一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的系統和方法
2023-10-11 23:59:49 2
專利名稱：一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的系統和方法
技術領域：
本發明涉及鐵路設有駝峰的調車場的控制系統，更具體的涉及將可控頂作為基礎的調速設備，對經駝峰溜放的鉤車實現調速與進路合二為一的自動控制系統和方法。
本發明的一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行鐵路駝峰自動調速的控制系統和方法是通過如下的技術方案實現的，所述的系統包括
室外設備和室內設備，所述的室外設備包括；溜放部分和調車場部分，所述的溜放部分包括測重系統、可控頂調速設備；所述的調車場部分包括軌道電路測速、可控頂調速設備、股道測長設備；所述的室內設備包括雙機熱備的控制主機與下層工作站共同構成兩套微機控制系統，所述兩套微機控制系統均包括速度控制模塊與進路控制模塊，用於根據溜放車輛的重量、推峰速度和駝峰平縱斷面及相關的溜放條件，計算和控制車輛的入口速度、溜行速度和車輛的出口速度，該系統控制由室外設備和室內設備構成對溜放鉤車的自動控制；調車場彩色圖形工作站，用於鉤車溜放過程的實時顯示；列印報警信息，維護工作站用於溜放過程及系統報警信息的保存、檢索、查尋，也用於系統設備的狀態檢測及故障查尋；繼電器組合設備是系統室內與室外設備的結合部分，是控制機構的執行環節，設有進路自動集中及可控減速頂執行繼電器，用於速度和進路控制命令的執行；相關電源屏及系統用不間斷電源，用於控制設備的正常供電及電源切換的連續供電。
本發明的一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的控制方法是通過如下的技術方案實現的，在由室外設備和室內設備構成的一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的控制方法，包括步驟；根據能高線原理布置可控減速頂；接收並處理駝峰溜放進路車輛測重、軌道電路測速、股道測長和駝峰平、縱斷面信息以及速度控制相關的鉤車參數；根據上述信息及提供的溜放條件，計算並確定每一段的進入可控減速頂頂群的入口速度和溜出可控減速頂頂群的出口速度；根據上述入口和出口速度控制相關參數，確定該股道溜行徑路中的可控制可控減速頂數量；結合股道測長和鉤車輛數確定溜放鉤車與股道上停留車的連掛地點、綜合鉤車重量和股道平、縱斷面特徵，計算確定該溜放鉤車在其溜行徑路上需實際制動的可控減速頂數，同時考慮溫度影響作用，根據進入當前可控減速頂群的布置頂數和鉤車入口速度，確定該鉤車在該頂段上的制動數量，與鉤車輛數相配合，通過計算最終確定鉤車在該段頂群上的制動或緩解時機，以達到所要求的制動效果。
所述的能高線原理布置可控減速頂的布置原則是(1)駝峰溜放部分每級不同道岔上，根據分路道岔型號不同確定其最大布置頂數量；(2)分路道岔保護區段短軌的軌道電路上，原則上不能布置減速頂；(3)按計算得到的進入頂群的速度判斷，若易行車易行條件溜放到該可控減速頂區段時，布置的可控減速頂為阻力功時，則該可控減速頂可以不設。
所述的計算並確定溜放鉤車通過每一可控減速頂頂段的入口速度、出口速度的關係為對於一布頂區段來說，其入出口速度滿足下式 式中V出-車輛出清頂段的計算出口速度(單位m/s)V入-車輛進入頂段的入口速度(單位m/s)g′-車輛重力加速度(單位m/s2)i-頂段所在的坡度(單位‰)w-車輛運行的總阻力(單位N/KN)l-頂段長度(單位m)N-頂段布置頂數(單位臺)R-頂的制動/阻力功，其值取決於車輛進入頂段的入口速度Q-車輛重量(單位KN)其中，根據計算車輛的重量、軌道電路測得的入口速度V入和平、縱斷面的溜放條件，計算確定每一頂段的入口速度，每隔小於布頂間距的一定步長計算車輛溜行出口速度V出，並依減速頂的動作累計不同工作狀態的頂數，直至頂群出口，便可得出車輛經過該段頂群時的實際出口速度和頂群的工作狀態，如果車輛進入頂群的入口速度低於減速頂的臨界速度，則先假定該段頂群為阻力功的全緩解狀態計算車輛的出口速度，如果其計算出口速度仍低於臨界速度，則可確定該段頂群在車輛經過時為全緩解狀態，其實際出口速度為計算出口速度；如果計算出口速度高於臨界速度，根據循環迭代法，便可得出該頂段制動和緩解的頂數以及其實際的出口速度。
