机车风源系统及其风源净化装置的控制组件和控制方法与流程

本发明属于压缩空气净化处理技术领域，涉及机车风源系统的风源净化的控制，尤其涉及机车风源系统的风源净化装置的控制组件和控制方法、以及使用该控制组件的机车风源系统。

背景技术：

机车的压缩空气净化处理是指压缩空气经过除尘、除油、除水后，使之达到压缩空气质量等级标准，满足机车的压缩空气品质的要求。机车风源系统是机车空气管路系统的重要组成部分，其能够对空气进行压缩净化处理，从而生产、储备、调节控制压力空气，并向全车各气路系统(例如制动气路系统、控制气路系统等)提供所需的高质量的、洁净、干燥、稳定的高压空气。

机车风源系统主要包括空气压缩机、总风缸和它们之间的风源净化装置，针对应风源净化装置，通常设置有相应的控制组件来实现对风源净化装置的控制，使得机车风源系统能够持续正常地、长期地运行，以便得到清洁、干净的气源，有利于避免机车车辆空气管系统发生锈蚀、堵塞、凝水和结冻等问题，亦可防止因空气中的杂质引起制动失灵等问题。

因此，如何控制风源净化装置有效可靠地工作对机车的运行非常具有意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于，提高机车风源系统的风源净化装置中的干燥塔的吸附净化处理效果。

本发明的又一目的在于，提高机车风源系统的风源净化装置中的干燥塔的工作效率。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的第一方面，提供一种机车风源系统的风源净化装置的控制组件，其中所述风源净化装置包括第一干燥塔、第二干燥塔和电动排泄阀，其中，所述第一干燥塔和第二干燥塔是相同的干燥塔，所述第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地工作于吸附模式/再生模式；所述控制组件包括：

嵌入式中央处理器；

温度传感器，其设置在所述电动排泄阀中并与所述嵌入式中央处理器耦接；

在所述第一干燥塔和第二干燥塔所处理后气体的下游气路上各自对应设置的湿度传感器，其与所述嵌入式中央处理器耦接；和

加热元件驱动电路，其与所述嵌入式中央处理器耦接并用于驱动对应所述电动排泄阀而设置的加热元件；

其中，所述嵌入式中央处理器被配置为：接收来自所述温度传感器的温度信号，并在温度信号小于或等于预定温度值时输出控制信号至所述加热元件驱动电路，从而使能所述加热元件进行加热；

所述嵌入式中央处理器还被配置为：接收来自所述湿度传感器所采集的第一干燥塔和第二干燥塔分别在吸附模式下所吸附净化处理后的湿度，并计算在所述第一干燥塔从开始工作于吸附模式至所述湿度传感器所检测的湿度小于或等于预定值之间的第一时间段、在所述第二干燥塔从开始工作于吸附模式至湿度传感器所检测的湿度小于或等于所述预定值之间的第二时间段，取所述第一时间段和第二时间段中的较长的一个作为第一干燥塔/第二干燥塔吸附子周期、并作为第二干燥塔/第一干燥塔的再生子周期，控制所述第一干燥塔/第二干燥塔在每个循环周期中交替地分别工作与所述吸附子周期和再生子周期。

在一实施例中，所述第一干燥塔/第二干燥塔的吸附子周期等于所述第一干燥塔/第二干燥塔的再生子周期，所述第一干燥塔/第二干燥塔的吸附子周期等于所述第二干燥塔/第一干燥塔的再生子周期。

在一实施例中，所述控制组件还包括：对应所述第一干燥塔而设置的第一电控阀，其与所述嵌入式中央处理器耦接；和

对应所述第二干燥塔而设置的第二电控阀，其与所述嵌入式中央处理器耦接。

在一实施例中，所述温度传感器为无线温度传感器。

在一实施例中，所述湿度传感器为无线温度传感器。

在一实施例中，还包括人机交互模块。

具体地，所述人机交互模块包括上位机、RS485接口、显示部件和按键。

按照本发明的又一方面，提供一种机车风源系统的风源净化装置的控制方法，其中所述风源净化装置包括第一干燥塔、第二干燥塔和电动排泄阀，其中，所述第一干燥塔和第二干燥塔是相同的干燥塔，所述第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地工作于吸附模式/再生模式；其特征在于，所述方法包括：

