地鐵列車vvvf故障工況下hscb自動重投的控制裝置及方法
【專利摘要】一種地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置及方法，該裝置包括傳動控制單元，傳動控制單元中的模擬電路處理單元用于將VVVF的狀態信號轉化為電壓信號，并將電壓信號實時輸出給實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元做實時故障硬件保護和實時電壓電流采樣使用，數字信號處理單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連；實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連；嵌入式處理單元通過MVB總線與地鐵列車網絡系統相連。該方法基于上述裝置來實現。本發明具有運行速度快、采樣精確、控制精準、自動化程度高、可減輕司機操作強度、提高運行可靠性等優點。
【專利說明】地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及到地鐵列車的控制領域，特指一種地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市規模的擴張，城市交通問題日益突出，地鐵列車以其運量大、速度快、安全可靠、運行準時等特點，成為解決城市交通的重要手段之一。變頻調速系統(以下簡稱VVVF)是地鐵列車牽引控制的核心部件。變頻調速系統(Variable Voltage and VariableFrequency)是一種可通過同時改變頻率和電壓達到磁通恒定和控制電機轉速的設備。地鐵列車運營期間，存在因VVVF故障導致斷高速斷路器(High-Speed Circuit breaker,以下簡稱HSCB)的工況。列車高速斷路器主要用于主電路VVVF的保護，當列車啟動，升起受電弓或受電靴后，閉合高速斷路器，向主電路提供高壓。當主電路VVVF出現過壓、過流等故障時，高速斷路器可快速斷開主電路的高壓，從而實現對主電路VVVF的保護。若司機不能及時確認故障信息及VVVF當前狀態，復位故障，重新閉合HSCB，將使列車在損失故障動車動力的情況下運行，這不但將增加司機的操作壓力，而且將導致列車運行發生晚點，從而對整條地鐵線路運營造成較大影響。
[0003]目前，在國內外城市軌道交通地鐵的運用領域，當地鐵列車VVVF的HSCB因故障而斷開后，一般要求司機通過司機室顯示器確認故障信息，再由司機手動操作故障復位按鍵復位故障，最后司機將按HSCB合按鍵重新閉合HSCB，使失去動力列車重新投入運行。
[0004]上述地鐵列車HSCB因故障斷開處理方案存在以下不足:
[0005](I)現有的處理方案一般只在司機室顯示器提示分斷HSCB故障信息，不提示VVVF當前狀態信息，能否復位故障重新閉合HSCB，只能司機人為判斷；這就容易出現司機因對系統不熟或不愿承擔責任而不再閉合HSCB (司機認為VVVF多次報分斷HSCB故障，擔心手動復位故障重新閉合HSCB導致VVVF再次發生故障而燒損)。
[0006](2)牽引系統在程序設計上，分斷HSCB故障發生后，會對故障做一定時間鎖定，以便司機室顯示器能顯示并存儲故障信息。為防止HSCB短時間內頻繁分斷閉合而燒損，DCU程序一旦檢測到HSCB斷開，將固定一段時間不允許HSCB閉合。因此，即使司機在這段固定時間內操作故障復位按鍵復位故障，再按HSCB合按鍵，VVVF也不能閉合HSCB。因正線運營過程中司機還需關注列車大量其它信息，故現有處理方案對司機操作要求較高，司機難以及時確認故障VVVF狀態，易造成因故障分斷HSCB動車不能及時恢復動力投入運行，從而導致整條地鐵線路正線運營晚點。

【發明內容】

[0007]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種運行速度快、采樣精確、控制精準、自動化程度高、可減輕司機操作強度、提高運行可靠性的地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置及控制方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0009]一種地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置，包括傳動控制單元，所述傳動控制單元包括模擬電路處理單元、數字信號處理單元、實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元、嵌入式處理單元、并行數據總線；所述模擬電路處理單元用于將VVVF的電壓、電流傳感器輸入的電流信號轉化為實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元能接收的電壓信號，并將所述電壓信號通過硬連線實時輸出給實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元做實時故障硬件保護和實時電壓電流采樣使用，所述數字信號處理單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連；所述實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連，所述數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元與HSCB控制電路相連；所述嵌入式處理單元通過MVB總線與地鐵列車網絡系統相連。
[0010]作為本發明裝置的進一步改進:所述實時故障保護可編程邏輯單元檢測到VVVF輸入的電壓、電流值超過規定閾值或接收到VVVF的IGBT模塊故障保護信號，則生成一個斷HSCB信號通過硬連線輸出給數字量輸入/輸出可編程邏輯單元，通過數字量輸入/輸出可編程邏輯單元撤銷送往WVF HSCB控制電路的HSCB_Enable允許信號，分斷HSCB ;所述斷HSCB信號在無嵌入式處理單元發來的故障復位信號時被一直鎖定；同時，所述實時故障保護可編程邏輯單元通過并行數據總線將斷HSCB的故障信息送至嵌入式處理單元，所述嵌入式處理單元接收到該信號后撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號并將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，所述地鐵列車網絡系統將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信息。
