專利名稱：電力機車自動過分相控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力機車過分相控制領域，具體涉及一種電力機車包括單牽引機車和
重聯(lián)機車的自動過分相控制系統(tǒng)及方法。
背景技術：
在電氣化牽引區(qū)段，牽引供電網(wǎng)采用單相工頻交流電供電方式。為了使電力系統(tǒng) 三相平衡和提高電網(wǎng)的利用率，電氣化鐵路的供電網(wǎng)采用分段換相供電。為防止相間短路， 相鄰相之間用空氣或絕緣物分割，稱為"電分相"。國內(nèi)接觸網(wǎng)上每隔20km 25km就有一 長約30m的供電死區(qū)，稱為"分相區(qū)"?，F(xiàn)有當中有采用以下的手動過分相控制方式在此 無電區(qū)外一定距離處設置斷合提示牌，電力機車通過時須退級，關閉輔助機組，斷開主斷路 器，然后惰行通過無電區(qū)后再逐項恢復。上述手動過分相控制的優(yōu)點是受電弓是在無電流 情況下進出分相區(qū)的，從而保證了受電弓和接觸網(wǎng)的壽命。但是這樣控制存在兩方面缺點 一方面增加了司機的勞動強度，稍有疏忽，就可能造成接觸網(wǎng)的燒損，這在新開通的電氣化 線路上由于司機操作不熟悉更容易發(fā)生；另一方面，由于靠人為經(jīng)驗操作，斷電時間比較 長，也影響了行車速度。尤其是對于準高速或高速列車，每小時要過10多個分相區(qū)，對高坡 重載區(qū)段，手動過分相會引起大幅降速。因此，為了減輕司機勞動強度和提高運行速度，就 有必要采用自動過分相控制方案。 鑒于上述手動過分相控制方式已經(jīng)無法適應電氣化鐵路尤其是高速電氣化鐵路 的發(fā)展，目前世界上多采用自動過分相的控制方式，主要有以下三種 1、以日本為代表的地面開關自動切換方案，這種方案存在的主要缺點是過分相區(qū) 后合閘時的電流沖擊比較大，并且投資巨大，要建分區(qū)所，需要一批管理和操作維護人員， 在幅員遼闊的我國不適合使用； 2、以瑞士AF公司為代表的柱上開關自動斷電方案，這種的方案的主要缺點是真 空開關帶負荷分斷，需要經(jīng)常維護，柱式安裝，難于實現(xiàn)100%備份； 3、以法國、德國、英國和西班牙為代表的車上自動控制斷電方案，這種方案相對來 說投資少，而且主斷路器只分斷輔機的小電流，因而對主斷路器電壽命影響不大，具有適用 于低速、高速、準高速和高速的要求以及多弓的列車等諸多優(yōu)點，但也存在一些問題機車 上有一段時間是斷電的，如果斷合斷路器時間不恰當，會造成較大的機車速度損失；如果電 流控制不好，則會產(chǎn)生電力沖擊和列車沖動；采用地面感應磁鐵作為分相點識別，容易因地 面磁鐵丟失或失效等原因造成泄露發(fā)生拉弧等行車事故；由于地面磁鐵的安裝需要在路基 上施工，牽扯部分多，施工難度大，同時投資也比較大。 中國專利公告號CN1482022，公告日2004年4月17日，名稱是"電力機車的自動 過分相控制方法及其裝置"的發(fā)明專利公開了一種基于TAX箱的電力機車的自動過分相控 制方法及其裝置，其只需利用車載設備即能模擬司機操作。中國專利公告號CN201304914， 公告日2009年9月9日，名稱是"一種電力機車自動過分相控制裝置及電力機車"的實用 新型專利公開了一種在過分相區(qū)域以射頻定位卡信息為主、以TAX箱讀取的公里標數(shù)據(jù)為
5輔的雙定位技術的自動過分相控制裝置及電力機車。以上兩種方案都是利用了監(jiān)控裝置所 計算得出的機車位置來控制自動過分相，但監(jiān)控裝置是列車安全運行裝置，它的職能是保 證運行安全，列車安全運行裝置與控制系統(tǒng)必須分開，各司其職。由于雨雪季節(jié)，脈沖傳感 器，TAX箱等多個環(huán)節(jié)因素，造成監(jiān)控裝置計算機車位置的誤差比較大，造成機車執(zhí)行自動 過分相操作時機判斷不準確，自動過分相控制可靠性不高。 而且，上述現(xiàn)有的過分相控制系統(tǒng)及其方法僅適用于單牽引機車，現(xiàn)有當中也有 針對重聯(lián)機車的過分相控制方案，但也存在機車執(zhí)行自動過分相操作時機判斷不準確，自 動過分相控制可靠性不高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種電力機車自動過分相
控制系統(tǒng)，本發(fā)明執(zhí)行自動過分相操作時機準確，自動過分相控制可靠性高。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種電力機車自動過分相控制方法。
本發(fā)明目的采用下述技術方案來實現(xiàn)電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，包括用
于發(fā)送過分相預告信號的信號發(fā)射器和安裝在電力機車上的車載主機，該車載主機設置
有用于接收過分相預告信號并傳給處理器的信號接收器；存儲有機車分相操作所需時間
的內(nèi)存單元；用于給處理器提供時間基準以及實時時間的時鐘；用于給處理器提供電力機
車當前速度的速度傳感器；用于根據(jù)過分相預告信號、機車分相操作所需時間和電力機車
