一种内电重联控制信号采集装置及其诊断方法与流程

本发明涉及多机重联编组领域，具体地说，是涉及一种针对电力机车编组控制内燃机车编组的内电重联控制信号采集装置及其诊断方法。

背景技术：

随着铁路技术的快速发展，重载成为轨道交通领域的一个重要的发展方向，为了牵引更重的货物，电力机车之间通过绞线式列车总线构成多机重联编组，目前该技术在国内外已广泛运用。实际上电力机车不仅限于跟电力机车通过绞线式列车总线重联，电力机车还可以跟内燃机车通过满足基于aars-512标准的硬线重联，因此可以在内燃机车硬件不变的情况下，在电力机车中增加内电重联的转换装置实现电力机车控制既有内燃机车的目的。内电重联编组模式的好处可以实现灵活的编组方式，例如：在某些供电能力有限的区段采用内电重联的编组模式，能够达到在牵引同样吨位货物时可以降低供电站的负荷。

在现有技术中，由于内燃机车的数字量控制信号电压等级与当前电力机车的数字量控制信号采集模块的电压等级不一致，导致无法满足内电重联控制的需要，无法对增加的内电重联转换装置输出的控制信号进行检测，从而电力机车和内燃机车的运行安全得不到相应的保障。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种内电重联控制信号采集装置，该装置内置于电力机车控制系统，所述电力机车控制系统具备依次相连的中央处理单元、数字量输入输出装置以及内电重联信号转换装置，所述信号采集装置与所述电力机车控制系统中的所述内电重联信号转换装置以及所述中央控制单元连接，其中，所述内电重联控制信号采集装置，其以采集时间间隔，接收所述内电重联信号转换装置输出的与内电重联信号传输电缆匹配的若干内电重联控制信号，将所述内电重联控制信号经过多功能车辆总线，转换成与所述内电重联控制信号一一对应的反馈信号数据，并将已传输至内燃机车控制系统的所述反馈信号数据发送至所述中央控制单元。

优选地，该装置具备：接口单元，其具备若干路信号通道，通过所述内电重联信号传输电缆与所述内电重联信号转换装置的多点位输出接口对应连接，所述接口单元接收所述内电重联控制信号，经电平转换处理后，将所有所述内电重联控制信号转换成与所述信号采集装置的逻辑电平匹配的采集控制信号；多功能车辆总线物理层接口；逻辑处理单元，其与所述接口单元以及所述多功能车辆总线物理层接口连接，接收所述采集控制信号，通过所述多功能车辆总线的控制，实现若干路所述信号通道与所述多功能车辆总线物理层接口的信息交换功能；电源单元，其与电力机车电源、所述逻辑处理单元、以及所述接口单元连接，将所述电力机车电源转换成直流低压电源为所述接口单元以及所述逻辑处理单元提供电源。

优选地，所述逻辑处理单元包括：io控制模块，其具备若干路io通道，每个所述io通道与所述信号通道对应连接，接收与所述信号通道对应的所述采集控制信号，将其转换成所述数字量控制信号；车辆总线协议控制模块，其与所有所述io通道连接，接收所有所述io通道传输的所述数字量控制信号，经过所述多功能车辆总线的接口信息处理，得到所述反馈信号数据。

优选地，进一步，所述车辆总线协议控制模块，其将所有所述数字量控制信号，转换成满足所述多功能车辆总线通信传输协议的信息传输格式的所述反馈信号数据，并将其通过所述多功能车辆总线物理层接口转发至所述中央控制单元。

另一方面，提供了一种内电重联控制信号诊断方法，该方法针对上述所述信号采集装置输出的所述反馈信号数据进行诊断处理，该方法包括如下步骤：诊断预处理步骤，接收并解析所述反馈信号数据，得到若干反馈数字量信号，获取从所述中央控制单元输出的电力机车控制命令数字量信号以及与所述电力机车控制命令数字量信号对应种类的所述反馈数字量信号；信号诊断步骤，依次判定在第一预设时间段、第二预设时间段以及第三预设时间段内，所述电力机车控制命令数字量信号和其对应的所述反馈数字量信号的不一致性现象出现的时间，其中，所述第二预设时间段大于所述第一预设时间段且小于所述第三预设时间段；保护方式输出步骤，针对判定结果输出相关故障信号和/或保护动作。