本系統通過借鑑大能力駝峰調速自動控制的經驗，利用可控減速頂作為基礎調速設備，在實現駝峰溜放進路控制的基礎上，將速度控制集成於進路控制系統，首次在中小能力駝峰上實現進路與速度合二為一的自動控制系統。該系統充分共享了進路控制的有關信息，使整個控制系統不但可以大幅度減少室內外設備，降低工程造價，而且由於速度與進路控制共用一套主機系統，將速度與進路控制置於同一控制級別，提高了現有可控頂控制級別低於進路控制級別的弊端，在保證作業安全，節省維修成本，減輕維修工作量等方面都有顯著成效。同時由於動能高能夠充分利用，及採用我們獨創的能高線原理布置可控頂的方法，使得調車線線路縱斷面的調整量達到最小，節約了工程投資。從而為加速我國中小能力駝峰的現代化改造創造了良好的條件。實踐已經證明本控制系統是駝峰調速為可控頂制式的最佳控制系統。
布置可控減速頂時，對易行車利用能高線原理進行布置可控減速頂的設計；對難行車利用能高線原理對已經布置可控頂的駝峰峰高及縱斷面進行檢算，通過反覆檢算與可控減速頂布置調整，峰高與縱斷面最小量的調整，實現布置可控頂的最優化。
駝峰溜放進路、聯鎖控制與可控減速頂控制合二為一，可以利用溜放進路中的測重、鉤計劃、軌道電路測速、股道測長等信息為可控減速頂調速控制提供信息。同時在調車聯鎖進路上自動向進路上的可控頂下達「緩解」命令。這裡調速與進路合成一體的技術包括速度與進路為同一臺計算機控制及兩套系統多臺計算機通過通信進行的集中控制。
軌道電路測速包含鉤車溜放壓入本軌道區段、壓入下一級或下多級軌道區段，出清本軌道區段、上一級或上多級軌道區段，軌道繼電器落下及吸起時的時間記錄，也包含壓入與出清混合的時間記錄，利用測量室外對應的溜經長度的記錄；推算鉤車的溜行速度並用於速度控制的方法。
自動執行混合型調車作業計劃的功能；首先執行計劃中的溜放指令，在控制溜放進路的同時對進路上的可控減速頂按程序進行控制。其次執行計劃中的上、下峰類指令，在按照信號聯鎖要求排列調車進路的同時防止可控減速頂對調車的有害動作。第三執行計劃中的禁溜、迂迴類指令，系統自動將溜放中的禁止溜放鉤車送到規定的線路上。
在可控減速頂的布置上一般選用非控制狀態時為制動做功狀態，確保意外狀態下如全場停電、計算機系統失控等，通過操作應急臺上控頂的按鈕，使可控減速頂都處於制動狀態，確保溜放鉤車的安全。
股道測長技術應用於可控減速頂控制，利用測長測量停留車在調車場的位置，通過計算對可控減速頂進行有效的控制，使溜放鉤車與停留車安全連掛。這裡測長指能夠將測量的數據轉換為數字值的系統。
圖1是本發明的系統室外設備布置原理示意圖。圖1如所示，本發明的系統是在駝峰微機進路控制系統的基礎上，僅增設測重及踏板、股道測長、測速軌道電路及可控減速頂調速設備，即可實現鉤車溜放速度自動控制。測重踏板採用TZY壓磁式重量傳感器，其測量精度為±3噸。布置在駝峰加速度坡上，每條溜放線一套，用於測量溜放車輛重量和鉤車輛數。軌道電路採用2.3Ω標準軌道電路，大部分為駝峰進路系統既有設備。利用溜放徑路上雙區段軌道電路測速原理，測量溜放鉤車在各段可控頂群的入出口速度，從而實時跟蹤鉤車走行速度。股道測長採用TWGC-1型50Hz工頻測長，控制精度為+30米，均方差為±7米(已申請專利)。布置在以可控減速頂群終端為起始點、以調車線連掛區末端為終點的各股道上，用於測量調車線上的空閒長度。可控減速頂群採用不同類型、不同檔次的可控減速頂。布置在駝峰溜放部分及調車線始端，是調整鉤車溜行速度的基礎設備。