當前速度輸出過分相控制信號，以及在出分相區(qū)后輸出恢復控制信號的處理器；用于根據(jù)
過分相控制信號對接觸網(wǎng)電氣連接設備進行控制以使機車控制電路和受電弓升降架形成
通路，控制受電弓升降架對受電弓進行升操作，以及根據(jù)恢復控制控制信號對接觸網(wǎng)電氣
連接設備進行控制以使機車控制電路和受電弓升降架形成斷路，控制受電弓升降架對受電
弓進行降操作的接觸網(wǎng)連接控制器。 所述信號發(fā)射器優(yōu)選射頻卡，所述射頻卡設置在與電力機車行使方向上的分相區(qū)
起點有一段距離，而且是在該分相區(qū)起點之前的地方，射頻卡與分相區(qū)起點的距離大于或
等于最高速電力機車在收到過分相預告信號后，且在進入分相區(qū)之前完成分相操作所需要
的行車距離；相應的，所述車載主機上的信號接收器采用射頻卡識讀器。 本發(fā)明射頻卡優(yōu)選UHF射頻卡，其用緊固螺栓固定在接觸網(wǎng)電力線的承力索上，
相應的，所述射頻卡識讀器采用UHF無源射頻卡識讀器。UHF無源射頻卡的信號覆蓋范圍較
大，很好地避免了無法及時讀取或漏讀過分相預告信號的問題?；赨HF無源射頻卡的系
統(tǒng)適用于識讀距離較長和高速的場合，其天線波束方向較窄，應用UHF射頻卡具有以下特
點1、識別速度快；2、體積小型化、形狀多樣化；3、抗污染能力和耐久性；4、可重復使用；5、
有一定數(shù)據(jù)存儲容量。 所述信號接收器還可以為GPS接收機，相應的，所述信號發(fā)射器為GPS衛(wèi)星，所述 GPS接收機與處理器相連接，所述內(nèi)存單元還存儲有鐵路已知的分相區(qū)位置。采用上述方 案，將GPS接收機獲取的電力機車當前位置作為過分相預告信號傳給處理器，由處理器將 該過分相預告信號和鐵路已知的分相區(qū)位置作對比，結(jié)合機車分相操作所需時間和電力機 車當前速度，以輸出過分相控制信號進行分相操作，或者輸出恢復控制信號進行恢復操作。
所述信號接收器還可以同時包括射頻卡識讀器和GPS接收機，GPS接收機接收GPS衛(wèi)星傳來的電力機車當前位置，在與電力機車行使方向上的分相區(qū)起點有一段距離，而 且是在該分相區(qū)起點之前的地方設置射頻卡，射頻卡與分相區(qū)起點的距離大于或等于最高 速電力機車在收到過分相預告信號后，且在進入分相區(qū)之前完成分相操作所需要的行車距離。 所述接觸網(wǎng)電氣連接設備優(yōu)選斷路器，在電力機車正常行使狀態(tài)下，接觸網(wǎng)電氣 連接設備連通受電弓升降架和機車控制電路，在過分相狀態(tài)下，接觸網(wǎng)電氣連接設備斷開 受電弓升降架和機車控制電路。 本發(fā)明可以應用于單牽引機車自動過分相控制和重聯(lián)機車自動過分相控制，由于
重聯(lián)機車包括有本務機車與遠程機車，遠程機車與本務機車之間通過通信鏈路進行通信，
該通信鏈路可以是無線的，也可以是有線的，本務機車與遠程機車各自通過機車頂上的受
電弓4從接觸網(wǎng)l獲取電能。由于本務機車與遠程機車之間存在聯(lián)系，所以，除了可以在本
務機車與 遠程機車分別獨立安裝本發(fā)明的車載主機，由本務機車與遠程機車分別獨立進行
過分相控制操作外，還可以在本務機車和遠程機車的車載主機上均設置一個收發(fā)器，收發(fā)
器與處理器相連接。當本務機車讀取到過分相預告信號時，由本務機車的收發(fā)器將該過分
相信號及相關信息傳給遠程機車的車載主機，遠程機車的車載主機就可以根據(jù)該傳來的過
分相信號及相關信息進行過分相控制。 —種電力機車自動過分相控制方法，具體如下 a.射頻卡識讀器接收到射頻卡發(fā)送的過分相預告信號后傳給處理器，該過分相預 告信號包含射頻卡與分相區(qū)起點的距離S，處理器從速度傳感器獲取電力機車當前速度V， 并從內(nèi)存單元讀取電力機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出電力機車分相操 作所需延時的時間Td : b.延時Td時間后，處理器輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接
控制器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控
制受電弓升降架對受電弓進行降操作。 —種電力機車自動過分相控制方法，具體如下 A. GPS接收機持續(xù)從GPS衛(wèi)星獲取電力機車當前位置并傳給處理器，處理器從內(nèi) 存中讀取已知分相區(qū)位置和電力機車分相操作所需時間； B.處理器根據(jù)電力機車當前位置與已知分相區(qū)位置進行對比，并結(jié)合電力機車分 相操作所需時間輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制器通過控制接 觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受電弓升降架對 受電弓進行降操作。 