專利名稱：基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車psa制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于車載制氧系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)電氣化路網(wǎng)采用三相分相分段對(duì)電力機(jī)車供電模式，每隔20km 30km就設(shè)置有約30m的斷電分相區(qū)，在此斷電區(qū)間列車依靠慣性惰行通過分相區(qū)，每隔15min左右就會(huì)出現(xiàn)此種斷電狀況，這種路網(wǎng)分相區(qū)斷電現(xiàn)象嚴(yán)重影響車載制氧系統(tǒng)的全程正常使用。現(xiàn)有的制氧系統(tǒng)通常采用PSA制氧技術(shù)和PLC控制技術(shù)，該制氧系統(tǒng)由空壓機(jī)、空氣儲(chǔ)罐、過濾器、制氧主機(jī)、加壓泵、氧氣儲(chǔ)罐等組成，系統(tǒng)總用電功率約7Kw，其原理是，以5A分子篩為吸附劑，以自然空氣為原料，在低壓、常溫條件下，將空氣中的氧、氮?dú)怏w分離，能現(xiàn)場(chǎng)快速制備醫(yī)用氧氣。制氧系統(tǒng)在制氧主機(jī)PLC程序控制下實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，PLC發(fā)出空壓機(jī)啟動(dòng)指令后，空壓機(jī)啟動(dòng)并將空氣壓入空氣儲(chǔ)罐中；當(dāng)氧氣儲(chǔ)罐壓力小于設(shè)定下限壓力Ptk時(shí)，空壓機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)氧氣儲(chǔ)罐壓力達(dá)到設(shè)定下限壓力Ptk時(shí)，制氧主機(jī)啟動(dòng)并開始制氧；當(dāng)氧濃度Nitft達(dá)到93%時(shí)，產(chǎn)氧閥打開，隨后加壓泵啟動(dòng)，將氧氣壓入儲(chǔ)氧罐中。當(dāng)儲(chǔ)氧罐壓力P 達(dá)到設(shè)定上限壓力Ρ±κ時(shí)，加壓泵、制氧主機(jī)、空壓機(jī)等系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)Ρ_小于設(shè)定下限壓力Ptr時(shí)，重新執(zhí)行上述工作流程，整個(gè)系統(tǒng)又進(jìn)入制氧狀態(tài)?，F(xiàn)行供電方式的制氧系統(tǒng)不適于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)斷電狀況，其主要存在如下問題制氧系統(tǒng)用電功率較大，一般為7Kw，現(xiàn)有列車過路網(wǎng)分相區(qū)時(shí)無法提供制氧系統(tǒng)所需的大功率電源；當(dāng)列車進(jìn)入路網(wǎng)分相區(qū)時(shí)，因路網(wǎng)無電供應(yīng)，制氧系統(tǒng)停機(jī)不能制氧；當(dāng)列車駛離分相區(qū)時(shí)，路網(wǎng)提供動(dòng)力電源，但制氧系統(tǒng)需人工再次啟動(dòng)才能恢復(fù)正常工作。而目前，現(xiàn)有制氧系統(tǒng)無適于鐵路路網(wǎng)分相區(qū)斷電狀況的供電及自啟動(dòng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的鐵道路網(wǎng)分相區(qū)無供電狀態(tài)下制氧系統(tǒng)停機(jī)、且無法完成自啟動(dòng)的缺陷，而提出的基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其在制氧系統(tǒng)制氧主機(jī)控制電路模塊電源適配器與主電源開關(guān)和冷干機(jī)的連接線路上接有UPS電源；在空壓機(jī)控制電路模塊微控制器與主電源開關(guān)連接線路上增設(shè)有路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器，該時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)接入冷干機(jī)的熔斷器與制氧主機(jī)控制電路模塊的電源開關(guān)之間；制氧主機(jī)控制電路模塊PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)及延時(shí)程序；實(shí)現(xiàn)列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電模式列車進(jìn)入分相區(qū)前，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均由鐵道路網(wǎng)電源供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電；列車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，列車PSA制氧系統(tǒng)中僅制氧主機(jī)由UPS提供不間斷供電電源，其余組成部分均暫停供電；列車駛離分相區(qū)后，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均在制氧主機(jī)PLC指令控制下自啟動(dòng)，再由鐵道路網(wǎng)干線供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電。