[0011]作為本發明裝置的進一步改進:所述嵌入式處理單元判斷到分斷HSCB故障，將撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號，同時也將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，地鐵列車網絡系統將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信息。
[0012]作為本發明裝置的進一步改進:分斷HSCB故障發生后，所述嵌入式處理單元根據VVVF當前狀態對故障信息進行分類，確定是否可進行自動復位故障、HSCB重投的操作；若可以，所述嵌入式處理單元自動生成故障復位信號，送實時故障保護可編程邏輯單元復位故障、解除故障鎖定，使實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷；所述實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷后，所述嵌入式處理單元通過并行數據總線輸出HSCB_Enable和HSCB_Close信號送數字量輸入/輸出可編程邏輯單元操作VVVF的HSCB控制電路讓HSCB重新閉合。
[0013]本發明進一步提供一種基于上述裝置的控制方法，分成以下三類情況進行自動重投控制:
[0014](I)嵌入式處理單元判斷故障分斷HSCB的重投控制方案；
[0015]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態；嵌入式處理單元將對故障做h時間的鎖定，若檢測到HSCB斷開，h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；[0016](2)實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障HSCB重投控制方案；
[0017]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元報出故障做^時間鎖定山時間后，嵌入式處理單元自動生成丨2時間脈沖故障復位信號；若丨1+&時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；
[0018](3)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障的HSCB重投控制方案；嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障分斷HSCB可分為3種情況:
[0019](3.1)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的分斷HSCB故障同時發生重投方案；
[0020]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元同時產生，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元報出故障各做h時間鎖定；若h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號山時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若tjt2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動 重投失敗信號；
[0021](3.2)嵌入式處理單元分斷HSCB故障先于實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障發生重投控制方案；
[0022]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為嵌入式處理單元先產生，實時故障保護可編程邏輯單元后產生，產生時間為嵌入式處理單元故障后t3時間；一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單兀故障各做h時間鎖定；若h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號山+&時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若ti+t2+t3時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程；
[0023](3.3)實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障先于嵌入式處理單元分斷HSCB故障發生重投控制方案；
[0024]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元先產生，嵌入式處理單元后產生，產生時間為實時故障保護可編程邏輯單元故障后t4時間；一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元報出故障各做ti時間鎖定山時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程；若ti+t4時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。
[0025]作為本發明方法的進一步改進:所述嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，將至少維持HSCB_Enable信號T1時間為撤銷狀態，其中T1H1 J1時間后，給出HSCB_Enable信號；HSCB_Enable信號給出t時間后，其中0〈t〈0.5s，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，再閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電。
