动车组自动门控制系统的研究_(1)
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和谐号动车组门系统的分析与研究摘要:和谐号动车组通过引进国外高速动车组,经过消化、吸收、再创新,推进了我国铁路动车组的现代化。
文章针对CRH3平台系列动车组的门系统中常见部件进行说明,选取生产过程中的常见故障为例,主要分析相关故障产生的工作原理,结合相关运用维修标准及现场需求,可为门系统故障处理提供参考。
关键词:动车组;原理;故障处理;0 引言动车组集当今世界高新技术于一身,可以实现动力车和拖车灵活编组,极大提高运营效率。
近十年来,随着我国高铁事业的高速发展,从2012年至2021年全国铁路营业里程已超过4万公里,已覆盖全国百分之94.9的50万人口以上的城市。
门系统作为动车组安全稳定运行的关键之一,全路对于门相关故障问题高度重视,避免因漏检漏修造成危机行车安全的严重后果。
1 门系统的组成门系统主要包括客室侧门和内门。
客室侧门主要使用塞拉门,塞拉门具有塞和拉两种功能,即锁闭时,门可由车内或车外塞入卡槽中,使之密封、锁闭;开启时,沿轨道移动一定行程后,滑出车体内侧或外侧。
内门分为台门,外端门,机械师室门,厕所门和司机室门,其中通过台与客室之间的隔断门为台门,动车组端部的风挡门为外端门。
台门均为自动控制,外端门除头车、商务车和餐车的一侧端外,均为手动控制。
1.1塞拉门的结构组成塞拉门主要由门框,门扇,驱动机构,DCU,设备架,控制面板构成。
门框常采用整体式,由铝质型材和铸铝型材焊接而成。
整体式的设计便于安装,调试,可以高度适配动车组车体;门扇采用内部发泡隔热材料,提供更好的隔热隔音效果,同时为保证车门的气密性,采用双层密封;驱动机构采用直流电机驱动,电机可以精准控制动作时间,通过电机的转速可以调整动作速率;DCU由输入电路,电机控制部分和可编程逻辑板路构成,主要接收主控单元通过MVB或CAN发出的控制信号和命令,从而控制电机两端电压正负极性实现正反转动作。
1.2内门的结构组成台门是连接客室与车端过道的隔断门,外端门是车端过道的风挡门,两者皆由门扇,地面导轨和顶部机构组成。
城市轨道车辆自动门控制系统研究城市轨道车辆自动门控制系统研究随着城市轨道交通的快速发展和普及,人们对于乘坐轨道车辆的便利性和安全性要求也越来越高。
自动门控制系统作为城市轨道车辆的重要组成部分,对于保障乘客乘坐过程中的安全和顺畅具有重要意义。
本文将从自动门控制系统的设计、构成以及工作原理等方面进行研究。
一、自动门控制系统的设计城市轨道车辆自动门控制系统的设计要考虑到乘客的舒适感和安全性,主要包括以下几个方面:1. 门的开闭速度:考虑到乘客上下车的时间以及列车的运行速度,门的开闭速度要根据具体情况来确定,既要满足乘客的需要,又要保证行车安全。
2. 门的感应机制:自动门应当具备感应乘客、检测障碍物的功能,以确保乘客的安全。
常见的感应机制有红外线感应、压力感应等。
3. 门的控制方式:门的开闭可以通过按钮、传感器或者车辆控制中心远程控制等方式实现。
不同的门控制方式会对系统的可靠性和安全性产生影响,因此需要根据实际情况选择合适的控制方式。
二、自动门控制系统的构成城市轨道车辆自动门控制系统主要由以下几个部分组成:1. 门控制器:门控制器是整个系统的核心,通过控制门的开闭、感应等功能,以及维持门运行的安全和顺畅。
2. 门电机:门电机是门的开闭的驱动力,通常采用直流电机或者步进电机,通过门控制器的指令实现门的运动。
3. 传感器:传感器用于监测乘客、障碍物以及环境温度等,以便控制器做出相应的决策。
4. 门锁系统:门锁系统用于保证车辆运行中门的安全性,避免不必要的事故发生。
5. 控制按钮:为了方便乘客开闭车门,车辆内外都应设有控制按钮。
