专利名称：高速动车组牵引电机调试操作技能实训系统及控制方法
技术领域：
本发明属于铁路高速动车组操作技能培训技术领域，尤其是涉及一种满足动车组调试员工调试操作技能培训与考核的牵引电机调速调试操作实训系统及控制方法。
背景技术：
随着中国高速铁路的快速发展，高速动车组的装备水平、技术含量已经达到了世界领先水平。在高速动车组生产制造环节中，动车组调试是其中关键一环，它关系到动车组的各项功能能否正常实现以及动车组的安全可靠运行。因此，对动车组调试岗位员工的技能水平要求很高。对于动车组调试岗位的员工技能培训，一直是困扰培训工作的难题。一般来讲，对于该岗位的传统培训仅限于图纸原理的培训，基本没有实做培训。因为一组动车组造价近上亿元，利用原车培训风险大、成本高，生产周期不允许，不可控因素多，而且由于工艺制度的限制不能更深入了解动车组控制原理。上述情况严重制约了调试员工操作技能水平的提高，导致成为动车组生产的制约因素。
发明内容
本发明的目的是供一种具有较高仿真程度，对场地和环境要求不高，较少的能源和材料消耗，方便调试员工在脱离动车组现车的情况下，实现对动车组调试技能培训的牵引电机调速调试操作模拟系统及控制方法。为实现上述目的，本发明提供一种高速动车组牵引电机调试操作技能实训系统， 其特征在于包括一个控制模块，其上装有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立网络通信，接收外挂司控器模块、外挂牵引电机模块的信号，将信号进行分析计算后通过网络传送给TCU，由TCU 通过电缆驱动外挂牵引电机模块实现实际控制效果；—个外挂司控器模块，用于将速度控制手柄的角度变化变换为数字信号并将信号通过信号电缆传送到控制模块；一个外挂牵引电机模块，用于接收控制模块驱动，利用电动机的运行具体体现控制效果，同时将转速信号反馈回控制模块。本发明系统控制方法包括下列步骤首先，判断列车主断路器是否闭合，司机钥匙是否闭合、方向手柄是否选择了方向，上述全部为“是”方可进行对TCU的控制；其次，司控器的角度数据通过KLIP站读取，在通过网络输入到行车计算机CXU进行运行参数的计算，同时将计算的运行各种数据通过HMI显示；之后，将计算完毕的运行参数通过网络传送到TCU进行牵引电机控制，同时将实际运行速度值进行反馈，实现闭环控制；最后，出现停车信号后进行减速停车。
本发明通过采用可编程控制器进行编程，模拟动车组C⑶逻辑控制与网络控制。 在CCU的控制下协调有序地工作，使后台支持与前台功能模块有机地融合在一起。体现了 CRH3型动车组VVVF牵弓I电机调速主要功能，体现动车组牵弓I电机调试技能独特特点。上述结构具有与仿真程度高，培训效率高，与现车比较成本低的特点。
图I是本发明的结构框图；图2、图3是控制模块的电气原理图；图4是控制模块的结构框图；图5本发明控制方法流程图；图6是故障开关位置设置示意图；图7本发明实训流程图。
具体实施例方式参照图1，本发明包括一个控制模块，其上装有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立网络通信，接收外挂司控器模块、外挂牵引电机模块的信号，将信号进行分析计算后通过网络传送给TCU，由TCU通过电缆驱动外挂牵引电机模块实现实际控制效果；一个外挂司控器模块，用于将速度控制手柄的角度变化变换为数字信号并将信号通过信号电缆传送到控制模块；一个外挂牵引电机模块，用于接收控制模块驱动，利用电动机的运行具体体现控制效果，同时将转速信号反馈回控制模块。利用三个模块分别模拟动车组牵引电机控制电路，三个模块互相连接后达到与动车组相同的状态。上述三个模块共同安装在标准作业平台上，方便电源、信号等的连接；利用一个外挂牵引电机模块用来实现动车组牵引电机的具体动作。