优选地，在所述信号诊断步骤中，若所述电力机车控制命令数字量信号和其对应的所述反馈数字量信号的不一致性现象出现的时间超过所述第一预设时间段，输出故障一级报警信号，内电重联编组机车继续维持运行，手动操作消除故障。

优选地，在所述信号诊断步骤中，进一步，若所述电力机车控制命令数字量信号和其对应的所述反馈数字量信号的不一致性现象出现的时间超过所述第二预设时间段，输出故障二级保护信号。

优选地，在所述信号诊断步骤中，进一步，若在所述第三预设时间段内输出所述故障一级报警信号的次数超过预设的一级警示次数阈值，输出故障二级保护信号。

优选地，所述信号判断步骤还包括：当获取所述故障二级保护信号后，进一步判定是否存在与内燃机车编组重联的备用电力机车。

优选地，进一步，若存在与所述内燃机车编组重联的所述备用电力机车，则自动跳转至所述备用电力机车，进一步由所述备用电力机车控制所述内燃机车编组，内电重联编组机车继续维持运行；若不存在与所述内燃机车编组重联的所述备用电力机车，当前所述电力机车中的所述中央控制单元执行信号封锁操作，将所有所述电力机车控制命令数字量信号进行阻断输出，手动操作消除故障。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明解决了内电重联控制信号的采集、检测及诊断问题，实现了对电力机车和内燃机车的保护，为实现电力机车控制内燃机车打下了坚实的基础，最大限度保护列车编组运行安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的内电重联编组的结构示意图。

图2为本申请实施例的任一电力机车的内电重联控制系统结构示意图。

图3为本申请实施例的内电重联信号采集装置的结构图。

图4为本申请实施例的内电重联信号采集装置输出信号的诊断及保护流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种内电重联控制信号采集装置，解决了内电重联控制信号采集的问题；同时对于电力机车控制内燃机车这一新领域控制方法，制定了内电重联控制信号的监测诊断方法，实现了对电力机车和内燃机车的保护，最大限度保护内电重联编组机车的运行安全。

图1为本申请实施例的内电重联编组的结构示意图。如图1所示，本申请中的列车编组机车(内电重联编组机车)具备电力机车编组和内燃机机车编组，其中，电力机车编组由若干个电力机车构成，内燃机车编组由若干个内燃机车构成，每个电力机车都关于内燃机车编组重联，即每辆电力机车均可控制所有内燃机车；并且电力机车之间能够实现信息的交互，具体地，任一电力机车可作为主控电力机车，并且能够向另一电力机车发送本电力机车的正常运行标志信号和/或故障状态标志信号。需要说明的是，本申请针对电力机车的数量及内燃机车的数量不作具体限定，本申请实施人员可根据实际需求情况进行变更。

通常，每台电力机车具备一套电力机车控制系统，每台内燃机车具备一套内燃机车控制系统，若实现电力机车对内燃机车编组的重联控制，需要在电力机车控制系统中加装信号转换装置，使得信号转换装置与每个内燃机车控制系统连接，从而构成针对任一电力机车的内电重联控制系统，进而所有电力机车的内电重联控制系统构成了关于列车编组机车的内电重联控制系统(以下提到的内电重联控制系统如无特别说明均为关于列车编组机车的内电重联控制系统)。本申请的内电重联控制信号采集装置则安装于每一电力机车控制系统中。