所述空壓機(jī)控制電路模塊微控制器采用EC550微控制器；所述的制氧主機(jī)控制電路模塊PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)的次數(shù)為5次，延時(shí)為Imin ;所述的時(shí)間繼電器延遲時(shí)間設(shè)為10s。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過利用UPS不間斷電源和制氧主機(jī)PLC可編程邏輯控制器，并修改控制程序，實(shí)現(xiàn)了列車過鐵道路網(wǎng)分相區(qū)時(shí)的部分不間斷供電及自動(dòng)二次啟動(dòng)的功能制氧系統(tǒng)在分相區(qū)時(shí)制氧主機(jī)由UPS提供不間斷工作電源，空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷干機(jī)、加壓泵暫停用電，此時(shí)由于空氣儲(chǔ)罐中尚存有足夠壓力的空氣，不影響制氧流程，且氧氣儲(chǔ)罐中尚存有足夠壓力和濃度的氧氣，也不影響用氧作業(yè)；經(jīng)過路網(wǎng)分相區(qū)后，此時(shí)在制氧主機(jī)PLC指令控制下自啟動(dòng)，路網(wǎng)電源重新對(duì)空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷干機(jī)、加壓泵、制氧主機(jī)供電，并對(duì)UPS電池充電。本發(fā)明解決了列車制氧系統(tǒng)人工二次啟動(dòng)的時(shí)間不確定性問題，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，增大了制氧系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能，克服了鐵道路網(wǎng)分相區(qū)斷電使制氧機(jī)完全停機(jī)的缺陷，可在列車運(yùn)行途中完成氧氣制備的全流程工作，具有較大的推廣應(yīng)用前景。


圖I是原列車PSA制氧系統(tǒng)控制電路示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例列車PSA制氧系統(tǒng)控制電路圖；圖3是本發(fā)明列車PSA制氧系統(tǒng)PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)啟動(dòng)及延時(shí)的子程序。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明如圖I所示，為現(xiàn)有列車PSA制氧系統(tǒng)主控電路。AC380V電源經(jīng)開關(guān)I送入空壓機(jī)微控制器15的引腳16、18、20上，同時(shí)送到空壓機(jī)電機(jī)2的繼電器觸點(diǎn)端5、風(fēng)機(jī)電機(jī)3的繼電器觸點(diǎn)端7和冷干機(jī)的繼電器觸點(diǎn)端8上。從三相電源線中V線上獲得AC220V電源，經(jīng)JT開關(guān)、FUl保險(xiǎn)后，送入微控制器15的引腳29，并且供給進(jìn)出水電磁閥16、17工作；同時(shí)將AC220V電源送到電源適配器18端，將AC220V變換為PLC邏輯控制器19所需的工作電源，提供PLC邏輯控制器19工作電源。微控制器15的引腳1、2、3連接空壓機(jī)的過流檢測(cè)器CT1，過流時(shí)切斷空壓機(jī)電源；引腳5、6連接到外接的溫度傳感器，溫度過高時(shí)，切斷空壓機(jī)電源；引腳7外接壓力傳感器，壓力達(dá)到設(shè)置值時(shí)，切斷空壓機(jī)電源；引腳8連接風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)器，風(fēng)機(jī)故障時(shí)切斷空壓機(jī)電源；引腳9為溫度控制開關(guān)，閉合時(shí)，溫度傳感器控制有效；引腳10為公共端；引腳13接空氣過濾器檢測(cè)開關(guān)，閉合時(shí)檢測(cè)空氣過濾器是否正常；引腳14接油過濾器檢測(cè)開關(guān)，閉合時(shí)檢測(cè)油過濾器是否正常；引腳15為遠(yuǎn)程控制開關(guān)，閉合時(shí)由引腳11、12的外接輸入信號(hào)控制，否則為微控制器自身控制；引腳11、12為與外接控制電路的通訊接口 ；引腳31、32為EC550微控制器的AC220V電源輸入端；引腳30接地；引腳29通過微控制器內(nèi)部控制開關(guān)給引腳24、25、26、27上接入的風(fēng)機(jī)繼電器11、加載電磁閥12、空壓機(jī)電機(jī)繼電器13和冷干機(jī)繼電器14供電。當(dāng)PLC邏輯控制器19按編制的控制程序工作時(shí)，其自身的RS-485通訊接口與EC550微控制器15的引腳11、12連接，在獲得PLC微控制器19各檢測(cè)端信號(hào)正常后，按程序發(fā)出指令，使微控制器15的引腳26上接入的空壓機(jī)電機(jī)繼電器13得電吸合，致使空壓機(jī)電源線路中的繼電器觸點(diǎn)5閉合，空壓機(jī)工作。同理，PLC邏輯控制器19按程序發(fā)出指令，可使風(fēng)機(jī)電源線路中的繼電器觸點(diǎn)7閉合，風(fēng)機(jī)工作；使冷干機(jī)電源線路中的繼電器觸點(diǎn)8閉合，冷干機(jī)工作。同時(shí)PLC邏輯控制器19的空氣壓力端20、氧氣壓力端21、氧氣濃度端22分別完成對(duì)空氣儲(chǔ)罐、氧氣儲(chǔ)罐中的壓力檢測(cè)和氧氣的濃度監(jiān)測(cè)，從而自動(dòng)地完成氧氣制備的全部流程。 