[0026]作為本發明方法的進一步改進:在所述狀態(I)、(2)和(3)中，若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的HSCB分斷信號，將立刻撤銷HSCB_Enable信號，分斷HSCB，以保證HSCB狀態依照司機指令處于分斷狀態；若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的故障復位脈沖信號，將立即中斷HSCB重投過程。
[0027]作為本發明方法的進一步改進:在所述狀態(I)、(2)和(3)中，所述嵌入式處理單元在一定時間內自動累計分斷HSCB故障總數，若一定時間內累計的故障總數超過規定閾值，則認為VVVF故障頻率較高，此時該VVVF的狀態不適合重新投入工作，嵌入式處理單元將自動停止HSCB重投的操作，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號及HSCB自動重投禁止信息；若一定時間內累計的故障總數未超過規定閾值，嵌入式處理單元將在該段時間過后，立即清零累計的故障總數，進入新一輪的故障總數累計階段。
[0028]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0029]1、本發明在充分保證VVVF設備安全、無需司機手動復位故障和操作HSCB閉合按鍵的前提下，利用列車VVVF的傳動控制單元(以下簡稱DCU)自動根據VVVF設備當前狀態對斷HSCB信息進行分類，自動復位可進行HSCB重投的故障，重新閉合HSCB，讓因故障導致HSCB斷開而損失動力的動車重新投入運行。
[0030]2、本發明中D⑶為VVVF自帶設備，其利用嵌入式處理單元與數字量輸入/輸出可編程邏輯單元、硬件實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元進行數據交互，通過嵌入式處理單元對各種斷HSCB信息進行分類，從中識別出可進行HSCB重投的工況。在HSCB重投過程中，嵌入式處理單元通過MVB總線與列車網絡進行通信，通過列車網絡將HSCB重投信息在司機室顯示器界面顯示。全過程均由軟件自動實現，無需司機人工干預，從而降低了司機人工干預帶來的不確定性風險，減輕了司機的操作壓力。
[0031]3、本發明對地鐵列車的靜止和運行工況均可實現VVVF故障工況分斷HSCB后的HSCB自動重投控制。本發明采用的數字信號處理單元芯片運行速度快、采樣精確；嵌入式處理單元采用操作系統做邏輯判斷及系統調度，因此整個系統控制算法實時性高，時序控制過程精確。
[0032]4、本發明采用模擬電路處理、實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯單元、數字信號處理單元及嵌入式處理單元架構設計，充分利用各單元的特點，各自實現所擅長的功能，最后由嵌入式處理單元匯總判斷，使各單元程序都較易實現，程序代碼在其它配備D⑶及類似VVVF HSCB控制電路的地鐵列車上也易于移植。
[0033]5、本發明中實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯單元、數字信號處理單元及嵌入式處理單元程序采用目標代碼的方式燒寫，燒寫前程序代碼已被加密固化，因此難以破譯，程序代碼保密性高。
[0034]6、本發明的控制算法可在充分保證VVVF設備安全的情況下，自動實現VVVF故障工況分斷HSCB后的HSCB自動重投控制，對可進行HSCB重投的故障可根據具體要求進行重新分類、對故障的累計次數和累計次數的清零標準也可根據用戶需求實時調整，因此能較好的滿足用戶的各種需求.[0035]7、本發明中HSCB的自動重投控制算法在地鐵列車的D⑶中自動實現，HSCB故障工況下的重投控制均由軟件自動判斷，故障和HSCB重投信息均可在司機室顯示器中實時顯示和記錄，無需人為干預，控制算法設計嚴密可靠，可最大限度的降低司機人為干預造成的風險，減少列車運行時司機操作流程，減輕司機運行時操作強度，有利于保證整個地鐵線路的正常運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發明裝置的結構框架原理示意圖。
[0037]圖2是本發明中D⑶的HSCB分斷/閉合控制原理示意圖。
[0038]圖3是本發明方法的流程示意圖。
[0039]圖4是本發明方法在具體應用中由嵌入式處理單元判斷故障HSCB重投控制時序示意圖。
[0040]圖5是本發明方法在具體應用中由實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障HSCB重投控制時序示意圖。
[0041]圖6是本發明方法在具體應用中由嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的分斷HSCB故障同時發生重投控制時序示意圖。
[0042]圖7是本發明方法在具體應用中嵌入式處理單元分斷HSCB故障先于實時故障保護可編程邏輯單元發生重投控制時序示意圖。
[0043]圖8是本發明方法在具體應用中實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障先于嵌入式處理單元發生重投控制時序示意圖。
【具體實施方式】
[0044]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0045]如圖1所示，為本發明在具體應用實例中的控制原理示意圖。該控制系統包括D⑶，D⑶(傳動控制單元Drive Control Uint)是一種用于控制VVVF的設備。D⑶包括模擬電路處理單元、數字信號處理單元、實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元、嵌入式處理單元、并行數據總線；該DCU對VVVF HSCB的故障保護分硬件和軟件保護兩種，分別在實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元中實現。