图2为本申请实施例的任一电力机车的内电重联控制系统结构示意图。如图2所示，该系统包括：中央控制单元ccu、数字量输入输出模块dxm、内电重联信号转换装置(aar27)、内电重联信号采集装置以及若干内燃机车控制系统。其中，中央控制单元ccu，其接收来自主控机车的控制指令以及内电重联信号采集装置发送的反馈信号数据，并对上述信息完成解析、计算等处理，得到电力机车控制命令数字量信号，进一步利用mvb总线(多功能车辆总线)协议规范，将上述电力机车控制命令数字量信号转换成满足mvb总线的通信协议格式的电力机车控制命令数字量数据包；数字量输入输出模块dxm，其与中央控制单元通过mvb总线连接，接收并解析电力机车控制命令数字量数据包，并将解析后的数据转换成与电力机车电平(其与内电重联信号传输电缆电平不一致)相匹配的若干个电力机车控制信号；内电重联信号转换装置(aar27信号转换装置)，其与数字量输入输出模块连接，基于aar27标准(即传输电缆标准)将所有电力机车控制信号转换成符合aar27标准电平的内电重联控制信号，并将每个内电重联控制信号按照与内电重联信号传输电缆(aar27)对应的点位输出；内电重联控制信号采集装置，其以采集时间间隔，接收内电重联信号转换装置输出的与内电重联信号传输电缆电平匹配的若干内电重联控制信号，将内电重联控制信号经过mvb总线转换成与内电重联控制信号一一对应的反馈信号数据，并将已传输至内燃机车控制系统的反馈信号数据发送至中央控制单元；内燃机车控制系统，其通过内电重联信号传输电缆，接收从主控电力机车传输的对应点位的内电重联控制信号，其中，内电重联控制信号包括方向类控制信号、工况类控制信号、电源类控制信号等，如表1所示。

表1电力机车输出至内燃机车的控制信号列表

进一步地说，本申请需要针对上述内电重联控制系统结构作以下几点说明：电力机车之间通过wtb总线(绞线式列车总线)连接，并与内燃机车通过满足aars512标准或基于该标准略作修改的aar27标准的硬线重联；当前国内电力机车的数字量控制信号采集模块的电压等级为dc110v，但是由于内燃机车的数字量控制信号电压等级为dc74v，故上述数字量输入输出模块针对110v电平进行数字信号转换处理，并且内电重联信号转换装置将针对电力机车110v电平的电力机车控制信号转换成满足内燃机车74v电平的内电重联控制信号；本申请mvb通信介质为emd，符合iec61375标准中3类设备定义的设备，使用过程数据进行数据交换。另外，本申请中的内电重联信号传输电缆采用aar27电缆，利用aar27电缆将内燃机控制系统与电力控制系统重联，故针对传输至内燃机车的内电重联控制信号需满足aar27标准。需要说明的是，本申请针对内燃机车的硬线重联电缆的种类及与其匹配的信号标准、和/或mvb总线的介质种类及与其匹配的通讯传输协议不作具体限定，本申请实施人员可根据实际需求进行相应的调整。

接着，进一步针对本申请的内电重联控制信号采集装置进行详细说明。在本申请中，由于信号采集装置一边与电力机车控制系统中的内电重联信号转换装置连接，一边通过mvb总线与中央控制单元连接，因此需要满足如下要求：1)该装置的供电电源与电力机车电源同为dc110v，电压波动范围满足dc77v～137.5v；2)mvb通信介质为emd，符合iec61375标准中3类设备定义的设备，使用过程数据进行数据交换；3)aar27重联电缆对应点位有27个(即为内电重联控制信号的最多个数)，信号电压等级为74v，信号采集通道及电压等级需满足该电缆的电平要求；4)符合相应轨道交通装车设备标准，比如：iec61375-2列车通信网络一致性测试、iec61000-4-2电磁兼容要求等。故本发明根据以上基本要求，研发出了一个内电重联74v控制信号采集装置，其名称为dime_m，它是专门为内电重联设计开发的满足aar27标准电平信号定义的数字量输入模块，负责采集aar27重联电缆对应点位的信号，然后将其通过mvb总线传送给中央控制单元ccu。另外，内电重联控制信号采集装置包含两块单板，分别为mvb板和接口板，其中mvb板主要包含mvb物理层接口、逻辑处理单元和电源单元，接口板主要包含为接口单元。

表2dime_m模块性能参数

图3为本申请实施例的内电重联信号采集装置的结构图。如图3所示，该装置具备接口单元、逻辑处理单元、mvb物理层接口以及电源单元。其中，接口单元为接口板的一个具体组成示例；逻辑处理单元、mvb物理层接口以及电源单元为mvb板的一个具体组成示例。下面对内电重联控制信号采集装置的构成单元一一进行说明。