上述兩種電力機車自動過分相控制方法還包括電力機車出分相區(qū)后的恢復控制 方法，包括出分相判斷操作和恢復操作，其中，出分相判斷操作可以為以下4種方式的任意 一種 (1)電力機車通過監(jiān)測網(wǎng)壓恢復來判斷已經(jīng)駛離分相區(qū)，若已駛離則輸出恢復控 制信號； (2)將分相區(qū)的長度預存在射頻卡中并作為的一部分向外發(fā)送，射頻卡識讀器接收到射頻卡過分相預告信號時，處理器輸出過分相控制信號后即開始計程，計程達到給分 相區(qū)的長度后，即視為以駛離并輸出恢復控制信號； (3)在分相區(qū)的終點安裝有用于給反方向行駛的電力機車發(fā)送過分相預報信號的 射頻卡，該射頻卡也兼為出分相區(qū)的信號，當處于過分相狀態(tài)下的列車收到該出分相區(qū)的 信號時，即視為以駛離并輸出恢復控制信號； (4)處理器實時從GPS接收機讀取電力機車當前位置，并將其與已知分相區(qū)位置 進行對比，當電力機車當前位置已超過該已知分相區(qū)位置的終點時，即視為以駛離并輸出 恢復控制信號； 恢復操作的方式是接觸網(wǎng)連接控制器接收處理器傳來的輸出恢復控制信號，通 過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備連通機車控制電路和受電弓升降架，并控制受電弓升降架對受 電弓進行升操作。 當所述電力機車為重聯(lián)機車時，其中的遠程機車自動過分相控制方法，也可以采 用以下兩種方式的任意一種 X、在本務機車或遠程機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之 間的距離Sp本務機車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻 卡與分相區(qū)起點的距離S2，立即通過收發(fā)器把過分相預告發(fā)給遠程機車車載主機的處理 器，遠程機車的處理器從速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從內(nèi)存單元讀取電力機車 分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出遠程機車分相操作所需延時的時間T : T=-^- (2) 遠程機車開始延時T時間，在延時時間T內(nèi)，遠程機車的處理器判斷其射頻卡識讀 器是否接收到過分相預告信號，若有則按照新讀取到的分相預告信號來完成過分相操作， 若沒有則在延時T時間后，處理器輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接 控制器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控 制受電弓升降架對受電弓進行降操作。 Y、在本務機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之間的距離，本 務機車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻卡與分相區(qū)起點 的距離S2，結(jié)合從速度傳感器獲取電力機車當前速度V計算本務機車行駛過距離S工所需要 的時間，當本務機車行駛過距離時S"將射頻卡與分相區(qū)起點的距離S2通過收發(fā)器發(fā)送給 遠程機車，遠程機車的處理器從其速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從內(nèi)存單元讀取 電力機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出電力機車分相操作所需延時的時間 Td:(1) 本發(fā)明相對于上述現(xiàn)有技術的優(yōu)點和有益效果如下(l)本發(fā)明采用可以射頻 卡、GPS衛(wèi)星或者兩者的結(jié)合來作為過分相預告信號提供者，而在電力機車安裝車載主機來 獲取高過分相預告信號，結(jié)合當前速度和分相操作所需要的時間來自動計算過分相控制的 延時時間，進而確定出分相操作的時間，由處理器輸出控制信號，控制接觸網(wǎng)連接控制器進 行分相操作，整個過程達到了全自動化，執(zhí)行自動過分相操作時機準確，自動過分相控制可靠性高。而且，采用的無源射頻卡成本低、體積小、使用壽命長、識讀距離長、讀取速度快、可 重復利用和抗污染能力強；相對地面安裝磁鐵的過分相方式，射頻卡安裝在電力機車上面 的電力線承力索上，防盜性好；由于射頻識別卡成本低，可在連續(xù)距離內(nèi)布控多個射頻卡， 提高定位精度和識讀可靠性；利用射頻卡的數(shù)據(jù)存儲功能，布點時可適用低速到高速不同 車速過分相的要求，盡可能的減少機車過分相時的速度損失。本發(fā)明可用于實現(xiàn)單牽引機 車的自動過分相控制和重聯(lián)機車的自動過分相控制。


圖1是本發(fā)明實施例1的單牽引機車自動過分相控制系統(tǒng)的結(jié)構示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例1的單牽引機車自動過分相控制流程圖； 圖3是本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相控制系統(tǒng)的結(jié)構示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相系統(tǒng)結(jié)構示意圖； 圖5是本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相控制流程圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的，技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
