一种大吨位隧道工程重载列车电气控制系统的制作方法

本发明涉及重载列车电气控制，具体是涉及一种大吨位隧道工程重载列车电气控制系统。

背景技术：

随着地铁施工的推进以及大型盾构机的投入使用，急切需要大吨位隧道工程重载车辆来辅助生产，市场上大吨位隧道工程重载列车电气控制控制简单，操作复杂，稳定性低，严重的影响了隧道施工的进度，市场急需一种工程车辆的电气控制系统来满足地铁车辆。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、工作可靠的大吨位隧道工程重载列车电气控制系统。

本次发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大吨位隧道工程重载列车电气控制系统，包括蓄电池动力电源、主电机变频驱动器、从电机变频驱动器、开关电源系统、plc、主牵引电机、从牵引电机、触摸屏、声光报警组件、视频监控器、车灯控制组件、辅助变频驱动器、空压机、制动电阻，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均通过第一直流断路器与蓄电池动力电源连接，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器连接，主电机变频驱动器与主牵引电机连接，从电机变频驱动器与从牵引电机连接，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均与制动电阻相连，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均与plc连接，plc与触摸屏连接，蓄电池动力电源与开关电源系统连接，开关电源系统分别与plc、触摸屏、声光报警组件，视频监控器、车灯控制组件连接，蓄电池动力电源通过第二直流断路器与辅助变频驱动器连接，辅助变频驱动器与空压机连接。

进一步，所述主牵引电机、从牵引电机均为双输出轴三相异步电机，每台牵引电机配备2个速度传感器，速度传感器安装主牵引电机和从牵引电机上。主牵引电机、从牵引电机均外接三相逆变器，主牵引电机、从牵引电机还均与编码器相连。

开关电源系统为现有成熟设备，如控制电源dldq-600等。

进一步，车灯控制组件包括驾驶室顶灯、列车前后照明灯、行车故障灯，驾驶室顶灯、列车前后照明灯、信号灯相互并联。声光报警组件包括工程抢险信号警灯、工程抢险声音警笛和语音播报器，工程抢险信号警灯与工程抢险声音警笛并联。辅助变频驱动器与气制动电磁阀连接，气制动电磁阀负责气制动指令的施加与解除。驾驶室顶灯、列车前后照明灯、行车故障灯、工程抢险信号警灯与工程抢险声音警笛分别通过相应的控制开关与开关电源系统连接，各控制开关的控制端均与plc电连接。

列车的驾驶室内设有仪表综合控制台，触摸屏设于仪表综合控制台上。

通过蓄电池动力电源提供给主电机变频驱动器、从电机变频驱动器和开关电源系统的工作电源，plc开始对车辆各个部分进行自检测，检测通过，plc向主电机变频驱动器、从电机变频驱动器发出安全确认信号，经由主电机变频驱动器、从电机变频驱动器输出电流、电压到主牵引电机和从牵引电机。主电机变频驱动器、从电机变频驱动器根据司机指令以及负载状态对主牵引电机和从牵引电机进行数据输送，车辆进入运行状态；当车辆进入减速或制动状态时，plc首先将车辆产生的动能以及势能通过主电机变频驱动器、从电机变频驱动器传至蓄电池动力电源，对蓄电池动力电源进行充电；当蓄电池动力电源的电压提高到自身安全值时，车辆产生的动能以及势能通过制动电组以热量的方式释放，保证电气系统安全。

进一步，列车需运行时，plc发出车辆运行指令，主电机变频驱动器根据车辆运行指令对主牵引电机采用速度给定方式，同时主电机变频驱动器发出转矩指令到从电机变频驱动器，从电机变频驱动器发出力矩跟随指令至从牵引电机，保证主从两台牵引电机的同步性。

进一步，列车驾驶室内的操作手柄的各档位上均安装有微动开关，各微动开关均与plc连接。操作手柄位于不同的档位时，相应的微动开关将处于闭合状态下，闭合的微动开关向plc传递低电位信号；非闭合状态下的微动开关向plc传递高电位信号；plc根据不同高低电位的组合，产生不同编码对应相对档位。管理者通过触摸屏可设定司机防瞌睡操作时间，并将设定的司机防瞌睡操作时间传送至plc。列车运行状态中，司机移动操作手柄换挡时，相应档位上的微动开关处于闭合状态下，闭合的微动开关向plc传递低电位信号；非闭合状态下的微动开关向plc传递高电位信号；当plc接收相同的电位组合信号的时间超过司机防瞌睡操作时间，plc向语音播报器发出信号，通过语音播报器提醒司机，通过语音播报器提醒司机之后，若plc仍接收相同电位组合信号，则向主电机变频驱动器和从电机变频驱动器发送电机零速信号，通过主电机变频驱动器和从电机变频驱动器分别停止主牵引电机和从牵引电机，以保证行车安全。