首先，接口单元，其具备若干路信号通道，通过所述内电重联信号传输电缆与所述内电重联信号转换装置的多点位输出接口对应连接，每个信号通道处理一种内电重联控制信号，接口单元接收与内燃机车电平匹配的(74v)并与信号通道点位对应的内电重联控制信号，经电平转换处理后，将所有内电重联控制信号转换成与信号采集装置的逻辑电平匹配的采集控制信号。具体地，基于内电重连控制系统的总线种类及其对应的标准版本，本申请的信号通道数量为32，其中，aar27电缆中的27个点位分别与接口单元中的信号通道一一对应。

然后，逻辑处理单元，其与接口单元以及多功能车辆总线物理层接口连接，接收所有对应点位的采集控制信号，通过多功能车辆总线的控制，完成若干路信号通道与多功能车辆总线接口的信息交换功能。具体地，逻辑处理单元具备io控制模块和车辆总线协议控制模块，其中，io控制模块具备若干路io通道，每个io通道与上述信号通道对应连接，接收与信号通道对应的采集控制信号，将采集控制信号转换成数字量控制信号；车辆总线协议控制模块，其与所有io通道连接，接收所有io通道传输的数字量控制信号，经过多功能车辆总线的接口信息处理，得到所述反馈信号数据，进一步，车辆总线协议控制模块将所有数字量控制信号，转换成满足mvb总线通信传输协议的信息传输格式的反馈信号数据，并将其通过mvb物理层接口转发至中央控制单元ccu。

最后，电源单元，其与电力机车电源、逻辑处理单元、以及接口单元连接，将电力机车电源转换成直流低压电源为接口单元以及逻辑处理单元提供电源。具体地，该单元将电力机车dc110v电源转换成dc5v/dc24v电源。

(一个示例)

首先，内电重联控制信号采集装置从aar27电缆上获取若干个对应点位的包括8号点位输出的列车编组机车正向行驶控制信号、6号点位输出的牵引工况控制信号以及25号点位输出的制动工况控制信号等不同内容类型的内电重联控制信号；每个内电重联控制信号采集装置接口单元的信号通道接口与aar27电缆上的27个点位一一连接，并将满足电缆电平的内电重联控制信号转换成满足信号采集装置逻辑电平的正向行驶采集控制信号、牵引工况采集控制信号以及制动工况采集控制信号等若干采集控制信号，信号通道与电缆连接方式具体为：8号信号通道与电缆的8号点位连接且接收正向行驶控制信号、6号信号通道与电缆的6号点位连接且接收牵引工况控制信号、25号信号通道与电缆的25号点位连接且接收制动工况控制信号。

然后，io控制模块具备与接口单元的信号通道数量相同的io通道，每个io通道均与信号通道一一连接，并接收对应信号通道传输的采集控制信号，经过io控制模块的信息处理后，将上述对应点位的正向行驶采集控制信号、牵引工况采集控制信号以及制动工况采集控制信号等若干采集控制信号分别转换成包括正向行驶数字量信号、牵引工况数字量信号以及制动工况数字量信号等若干数字量控制信号。具体地，每个io通道处理各自接收的采集控制信号，例如：8号io通道将正向行驶采集控制信号装换成正向行驶数字量信号；6号io通道将牵引工况采集控制信号装换成牵引工况数字量信号。

接着，将所有io信号通道发送的分别代表不同内容种类的数字量控制信号传输至mvb控制模块中，基于mvb总线传输协议标准，再按照mvb总线通信协议格式将上述包括正向行驶数字量信号、牵引工况数字量信号以及制动工况数字量信号等若干数字量控制信号进行整合，得到反馈信号数据，并经过多功能车辆总线物理层接口转发至中央控制单元中。

最后，中央控制单元接收到反馈信号数据后，进行解析处理，得到包括正向行驶反馈数字量信号、牵引工况反馈数字量信号以及制动工况反馈数字量信号等若干反馈数字量信号。因此，反馈信号数据中的每个反馈数字量信号均具有相应内容类型的内电重联控制信号与之对应。由于中央处理单元输出的若干类型的电力机车控制命令数字量信号，通过数字量输入输出模块将若干类型的电力机车控制命令数字量信号转换成对应类型的电力机车控制命令信号，再经aar27信号转换装置将与电力机车电平匹配的对应类型的电力机车控制命令信号转换成与内燃机车电平(与aar27电缆标准电平一致)匹配的内电重联控制信号，故每个电力机车控制命令数字量信号均有与之对应类型的内电重联控制信号相匹配，进一步，每个电力机车控制命令数字量信号也有对应内容类型的反馈数字量信号。

