列车控制系统、列车控制管理系统及列车的制作方法

1.本技术涉及电气技术领域，尤其涉及一种列车控制系统、列车控制管理系统及列车。


背景技术：

2.目前有轨列车，例如地铁、火车和高铁等轨道列车，多采用电能作为动力源。列车的整个电力系统中，设置一个电压变换器，用于将直流高压电转换为24v左右的低压直流电，该低压直流电充给蓄电池，以使蓄电池能够为列车提供电能，该电压变换器作为电力系统的重要部件，当其发生故障时，会导致列车供电出现问题，严重影响列车的安全。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种列车控制系统、列车控制管理系统及列车，其中，在每一节车厢设供电单元，每一个供电单元设一个电压转换器，其中部分电压转换器故障时，利用邻近供电单元的电压转换器进行扩展供电，以使列车供电稳定且安全，避免了电压变换器故障的情况下，列车供电出现问题。
4.本技术第一方面提供一种列车控制系统，所述列车控制系统包括中央控制单元ccu和n个供电单元；n为大于等于2的整数；所述n个供电单元中每一个供电单元均包括直流电压转换器dc-dc、远端输入输出模块riom和常开继电器；所述ccu和每一个供电单元的riom连接；每一个供电单元中，所述riom分别与所述dc-dc和所述常开继电器连接；所述n个供电单元对应的n个常开继电器串联，所述n个供电单元对应的n个riom串联；所述n个供电单元至少包括相邻设置的第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元包括第一dc-dc、第一riom和第一常开继电器；所述第二供电单元包括第二dc-dc、第二riom和第二常开继电器；所述第一riom接收来自所述第一dc-dc的信号后，将所述信号发送至所述ccu；所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，向所述第一riom，以及向所述第二riom发送控制指令；所述第一riom和所述第二riom接收到所述控制指令后，分别将所述控制指令发送至所述第一常开继电器和所述第二常开继电器，所述第一常开继电器和所述第二常开继电器接收到所述控制指令后闭合。
5.如上所述的列车控制系统，其中，所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，向所述第一riom，以及向所述第二riom发送控制指令，包括：所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，若所述故障信号的持续时间超过设定时间段，则向所述riom，以及向相邻的riom发送控制指令。
6.如上所述的列车控制系统，其中，所述设定时间段为8秒至15秒之间。
7.如上所述的列车控制系统，其中，所述ccu还用于在接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下之后，以及在向所述第一riom，以及向所述第二riom发送控制指令之前，确认所述故障信号的数量，在所述故障信号的数量大于或等于n/2的情况下，控制所述供电单元停止供电。
8.如上所述的列车控制系统，其中，所述控制指令包括高电平或低电平。
9.如上所述的列车控制系统，其中，所述ccu和所述riom通过以太网进行通信；所述riom和所述dc-dc通过控制器局域网络can进行通信。
10.如上所述的列车控制系统，其中，还包括在所述第一常开继电器和所述第二常开继电器闭合后，若发生故障的所述第一dc-dc恢复正常，所述第一riom接收来自发生故障的所述第一dc-dc的信号，将所述信号发送至所述ccu；所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为正常信号的情况下，所述ccu向所述第一riom，以及向所述第二riom发送控制指令；所述第一riom和所述第二riom接收到所述控制指令后，分别将所述控制指令发送至所述第一常开继电器和所述第二常开继电器，所述第一常开继电器和所述第二常开继电器接收到所述控制指令后打开。
11.如上所述的列车控制系统，其中，所述故障信号包括所述dc-dc和所述ccu通信故障，或者所述dc-dc不启动故障。
12.如上所述的列车控制系统，其中，所述ccu包括可编程逻辑控制器plc。
13.本技术第二方面提供一种列车控制管理系统，包括高压供电模块和本技术第一方面任一项所述的列车控制系统，所述高压供电模块和每一个供电单元的dc-dc连接，每一个dc-dc用于将所述高压供电模块提供的直流高压电转换成直流低压电，所述直流低压电用于供蓄电池使用。
14.本技术第三方面提供一种列车，包括n个车厢和本技术第一方面任一项所述列车控制系统，所述n为大于等于2的整数；所述n个供电单元分别设于所述n个车厢中，所述ccu设于所述n个车厢中的头部车厢和/或尾部车厢。
