专利名称：基于铁道路网分相区特性的列车psa制氧系统自启动供电方法
技术领域：
本发明属于车载制氧系统领域，具体涉及基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法。
背景技术：
目前，我国电气化路网采用三相分相分段对电力机车供电模式，每隔20km 30km就设置有约30m的断电分相区，在此断电区间列车依靠惯性惰行通过分相区，每隔15min左右就会出现此种断电状况，这种路网分相区断电现象严重影响车载制氧系统的全程正常使用。现有的制氧系统通常采用PSA制氧技术和PLC控制技术，该制氧系统由空压机、空气储罐、过滤器、制氧主机、加压泵、氧气储罐等组成，系统总用电功率约7Kw，其原理是，以5A分子筛为吸附剂，以自然空气为原料，在低压、常温条件下，将空气中的氧、氮气体分离，能现场快速制备医用氧气。制氧系统在制氧主机PLC程序控制下实现全自动运行，PLC发出空压机启动指令后，空压机启动并将空气压入空气储罐中；当氧气储罐压力小于设定下限压力Ptk时，空压机启动；当氧气储罐压力达到设定下限压力Ptk时，制氧主机启动并开始制氧；当氧浓度Nitft达到93%时，产氧阀打开，随后加压泵启动，将氧气压入储氧罐中。当储氧罐压力P 达到设定上限压力Ρ±κ时，加压泵、制氧主机、空压机等系统自动停机，整个系统进入待机状态。当Ρ_小于设定下限压力Ptr时，重新执行上述工作流程，整个系统又进入制氧状态。现行供电方式的制氧系统不适于铁道路网分相区断电状况，其主要存在如下问题制氧系统用电功率较大，一般为7Kw，现有列车过路网分相区时无法提供制氧系统所需的大功率电源；当列车进入路网分相区时，因路网无电供应，制氧系统停机不能制氧；当列车驶离分相区时，路网提供动力电源，但制氧系统需人工再次启动才能恢复正常工作。而目前，现有制氧系统无适于铁路路网分相区断电状况的供电及自启动设计。
发明内容
本发明是针对上述现有技术中存在的铁道路网分相区无供电状态下制氧系统停机、且无法完成自启动的缺陷，而提出的基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其在制氧系统制氧主机控制电路模块电源适配器与主电源开关和冷干机的连接线路上接有UPS电源；在空压机控制电路模块微控制器与主电源开关连接线路上增设有路网分相区检测时间继电器，该时间继电器的触点接入冷干机的熔断器与制氧主机控制电路模块的电源开关之间；制氧主机控制电路模块PLC逻辑程序中设计访问空压机是否启动及延时程序；实现列车PSA制氧系统自启动供电模式列车进入分相区前，列车PSA制氧系统各组成部分均由铁道路网电源供电，同时路网电源对UPS电池充电；列车进入分相区时，列车PSA制氧系统中仅制氧主机由UPS提供不间断供电电源，其余组成部分均暂停供电；列车驶离分相区后，列车PSA制氧系统各组成部分均在制氧主机PLC指令控制下自启动，再由铁道路网干线供电，同时路网电源对UPS电池充电。所述空压机控制电路模块微控制器采用EC550微控制器；所述的制氧主机控制电路模块PLC逻辑程序中设计访问空压机是否启动的次数为5次，延时为Imin ;所述的时间继电器延迟时间设为10s。
本发明的有益效果本发明通过利用UPS不间断电源和制氧主机PLC可编程逻辑控制器，并修改控制程序，实现了列车过铁道路网分相区时的部分不间断供电及自动二次启动的功能制氧系统在分相区时制氧主机由UPS提供不间断工作电源，空压机、风机、冷干机、加压泵暂停用电，此时由于空气储罐中尚存有足够压力的空气，不影响制氧流程，且氧气储罐中尚存有足够压力和浓度的氧气，也不影响用氧作业；经过路网分相区后，此时在制氧主机PLC指令控制下自启动，路网电源重新对空压机、风机、冷干机、加压泵、制氧主机供电，并对UPS电池充电。本发明解决了列车制氧系统人工二次启动的时间不确定性问题，降低了人工劳动强度，增大了制氧系统的自动控制功能，克服了铁道路网分相区断电使制氧机完全停机的缺陷，可在列车运行途中完成氧气制备的全流程工作，具有较大的推广应用前景。
