一种用于控制多个机车编组中的机车压缩机以优化压缩机寿命、寒冷天气操作以及维护排程的系统。每个压缩机与控制器相关联，控制器可以经由到网络的接口与其他压缩机的也被接口连接到网络的对应控制器进行通信。领头压缩机控制器可以之后对其他压缩机控制器发出命令以更有效地恢复到系统的压力，以实现改进的使用排程，或者以管理维护间隔从而在定期维护间隔期间使每个压缩机的使用最大化。
1.一种用于控制机车编组中的多个空气压缩机的系统，包括：
第一控制器，其被相互连接到所述第一空气压缩机并且控制所述第一空气压缩机的操作，其中，所述第一控制器包括第一监视器，所述第一监视器跟踪所述第一空气压缩机的第一累积总利用率；
第二控制器，其被相互连接到所述第二空气压缩机并且控制所述第二空气压缩机的操作，其中，所述第二控制器包括第二监视器，所述第二监视器跟踪所述第二空气压缩机的第二累积总利用率；
其中，所述第一控制器被编程以经由所述网络将命令发送到所述第二控制器，所述命令基于所述第一空气压缩机的第一累积总利用率和所述第二空气压缩机的第二累积总利用率来指示所述第二控制器应当如何操作所述第二压缩机。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器被耦合到所述第一机车的第一风缸并被相互连接到所述第一控制器以提供与所述第一风缸中的压力增加对应的信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为基于所述第一风缸中的压力增加来指令所述第二控制器如何操作所述第二压缩机。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括第一监视器，所述第一监视器与所述第一压缩机相关联并被相互连接到所述第一控制器以提供表示所述第一压缩机的使用的第一数据。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为基于表示所述第一压缩机的使用的所述第一数据来操作所述第一压缩机。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为在预定间隔期间比较表示所述第一压缩机的使用的第一数据以确定是否要操作所述第一压缩机。
7.根据权利要求4所述的系统，还包括第二监视器，所述第二监视器与所述第二压缩机相关联并被相互连接到所述第二控制器以提供表示所述第二压缩机的使用的第二数据，其中，所述第二控制器被编程为通过所述网络将表示所述第二压缩机的使用的所述第二数据发送到所述第一控制器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为针对排程比较表示所述第二压缩机的第二累积总利用率的所述第二数据以确定是否要操作所述第二压缩机。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为基于所述第一压缩机和所述第二压缩机的相对使用来确定是否要操作所述第一压缩机和所述第二压缩机中的一个。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一控制器被编程为顺序地操作所述第一压缩机和所述第二压缩机。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括用于检测与所述第一压缩机相关联的第一温度的第一传感器，其中，所述第一控制器被编程为当所述第一温度低于冰点时操作所述第一压缩机和所述第二压缩机中的仅仅一个。
12.一种控制机车编组中的空气压缩机的方法，包括以下步骤：
监视所述第一压缩机和所述第二压缩机二者在预定时间段的累积利用率；
将命令从所述第一控制器发送到所述第二控制器，所述命令是基于所述第一压缩机和所述第二压缩机二者在预定时间段的累积利用率的；以及基于从所述第一控制器接收到的命令来操作所述第二压缩机。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括检测由所述第一压缩机或所述第二压缩机供应的风缸中的压力增加的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将命令从所述第一控制器发送到所述第二控制器的步骤包括向所述第二控制器发送用于基于所述风缸中的压力增加而操作所述第二压缩机的指令。