单元5 城市轨道交通车辆制动系统课件EP2002

1.掌握EP2002型制动系统的结构2.了解EP2002型制动系统的特点和主要优缺点3.了解EP2002型制动系统的网络结构4.掌握EP2002型制动系统的控制过程和作用原理一.系统特点EP2002制动系统是德国克诺尔公司生产的轨道车辆制动控制系统，为电气模拟指令式制动控制系统。其核心部件为EP2002阀，负责空气制动系统的控制、监控和车辆控制系统的通信。EP2002制动控制系统与常规制动控制系统的最大区别在于设计思想不同：常规的制动控制系统采用车控式，即一个制动电子控制单元控制同一节车的2个转向架；而EP2002制动控制系统采用架控式新概念，即1个EP2002控制1个转向架，这样当一个EP2002出现故障时，只有1个转向架空气制动时失效，减少了对车辆的影响。由于其与常规制动系统相比具有相对突出的优点，目前在国内多条新建轨道交通车辆上得到广泛应用。EP2002制动系统将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动（SB）气动阀、紧急制动（EB）气动阀和车轮防滑保护装置（WSP）气动阀都集成到装在各转向架（EP2002网关阀、RIO阀和智能阀）上的机电包中。气动系统可以通过一个中心点向各个EP2002阀门供风或从各处向阀门供风。EP2002阀有完全分布式控制和半分布式控制两种形式。完全分布式控制如图5-1所示；半分布式控制如图5-2所示。图5-1EP2002阀完全分布式控制图5-2EP2002阀半分布式控制车控方式（集中式）制动系统包括集中气动控制、集中电子控制和本车转向架气动控制阀。如图5-3所示。图5-3车控方式示意图架控（分布式）制动系统如图5-4所示。将制动控制和带气动阀的制动管理电子装置结合在了安装于每个转向架上的单个机电一体化包中。列车网络分布式控制CAN总线WSP制动管理制动控制列车指令线BPBCP停放控制和悬挂控制单元图5-4架控式示意图EP2002制动系统的设计寿命为40年，大修周期间隔为9年，而且所有设备都有一个基于软件的寿命过期指示器，提示系统部件何时需要预防性大修。整个EP2002制动系统，包括它的空气压缩机、空气干燥塔、大小储风缸、控制单元和检测点，均采用模块化设计。因此，它的结构紧凑、重量轻，适用于各种不同的安装方式，使用、维护方便。二.系统组成EP2002制动系统组成示意图如图5-5所示。它主要由EP2002阀、制动控制模块以及其他辅助部件组成，其中核心部件是三个机电一体化的电磁阀，即网关阀（Gatewayvalve）、智能阀（Smartvalve）和远程输入/输出阀（RIOvalve）。网关阀和输入输出阀的外形如图5-6所示，智能阀外形如图5-7所示。EP2002阀的安装位置如图5-8所示。EP2002阀的外接线缆如图5-9所示。EP2002阀各接口的功能如图5-10所示。三个阀分别装在其所控制的转向架上（每个转向架对应一个阀），三个阀通过一个专用的CAN总线连接在一起。图5-5EP2002制动系统组成示意图图5-6网关阀和/输入输出阀外形图5-7智能阀外形图5-8EP2002阀安装位置图5-9EP2002阀的外接线缆图图5-10EP2002型阀各接口的功能SK1-CAN/PAL总线；PL1-测速；PL2-电源；PL3-数字I/O；SK2-模拟I/O；PL4-MVB总线与EP2002制动系统联系最紧密的有供气单元和基础制动装置。供气单元主要由空气压缩机、空气干燥塔、储风缸及供气压力控制等部件组成。它的主要功能是向列车提供压缩空气（风源）。压缩空气不仅是空气制动系统的风源，而且是列车上其他气动设备，例如空气弹簧、升弓风缸和刮雨器等使用的风源。供气单元的所有部件被集成在一个安装架上，既节省了安装空间，又缩短了气路管，减少漏泄，方便检修。一般空气压缩机配置VV120型，空气干燥塔配置双塔型。基础制动装置是空气制动系统的执行机构，大多选用德国克诺尔制动机公司的单元制动机，其中一半为带停放制动机构的单元制动机。