参照图2、3，其原理如下I、系统本模拟系统以西门子440变频器模拟动车组VVVF调速系统，采用西门子S7-300 可编程控制器作为主站(模拟动车CCU)，西门子S7-200可编程控制器作为智能从站(模拟动车KLIP站)采集司机台各种控制信号，与主站进行通讯，利用西门子触摸屏TP-270 (模拟司机台HMI)显示运行参数。设置了 HMI控制首页、HMI主控界面、HMI数据显示画面。2、信号传送过程由司机台司控器(8位绝对值编码器)根据手柄旋转角度将相应葛莱码通过 PR0FIBUS网络传送至智能从站解码成二进制数据，在与-22-S04司机室钥匙、-22-S01方向选择状态信号通过PR0FIBUS网络传送至主站；主站根据从站传送数据进行计算，通过读写PZD控制字、状态字利用PR0FIBUS网络对变频器机型速度和方向控制。同时电机轴端装有正交增量型编码器，与变频器装载的编码器模板对牵引电机进行闭环控制，提升速度稳定性和调速系统动态特性；变频器将状态字通过Profibus网络回传至主站，通过数据处理后，在触摸屏(HMI)中显示各项参数。3、主电路
-10-Q01接触器(模拟动车主断路器)闭合，该状态为系统默认状态，故原理图未给出-10-Q01接触器送电控制回路，只需操作人员按动模拟盘中SB3(绿)、SB4(红)即可启停该接触器。4、网络模拟系统利用Profibus网络实现通讯，与动车实际采用通讯形式不同，但传输物理机理相同。HMI (站号I)、主站(站号2)、远程从站(站号3)、牵引变频器(站号4)。参照图4，控制模块的结构包括HM、KLIP站、(XU、T⑶。HMI为行车信息显示系统，用来实现动车组各项功能状态、数据的显示功能(本发明用西门子TP270模拟实现)；CCU为行车计算机，实现动车组各种逻辑控制、数据运算、网络控制等功能。(本发明用西门子S7-300CPU模拟实现)；KLIP站为远程1/0，实现动车组现场信息采集、控制，收集司机台各种控制信号与 CCU行车计算机进行通信、信息交换。(本发明用西门子S7-200CPU+EM277模块模拟实现)；T⑶为动车组牵引变流器，是动车组驱动、控制牵引电机的核心器件，通过网络通信与CCU进行数据交换实现控制功能。(本发明用西门子MM440矢量变频器模拟实现)。上述四个器件通过网络进行连接，实现信息共享、协同作业。图5是本发明控制方法流程图，流程开始于步骤100，步骤101判断主断路器-10-Q01是否激活，没有激活则返回继续判断，激活后步骤102判断司机钥匙-22-S04是否闭合，没有闭合则返回继续判断，闭合后步骤103判断司机方向手柄是否处于前进或后退位置，为处于前进或后退位置，则返回继续判断，若处于前进或后退位置则步骤104进行运行参数的计算；同时步骤106司控器数据传送到步骤107KLIP站，步骤107将数据参数至步骤104 ;步骤109读取步骤104的数据并显示；步骤105将运行参数转换为对牵引电机的实际控制，同时步骤108将实际运行数据送回至步骤105实现闭环控制；步骤110判断是否出现停车信号，没有则返回步骤101循环，有停车信号则步骤111进行减速停车；步骤112 流程结束。培训过程图7是本发明培训流程图，流程开始于步骤200，步骤201参照图1，将各电路连接插头连接完成，确认无误后，接通AC380V电源、DCllOV电源；步骤202，将模块上设置的司机室钥匙开关-22S-04置于运行位置、行车方向开关-22S-01置于前进或后退位置，按主断闭合按钮，激活主断路器-10-Q01在硬件通信网络建立起来的情况下，由CRH3型动车组行车计算机CXU模拟器做为网络主站，利用西门子Profibus通信网络模拟动车组MVB、WTB网络，将运算结果通过网络传送到牵引变流器 (TCU)模拟器，通过硬件连接外挂牵引电机控制模块实现牵引电机调速控制功能。同时，通过触摸屏模拟动车组司机台HMI显示各种行车数据。上述过程是系统正常状态下的操作过程。