實施例1 圖l示出了單牽引機車自動過分相控制系統(tǒng)的結(jié)構原理。參照圖l，作為單牽引機 車駛近分相區(qū)的過分相預告信號提供者，UHF無源射頻卡2用緊固螺栓固定在鐵路沿線接 觸網(wǎng)1電力線的承力索上。 作為自動過分相控制系統(tǒng)車載主機5裝置之一的UHF識讀器6，安裝在電力機車頂 部。識讀器6與射頻卡2組成一套射頻識別(RFID)系統(tǒng)。射頻卡2接收到識讀器6發(fā)送 的電磁信號后，經(jīng)過整流作為射頻卡2的電源并啟動射頻卡2發(fā)射電路，將射頻卡2信息發(fā) 送給識讀器6。 自動過分相控制系統(tǒng)的車載部分5還包括一個處理器7、與處理器7通信的內(nèi)存單 元8、時鐘10、機車速度傳感器11、 GPS接收機9、接觸網(wǎng)連接控制器12、機車控制電路14、 接觸網(wǎng)電氣連接設備15、受電弓升降架13和受電弓4，它們與前面所述的識讀器6和射頻 卡2共同完成機車自動過分相的操作。 自動過分相控制系統(tǒng)的車載部分5，其中，內(nèi)存單元8中存儲有處理指令；處理器7 中包含邏輯處理單元，能夠處理內(nèi)存單元8中的指令，且與時鐘10、機車速度傳感器11、識 讀器6、GPS接收機9和接觸網(wǎng)連接控制器12進行通信；識讀器6讀取到的射頻卡2信息提 供給處理器7進行處理；GPS接收機9與GPS衛(wèi)星3進行通信，以獲取位置信息，作為機車 駛近分相區(qū)44的另一種預告信號；時鐘10給處理器7提供時間基準，并能提供實時時間； 接觸網(wǎng)連接控制器12與處理器7通信，獲取處理器7提供的指令，以對接觸網(wǎng)電氣連接設 備15進行控制，同時控制受電弓升降架13對受電弓4的升降操作；連接設備15根據(jù)接觸 網(wǎng)連接控制器12的分相指令將機車控制電路14從接觸網(wǎng)1斷開連接，連接設備15可以是 斷路器。
圖2示出了本發(fā)明實施例1的單機車自動過分相控制流程圖。包括以下步驟
SI :判斷機車是否收到過分相預告信號。過分相預告信號的來源有兩種方案， 一種 是通過機車頂部的識讀器6識讀到安裝在電力線承力索上的UHF無源射頻卡2信息作為過 分相預告，其中射頻卡2安裝的位置，即射頻卡2與分相區(qū)44的距離至少應該滿足當前鐵 路最高速列車的要求，使得最高速列車恰好有足夠的時間在收到分相預告信號后，且在進 入分相區(qū)44之前完成分相操作，特殊情況下，例如由于橋梁等原因而不能在上述位置安裝 射頻卡2時，可以將該射頻卡2安裝在距離分相區(qū)更遠的距離處，并將此距離寫入射頻卡2 中。 另一種過分相預告方案是GPS接收機9根據(jù)從GPS衛(wèi)星3上獲得的機車當前位置 來提供過分相預告。后續(xù)步驟在第一種預告信息的基礎上介紹。 S2 :識讀器6讀取到的射頻卡2信息提供給處理器7后，處理器7解析出其中的距 離S，此距離S為射頻卡2位置與分相區(qū)起點位置之間的距離長度。 S3 :機車的處理器7根據(jù)機車速度傳感器11采集的機車速度V、機車分相操作所 需時間TO以及步驟S2中的距離S計算所需延時的時間Td。具體的計算公式如下 S4 :延時S3中的Td時間。 S5 :執(zhí)行分相操作，包括斷斷路器，降受電弓4等。 S6 :判斷機車已經(jīng)駛過分相區(qū)的方法，具體實施中，可采用四種方法中的任意一種 判斷。(1)電力機車通過監(jiān)測網(wǎng)壓恢復來判斷已經(jīng)駛離分相區(qū)，若已駛離則輸出恢復控制信 號； (2)將分相區(qū)的長度預存在射頻卡中并作為的一部分向外發(fā)送，射頻卡識讀器接 收到射頻卡過分相預告信號時，處理器輸出過分相控制信號后即開始計程，計程達到給分 相區(qū)的長度后，即視為以駛離并輸出恢復控制信號； (3)在分相區(qū)的終點安裝有用于給反方向行駛的電力機車發(fā)送過分相預報信號的 射頻卡，該射頻卡也兼為出分相區(qū)的信號，當處于過分相狀態(tài)下的列車收到該出分相區(qū)的 信號時，即視為以駛離并輸出恢復控制信號； (4)處理器實時從GPS接收機讀取電力機車當前位置，并將其與已知分相區(qū)位置 進行對比，當電力機車當前位置已超過該已知分相區(qū)位置的終點時，即視為以駛離并輸出 恢復控制信號； 恢復操作的方式是接觸網(wǎng)連接控制器接收處理器傳來的輸出恢復控制信號，通 過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備連通機車控制電路和受電弓升降架，并控制受電弓升降架對受 電弓進行升操作。 S7 :駛過分相區(qū)后，機車開始執(zhí)行恢復控制，包括合斷路器，升受電弓4等。