在中央处理单元ccu接收到上述内电重联控制信号采集装置发送的反馈信号数据后，需要对采集到的已发送至内燃机车控制系统中的内电重联控制信号进行诊断，并对内电重联控制系统实施保护。具体地，内电重联控制信号诊断方法满足如下步骤：诊断预处理步骤，接收并解析反馈信号数据，得到若干个不同种类的反馈数字量信号，获取从中央控制单元输出的电力机车控制命令数字量信号以及与电力机车控制命令数字量信号对应种类的反馈数字量信号；信号诊断步骤，依次判定在第一预设时间段、第二预设时间段以及第三预设时间段内，电力机车控制命令数字量信号及其对应的反馈数字量信号的不一致性现象出现的时间，其中，所述第二预设时间段大于所述第一预设时间段且小于所述第三预设时间段；保护方式输出步骤，针对判定结果输出相关故障信号和/或保护动作。

图4为本申请实施例的内电重联信号采集装置输出信号的诊断及保护流程图。如图4所示，下面针对上述信号诊断步骤及保护方式输出步骤进行进一步说明。首先，将获取到的电力机车控制命令数字量信号和其对应的所述反馈数字量信号进行实时对比，若出现不一致现象，对该现象持续时间进行统计：当其不一致现象出现时间超过第一预设时间段t1，输出故障一级报警信号，显示在显示屏上提示司机，但列车编组仍可继续维持行驶，故障需操作人员手动操作进行复位；当其不一致现象出现时间超过第二预设时间段t2或者在第三预设时间段t3内输出故障一级报警信号的次数超过预设的一级警示次数阈值n，输出故障二级保护信号，并显示在显示屏上提示司机。接着，当获取所述故障二级保护信号后，进一步判定：是否存在与内燃机车编组重联的备用电力机车。若存在与内燃机车编组重联的备用电力机车，将备用电力机车规定为跳转目标电力机车，则从主控电力机车自动跳转至备用电力机车，由备用电力机车控制内燃机车编组，使得内电重联编组机车继续行驶；若不存在与内燃机车编组重联的备用电力机车，当前电力机车(主控电力机车)中的中央控制单元ccu执行信号封锁操作，将所有电力机车控制命令数字量信号进行阻断输出，故障需维护人员通过显示器进行手动复位操作。需要说明的是，本申请针对中央控制单元ccu的信号封锁操作采用将所有电力机车控制命令数字量信号输出为false的方法，本申请针对信号封锁操作的具体实施方式不做具体限定，可采用将所有电力机车控制命令数字量信号设置为高阻状态、设置独立的封锁信号对所有电力机车控制命令数字量信号进行限定等，本申请实施人员可根据实际应用情况进行相应的调整。

需要说明的是，若当前电力机车(主控电力机车)接收到其自然编号的任一前序编号所属电力机车发送的正常运行标志信号，且除上述两台电力机车外的其他电力机车均发送故障状态标志信号时，则发送正常运行标志信号所属电力机车为备用电力机车，从而判定该内电重联编组机车存在与内燃机车编组重联的备用电力机车；若当前电力机车(主控电力机车)未接收到其他任一电力机车发送的正常运行标志信号时，则判定该内电重联编组机车不存在与内燃机车编组重联的备用电力机车。

本发明提出了一种内电重联控制信号(74v)采集装置，解决了内电重联控制信号采集过程中电信号电平匹配的问题，无需针对内燃机车控制系统和电力机车控制系统分别设置信号采集装置，即可实现控制信号采集结果的诊断，并对于电力机车控制内燃机车这一新领域控制方法，定制了内电重联控制信号的检测诊断方法，另外，对列车编组的运行具有一定的保护作用，为其它项目内电重联功能的实现提供基础，实现更加灵活的编组方式。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。