CN101452628B

CN101452628B - 电气化铁路接触网温度在线监测系统

Info

Publication number: CN101452628B
Application number: CN200710115155XA
Authority: CN
Inventors: 赵砚青; 刘国永
Original assignee: ZIBO ZHIYANG ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: Zhiyang Innovation Technology Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: CN101452628A

Abstract

电气化铁路接触网温度在线监测系统，属于远程自动监测领域。包括监控中心、传输网络和现场设备，监控中心通过传输网络联接现场设备，其特征在于：现场设备包括数据集中器和监测装置，数据集中器的第一无线通信模块与监测装置的第二无线通信模块无线互连，传输网络电联接数据集中器的网络通信模块，信号调理电路连接传感器。本发明可以及时发现接触网的温度升高，立即采取措施，避免事故的发生，极大地提高铁路运行的安全性。

Description

电气化铁路接触网温度在线监测系统

技术领域

电气化铁路电气化铁路接触网温度在线监测系统，属于电气化铁路远程自动监测领域。

背景技术

随着铁路大提速的施行，铁路行车安全越来越重要。作为电气化铁路重要设备的接触网，其安全可靠运行越来越受到重视。在运行中，接触网设备承受力和电的双重作用，机械故障和电气故障构成了接触网设备故障的主体。有资料显示，在接触网运行多年，牵引运能不断增加的情况下，设备的电气烧伤现象越来越突出，而且电气烧伤问题在事前又不易发现，潜在的危害性很大。造成接触网设备电气烧伤的原因很多，如允许的持续载流量偏小、主导电回路导流不畅等。不论是什么原因，电气烧伤前的一个物理现象是温度的升高。如果能及时地发现接触网的温度升高，立即采取措施，就可以避免事故的发生，提高铁路运行的安全性。基于以上原因，许多地方配备了红外测温仪，由工作人员定时检测接触网的温度，取得了一定的效果。但是，采用人工巡检，既费时费力，又不可能做到时刻检测，仍然存在许多盲点，给铁路运行带来隐患。

发明内容

根据现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种全天候在线监测电气化铁路接触网温度，能够及时报告故障信息的电气化铁路接触网温度在线监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电气化铁路接触网温度在线监测系统，包括监控中心、传输网络和现场设备，监控中心通过传输网络联接现场设备，其特征在于：现场设备包括数据集中器和监测装置，所述的数据集中器包括第一CPU模块、RAM模块、电源模块、网络通信模块和第一无线通信模块，网络通信模块和无线通信模块连接第一CPU模块的通讯端，RAM模块连接第一CPU模块的数据端，电源模块连接第一CPU模块、RAM模块、网络通信模块和无线通信模块，所述的监测装置包括第二CPU模块、EEPROM模块、信号调理电路和第二无线通信模块，EEPROM模块和信号调理电路分别连接第二CPU模块的数据端，第二无线通信模块连接第二CPU模块的通讯端，传输网络电联接数据集中器的网络通信模块，信号调理电路连接传感器，第一无线通信模块与第二无线通信模块无线互连。

所述的监测装置安装在接触网上。

工作原理：监控中心接收各现场设备监控点的数据，并实现数据的存储、分析、判断、告警等功能，以不同的方式提醒相关工作人员现场的工作情况。传输网络主要完成数据的传输功能。监测装置安装在接触网上，用以监测接触网的温度；数据集中器可以安装在车站或站场内，通过无线通讯模块接收监测装置的监测数据，并与监控中心通过传输网络通信，将监测数据发送到监控中心。

其中：所述的电源模块采用普通现有技术即可。

所述的传感器采用温度传感器。

所述的传输网络可以采用采用成熟的GPRS网络技术。

与现有技术相比，本发明的电气化铁路接触网温度在线监测系统所具有的有益效果是：通过在接触网上安装连续测量温度的传感器，对连接器的运行状态实时进行监测，并把测量结果通过通信网络上传到监控中心数据库服务器，通过软件分析能够提前预知接触网的早期过热现象，实现故障的早期预测，防患于未然，达到预警的功能。通过本系统的实施，可以及时发现接触网的温度升高，立即采取措施，就可以避免事故的发生，极大提高铁路运行的安全性。