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括监视所述第一压缩机和所述第二压缩机在预定时间段内的使用的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将命令从所述第一控制器发送到所述第二控制器的步骤包括当所述第二压缩机在预定时间段内的使用少于所述第一压缩机在第二预定时间段内的使用时发送用于操作所述第二压缩机的指令。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，将命令从所述第一控制器发送到所述第二控制器的步骤包括发送用于根据预定排程来操作所述第二压缩机的指令。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，将命令从所述第一控制器发送到所述第二控制器的步骤包括当所述第一压缩机未操作时发送用于操作所述第二压缩机的指令。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括检测环境温度的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，如果环境温度低于冰点，则所述第一压缩机和所述第二压缩机中的仅仅一个被操作。
机车编组中的空气压缩机的优化控制
技术领域
[0001] 本发明涉及机车压缩机系统，并且更具体地涉及用于控制编组中的机车压缩机的系统。
背景技术
[0002] 在重型运输货运列车操作中，在列车的头部通常存在多个机车，其全部提供牵引力以在来自最前面的机车的领头控制下使列车移动。机车通常由四个空气管道被相互连接成多个单元(MU)系统，四个空气管道包括制动管道、20-Pipe,13-Pipe和MR Pipe(主风缸)以及标准的“27管脚”跨接线缆。该组合允许领头机车中的驾驶员在推进和制动两者的MU控制下驱动作为从机车的尾随列车。
[0003] 在MU配置中，机车中的每个上的主风缸经由MR管道端软管相互连接，从而使组合的MR体积对机车编组可用。每个机车还包括用于对主风缸加压的空气压缩机。另外，27管脚列车线缆包括针对MU压缩机控制的列车线缆(通常为列车线缆#22)。这允许领头机车上的压缩机调节器同时开始和停止所有机车上的压缩机，从而得到相互连接的MR系统的非常快速填充。另外，压缩机的MU操作甚至在领头机车上的压缩机发生故障的情况下确保不中断的足够的空气供应。
[0004] 然而，如果所有MR处于低装载状态或者如果列车制动系统被卸载则期望MR系统的快速填充，因为在这些状况下，可以完全地利用多个压缩机的较高的总空气容量。然而，大多数情况下，机车和列车制动上的空气系统被装载，并且空气压缩机在压缩机调节器上控制界限和下控制界限之间循环，通常在120psi和140psi之间循环。因此，一般不需要MU中的压缩机的完全容量。
[0005] 到列车制动管道中的所有气流由领头机车上的空气制动系统控制。机车空气制动系统包括限制在MR2的出口与制动管道压力控制回路的入口之间的流的标称19/64”直径的扼流圈。制动管道压力通常以90psi被完全地装载。完全服务制动管道减少通常为26psi，其对应于64psi制动管道压力。为了释放列车制动，制动管道被重新装载到90psi。因为列车上的制动管道是列车的长度，常常超过6000英尺，并且归因于管道中的摩擦的效应，在列车的前面的制动管道在列车的尾部的制动管道之前良好地装载。因此，机车制动系统中的制动管道调控设备(制动管道继电器)在列车中的制动管道被完全装载之前基于在列车的头部的制动管压力开始扼制气流。在重新装载的低头部压力(其为流动到64到90psi制动管中的120到140psi MR压力)、19/64”装载扼流圈以及制动管道继电器的扼制的净组合意味着所需要的气流的速率比仅仅一个机车上的压缩机的气流容量少得多。
[0006] 在MU编组中，来自机车中的每个上的压缩机上的组合的气流容量因此比所需要的大得多，并且因此，压缩机占空比很短。例如，在一些情况下，从120psi到140psi的MR重新装载可以占用少于30秒。这出于几个原因是不期望的。第一，压缩机启动包括组件上的高浪涌电流、高加速度和高扭矩，其全部最终对压缩机有害。第二，因为压缩机运行如此短的时间，其不能够实现优化的稳定的操作温度。因此，存在归因于瞬时热膨胀问题的冷却部件的加速磨损，并且冷却压缩机更易于从产生的空气累积冷凝水。最终，除了腐蚀的问题，液态水的累积可以在冬天的操作中冻结，由此造成在冷却器之后的压缩机和排放线缆的阻断。
