一种有轨电车受电弓控制方法、系统和控制电路与流程

1.本发明属于有轨电车技术领域，尤其涉及一种有轨电车受电弓控制方法、系统和控制电路。


背景技术：

2.随着城市轨道交通的快速发展，有轨电车在国内外越来越普及，因其独特的优势成为了市民出行常选的公共交通工具。有轨电车的供电方式可分为接触网供电、车载储能供电和地面供电三大类，其中接触网供电的应用最为传统和普遍。采用接触网供电的有轨电车在列车电气原理控制中需要对其受电弓进行升弓和降弓的控制，控制方法常采用按钮或开关进行手动操作控制，按钮开关安装在司机台上便于司机操作。
3.受电弓安装于车顶，以5编组有轨电车为例，通常在中间车辆的顶部安装一套受电弓，受电弓升弓后从接触网获取电能为列车高压系统供电，经高压系统、牵引系统、辅助系统设备后为列车各系统设备供电，为列车提供动力电能，作为整车电能的来源，对其进行高效、安全、可靠的控制尤为重要。
4.有轨电车线路与城市道路之间大都存在交叉路口、部分线路存在天桥或桥洞等特殊路段，部分路段还存在限高低于列车受电弓升弓高度的情况，为了安全和景观要求，这些路段存在不架设接触网的情况，车辆经过这些特殊的路段时往往会采用超级电容短时供电，受电弓需要降弓，车辆进入接触网路段后受电弓需要升弓，对于受电弓的控制只能停车后通过人工手动操作来实现，在线路上停车存在越线风险，大大降低了运营效率。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种有轨电车受电弓控制方法、系统和控制电路，以至少解决现有受电弓控制方法存在效率低且存在运营危险的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种有轨电车受电弓控制方法，包括：控制模式判断步骤，在一有轨电车中设置一plc和rfid阅读器，所述plc和所述rfid阅读器建立数据通信后，对所述plc和所述rfid阅读器进行诊断，若诊断正常，则通过自动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制；信标读取传输步骤，在所述有轨电车的轨道下设置一信标，在所述有轨电车的运行过程中，通过所述rfid阅读器识别并读取所述信标，当所述rfid阅读器读取到所述信标时，将所述信标中的数据传送至所述plc，通过所述plc对所述数据进行判断；受电弓操作确定步骤，若所述plc根据所述数据判断所述信标为降弓信标，则发出一降弓信号，控制降弓继电器得电，执行降弓指令；若所述信标为升弓信标，则发出一升弓信号，控制升弓继电器得电，执行升弓指令。
7.优选的，所述方法进一步包括一手动操作控制步骤：若所述plc和所述rfid阅读器的诊断异常，则通过手动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制，屏蔽所述rfid阅读器识别到的所述信标，并通过人工指令控制所述受电弓。
8.优选的，所述方法进一步包括一控制数据记录步骤：实时将所述自动模式下所述
信标的所述数据以及对所述受电弓的控制过程数据以.csv的格式保存在所述plc中的内部存储器上，并进行数据分析。
9.第二方面，本技术实施例提供了一种有轨电车受电弓控制系统，适用于上述有轨电车受电弓控制方法，包括：车载设备，包括设置于有轨电车上的plc及设置于所述有轨电车车底的rfid阅读器，所述plc和所述rfid阅读器建立数据通信后，对所述plc和所述rfid阅读器进行诊断，若诊断正常，则通过自动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制；地面设备，包括设置于所述有轨电车轨道地面下的信标，在所述有轨电车的运行过程中，通过所述rfid阅读器识别并读取所述信标，当所述rfid阅读器读取到所述信标时，将所述信标中的数据传送至所述plc，通过所述plc对所述数据进行判断；编码设备，包括手持式读写器，通过所述手持式读写器为每个所述信标编写id码，所述信标通过内置天线将内存中的所述id码调制信号发射到所述rfid阅读器的接收天线，经所述rfid阅读器内部的信号处理单元解调和解码后，实现所述rfid阅读器和所述信标的数据信息交互；所述车载设备还包括升弓继电器和降弓继电器，若所述plc根据所述数据判断所述信标为降弓信标，则发出一降弓信号，控制降弓继电器得电，执行降弓指令；若所述信标为升弓信标，则发出一升弓信号，控制升弓继电器得电，执行升弓指令。
