CN102122429B

CN102122429B - 一种电力机车智能无线抄表装置

Info

Publication number: CN102122429B
Application number: CN 201110004429
Authority: CN
Inventors: 吴晓喜; 周培慧
Original assignee: Zhuzhou Lince Group Co Ltd
Current assignee: Hunan Lince Rolling Stock Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: CN102122429A

Abstract

本发明公开了一种电力机车智能无线抄表装置的具体实施方式，包括机车智能电度表模块、车载GPRS发送模块和地面服务器模块，机车智能电度表模块记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块，车载GPRS发送模块通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块，各个路局的供电段和机务段通过网络查询地面服务器模块的电能使用数据。通过实施本发明所描述的技术方案，将机车用电抄表与网络技术结合起来，以较好的解决过去人工抄表效率低，劳动强度大的缺点，加强了电力机车用电管理，提高了效益。

Description

一种电力机车智能无线抄表装置

技术领域

本发明涉及一种智能抄表装置，尤其是涉及一种应用于电力机车的智能无线抄表装置。

背景技术

当前对电力机车耗能的记录一般依靠车载的电度表，而对电度表的抄取完全依靠人工操作，即工作人员必须上车对电度表的读数进行抄取，以便随时了解电力机车的耗能情况。这种人工抄表方法的主要缺点是：效率低、劳动强度大，用电管理部门需配备大量人员上车抄表。同时，由于人员的限制，用电管理部门不能随时方便地对电力机车的用电情况进行掌握和管理。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力机车智能无线抄表装置，将机车用电抄表与网络技术结合起来，以较好的解决过去人工抄表效率低，劳动强度大的缺点，加强了电力机车用电管理，提高了效益。

本发明具体提供了一种电力机车智能无线抄表装置，包括：机车智能电度表模块、车载GPRS发送模块和地面服务器模块，机车智能电度表模块记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块，车载GPRS发送模块通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块，各个路局的供电段和机务段通过网络查询地面服务器模块的电能使用数据。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，电力机车智能无线抄表装置包括USB转储模块，USB转储模块与机车智能电度表模块相连，USB转储模块用于下载和存储机车智能电度表模块的电能使用数据。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，机车智能电度表模块的智能电度表芯片通过TTL电平异步串口通讯方式与车载GPRS发送模块相连。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，机车智能电度表模块包括智能电度表芯片、电源模块、显示驱动器、数码显示模块、数据记录模块、USB接口模块、脉冲输出模块、SCI接口模块、RS485接口模块、程序贮存器，电源模块为机车智能电度表模块提供电源，数码显示模块通过显示驱动器与智能电度表芯片相连，数据记录模块、USB接口模块、脉冲输出模块、程序贮存器与智能电度表芯片相连，无线模块通过SCI接口模块与智能电度表芯片相连，列车运行信息综合模块通过RS485接口模块与智能电度表芯片相连，智能电度表芯片采集电压取样信号和电流取样信号进行电能使用数据计算，列车运行信息综合模块将时间数、公里标和机车参数通过RS485接口模块传送至智能电度表芯片，智能电度表芯片将电能使用数据、时间数、公里标和机车参数通过SCI接口模块传送至无线模块，再由无线模块传输至车载GPRS发送模块。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，地面服务器模块包括数据接收模块，数据转贮模块，数据分类和存贮模块，数据查询模块和命令发送模块，数据接收模块将从车载GPRS发送模块接收到的数据解包自动形成数据库；数据转贮模块将可移动磁盘带来的主机记录数据并自动形成数据库；数据分类和存贮模块用于存贮包括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公里标和机车参数数据以及电能使用数据；数据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或者月份进行查询，借助列车运行信息综合模块的数据，分区间进行对用电情况进行查询；命令发送模块用于车载GPRS发送模块远程遥控命令的发送。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，智能电度表芯片采用PL3201电能计量专用芯片。