所述的計算並確定溜放鉤車通過每一可控減速頂頂段的入口速度、出口速度的關係為對於一布頂區段來說，其入出口速度滿足下式 式中V出-車輛出清頂段的計算出口速度(單位m/s)V入-車輛進入頂段的入口速度(單位m/s)g′-車輛重力加速度(單位m/s2)i-頂段所在的坡度(單位‰)w-車輛運行的總阻力(單位N/KN)l-頂段長度(單位m)N-頂段布置頂數(單位臺)R-頂的制動/阻力功，其值取決於車輛進入頂段的入口速度Q-車輛重量(單位KN)
其中，根據計算車輛的重量、軌道電路測得的入口速度V入和平、縱斷面的溜放條件，計算確定每一頂段的入口速度，每隔小於布頂間距的一定步長計算車輛溜行出口速度V出，並依減速頂的動作累計不同工作狀態的頂數，直至頂群出口，便可得出車輛經過該段頂群時的實際出口速度和頂群的工作狀態，如果車輛進入頂群的入口速度低於減速頂的臨界速度，則先假定該段頂群為阻力功的全緩解狀態計算車輛的出口速度，如果其計算出口速度仍低於臨界速度，則可確定該段頂群在車輛經過時為全緩解狀態，其實際出口速度為計算出口速度；如果計算出口速度高於臨界速度，根據循環迭代法，便可得出該頂段制動和緩解的頂數以及其實際的出口速度。
圖2是本發明的系統室內設備布置原理示意圖。圖2如所示，在控制室內設有操作工作站及手動應急盤，其功能如下[1]調車作業單的編輯；[2]溜放進路及峰上聯鎖控制操作；[3]可控減速頂群控制操作；[4]鉤車溜放過程的實時顯示；[5]緊急情況及維修試驗時手動控制操作；控制機房是系統控制的核心部分，設有控制機為雙機熱備的兩臺主機、維護用的工作站、報警信息印表機，其功能如下[1]鉤車溜放過程的實時顯示；[2]溜放過程及系統報警信息的保存、檢索、查尋及列印；[3]系統設備的狀態檢測及故障查尋；繼電器組合設備、分線盤、相關電源屏及系統用不間斷電源，是系統室內與室外設備的結合部分，是控制機構的執行環節，其主要功能如下[1]速度控制命令的執行；[2]進路控制命令的執行；[3]聯鎖命令的執行；[4]控制設備的正常供電及電源切換的連續供電；[5]系統輸入/輸出室內與室外的電器隔離；[6]系統防雷措施；[7]手動控制的獨立執室外設備包括圖1中的設備和外部電源，各個模塊間通過電纜聯接。
圖3是本發明的系統功能構成模塊布置原理示意圖(模塊間銜接為網絡)。
調車場工作站由於作業員操作；[2]維護工作站用於維護操作；[3]以上兩工作站通過乙太網與控制主機(雙機熱備)進行通信；[4]控制主機(雙機熱備)通過雙CAN網與下層工作站(含進路模塊、聯鎖模塊、可控頂模塊)、測長工作站進行系統通信；[5]下層工作站通過繼電接口電路與室外設備聯接；[6]繼電接口電路聯接的設備有場間聯繫、調車信號、駝峰信號、機車信號、測重、計軸(踏板)、可控頂、轉轍機、軌道電路及測速；測長工作站直接與室外測長設備聯接。
圖4是本發明的系統功能構成模塊布置原理示意圖(模塊間銜接為串口)；[1]站場圖形終端與進路/速度終端用於作業員操作；[2]印表機(含維護終端)用於維護操作；[3]調車單系統為與本系統相關的信息系統；[4]以上終端通過雙機監控器與控制主機(雙機熱備)進行通信；[5]控制主機(雙機熱備)通過通信機與下層微機(含進路模塊、聯鎖模塊、可控頂模塊)、測長模塊、測重模塊進行系統通信[6]下層微機通過繼電接口電路與室外設備聯接；[7]繼電接口電路聯接的設備有場間聯繫、調車信號、駝峰信號、機車信號、測重、計軸(踏板)、可控頂、轉轍機、軌道電路及測速；測長微機直接與室外測長設備聯接；測重微機直接與室外測重設備聯接。
