阅读说明：本技术 一种轨道车辆风源系统控制装置及方法 (Rail vehicle air source system control device and method ) 是由 吴朝东 黄金虎 黎丹 阳靖 易艳武 郭莹莹 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨道车辆风源系统控制装置及方法,在车辆断电时,通过电控截断阀自动截断总风管,降低了总风压力的泄漏损失,减少了下次车辆激活时的打风时间；在车辆运行过程中,通过实时监测干燥器的露点温度和总风管的总风压力变化率来实现对压缩机打风能力的监测,当露点温度异常时,通过电控气路切换机构切换至不同的干燥器、压缩机、甚至是另一套风源系统,保证了输出压缩空气的质量；当总风压力变化率异常时,通过控制电控截断阀动作或者同时开启多套风源系统,保证了压缩空气的充足供应。(The invention discloses a control device and a control method for an air source system of a railway vehicle, wherein when the vehicle is powered off, a total air pipe is automatically cut off through an electric control cut-off valve, so that the leakage loss of total air pressure is reduced, and the air blowing time when the vehicle is activated next time is reduced; in the running process of a vehicle, the monitoring of the blowing capacity of the compressor is realized by monitoring the dew point temperature of the dryer and the total air pressure change rate of the total air pipe in real time, and when the dew point temperature is abnormal, the electric control air path switching mechanism is switched to different dryers, compressors and even another set of air source system, so that the quality of output compressed air is ensured; when the change rate of the total wind pressure is abnormal, the sufficient supply of the compressed air is ensured by controlling the action of the electric control cut-off valve or simultaneously opening a plurality of sets of wind source systems.)

一种轨道车辆风源系统控制装置及方法

技术领域

本发明属于风源系统控制技术领域，尤其涉及一种轨道车辆风源系统控制装置及方法。

背景技术

轨道车辆配置了风源系统用于产生洁净干燥的压缩空气，且风源系统还用作车辆制动系统和其他用风设备（如车门、厨房、厕所等）的驱动介质。制动系统作为车辆涉及行车安全的重要子系统，其关键气动阀类部件的工作将影响列车的安全停车，因此作为驱动介质的压缩空气的存储量和质量状态将对列车安全行车产生重要影响。目前轨道车辆风源系统通过压力开关信号控制压缩机的自动启停，但无法监测风源系统打风能力、压缩空气质量等状态，即使能够监测打风能力和压缩空气质量等状态，也无法根据对应状态自动启动应急处理措施，降低了车辆的行车安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种轨道车辆风源系统控制装置及方法。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种轨道车辆风源系统控制装置，至少包括两套风源系统，每套风源系统的压缩机的出气口均与电控气路切换机构的进气口相连，每套风源系统的干燥器的进气口均与所述电控气路切换机构的出气口相连；在每套风源系统的干燥器与总风缸之间的管路上均设有湿度传感器，在每套风源系统的总风管上均设有压力传感器和电控截断阀；所述电控气路切换机构、湿度传感器、压力传感器以及电控截断阀分别与控制系统电性连接。

本发明的风源系统控制装置，通过湿度传感器检测风源系统干燥器的露点温度，根据露点温度来判断风源系统干燥器、压缩机是否工作正常，当干燥器或压缩机工作异常时，通过电控气路切换机构切换至其他风源系统的干燥器、压缩机或者切换至其他风源系统，保证了输出压缩空气的质量；通过压力传感器检测风源系统总风管的压力，根据压力计算出总风压力变化率，根据总风压力变化率来判断风源系统是否存在故障或泄漏情况，当存在故障或泄漏情况时，通过电控截断阀断开与之前风源系统的连接，从而避免故障或泄漏对其他风源系统的影响，如果仍然存在泄漏情况，则开启多套风源系统，保证了压缩空气的充足供应，从而保证了打风能力，实现了打风能力的监测，提高了车辆的行车安全性。