三、自动门控制系统的工作过程城市轨道车辆自动门控制系统的工作过程主要包括以下几个步骤:1. 乘客靠近车门:当乘客靠近车门时,传感器会感应到,通过传感器的信号,门控制器将接收到开门信号。
2. 开门操作:门控制器接收到开门信号后,会向门电机发送开门指令,门电机开始工作,门自动打开。
3. 乘客上下车:门打开后,乘客可以进入或离开车厢。
动车车辆制动系统的阀门控制优化研究近年来,随着交通运输业的飞速发展,动车车辆制动系统的性能优化成为了一个备受关注的研究领域。
动车车辆制动系统的阀门控制是其中的重要环节之一。
本文将对动车车辆制动系统的阀门控制进行深入研究,以提高动车车辆制动系统的性能和安全性。
一、动车车辆制动系统概述动车车辆制动系统是指动车车辆在运行过程中实现制动的设备和控制系统。
该系统主要由制动阀、制动器、压力传感器和控制器等组成。
其中,制动阀负责对制动器进行气压控制,从而实现制动操作。
阀门控制的优化,可以有效提高动车车辆制动系统的响应速度、制动效果和稳定性。
二、动车车辆制动系统的现状与问题目前,动车车辆制动系统在设计和实际应用中存在一些问题。
首先,由于阀门设计不合理或制造工艺的限制,阀门的响应速度可能不够快,导致制动的延迟。
其次,阀门在工作中可能存在漏气问题,导致制动效果不佳或制动力不稳定。
此外,阀门的功耗较大,可能会引起能源浪费和系统发热等问题。
三、动车车辆制动系统阀门控制优化的方法为了解决上述问题,提高动车车辆制动系统的性能和安全性,研究人员提出了一些阀门控制的优化方法。
1. 阀门优化设计通过改进阀门的结构设计和选择合适的材料,可以提高阀门的响应速度和密封性能。
例如,采用轻量化材料制造阀门,可以减小阀门的质量和惯性,提高阀门的响应速度。
同时,优化阀门的密封结构和密封材料,可以减少阀门的泄漏和漏气问题。
2. 控制算法优化动车车辆制动系统的阀门控制采用了一系列算法来实现制动操作。
通过优化控制算法的设计,可以提高阀门控制的精度和稳定性。
例如,采用数据驱动的控制算法,可以根据实时的压力和速度信息来调整阀门的控制参数,从而更准确地实现制动操作。
3. 传感器技术改进动车车辆制动系统的阀门控制依赖于传感器来实时监测系统的状态。
因此,改进传感器的技术性能可以提高阀门控制的准确性和灵敏度。
例如,采用更高分辨率和更快响应的压力传感器,可以提高阀门控制的精度和响应速度。
动车组自动控制系统发展现状及改进分析动车组自动控制系统是指动车组列车上的自动化控制系统,它能够实现列车的自动化驾驶、速度控制、安全监测等功能。
随着科技的发展和铁路运输的需求,动车组自动控制系统也在不断发展和改进。
本文将从发展现状和改进方面进行分析,探讨动车组自动控制系统的发展趋势以及未来的发展方向。
一、动车组自动控制系统的发展现状1. 技术水平动车组自动控制系统的发展水平主要表现在技术方面,包括自动驾驶、速度控制、安全监测等技术的成熟度和稳定性。
目前,我国动车组自动控制系统的技术水平已经较为成熟,能够实现列车在高速行驶中的自动驾驶和速度控制,并且能够对列车进行实时的安全监测和故障诊断。
2. 安全性能动车组自动控制系统的安全性能是其发展的重要指标之一。
目前,我国动车组自动控制系统的安全性能已经得到了较好的保障,系统能够对列车进行全面的安全监测和控制,能够及时提醒和干预列车的异常情况,确保列车在运行过程中的安全性。
二、动车组自动控制系统的改进方向1. 提高驾驶精度目前,动车组自动控制系统在驾驶精度方面还有待改进。
未来的动车组自动控制系统可以通过引入更加先进的感知技术和控制算法,提高列车的自动驾驶精度,进一步提升列车的整体运行效率和安全性能。