15.本技术提供的列车控制系统，因此，本技术实施例提供的列车控制系统，为每一节车厢设供电单元，以使每一节车厢能够平稳用电。而在其中一节车厢的供电单元的dc-dc故障时，可以使得临近车厢的供电单元该发生供电故障的车厢进行扩展供电，以使发生供电故障的车厢能够正常用电。该种扩展供电的方式供电稳定，对继电器的伤害比较小，因此还可以延长各个继电器的寿命。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式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技术的一些实施方式，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，还可以如这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术实施例提供的列车控制系统的结构示意图；
18.图2是本技术实施例提供的列车控制系统的信号流向结构示意图；
19.图3是本技术实施例提供的列车的结构示意图；
20.图4是本技术实施例提供的列车控制管理系统的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
22.请参考图1，本技术实施例提供的列车控制系统200，所述列车控制系统200包括中央控制单元(central control unit，ccu)10和n个供电单元20；n为大于等于2的整数。图1中的示出的供电单元，从左至右依次为第一个供电单元、第二个供电单元，第n-1个供电单元和第n个供电单元。
23.每一个所述供电单元20包括直流电压转换器(direct current-direct current，dc-dc)21、远端输入输出模块(remote input-output module，riom)22和常开继电器23，所述ccu10和每一个供电单元20的riom22连接。每一个供电单元中，所述riom22分别和所述dc-dc21和所述常开继电器23连接；所述n个供电单元20对应的n个常开继电器23串联，所述n个供电单元20对应的n个riom22串联。所述ccu10包括可编程逻辑控制器plc。采用plc使用方便，编程比较简单，且功能强大，性价比比较高，适应性很好。
24.为了讲明信号走向，以所述n个供电单元至少包括相邻设置的第一供电单元和第二供电单元为例进行说明，所述第一供电单元包括第一dc-dc、第一riom和第一常开继电器；所述第二供电单元包括第二dc-dc、第二riom和第二常开继电器。第一常开继电器和第二常开继电器串联，第一riom和第二riom串联。
25.请参考图2，所述第一riom接收来自所述第一dc-dc的信号后，将所述信号发送至所述ccu10；将所述信号发送至所述ccu10；所述ccu10接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，所述ccu10向所述第一riom，以及向第二riom发送控制指令；所述第一riom和第二riom接收到所述控制指令后，分别将所述控制指令发送至所述第一常开继电器和第二常开继电器，所述第一常开继电器和第二常开继电器接收到所述控制指令后闭合。
26.也即，在其中一个供电单元的dc-dc发生故障后，与该dc-dc位于同一个供电单元的常开继电器闭合，还有和发生故障的dc-dc所在的供电单元相邻的供电单元，该相邻的供电单元的常开继电器也闭合，从而使得其中一个供电单元故障后，与该一个供电单元相邻的供电单元可以进行辅助供电。
27.采用该实施例提供的列车控制系统，具体应用时，将n个供电单元分别设置在n个车厢中。那么当其中一节车厢上的供电单元的dc-dc故障时，该节车厢供电异常，此时，邻近车厢可以对该产生故障的车厢进行辅助供电。由此，可以保证列车上某一个车厢的供电单元发生故障时，还能继续为该车厢进行供电，尤其是在列车行驶过程中，该种设置，不仅可以确保该节车厢正常用电，还可以确保该节车厢能够正常和驾驶室内的控制系统进行通信，以使驾驶室内的人员能够随时知晓该节车厢的设备情况，提高了列车的安全系数。
28.请参考图3，图3中示出的列车100，从左至右依次为第一个车厢101、第二个车厢101，第n-1个车厢101和第n个车厢101，上述列车控制系统应用于列车100上时，ccu10安装在尾车厢和/或头车厢上。上述列举两个供电单元：第一供电单元和第二供电单元，那么车厢应当依次为第一个车厢和第二个车厢，其中第一供电单元位于第一个车厢内，第二供电单元位于第二个车厢内。
29.因此，本技术实施例提供的列车控制系统，为每一节车厢设供电单元，以使每一节车厢能够平稳用电。而在其中一节车厢的供电单元的dc-dc故障时，可以使得临近车厢的供电单元该发生供电故障的车厢进行扩展供电，以使发生供电故障的车厢能够正常用电。该种扩展供电的方式供电稳定，对继电器的伤害比较小，因此还可以延长各个继电器的寿命。