进一步地，所述风源系统为两套，所述电控气路切换机构为电控气路切换阀，所述电控气路切换阀包括两个进气口和两个出气口。

本发明还提供一种轨道车辆风源系统控制方法，应用于如上所述的轨道车辆风源系统控制装置，在正常模式下，其中一套风源系统工作，具体控制方法包括：

湿度传感器实时采集当前风源系统干燥器与总风缸之间管路内压缩空气的湿度值，并将采集到的所述湿度值发送至控制系统，控制系统根据所述湿度值计算出压缩空气的露点温度；

压力传感器实时采集总风管内压缩空气的压力值，并将采集到的所述压力值发送至控制系统，控制系统根据所述压力值计算出总风压力变化率；

如果当前风源系统干燥器与总风缸之间管路内压缩空气的露点温度异常，则所述控制系统控制电控气路切换机构动作，切断当前风源系统干燥器与当前风源系统压缩机之间的通路，并接通其他任意一套风源系统干燥器与当前风源系统压缩机之间的通路，同时发送当前风源系统干燥器的检修预警信息给微机显示屏，或者直接切换至其他任意一套风源系统；

如果所述总风压力变化率在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则停止当前风源系统，启用其他任意一套风源系统，同时发送当前风源系统的检修预警信息给微机显示屏。

本发明的控制方法在露点温度异常时，为了保证压缩机的工作率，且一般为干燥器失效，优先考虑切换掉当前风源系统的干燥器，当然也可以直接切换另一套风源系统工作；在总风压力变化率异常时（存在泄漏或压缩机故障），则直接切换至另一套风源系统，避免了当前风源系统存在泄漏或压缩机故障导致压缩空气供应不足。

进一步地，当其他任意一套风源系统干燥器与当前风源系统压缩机之间的通路接通后，如果该其他任意一套风源系统干燥器与总风缸之间管路内压缩空气的露点温度异常，则切断该其他任意一套风源系统干燥器与当前风源系统压缩机之间的通路，且接通其他任意一套风源系统压缩机与当前风源系统干燥器之间的通路，同时发送当前风源系统压缩机的检修预警信息给微机显示屏，或者直接切换至其他任意一套风源系统工作。

当切换掉当前风源系统的干燥器后仍然存在露点温度异常，则说明可能是压缩机故障，接通之前的干燥器，切换掉当前风源系统的压缩机，来确定是否为压缩机故障。

进一步地，当其他任意一套风源系统压缩机与当前风源系统干燥器之间的通路接通后，如果当前风源系统干燥器与总风缸之间管路内压缩空气的露点温度异常，则直接切换至其他任意一套风源系统工作。

当切换掉当前风源系统的压缩机后仍然存在露点温度异常，则说明可能是干燥器和压缩机同时故障，则直接切换另一套风源系统工作。

进一步地，所述露点温度异常是指所述露点温度在持续时间内超过设定温度值，所述持续时间为2小时，所述设定温度值为5℃。

进一步地，当启用其他任意一套风源系统后，如果该其他任意一套风源系统总风管的总风压力变化率在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则控制当前风源系统的电控截断阀关闭；

如果该其他任意一套风源系统总风管的总风压力变化率仍然在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则在该其他任意一套风源系统工作的同时启用当前风源系统，且控制当前风源系统的电控截断阀打开。

当切换至另一套风源系统后仍然存在异常，则说明之前的风源系统可能存在泄漏，则通过关闭之前风源系统的电控截断阀来切断另一套风源系统与之前风源系统之间的连接，避免了泄漏。如果仍然不能保证总风管内的总风压力变化率正常，则可以同时开启两套甚至两套以上的风源系统，保证总风管内压力值正常，保证了压缩空气的充足供应。

进一步地，所述持续时间为1分钟。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种轨道车辆风源系统控制装置及方法，在车辆断电时，通过电控截断阀自动截断总风管，降低了总风压力的泄漏损失，减少了下次车辆激活时的打风时间；在车辆运行过程中，通过实时监测干燥器的露点温度和总风管的总风压力变化率来实现对压缩机打风能力的监测，当露点温度异常时，通过电控气路切换机构切换至不同的干燥器、压缩机、甚至是另一套风源系统，保证了输出压缩空气的质量；当总风压力变化率异常时，通过控制电控截断阀动作或者同时开启多套风源系统，保证了压缩空气的充足供应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中一种轨道车辆风源系统控制装置的气路连接示意图；