10.在其中一些实施例中，所述车载设备进一步包括控制按钮，若所述plc和所述rfid阅读器的诊断异常，则通过手动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制，屏蔽所述rfid阅读器识别到的所述信标，并通过所述控制按钮发出人工指令控制所述受电弓。
11.在其中一些实施例中，实时将所述自动模式下所述信标的所述数据以及对所述受电弓的控制过程数据以.csv的格式保存在所述plc中的内部存储器上，并进行数据分析。
12.第三方面，本技术实施例提供了一种有轨电车受电弓控制电路，适用于上述有轨电车受电弓控制方法，包括：断路器，为受电弓控制电路及设备供电；
13.模式选择开关，用于选择所述受电弓控制模式，所述模式选择开关常开触点闭合时代表自动模式，所述常开触点至少为两对；
14.rfid系统，包括plc控制器和rfid阅读器，所述rfid阅读器和所述plc控制器由所述断路器供电；主控继电器，通过所述有轨电车司控器钥匙激活得电，所述主控继电器常开触点闭合代表所述有轨电车主控激活；受电弓位继电器，所述有轨电车高压箱内的转换开关打到受电弓位时得电，所述受电弓位继电器常开触点闭合代表所述转换开关在所述受电弓位，所述触点至少包含两对所述常开触点，仅在所述受电弓位时才可对所述受电弓进行控制，在车间位或接地位时所述受电弓位继电器不得电；升弓继电器，在输出升弓请求信号时得电，所述升弓继电器的触点至少包含一对所述常开触点和一对常闭触点，所述升弓继电器在所述自动模式下由所述有轨电车中的plc控制器控制；降弓继电器，在输出降弓请求信号时得电，所述降弓继电器的触点至少包含一对所述常开触点和一对所述常闭触点，所述降弓继电器在所述自动模式下由所述有轨电车中的所述plc控制器控制。
15.在其中一些实施例中，所述电路进一步包括：升弓按钮及降弓按钮，用于手动模式下进行升弓和降弓操作，所述升弓按钮及降弓按钮常开触点闭合代表按钮按下，所述常开触点至少为一对。
16.在其中一些实施例中，所述模式选择开关常闭触点闭合时代表所述手动模式，所述常闭触点至少为两对；所述升弓继电器和所述降弓继电器在所述手动模式下由所述升弓
按钮和所述降弓按钮控制。
17.在其中一些实施例中，所述电路进一步包括：升弓到位继电器，在受电弓升弓执行到位后得电，所述升弓到位继电器的触点至少包含一对常开触点，所述常开触点闭合代表受电弓已完成升弓；降弓到位继电器，在受电弓降弓执行到位后得电，所述降弓到位继电器的触点至少包含一对常开触点，所述常开触点闭合代表受电弓已完成降弓；升弓按钮灯，用于指示所述受电弓升弓状态，在所述受电弓升弓到位后点亮；降弓按钮灯，用于指示所述受电弓降弓状态，在所述受电弓降弓到位后点亮；网络系统riom主机，采集所述受电弓升弓到位、降弓到位、所述rfid系统设备状态的di信号，用于传输到网络显示屏上进行状态显示和提醒。
18.相比于相关技术，本技术实施例在保留传统人工控制方式的基础上发明了一种通过rfid技术实现受电弓升弓、降弓的自动控制方法，将rfid技术应用到列车电气控制领域，在无需列车停车的情况下通过射频识别技术对列车位置定位来实现对受电弓升弓和降弓功能的自动控制，解决了有轨电车因线路条件特殊而需要在接触网和超级电容混合供电模式下在运行线路上频繁的对受电弓进行控制带来的自动化程度低、效率低、安全性不足的技术问题，通过这种设计方案大大提高了有轨电车的运行效率和安全性，提升了列车的智能化水平，保证了受电弓控制电路的可靠性和安全性。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明的有轨电车受电弓控制方法流程图；
21.图2为本发明的有轨电车受电弓控制方法具体实施示意图；
22.图3为本发明的有轨电车受电弓控制系统的框架图；
23.图4为本发明的有轨电车受电弓控制电路图；
24.以上图中：
25.1、车载设备；2、地面设备；3、编码设备；11、控制按钮；12、plc控制器；13、rfid阅读器；14、升弓继电器；15、降弓继电器；21、地面信标；31、手写式读写器。
具体实施方式
26.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