在每一节车厢设供电单元，每一个供电单元设一个电压转换器，其中部分电压转换器故障时，利用邻近供电单元的电压转换器进行扩展供电，以使列车供电稳定且安全，避免了电压变换器故障的情况下，列车供电出现问题。
30.参考图2，所述故障信号包括位于同一供电单元内的所述dc-dc21和所述ccu10通信故障，或者所述dc-dc21不启动故障。dc-dc21和所述ccu10通信故障例如：dc-dc21和riom22之间的通讯故障，那么riom22接收到的dc-dc21的信号为空信号，也即riom22和dc-dc21不能进行通讯，此时riom22发送给ccu10的信号也为空信号，此时ccu10判断dc-dc21故障。dc-dc21不启动故障，则riom22采集dc-dc21发出的信号为异常信号，将该异常信号发送给ccu10后，ccu10可以判断出dc-dc21故障。由此可见，该列车控制系统200可以用于多种dc-dc21故障的情况，可以更加稳定的为列车提供电能。
31.可选地，所述ccu10和所述riom22通过以太网进行通信；同一个供电单元内的所述riom22和所述dc-dc21通过控制器局域网络(controller area network，can)进行通信。riom22接收dc-dc21发送的can网络信号，并把该can网络信号转变成以太网信号，再将该以太网信号发送给ccu10。ccu10接收到以太网信号后，判断该以太网信号是否为dc-dc21故障的信号，如果是，ccu10发送控制指令给riom22，将该控制指令以硬线控制信号的形式发送给常开继电器23。相较于传统的多功能车辆总线(multifunction vehicle bus，mvb)以及绞线式列车总线(wire train bus-line，wtb)，以太网的响应速度更快，并且可以支持大流量传输。而硬线控制信号比较直接，响应速度较快，使得扩展供电更加快速和稳定。
32.上述控制指令可以为高低电平信号1和0，其中控制指令为高电平1时，常开继电器23闭合；控制指令为低电平0时，常开继电器23断开。或者反之，其中控制指令为高电平1时，常开继电器23断开；控制指令为低电平0时，常开继电器23闭合。利用高低电平信号1和0作为控制指令，消除了继电器驱动板的运行时间，响应速度更快，设计相对简单灵活，可靠性和可维护性比较高。
33.进一步地，所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，所述ccu向所述第一riom，以及向第二riom发送控制指令，包括：所述ccu接收到所述信号后，确认所述信号为故障信号的情况下，若所述故障信号的持续时间超过设定时间段，则所述ccu向所述第一riom，以及向相邻的第二riom发送控制指令。该设定时间段例如可以设置为8秒至15秒之间。
34.也即，ccu接收到信号，并判断信号为故障信号后，还需要进一步判断该故障信号持续发送的时间，如果该故障信号持续了8至15秒之间，则确认该第一dc-dc确实故障，此时再向对应的第一riom和邻近的第二riom发送控制指令，闭合对应的第一常开继电器和邻近的第二常开继电器，以实现扩展供电。设置故障信号持续设定时间段，再进行扩展供电，可以避免误判。例如dc-dc误发故障信号，或者是riom传输过程中误传，或者是ccu判断失误等情况，而若故障信号持续在设定时间段，则可以避免误判，确保在dc-dc确实故障的情况下，再进行扩展供电，提高扩展供电稳定性和精准性。
35.而将持续的时间段设置为8至15秒之间，为经过试验确定的比较合理的时间段。设置上述设定时间段，既能避免误判，又不会影响故障车厢的扩展供电及时供应。
36.在发生故障的第一dc-dc恢复之后，例如经过维修后首次启动，恢复后的第一dc-dc向第一riom发送信号，第一riom向ccu发送信号，ccu接收到该信号后，确认该信号为正常
信号的情况下，向第一riom发送控制指令，以及向和第一riom邻近的第二riom发送指令，该第一riom和第二riom接收到控制指令后，分别向第一常开继电器和第二常开继电器发送该控制指令，第一常开继电器和第二常开继电器接收到该控制指令后打开。当故障的dc-dc恢复后，则断开因扩展供电而闭合的常开继电器，以使恢复正常的dc-dc开始工作，避免长时间使用扩展供电，也即使用邻近的供电单元进行扩展供电，导致邻近的供电单元负担过重，影响其使用寿命。
37.上述实施例中，给出供电单元包括第一供电单元和第二供电单元的实施方式，以下列举供电单元的数量为五个的实施方式：