图2是本发明实施例中一种轨道车辆风源系统控制装置的电气原理图；

图3是本发明实施例中总风压力曲线示意图；

其中，A01-压缩机，A02-干燥器，A03-湿度传感器，A04-总风缸，A05-压力传感器，A06-电控截断阀，A07-电控气路切换阀。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

如图1和2所示，本发明所提供的一种轨道车辆风源系统控制装置，包括两套风源系统，两套风源系统的压缩机A01-1、A01-2的出气口分别与电控气路切换阀A07的进气口a、进气口c相连，两套风源系统的干燥器A02-1、A02-2的进气口分别与电控气路切换阀A07的出气口b、出气口d相连；在第一套风源系统的干燥器A02-1与总风缸A04-1之间的管路上均设有湿度传感器A03-1，在第二套风源系统的干燥器A02-2与总风缸A04-2之间的管路上均设有湿度传感器A03-2，在第一套风源系统的总风管上均设有压力传感器A05-1和电控截断阀A06-1，在第二套风源系统的总风管上均设有压力传感器A05-2和电控截断阀A06-2；电控气路切换机构A07、湿度传感器（A03-1、A03-2）、压力传感器（A05-1、A05-2）以及电控截断阀（A06-1、A06-2）分别与列车的控制系统电性连接。

本实施例中，电控气路切换机构为一个包括两个进气口、两个出气口的电控气路切换阀A07，如果包括两套以上风源系统，可以选择进出气口数量与风源系统数量对应的电控气路切换阀。两套风源系统可以分别独立工作，也可以通过控制电控气路切换阀交叉配合工作。

对于机车，风源系统一般设置在机械间，对于动车组，风源系统一般设置在车顶或底架上，安装位置无特殊要求。在正常情况下，一套风源系统工作能够为车辆提供足够的压缩空气，除非在总风消耗量巨大的情况下，才需要两套风源系统工作，所有风源系统对应的总风管是相连通的。在正常情况下，列车激活后，列车控制系统控制所有电控截断阀导通（在其他情况下电控截断阀不关闭，只有在存在泄漏或列车不激活的情况下才会关闭），电控气路切换阀A07的进气口a和出气口b连通、进气口c和出气口d连通，两套风源系统由列车控制系统控制并相互独立工作（可以按照单双日启动等原则）。

本发明轨道车辆风源系统控制装置的工作原理为：在正常情况下，假设第一套风源系统工作，电控气路切换阀A07的进气口a和出气口b接通，湿度传感器A03-1检测干燥器A02-1与总风缸A04-1之间的管路内压缩空气的湿度值，并将该湿度值发送给列车的控制系统，控制系统根据湿度值计算出干燥器A02-1与总风缸A04-1之间管路内压缩空气的露点温度，如果该露点温度异常，表明压缩空气中的含水量过多，可能会影响制动系统阀类部件的正常工作（露点温度越低，压缩空气中的含水量越少），并且露点温度异常一般为干燥器故障或失效，为了保证压缩机的工作率（工作率是指工作时间与工作周期的比值，工作率过低会导致润滑油乳化），则优先考虑切换掉干燥器A02-1，因此，通过列车控制系统控制电控气路切换阀A07动作，使电控气路切换阀A07的进气口a和出气口d接通，进气口c和出气口b截止，由压缩机A01-1和干燥器A02-2构成的风源系统工作，并将干燥器A02-1的检修预警信息发送至微机显示屏HMI，维持运行；如果切换至干燥器A02-2之后，湿度传感器A03-2检测的检测干燥器A02-2与总风缸A04-2之间的管路内压缩空气的露点温度仍然异常，表明露点温度异常的原因可能在于压缩机故障，则控制电控气路切换阀A07的进气口a和出气口d截止，进气口c和出气口b接通，由压缩机A01-2和干燥器A02-1构成的风源系统工作，并将压缩机A01-1的检修预警信息发送至微机显示屏HMI；如果切换至压缩机A01-2之后，湿度传感器A03-1检测的干燥器A02-1与总风缸A04-1之间的管路内压缩空气的露点温度仍然异常，表明露点温度异常的原因可能在于压缩机和干燥器，则停止第一套风源系统的工作，启动第二套风源系统的工作，同时将压缩机A01-1和干燥器A02-1的检修预警信息发送至微机显示屏HMI。