检测所述电动排泄阀中的进气管路中的温度；

在所述温度小于或等于预定温度值时加热所述电动排泄阀；

检测所述第一干燥塔所处理后气体的湿度，采集所述第二干燥塔所处理后气体的湿度；

并计算在所述第一干燥塔从开始工作于吸附模式至所述湿度传感器所检测的湿度小于或等于预定值之间的第一时间段、在所述第二干燥塔从开始工作于吸附模式至湿度传感器所检测的湿度小于或等于所述预定值之间的第二时间段；以及

取所述第一时间段和第二时间段中的较长的一个作为第一干燥塔/第二干燥塔吸附子周期、并作为第二干燥塔/第一干燥塔的再生子周期，从而控制所述第一干燥塔/第二干燥塔在每个循环周期中交替地分别工作与所述吸附子周期和再生子周期。

在一实施例中，所述第一干燥塔/第二干燥塔的吸附子周期等于所述第一干燥塔/第二干燥塔的再生子周期，所述第一干燥塔/第二干燥塔的吸附子周期等于所述第二干燥塔/第一干燥塔的再生子周期。

按照本发明的还一方面，提供一种机车风源系统，其包括：

至少包括第一干燥塔、第二干燥塔和电动排泄阀的风源净化装置；和

以上任一所述的控制组件。

本发明的技术效果是，通过在电动排泄阀中设置温度传感器，使得第一干燥塔或第二干燥塔中的杂质(例如水、油、尘埃等)能在低温环境下通过电动排泄阀有效地排入大气，提高或改善干燥塔的再生效果，有利于提高吸附净化处理效果和工作效率；并且通过设置第一湿度传感器，只有在处理后的气体的湿度达到相应标准后干燥塔才进入再生模式，不管是第一干燥塔还是第二干燥塔，其吸附净化处理后的空气的湿度均能够稳定地达到湿度要求，并且，保证再生效果，有利于后续工作吸附模式阶段的处理过程变短，有利于提高吸附净化处理效果和工作效率，同时能够保证干燥塔处理后的气体质量，易于实现智能化地进行交替控制；本发明的机车风源系统能够长期提供质量稳定的气体。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例的机车风源系统的风源净化装置的控制组件的模块结构示意图。

图2是本发明实施例的控制组件控制第一干燥塔和第二干燥塔的原理示意图。

具体实施方式

现在将参照附图更加完全地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可按照很多不同的形式实现，并且不应该被理解为限制于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开变得彻底和完整，并将本发明的构思完全传递给本领域技术人员。附图中，相同的标号指代相同的元件或部件，因此，将省略对它们的描述。

需要说明的是，本发明实施例的机车风源系统可以应用于各种轨道车辆机车中，其具体应用的机车车辆类型不是限制性的；并且，机车风源系统的风源净化装置具体结构类型不是限制性的，其一般地包括干燥塔(或称为“干燥筒”)、电动排泄阀等，其中，干燥塔的功能包括但不限于对进来的气源进行去油、干燥、去污等吸附净化处理，以得到符合相应标准的气体，干燥塔可以工作于吸附模式和再生模式，在吸附模式中能够发挥上述吸附净化处理功能，在再生模式中，可以排出干燥塔在吸附模式过程中产生的油污等杂物，使干燥塔的吸附功能得到恢复或再生；其中，电动排泄阀至少用于将干燥塔内的油污等排至外界，以实现干燥塔的恢复或再生。