进一步，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器上均安装有电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器、电流传感器、温度传感器均与plc相连。主牵引电机和从牵引电机均与速度编码器相连，速度编码器与plc相连。主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均自带igbt驱动。plc与气压传感器相连，气压传感器装于辅助变频驱动器与空压机之间相连的管道上。

列车启动前，通过plc实现列车自检，蓄电池动力电源的总开关合闸后，plc检测操作手柄是否位于空档，操作手柄位于空档时，空档上的微动开关向plc传递电位信号，否则plc检测到空档异常故障；plc检查主电机变频驱动器和从电机变频驱动器是否处于变频就绪状态，否则plc检测到变频就绪异常故障；plc通过气压传感器监控车辆气压是否正常，气压不正常时，plc检测到气压异常故障。当plc检测到操作手柄位于空档、主电机变频驱动器和从电机变频驱动器处于变频就绪状态、车辆气压正常时，机车完成自检。当机车完成自检后，机车开始后续程序。

机车运行过程中，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可以通过本身自带电压传感器监控机车是否有过电压故障或者欠压故障，有过电压故障或者欠压故障时，plc检测到过电压故障或者欠压故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可通过本身自带电流传感器可以见监控机车是否有过电流故障，机车存在过电流故障时，plc检测到过电流故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器通过本身自带温度传感器可以监控电机变频驱动器是否过热，监控电机变频驱动器过热时，plc检测到电机变频驱动器过热故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可以通过与之相连的制动电阻监控制动电阻是否异常，制动电阻异常时，plc检测到制动电阻故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可通过主牵引电机和从牵引电机上安装的速度传感器，监控速度编码器的脉冲是否异常，速度编码器脉冲异常时，plc检测到速度编码器脉冲异常故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可监控自身igbt驱动是否正常，igbt驱动异常时，plc检测到igbt驱动异常故障。plc通过气压传感器监控车辆气压是否正常，车辆气压包括总风压、驻车制动风压、行车制动风压，气压异常时，plc检测到气压异常故障。同时，plc还对其与主电机变频驱动器和从电机变频驱动器电机驱动器之间的通讯是否正常进行监控，通讯不正常时，plc检测到通讯异常故障。plc对监控发现的各种故障，可发送到触摸屏上显示和或存储起来以备以后检查用。

进一步，plc还分别与单/双电机启动选择开关、电机正/反转开关和点动开关相连。机车完成自检后，司机通过单/双电机启动选择开关选择电机启动是单电机启动或是双电机启动，单机是指只启动主牵引电机或从牵引电机，双机是指同时启动主牵引电机和从牵引电机；然后司机通过电机正/反转开关选定电机的运转方向为正转或是反转，设定好后，plc向主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器发出零速指令，此时，操作手柄位于空档，此时若plc检测到故障（即前文所述空档异常故障、变频就绪异常故障、气压异常故障、过电压故障或者欠压故障、过电流故障、电机变频驱动器过热故障、制动电阻故障、速度编码器脉冲异常故障、igbt驱动异常故障、通讯异常故障），则行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作，否则，司机继续通过点动开关选择是否点动，若司机选择点动，主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器输出低速信号，机车低速运行，此时若plc检测到故障，行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作；若司机不选择点动，则根据司机给出的档位，主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器输出相应的速度指令，机车按给定档位所对应速度运行，此时若plc检测到故障，行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作。

本发明借鉴高铁控制技术，电气控制系统集成了主电机变频驱动器、从电机变频驱动器、plc等，对比现有车辆实现了防瞌睡、故障检测、单电机和双电机选择功能，通过制动电阻散发多余能量，工作可靠性高。

附图说明

图1为本发明大吨位隧道工程重载列车电气控制系统的整体框图；

图2为本发明大吨位隧道工程重载列车电气控制系统电气部件在列车上的布置位置侧视图；

图3为本发明大吨位隧道工程重载列车电气控制系统电气部件在列车上的布置位置正视图；

图4为本发明大吨位隧道工程重载列车电气控制系统电气部件在列车上的布置位置俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1-图4，大吨位隧道工程重载列车电气控制系统，包括蓄电池动力电源、主电机变频驱动器、从电机变频驱动器、开关电源系统、plc、主牵引电机、从牵引电机、触摸屏、声光报警组件、视频监控器、车灯控制组件、辅助变频驱动器、空压机、制动电阻，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均通过第一直流断路器与蓄电池动力电源连接，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器连接，主电机变频驱动器与主牵引电机连接，从电机变频驱动器与从牵引电机连接，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均与制动电阻相连，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均与plc连接，plc与触摸屏连接，蓄电池动力电源与开关电源系统连接，开关电源系统分别与plc、触摸屏、声光报警组件，视频监控器、车灯控制组件连接，蓄电池动力电源通过第二直流断路器与辅助变频驱动器连接，辅助变频驱动器与空压机连接。