通过露点温度来判断压缩空气的含水量是否符合要求，从而监控压缩空气的质量，在露点温度异常或压缩空气质量异常时，通过控制电控气路切换阀A07动作，组合成不同的风源系统来维持机车的正常运行，保证压缩空气的质量，同时又排查出哪个设备出现了故障，根据检修预警信息及时对相应故障进行检修，保证了车辆的行车安全性。

在正常情况下，第一套风源系统工作，通过压力传感器A05-1检测总风管1内压缩空气的压力值，根据压力值计算出总风压力变化率，如果总风管1内压缩空气的总风压力变化率在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则停止第一套风源系统的工作，通过控制电控气路切换阀A07的进气口a和出气口b截止，进气口c和出气口d接通，直接切换至第二套风源系统工作，同时发送第一套风源系统检修预警信息给微机显示屏HMI；如果第二套风源系统工作后，压力传感器A05-2检测总风管2内压缩空气的总风压力变化率仍然在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，表明第一套风源系统可能存在泄漏，则控制第一套风源系统的电控截断阀A06-1关闭，切断与第一套风源系统之间的连接，避免了第一套风源系统泄漏导致总风压力变化率异常；如果电控截断阀A06-1关闭后，压力传感器A05-2检测总风管2内压缩空气的总风压力变化率仍然在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则在第二套风源系统工作的情况下，控制电控气路切换阀A07的进气口a和出气口b接通，启动第一套风源系统，且控制电控截断阀A06-1导通，由两套风源系统工作来提供充足的压缩空气，同时发送第一套风源系统和第二套风源系统的检修预警信息给微机显示屏HMI；如果两套风源系统工作后，压力传感器A05-1检测总风管1内压缩空气的压力值以及压力传感器A05-2检测总风管2内压缩空气的总风压力变化率仍然在持续时间段内低于总风压力变化率正常值（总风管1与总风管2是连通的），则列车控制系统发送风源系统重大故障至微机显示屏HMI，提示司机进站停车救援。

通过压力传感器检测总风管内压缩空气的总风压力变化率来判断是否存在故障或泄露，并且在故障或泄露时，通过控制电控截断阀A06的关闭来判断是否为之前风源系统的故障或泄露，且为车辆提供充足的压缩空气，保证了风源系统的打风能力，提高了车辆的行车安全性；当仍然异常时，启动两套风源系统，进一步保证了风源系统的打风能力，提高了车辆的行车安全性。

当列车退出运营并关闭激活后，列车控制系统自动控制所有电控截断阀A06关闭，减少了总风缸A04存储的压缩空气泄漏，降低打风能力损耗的同时减少了列车下次激活时的打风时间，降低了运营成本。

打风能力是指压缩机工作时出气口的排气压力大小，打风时间是指压缩机开始工作至压缩机出气口的排气压力达到正常值时所需要的时间。

本发明还提供一种轨道车辆风源系统控制方法，应用于如上所述的轨道车辆风源系统控制装置，在正常模式下，其中一套风源系统工作（设第一套风源系统工作），具体控制方法包括压缩空气质量控制和打风能力控制；

压缩空气质量控制过程为：湿度传感器A03-1实时采集当前风源系统干燥器A02-1与总风缸A04-1之间管路内压缩空气的湿度值，并将采集到的湿度值发送至控制系统，控制系统根据湿度值计算出压缩空气的露点温度。