附图说明

图1是本发明的数据集中器的原理方框图；

图2是本发明的监测装置的原理方框图；

图3是本发明的数据集中器的第一CPU模块的电路原理图；

图4是本发明的数据集中器的网络通信模块的电路原理图；

图5是本发明的数据集中器的无线通信模块的电路原理图；

图6是本发明的监测装置的电路原理图；

图7是本发明的信号调理电路的电路原理图。

图1-7是本发明的最佳实施例，其中：D1、D13、单片机 D2、D14、时钟芯片 D3、锁存器 D4、RAM芯片 D5、译码器 D6、总线驱动器 D7、D17、EEPROM芯片 D8、电平转换芯片 D9、D10光耦 D11、通信模块 D12、D16、无线通信模块 D15、信号调理电路 D18、D19、集成放大电路 R1-R47、电阻 C1-C20、电容 VT1-VT3、三极管 V1-V10、二极管 H1-H8、发光二极管 Z1、Z2、稳压二极管 XT1-XT4、晶振 J1-J8、XS1、接口 X1、接口连接器 L1-L4、电感。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述：

如图1所示，数据集中器包括第一CPU模块、RAM模块、电源模块、网络通信模块和第一无线通信模块，网络通信模块和无线通信模块连接第一CPU模块的通讯端，RAM模块连接第一CPU模块的数据端，电源模块连接第一CPU模块、RAM模块、网络通信模块和无线通信模块。

在本发明的电气化铁路接触网温度在线监测系统中，监控中心采用普通现有技术，设有数据服务器、前置工作站、浏览终端、网络短信服务器等，主要负责接收各监控点的数据，并实现数据的存储、分析、判断、告警等功能，以不同的方式提醒相关工作人员现场的工作情况。传输网络采用普通现有技术，例如采用系统内局域网，或在条件不具备的情况下，采用GPRS通信网，主要完成数据的传输功能。现场设备包括数据集中器和监测装置。传输网络电联接数据集中器的网络通信模块。

数据集中器可以安装在车站或站场内，通过无线通讯模块接收来自监测装置的监测数据，第一CPU模块进行处理分析后，网络通信模块通过传输网络，将监测数据发送到监控中心。

如图2所示，监测装置包括第二CPU模块、EEPROM模块、信号调理电路和第二无线通信模块，EEPROM模块和信号调理电路分别连接第二CPU模块的数据端，第二无线通信模块连接第二CPU模块的通讯端，信号调理电路连接传感器。

传感器采用普通现有温度传感器，在接触网上安装连续测量温度的温度传感器探头。

监控装置采用低功耗微控制器，通过采集安装在接触网上的温度传感器温度信号，对连接器的运行状态实时进行监测，通过比较判断，确认是否发生温度升高事故，并通过第二无线通信模块将信息发送到数据集中器。

如图3所示，数据集中器的第一CPU模块部分，单片机D1的数据线AD0-AD7端与锁存器D3、RAM芯片D4的数据线D0-D7端相连，与总线驱动器D6的B0-B7端相连。单片机D1地址总线A8-A15端与RAM芯片D4的A8-A14端和/CE端相连；锁存器D3的Q0-Q7端与RAM芯片D4的A0-A7端相连；单片机D1的/RD、/WR端分别与RAM芯片D4的/OE、/WE端相连；译码器D5的A、B、C、E3端分别与单片机D1的A8、A9、A10、A15端相连；时钟芯片D2与EEPROM芯片D7的SCL、SDA端分别与单片机D1的P34和P35端相连。晶振XT1为CPU晶振，与单片机D1的X1、X2端相连提供工作频率；电容C1、C2为晶振电容，分别与晶振XT1的两端相连。电容C3为滤波电容，电容C3连接在时钟芯片D2的8脚和地之间；晶振XT2为时钟晶振，与时钟芯片D2的1、2脚相连；电池BAT1为锂电池，通过二极管V2与时钟芯片D2的8脚相连。电阻R1、R2、R3为上拉电阻；电阻R4、R5、R6、R7为限流电阻；发光二极管H1、H2、H3、H4为指示灯。发光二极管H1、H2、H3、H4为指示灯通过电阻R4、R5、R6、R7接总线。三极管VT1连接在蜂鸣器FMQ1上，电阻R8为限流电阻，通过接口J2连接到单片机D1的P10端。单片机D1的P11端连接接口J1。阻排RP1为数据线上拉电阻排，连接到单片机D1的AD0-AD7端。阻排RP2为总线驱动器D6的输入线上拉电阻排，分别连接在总线驱动器D6的A0-A6端。开关SW1为拨码开关，一侧接地，另一侧接总线驱动器D6的A0-A6端。

