一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法、装置和系统

摘要

本发明实施例公开了一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法、装置和系统，所述装置包括：用于HXD3C型电力机车列车供电控制装置，所述装置包括：两套相同的供电控制子系统，以其中一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述供电控制子系统均包括：利用背板插接及总线通讯的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元；所述供电控制子系统的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元，通过背板插接及总线通讯，实现了数字量的采集和处理，提高了装置的集成度；插接线的布局由背板实现而不再依赖于人工对各部件的出入口单独安装，达到提高供电控制可靠性的技术效果。

说明书

技术领域

本发明涉及列车供电控制技术领域，更具体地说，涉及一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法、装置和系统。

背景技术

电力机车列车供电系统是由电力机车本身提供列车空调、取暖器和照明所需电能的系统，所述供电系统需由供电控制系统进行集中控制以实现可靠地供电。

现有的HXD3C型电力机车列车供电控制系统由两个完全相同列车供电柜组成，每个列车供电柜内包含独立的列车供电控制装置，如图1所示，现有的列车供电控制装置包括供电控制板、转换控制板等之间的连接线均由人工布置搭接；所述供电控制板内部多使用80C196KC20单片机处理传输的电压/电流模拟量，且需配合供电柜外部的供电集中控制器进行数字量信号的采集及处理。

现有的供电控制装置至少存在如下缺点：供电控制装置需与供电集中控制器配合，供电控制装置功能集成度低，且供电控制装置内部布线方式人工干预降低了供电控制可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统，以实现两套独立且相同的列车供电控制装置在发生故障时进行保护及切换的目的，集成数字量采集机构，提高装置集成度和信号处理能力，并利用背板方式实现整体布线，达到供电可靠的技术效果。

一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法，用于HXD3C型电力机车列车供电控制装置，所述装置包括：两套相同的供电控制子系统，以其中一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制，上述两个子系统通过转换控制单元连接；

所述供电控制子系统均包括：利用背板插接及总线通讯的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元；所述方法包括：

所述供电控制单元采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；

所述脉冲分配单元根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥；

所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量。

在当前进行所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统的供电控制单元检测到该供电控制子系统故障信息时，所述转换控制单元根据所述故障信息，生成指示另一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电允许控制转换指令。

优选地：

所述总线具体为AMS总线。

所述内部逻辑及外围电信号包括电压反馈信号、电流反馈信号和网压同步信号。

为了完善上述方案，所述方法还包括：

所述列车供电控制单元通过所述总线与设置于所述供电控制系统中的网络通讯模块交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。

当出现接地故障和/或集控器故障时，利用所述隔离开关保护。

将所述供电控制系统的故障记录存储并下载。

一种HXD3C型电力机车列车供电控制装置，包括：两套相同的供电控制子系统，以其中一套供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制，上述两个子系统通过转换控制单元连接；

所述供电控制子系统均包括：利用背板插接及总线通讯的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元；

所述供电控制单元用于：采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；

所述脉冲分配单元用于：根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥；

所述数字入出IO单元用于：将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；

所述转换控制单元用于：在当前进行所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统的供电控制单元检测到该供电控制子系统故障信息时，所述转换控制单元根据所述故障信息，生成指示另一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电允许控制转换指令。

优选地：

所述总线具体为AMS总线。

所述供电控制单元包括：微处理器DSP、微处理器ARM、可编程的逻辑器件和模数AD转换芯片；

所述DSP用于控制总线及总线插件数据交换、信号处理和故障保护；

所述ARM用于人机交互通讯；

可编程的逻辑器件用于控制采集及预处理所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号；

所述AD转换芯片用于将可编程的逻辑器件处理后的信号进行模数转换，并发送至所述DSP。

所述脉冲分配单元包括：可编程的逻辑器件及外围电路和脉冲放大电路：

可编程的逻辑器件及外围电路用于对所述移相电平进行滤波及计算后生成触发脉冲信号列及与总线连接；

所述脉冲放大电路将所述脉冲信号列中的脉冲放大后驱动供电系统的供电柜的单相半控整流桥。

所述可编程的逻辑器件具体为现场可编程门阵列FPGA。

为了完善上述方案，所述装置还包括：

网络通讯模块，所述网络通讯模块与所述列车供电控制装置通过总线交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。