當(dāng)列車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，路網(wǎng)干線上無電，制氧系統(tǒng)也無AC380V輸入，此時(shí)制氧系統(tǒng)因失電全部停機(jī)，所有已執(zhí)行的邏輯程序回到初始狀態(tài)，必須在過分相區(qū)后經(jīng)人工再次啟動(dòng)后又將重頭執(zhí)行氧氣制備的邏輯程序。如圖2所示，為本實(shí)施例列車PSA制氧系統(tǒng)主控電路，該主控電路包括空壓機(jī)控制電路模塊23和制氧主機(jī)控制電路模塊24，所述空壓機(jī)控制電路模塊23中的微控制器采用EC550微控制器；所述制氧主機(jī)控制電路模塊24由PLC邏輯控制器控制。如圖2所示電路中，在電源適配器與主電源開關(guān)和冷干機(jī)的連接線路上接有UPS電源25 ;在EC550微控制器的引腳16、18與主電源開關(guān)的連接線路上接有路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器26，該時(shí)間繼電器26觸點(diǎn)27接入冷干機(jī)的熔斷器與制氧主機(jī)控制電路模塊的電源開關(guān)28之間，所述開關(guān)為JI開關(guān)，本實(shí)施例所述時(shí)間繼電器延遲時(shí)間設(shè)為10s。本發(fā)明實(shí)施例的供電及自啟動(dòng)原理如下當(dāng)鐵道路網(wǎng)供電時(shí)，AC380V電源送到空壓機(jī)繼電器控制觸點(diǎn)、風(fēng)機(jī)繼電器控制觸點(diǎn)和EC550微控制器的引腳16、17、18上，以及路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器26兩端；同時(shí)，從三相電源線中V線上獲得AC220V電源，經(jīng)路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器26延時(shí)IOs后，觸點(diǎn)27閉合，再經(jīng)JT開關(guān)、FUl保險(xiǎn)后，將AC220V電源送入EC550微控制器的引腳29，以及提供進(jìn)出水電磁閥16、17工作；同時(shí)又送到在線式不間斷電源UPS中，對(duì)UPS的電池充電的同時(shí)輸出AC220V電源到電源適配器，經(jīng)電源適配器將AC220V變換為PLC邏輯控制器所需的工作電源，提供PLC邏輯控制器正常工作。當(dāng)列車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，路網(wǎng)干線上無電，也無AC380V輸入，此時(shí)空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷干機(jī)、EC550微控制器、進(jìn)出水電磁閥均因無電停止工作，而在線式UPS尚能提供AC220V電源給電源適配器，經(jīng)電源適配器18將AC220V變換為PLC邏輯控制器所需的工作電源，使PLC邏輯控制器持續(xù)正常工作。由于空氣儲(chǔ)罐中尚存有足夠壓力的空氣，不影響制氧流程，且氧氣儲(chǔ)罐中尚存有足夠壓力和濃度的氧氣，也不影響用氧作業(yè)。由于修改了 PLC邏輯控制器中的程序，此時(shí)程序會(huì)多次訪問EC550微控制器的狀態(tài)，判斷空壓機(jī)是否啟動(dòng)。經(jīng)Imin的路網(wǎng)分相區(qū)后再接入路網(wǎng)供電，此時(shí)制氧系統(tǒng)在PLC邏輯控制器的控制下自啟動(dòng)并重復(fù)前述工作，此時(shí)路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器26延時(shí)10s，避免路網(wǎng)電源接入時(shí)的浪涌沖擊，減少對(duì)EC550微控制器、進(jìn)出水電磁閥和在線式UPS電源的沖擊損壞。如圖3所示,為本實(shí)施例在PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)及延時(shí)的子程序，其中訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)的次數(shù)為5次，本實(shí)施例設(shè)定列車在路網(wǎng)分相區(qū)的運(yùn)行時(shí)間為lmin,因此延時(shí)設(shè)為lmin。

如圖3所示，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，PLC可編程邏輯控制器控制檢測(cè)氧氣儲(chǔ)罐的壓力是否小于設(shè)定的下限值，若小于設(shè)定的下限值，則啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)開機(jī)，之后發(fā)送空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，若大于設(shè)定的下限值，則整個(gè)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，在處于分相區(qū)斷電狀態(tài)下的Imin內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)也處于待機(jī)狀態(tài)。延時(shí)Imin后，控制自啟動(dòng)空壓機(jī)，若進(jìn)氣儲(chǔ)罐的壓力大于設(shè)定值，則進(jìn)入制氧吸附流程的控制，當(dāng)制氧濃度大于設(shè)定值后，打開產(chǎn)氧閥，控制加壓泵工作使氧氣進(jìn)入儲(chǔ)氧罐，直到儲(chǔ)氧罐氧氣的壓力大于設(shè)定上限值為止，再進(jìn)入下一輪制氧流程。在本控制流程中，若空壓機(jī)連續(xù)五次不能正常啟動(dòng)，則控制系統(tǒng)將進(jìn)入故障判斷程序，并進(jìn)行故障的報(bào)告及維修工作。