圖5是本發明的系統測速道岔布置原理示意圖。如附圖5所示，本系統測速系統的原理為利用當鉤車進入駝峰分路道岔或調車線內可控頂測速專用的軌道電路時，鉤車第一輪對壓入DG軌道區段對應的繼電器就落下，開始記時起到本鉤車最後一輪對出清本股道區段時止，測得時間；結合室外這些鉤車溜行的軌道長度可知距離；兩者結合就可推算出速度大小，這樣可以不增加室外設備對溜放鉤車進行測速，並將該速度填入控制系統軟體中的鉤車跟蹤文件，控制軟體按照控制原理中描述的內容，實施對鉤車速度的調整，其中[1]V1為溜放鉤車出清溜放道岔保護短軌時速度；[2]L1為溜放道岔保護短軌長度； T1為溜放鉤車從壓入保護區段短軌到該鉤車出清該區段的時間；[4]V2為溜放鉤車出清溜放道岔DG軌道電路時速度；[5]L2為溜放道岔DG軌道電路長度；[6]T2為溜放鉤車從壓入道岔DG軌道電路到該鉤車出清該區段的時間；圖6是本發明的系統中可控減速頂群數量計算流程方框圖。具體步驟如下[s6-1]計算出溜放鉤車進入可控減速頂頂群入口速度；[s6-2]此時可控減速頂制動頂數與緩解頂數均為零；[s6-3]將此時速度定義為V1；[s6-4]判斷是否溜出該可控減速頂頂群；[s6-12]若溜出該可控減速頂頂群；輸出制動可控減速頂總數、緩解可控減速頂總數及對應的出口速度；[s6-13]該可控減速頂頂段計算結束；[s6-4]若沒有溜出可控減速頂頂群；[s6-5]判斷V1是否大於該組可控減速頂制動的臨界速度；[s6-9]如果小於臨界速度；則總緩解頂數加1；[s6-10]單頂緩解後計算V2；[s6-11]修正V1等於V2，返回到[s6-3]重新計算。
圖7是本發明的系統中速度控制模塊處理流程方框圖。如附圖7所示，各個步驟的工作過程如下[s7-1]控制系統進路模塊工作；[s7-2]溜放鉤車進入可控減速頂；[s7-3]從進路系統中獲得信息，依據測長及鉤車量數信息確定該鉤車應停留位置；[s7-4]加入鉤車重量、溜入股道平、縱斷面信息確定初步可控減速頂制動數量；[s7-5]依據溫度係數修正可控減速頂制動數量；[s7-6]依據鉤車文件加入鉤車溜經股道信息，確定該鉤車需要制動的可控減速頂總數Zmax；[s7-7]檢查當前可控減速頂頂群後的總數量Zx；[s7-8]確定Zx是否大於Zmax；[s7-12]若Zx大於Zmax該可控減速頂頂群全部制動； 同時向進路模塊發出控制信息；[s7-16]返回[s7-1]繼續溜放控制直到鉤車與停留車連掛。
若Zx小於Zmax確定需要該可控減速頂頂群制動數量ZZd；[s7-10]輸入本段可控減速頂可以制動的總頂數ZbZ；[s7-11]ZZd與ZbZ兩者比較；[s7-12]若ZZd大於ZbZ該可控減速頂頂群全部制動；[s7-15]同時向進路模塊發出控制信息；[s7-16]返回[s7-1]繼續溜放控制直到鉤車與停留車連掛；[s7-13]若ZZd小於ZbZ該可控減速頂頂群控制選用放頭攔尾處理；[s7-14]確定控制時機進行控制；[s7-15]同時向進路模塊發控制信息；[s7-16]返回[s7-1]繼續溜放控制直到鉤車與停留車連掛。
為了說明和描述的目的，本發明優選實施例的上述的描述不是詳盡的或者限制本發明為揭露的精確的形式。本領域的技術人員可以按照上面的教導進行許多修改和變化。本發明的技術方案的範圍不是由這個詳細的描述限定，而是由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行鐵路駝峰自動調速的控制系統，所述的系統包括室外設備和室內設備，所述的室外設備包括溜放部分和調車場部分，所述的溜放部分包括測重系統、可控頂調速設備；所述的調車場部分包括軌道電路測速、可控頂調速設備、股道測長設備；所述的室內設備包括雙機熱備的控制主機與下層工作站共同構成兩套微機控制系統，所述兩套微機控制系統均包括速度控制模塊與進路控制模塊，用於根據溜放車輛的重量、推峰速度和駝峰平縱斷面及相關的溜放條件，計算和控制車輛的入口速度、溜行速度和車輛的出口速度，該系統控制由室外設備和室內設備構成對溜放鉤車的自動控制；調車場彩色圖形工作站，用於鉤車溜放過程的實時顯示；列印報警信息，維護工作站用於溜放過程及系統報警信息的保存、檢索、查尋，也用於系統設備的狀態檢測及故障查尋；繼電器組合設備是系統室內與室外設備的結合部分，是控制機構的執行環節，設有進路自動集中及可控減速頂執行繼電器，用於速度和進路控制命令的執行；相關電源屏及系統用不間斷電源，用於控制設備的正常供電及電源切換的連續供電。