執(zhí)行上述步驟的自動過分相系統(tǒng)能夠最小化機車的斷電時間和速度損失。此優(yōu)點 得益于射頻卡2中存有距離S，相對于傳統(tǒng)的以磁鐵作為分相預告信息的自動過分相系統(tǒng) 具有明顯的優(yōu)勢。 作為第二種過分相預告方案，GPS接收機持續(xù)從GPS衛(wèi)星獲取電力機車當前位置 并傳給處理器，處理器從內(nèi)存中讀取已知分相區(qū)位置和電力機車分相操作所需時間；處理
10器根據(jù)電力機車當前位置與已知分相區(qū)位置進行對比，并結(jié)合電力機車分相操作所需時間 輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設 備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受電弓升降架對受電弓進行降操 作。 作為第三種過分相預告方案，可以將射頻卡2和GPS定位結(jié)合起來，當由于某種原 因機車上的識讀器6未能識讀到射頻卡2信息時，采用GPS定位作為過分相期間的判斷依 據(jù)。 實施例2 圖3示出了本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相控制系統(tǒng)的結(jié)構原理。參照圖 3，這里僅在圖1的基礎上增加了收發(fā)器16，其用于不同機車之間的通信。本務機車41與遠 程機車42的自動過分相控制系統(tǒng)具有相同的結(jié)構，它們各自通過機車頂上的受電弓4從接 觸網(wǎng)l獲取電能。圖4示出了本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相系統(tǒng)，其中本務機車 41的過分相控制與實施例1中相同，這里主要介紹遠程機車42自動過分相控制方法。
參照圖4，遠程機車42與本務機車41之間通過通信鏈路43進行通信，該通信鏈 路43可以是無線的，也可以是有線的。遠程機車42的自動過分相控制由本務機車41遠程 控制，它可以接收本務機車41發(fā)送的過分相相關命令，以便執(zhí)行斷斷路器，降受電弓4等操 作。 作為遠程機車42的分相預告信號之一，本務機車41在接收到過分相預告的同時， 將通過收發(fā)器16發(fā)送信息1通知遠程機車42，表示本務機車41已駛近分相區(qū)44。此信息 1中包含本務機車41與遠程機車42之間的距離46和本務機車41識讀到的射頻卡2中的 距離47，也就是射頻卡與分相區(qū)起點的距離S。遠程機車42的收發(fā)器16接收到信息1后， 根據(jù)遠程機車42速度傳感器11獲得的當前速度、上述距離46和距離47計算何時行駛過 距離46，以及何時開始分相操作。 作為遠程機車42的過分相預告信號之二，本務機車41接收到過分相預告信號之 后，也將根據(jù)自身速度傳感器獲取的速度和上述距離46計算行駛過距離46所需要的時間。 當本務機車41判斷行駛過距離46時，發(fā)送包含射頻卡與分相區(qū)起點的距離S2)給遠程機 車42，遠程機車42接收到信息2后，作為過分相預告。 作為遠程機車42的過分相預告信號之三，遠程機車42自身也通過識讀器6識讀 分相預告射頻卡2，作為過分相預告信號。 作為另一種過分相預告方案，遠程機車42也配備有定位設備，如GPS接收機9，用 于與GPS衛(wèi)星3通信，以判斷遠程機車42相對于分相區(qū)的距離。分相區(qū)的位置事先已知， 并存儲與內(nèi)存單元8中。根據(jù)分相區(qū)的位置和GPS接收機9獲得的機車位置，遠程機車42 也能夠決定何時執(zhí)行分相操作。 作為遠程機車的第5種過分相預告方案，可以將射頻卡2和GPS定位預告信息結(jié) 合起來，當由于某種原因機車上的識讀器6未能識讀到射頻卡2信息時，采用GPS定位信息 作為過分相期間的判斷依據(jù)。 上述這些分相預告的冗余保證了即使有一個或兩個分相預告由于某種原因沒有 發(fā)生，也能夠成功的過分相，提高了可靠行。 遠程機車42與本務機車41之間的通信需要時間校準，以便保證分相操作能得到及時的執(zhí)行。本務機車41與遠程機車42的時鐘IO應該是同步的，例如它們都與共同的 GPS衛(wèi)星3進行同步。具體實施上，本務機車41發(fā)送給遠程機車42的信息1包含時間戳， 該時間戳是本務機車41接收到過分相預告信號的時刻。收到信息1后，遠程機車42將時 間戳與本身的時鐘10時間進行比較，然后判斷兩個時間之差是否超過了某個預定值。當時 間之差超過了某個預定值時，遠程機車42在計算行駛距離時必須將上述時間之差內(nèi)機車 所行駛的距離考慮在內(nèi)。 過去，本務機車41與遠程機車42之間的距離46是根據(jù)它們之間的車廂數(shù)目計 算，或者直接測量，這種方法不夠準確。本發(fā)明的計算方法是當本務機車41經(jīng)過某一地點 時產(chǎn)生一個時間指示信號，指示本務機車41當前正經(jīng)過該地點，然后發(fā)送這個時間指示信 號給遠程機車42。當遠程機車42行駛到該地點時，也產(chǎn)生一個時間指示信號，指示遠程機 車42當前正經(jīng)過該地點，然后發(fā)送這個時間指示信號給本務機車41。這樣本務機車41和 遠程機車42兩者都能根據(jù)各自的時鐘IO，速度計算兩機車之間的距離。具體實施中，某地 點可以是分相預告射頻卡2的安裝位置，機車的識讀器6可以在機車經(jīng)過該地點時檢測到 射頻卡2，進而可以計算距離46。 不同機車計算的距離46需要進行比較，比較兩者之差是否滿足要求的范圍之內(nèi)。 如果兩者之差超過了要求范圍，那么需要重新校準時間，或者糾正時間延遲校正因子，并立 即應用到隨后的相關計算中。 圖5示出了本發(fā)明實施例2的重聯(lián)機車自動過分相控制流程圖。包括以下步驟