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電模式如下列車進(jìn)入分相區(qū)前，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均由鐵道路網(wǎng)電源供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電；列車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，列車PSA制氧系統(tǒng)中僅制氧主機(jī)由UPS提供不間斷供電電源，其余組成部分均暫停供電；列車駛離分相區(qū)后，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均在制氧主機(jī)PLC指令控制下自啟動(dòng)，再由鐵道路網(wǎng)干線供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電。本發(fā)明在靜態(tài)獨(dú)立供電運(yùn)行試驗(yàn)中，分別利用控制供電電源閘刀開關(guān)和制氧主機(jī)控制指令進(jìn)行了模擬鐵道路網(wǎng)分相區(qū)斷電的靜態(tài)試驗(yàn)。其結(jié)果表明空壓機(jī)在斷電Imin后合閘，仍能重新啟動(dòng)，連接制氧主機(jī)后，仍能在收到制氧主機(jī)PLC發(fā)出的控制指令信號(hào)后正
常工作。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其特征在于，在制氧系統(tǒng)制氧主機(jī)控制電路模塊電源適配器與主電源開關(guān)和冷干機(jī)的連接線路上接有UPS電源；在空壓機(jī)控制電路模塊微控制器與主電源開關(guān)連接線路上增設(shè)有路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器，該時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)接入冷干機(jī)的熔斷器與制氧主機(jī)控制電路模塊的電源開關(guān)之間；同時(shí)在制氧主機(jī)控制電路模塊PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)及延時(shí)程序；實(shí)現(xiàn)列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電模式 列車進(jìn)入分相區(qū)前，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均由鐵道路網(wǎng)電源供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電； 列車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，列車PSA制氧系統(tǒng)中僅制氧主機(jī)由UPS提供不間斷供電電源，其余組成部分均暫停供電； 列車駛離分相區(qū)后，列車PSA制氧系統(tǒng)各組成部分均在制氧主機(jī)PLC指令控制下自啟動(dòng)，再由鐵道路網(wǎng)干線供電，同時(shí)路網(wǎng)電源對(duì)UPS電池充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其特征在于，所述空壓機(jī)控制電路模塊微控制器采用EC550微控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其特征在于，所述的制氧主機(jī)控制電路模塊PLC邏輯程序中設(shè)計(jì)訪問空壓機(jī)是否啟動(dòng)的次數(shù)為5次,延時(shí)為lmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其特征在于，所述的時(shí)間繼電器延遲時(shí)間設(shè)為10s。
全文摘要
本發(fā)明屬于車載制氧系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于鐵道路網(wǎng)分相區(qū)特性的列車PSA制氧系統(tǒng)自啟動(dòng)供電方法，其在制氧系統(tǒng)制氧主機(jī)控制電路模塊電源適配器與主電源開關(guān)和冷干機(jī)的連接線路上接有UPS電源；在空壓機(jī)控制電路模塊微控制器與主電源開關(guān)連接線路上增設(shè)有路網(wǎng)分相區(qū)檢測(cè)時(shí)間繼電器，該檢測(cè)時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)接入冷干機(jī)的熔斷器與制氧主機(jī)控制電路模塊的電源開關(guān)之間，同時(shí)修改主控電路控制程序，實(shí)現(xiàn)列車PSA制氧系統(tǒng)在列車進(jìn)入分相區(qū)后制氧主機(jī)由UPS持續(xù)電源供電，駛離分相區(qū)后，自啟動(dòng)整個(gè)制氧系統(tǒng)。本發(fā)明解決了人工二次啟動(dòng)的時(shí)間不確定性，可在列車運(yùn)行途中完成氧氣制備的全流程工作。
文檔編號(hào)H02J9/04GK102684288SQ20121009187
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者向逾, 孫漢軍, 王濟(jì)虎, 石梅生, 陳渝 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院