通过实施本发明具体实施方式所描述的一种电力机车智能无线抄表装置，通过应用通信、计算机和网络技术，实现了对机车的按机车、司机和按供电区间等的电量统计，自动抄表。这大大方便了机务部门进行成本控制管理，可以在各个机务段独立安装。同时在授权的情况下，远程计算机可查询数据。系统还具有网络功能，可以实现全路段机车电能数据的共享。加强了电力机车用电管理，提高了效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种电力机车智能无线抄表装置的系统结构组成框图；

图2是本发明一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构组成框图；

图3是本发明一种电力机车智能无线抄表装置地面服务器的程序结构示意图；

图4是本发明一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的程序结构示意图；

图5是本发明一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构主视图；

图6是本发明一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构左视图；

图7是本发明一种电力机车智能无线抄表装置车载GPRS发送仪模块的结构主视图；

其中：1-安装盒，2-电路板组件，3-接线端子组件，4-电缆固定头，5-航空插座，6-USB插座，7-航空插座二，8-滤波器，9-安装盒二，10-电源板组件，11-机车智能电度表模块，12-车载GPRS发送模块，13-地面服务器模块，14-网络，15-路局供电段和机务段，16-USB转储模块，17-GPRS模块，18-列车运行信息综合模块，21-数据接收模块，22-数据转贮模块，23-数据分类和存贮模块，24-数据查询模块，25-命令发送模块，30-智能电度表芯片，31-电源模块，32-显示驱动器，33-数码显示模块，34-数据记录模块，35-无线模块，36-USB接口模块，37-脉冲输出模块，38-SCI接口模块，39-RS485接口模块，40-程序贮存器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明一种电力机车智能无线抄表装置的具体实施方式，如图1系统结构组成框图所示的电力机车无线抄表智能系统包括车载装置和地面服务器两部分。其中车载装置又进一步包括机车智能电度表模块11和车载GPRS发送模块12，地面服务器为地面服务器模块13，机车智能电度表模块11记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块11将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块12，车载GPRS发送模块12通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块13，各个路局供电段和机务段15通过网络14查询地面服务器模块13的电能使用数据。

如图2所示的机车智能电度表模块11进一步包括智能电度表芯片30、电源模块31、显示驱动器32、数码显示模块33、数据记录模块34、USB接口模块36、脉冲输出模块37、SCI接口模块38、RS485接口模块39、程序贮存器40。电源模块31为机车智能电度表模块11提供电源，数码显示模块33通过显示驱动器32与智能电度表芯片30相连，数据记录模块34、USB接口模块36、脉冲输出模块37、程序贮存器40与智能电度表芯片30相连，无线模块35通过SCI接口模块38与智能电度表芯片30相连，列车运行信息综合模块18通过RS485接口模块39与智能电度表芯片30相连，智能电度表芯片30采集电压取样信号和电流取样信号进行电能使用数据计算，列车运行信息综合模块18将时间数、公里标和机车参数通过RS485接口模块39传送至智能电度表芯片30，智能电度表芯片30将电能使用数据、时间数、公里标和机车参数通过SCI接口模块38传送至无线模块35，再由无线模块35传输至车载GPRS发送模块12。