如果当前风源系统干燥器A02-1与总风缸A04-1之间管路内压缩空气的露点温度异常，则控制系统控制电控气路切换阀A07动作，切断当前风源系统干燥器A02-1与当前风源系统压缩机A01-1之间的通路，并接通另一套风源系统干燥器A02-2与当前风源系统压缩机A01-1之间的通路，同时发送当前风源系统干燥器A02-1的检修预警信息发送至微机显示屏HMI，或者直接切换至另一套风源系统工作。

当另一套风源系统干燥器A02-2与当前风源系统压缩机A01-1之间的通路接通后，如果另一套风源系统干燥器A02-2与总风缸A04-2之间管路内压缩空气的露点温度仍然异常，则切断另一套风源系统干燥器A02-2与当前风源系统压缩机A01-1之间的通路，且接通另一套风源系统压缩机A01-2与当前风源系统干燥器A02-1之间的通路，同时发送当前风源系统压缩机A01-1的检修预警信息发送至微机显示屏HMI，或者直接切换至另一套风源系统工作。当切换掉当前风源系统的干燥器A02-1后仍然存在露点温度异常，说明可能是当前风源系统压缩机A01-1故障，则接通当前风源系统的干燥器A02-1，切换掉当前风源系统的压缩机A01-1，来确定是否为压缩机A01-1故障。

当另一套风源系统压缩机A01-2与当前风源系统干燥器A02-1之间的通路接通后，如果当前风源系统干燥器A02-1与总风缸A04-1之间管路内压缩空气的露点温度仍然异常，则直接切换至另一套风源系统工作，同时发送当前风源系统压缩机A01-1和干燥器A02-1的检修预警信息至微机显示屏HMI。当切换掉当前风源系统的压缩机A01-1后仍然存在露点温度异常，则说明可能是干燥器A02-1和压缩机A01-1同时故障，则直接切换另一套风源系统工作。本实施例中，露点温度异常是指露点温度在持续时间内超过设定温度值，持续时间为2小时，设定温度值为5℃。

打风能力控制过程为：压力传感器A05-1实时采集当前风源系统总风管内压缩空气的压力值，并将采集到的压力值发送至控制系统，控制系统根据压力值计算出总风压力变化率；

如果当前风源系统总风管1的压力值异常，则停止当前工作的风源系统（压缩机A01-1、干燥器A02-1停止工作），启用另一套风源系统工作（压缩机A01-2、干燥器A02-2启动）。根据露点温度排除当前风源系统干燥器A02-1故障，或者根据总风压力变化率排除第一套风源系统的压缩机A01-1故障或泄露。

当启用另一套风源系统后，如果另一套风源系统总风管2的总风压力变化率在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，如图3所示（实线表示正常的时间-压力变化曲线，虚线表示异常的时间-压力变化曲线），则控制当前风源系统的电控截断阀A06-1关闭；如果该另一套风源系统总风管2的总风压力变化率仍然在持续时间段内低于总风压力变化率正常值，则在另一套风源系统工作的同时启用当前风源系统，且控制当前风源系统的电控截断阀A06-1打开。

当切换至另一套风源系统后仍然存在异常，则说明之前的风源系统可能存在泄漏，则通过关闭之前风源系统的电控截断阀A06-1来切断另一套风源系统与之前风源系统之间的连接，避免了泄漏。如果仍然不能保证总风管内的压力值正常，则在另一套风源系统工作时再启用当前风源系统，保证总风管内压力值正常，保证了压缩空气的充足供应。

每个采样周期均可获得一个总风压力值，第n个采样周期的总风压力值和第m个采样周期的总风压力值之差与第n个采样周期和第m个采样周期之差的比值即为总风压力变化率，n≠m，列车处于不同工况下总风压力变化率是不同的，因此，采用持续时间段内的总风压力变化率来进行总风压力是否正常的判断更为准确，本实施例中持续时间为1分钟，总风压力变化率正常值是指在压缩机工作正常、且风源系统无泄漏时总风管内的总风压力变化率，总风压力变化率正常值可以测量并计算出。

在露点温度和压力值同时异常时，以压力值为依据的控制为主，首先保证压缩空气的充足供应，再保证压缩空气的质量。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。