2.一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的控制方法，在由室外設備和室內設備構成的一種利用進路與速度信息控制可控減速頂進行駝峰自動調速的控制方法包括根據能高線原理布置可控減速頂；接收並處理駝峰溜放進路車輛測重、軌道電路測速、股道測長和駝峰平、縱斷面信息以及速度控制相關的鉤車參數；根據上述信息及提供的溜放條件，計算並確定每一段的進入可控減速頂頂群的入口速度和溜出可控減速頂頂群的出口速度；根據上述入口和出口速度控制相關參數，確定該股道溜行徑路中的可控制可控減速頂數量；結合股道測長和鉤車輛數確定溜放鉤車與股道上停留車的連掛地點、綜合鉤車重量和股道平、縱斷面特徵，計算確定該溜放鉤車在其溜行徑路上需實際制動的可控減速頂數，同時考慮溫度影響作用，根據進入當前可控減速頂群的布置頂數和鉤車入口速度，確定該鉤車在該頂段上的制動數量，與鉤車輛數相配合，通過計算最終確定鉤車在該段頂群上的制動或緩解時機，以達到所要求的制動效果。
3.根據權利要求2的方法，所述的能高線原理布置可控減速頂的布置原則是(1)駝峰溜放部分每級不同道岔上，根據分路道岔型號不同確定其最大布置頂數量；(2)分路道岔保護區段短軌的軌道電路上，原則上不能布置減速頂；(3)按計算得到的進入頂群的速度判斷，若易行車易行條件溜放到該可控減速頂區段時，布置的可控減速頂為阻力功時，則該可控減速頂可以不設。
4.根據權利要求3的方法，所述的計算並確定溜放鉤車通過每一可控減速頂頂段的入口速度、出口速度的關係為對於一布頂區段來說，其入出口速度滿足下式 式中V出-車輛出清頂段的計算出口速度(單位m/s)V入-車輛進入頂段的入口速度(單位m/s)g′-車輛重力加速度(單位m/s2)i-頂段所在的坡度(單位‰)w-車輛運行的總阻力(單位N/KN)l-頂段長度(單位m)N-頂段布置頂數(單位臺)R-頂的制動/阻力功，其值取決於車輛進入頂段的入口速度Q-車輛重量(單位KN)其中，根據計算車輛的重量、軌道電路測得的入口速度V入和平、縱斷面的溜放條件，計算確定每一頂段的入口速度，每隔小於布頂間距的一定步長計算車輛溜行出口速度V出，並依減速頂的動作累計不同工作狀態的頂數，直至頂群出口，便可得出車輛經過該段頂群時的實際出口速度和頂群的工作狀態，如果車輛進入頂群的入口速度低於減速頂的臨界速度，則先假定該段頂群為阻力功的全緩解狀態計算車輛的出口速度，如果其計算出口速度仍低於臨界速度，則可確定該段頂群在車輛經過時為全緩解狀態，其實際出口速度為計算出口速度；如果計算出口速度高於臨界速度，根據循環迭代法，便可得出該頂段制動和緩解的頂數以及其實際的出口速度。
全文摘要
本發明公開了一種利用鉤車進路與速度溜放信息，控制可控減速頂進行駝峰自動調速的控制系統和方法。該系統包括測重系統、股道測長設備、可控頂調速設備、軌道電路測速，控制主機採用雙機熱備方式，兩臺主機均包括速度控制模塊與進路控制模塊，主機與下層工作站間通過網絡(CAN)聯繫；維護用的調車場彩色圖形工作站，用於鉤車溜放過程的實時顯示；印表機可列印報警信息，繼電組合僅限於接口電路，由以上室內、外設備組成駝峰進路控制與速度控制合二為一的可控頂自動控制系統。由於速度與進路控制共用一套主機系統，將速度與進路控制置於同一控制級別，在保證作業安全，節省維修成本，減輕維修工作量等方面都有顯著成效。
文檔編號B61K7/00GK1425581SQ0215537
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月11日 優先權日2002年12月11日
發明者耿穎, 丁昆, 張開治 申請人:北京全路通信信號研究設計院