[0007] 优选地，压缩机具有较长的占空比，使得压缩机和相关组件归因于压缩到与所排放的空气大致相同的温度的加热而被加热。压缩机的正常操作温度导致压缩机系统中的少得多的凝结，并且在之后的冷却器和排放线缆中的足够的热以在那些关键位置中防止任何液态水冻结。因此，在机车编组中的所有压缩机的同步控制可能在干排放期间是优点时，或者在领头机车上的压缩机发生故障的情况下，同步控制显然对压缩机寿命不利并且在寒冷天气操作期间是有问题的，因为压缩机占空比太短。
[0008] 在一些情况下，编组中的领头机车能够被设置以允许独立压缩机控制，因此每个机车上的压力调节器独立地打开和关闭该压缩机。该控制方案解决了太多装载容量的问题，因为所有主风缸由MR管道连接，并且因此每个机车上的MR压力标称上是相同的，并且因此存在每个机车压缩机控制上的压力调节器设置中的自然公差。然而，在该方案中，机车编组中的一个压缩机将归因于压力调节器的公差变化以比编组中的其他压缩机更高的压力打开，并且将提供针对列车的所有空气，并且因此，压缩机利用率和压缩机维护需要是不平衡的。通常，按规划的定期的排程完成压缩机维护，其中某些维护动作以规则的日历间隔发生。因此，受制于该控制方案的压缩机将在维护间隔期间比其他做更多功，因此一些压缩机将被维护得太晚并且一些将比所需要的更早地服务。
发明内容
[0009] 本发明包括一种用于控制机车编组中的多个空气压缩机的系统，其中每个机车的空气压缩机与网络化控制器相关联，网络化控制器可以发送或接收与相关联的压缩机的操作相关的命令。一个预定控制器被编程以向其他控制器发出命令，使得每个压缩机更有效地被操纵。例如，每个压缩机可以被顺序地启用以在每次MR系统需要重新填充时重新填充MR系统。领头控制器还可以监视其他压缩机自预定时间点或使用的总利用率，使得领头控制器可以实现使每个压缩机的利用率最大化的压缩机使用的排程，由此确保每个压缩机在其调度的维护时间段期间被完全地利用。领头控制器还可以被耦合到温度计或其他传感器以控制压缩机使用从而避免冻结或其他温度相关的问题。
附图说明
[0010] 将通过结合附图阅读以下详细描述更完全地理解和认识本发明，在附图中：
[0011] 图1是具有根据本发明的压缩机控制系统的多个单元编组的示意图；
[0012] 图2是根据本发明的用于编组中的每个机车的压缩机控制系统的示意图；
[0013] 图3是根据本发明的网络化压缩机控制系统的示意图；
[0014] 图4是根据本发明的压缩机控制的流程图；以及
[0015] 图5是根据本发明的压缩机系统控制的流程图。
具体实施方式
[0016] 现在参考附图，其中类似的附图标记在其中指代类似的部件，在图1中可见，优化压缩机寿命、寒冷天气操作和平衡利用率以进行维护优化的智能的分布式机车压缩机控制系统10。系统10将多个单元编组中的每个机车14的压缩机12相互连接。在多个单元编组中，每个机车14可以被设计为领头机车14a，而随后的机车14b至14n用作从机车。尽管图1将领头机车14a描绘在编组的头部，但是被设计为用作领头机车14a的机车14能够被定位在沿着编组的任何位置中。
[0017] 如图2中可见，系统10是一系列个体机车控制系统，其中的每个具有与编组中的每个机车14的每个压缩机12相关联的个体控制器16。控制器16经由将控制器14连接到跨度编组的网络20的接口18被网络连接到列车编组中的其他机车。网络20可以包括无线网络，例如IEEE 802.11或蜂窝3G或4G网络、或有线网络，例如以太网或IEEE 802.5，或者甚至采用用于列车内通信的现有27管脚列车线缆的备用电线的定制网络。优选地，接口18包括被叠加在现有27管脚列车线缆压缩机控制电线(其通常为电线号22)的上的电力线载体网络信号。
[0018] 控制器16可以在压缩机12正在使用被耦合到诸如第一主风缸28的MR系统的传感器22操作的同时监视MR系统中的压力增加的速率。主风缸28可以被连接到机车的主风缸管道36。第一主风缸28还可以经由止回阀30被连接到第二主风缸32。第二主风缸32可以被连接到制动系统34，其还被连接到制动管道40。电源44可以经由响应于风缸28中的压力而操作的开关42被耦合到系统10。