在一种典型的实施方式中，智能电度表芯片采用PL3201电能计量专用芯片，尤其是PL3201C电能计量专用芯片。智能电度表电能计量专用芯片PL3201C主要包括电能计量部分和微处理器(CPU)等部分。被测电压、电流量由各自的取样电路输入到电能专用集成芯片PL3201C，经过放大电路放大，通过A/D转换器转换成为数字信号；接下来经过数字滤波、移相以及相乘、积分等处理；最终得到有效的电能计量数据，从而完成对有功/无功功率、瞬时电流和电压的有效值以及当前的交流频率值的计量和计算。在电能计量模块内部与电压采样结果进行乘法处理，计算得到有功功率、无功功率。芯片微处理器部分内嵌的增强型8051兼容微处理器，配置8/16位ALU、256 bytes+1024 bytes SRAM以及16K bytes E2PROM、三个8/16位定时/计数器，一个看门狗定时器以及三个外部中断。电能计量模块与8051之间是并行通讯，通过寄存器以及中断进行控制。PL3201内部的嵌入式微处理器8051可以通过特殊功能寄存器(SFR)地址直接访问电能计量模块内部的寄存器。在PL3201C中提供8位8段LED扫描功能，外部加三极管驱动电路；LED显示可以使用共阴极接法。电能计量专用芯片PL3201C是一种大规模集成电路，一般应用于民用电力抄表。把该芯片应用于电力机车智能电度表，可以大大降低电力机车智能无线抄表装置成本，并使电度表的电磁兼容性得到改善，提高其抗干扰能力，防止乱码的产生，增加产品的可靠性。

当车载GPRS发送模块12和机车智能电度表模块11的PCB板距离很近时，可直接使用TTL电平的异步串口通讯，即车载GPRS发送仪直接与智能电度表芯片上的单片机进行通讯。车载装置中的车载GPRS发送仪和地面服务器之间通讯采用GPRS无线方式，GPRS是通用分组无线服务技术(General PacketRadio Service)的简称。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)方式来传输。

电力机车智能无线抄表装置还可以进一步包括USB转储模块16，USB转储模块16与机车智能电度表模块11相连，USB转储模块16用于下载和存储机车智能电度表模块11的电能使用数据。记录的数据也可通过U盘等可移动磁盘进行数据转储，由地面分析处理软件进行处理。如图3所示，地面服务器模块13由计算机和WINDOWS界面分析软件组成，并进一步包括数据接收模块21，数据转贮模块22，数据分类和存贮模块23，数据查询模块24和命令发送模块25，数据接收模块将从车载GPRS发送模块12接收到的数据解包自动形成数据库；数据转贮模块将可移动磁盘带来的主机记录数据并自动形成数据库；数据分类和存贮模块用于存贮包括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公里标和机车参数数据以及电能使用数据；数据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或者月份进行查询，借助列车运行信息综合模块的数据，分区间进行对用电情况进行查询；命令发送模块用于车载GPRS发送模块12远程遥控命令的发送。

机车智能电度表芯片的主要技术性能参数有：

使用电路：单相交流电路。

输入信号电压：AC：0～187.5V(短时最大电压250V)(由25000V/150V的电压变压器供给)。

输入信号电流：AC：0～1.2A(短时最大电流2.3A)(由600A/1A的交流互感器供给)。

信号频率：50Hz。

起动电流：小于5mA。

辅助电源电压：DC110V(-30％～+25％)。

精度等级：1级。

功耗：功耗小于2W。

总重量：1.9Kg±3％。

外形尺寸(长×宽×厚)：252mm×192mm×143mm。

车载GPRS发送仪的主要技术性能参数有：

发射功率：Class 4(2W) at EGSM900 Class 1(1W) atDCS1800。

工作电压：DC110V(-30％～+25％)。

CSD最大传输速率：14.4KBP。

外形尺寸(长×宽×厚)：208mm×146mm×57mm。

重量：1.3Kg±3％。

天线：50ohm/SMA/Female。

机车智能电度表的程序结构如图4所示，智能电度表程序结构主要分为数据采集、电能计算、电能显示、与TAX2(一种国内电力机车领域的通用列车运行信息综合模块)列车运行信息综合模块通讯、与车载GPRS发送模块通讯五部分。数据采集部分又分为电能计量的方向判断、数据转换和存贮记录三部分。

地面服务器电能统计分析软件以计算机终端作为运行平台，软件开发采用数据库技术，将GPRS接收到的数据解包或U盘从车上智能电表系统转储下来的数据进行存储和处理。地面处理软件的主要功能包括以下几个方面：