在VCC与地之间根据需要设置滤波电容。

单片机D1可以采用STC89C54RD+PLCC44型号。RAM芯片D4采用HM62256BLFP。锁存器D3采用74HCT573。时钟芯片D2采用PCF8563T。EEPROM芯片D7采用24C64。译码器D5采用74HCT138。总线驱动器D6采用74HCT245。

以上所采用元器件，不仅限于此。

如图4、图5所示，数据集中器的网络通信模块和无线通信模块。

网络通信模块主要包括电平转换芯片D8，光耦D9、D10，通信模块D11。电平转换芯片D8为RS232电平转换芯片，电容C4-C7分别连接在电平转换芯片D8的1、3、4、5、16、2、6、15脚。光耦D9、D10型号采用6N136。光耦D9的3脚与电平转换芯片D8的12脚相连，光耦D10的6脚与电平转换芯片D8的11脚相连。光耦D9的6脚和光耦D10的3脚分别通过接口J3、J4与第一CPU模块部分的TXD、RXD相连；电阻R9-R12为上拉电阻。连接器X1为RS232接口连接器DB9型号。通信模块D11的型号为ZNE-10T，通信模块D11的TXD、RXD端分别通过接口J3、J4与第一CPU模块部分的TXD、RXD相连。发光二极管H5、H6、H7为指示灯；电阻R15-R17为限流电阻，分别与通信模块D11的19、5、15脚和发光二极管H5、H6、H7相连。接口XS1为RJ45网络接口。电容C8、C9、C10为滤波电容；电阻R18、R19、C10为接口XS1的防护元件。无线通信模块主要采用型号CC1100的无线通信模块D12。通过无线通信模块D12与第一CPU模块部分相连。电阻R20-R25和二极管V3-V8构成电平转换电路。

网络通信模块和无线通信模块也可以采用其他实现其相同功能的电路。

数据集中器的电源模块采用普通现有技术即可，为本行业技术人员所掌握。

如图6所示，监测装置的电路原理图

监测装置主要包括单片机D13、时钟芯片D14、EEPROM模块D17、无线通信芯片D16和信号调理电路D15。晶振XT3连接在单片机D13的6、7脚之间，电容C11、C12分别接于单片机D13的6、7脚与地之间。发光二极管H8为指示灯，通过电阻R26接于单片机D13的P2.1端。无线通信模块D16的其5-10脚分别接于单片机D13的P1.5、P1.7、P1.6、P3.3、P2.0、P1.4端。接口J5为编程接口，其1、2脚分别接于单片机D13的TXD、RXD端。晶振XT4接于时钟芯片D14的1、2脚之间。时钟芯片D14和EEPROM芯片D17的SCL、SDA端分别接于单片机D13的12、13脚。电阻R31、R32、R33为上拉电阻，分别接单片机D13的12、13、8脚。三极管VT3、VT2为MOS三极管，其栅极分别通过电阻R29、R27接至单片机D13的15、16脚。三极管VT3的栅极与源极之间并接电阻R30和二极管V9，三极管VT2的栅极与源极之间并接电阻R28和二级管V10。单片机D13的P1.0-P1.3端分别连接信号调理电路D15的AD0-AD3短。

在VCC与地之间根据需要设置滤波电容。

单片机D13采用STC12LE5410AD-SOP28。时钟芯片D14采用PCF8563T。EEPROM芯片D17采用24C64。无线通信芯片D16采用CC1100。

信号调理电路D15采用含有滤波、放大、保护等功能的电路即可，为普通本行业技术人员所掌握。信号调理电路D15的输入端连接温度传感器。

如图7所示为信号调理电路D15的一种实施方式：包含四路相同的电路，可以选用其中一路或者几路。其中前3路的连接关系为：接口J6的1端通过电阻R31连接于VCO，另一端通过串联的电阻R32和电感L1接于集成放大电路D18的3脚，电容C13、C14为滤波电容，电阻R33接于集成放大电路D18的3脚和地之间。集成放大电路D18的1、2脚相连，集成放大电路D18的1脚通过电阻R35接于单片机D13的ADC0脚。电阻R34为上拉电阻。

接口J7的1端通过电阻R31连接于VCO，另一端通过串联的电阻R36和电感L2接于集成放大电路D18的5脚，电容C15、C16为滤波电容，电阻R37接于集成放大电路D18的5脚和地之间。集成放大电路D18的6、7脚相连，集成放大电路D18的7脚通过电阻R39接于单片机D13的ADC1脚。电阻R38为上拉电阻。