[0046]模擬電路處理單兀用于將VVVF的電壓、電流傳感器輸入的電流信號轉化為實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元能接收的電壓信號，并將這些電壓信號通過硬連線實時輸出給實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元做實時故障硬件保護和實時電壓電流采樣使用。
[0047]若實時故障保護可編程邏輯單元硬件電路檢測到VVVF輸入的電壓、電流值超過規定閾值或接收到WVF的IGBT模塊故障保護信號，則生成一個斷HSCB信號(該斷HSCB信號若無嵌入式處理單元發來的故障復位信號，將被一直鎖定)通過硬連線輸出給數字量輸入/輸出可編程邏輯單元，通過數字量輸入/輸出可編程邏輯單元撤銷送往VVVF HSCB控制電路的HSCB_Enable允許信號，分斷HSCB，從而切斷整個VVVF的外部供電，達到保護VVVF的目的。
[0048]與此同時，實時故障保護可編程邏輯單元通過并行數據總線將斷HSCB的故障信息送至嵌入式處理單元。嵌入式處理單元接收到該信號后立即撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號并將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，地鐵列車網絡系統則將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信息。
[0049]若嵌入式處理單元通過軟件判斷到分斷HSCB故障，則將立即撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號，同時也將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，地鐵列車網絡系統將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信息。其中，MVB總線(多功能車輛總線Multifunction Vehicle Bus),是一種主要用于對有互操作性和互換性要求的互連設備之間的串行數據通信總線。
[0050]當分斷HSCB故障發生后，嵌入式處理單元通過綜合判斷VVVF當前狀態對故障信息進行分類，確定是否可進行自動復位故障、HSCB重投的操作；若可以，則嵌入式處理單元自動生成故障復位信號，送實時故障保護可編程邏輯單元復位故障、解除故障鎖定，使實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷；實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷后，嵌入式處理單元通過并行數據總線輸出HSCB_Enable和HSCB_Close信號送數字量輸入/輸出可編程邏輯單元操作VVVF的HSCB控制電路讓HSCB重新閉合，使VVVF重新投入工作，列車恢復動力運行。在以上HSCB重投過程中，嵌入式處理單元通過MVB總線及地鐵列車網絡系統將HSCB重投狀態在司機室顯示器上顯示，并存儲故障信息。
[0051]本實施例中，D⑶和HSCB控制電路均通過車載電氣設備提供的DCllOV供電，D⑶的數字量輸入/輸出可編程邏輯單元包括數字量輸入控制單元和數字量輸出控制單元兩部分，分別負責外部輸入數字量信號的采集和DCU數字量信號的輸出。
[0052]本實施例中，地鐵列車HSCB的電氣控制原理為大電流吸合、小電流維持。由圖1可知，本發明在實時故障保護可編程邏輯單元未輸出斷HSCB信號的前提下，DCU通過嵌入式處理單元輸出HSCB_Enable和HSCB_Close信號到數字量輸出控制單元，通過其控制VVVFHSCB控制電路來操作HSCB的分斷/閉合。如圖2所示，為本實施例中的具體控制方案。
[0053]HSCB的分斷/閉合控制方案說明如下:
[0054](I)若實時故障保護可編程邏輯單元未輸出斷HSCB信號且嵌入式處理單元自檢VVVF狀態正常，則嵌入式處理單元輸出HSCB_Enable信號到數字量輸出控制單元使其輸出HSCB_Enable允許指令驅動HSCB控制電路HSCB_Enable開關繼電器，讓HSCB_Enable開關閉合。
[0055](2)當司機操作HSCB閉合按鍵或HSCB處于重投狀態，嵌入式處理單元輸出HSCB_Close信號到數字量輸出控制單元使其產生HSCB_CloSe允許指令閉合數字量輸出控制單元內部繼電器觸點，驅動HSCB控制電路HSCB_Close開關繼電器，讓HSCB_Close開關閉合。
[0056](3 )HSCB_Close開關閉合后，車載電氣提供的DCl IOV可通過HSCB_Close開關回路直接驅動HSCB開關繼電器，讓限流電阻R回路和HSCB狀態反饋回路的HSCB開關閉合，此時嵌入式處理單元可接收到數字量輸入控制單元反饋的HSCB開關閉合狀態信號。因HSCB_Close開關閉合后，HSCB開關繼電器電路為短路狀態，滿足HSCB大電流吸合的電氣控制原理，但長期維持會導致HSCB開關繼電器燒損。在HSCB_CloSe開關閉合的同時，嵌入式處理單元接收到HSCB控制電路反饋的HSCB_CloSe允許撤銷信號，接收到該信號d時間后(d小于HSCB開關繼電器能承受大電流最長時間，大于HSCB完全閉合所需時間)，撤銷HSCB_Close信號，此時HSCB_CloSe開關斷開，HSCB開關繼電器依靠限流電阻R回路維持得電狀態，使HSCB開關繼續閉合，從而滿足HSCB小電流維持的電氣控制原理。
[0057](4)若嵌入式處理單元撤銷HSCB_Enable信號或實時故障保護可編程邏輯單元發出斷HSCB信號，此時HSCB_Enable開關繼電器失電，HSCB_Enable開關斷開，導致HSCB開關繼電器失電，從而HSCB開關斷開，VVVF的HSCB處于分斷狀態，整個VVVF處于斷電狀態。
[0058]本實施例中，對于模擬電路處理單元而言，由于VVVF的電壓和電流傳感器輸入為電流信號，而實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元只能接收0-10V的電壓信號，所以該模擬電路處理單元的作用就是將VVVF電壓和電流傳感器輸入的電流信號轉化為實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元能接收的電壓信號。
[0059]本實施例中，對于實時故障保護可編程邏輯單元而言，采用硬件電路設計故障保護，具有反應速度快、可靠性高的特點。其主要功能為:
[0060](I)通過比較VVVF的電壓和電流實時值是否超過規定閾值，觸發斷HSCB信號斷VVVF的HSCB來實現對VVVF過電壓、過電流的保護，防止VVVF的IGBT模塊燒損。
[0061](2)通過接收VVVF的IGBT發送的IGBT故障保護信號，觸發斷HSCB信號斷VVVF的HSCB來實現對VVVF的IGBT模塊的保護。
[0062](3)與嵌入式處理單元通過并行數據總線通信，向嵌入式處理單元發送其判斷的
故障信息。
[0063](4)在未接收到嵌入式處理單元發送的故障復位信號情況下，對其所觸發和接收的斷HSCB故障做故障鎖定(持續發斷HSCB信號)，防止故障消失后HSCB立刻閉合，故障再現，也可防止HSCB短時內頻繁分合，導致HSCB燒損。
[0064]本實施例中，數字信號處理單元用于接收模擬電路處理后的VVVF電壓電流傳感器電壓信號，通過A/D轉換將其轉化為實際的電壓、電流值，并通過并行總線將實際的電壓、電流值送嵌入式處理單元，供其做判斷使用。
[0065]本實施例中，嵌入式處理單元對地鐵列車在靜止或運行工況下均可做HSCB重投控制，其重投邏輯控制流程如圖3所示。
[0066]嵌入式處理單元將能否進行HSCB重投的信息分為兩類:
[0067](I)不能進行HSCB重投的信息，包括司機手動操作HSCB分斷按鍵和故障復位按鍵、列車處于緊急制動工況、一段時間內分斷HSCB的故障總數累計超過規定閾值。
[0068](2)能進行HSCB重投的信息包括VVVF中允許進行HSCB重投的各種故障信息，且一段時間內這些故障發生總數累計未超過規定閾值。
[0069]下面將從嵌入式處理單元判斷故障HSCB重投、實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障HSCB重投和嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障HSCB重投這三類情況來介紹嵌入式處理單元的重投控制方案。
[0070](I)嵌入式處理單元判斷故障分斷HSCB的重投控制方案；
[0071]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態。若檢測到HSCB斷開，且故障為嵌入式處理單元所判斷，由于嵌入式處理單元只進行VVVF過壓過流的軟件保護判斷，HSCB斷開后，VVVF的輸入電壓電流消失，故障將自動復位。若h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。
[0072]為使顯示器能顯示和存儲故障信息，嵌入式處理單元將對故障做h時間的鎖定，確保顯示器可以顯示并存儲故障信息。
[0073]為防止HSCB在短時間內頻繁分斷閉合，嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，將至少維持HSCB_Enable信號T1時間為撤銷狀態(T1H1) J1時間后，給出HSCB_Enable信號，HSCB_Enable信號給出t (0〈t〈0.5s)時間后，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，再閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電，失去動力動車將恢復動力繼續運行，以上過程控制時序如圖4所示。
[0074](2)實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障HSCB重投控制方案
[0075]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息。若檢測到HSCB斷開，且分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元產生，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元報出故障做&時間鎖定，確保顯示器可以顯示并存儲故障信息。h時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號(由于實時故障保護可編程邏輯單元接收到故障復位信號后，將自動屏蔽所有硬件故障保護，這會導致VVVF處于無硬件實時故障保護狀態，故產生的t2時間脈沖脈寬極短);若h+t2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；若實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障被復位，其斷HSCB信號將被撤銷，送嵌入式處理單元的故障信息也將消失。
[0076]為防止HSCB在短時間內頻繁分斷閉合，嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，至少維持HSCB_Enable信號T1時間為撤銷狀態(T1H1) J1時間后，給出HSCB_Enable信號，HSCB_Enable信號給出t (0〈t〈0.5s)時間后，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，之后將閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電，失去動力動車將恢復動力繼續運行，以上HSCB自動重投成功過程控制時序如圖5所示。
[0077](3)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障的HSCB重投控制方案；
[0078]嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障分斷HSCB可分為3種情況:
[0079](3.1)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的分斷HSCB故障同時發生；
[0080](3.2)嵌入式處理單元分斷HSCB故障先于實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障發生；
[0081](3.3)實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障先于嵌入式處理單元分斷HSCB故障發生。