(1)将GPRS接收到的数据包解包自动形成数据库。

(2)转储主机的记录数据，并自动形成数据库。机车回到机务段，司机通过U盘将车上的数据带到地面，转存到计算机。转储完毕后，然后程序对数据进行处理，将系统信息和电量信息分开并存储到数据库中，形成按机车分类存储的数据文件。

(3)数据统计与查询，数据库中存储的数据包括了用于分析的从TAX2传来的数据(时间、公里标、机车参数)以及电能的数据。基于VB(Visual Basic)的统计分析软件取出时间参数用于在横坐标方向绘图，取出其它各参数值用于纵坐标方向绘图。数据统计和查询功能可用来对机车的耗能情况按照日期或者月份进行统计。借助于TAX2列车运行信息综合模块的数据，也可按分区间进行用电统计，实现能耗分析。

如图5和图6所示，机车智能电度表包括安装盒1、电路板组件2、接线端子组件3、紧固式的电缆固定头4、航空插座5和USB插座6。

如图7所示，车载GPRS发送仪模块包括航空插座二7，滤波器8，安装盒二9，电源板组件10和GPRS模块17。

经过测试表明，本发明能完全满足参数要求和应用要求。设计合理，具有高可靠性、电磁兼容性好等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于：包括机车智能电度表模块（11）、车载GPRS发送模块（12）和地面服务器模块（13），机车智能电度表模块（11）记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块（11）将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块（12），车载GPRS发送模块（12）通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块（13），各个路局的供电段和机务段通过网络（14）查询地面服务器模块（13）的电能使用数据；所述的地面服务器模块（13）包括数据接收模块（21），数据转贮模块（22），数据分类和存贮模块（23），数据查询模块（24）和命令发送模块（25），数据接收模块将从车载GPRS发送模块（12）接收到的数据解包自动形成数据库；数据转贮模块将可移动磁盘带来的主机记录数据进行转贮并自动形成数据库；数据分类和存贮模块用于存贮包括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公里标和机车参数数据以及电能使用数据；数据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或者月份进行查询，借助列车运行信息综合模块的数据，分区间对用电情况进行查询；命令发送模块用于车载GPRS发送模块（12）远程遥控命令的发送；所述的机车智能电度表模块（11）包括智能电度表芯片(30)、电源模块(31)、显示驱动器(32)、数码显示模块(33)、数据记录模块（34）、USB接口模块(36)、脉冲输出模块(37)、SCI接口模块(38)、RS485接口模块(39)、程序贮存器(40)，电源模块（31）为机车智能电度表模块（11）提供电源，数码显示模块（33）通过显示驱动器（32）与智能电度表芯片（30）相连，数据记录模块（34）、USB接口模块（36）、脉冲输出模块（37）、程序贮存器（40）与智能电度表芯片（30）相连，无线模块（35）通过SCI接口模块（38）与智能电度表芯片（30）相连，列车运行信息综合模块（18）通过RS485接口模块（39）与智能电度表芯片（30）相连，智能电度表芯片（30）采集电压取样信号和电流取样信号进行电能使用数据计算，列车运行信息综合模块（18）将时间数、公里标和机车参数通过RS485接口模块（39）传送至智能电度表芯片（30），智能电度表芯片（30）将电能使用数据、时间数、公里标和机车参数通过SCI接口模块（38）传送至无线模块（35），再由无线模块（35）传输至车载GPRS发送模块（12）。

2.根据权利要求1所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于：所述的电力机车智能无线抄表装置包括USB转储模块（16），USB转储模块（16）与机车智能电度表模块（11）相连，USB转储模块（16）用于下载和存储机车智能电度表模块（11）的电能使用数据。

3.根据权利要求2所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于：所述机车智能电度表模块（11）的智能电度表芯片通过TTL电平异步串口通讯方式与车载GPRS发送模块（12）相连。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于：所述的智能电度表芯片采用PL3201电能计量专用芯片。