28.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
29.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.以下，结合附图详细介绍本发明的实施例：
31.图1为本发明的有轨电车受电弓控制方法流程图，请参见图1，图2为本发明的有轨电车受电弓控制方法具体实施示意图，请一并参见图2，本发明有轨电车受电弓控制方法包括如下步骤：
32.s1：在一有轨电车中设置一plc和rfid阅读器，所述plc和所述rfid阅读器建立数据通信后，对所述plc和所述rfid阅读器进行诊断，若诊断正常，则通过自动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制。
33.在具体实施中，系统上电后在列车主控钥匙激活且高压箱内的转换开关在受电弓位时进行受电弓的控制，plc与rfid阅读器建立数据通信后plc和阅读器进行诊断和自检，设备工作状态均正常后司机将受电弓控制模式开关打到自动位进入自动控制模式。
34.s2：在所述有轨电车的轨道下设置一信标，在所述有轨电车的运行过程中，通过所述rfid阅读器识别并读取所述信标，当所述rfid阅读器读取到所述信标时，将所述信标中的数据传送至所述plc，通过所述plc对所述数据进行判断。
35.在具体实施中，在系统进入自动模式后plc自动发送信标读取指令使得rfid阅读器进入信标读取模式。列车在线路上行驶中当检测到信标时，由rfid阅读器采集降弓信标存储的编码信息并解码后，将数据传送给plc，plc经过内部数据处理和功能逻辑判断后输出对应的控制信号。
36.s3：若所述plc根据所述数据判断所述信标为降弓信标，则发出一降弓信号，控制降弓继电器得电，执行降弓指令；若所述信标为升弓信标，则发出一升弓信号，控制升弓继电器得电，执行升弓指令。
37.在具体实施中，检测到升弓功能信标输出升弓信号使得升弓继电器得电，执行升弓指令，可选的，升弓到位后司机台上的升弓到位指示灯点亮；当检测到降弓功能信标时输出降弓信号使得降弓继电器得电，执行降弓指令，可选的，降弓到位后司机台上的降弓到位指示灯点亮。
38.s4：若所述plc和所述rfid阅读器的诊断异常，则通过手动模式对所述有轨电车的受电弓进行控制，屏蔽所述rfid阅读器识别到的所述信标，并通过人工指令控制所述受电弓。
39.在具体实施中，如果设备存在故障，将通过网络hmi显示屏报出系统故障，此时将不能进入自动控制模式，需司机将开关打到手动位进入手动控制模式。手动控制模式由受电弓模式选择开关和升弓、降弓按钮控制，司机可直接将模式选择开关打到手动位进入手动控制模式，手动控制模式下rfid识别到的信标数据将被自动屏蔽。可在启车和收车或者自动模式设备故障时采用手动控制模式对受电弓进行升弓、降弓的控制，手动控制时为确保安全，需列车在静止状态下由司机操作升弓、降弓按钮进行控制，按下升弓按钮执行升弓操作，按下降弓按钮执行降弓操作。
40.s5：实时将所述自动模式下所述信标的所述数据以及对所述受电弓的控制过程数据以.csv的格式保存在所述plc中的内部存储器上，并进行数据分析。
41.在具体实施中，plc控制器具有数据记录功能，可实时将自动模式下信标数据以及控制过程数据以.csv的格式保存在内部存储器上，以便进行数据分析。
42.需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
43.图3为本发明的有轨电车受电弓控制系统的框架图，采用rfid技术的受电弓控制系统是以信号接收、传输、控制为核心的自动控制系统，该系统设备分为车载设备1、地面设备2和编码设备3三部分，该系统采用上述有轨电车受电弓控制方法，请参见图3，包括：
44.车载设备1，包括设置于有轨电车上的plc 12及设置于有轨电车车底的rfid阅读器13，plc 12和rfid阅读器13建立数据通信后，对plc 12和rfid阅读器13进行诊断，若诊断正常，则通过自动模式对有轨电车的受电弓进行控制；车载设备1还包括升弓继电器14和降弓继电器15，若plc 12根据数据判断信标21为降弓信标，则发出一降弓信号，控制降弓继电器15得电，执行降弓指令；若信标21为升弓信标，则发出一升弓信号，控制升弓继电器14得电，执行升弓指令。
