CN104729779A - 一种基于gprs的电气化铁路线索张力监测系统 - Google Patents

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崔秀帅
关宝岩
张鹏伟
金显吉
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Abstract

本发明公开一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其应用于供电系统接触网，供电系统接触网安装有多个接触网线索张力补偿装置，包括：多个线索张力监测终端、一监测中心和一移动终端，每一线索张力监测终端均与监测中心和移动终端连接，其中，多个线索张力监测终端分别安装于其中一个接触网线索张力补偿装置所在位置，线索张力监测终端用于测得其安装位置处的供电系统接触网的线索张力并将测得的线索张力发送至监测中心和移动终端；监测中心包括一接收模块、一存储模块、一统计分析模块和一显示模块，存储模块分别与接收模块、统计分析模块和显示模块连接；移动终端包括一监测参数设置模块、一系统参数设置模块和一终端显示模块。

Description

一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统
技术领域
本发明涉及电气化铁路中接触网线索张力补偿领域，具体而言，涉及一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统。
背景技术
电气化铁路和城市轨道交通的动力来源于供电系统接触网。当大气温度发生变化时，接触网线索(接触线和承力索)受热胀冷缩的影响会伸长或缩短，从而使线索内张力发生变化，进而使其弛度也发生变化，最终导致电力机车受电弓受流条件恶化，影响电气化铁路和城市轨道交通的安全稳定运行。因此，需加装接触网补偿装置(又称张力自动补偿器或张力自动补偿装置)。该装置能够自动调整线索的张力并保持线索弛度满足技术要求，从而使接触悬挂的稳定性与弹性得到改善，提高接触网运营质量。接触网补偿装置是接触线和承力索在气温变化时保持工作张力恒定的重要装置，其性能好坏直接影响着接触网的悬挂弹性、接触网在几何空间位置的标准状态等，保障接触网补偿装置正常工作对减少弓网故障有着重要意义。
弹簧补偿装置在我国是一种新型的接触网补偿装置，其特点是结构紧凑、占空间小；重量轻，安装方便；安全可靠，使用寿命长，且在使用寿命期内无需维护；环保性好，无污染，同时不受电弓尺寸限制。弹簧补偿装置可以对软横跨补偿的张力进行有效的补偿，提高软横跨系统的可靠性，是接触网补偿装置的发展方向。
我国电气化铁路区域广且线路较长，弹簧补偿装置数量多、分布零散，对如何实时监测整个线路区段内所有弹簧补偿装置安装位置处的线索张力这一问题，目前已经有基于ZigBee技术的解决方案，但是，基于ZigBee技术的解决方案仍然具有以下不足：无法实现远程监控，系统自动化水平不高，环境适应性不强，受地理位置、天气状况等因素影响较大。所以，如何提供一种满足当前应用需求的电气化铁路线索张力监测系统为本领域亟需解决的一大问题。
发明内容
本发明提供一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，用以通过GPRS移动通信网络远程监测供电系统中接触网线索的张力。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其应用于供电系统接触网，供电系统接触网安装有多个接触网线索张力补偿装置，本发明提供的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统包括：多个线索张力监测终端、一监测中心和一移动终端，每一线索张力监测终端均与监测中心和移动终端连接，其中，
多个线索张力监测终端分别安装于其中一个接触网线索张力补偿装置所在位置，线索张力监测终端用于测得其安装位置处的供电系统接触网的线索张力并将测得的线索张力发送至监测中心和移动终端；
监测中心包括一接收模块、一存储模块、一统计分析模块和一显示模块，接收模块用于接收每一线索张力监测终端测得的线索张力，存储模块分别与接收模块、统计分析模块和显示模块连接，存储模块用于从接收模块中读取并存储每一线索张力监测终端测得的线索张力，统计分析模块用于对每一线索张力监测终端测得的线索张力进行统计分析，以获得每一接触网线索张力补偿装置的工作状态，显示模块进一步与统计分析模块连接，显示模块用于显示每一线索张力监测终端测得的线索张力及每一接触网线索张力补偿装置的工作状态；
移动终端包括一监测参数设置模块、一系统参数设置模块和一终端显示模块，监测参数设置模块用于设置线索张力监测终端的张力采样频率和张力发送频率并将其发送至线索张力监测终端，系统参数设置模块用于设置监测中心的IP地址、监控人员手机号码以及参数设置密码，终端显示模块用于显示每一线索张力监测终端测得的线索张力。
优选的，每一线索张力监测终端通过GPRS网络、Internet网络中的至少一种与监测中心和移动终端连接。
优选的，监测中心还包括一预警模块，预警模块与存储模块连接，且存储模块中预先存储有一张力预设范围，预警模块从存储模块中读取该张力预设范围，当任一线索张力监测终端测得的线索张力超过张力预设范围时，预警模块发出报警信息。
优选的，线索张力监测终端包括张力传感器模块、信号调理电路模块、电源模块、MCU模块、GPRS模块、FLASH模块和时钟模块，其中，
MCU模块包括SPI模块、I2C模块、A/D模块和串口模块，张力传感器模块的输出端与信号调理电路模块的输入端相连接，信号调理电路模块的输出端与A/D模块连接，FLASH模块与SPI模块连接，时钟模块与I2C模块连接，串口模块与GPRS模块连接，电源模块与张力传感器模块、信号调理电路模块、MCU模块、GPRS模块连接。
优选的，电源模块包括太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池和DC/DC电压转换电路，其中，