在每个司机室内设有一个双针压力表，用于显示主风缸的压力和第一根车轴上的单元制动机的制动缸压力。双针压力表带有内部照明，并有常规测试/校正接口。三.EP2002阀的结构一个EP2002阀就相当于一般空气制动系统中的微机控制单元（EBCU）加上制动控制单元BCU的组合，此外，它还具有网络通信的功能。根据架控的需要，装备了EP2002制动控制系统的列车，每节车均装有两个EP2002阀，并且分别安装在其控制的转向架附近的车体底架上。所有的EP2002阀上都带有多个压力测试口，可以方便地测量储风缸压力、制动机风缸压力、车辆载荷压力以及停放制动缸压力等。EP2002阀的内部结构如图5-11所示。EP2002阀的气动部件如图5-12所示。图5-11EP2002阀的内部结构电子装置：1-BCU卡；2-模拟卡；3-总线耦合器（“通讯”）卡；4-RBX卡；5-电源卡；PVU（气动阀单元）伺服控制阀包括：6-反馈传感器；7-继动阀；8-先导控制提升阀。图5-12EP2002气动阀单元智能阀的内部结构如图5-13所示。智能阀是一个“机电EP”装置，其中包括一个电子控制段（RBX卡），该电子控制段直接装在一个称为气动阀单元（PVU）的气动伺服阀上。起控制作用的EP2002网关阀通过CAN制动总线传达制动要求，每个阀门据此控制着各自转向架上制动调节器内的制动缸压力（BCP）。本设备通过转向架进行常用制动和紧急制动，同时通过车轴进行车轮防滑保护控制。阀门受软件和硬件的联合控制和监控，并可以检测潜在的危险故障。结合使用各车轴产生的车轴速度数据和其他阀门通过专用CAN制动总线传来的速度数据即可进行车轮防滑保护。如图5-14展示了智能阀的I/O状况。图5-13智能阀结构图图5-14智能阀的输入输出接口从输入输出关系可以看出，智能阀的主要功能有以下几方面：1.常用制动时根据转向架的负载对输出制动压力进行调整并输出制动机压力。2.紧急制动时根据转向架的负载对输出制动压力进行调整并输出制动机压力。3.对每个轮对的滑行进行保护（WSP控制）。4.制动应用显示。5.储风缸失压时向继电器输出断开信号。6.通过CAN总线向网关阀报告本车故障监视情况。RIO（远程输入/输出）阀的内部结构如图5-15所示。它比智能阀多了两块电子控制板，即制动控制单元板和模拟输入输出板。除了具有智能阀的所有功能外，RIO阀还可以通过制动控制单元板和硬线与其控制的转向架上的牵引控制单元通信，使电制动和空气制动协调工作。与网关阀有着相同的I/O口，但并不进行制动控制运算而且没有安装网络接口卡。可编程的输入被RIO阀读取，然后通过EP2002双通道CAN总线传至主网关阀。RIO阀的可编程输出状态由主网关阀控制。RIO阀的输入输出接口如图5-16所示。图5-15RIO阀结构图图5-16RIO阀的输入输出接口网关阀的内部结构如图5-17所示。它比RIO阀又多了一块电子控制板—网络通信板。具有RIO阀和智能阀的所有功能，并将常用制动压力要求分配至所有装在本地CAN网络中的EP2002阀门。网关阀也可以提供EP2002控制系统与列车控制系统的连接。EP2002网关阀可以按要求定制，以连接MVB、LON、FIP和RS485通信网络以及/或者传统列车线缆和模拟信号系统。图5-17网关阀结构图在EP2002系统中，一个EP2002网关阀中的制动要求分配功能可以将SB制动力要求分配至列车装有的所有制动系统，以达到司机/ATO要求的制动力。网关阀的输入输出接口如图5-18所示。图5-18网关阀的输入输出接口1.设备外壳：外壳为阳极氧化铝重载挤出成型。外壳保护内部电子部件与外部工作环境隔离并为设备提供IP66级密封。2.气动阀单元(PVU)：此气动伺服单元由本地制动控制卡发出指令，用来控制进行常用制动、紧急制动和车轮防滑保护的各车轴上的BCP压力。3.供电单元(PSU)卡：供电单元卡接收所输入的电池供电和加热器供电。主供电经调控后在内部被传送至设备内的其他电子元件卡上。