图1所示为按照本发明一实施例的机车风源系统的风源净化装置的控制组件的模块结构示意图。如图1所示，控制组件10用于控制机车风源系统的风源净化装置，尤其是用于控制风源净化装的第一干燥塔221、第二干燥塔222和电动排泄阀210等。第一干燥塔221和第二干燥塔222可以但不限于是相同类型的干燥塔，干燥塔的具体类型或型号不是限制性的；第一干燥塔221和第二干燥塔222二者可以交替地工作于吸附模式和再生模式，例如，第一干燥塔221工作于吸附模式时第二干燥塔222工作于再生模式，第二干燥塔222工作于吸附模式时第一干燥塔221工作于再生模式，第一干燥塔221从吸附模式转换至再生模式的同时第二干燥塔222从再生模式转换至吸附模式，这样，第一干燥塔221和第二干燥塔222二者可以交替地进行吸附工作，机车风源系统能够持续获得干净压缩气源。电动排泄阀210与第一干燥塔221和第二干燥塔222均连通，可以对第一干燥塔221和第二干燥塔222在它们各自的再生模式阶段进行排泄处理。

控制组件10中使用嵌入式中央处理器110，其是控制组件10的核心部件，嵌入式中央处理器110所选用的具体处理器型号等不是限制性的，可以选用高性能、低成本、低功耗的为嵌入式应用专门设计的处理器，例如ARM Cortex-M3内核STM32。嵌入式中央处理器110关联各控制组件10中的部件或模块，易于实现控制组件10的功能智能化，并具有设计灵活和操作简便的优点。

在一实施例中，如图1所示，控制组件10中包括温度传感器120和加热元件驱动电路130。温度传感器120可以设置在电动排泄阀210中(例如设置在电动排泄阀210的进气管路中)并与嵌入式中央处理器110耦接。在该实施例中，温度传感器120可以为无线温度传感器，也即，温度传感器120可以无线传输信号至嵌入式中央处理器110，例如，无线传输温度传感器120所采集的温度信号至嵌入式中央处理器110。温度传感器120可以实时地检测电动排泄阀210中的进气管路中的温度。加热元件驱动电路130与嵌入式中央处理器110耦接并用于驱动对应电动排泄阀210而设置的加热元件111。

加热元件111工作与否受加热元件驱动电路130驱动控制，加热元件驱动电路130工作与否又受嵌入式中央处理器110控制，嵌入式中央处理器110被配置为根据温度传感器120反馈的温度信号进行处理从而输出相应的控制信号。在一实施例中，温度传感器120所采集的信号被传输至嵌入式中央处理器110，当温度传感器120所采集的温度处于低温状态时(例如，低于5摄氏度时)，嵌入式中央处理器110输出控制信号至加热元件驱动电路130，开启加热元器件111，从而加热电动排泄阀210，使得第一干燥塔221或第二干燥塔222中的杂质(例如水、油、尘埃等)能在低温环境下通过电动排泄阀210有效地排入大气，提高或改善干燥塔的再生效果。

以上实施例的控制组件通过对应电动排泄阀210布置温度传感器120和加热元件驱动电路130，有利于在机车环境工作下提高再生效果，这是由于机车环境下气源容易包含油污，干燥塔吸附的油污杂质较多且相对容易在低温条件下凝固而不易于排泄出去，因此，干燥塔在低温条件下的再生效果差。以上实施例可以实现在低温条件下自动对电动排泄阀210加热，有利于防止油污杂质等凝固所导致的电动排泄阀210的再生效果降低，因此，提高了对干燥塔221或222的再生效果(在其工作于再生模式时)。

继续如图1所示，控制组件10中还包括湿度传感器151和152、第一电控阀141和第二电控阀142。其中，湿度传感器151和第一电控阀141对应第一干燥塔221设置，湿度传感器151设置在第一干燥塔221所处理后气体的下游气路上，从而可以监测出第一干燥塔221在吸附模式下所吸附净化处理后的空气的湿度，第一电控阀141用于控制第一干燥塔221在吸附模式和再生模式之间的转换，例如，第一电控阀141处于第一状态时第一干燥塔221工作于吸附模式，第一电控阀141处于第二状态时第一干燥塔221工作于再生模式，嵌入式中央处理器110控制第一电控阀141在第一状态和第二状态之间的转换，从而控制第一干燥塔221在吸附模式和再生模式之间的转换。其中，湿度传感器152和第二电控阀142对应第二干燥塔222设置，湿度传感器152设置在第二干燥塔222所处理后气体的下游气路上，从而可以监测出第二干燥塔222在吸附模式下所吸附净化处理后的空气的湿度，第二电控阀142用于控制第二干燥塔222在吸附模式和再生模式之间的转换，例如，第二电控阀142处于第一状态时第二干燥塔222工作于吸附模式，第二电控阀142处于第二状态时第二干燥塔222工作于再生模式，第二电控阀142处于第一状态时第二干燥塔222工作于吸附模式，嵌入式中央处理器110控制第二电控阀142在第一状态和第二状态之间的转换，从而控制第二干燥塔222在吸附模式和再生模式之间的转换。通过设置电控阀，可以方便地实现交替工作的第一干燥塔221和第二干燥塔222之间的控制。