图I是原列车PSA制氧系统控制电路示意图；图2是本发明实施例列车PSA制氧系统控制电路图；图3是本发明列车PSA制氧系统PLC逻辑程序中设计访问空压机启动及延时的子程序。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明如图I所示，为现有列车PSA制氧系统主控电路。AC380V电源经开关I送入空压机微控制器15的引脚16、18、20上，同时送到空压机电机2的继电器触点端5、风机电机3的继电器触点端7和冷干机的继电器触点端8上。从三相电源线中V线上获得AC220V电源，经JT开关、FUl保险后，送入微控制器15的引脚29，并且供给进出水电磁阀16、17工作；同时将AC220V电源送到电源适配器18端，将AC220V变换为PLC逻辑控制器19所需的工作电源，提供PLC逻辑控制器19工作电源。微控制器15的引脚1、2、3连接空压机的过流检测器CT1，过流时切断空压机电源；引脚5、6连接到外接的温度传感器，温度过高时，切断空压机电源；引脚7外接压力传感器，压力达到设置值时，切断空压机电源；引脚8连接风机故障检测器，风机故障时切断空压机电源；引脚9为温度控制开关，闭合时，温度传感器控制有效；引脚10为公共端；引脚13接空气过滤器检测开关，闭合时检测空气过滤器是否正常；引脚14接油过滤器检测开关，闭合时检测油过滤器是否正常；引脚15为远程控制开关，闭合时由引脚11、12的外接输入信号控制，否则为微控制器自身控制；引脚11、12为与外接控制电路的通讯接口 ；引脚31、32为EC550微控制器的AC220V电源输入端；引脚30接地；引脚29通过微控制器内部控制开关给引脚24、25、26、27上接入的风机继电器11、加载电磁阀12、空压机电机继电器13和冷干机继电器14供电。当PLC逻辑控制器19按编制的控制程序工作时，其自身的RS-485通讯接口与EC550微控制器15的引脚11、12连接，在获得PLC微控制器19各检测端信号正常后，按程序发出指令，使微控制器15的引脚26上接入的空压机电机继电器13得电吸合，致使空压机电源线路中的继电器触点5闭合，空压机工作。同理，PLC逻辑控制器19按程序发出指令，可使风机电源线路中的继电器触点7闭合，风机工作；使冷干机电源线路中的继电器触点8闭合，冷干机工作。同时PLC逻辑控制器19的空气压力端20、氧气压力端21、氧气浓度端22分别完成对空气储罐、氧气储罐中的压力检测和氧气的浓度监测，从而自动地完成氧气制备的全部流程。 当列车进入分相区时，路网干线上无电，制氧系统也无AC380V输入，此时制氧系统因失电全部停机，所有已执行的逻辑程序回到初始状态，必须在过分相区后经人工再次启动后又将重头执行氧气制备的逻辑程序。如图2所示，为本实施例列车PSA制氧系统主控电路，该主控电路包括空压机控制电路模块23和制氧主机控制电路模块24，所述空压机控制电路模块23中的微控制器采用EC550微控制器；所述制氧主机控制电路模块24由PLC逻辑控制器控制。如图2所示电路中，在电源适配器与主电源开关和冷干机的连接线路上接有UPS电源25 ;在EC550微控制器的引脚16、18与主电源开关的连接线路上接有路网分相区检测时间继电器26，该时间继电器26触点27接入冷干机的熔断器与制氧主机控制电路模块的电源开关28之间，所述开关为JI开关，本实施例所述时间继电器延迟时间设为10s。本发明实施例的供电及自启动原理如下当铁道路网供电时，AC380V电源送到空压机继电器控制触点、风机继电器控制触点和EC550微控制器的引脚16、17、18上，以及路网分相区检测时间继电器26两端；同时，从三相电源线中V线上获得AC220V电源，经路网分相区检测时间继电器26延时IOs后，触点27闭合，再经JT开关、FUl保险后，将AC220V电源送入EC550微控制器的引脚29，以及提供进出水电磁阀16、17工作；同时又送到在线式不间断电源UPS中，对UPS的电池充电的同时输出AC220V电源到电源适配器，经电源适配器将AC220V变换为PLC逻辑控制器所需的工作电源，提供PLC逻辑控制器正常工作。当列车进入分相区时，路网干线上无电，也无AC380V输入，此时空压机、风机、冷干机、EC550微控制器、进出水电磁阀均因无电停止工作，而在线式UPS尚能提供AC220V电源给电源适配器，经电源适配器18将AC220V变换为PLC逻辑控制器所需的工作电源，使PLC逻辑控制器持续正常工作。由于空气储罐中尚存有足够压力的空气，不影响制氧流程，且氧气储罐中尚存有足够压力和浓度的氧气，也不影响用氧作业。由于修改了 PLC逻辑控制器中的程序，此时程序会多次访问EC550微控制器的状态，判断空压机是否启动。经Imin的路网分相区后再接入路网供电，此时制氧系统在PLC逻辑控制器的控制下自启动并重复前述工作，此时路网分相区检测时间继电器26延时10s，避免路网电源接入时的浪涌冲击，减少对EC550微控制器、进出水电磁阀和在线式UPS电源的冲击损坏。如图3所示,为本实施例在PLC逻辑程序中设计访问空压机是否启动及延时的子程序，其中访问空压机是否启动的次数为5次，本实施例设定列车在路网分相区的运行时间为lmin,因此延时设为lmin。