重聯(lián)機車的本務機車41自動過分相控制流程 Sl :判斷本務機車41是否收到過分相預告信號。過分相預告信號的來源有兩種， 具體內(nèi)容如前實施1中所述，此處不再累述。 S2 :識讀器6讀取到的射頻卡2信息提供給處理器7后，處理器7解析出其中的距 離信息，具體內(nèi)容如前實施1中所述，此處不再累述。 S3 :機車的處理器7根據(jù)機車速度傳感器11采集的機車速度V、機車分相操作所 需時間T0以及步驟S2中的距離S計算所需延時的時間Td。具體的計算公式見公式1。
S4 :延時S3中的Td時間。 S5 :執(zhí)行分相操作，包括斷斷路器，降受電弓4等。 S6 :判斷機車已經(jīng)駛過分相區(qū)的方法，具體實施中，可采用四種方法中的任意一種 判斷，具體內(nèi)容如前前實施1中所述，此處不再累述。 S7 :駛過分相區(qū)后，機車開始執(zhí)行恢復控制，包括合斷路器，升受電弓4等。 S8 :本務機車41計算行駛了上述距離46后，發(fā)送信息2至遠程機車42，遠程機車
42接收到信息2后，作為分相預告。 重聯(lián)機車的遠程機車42自動過分相控制流程 Sl :遠程機車42判斷是否收到本務機車41發(fā)送的信息1，如果收到，則表示本務 機車41正駛過分相預告點。遠程機車42根據(jù)前述遠程機車42的分相預告信號之一，進行 相應的操作。
S2 :遠程機車42計算延時，延時時間T的具體計算公式為 r = ^——5-^
「 (2)
其中，S1為上述本務機車41與遠程機車42之間的距離46 ;S2為上述本務機車41 識讀到的分相預告射頻卡2中的距離47 ;V為遠程機車42速度傳感器11所獲取的遠程機 車42速度；T0為機車分相操作所需時間。
S3 :遠程機車42開始延時T時間。 S4 :在延時時間T內(nèi)，判斷遠程機車42的識讀器6是否識讀到分相預告射頻卡2， 若沒有則按照延時時間T來執(zhí)行分相操作；若有則安裝新讀取到的分相預告射頻卡2信息 來完成過分相操作。 S5 :遠程機車42判斷是否收到本務機車41發(fā)送的信息2。在遠程機車42沒有收 到本務機車41發(fā)送的信息1 ，且也沒有識讀到分相預告射頻卡2信息的前提下，若收到上述 信息2，則直接立即執(zhí)行分相操作；若沒有收到上述信息2，則按照S4執(zhí)行。
S6 :執(zhí)行分相操作，包括斷主斷路器，將受電弓4等。 S7 :判斷機車已經(jīng)駛過分相區(qū)44的方法，具體實施中，可采用四種方法中的任意 一種判斷。 (1)電力機車通過監(jiān)測網(wǎng)壓恢復來判斷已經(jīng)駛離分相區(qū)，若已駛離則輸出恢復控 制信號； (2)將分相區(qū)的長度45預存在射頻卡中并作為的一部分向外發(fā)送，射頻卡識讀器 接收到射頻卡過分相預告信號時，處理器輸出過分相控制信號后即開始計程，計程達到給 分相區(qū)的長度45后，即視為以駛離并輸出恢復控制信號 (3)在分相區(qū)的終點安裝有用于給反方向行駛的電力機車發(fā)送過分相預報信號的 射頻卡，該射頻卡也兼為出分相區(qū)的信號，當處于過分相狀態(tài)下的列車收到該出分相區(qū)的 信號時，即視為以駛離并輸出恢復控制信號；(4)處理器實時從GPS接收機讀取電力機車當 前位置，并將其與已知分相區(qū)位置進行對比，當電力機車當前位置已超過該已知分相區(qū)位 置的終點時，即視為以駛離并輸出恢復控制信號； 恢復操作的方式是接觸網(wǎng)連接控制器接收處理器傳來的輸出恢復控制信號，通 過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備連通機車控制電路和受電弓升降架，并控制受電弓升降架對受 電弓進行升操作。 S8 :駛過分相區(qū)后，機車開始執(zhí)行恢復控制，恢復操作的方式是接觸網(wǎng)連接控制 器接收處理器傳來的輸出恢復控制信號，通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備連通機車控制電路 和受電弓升降架，并控制受電弓升降架對受電弓進行升操作。 根據(jù)前面所述描述的方法，可以用計算機軟件，硬件，或者他們的組合來實現(xiàn)。本 發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述，但是，很顯然仍可以作出各種修改，變換或替換而不 背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍 內(nèi)。
權利要求