2. 强化安全监测动车组自动控制系统在安全监测方面应该进一步加强,通过引入更加先进的传感器和监测设备,实现对列车各项运行参数的实时监测和分析,及时发现问题并进行干预,最大限度地提高列车的安全性能。
3. 提升运行效率未来的动车组自动控制系统还应该注重提升列车的运行效率,通过优化控制算法和调整列车运行策略,使列车能够以更高的速度、更少的能耗完成运行任务,为铁路运输提供更加快捷、高效的服务。
4. 强化自适应能力动车组自动控制系统应该进一步强化其自适应能力,能够根据列车的运行环境和条件自动调整控制策略,确保列车能够在各种复杂情况下都能够稳定、安全地运行。
5. 完善故障诊断未来的动车组自动控制系统还应该加强对列车故障的诊断能力,通过引入更加智能化的故障诊断技术,能够及时准确地判断列车故障的具体原因,并提供有效的解决方案,最大限度地提高列车的可靠性和运行效率。
动车组自动控制系统发展现状及改进分析随着高速铁路建设的不断推进,动车组自动控制系统的发展也越来越成熟。
目前,国内外主流的动车组自动控制系统多以欧洲列车控制系统(ETCS)为代表。
ETCS是一种采用数字信号和移动通信技术的列车自动控制系统,可以实现列车自动控制、列车间通信和地面信号机自动调整等功能,大大提高了列车的运行效率和安全性。
在国内,动车组自动控制系统的开发主要由中国铁路总公司所属的中车株洲电力机车研究所承担。
该研究所开发的动车组自动控制系统具有较高的技术水平和可靠性,已经广泛应用于中国境内的高速铁路运营中。
最近几年,动车组自动控制系统的改进工作也在不断进行中。
其中主要的改进方向包括以下几个方面:一、提高系统运行稳定性。
动车组自动控制系统的运行稳定性是保证铁路运营安全的重要因素之一。
为了提高运行稳定性,研究人员正在加强对系统的故障检测和排除能力,提高系统的自我修复能力,以减少系统的故障概率和故障影响范围。
二、提高系统运行效率。
动车组自动控制系统的运行效率对铁路运营的效率和功率消耗也有着直接的影响。
为了提高系统运行效率,研究人员正在探索新的运行控制方法和优化算法,以更好地应对铁路运营的需求。
三、实现列车自主决策。
动车组自动控制系统的发展趋势是实现列车自主决策,形成一种智能化的铁路运营模式。
为了实现这一目标,研究人员正在开发基于人工智能和机器学习的列车自主决策系统,以实现列车的自主判断和决策能力。
总之,动车组自动控制系统的发展正在不断推进,将会给铁路运营带来更高的安全性、效率性和智能化水平。
内燃动车组的自动化驾驶控制系统研究自动化驾驶技术近年来蓬勃发展,为交通运输行业带来革命性的变化。
其中,内燃动车组的自动化驾驶控制系统研究是一个备受关注的领域。
随着科技的不断进步,内燃动车组的自动化驾驶控制系统在提高交通运输效率、减少交通事故等方面具有巨大的潜力。
本文将以内燃动车组的自动化驾驶控制系统为基础,探讨其研究的现状和未来的发展趋势。
一、内燃动车组的自动化驾驶控制系统概述内燃动车组是指由内燃机驱动的列车车组,广泛应用于铁路交通运输中。
传统的内燃动车组由工作人员手动控制驾驶,存在一定的安全隐患和运营效率低下的问题。
为了解决这些问题,研究人员开始着手开发内燃动车组的自动化驾驶控制系统。
内燃动车组的自动化驾驶控制系统主要由感知、决策、执行三个模块组成。
感知模块通过传感器获取车辆周围的信息,如道路状况、其他车辆等。
决策模块根据感知到的信息和预设的目标,制定驾驶策略和路径规划。
执行模块负责实施决策模块的指令,控制车辆的加速、制动、转向等动作。
二、内燃动车组的自动化驾驶控制系统的研究现状目前,内燃动车组的自动化驾驶控制系统的研究主要集中在以下几个方面:1. 传感技术的应用:为了实现车辆对周围环境的感知,研究人员广泛使用各种传感器技术,如激光雷达、摄像头、毫米波雷达等。
这些传感器可以获取车辆周围的路况、障碍物等信息,为决策模块提供数据支持。
