流，并将从车退流开始的反馈信号发送至主车自动过分相装置；当主车自动过分相装置产生分相强迫信号时，断开主车主断路器，当从车接收到主车断开主断路器的指令后，断开从车主断路器；当主车自动过分相装置产生分相完成信号时，主车合主断，停留时间t1后增加级位至主车级位初始值；当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，从车合主断，停留时间t2后增加级位至从车级位初始值；所述级位初始值为对应机车在退流前的级位值。2.根据权利要求1所述的重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，向从车自动过分相装置发送退流指令之前，还执行包括如下步骤的操作：主车自动过分相装置根据主车属性进入主车模式，从车自动过分相装置根据从车属性进入从车模式。3.根据权利要求1所述的重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，从车合主断。4.根据权利要求1所述的重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，t1＝t2。5.根据权利要求1所述的重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，t1＝t2＝1s。6.根据权利要求1所述的重载列车自动过分相平稳控制方法，其特征在于，所述主车自动过分相装置与从车自动过分相装置通过无线重联系统通信。7.一种重载列车自动过分相平稳控制系统，其特征在于，包括：第一处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相预告信号时，向从车自动过分相装置发送退流指令，当从车开始退流时，将退流开始的反馈信号发送至主车自动过分相装置；第二处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相强迫信号时，断开主断路器，且当从车接收到主车断开主断路器的指令后，断开从车主断路器；第三处理单元，用于当主车自动过分相装置产生分相完成信号时，控制主车合主断，停留时间t1后增加级位至主车级位初始值；以及，用于当从车自动过分相装置产生分相完成信号后，控制从车合主断，停留时间t2后增加级位至从车级位初始值；其中，所述级位初始值为对应机车在退流前的级位值。8.根据权利要求7所述的重载列车自动过分相平稳控制系统，其特征在于，还包括预处理单元，用于控制主车自动过分相装置根据主车属性进入主车模式，以及控制从车自动过分相装置根据从车属性进入从车模式。9.一种重载列车，其特征在于，其采用权利要求7或8所述的自动过分相平稳控制系统。

技术总结

本发明公开了一种重载列车及其自动过分相平稳控制方法、控制系统，重载机车自动过分相装置从机车监控信号系统接收机车级位、网压、车辆属性等工况信息，结合逻辑算法，在机车过分相过程中主动干预机车级位、主断的控制，实现重载列车平稳过分相。在不增加硬件的基础上，利用机车现有的工况信息，结合最优算法，从而达到自动过分相的平稳控制。特别适合在重载货运列车上推广应用，从而获得更好的经济效益。益。益。