電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，其特征在于，包括用于發(fā)送過分相預告信號的信號發(fā)射器和安裝在電力機車上的車載主機，該車載主機設置有用于接收過分相預告信號并傳給處理器的信號接收器；存儲有機車分相操作所需時間的內(nèi)存單元；用于給處理器提供時間基準以及實時時間的時鐘；用于給處理器提供電力機車當前速度的速度傳感器；用于根據(jù)過分相預告信號、機車分相操作所需時間和電力機車當前速度輸出過分相控制信號，以及在出分相區(qū)后輸出恢復控制信號的處理器；用于根據(jù)過分相控制信號對接觸網(wǎng)電氣連接設備進行控制以使機車控制電路和受電弓升降架形成通路，控制受電弓升降架對受電弓進行升操作，以及根據(jù)恢復控制控制信號對接觸網(wǎng)電氣連接設備進行控制以使機車控制電路和受電弓升降架形成斷路，控制受電弓升降架對受電弓進行降操作的接觸網(wǎng)連接控制器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號發(fā)射 器采用射頻卡，所述射頻卡設置在與電力機車行使方向上的分相區(qū)起點有一段距離，而且 是在該分相區(qū)起點之前的地方，射頻卡與分相區(qū)起點的距離大于或等于最高速電力機車在 收到過分相預告信號后，且在進入分相區(qū)之前完成分相操作所需要的行車距離；所述車載 主機上的信號接收器采用射頻卡識讀器。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，其特征在于所述射頻卡為 UHF射頻卡，其用緊固螺栓固定在接觸網(wǎng)電力線的承力索上，所述射頻卡識讀器采用UHF無 源射頻卡識讀器。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號接收 器采用GPS接收機，所述信號發(fā)射器為GPS衛(wèi)星。
5. 根據(jù)權利要求1所述的電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，其特征在于當本發(fā)明應用 于重聯(lián)機車自動過分相控制時，所述本務機車和遠程機車的車載主機上均設置一個收發(fā) 器，收發(fā)器與處理器相連接。
6. 電力機車自動過分相控制方法，其特征在于，具體如下a. 射頻卡識讀器接收到射頻卡發(fā)送的過分相預告信號后傳給處理器，該過分相預告信 號包含射頻卡與分相區(qū)起點的距離S，處理器從速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從 內(nèi)存單元讀取電力機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出電力機車分相操作所 需延時的時間Td :b. 延時Td時間后，處理器輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制 器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受 電弓升降架對受電弓進行降操作。
7. 電力機車自動過分相控制方法，其特征在于，具體如下A. GPS接收機持續(xù)從GPS衛(wèi)星獲取電力機車當前位置并傳給處理器，處理器從內(nèi)存中 讀取已知分相區(qū)位置和電力機車分相操作所需時間；B. 處理器根據(jù)電力機車當前位置與已知分相區(qū)位置進行對比，并結(jié)合電力機車分相操 作所需時間輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制器通過控制接觸網(wǎng) 電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受電弓升降架對受電弓進行降操作。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的電力機車自動過分相控制方法，其特征在于還包括電 力機車出分相區(qū)后的恢復控制方法，包括出分相判斷操作和恢復操作，其中，出分相判斷操 作為以下4種方式的任意一種(1) 電力機車通過監(jiān)測網(wǎng)壓恢復來判斷已經(jīng)駛離分相區(qū)，若已駛離則輸出恢復控制信號；(2) 將分相區(qū)的長度預存在射頻卡中并作為的一部分向外發(fā)送，射頻卡識讀器接收到 射頻卡過分相預告信號時，處理器輸出過分相控制信號后即開始計程，計程達到給分相區(qū) 的長度后，即視為以駛離并輸出恢復控制信號；(3) 在分相區(qū)的終點安裝有用于給反方向行駛的電力機車發(fā)送過分相預報信號的射頻 卡，該射頻卡也兼為出分相區(qū)的信號，當處于過分相狀態(tài)下的列車收到該出分相區(qū)的信號 時，即視為以駛離并輸出恢復控制信號；(4) 處理器實時從GPS接收機讀取電力機車當前位置，并將其與已知分相區(qū)位置進行 對比，當電力機車當前位置已超過該已知分相區(qū)位置的終點時，即視為以駛離并輸出恢復 控制信號；恢復操作的方式是接觸網(wǎng)連接控制器接收處理器傳來的輸出恢復控制信號，通過控 制接觸網(wǎng)電氣連接設備連通機車控制電路和受電弓升降架，并控制受電弓升降架對受電弓 進行升操作。