所述主牵引电机、从牵引电机均为双输出轴三相异步电机，每台牵引电机配备2个速度传感器，速度传感器安装牵引电机上。主牵引电机、从牵引电机均外接三相逆变器，主牵引电机、从牵引电机还均与编码器相连。

开关电源系统为现有成熟设备，如控制电源dldq-600等。

车灯控制组件包括驾驶室顶灯1、列车前后照明灯5、行车故障灯8，驾驶室顶灯1、列车前后照明灯5、信号灯8相互并联。声光报警组件包括工程抢险信号警灯6、工程抢险声音警笛7和语音播报器（图中未示出），工程抢险信号警灯6与工程抢险声音警笛7并联。辅助变频驱动器与气制动电磁阀12连接，气制动电磁阀12负责气制动指令的施加与解除。

列车的驾驶室内设有仪表综合控制台11，触摸屏设于仪表综合控制台上。

通过蓄电池动力电源提供给主电机变频驱动器、从电机变频驱动器和开关电源系统的工作电源，plc开始对车辆各个部分进行自检测，检测通过，plc向主电机变频驱动器、从电机变频驱动器发出安全确认信号，经由主电机变频驱动器、从电机变频驱动器输出电流、电压到主牵引电机和从牵引电机。主电机变频驱动器、从电机变频驱动器根据司机指令以及负载状态对主牵引电机和从牵引电机进行数据输送，车辆进入运行状态；当车辆进入减速或制动状态时，plc首先将车辆产生的动能以及势能通过主电机变频驱动器、从电机变频驱动器传至蓄电池动力电源，对蓄电池动力电源进行充电；当蓄电池动力电源的电压提高到自身安全值时，车辆产生的动能以及势能通过制动电组以热量的方式释放，保证电气系统安全。

图2、3和4中，电机变频驱动器通过标记2示出，主牵引电机通过标记9示出，蓄电池动力电源通过标记3示出，蓄电池动力电源3可采用dc540v蓄电池。辅助变频器通过标记13示出，用于空气制动气源控制。制动电阻通过标记14示出。视频监控器通过标记15示出，车辆运输过程中负责周围环境的监控，提醒司机安全行车。

列车需运行时，plc发出车辆运行指令，主电机变频驱动器根据车辆运行指令对主牵引电机采用速度给定方式，同时主电机变频驱动器发出转矩指令到从电机变频驱动器，从电机变频驱动器发出力矩跟随指令至从牵引电机，保证主从两台牵引电机的同步性。

驾驶室顶灯1、列车前后照明灯5、行车故障灯8、工程抢险信号警灯6与工程抢险声音警笛7分别通过相应的控制开关与开关电源系统连接，各控制开关的控制端均与plc电连接。

安装于主牵引电机上的速度传感器对主牵引电机的转速进行采集，安装于从牵引电机上的速度传感器对从牵引电机的转速进行采集，速度传感器采集到的速度信号传递给plc。

当列车在大坡道上起停车时，本发明之大吨位隧道工程重载列车电气控制系统具有零速悬停功能，主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器采样速度传感器的信号反馈θr，在零速状态下利用三相异步电机的转矩特性，采用svpwm矢量控制算法，根据车辆的负载数据输入与坡道大小输出设定的三相异步电机的在dq坐标中在d轴上的励磁电流id与电压ud，输出力矩，控制电机零转速，实现零速悬停功能，并在此过程中根据三相逆变器的三项交流电流ia,ib,ic的反馈通过克拉克（clarke）变换和派克(park)变换，并结合速度信号反馈θr获得三相异步电机在dq坐标中在q轴上的励磁电流iq与电压uq，并通过派克(park)变换，实时调整三相异步电机的励磁电流iq与电压uq，保证电机不会由于机车重力影响产生转动，实现零速悬停，实现了车辆在大坡道上安全起车与停车的功能，保证行车安全。