2. 决策算法的研究:决策算法是内燃动车组自动化驾驶控制系统的核心组成部分。
目前,研究人员主要采用深度学习、强化学习等人工智能技术,通过对大量的数据进行训练,使得系统能够具备较强的决策能力。
这些算法可以在实时处理车辆周围信息的同时,预测未来的交通状况,选择最佳的驾驶策略。
3. 执行控制技术的研究:内燃动车组在执行驾驶指令时需要精确控制车辆的加速、制动、转向等动作。
为了实现准确的执行控制,研究人员致力于开发高性能的执行控制技术,如电控系统、电动机控制等。
这些技术能够实现对车辆动力系统的精确控制,提高驾驶的安全性和稳定性。
动车组自动控制系统发展现状及改进分析
动车组自动控制系统是现代高速铁路列车上的重要设备之一,它能够对整个列车的运
行进行自动控制,并确保列车在运行过程中的安全、准时和舒适。
目前,动车组自动控制
系统的发展已经取得了不少的进步,但仍有一些问题需要改进。
一方面,在动车组自动控制系统的发展过程中,通过引入先进的计算机和传感器技术,以及实时数据处理和传输技术,实现了列车运行的自动化和数字化。
这样一来,列车驾驶
员的工作负担大为减轻,乘客的出行体验也大大提升。
而且,自动控制系统还能够通过实
时监测列车的运行状态,对列车进行实时调度和管理,从而提高列车的使用效率和整体运
行效果。
动车组自动控制系统在发展过程中还存在一些问题。
由于系统的复杂性,系统的可靠
性和稳定性较低,容易出现故障。
目前的自动控制系统在应对突发事件和异常状况方面仍
有不足,对于列车运行中的紧急情况无法及时做出响应和处理。
自动控制系统的集成度不高,不同部件之间的协调和配合有待提升。
针对这些问题,我们可以采取一系列的改进措施。
需要加强对动车组自动控制系统的
研发和维护,提高系统的可靠性和稳定性。
在系统中引入人工智能和机器学习等先进技术,提高系统的智能化水平,使之能够自动学习和更新,从而更好地应对突发事件和异常状况。
还需要加强不同部件之间的集成,实现系统的高度协调和配合。
还可以通过加强对系统的监控和维护,及时发现问题并进行处理,从而保证系统的长
期稳定性。
还可以通过加强对驾驶员的培训和技术支持,提高其对系统操作的熟练程度和
问题处理能力。
动车组自动控制系统发展现状及改进分析
一、发展历程
进入21世纪后,随着中国高速铁路的不断扩张,动车组自动控制系统也得到了快速发展。
目前,我国的高速动车组自动控制系统细分为多个不同的部分:列车驾驶员辅助系统、列车无线联控系统、列车控制计算机系统、列车转向控制系统、列车空调系统等等。
二、存在的问题及改进方向
尽管动车组自动控制系统在发展过程中取得了显著的成就,但仍面临一些问题和挑战。
因此,我们需要进一步改进和完善它。
1、自动驾驶技术不断升级
目前,以无人驾驶技术为核心的自动驾驶技术正在迅速发展。
它可以大大提高动车组
的运营效率,减少事故的发生。
因此,在未来的发展中,动车组自动控制系统需要更好地
融入无人驾驶技术,实现高度的自动驾驶。
2、提升系统的稳定性和安全性
动车组自动控制系统在高速运行时,必须保证稳定性和安全性。
目前,对系统故障的
抗干扰能力和自检测能力尚需进一步提升,以确保整个系统的可靠性和安全性。
此外,还
需要加强交互性,便于调试和维修。
3、整合智能化应用
随着智能化应用技术的普及,动车组自动控制系统也需要整合该技术,从而实现更为
便捷、高效的运行。
例如,可以将系统与移动支付、电子票务、行李寄存等智能化应用进
行深度整合,使旅客出行更为便利。
4、加强数据管理和安全保护
动车组自动控制系统需要具备完善的数据管理和安全保护措施。
必须对所有数据进行
合理的存储和备份,以防数据丢失或泄露。
同时,还需对数据进行加密和授权管理,提高
系统的安全保护能力。