接口J8的1端通过电阻R31连接于VCO，另一端通过串联的电阻R40和电感L3接于集成放大电路D19的3脚，电容C17、C18为滤波电容，电阻R41接于集成放大电路D19的3脚和地之间。集成放大电路D19的1、2脚相连，集成放大电路D19的1脚通过电阻R43接于单片机D13的ADC2脚。电阻R42为上拉电阻。

设置第四路为标准信号输入端：接口J7的1端通过电阻R31连接于VCO，同时还通过串联的电阻R44和电感L4接于集成放大电路D19的5脚，电容C19、C20为滤波电容，电阻R45接于集成放大电路D19的5脚和地之间。集成放大电路D19的6、7脚相连，集成放大电路D19的7脚通过电阻R47接于单片机D13的ADC3脚。电阻R46为上拉电阻。

集成放大电路D18、D19采用MCP6002，接口J6-J8为信号输入端。

在VDD1与地之间连接一个为保护二极管，用于过流或者过压保护。

工作过程：

监测装置的接口J6-J8接外部的温度传感器探头，温度传感器探头安装在需要监测的监测点上。通过温度的变化引起输入信号的变化，该信号通过信号调理电路进入单片机D13，由内部的AD功能进行模数转换，由程序读取数据，通过换算得出实际温度值。程序通过分析判断是否有温度超过限值的情况发生，一旦发现温度越限，立即启动发送过程，通过无线通讯模块，将告警信息发送到数据集中器。

数据集中器通过无线通讯模块接收到告警信息后，立即通过网络接口或RS232接口将告警信息发送到监控中心。监控中心的前置工作站程序接收数据并解码后，将数据存储在数据库服务器中，安装在数据库服务器中的中心服务程序根据告警内容，分别通过网络短信服务器将告警信息发送到相关人员的手机上，提示出现警情，请立即处理。另外，系统中的IE浏览器终端也可以接收到告警信息，并在计算机屏幕上提示。至此，一个告警信息处理完毕。

本发明通过设置可以实现以下功能：

1、温度采集功能

通过在接触网上安装连续测量温度的探头，对连接器的运行状态实时进行监测，并把测量结果通过通信网络上传到监控中心数据库服务器，通过软件分析能够提前预知接触网的早期过热现象，实现故障的早期预测，防患于未然，达到预警的功能。

2、通信功能

各个温度监测点配置监测终端，监测终端通过射频与数据集中器相连，数据集中器通过GPRS通道同监控中心相联，GPRS由专业运营商提供，确保通信可靠。

3、数据处理功能

监控中心接收各个监测点的现场数据，通过分析处理，保存到数据库中，同时显示在计算机屏幕上，并且根据告警情况提示告警，将相关数据发送到不同的工作站上。

4、报警功能

当接触网温度升高并超过设定的报警限时，系统会以不同的方式发出报警，包括网络报警客户端、短信等，并显示发生报警点的位置及记录发生报警的时间，及时准确指导检修和故障查找工作。

网络客户端报警模块在接收到数据处理中心发送的告警信息后，立即在客户端屏幕上弹出告警窗口，包括告警的各种信息，提示用户立即处理告警信息。

短信告警平台接收数据处理中心的告警信息，按照用户事先设定的告警计划，根据不同的告警类型、告警设备向不同的相关人员发送告警短信。

5、WEB浏览功能

监控中心采用最新的B/S结构设计，只要具有相应权限，在局域网上的任一台计算机上都能访问数据库中的数据，查看各监测点的实时温度和历史数据，方便浏览和管理。

6、用户管理功能

系统具有用户管理功能，可由系统管理员增加或删除管理人员名单、设置管理权限等，确保系统的安全运行。

7、数据查询功能

系统可以查询每个监控点的报警参数、报警记录、排序、打印等；查询每个监控点的监控参数、历史数据、排序、打印等；按时间查询、按时间段查询、按监测站查询、按告警查询等，提供多种条件查询。