[0082]下面將分別就這三種情況介紹HSCB的重投方案。
[0083](3.1)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的分斷HSCB故障同時發生重投方案。
[0084]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息。若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元同時產生，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元報出故障各做h時間鎖定，確保顯示器可以顯示并存儲故障信息。
[0085]由于嵌入式處理單元只進行VVVF過壓過流的軟件保護，在HSCB斷開后，VVVF的輸入電壓電流消失，故障將自動復位；若h時間后故障未消失,則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。h時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號(由于實時故障保護可編程邏輯單元接收到故障復位信號后，將自動屏蔽所有硬件故障保護，這會導致VVVF處于無硬件實時故障保護狀態，故產生的t2時間脈沖脈寬極短)，若h+t2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；若實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障被復位，其斷HSCB信號將被撤銷，送嵌入式處理單元的故障信息也將消失。
[0086]為防止HSCB在短時間內頻繁分斷閉合，嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，至少維持HSCB_Enable信號T1時間為撤銷狀態(T1H1) J1時間后，給出HSCB_Enable信號，HSCB_Enable信號給出t (0〈t〈0.5s)時間后，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，之后將閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電，失去動力動車將恢復動力繼續運行，以上HSCB自動重投成功過程控制時序如圖6所示。
[0087](3.2)嵌入式處理單元分斷HSCB故障先于實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障發生重投控制方案。
[0088]嵌入式處理單 元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息。若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為嵌入式處理單元先產生，實時故障保護可編程邏輯單元后產生，產生時間為嵌入式處理單元故障后t3時間。一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元故障各做^時間鎖定，確保顯示器可以顯示并存儲故障信息。由于嵌入式處理單元只進行VVVF過壓過流的軟件保護判斷，在HSCB斷開后，VVVF的輸入電壓電流消失，故障將自動復位，若h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。tdt3時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號(由于實時故障保護可編程邏輯單元接收到故障復位信號后，將自動屏蔽所有硬件故障保護，這會導致VVVF處于無硬件實時故障保護狀態，故產生的t2時間脈沖脈寬極短)，若ti+t2+t3時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；若實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障被復位，其斷HSCB信號將被撤銷，送嵌入式處理單元的故障信息也將消失。
[0089]為防止HSCB在短時間內頻繁分斷閉合，嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，至少維持HSCB_Enable信號T1時間在撤銷狀態(T1H1) ;I\+t3時間后，給出HSCB_Enable信號，HSCB_Enable信號給出t (0〈t〈0.5s)時間后，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，之后將閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電，失去動力動車將恢復動力繼續運行，以上HSCB自動重投成功過程控制時序如圖7所示。
[0090](3.3)實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障先于嵌入式處理單元分斷HSCB故障發生重投控制方案。
[0091]嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息。若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元先產生，嵌入式處理單元后產生，產生時間為實時故障保護可編程邏輯單元故障后t4時間。一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元報出故障各做h時間鎖定，確保顯示器可以顯示并存儲下故障信息。h時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號(由于實時故障保護可編程邏輯單元接收到故障復位信號后，將自動屏蔽所有硬件故障保護，這會導致VVVF處于無硬件實時故障保護狀態，故產生的t2時間脈沖脈寬極短)，若h+t2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；若實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障被復位，其斷HSCB信號將被撤銷，送嵌入式處理單元的故障信息也將消失。由于嵌入式處理單元只進行VVVF過壓過流的軟件保護，在HSCB斷開后，VVVF的輸入電壓電流消失，故障將自動復位，若tjt4時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。