CRH2型动车组车门控制动车组车门控制包括司机室门、外部侧拉门、内部端拉门和残疾人用厕所自动门的控制。
司机室门只设在端车上,外部侧拉门及内部端拉门设置在各个车辆上,残疾人用厕所自动门设置在7号车上。
除司机室门采用手动操作车门的开关外,其他门是电控气动的,通过电磁阀门自动开关,在没有电时可手动实现门的开关。
侧门开关时,上下车门语音控制装置会发出相应的提示广播。
门控制电路的配置如表9.4所示。
表9.4门控制电路的设备构成9.7.1侧拉门控制(1)关门控制关门指令由乘务员发出,关门指令通过控制线使一位侧/二位侧的门控电磁阀的关门指令继电器得电动作。
关门指令继电器动作后,一位侧/二位侧的门控电磁阀继电器失电,相应的触点断开,对应的门控电磁阀失电,门被关上。
在关门状态下速度达到30km/h以上时,压紧电磁阀被励磁,按压气缸把门压紧保持气密。
车门关闭后,关门检测的开关闭合,关门连动辅助继电器得电动作,断开车侧灯亮灯条件触点,车侧灯熄灭。
同时门的关闭及压紧与否状态输入到相应车厢的终端装置内,并在各信息显示器上显示出来。
(2)开门控制开门指令也来自乘务员,开门指令通过控制线使一位侧/二位侧的门控电磁阀的开门指令继电器得电动作。
开门指令继电器动作后,一位侧/二位侧的门控电磁阀继电器得电动作,关门压紧检测继电器失电。
当速度在30km/h以下时,压紧电磁阀变为失电,油压被释放,通过内部装有的弹簧、按压气缸得到松缓。
由于压紧装置的油压降低,压力开关的接点被连接。
只有速度低于5km/h时,对应的开门安全继电器动作,接通门控电磁阀,门控电磁阀动作,完成开门动作。
车门打开后,关门检测开关断开,关门连动辅助继电器失电,闭合车侧灯亮灯条件触点,车侧灯点亮。
同时门的打开与否状态输入到相应车厢的终端装置内,并在各信息显示器上显示出来。
9.7.2内部门控制当乘客走近内部端拉门时,设在客室和通过台两侧的感应开关动作,把信号输入自动门开关装置后,内部端拉门进行自动开和关的动作。
CR400BF动车组车门控制原理研究摘要CR400BF动车组为动力分散型动车组,在各车厢设置有车门用于乘客上下。
车门采用电动电空单开塞拉门,可以通过MVB总线、以太网总线通信,并且接收硬线信号用于开、关门等,并且设计有专用的车门保护电路,具备完善的保护机制。
关键词:动车组车门典型故障控制原理动车组在各车厢布置有数量不等的车门,用于旅客登乘列车。
动车组车门具有集控开关门、本地开关门、故障自诊断、障碍物检测和牵引连锁等功能。
并且在两端司机室均设置有集控开、关门电路和门关闭安全环路。
一、车门功能门控器通过MVB网络与本单元中央控制单元通信,车辆向门控器发送包括开门信号、关门信号、门释放信号、车速小于5km/h信号、车速大于10km/h信号、MVB生命信号、系统时间等,门控器向车辆发送车门状态:门锁闭到位、门打开、门被隔离、紧急解锁装置激活、门未完全关锁到位、门释放、MVB生命信号、软件版本号等,以及门控器诊断的故障信息,包括辅助锁故障、门位置传感器故障、门地址编码故障等。
同时门控器接收来自车辆的硬线信号,包括开门信号、关门信号、门释放信号、车速小于5km/h信号、车速大于10km/h信号。
门控器通过插头的编码识别自身所在车厢和位置。
二、车门操作司机室设置有开门按钮、关门按钮、释放按钮,操作后对应继电器吸合,同时向贯穿全列的信号线供电,各车厢继电器接收该信号,并将信号传递给本车门控器,门控器收到信号后执行对应动作。
从司机室操作释放车门按钮,然后操作打开车门按钮,可以执行开门动作,同时需要满足以下所有条件车门才会打开、否则不会开门。
包括:车门没有操作机械隔离、隔离锁开关信号不为低电平、紧急解锁开关信号不为高电平、紧急解锁请求开关信号不为高电平、内部安全继电器得电、车速<5Km/h列车线为高电平、车速>10km/h 列车线为低电平、门释放信号为有效。