列车驾驶室内的操作手柄的各档位上均安装有微动开关，各微动开关均与plc连接。操作手柄位于不同的档位时，相应的微动开关将有相应的闭合状态，微动开关打开将产生高电位，闭合式代表低电位，这些都将传递给plc，plc根据不同高低电位的组合，产生不同编码对应相对档位。

管理者通过触摸屏可设定司机防瞌睡操作时间，并将设定的司机防瞌睡操作时间传送至plc。列车运行状态中，司机移动操作手柄换挡时，相应档位上的微动开关处于闭合状态下，闭合的微动开关向plc传递低电位信号；非闭合状态下的微动开关向plc传递高电位信号；当plc接收相同的微动开关电位组合信号的时间超过司机防瞌睡操作时间，plc向语音播报器发出信号，通过语音播报器提醒司机，通过语音播报器提醒司机之后，若plc仍接收相同的微动开关电位组合信号，则向主电机变频驱动器和从电机变频驱动器发送电机零速信号，通过主电机变频驱动器和从电机变频驱动器分别停止主牵引电机和从牵引电机，以保证行车安全。

主电机变频驱动器和从电机变频驱动器上均安装有电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器、电流传感器、温度传感器均与plc相连。主牵引电机和从牵引电机均与速度编码器相连，速度编码器与plc相连。主电机变频驱动器和从电机变频驱动器均自带igbt驱动。plc与气压传感器相连，气压传感器装于辅助变频驱动器与空压机之间相连的管道上。

列车启动前，通过plc实现列车自检，蓄电池动力电源的总开关合闸后，plc检测操作手柄是否位于空档，操作手柄位于空档时，空档上的微动开关向plc传递电位信号，否则plc检测到空档异常故障；plc检查主电机变频驱动器和从电机变频驱动器是否处于变频就绪状态，否则plc检测到变频就绪异常故障；plc通过气压传感器监控车辆气压是否正常，气压不正常时，plc检测到气压异常故障。当plc检测到操作手柄位于空档、主电机变频驱动器和从电机变频驱动器处于变频就绪状态、车辆气压正常时，机车完成自检。当机车完成自检后，机车开始后续程序。

机车运行过程中，主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可以通过本身自带电压传感器监控机车是否有过电压故障或者欠压故障，有过电压故障或者欠压故障时，plc检测到过电压故障或者欠压故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可通过本身自带电流传感器可以见监控机车是否有过电流故障，机车存在过电流故障时，plc检测到过电流故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器通过本身自带温度传感器可以监控电机变频驱动器是否过热，监控电机变频驱动器过热时，plc检测到电机变频驱动器过热故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可以通过与之相连的制动电阻监控制动电阻是否异常，制动电阻异常时，plc检测到制动电阻故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可通过主牵引电机和从牵引电机上安装的速度传感器，监控速度编码器的脉冲是否异常，速度编码器脉冲异常时，plc检测到速度编码器脉冲异常故障；主电机变频驱动器和从电机变频驱动器可监控自身igbt驱动是否正常，igbt驱动异常时，plc检测到igbt驱动异常故障。plc通过气压传感器监控车辆气压是否正常，车辆气压包括总风压、驻车制动风压、行车制动风压，气压异常时，plc检测到气压异常故障。同时，plc还对其与主电机变频驱动器和从电机变频驱动器电机驱动器之间的通讯是否正常进行监控，通讯不正常时，plc检测到通讯异常故障。plc对监控发现的各种故障，可发送到触摸屏上显示和或存储起来以备以后检查用。

plc还分别与单/双电机启动选择开关、电机正/反转开关和点动开关相连。机车完成自检后，司机通过单/双电机启动选择开关选择电机启动是单电机启动或是双电机启动，单机是指只启动主牵引电机或从牵引电机，双机是指同时启动主牵引电机和从牵引电机；然后司机通过电机正/反转开关选定电机的运转方向为正转或是反转，设定好后，plc向主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器发出零速指令，此时，操作手柄位于空档即档位在0位，此时若plc检测到故障（即前文所述空档异常故障、变频就绪异常故障、气压异常故障、过电压故障或者欠压故障、过电流故障、电机变频驱动器过热故障、制动电阻故障、速度编码器脉冲异常故障、igbt驱动异常故障、通讯异常故障），则行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作，否则，司机继续通过点动开关选择是否点动，若司机选择点动，主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器输出低速信号，机车低速运行，此时若plc检测到故障，行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作；若司机不选择点动，则根据司机给出的档位，主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器输出相应的速度指令，机车按给定档位所对应速度运行，此时若plc检测到故障，行车故障灯亮起提醒司机行车故障，且主电机变频驱动器和/或从电机变频驱动器停止工作。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员共知的现有技术。