[0019] 系统10还可以被配置为使得每个控制器16包括监视模块24，监视模块24跟踪其对应的压缩机12自预定时间点或使用(例如上次检修或重大维护)的总利用率。监视模块24可以因此将使用信息报告给领头控制器16，领头控制器16可以之后建立并实现压缩机使用的排程，该排程优选地命令编组中的具有最低累积利用率的压缩机的使用。系统10还可以通过对每个控制器16增加实时时钟并将累积压缩机利用率与直到下次调度的维护剩余的时间(或自上次维护的时间)进行比较来优化，使得系统10可以瞄准压缩机使用以在调度的维护间隔的最后实现每个压缩机12的百分之100的利用率。例如，具有为通过其维护间隔的路途的百分之95的百分之75的累积利用率的压缩机将优选于具有为通过其维护间隔的路途的仅百分之10的百分之10的利用率的压缩机被使用。将温度传感器26增加到系统10将还允许系统10管理压缩机温度并避免相关问题。例如，压缩机控制方案能够优选地操作编组中的仅仅一个压缩机以当环境温度在冰点以下时在对压缩机的使用期间优化压缩机温度。
[0020] 如图3中可见，系统10包括任何数量的个体机车，其中的每个包括如图2中可见的压缩机控制系统。因此，领头机车14a的指定的领头控制器16a可以异步地控制编组中的剩余机车14b到14n上的压缩机中的每个以优化装载率、压缩机温度和平衡压缩机利用率。使用下标(为了说明的目的选择三个，a、b、c)指示每个机车的个体系统中的对应元件。
[0021] 为了避免维护间隔问题，系统10可以被编程为以几种不同的方式管理压缩机利用率。例如，在领头压缩机控制器16a的控制下，主风缸系统的重新填充可以通过顺序地启用编组中的每个压缩机12b至12n来实现。编组中的MR系统第一次需要被重新填充时，第一机车上的压缩机12a被利用。下次，对第二机车上的压缩机12b发送命令以重新填充MR系统，其中系统10顺序地循环通过剩余的压缩机12n中的每个。以这种方式，机车编组中的压缩机12a至12n中的全部将经历相同量的利用率并具有优化的占空比。
[0022] 如图4中可见，系统10可以被编程为优选地使用具有最低使用时间的压缩机。第一步骤涉及对编组中的所有压缩机的识别50。接下来，基于总允许使用和实际使用的假设来计算针对编组中的每个压缩机的利用率因子52。例如，检修之间的八年使用寿命和每年加电使用的1500小时的假设将得到12,000小时的使用寿命。应当意识到，八年和1500小时是示例性变量，并且可以由系统10使用其他值。一旦针对每个压缩机52计算了利用率因子，压缩机就可以根据利用率来排序54，例如从最低利用率至最高利用率。当需要56压缩机打开信号时，例如当主要的主风缸等于或低于大约125psi时，可以使用利用率因子排序将命令发送到合适的压缩机58。当止回阀60确定主要的主风缸等于或高于大约145psi时，所有的压缩机可以被关闭62并且相应地更新64针对每个压缩机的使用小时。
[0023] 在需要高气流的情况下，例如在列车的制动系统的干装载期间，领头机车14a的控制器16a可以在压缩机12a正在使用被耦合到MR系统的传感器22a操作的同时监视MR系统中的压力增加的速率。传感器22a可以基于MR系统的风缸28a中的压力增加的低速率来检测高气流需要。在这种状态下，领头压缩机12a的控制器16a可以在网络20上经由接口18a将命令发送到从压缩机12b至12n以打开它们对应的压缩机12b至12n，直到满足空气需要。类似地，使用相同的方法，领头压缩机12a的控制器16a可以经由网络20发送指令压缩机12b至12n中的一个或多个在MR压力增加的速率太快或者已经实现了期望的量时关闭的命令。如图5中可见，第一步骤(例如途径)是要确定主要的主风缸中的压力是否已经下降为低于阈值70，例如125psi。控制器压缩机，例如压缩机12a可以之后被打开72。做出检查74以确定压力是否保持低于第二较低阈值(例如120psi)，其可以指示归因于极低的压力而需要打开额外的压缩机。如果检查74确定压力低于第二阈值，则做出再装载速率检查76以确定压力的增加的速率是否高于预定速率。如果不是的话，则发送命令78以打开额外的压缩机，例如压缩机12n。然而，如果检查74确定压力不低于第二阈值，则无需打开额外的压缩机并且做出检查
80以确定主要的主风缸是否已经被足够地重新加压。如果是的话，则关闭82所有压缩机。