[0092]為防止HSCB在短時間內頻繁分斷閉合，嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，至少維持HSCB_Enable信號T1時間在撤銷狀態(T1H1) ;I\+t4時間后，給出HSCB_Enable信號，HSCB_Enable信號給出t (0〈t〈0.5s)時間后，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，之后將閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電，失去動力動車將恢復動力繼續運行，以上HSCB自動重投成功過程控制時序如圖8所示。
[0093]在以上(I)、(2)和(3)自動重投控制方案實施過程中，若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的HSCB分斷信號，將立刻撤銷HSCB_Enable信號，分斷HSCB，保證HSCB狀態依照司機指令處于分斷狀態；若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的故障復位脈沖信號，將立即中斷HSCB重投過程，因為司機人為操作的故障復位信號時間脈沖脈寬較長，若在復位信號有效期間HSCB剛好重投閉合，故障復位脈沖信號會導致實時故障保護可編程邏輯單元硬件電路無法對過壓、過流故障及IGBT故障及時做出保護，可能導致VVVF燒損。
[0094]在以上(I)、(2)和(3)自動重投方案實施過程中，嵌入式處理單元在一定時間內自動累計分斷HSCB故障總數，若一定時間內累計的故障總數超過規定閾值，則認為VVVF故障頻率較高，此時該VWF的狀態不適合重新投入工作，嵌入式處理單元將自動停止HSCB重投的操作，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號及HSCB自動重投禁止信息；若一定時間內累計的故障總數未超過規定閾值，嵌入式處理單元將在該段時間過后，立即清零累計的故障總數，進入新一輪的故障總數累計階段。
[0095]以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置，包括傳動控制單元，其特征在于，所述傳動控制單元包括模擬電路處理單元、數字信號處理單元、實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元、嵌入式處理單元、并行數據總線；所述模擬電路處理單元用于將VVVF的電壓、電流傳感器輸入的電流信號轉化為實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元能接收的電壓信號，并將所述電壓信號通過硬連線實時輸出給實時故障保護可編程邏輯單元和數字信號處理單元做實時故障硬件保護和實時電壓電流采樣使用，所述數字信號處理單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連；所述實時故障保護可編程邏輯單元、數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元通過并行數據總線與嵌入式處理單元相連，所述數字量輸入/輸出可編程邏輯控制單元與HSCB控制電路相連；所述嵌入式處理單元通過MVB總線與地鐵列車網絡系統相連。
2.根據權利要求1所述的地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置，其特征在于，所述實時故障保護可編程邏輯單元檢測到VVVF輸入的電壓、電流值超過規定閾值或接收到VVVF的IGBT模塊故障保護信號，則生成一個斷HSCB信號通過硬連線輸出給數字量輸入/輸出可編程邏輯單元，通過數字量輸入/輸出可編程邏輯單元撤銷送往VVVF HSCB控制電路的HSCB_Enable允許信號，分斷HSCB ;所述斷HSCB信號在無嵌入式處理單元發來的故障復位信號時被一直鎖定；同時，所述實時故障保護可編程邏輯單元通過并行數據總線將斷HSCB的故障信息送 至嵌入式處理單元，所述嵌入式處理單元接收到該信號后撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號并將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，所述地鐵列車網絡系統將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信肩、O
3.根據權利要求1所述的地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置，其特征在于，所述嵌入式處理單元判斷到分斷HSCB故障，將撤銷送往數字量輸入/輸出可編程邏輯單元的HSCB_Enable信號，同時也將故障信息通過MVB總線送地鐵列車網絡系統，地鐵列車網絡系統將故障信息送司機室顯示器顯示并存儲故障信息。
4.根據權利要求2或3所述的地鐵列車VVVF故障工況下HSCB自動重投的控制裝置，其特征在于，分斷HSCB故障發生后，所述嵌入式處理單元根據VVVF當前狀態對故障信息進行分類，確定是否可進行自動復位故障、HSCB重投的操作；若可以，所述嵌入式處理單元自動生成故障復位信號，送實時故障保護可編程邏輯單元復位故障、解除故障鎖定，使實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷；所述實時故障保護可編程邏輯單元發出的斷HSCB信號撤銷后，所述嵌入式處理單元通過并行數據總線輸出HSCB_Enable和HSCB_Close信號送數字量輸入/輸出可編程邏輯單元操作VVVF的HSCB控制電路讓HSCB重新閉入口 O