45.可选的，车载设备1进一步包括控制按钮11，若plc 12和rfid阅读器13的诊断异常，则通过手动模式对有轨电车的受电弓进行控制，屏蔽rfid阅读器13识别到的信标21，并通过控制按钮发出人工指令控制受电弓。
46.可选的，实时将自动模式下信标21的数据以及对受电弓的控制过程数据以.csv的格式保存在plc 12中的内部存储器上，并进行数据分析。
47.地面设备2，包括设置于有轨电车轨道地面下的信标21，在有轨电车的运行过程中，通过rfid阅读器13识别并读取信标21，当rfid阅读器13读取到信标21时，将信标21中的数据传送至plc 12，通过plc 12对数据进行判断。
48.编码设备3，包括手持式读写器31，通过手持式读写器31为每个信标21编写id码，信标21通过内置天线将内存中的id码调制信号发射到rfid阅读器13的接收天线，经rfid阅读器13内部的信号处理单元解调和解码后，实现rfid阅读器13和信标21的数据信息交互。
49.在具体实施中，车载设备1包括plc控制器12、rfid阅读器13(集成了天线内置模块)、控制按钮11、升弓继电器14、降弓继电器15；地面设备2为无源信标21；编码设备3为手持式读写器31，该系统能够对有轨电车在线路特定位置处的列车地理位置进行精确定位，可实现列车自动升弓和自动降弓的控制。
50.在具体实施中，根据线路上列车升弓、降弓控制需求在线路轨道地面上埋设信标
21，信标21安装于两条轨道中间，埋设位置可根据列车运行速度、车辆长度、受电弓的安装位置、系统响应时间以及升降弓执行时间内的安全距离等因素综合考虑计算得出，具体视线路和车辆条件而定。
51.在具体实施中，通过手持式读写器31给每个信标21编写id码；列车车体的底部安装rfid阅读器13，以中间车为中心对称安装两个rfid阅读器13，地面列车经过信标路段时，由rfid阅读器13的天线发射特定频率的无线射频信号来激活信标21，信标21通过内置天线将内存中的id数据调制信号发射到rfid阅读器13的接收天线，经阅读器13内部的信号处理单元解调和解码后，实现车载rfid阅读器13和地面信标21的数据信息交互。
52.在具体实施中，车载控制器plc 12与rfid阅读器13建立数据通信后，调用阅读器13中的数据信息与plc软件数据库中存储的信息进行比对，从而可根据信标21的唯一id码识别出列车此时的精确地理位置，当采集到升弓功能信标数据时经plc控制器12逻辑处理后输出升弓控制信号使得升弓控制电路继电器14得电，实现自动升弓控制；当采集到降弓功能信标时经plc控制器12逻辑处理后输出降弓控制信号使得降弓控制电路继电器15得电，实现自动降弓控制。
53.在具体实施中，plc控制器12具有数据记录功能，可实时将自动模式下信标数据以及控制过程数据以.csv的格式保存在内部存储器上，以便进行数据分析。
54.另外，结合图1、图2、图3描述的有轨电车受电弓控制方法和系统可以由有轨电车受电弓控制电路来实现，图4为本发明的有轨电车受电弓控制电路图。电路包含自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式通过rfid系统采集信标数据后经plc控制器输出控制信号，手动控制模式通过升弓、降弓按钮输出控制信号。电路包括：
55.断路器，为受电弓控制电路及设备供电。
56.在具体实施中，断路器qf1、断路器qf2、断路器qf3为受电弓控制电路及设备供电，断路器容量需满足电路和设备负载需求。
57.模式选择开关，用于选择受电弓控制模式，模式选择开关常开触点闭合时代表自动模式，常开触点至少为两对；可选的，模式选择开关常闭触点闭合时代表手动模式，常闭触点至少为两对；升弓继电器和降弓继电器在手动模式下由升弓按钮和降弓按钮控制。
58.在具体实施中，模式选择开关sams作为受电弓控制模式选择开关，其常开触点闭合时代表自动模式，常闭触点闭合时代表手动模式，触点至少包含2对常开触点和2对常闭触点，可用2档位旋钮开关或按钮，也可选用多档位万转开关。
59.可选的，电路进一步包括：升弓按钮及降弓按钮，用于手动模式下进行升弓和降弓操作，升弓按钮及降弓按钮常开触点闭合代表按钮按下，常开触点至少为一对。
60.在具体实施中，升弓按钮sbpup用于手动模式下进行升弓操作，降弓按钮用于手动模式下进行降弓操作，其常开触点闭合代表按钮按下，触点至少包含1对常开触点。