湿度传感器151和湿度传感器152所采集的湿度信号均可以传输至其所耦接的嵌入式中央处理器110，具体地，湿度传感器151和152可以是无线湿度传感器，其可以通过无线通信方式将其所采集的湿度信号传输至嵌入式中央处理器110，嵌入式中央处理器110被配置为根据其所接收的湿度信号控制相应干燥塔的电控阀，从而控制第一干燥塔221和第二干燥塔222二者在吸附模式和再生模式之间的交替工作过程。具体地，嵌入式中央处理器110通过驱动电路140同时与第一电控阀141和第二电控阀142耦接，嵌入式中央处理器110输出控制信号，使第一电控阀141工作于第一状态时第二电控阀142工作于第二状态、第一电控阀141工作于第二状态时第二电控阀142工作于第一状态，从而实现第一干燥塔221和第二干燥塔222二者在吸附模式和再生模式之间的交替工作过程。

需要说明的是，在本文中，“交替工作”是指第一干燥塔221和第二干燥塔222二者中的任意一个是在两种模式之间交替地变换工作，同时是指第一干燥塔221和第二干燥塔222二者交替地接力工作于吸附模式从而持续进行吸附净化处理。

图2所示为本发明实施例的控制组件控制第一干燥塔和第二干燥塔的原理示意图。其中，第一干燥塔221/第二干燥塔222的循环工作周期为T，其中，吸附子周期T1表示第一干燥塔221/第二干燥塔222的工作于吸附模式的时间，再生子周期T2表示第一干燥塔221/第二干燥塔222的工作于再生模式的时间，周期T＝T1+T2且T1＝T2。

吸附子周期T1的时间需同时满足以下条件：第一，当前干燥塔(工作于吸附模式的第一干燥塔221或第二干燥塔222)所处理的空气高于某一预定值或预定范围值，表示处理后的空气不满足相应标准的湿度要求，即当前干燥塔需要进行再生；第二，满足另一干燥塔(处于再生模式的第一干燥塔221或第二干燥塔222)完成再生过程所需的时间要求。

为实现以上条件要求，特别是第一方面的条件要求，本发明实施例中在第一干燥塔221和第二干燥塔222中分别设置了湿度传感器，具体地，利用无线湿度传感器(例如安装在第一干燥塔221和第二干燥塔222后部气流检测处)，分别检测处理后风道中空气的湿度状态，从而可以将处理后的空气湿度实时地传输至嵌入式中央处理器110，嵌入式中央处理器110对该湿度与预定值或预定范围值进行比较判断处理，从而可以获知处理后的空气是否符合要求，该预定值或预定范围值可以对应符合国际标准压缩空气第1部分污染物和清洁度等级ISO 8573-1(E)规定的2-3级来选择设置。