5.一種基于上述權利要求1~4中裝置的控制方法，其特征在于，分成以下三類情況進行自動重投控制: (I)嵌入式處理單元判斷故障分斷HSCB的重投控制方案； 嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態；嵌入式處理單元將對故障做h時間的鎖定，若檢測到HSCB斷開，h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；(2)實時故障保護可編程邏輯單元判斷故障HSCB重投控制方案； 嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元報出故障做^時間鎖定山時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號；若tjt2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號； (3)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障的HSCB重投控制方案；嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元均判斷到故障分斷HSCB可分為3種情況: (3.1)嵌入式處理單元及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的分斷HSCB故障同時發生重投方案； 嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元同時產生，則嵌入式處理單元立刻撤銷HSCB_Enable信號并對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單兀報出故障各做h時間鎖定；若1^時間后故障未消失,則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號；h時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若tjt2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSC B自動重投失敗信號； (3.2)嵌入式處理單元分斷HSCB故障先于實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障發生重投控制方案； 嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為嵌入式處理單元先產生，實時故障保護可編程邏輯單元后產生，產生時間為嵌入式處理單元故障后t3時間；一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元故障各做h時間鎖定；若h時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號山+&時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若ti+t2+t3時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程； (3.3)實時故障保護可編程邏輯單元分斷HSCB故障先于嵌入式處理單元分斷HSCB故障發生重投控制方案； 嵌入式處理單元通過并行數據總線實時監視數字量輸入/輸出可編程邏輯單元傳送的HSCB狀態及實時故障保護可編程邏輯單元判斷的故障信息；若檢測到HSCB斷開，且檢測到分斷HSCB的故障為實時故障保護可編程邏輯單元先產生，嵌入式處理單元后產生，產生時間為實時故障保護可編程邏輯單元故障后t4時間；一旦檢測到有斷HSCB故障發生，嵌入式處理單元將立刻撤銷HSCB_Enable信號，并分別對實時故障保護可編程邏輯單元和嵌入式處理單元報出故障各做ti時間鎖定山時間后，嵌入式處理單元自動生成t2時間脈沖故障復位信號，若h+t2時間后故障不能被復位，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程；若ti+t4時間后故障未消失，則維持撤銷HSCB_Enable信號，結束本次HSCB自動重投過程，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述嵌入式處理單元一旦檢測到HSCB斷開，將至少維持HSCB_Enable信號T1時間為撤銷狀態，其中T1H1 J1時間后，給出HSCB_Enable信號；HSCB_Enable信號給出t時間后，其中0〈t〈0.5s，嵌入式處理單元自動生成HSCB_Close信號，再閉合HSCB ；HSCB閉合后，VVVF將再次得電。
7.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，在所述狀態(I)、(2)和(3)中，若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的HSCB分斷信號，將立刻撤銷HSCB_Enable信號，分斷HSCB,以保證HSCB狀態依照司機指令處于分斷狀態；若嵌入式處理單元檢測到司機人為操作的故障復位脈沖信號，將立即中斷HSCB重投過程。
8.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，在所述狀態(1)、(2)和(3)中，所述嵌入式處理單元在一定時間內自動累計分斷HSCB故障總數，若一定時間內累計的故障總數超過規定閾值，則認為VVVF故障頻率較高，此時該VVVF的狀態不適合重新投入工作，嵌入式處理單元將自動停止HSCB重投的操作，并通過列車網絡系統送司機室顯示器HSCB自動重投失敗信號及HSCB自動重投禁止信息；若一定時間內累計的故障總數未超過規定閾值，嵌入式處理單元將在該段時間過后，立即清零累計的故障總數，進入新一輪的故障總數累計階段。
【文檔編號】B61C17/00GK103523030SQ201310459825
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】黃浩, 付剛, 劉良杰, 黃明明, 曹霄, 姚中紅, 林浩, 趙清良, 何偉, 毛康鑫, 付玉豪, 李寧 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司