当门控器执行开门动作时按以下步骤进行:蜂鸣器激活鸣响;控制指令使得“辅助锁闭锁电磁阀”断电,“主锁解锁电磁阀”通电,进而使辅助锁和主锁解除锁闭状态;电机驱动车门沿轨道打开车门;当门到达开到位位置时,驱动电机停止。
第2章 自动门控制系统构成及控制原理 不同控制系统的结构组成和控制原理是不同的,本章从动车组自动门控制系统功能性的角度出发,介绍控制系统的构成和控制策略,为系统的整体设计做好准备。
2.1系统构成系统主要由电源单元、控制单元和驱动单元组成,总体结构如图2.1所示。
图2.1 系统框图2.1.1动车组电源制式及自动门控制系统的电源结构各种型号动车组电源系统的制式非常复杂,其辅助电源是沿袭机车牵引客车的辅助电源设计的,25KV网压经动车组主变压器降压,通过二次侧辅助绕组输出790V交流电压,再经整流器整流得到600V直流电压,然后分四路输出[12]。
1. 110V直流电压。
由600V直流电压经直-交-直变流器变换后得到,供动车组控制电路用。
2. 380V/50Hz交流电压。
由600V直流电压经逆变器变换后得到,供各辅助电机用。
3. 220V/50Hz交流电压。
由380V/50Hz交流电压经变压器降压后得到,供单相电源用。
4. 24V直流电压。
动车组制动时由110V直流电压通过充电机为24V蓄电池充电后得到,用于自动门控制系统及其它24V电器供电。
动车运行时由110V直流电压通过动车组内部的变流器变换后得到,用于自动门控制系统及其它24V 电器供电。
动车组电源制式结构如图2.2所示。
图2.2 动车组电源制式结构动车组电源母线网压在19KV~29KV之间波动,而且车内有大量的牵引变压器,变流器、逆变器,电机等开关式功率器件和感性负载,使车内电磁环境异常复杂。
因此自动门控制系统必须对车内24V电压进行处理,以得到不同电压等级的稳定的直流电压,为自动门控制系统各功能模块供电。
动车组自动门控制系统所需要的直流电源是小功率电源,用到的电源有:1. 电桥电源。
由车内24V电源滤波后提供,允许波动范围为16.8~30V。
2. 光耦、控制面板的电源。
由门控器内DC/DC变换器产生的24V提供。
3. 数字信号控制器(DSC)及其他数字逻辑电路的电源。
由门控器内DC/DC 变换器产生的5V提供。
4. 数字信号控制器(DSC)内部AD转换器的基准电压。
由基准电压芯片产生的4.096V提供。
5. 电机驱动电路相关的逻辑电路和光电器件的电源。
由开关稳压模块产生的5V提供。
由以上分析可知,自动门控制系统的电源结构非常复杂,这些不同制式电压的稳定性和可靠性是整个控制系统正常工作的重要保证。
2.1.2控制单元组成对于应用在动车组的自动门控制系统的设计,国外通常是用可编程控制器和单片机作为系统的微处理器。
本文采用Microchip公司的数字信号控制器dsPIC30F5015作为控制核心,实现自动门系统的数字化控制。
系统控制单元主要由数字信号控制器(DSC)dsPIC30F5015及外围电路、隔离电路、行程限位检测电路、自动门防挤压电路以及转速与位置检测电路构成。
数字信号控制器dsPIC30F5015是系统的控制核心,通过检测控制按钮,限位开关、电源电压、负载电流、门运行速度和位置等信号,结合自动门当前的运动状态,产生对自动门各种运行方式的控制信号,同时利用本地显示电路显示当前控制系统工作模式或者故障信息。
隔离电路的作用是在自动门运行的过程中,出现特殊情况时,通过隔离电路可将功率驱动电路输入电压浮置,使电机脱离控制系统,自动门可以自由滑动。
自动门在运动的过程中,通过行程限位检测电路可以实现对自动门运行过程中一些固定位置的检测。
动车组的传动机构上设置了四个限位开关:分别是开门限位开关、关门限位开关、开门锁定限位开关、关门锁定限位开关。