38.请参考图3，图3中示出的列车100，从左至右依次为第一个车厢、第二个车厢，第n-1个车厢和第n个车厢101，上述列车控制系统200应用于列车上时，ccu安装在尾车厢和/或头车厢上。具体地，假设该列车有5节车厢，从左至右依次为第一车厢、第二车厢、第三车厢、第四车厢和第五车厢。那么可以在第一车厢或第五车险设ccu，因列车行驶时，有可能是第一车厢为头车厢，也有可能是第五车厢为头车厢，因此可以在第一车厢和第五车险中均设ccu，以利于列车可以不用调头的情况下，改变前进方向。
39.上述第一车厢至第五车厢中每一个都设有供电单元，为便于解释，第一车厢至第五车厢内设有的供电单元分别命名为：第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元和第五供电单元。那么相应地，第一供电单元包括第一dc-dc、第一riom和第一常开继电器；第二供电单元包括第二dc-dc、第二riom和第二常开继电器；第三供电单元包括第三dc-dc、第三riom和第三常开继电器；第四供电单元包括第四dc-dc、第四riom和第四常开继电器；第五供电单元包括第五dc-dc，第五riom和第五常开继电器。第一riom至第五riom依次串联，第一常开继电器至第五常开继电器依次串联。
40.如果其中一个dc-dc故障，例如第三dc-dc故障。第三dc-dc向第三riom发送信号，第三riom接收到该信号后，将该信号发送给ccu，ccu接收该信号后，判断该信号是否为故障信号，若是，则ccu向第三riom以及和相邻的riom发送控制指令。也即向第二riom、第三riom和第四riom发送控制指令，第二riom、第三riom和第四riom接收该控制指令后，分别将控制指令发送给第二常开继电器、第三常开继电器和第四常开继电器，第二常开继电器、第三常开继电器和第四常开继电器接收到该控制指令后闭合。
41.由上可见，因第三dc-dc故障，因此第三供电单元不能为第三车厢提供电能。此时闭合第二常开继电器、第三常开继电器和第四常开继电器，以使第二供电单元和第四供电单元为第三车厢提供电能。
42.进一步地，在发生故障的第三dc-dc恢复之后，例如经过维修后首次启动，恢复后的第三dc-dc向第三riom发送信号，第三riom向ccu发送信号，ccu接收到该信号后，确认该信号为正常信号的情况下，向第三riom发送控制指令，以及向和第三riom邻近的第二riom和第四riom发送指令，该第二riom、第三riom和第四riom接收到控制指令后，分别向第二常开继电器、第三常开继电器和第四常开继电器发送该控制指令，第二常开继电器、第三常开继电器和第四常开继电器接收到该控制指令后打开。当故障的dc-dc恢复后，则断开因扩展供电而闭合的常开继电器，以使恢复正常的dc-dc开始工作，避免长时间使用扩展供电，也即使用邻近的供电单元进行扩展供电，导致邻近的供电单元负担过重，影响其使用寿命。
43.可以理解的是，在某一个dc-dc故障后，ccu还可以发出警报，例如控制仪表盘上的
dc-dc故障提示灯亮起，以此提示dc-dc故障，以便于驾驶员快速得知供电系统的状况，有利于车辆快速检修，提高车辆安全系数。
44.进一步地，ccu在向riom发送控制指令之前，还可以判断故障信号的数量，在所述故障信号的数量大于等于n/2的情况下，控制所述供电单元停止供电；在所述故障信号的数量小于n/2的情况下，所述ccu向所述riom，以及向相邻的riom发送控制指令。n/2按照四舍五入方式计算。继续以上述拥有第一供电单元至第五供电单元为例，则n为5，n/2按照四舍五入方式计算为3。在上述具有第一供电单元和第二供电单元的实施例中，若其中一个dc-dc故障，则需要停止供电。在上述具有第一供电单元至第五供电单元，共计五个供电单元的例子中，若其中第一dc-dc、第三dc-dc和第五dc-dc故障，也即故障的dc-dc数量为三个，意味着供电系统出现重大故障，则ccu控制所有的供电单元停止供电，后续可以对供电系统进行检修。如此设置，可以避免数量过少的dc-dc负担整车，造成负担过重，容易出现高温情况，从而发生不可挽回事故。
45.基于上述列车控制系统，本技术实施例还提供一种列车控制管理系统，请参考图4，该列车控制管理系统包括高压供电模块30和本技术任意实施例所述的列车控制系统200，所述高压供电模块30和每一个供电单元的dc-dc21连接，每一个dc-dc21用于将所述高压供电模块30提供的直流高压电转换成直流低压电，所述直流低压电用于供蓄电池使用。该高压供电模块还给高压电器供电，为高压电器供电时，直接供电，无需转换。而dc-dc转换成的直流低压电一般为24v，该24v的直流低压电一般供供蓄电池使用。
46.本技术实施例还提供一种列车100，包括n个车厢101和本技术任意实施例所述列车控制系统200，n为大于等于2的整数；n个所述供电单元20分别设于n个所述车厢101中，所述ccu设于n个所述车厢101中的头部车厢和/或尾部车厢。
47.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。