当出现接地故障和/或集控器故障时进行隔离保护的隔离开关。

与所述网络通讯模块连接的显示器，所述显示器显示所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。

一种HXD3C型电力机车列车供电控制系统，包括上述电力机车列车供电控制装置。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例针对HXD3C型号的电力机车列车供电控制系统设有结构及功能相同的两个供电控制子系统，在进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统出现故障时通过供电控制的切换由另一套供电控制子系统执行供电系统冗余控制，更为重要的是，所述供电控制子系统的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元，通过背板插接及总线通讯，实现了数字量的采集和处理，提高了装置的集成度；插接线的布局由背板实现而不再依赖于人工对各部件的出入口单独安装，达到提高供电控制可靠性的技术效果；另外，所述总线通讯选用的AMS总线技术，实现传输效率高且干扰度低的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种现有电力机车列车供电控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法流程图；

图3为本发明又一实施例公开的一种HXD3C型电力机车列车供电控制方法流程图；

图4为本发明实施例公开的一种HXD3C型电力机车列车供电控制装置结构示意图；

图5为本发明又一实施例公开的一种HXD3C型电力机车列车供电控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

DSP：Digital signal processor，一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

HXD3C：现行主流交流电传动六轴干线客、货运两用电力机车。

ARM：是一种高性能、廉价、耗能低的RISC处理器，目前应用范围已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品。

FPGA：Feld-programmable gate array，现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点；

AMS：AMS总线是Intel公司推出的一种MultiBus I系统总线标准。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在进行实施例描述之前，需要说明的是，发明人通过对以往HXD3C型交直型电力机车列车供电控制装置及对应系统的研究发现：

现有的HXD3C型的供电控制机构采用80C196KC20单片机设计的控制平台，供电控制机构数字输入通道较少，无法处理更多的列车供电柜开关量数字信号，且需配合供电柜外部的供电集中控制器进行数字量信号的采集及处理，硬件设置及相应布线复杂；

现有的供电控制机构内部的信号传递全部采用手工布线，易出现布线错误及接触不良等可靠性问题。

故而，发明人现有技术的上述缺陷，在实现两套独立且相同的列车供电控制装置在发生故障时进行保护及切换的基础上，利用背板方式实现整体布线，集成数字量采集机构，提高装置集成度和信号处理能力，并利用背板方式实现整体布线，达到供电可靠的技术效果。

下面结合实施例和图示进行详尽说明：

图2示出了一种HXD3C型电力接车列车供电控制方法，包括：

HXD3C型电力机车列车供电系统，所述系统包括：

用于电力机车列车供电控制装置，所述装置包括：两套相同的供电控制子系统，以其中一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制，上述两个子系统通过转换控制单元连接；

所述供电控制子系统均包括：利用背板插接及总线通讯的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元；

步骤21：采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；

需要说明的是：所述移相电平是所述供电控制单元对包括电压反馈信号、电流反馈信号和网压同步信号等信号调整及计算后得到的相应的电平序列，所述调整和计算包括：将所述电压反馈信号和电流反馈信号及网压同步信号等与给定延时积分环节中预置值比较后，并经调节器运算得出所述供电柜整流桥的触发角，所述触发角通过同步处理和功率放大后控制所述供电柜的整流桥的触发脉冲模块触发整流桥的导通，而所述触发脉冲信号列为与所述移相电平对应的顺序触发脉冲信号序列。

步骤22：根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥；

步骤23：将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；

步骤24：判断当前进行所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统的供电控制单元是否检测到该主供电控制子系统故障信息，如检测到，则执行步骤25；否则执行步骤26。

需要说明的是，所述判断故障的步骤持续并实时进行，并不局限于本实施例中列举的步骤排列。

步骤25：所述转换控制单元所述转换控制单元根据所述故障信息，生成指示另一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电允许控制转换指令；

步骤26：正常运作。

在本实施例中，插接线的布局由背板实现而不再依赖于人工对各部件的出入口单独安装，达到提高供电控制可靠性的技术效果；所述总线通讯选用的AMS总线技术，实现传输效率高且干扰度低的目的。

图3示出了一种HXD3C型电力接车列车供电控制方法，包括：

步骤31：采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；

步骤32：根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥；

步骤33：将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；

步骤34：判断当前进行所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统的供电控制单元是否检测到该主供电控制子系统故障信息，如检测到，则执行步骤35；否则执行步骤26。