开门限位开关,用于检测自动门是否处于打开位置,开门限位开关有一对常开触点和一对常闭触点,它们机械连接但电气分离:一对触点用于向列车安全回路传送信号;另一对触点向DSC发送“门开到位”信号,当某一对触点出现故障时,DSC收不到“门开到位”信息,系统将显示“车门故障”信息。
关门限位开关的作用与开门限位开关相同,只是检测“门关到位”的状态。
开门锁定限位开关用于检测车门处于开到最大并锁好位置,开门锁定限位开关具有与开门限位开关相同的特性,也是由一对常开触点和一对常闭触点组成。
当其被激活后,向控制系统发送车门已锁信号,同时向列车安全回路传送信号。
关门锁定限位开关与开门锁定限位开关作用相同,只是检测门是否关闭且锁好。
动车组自动门控制系统在工作的过程中必须保证乘客的安全。
在关门的过程中如果门道上存在障碍物或者有乘客通过时,不能强行关门,当达到一定挤压力时,系统必须控制电机反转将门重新打开,以防止将人夹伤或将物品夹坏,该功能称之为防挤压功能。
生产生活中自动门被应用在各种各样的场合,由于自动门具有智能化的特点,所以不论何种结构,何种控制方式的自动门一般都具有防挤压的功能,由于各种自动门应用场合的不同,其防挤压功能的实现方法也各有不同。
从障碍物检测的角度讲,主要有非接触式和接触式两种方式。
1. 非接触式,主要通过安装红外传感器的方式实现防挤压的功能,比如说一些电梯就是通过这类方法实现其防挤压功能的。
2. 接触式,主要是通过压力传感器或者气囊检测压力,还有就是通过霍尔传感器检测电流的方式来实现防挤压的功能,比如目前轻轨和地铁很多都是采用气囊检测突变压力的方式实现其防挤压功能的。
由于动车组自动门的特殊结构,不允许在门体上安装任何类型的传感器,否则将破坏自动门的整体结构,不能保证门在闭合时高度的气密性。
所以在动车组自动门防挤压功能的实现过程中,没有采用传感器,而是通过采样电机电枢电流的方式来实现防挤压功能的。
因为自动门在关门过程中如果遇到障碍物时,电机的负载转矩必然增大,电机电流也相应的增大,当电机电流超过系统设定值时,数字信号控制器将发出控制信号,实现自动门防挤压的功能。
自动门在运动的过程中,开、关门的速度是不同的,而且在门刚开启时和即将关闭时,门速是有缓冲的,这就需要精确的检测自动门在任意时刻的位置,使门速在加速点和减速点处改变。
另外,门运行在全行程的15%~85%这一阶段时,要求速度恒定,不能随路况环境的改变而改变(不同的路况环境下工作电压会有不同程度的波动,车体也会有不同程度的倾斜,环境的温度、湿度等也是不同的),这就需要精确的检测电动机在任意时刻的转速进行反馈控制,所以转速和位置检测电路对系统能否正常工作起着至关重要的作用。
系统运行时,检测电路精确的检测这些物理量,然后将检测结果转换成数字量,反馈给数字信号控制器。
数字信号控制器对这些数据进行处理,处理的结果作为控制量对电动机进行反馈控制,从而构成闭环控制系统。
实现转速和位置测量的传感器很多,常用的有直流测速发电机和增量式光电编码器。
直流测速发电机是一种模拟测速装置,能够输出和电动机转速成比例的电信号,应用时必须经过A/D转换器转换成数字量才能和数字信号控制器接口,增量式光电编码器是一种数字传感器,它和数字信号控制器的接口电路简单。
另外增量式光电编码器是光学编码器,受电源和电子噪声的干扰小,而且体积小,安装方便,相对与直流测速发电机更适应于动车组的运行环境。
2.1.3驱动单元组成动车组自动门的驱动单元包括驱动电机和功率驱动电路。
车门的驱动要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性的特点。