61.rfid系统，包括plc控制器和rfid阅读器，rfid阅读器和plc控制器由断路器供电。
62.在具体实施中，rfid系统车载设备包含plc控制器t01和rfid阅读器t02，plc控制器集成有cpu中央处理模块、rs485或以太网通信模块、一定数量的数字量输入输出模块及存储卡；rfid阅读器采用无线射频读写器，内部集成了射频单元(发送和接收模块)、控制模块和天线单元，具有数据通信接口(rs
‑
485/rs
‑
232或以太网接口)和i/o数字量输入输出接口，rfid阅读器和plc控制器由断路器qf3供电，二者之间通过rs485通信，也可通过以太网
通信，可配置若干数量的硬线i/o备用。
63.主控继电器，通过有轨电车司控器钥匙激活得电，主控继电器常开触点闭合代表有轨电车主控激活。
64.在具体实施中，主控继电器kala在列车司控器钥匙激活后得电，其常开触点闭合代表列车主控激活。
65.受电弓位继电器，有轨电车高压箱内的转换开关打到受电弓位时得电，受电弓位继电器常开触点闭合代表转换开关在受电弓位，触点至少包含两对常开触点，仅在受电弓位时才可对受电弓进行控制，在车间位或接地位时受电弓位继电器不得电。
66.在具体实施中，受电弓位继电器kapan在列车高压箱内的转换开关打到受电弓位时得电，其常开触点闭合代表转换开关在受电弓位，触点至少包含2对常开触点，只有在受电弓位时才可对受电弓进行控制，在车间位或接地位时继电器不得电，保证了升降弓的安全性。
67.升弓继电器，在输出升弓请求信号时得电，升弓继电器的触点至少包含一对常开触点和一对常闭触点，升弓继电器在自动模式下由有轨电车中的plc控制器控制。
68.在具体实施中，升弓继电器kapup在输出升弓请求信号时得电，其触点至少包含1对常开触点和1对常闭触点，其中在自动模式下由plc控制器t01控制，在手动模式下由升弓按钮sbpup控制。
69.降弓继电器，在输出降弓请求信号时得电，降弓继电器的触点至少包含一对常开触点和一对常闭触点，降弓继电器在自动模式下由有轨电车中的plc控制器控制。
70.在具体实施中，降弓继电器kapdn在输出降弓请求信号时得电，其触点至少包含1对常开触点和1对常闭触点，其中在自动模式下由plc控制器t01控制，在手动模式下由降弓按钮sbpdn控制。
71.可选的，电路进一步包括：升弓到位继电器，在受电弓升弓执行到位后得电，升弓到位继电器的触点至少包含一对常开触点，常开触点闭合代表受电弓已完成升弓；降弓到位继电器，在受电弓降弓执行到位后得电，降弓到位继电器的触点至少包含一对常开触点，常开触点闭合代表受电弓已完成降弓。
72.在具体实施中，升弓到位继电器kapupok在受电弓升弓执行到位后由受电弓系统控制器t03控制其得电，其触点至少包含一对常开触点，常开触点闭合代表受电弓已完成升弓；降弓到位继电器kapdnok在受电弓降弓执行到位后由受电弓系统控制器t03控制其得电，其触点至少包含一对常开触点，常开触点闭合代表受电弓已完成降弓。
73.可选的，电路进一步包括：升弓按钮灯，用于指示受电弓升弓状态，在受电弓升弓到位后点亮；降弓按钮灯，用于指示受电弓降弓状态，在受电弓降弓到位后点亮；网络系统riom主机，采集受电弓升弓到位、降弓到位、rfid系统设备状态的di信号，用于传输到网络显示屏上进行状态显示和提醒。
74.在具体实施中，升弓按钮灯hlpup用于指示受电弓升弓状态，可集成在升弓按钮上，也可单独设置升弓指示灯，在受电弓升弓到位后点亮。
75.在具体实施中，降弓按钮灯hlpdn用于指示受电弓降弓状态，可集成在降弓按钮上，也可单独设置降弓指示灯，在受电弓降弓到位后点亮。
76.在具体实施中，网络系统riom主机t04采集受电弓升弓到位、降弓到位、rfid系统
设备状态的di信号，用于传输到网络显示屏hmi上进行状态显示和提醒，其中rfid系统设备状态在设备供电自检后通过plc的do端输出信号给网络系统采集，正常为1，故障为0，当出现故障时网络hmi显示屏可弹屏显示和提醒司机受电弓控制自动模式设备故障，需进行人工手动模式控制。
77.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
78.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。