如图3所示，当系统开机后，PLC可编程逻辑控制器控制检测氧气储罐的压力是否小于设定的下限值，若小于设定的下限值，则启动整个系统开机，之后发送空压机启动信号，若大于设定的下限值，则整个系统处于待机状态，在处于分相区断电状态下的Imin内整个系统也处于待机状态。延时Imin后，控制自启动空压机，若进气储罐的压力大于设定值，则进入制氧吸附流程的控制，当制氧浓度大于设定值后，打开产氧阀，控制加压泵工作使氧气进入储氧罐，直到储氧罐氧气的压力大于设定上限值为止，再进入下一轮制氧流程。在本控制流程中，若空压机连续五次不能正常启动，则控制系统将进入故障判断程序，并进行故障的报告及维修工作。本实施例实现列车PSA制氧系统自启动供电模式如下列车进入分相区前，列车PSA制氧系统各组成部分均由铁道路网电源供电，同时路网电源对UPS电池充电；列车进入分相区时，列车PSA制氧系统中仅制氧主机由UPS提供不间断供电电源，其余组成部分均暂停供电；列车驶离分相区后，列车PSA制氧系统各组成部分均在制氧主机PLC指令控制下自启动，再由铁道路网干线供电，同时路网电源对UPS电池充电。本发明在静态独立供电运行试验中，分别利用控制供电电源闸刀开关和制氧主机控制指令进行了模拟铁道路网分相区断电的静态试验。其结果表明空压机在断电Imin后合闸，仍能重新启动，连接制氧主机后，仍能在收到制氧主机PLC发出的控制指令信号后正
常工作。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
权利要求
1.基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其特征在于，在制氧系统制氧主机控制电路模块电源适配器与主电源开关和冷干机的连接线路上接有UPS电源；在空压机控制电路模块微控制器与主电源开关连接线路上增设有路网分相区检测时间继电器，该时间继电器的触点接入冷干机的熔断器与制氧主机控制电路模块的电源开关之间；同时在制氧主机控制电路模块PLC逻辑程序中设计访问空压机是否启动及延时程序；实现列车PSA制氧系统自启动供电模式 列车进入分相区前，列车PSA制氧系统各组成部分均由铁道路网电源供电，同时路网电源对UPS电池充电； 列车进入分相区时，列车PSA制氧系统中仅制氧主机由UPS提供不间断供电电源，其余组成部分均暂停供电； 列车驶离分相区后，列车PSA制氧系统各组成部分均在制氧主机PLC指令控制下自启动，再由铁道路网干线供电，同时路网电源对UPS电池充电。
2.根据权利要求I所述的基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其特征在于，所述空压机控制电路模块微控制器采用EC550微控制器。
3.根据权利要求I所述的基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其特征在于，所述的制氧主机控制电路模块PLC逻辑程序中设计访问空压机是否启动的次数为5次,延时为lmin。
4.根据权利要求I所述的基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其特征在于，所述的时间继电器延迟时间设为10s。
全文摘要
本发明属于车载制氧系统技术领域，具体涉及基于铁道路网分相区特性的列车PSA制氧系统自启动供电方法，其在制氧系统制氧主机控制电路模块电源适配器与主电源开关和冷干机的连接线路上接有UPS电源；在空压机控制电路模块微控制器与主电源开关连接线路上增设有路网分相区检测时间继电器，该检测时间继电器的触点接入冷干机的熔断器与制氧主机控制电路模块的电源开关之间，同时修改主控电路控制程序，实现列车PSA制氧系统在列车进入分相区后制氧主机由UPS持续电源供电，驶离分相区后，自启动整个制氧系统。本发明解决了人工二次启动的时间不确定性，可在列车运行途中完成氧气制备的全流程工作。
文档编号H02J9/04GK102684288SQ20121009187
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者向逾, 孙汉军, 王济虎, 石梅生, 陈渝 申请人:中国人民解放军第三军医大学第二附属医院