在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的启动、制动和调速特性以及优异的动态性能,而且效率高,所以直到目前为止,在测控领域中直流电机仍然是大多数电机调速系统的最优选择。
随着永磁材料的发展,利用稀土材料制作的永磁式直流电动机其性能超过了电磁式直流电动机,目前已经被广泛的使用于机床进给驱动、工业机器人、计算机外围设备以及高精度伺服系统中。
这种直流电动机体积小,结构简单,具有效率高、带载能力强、机械特性硬、控制性能好、性能稳定、抗冲击等优点,非常适合动车组自动门控制系统的要求,所以本文选择了德国dunkermotoren公司的永磁直流电机GR63X55作为驱动设备。
从数字信号控制器内输出的PWM信号是TTL电平信号,不能直接驱动直流电机,必须通过半导体功率驱动电路对其进行功率变换后才能够驱动电机。
近年来随着新型半导体功率元器件的不断涌现和应用,直流电机的驱动方式发生了很大的变化,利用这些有自关断能力的器件,取消了原来普通晶闸管系统所必需的换相电路,简化了电路结构,提高了效率,降低了噪声,也缩小了电力电子装置的体积和重量,所以对于谐波成分大、功率因数差的相控变流器将逐步被斩波器或脉冲宽度调制(PWM)变流器所代替。
目前使用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(PWM)控制已成为一种常用的调速方式,所以在动车组自动门控制系统的设计中,采用了N-MOSFET管构成的电桥电路来驱动自动门。
2.2系统控制原理动车组自动门控制系统的功能可以这样概括:当乘客按下开门按键时,自动门快速打开,然后保持开门状态(保持时间由程序设定),开门保持状态结束后,自动门慢速关闭,如果在关门过程中遇到障碍物时,系统将控制自动门重新快速打开,然后保持开门状态,当开门保持状态结束后,自动门将重新慢速关闭。
从这个工作过程可以看出系统主要是围绕电机进行控制的。
2.2.1 电机PWM 调速原理直流电机的转速特性为:U IR n K −=Φ(2.1) 式中:U 为电枢电压,I 为电枢电流,R 为电枢回路总电阻,K 为电机结构参数,Φ为电机每极磁通量。
由式(2.1)可知,电机转速控制有三种方法:1. 改变电枢电压调速。
磁通和电枢回路总电阻不变,改变电动机的电枢电压U ,可以实现额定转速以下大范围平滑调速,机械特性硬,调压调速是目前直流调速系统采用的主要调速方案。
2. 弱磁调速。
保持电枢电压和回路总电阻不变,改变励磁磁通时,可以达到调速的目的,但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制,调速范围小,一般不能超过2倍,否则特性变得很差。
另外,由于励磁线圈电感较大,动态响应差,所以这种方法实际中应用较少。
3. 改变串接于电枢回路中的附加电阻。
对于普通驱动系统的电动机,可在电枢回路串接电阻来实现调速,该方法理想空载转速不变,特性曲线斜率增加,以至于电枢电阻越大,特性越软,而且调速过程中能量损耗特别大。
所以这种方法实际应用中也是较少采用的。
通过以上分析比较,调压调速是最合适的。
为了获得可调的直流电压,利用功率开关元件的可控性和脉宽调制技术,将恒定直流电压,转换成幅值不变、频率不变,脉冲宽度可调的高频矩形波,给直流电机的电枢回路供电,构成PWM 调速系统,通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压,达到电机调速的目的[14~16]。
PWM 调速原理如图2.3所示。
图2.3 PWM 调速原理开关管V1加PWM 调制信号后,当t 在区间(0,t1)时,V1饱和导通,此时由于电源电压Us 大于电机的反电势E ,电流按指数规律上升,电机将电能转化为机械能,随着电流的增加,电枢电感储能()增加。