步骤35：所述转换控制单元所述转换控制单元根据所述故障信息，生成指示另一套供电控制子系统上电进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电允许控制转换指令；

步骤36：正常运作。

步骤37：将所述供电控制系统的故障记录存储并下载。

所述供电控制单元通过总线(优选AMS总线)与设置于所述供电控制系统中的网络通讯模块交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。

在本实施例中，还包括有：当出现接地故障和/或集控器故障时，利用所述隔离开关保护，该过程不再附着图示及进一步赘述说明。

图4示出了一种HXD3C型电力机车列车供电控制装置，包括：

结构及功能相同的两套供电控制子系统各控制子系统，记为第一供电控制子系统41和第二供电控制子系统42，以其中一套供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制，上述两个子系统通过转换控制单元43连接，各控制子系统均包括：

供电控制单元411、脉冲分配单元412和数字入出IO单元413：

所述数字入出IO单元413用于接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号；

所述供电控制单元411用于：采集所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号，将所述转换后的电压数字量53信号和所述内部逻辑及外围电信号分别处理后得到对外控制数字开关量及移相电平；

由所述数字入出IO单元413将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；

所述脉冲分配单元412用于：根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元33驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。

所述供电控制单元包括：

微处理器DSP、微处理器ARM、可编程的逻辑器件和模数AD转换芯片；

所述DSP用于控制总线及总线插件数据交换、信号处理和故障保护；

所述ARM用于人机交互通讯；

可编程的逻辑器件用于控制采集及预处理所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号；所述AD转换芯片用于将可编程的逻辑器件处理后的信号进行模数转换，并发送至所述DSP。

本实施例采用DSP+ARM双CPU架构相比于现有技术中采用的80C196KC20单片机设计，从处理速度上和功能配置上都有了较大的提升。

所述脉冲分配单元包括：

可编程的逻辑器件及外围电路和脉冲放大电路：

可编程的逻辑器件及外围电路用于对所述移相电平进行滤波及计算后生成触发脉冲信号列及与总线连接；

所述脉冲放大电路将所述脉冲信号列中的脉冲放大后驱动供电系统的供电柜的单相半控整流桥。

需要明确的是，所述可编程的逻辑器件具体为现场可编程门阵列FPGA，上述供电控制单元和脉冲分配单元的结构作为所述系统的组成构件进行说明，而实现形式及具体连接关系，并不局限于上述列举内容，且不再在本领域技术人员通过上述说明可实现单元结构及功能的基础上再做详细图示。

图5示出了又一种HXD3C型电力机车列车供电控制系统，相同之处参见图4图示及对应说明，现仅就不同之处进行描述：

图中包括了：

网络通讯模块51，所述网络通讯模块51与所述列车供电控制装置通过总线交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。

与所述网络通讯模块连接的显示器52，所述显示器显示所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息，所述供电柜的状态信息包括：输出电压、输出板电压、输出电流，开关器件的状态信息，列车供电故障信息等。

另外，当出现接地故障和/或集控器故障时进行隔离保护的隔离开关，该部件不再附着图示及进一步赘述说明。

本实施例中，该系统利用显示屏显示的方式通知工作人员，记录并存储发生故障时的相关信息，为后期诊断提供有用且必要的信息，需要说明的是，可通过便携式计算机及存储设备将故障履历下载以备后续分析和保存。

需要明确的是，本发明还公开了HXD3C型一种电力机车列车供电控制系统，包括图4-5图示及说明对应所述HXD3C型电力机车列车供电控制装置，相应描述参见装置，此处不再赘述。

综上所述：

本发明的实施例针对HXD3C型号的电力机车列车供电控制系统设有结构及功能相同的两个供电控制子系统，在进行当前所述电力机车列车供电系统控制的供电控制子系统出现故障时通过供电控制的切换由另一套供电控制子系统执行供电系统冗余控制；

更为重要的是，所述供电控制子系统的供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元，通过背板插接及总线通讯，实现了数字量的采集和处理，提高了装置的集成度；

插接线的布局由背板实现而不再依赖于人工对各部件的出入口单独安装，达到提高供电控制可靠性的技术效果；

另外，所述总线通讯选用的AMS总线技术，实现传输效率高且干扰度低的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。