步骤203判断系统调试是否成功，“是”即成功，则转至步骤206结束；“否”即不成功，则进行步骤204 ；步骤204，由于控制模块均设置有故障设置开关，此时接受培训人员要根据图2、 图3电气原理图以及现场情况，进行故障分析和测量，直至查找到故障点并在试卷图纸上标出故障位置，经监考教师确认后，将故障开关拨回正常状态，故障排除。可以同时设置多个故障增加训练难度。由图6举例说明其中1、2打X处两个故障开关断开后，接受培训人员进行故障排查的过程。首先，按照操作顺序激活主断路器-10-Q01，司机室钥匙开关-22S-04置于运行位置、行车方向开关-22S-01置于前进或后退位置，会出现牵引电机不运行的状态，通过分析图2、图3，观察现场情况，会发现系统网络故障指示灯BF闪烁(该灯集成在CCU上，即西门子S7-300CPU上)，说明网络建立失败，同时HMI无指示；可分析HMI做为系统的站之一，不能正常运行会引发网络无法建立，测量HMI工作电源发现无电压，万用表黑表笔接触电源模块M处，红表笔测量HMI工作电源正极，DC24V正常，因此确定故障范围是电源模块M 端至HMI电源输入负端断线，恢复断点后，重新启动系统HMI工作正常，网络自检后正常，该故障排除完毕；方向手柄置于向前，推动司控器逐渐加速系统工作正常方向手柄置于向后， 推动司控器牵引电机不运行，经图纸分析及现场观察，向后运行继电器-22-K82已经激活， 其辅助触点将信号送至KLIP站，万用表黑表笔接触KLIP站电源模块负端，红表笔依次测量 KLIP站电源模块正端、-22-K82辅助触点、KLIP站输入端，发现-22-K82辅助触点至KLIP 站输入端断线，恢复断点后，系统功能正常，至此全部故障排查完毕。步骤205,填写调试故障记录单；步骤206，结束。
权利要求
1.一种高速动车组牵引电机调试操作技能实训系统，其特征在于包括一个控制模块，其上装有HMI、KLIP站、(XU、T⑶，用于建立网络通信，接收外挂司控器模块、外挂牵引电机模块的信号，将信号进行分析计算后通过网络传送给TCU，由TCU通过电缆驱动外挂牵引电机模块实现实际控制效果；一个外挂司控器模块，用于将速度控制手柄的角度变化变换为数字信号并将信号通过信号电缆传送到控制模块；一个外挂牵引电机模块，用于接收控制模块驱动，利用电动机的运行具体体现控制效果，同时将转速信号反馈回控制模块。
2.根据权利要求I所述的高速动车组牵引电机调试操作技能实训系统的控制方法，其特征在于包括下列步骤首先，判断列车主断路器是否闭合，司机钥匙是否闭合、方向手柄是否选择了方向，上述全部为“是”方可进行对TCU的控制；其次，司控器的角度数据通过KLIP站读取，在通过网络输入到行车计算机CCU进行运行参数的计算，同时将计算的运行各种数据通过HMI显示；之后，将计算完毕的运行参数通过网络传送到TCU进行牵引电机控制，同时将实际运行速度值进行反馈，实现闭环控制；最后，出现停车信号后进行减速停车。
全文摘要
一种高速动车组牵引电机调试操作技能实训系统，包括一个控制模块，其上装有HMI、KLIP站、CCU、TCU，用于建立网络通信，接收外挂司控器模块、外挂牵引电机模块的信号，将信号进行分析计算后通过网络传送给TCU，由TCU通过电缆驱动外挂牵引电机模块实现实际控制效果；一个外挂司控器模块，用于将速度控制手柄的角度变化变换为数字信号并将信号通过信号电缆传送到控制模块；一个外挂牵引电机模块，用于接收控制模块驱动，利用电动机的运行具体体现控制效果，同时将转速信号反馈回控制模块。本发明模拟动车组CCU逻辑控制与网络控制，使后台支持与前台功能模块有机地融合在一起，仿真程度高，培训效率高，与现车比较成本低的特点。
文档编号G09B19/00GK102592489SQ20121006632
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者刘继斌, 安忠义, 徐井全, 王亚彬, 罗昭强, 赵光兴, 郭法娥, 陆培德 申请人:长春轨道客车股份有限公司