在又一优选实施例中，考虑到第一干燥塔221或第二干燥塔222在长期工作后存在吸附净化性能波动、特别是干燥性能的衰变的情形，并且固定的再生子周期T2再生处理后的第一干燥塔221或第二干燥塔222可能并不能达到预定再生效果或者再生不够充分，采用传统的固定吸附子周期T1和再生子周期T2(即T1和T2是固定不变的)很可能导致第一干燥塔221或第二干燥塔222的吸附净化性能越来越差，第一干燥塔221或第二干燥塔222处理后的气体难以达到相应的标准要求；为解决该问题，本发明实施例的风源净化装置的控制方法中，通过湿度传感器151和152所监测的湿度，在第一干燥塔221或第二干燥塔222工作于吸附模式时，在湿度小于或等于预定值时，表示在当前吸附性能条件下第一干燥塔221或第二干燥塔222所处理后的空气已经符合相应的标准，分别计算第一干燥塔221和第二干燥塔222在开始工作于吸附模式下直至气体的湿度小于或等于预定值时的时间t1，使T1＝t1；t1越长，表示干燥塔的性能衰变越厉害，需要更多的再生处理时间，因此，也使T2＝t1，这样，同时也能使干燥塔再生处理更充分。在这种情况下，周期T＝2×t1，该周期T和子周期T1和T2是动态变化的，有利于获得质量达标且稳定质量的压缩空气，第一干燥塔221和第二干燥塔222的吸附净化性能能够得到保证。需要说明的是，如果第一干燥塔221和第二干燥塔222分别对应的上述时间t1不相等，在以较长的一个作为T1，从而保证两个干燥塔都能充分地处理得到符合标准的空气。

以上实施例的风源净化装置的控制方法的控制过程可以通过嵌入式中央处理器110对第一电控阀141和第二电控阀142的驱动控制来实现，示例地，在第一干燥塔221从开始工作于吸附模式到湿度传感器151所检测的湿度小于或等于预定值的时间段计为t1’，在第二干燥塔222从开始工作于吸附模式到湿度传感器152所检测的湿度小于或等于预定值的时间段计为t1”，如果t1’≠t1”，则以较大的值确定T1和T2，即T1等于T2并等于t1’和t1”中较大的一个；在周期T的T 1时间点(即T/2时间点)，嵌入式中央处理器110输出第一信号使驱动电路140驱动第一电控阀141进行状态转换，从而对应第一干燥塔221在吸附模式-再生模式之间进行工作模式转换，同时输出第二信号使驱动电路140驱动第二电控阀142进行状态转换，从而对应第二干燥塔222在再生模式-吸附模式之间进行工作模式转换，实现图2所示的交替地工作过程。因此，不管是第一干燥塔221还是第二干燥塔222，其吸附净化处理后的空气的湿度均能够稳定地达到湿度要求，并且，保证再生效果，有利于后续工作吸附模式阶段的处理过程变短，有利于提高工作效率。

需要说明的是，在又一替换实施例中，周期T＞T1+T2，也即，在周期T中，还包括柔性转换阶段，其可以处于吸附子周期T1与再生子周期T2之间，柔性转换阶段用于实现再生模式与吸附模式之间的柔性转换特征，减小进气气流对塔内干燥剂等产生冲击，有利于消除产生粉末的根源。

继续如图1所示，控制组件171还包括按键171、显示部件172、RS485接口181和上位机182，其中上位机182是嵌入式中央处理器110的上位机，二者之间可以但不限于基于RS485通讯协议进行通信；按键171、显示部件172、RS485接口181和上位机182可以形成人机交互模块，第一电控阀141和第二电控阀142的工作状态(即对应相应的干燥塔的工作模式)可以显示于显示部件172上，并且，温度传感器120所采集的温度、湿度传感器所采集的湿度均可以显示在显示部件172上，这样，可以供工作人员实时了解风源净化装置的工作状态，而且，工作人员可以基于显示部件172显示的信息、通过上位机182进行操作来人工控制电动排泄阀210、和/或电控阀141和142。

继续如图1所示，控制组件171中各个部件所需要的电源可以通过电源转换电路190供给，其中，电源转换电路190将机车上的110V直流电源利用电源转换电路转换为控制组件171所需要的各种低压电源，例如，可为嵌入式中央处理器110的STM32提供3.3V的电源，为无线温湿度传感器120、电控阀141和141、显示部件172以及加热元件驱动电路130提供相应的合适的工作电源。

需要说明的是，以上所述的预定值、预定范围值、预定温度值、预定湿度值等可以在嵌入式中央处理器110中预先地设置。

为描述的清楚和简明，省略对机车风源系统中的风源净化装置的所有部件的工作原理或控制原理进行详细描述，附图中示出了本领域普通技术人员为完全能够实现本发明的控制组件多个部件，对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。

以上例子主要说明了本发明的机车风源系统的风源净化装置的控制组件和控制方法、使用该控制组件的机车风源系统。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。