加热器供电则被传输至加热器单元，使其可以在极低温度下进行工作（如果已在原装设备制造商处安装）。4.本地制动控制(RBX)卡：本地制动控制卡根据主网关单元通过专用CAN总线传达的制动要求来控制PVU以进行常用制动、紧急制动和车轮防滑保护。5.制动管理(BCU)卡：制动管理卡仅安装在EP2002网关阀中，包括对整列列车进行制动管理的所需功能，而且还可以支持可配置的I/O端口。如果使用主网关阀，则制动管理功能激活并且与所有其他的智能阀和网关阀通过CAN总线建立通信。如果未使用主网关阀而仍使用一个普通网关阀，则BCU卡将作为一个远程输入/输出（RIO）工作，可以允许直接进入制动CAN总线而无需直接发送线缆信号至主网关阀。6.可选网络COMMS卡：可选择的网络通信卡仅安装在EP2002网关阀中。此卡可以符合MVP、FIP、LON和RS485接口标准（一个通信卡对应一种协议标准）。通信连接可以用于控制和诊断数据传输。7.可选模拟I/O卡：可选择的模拟I/O卡可安装到各种型号的网关阀和RIO阀上以提供进行常用制动控制所需的模拟信号。位于各种型号的网关阀、智能阀和RIO阀中的EP2002阀气动段均相同，并且被视作气动阀单元（PVU）。其功能区域可分为下列组别。其气路如图5-19所示。图5-19EP2002阀的气动结构1.主调节器：继动阀负责调节装置的供风压力并将其降低至一个按负荷增减的紧急制动压力的水平。继动阀同时还负责在电子负荷系统出现故障时提供机械系统产生的最小紧急制动压力。2.次级调节器：位于主调节器上游，负责将供给制动缸的压力限定在最大紧急制动压力。3.负荷单元：负荷单元用于向主调节器继动阀提供一个按负荷增减的紧急制动控制压力。此控制功能一直保持激活状态并与空气悬挂系统压力成一定比例。4.BCP调节：BCP调节功能负责从主调节器处接收输出压力并进一步将其调节至常用制动所要求的BCP等级。在进行车轮防滑保护时，BCP调节段同样负责对制动缸压力进行气动控制。5.连接阀：可以使BCP输出以气动方式汇合或分开。在常用制动或紧急制动时，两个BCP输出汇合以通过转向架进行控制。在经车轴进行车轮防滑保护的系统上，当WSP动作时，两车轴互相被气动孤立，每个车轴上的BCP都通过BCP调节段得到独立控制。6.远程缓解：远程缓解功能可以使用也可以不使用。作为EP2002阀功能的一个组成部分。当远程缓解输入得电时，供风压力被隔离，制动缸经阀门的输出被排向大气。系统还具有一个硬件互锁，可以在出现紧急制动要求时防止EP2002阀被远程缓解。7.紧急制动脉动限制：紧急制动脉动限制可以使用也可以不使用。如果不使用紧急制动脉动限制，将气路中的紧急制动脉动限制电磁阀换成一块孔板。四.EP2002制动系统的优缺点（一）EP2002制动系统的优点（二）EP2002制动系统的缺点EP2002制动控制系统的优点主要表现在以下几方面：1.减小了故障情况下对列车的影响。如果一个EP2002阀出现故障，则只有一个转向架的制动失效，列车只需要对此转向架损失的制动力进行补偿；而一般制动控制系统中的制动电子控制单元ECU出现故障，列车需要对本节车损失的制动力进行补偿。因此，使用架控方式的EP2002制动控制系统尤其适合于短编组的地铁列车。2.缩短了制动响应时间。根据克诺尔制动机公司的试验数据，EP2002制动控制系统的响应时间比常规制动控制系统的响应时间缩短约0.2S。3.提高了制动精确度。常规制动控制系统的精确度约为±0.2×105Pa；而EP2002制动控制系统提供给制动缸制动力的精确度可达到±0.15×105Pa。4.减少了空气消耗量。由于EP2002阀靠近转向架安装，从EP2002阀到制动缸的管路长度减小，所以在制动时的空气消耗量将减小，同时空气泄漏量也将减小。5、节省了安装空间。减轻重量、减少布管和布线数量。6.提高了可靠性和可用性，降低了故障率。根据克诺尔制动机公司的计算，EP2002制动控制系统的故障率比常规制动控制系统的故障率降低了约50%左右。7.减少了维护工作量。