8、完善的日志记录功能

系统可以记录用户的使用情况，以及告警信息。通过日志可以查询所有的告警信息。

Claims

1.电气化铁路接触网温度在线监测系统，包括监控中心、传输网络和现场设备，监控中心通过传输网络联接现场设备，其特征在于：现场设备包括数据集中器和监测装置，数据集中器包括第一CPU模块、RAM模块、电源模块、网络通信模块和第一无线通信模块，网络通信模块和无线通信模块连接第一CPU模块的通讯端，RAM模块连接第一CPU模块的数据端，电源模块连接第一CPU模块、RAM模块、网络通信模块和无线通信模块；监测装置包括第二CPU模块、EEPROM模块、信号调理电路和第二无线通信模块，EEPROM模块和信号调理电路分别连接第二CPU模块的数据端，第二无线通信模块连接第二CPU模块的通讯端，传输网络电联接数据集中器的网络通信模块，信号调理电路连接传感器，第一无线通信模块与第二无线通信模块无线互连，所述的监测装置安装在接触网上，所述的传感器采用温度传感器；所述的数据集中器的第一CPU模块部分，单片机D1的数据线AD0-AD7端与锁存器D3、RAM芯片D4的数据线D0-D7端相连，与总线驱动器D6的B0-B7端相连，单片机D1采用STC89C54RD+PLCC44，锁存器D3采用74HCT573，RAM芯片D4采用HM62256BLFP，总线驱动器D6采用74HCT245；单片机D1地址总线A8-A15端与RAM芯片D4的A8-A14端和/CE端相连；锁存器D3的Q0-Q7端与RAM芯片D4的A0-A7端相连；单片机D1的/RD、/WR端分别与RAM芯片D4的/OE、/WE端相连；译码器D5的A、B、C、E3端分别与单片机D1的A8、A9、A10、A15端相连；译码器D5采用74HCT138，时钟芯片D2与EEPROM芯片D7的SCL、SDA端分别与单片机D1的P34和P35端相连；EEPROM芯片D7采用24C64，时钟芯片D2采用PCF8563T，晶振XT1与单片机D1的X1、X2端相连；电容C1、C2分别与晶振XT1的两端相连；电容C3连接在时钟芯片D2的8脚和地之间；晶振XT2与时钟芯片D2的1、2脚相连；电池BAT1通过二极管V2与时钟芯片D2的8脚相连；三极管VT1连接在蜂鸣器FMQ1上，电阻R8通过接口J2连接到单片机D1的P10端；单片机D1的P11端连接接口J1；阻排RP1连接到单片机D1的AD0-AD7端；阻排RP2分别连接在总线驱动器D6的A0-A6端；开关SW1一侧接地，另一侧接总线驱动器D6的A0-A6端；发光二极管H1、H2、H3、H4为指示灯通过电阻R4、R5、R6、R7接总线。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网温度在线监测系统，其特征在于：网络通信模块主要包括电平转换芯片D8，光耦D9、D10，通信模块D11，电平转换芯片D8采用RS232，光耦D9、D10采用6N136，电容C4-C7分别连接在电平转换芯片D8的1、3、4、5、16、2、6、15脚；光耦D9的3脚与电平转换芯片D8的12脚相连，光耦D10的6脚与电平转换芯片D8的11脚相连；光耦D9的6脚和光耦D10的3脚分别通过接口J3、J4与第一CPU模块部分的TXD、RXD相连；连接器X1为RS232接口连接器DB9的型号，通信模块D11的型号为ZNE-10T，通信模块D11的TXD、RXD端分别通过接口J3、J4与第一CPU模块部分的TXD、RXD相连；发光二极管H5、H6、H7为指示灯通过电阻R15-R17与无线通信模块D12的19、5、15脚相连；无线通信模块D12采用型号为CC1100，接口XS1的1-4脚与通信模块D11的1、2、3、6脚相连。

3.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网温度在线监测系统，其特征在于：监测装置主要包括单片机D13、时钟芯片D14、EEPROM芯片D17、无线通信模块D16和信号调理电路D15，单片机D13采用STC12LE5410AD-SOP28，时钟芯片D14采用PCF8563T，EEPROM芯片D17采用24C64，无线通信模块D16采用CC1100，晶振XT3连接在单片机D13的6、7脚之间，电容C11、C12分别接于单片机D13的6、7脚与地之间，发光二极管H8为指示灯，通过电阻R26接于单片机D13的P2.1端；无线通信芯片D16的5-10脚分别接于单片机D13的P1.5、P1.7、P1.6、P3.3、P2.0、P1.4端；接口J5的1、2脚分别接于单片机D13的TXD、RXD端；晶振XT4接于时钟芯片D14的1、2脚之间；时钟芯片D14和EEPROM芯片D17的SCL、SDA端分别接于单片机D13的12、13脚；电阻R31、R32、R33分别接单片机D13的12、13、8脚；三极管VT3、VT2的栅极分别通过电阻R29、R27接单片机D13的15、16脚；三极管VT3的栅极与源极之间并接电阻R30和二极管V9，三极管VT2的栅极与源极之间并接电阻R28和二级管V10；单片机D13的P1.0-P1.3端分别连接信号调理电路D15的AD0-AD3端。