9. 根據(jù)權利要求6或7所述的電力機車自動過分相控制方法，其特征在于當所述電 力機車為重聯(lián)機車時，其中的遠程機車的自動過分相控制方法，采用以下兩種方式的任意一種x、在本務機車或遠程機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之間的距離Sp本務機車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻卡與分相區(qū)起點的距離S2，立即通過收發(fā)器把過分相預告發(fā)給遠程機車車載主機的處理器，遠程機車的處理器從速度傳感器獲取電力機車當前速度v，并從內(nèi)存單元讀取電力機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出遠程機車分相操作所需延時的時間T :<formula>formula see original document page 3</formula>遠程機車開始延時T時間，在延時時間T內(nèi)，遠程機車的處理器判斷其射頻卡識讀器是 否接收到過分相預告信號，若有則按照新讀取到的分相預告信號來完成過分相操作，若沒 有則在延時T時間后，處理器輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制 器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受 電弓升降架對受電弓進行降操作。Y、在本務機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之間的距離，本務機 車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻卡與分相區(qū)起點的距 離S2，結(jié)合從速度傳感器獲取電力機車當前速度V計算本務機車行駛過距離S工所需要的時 間，當本務機車行駛過距離時S"將射頻卡與分相區(qū)起點的距離S2通過收發(fā)器發(fā)送給遠程 機車，遠程機車的處理器從其速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從內(nèi)存單元讀取電力 機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出電力機車分相操作所需延時的時間Td :
10.根據(jù)權利要求8所述的電力機車自動過分相控制方法，其特征在于當所述電力機車為重聯(lián)機車時，其中的遠程機車的自動過分相控制方法，采用以下兩種方式的任意一 種X、在本務機車或遠程機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之間的 距離Sp本務機車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻卡與 分相區(qū)起點的距離S2，立即通過收發(fā)器把過分相預告發(fā)給遠程機車車載主機的處理器，遠 程機車的處理器從速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從內(nèi)存單元讀取電力機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出遠程機車分相操作所需延時的時間T : 阿o一 K遠程機車開始延時T時間，在延時時間T內(nèi)，遠程機車的處理器判斷其射頻卡識讀器是 否接收到過分相預告信號，若有則按照新讀取到的分相預告信號來完成過分相操作，若沒 有則在延時T時間后，處理器輸出過分相控制信號給接觸網(wǎng)連接控制器，接觸網(wǎng)連接控制 器通過控制接觸網(wǎng)電氣連接設備使機車控制電路和受電弓升降架處于斷路狀態(tài)，并控制受 電弓升降架對受電弓進行降操作。Y、在本務機車的車載主機的內(nèi)存單元中預存本務機車與遠程機車之間的距離，本務機 車的處理器在接收到過分相預告信號后，該過分相預告信號包含射頻卡與分相區(qū)起點的距 離S2，結(jié)合從速度傳感器獲取電力機車當前速度V計算本務機車行駛過距離S工所需要的時 間，當本務機車行駛過距離時S"將射頻卡與分相區(qū)起點的距離S2通過收發(fā)器發(fā)送給遠程 機車，遠程機車的處理器從其速度傳感器獲取電力機車當前速度V，并從內(nèi)存單元讀取電力 機車分相操作所需時間T。，并采用以下公式計算出電力機車分相操作所需延時的時間Td : 阿0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力機車自動過分相控制系統(tǒng)，用于發(fā)送過分相預告信號的信號發(fā)射器和安裝在電力機車上的車載主機，車載主機設置有用于接收過分相預告信號的信號接收器、存儲有機車分相操作所需時間的內(nèi)存單元、時鐘；用于給處理器提供電力機車當前速度的速度傳感器、用于輸出過分相控制信號、恢復控制信號的處理器；用于、對接觸網(wǎng)電氣連接設備進行控制的接觸網(wǎng)連接控制器。本發(fā)明執(zhí)行自動過分相操作時機準確，自動過分相控制可靠性高。
文檔編號B60M3/00GK101746285SQ20091021456
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者劉震宇, 謝勝利, 金輝 申請人:華南理工大學