太阳能电池板的输出端与太阳能充电控制器的输入端连接，太阳能充电控制器的输出端与蓄电池的正极连接，蓄电池的正极与DC/DC电压转换电路的输入端连接。
优选的，DC/DC电压转换电路包括9V-12V、9V-5V和9V-3.3V三种电路。
优选的，GPRS模块包括通信接口电路、供电电路、SIM卡卡槽电路和SIM900A芯片电路，其中，
通信接口电路中的串行接口与SIM900A芯片电路中的串行接口相连接，供电电路的输入端与外部电源连接，供电电路的输出端与通信接口电路和SIM900A芯片电路中的电源输入端相连接，SIM卡卡槽电路中的输入输出端与SIM900A芯片电路中的4个指定I/O接口连接。
优选的，监测中心还包括上位机软件和数据库，上位机软件采用VB.NET语言编写，数据库采用SQL Server 2012，上位机软件与线索张力监测终端之间的通信基于Client/Sever模式，且上位机软件与线索张力监测终端之间的通信采用Socket编程实现。
本发明通过GPRS移动通信网络远程监测供电系统中接触网线索的张力，可以在监测中心和移动终端上显示各个线索的张力，并可在监测中心对张力数据进行进一步的统计分析，对不满足张力要求的线索进行预警，还可通过移动终端以发送短信息的方式设置监测终端的工作参数。
综上所述，本发明具有以下优势：(1)可实现远程监控，工作人员无需现场测量，系统自动化水平相对较高；(2)环境适应性强，受地理位置、天气状况等因素影响小。
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为本发明一实施例的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例的线索张力监测终端的结构示意图；
图3为本发明一实施例的电源模块的结构示意图；
图4为本发明一实施例的GPRS模块的结构示意图；
图5为本发明一实施例的上位机软件程序流程图。
附图标记说明：1-线索张力监测终端；11-张力传感器模块；12-信号调理电路模块；13-电源模块；131-太阳能电池板；132-太阳能充电控制器；133-蓄电池；134-DC/DC电压转换电路；14-MCU模块；141-SPI模块；142-I2C模块；143-A/D模块；144-串口模块；15-GPRS模块；151-通信接口电路；152-供电电路；153-SIM卡卡槽电路；154-SIM900A芯片电路；16-FLASH模块；17-时钟模块；2-监测中心；21-接收模块；22-存储模块；23-统计分析模块；24-显示模块；3-移动终端；31-监控参数设置模块；32-控制参数设置模块；33-终端显示模块。
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付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。
本发明提供的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统应用于供电系统接触网，供电系统接触网安装有多个接触网线索张力补偿装置，其中，接触网线索张力补偿装置一般为接触网弹簧补偿装置，接触网弹簧补偿装置安装在室外线索处，距离地面6.5-7米，数量多、分布广，工作人员不方便就地测量，因此需要使用本发明提供的基于GPRS的线索张力监测终端将测得的线索张力远程发送到监测中心和移动终端。
图1为本发明一实施例的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统结构示意图，如图所示，其包括多个线索张力监测终端1、一监测中心2和一移动终端3，每一线索张力监测终端1均通过GPRS网络和Internet网络与监测中心2连接，每一线索张力监测终端1均通过GPRS网络与移动终端3连接，以实现每一线索张力监测终端1与监测中心2和移动终端3之间的数据交换，其中，
多个线索张力监测终端1分别安装于其中一个接触网线索张力补偿装置(图中未示出)所在位置，线索张力监测终端1用于测得其安装位置处的供电系统接触网的线索张力并将测得的线索张力通过GPRS网络和Internet网络发送至监测中心2，或直接通过GPRS网络发送到移动终端3；
监测中心2包括一接收模块21、一存储模块22、一统计分析模块23和一显示模块24，接收模块21用于接收每一线索张力监测终端1测得的线索张力，存储模块22分别与接收模块21、统计分析模块23和显示模块24连接，存储模块22用于从接收模块21中读取并存储每一线索张力监测终端测得的线索张力，统计分析模块23用于对每一线索张力监测终端测得的线索张力进行统计分析，以获得每一接触网线索张力补偿装置的工作状态，显示模块24进一步与统计分析模块23连接，显示模块24用于显示每一线索张力监测终端测得的线索张力及每一接触网线索张力补偿装置的工作状态。
移动终端3包括一监测参数设置模块31和一系统参数设置模块32和一终端显示模块33，监测参数设置模块31用于设置线索张力监测终端的张力采样频率和张力发送频率并将其通过GPRS网络发送至线索张力监测终端，系统参数设置模块32用于设置监测中心的IP地址、监控人员手机号码以及参数设置密码，其中，监测中心的IP地址是监测主机在Internet中的标识，线索张力监测终端1通过该地址寻址监测主机，进而完成两者之间的通信过程，监控人员手机号码是监控人员所使用的移动终端SIM卡的号码，线索张力监测终端1与移动终端3之间通过短信息完成数据交换过程，参数设置密码是操作人员修改线索张力监测终端参数时使用的密码，在修改线索张力监测终端的参数之前，操作员首先向线索张力监测终端发送该密码，只有当线索张力监测终端接收到的密码与存储在其FLASH中的密码一致时，才能修改参数，终端显示模块33用于显示每一线索张力监测终端测得的线索张力。
其中，每一线索张力监测终端1可以通过GPRS网络与监测中心2连接，也可以通过GPRS网络接入Internet，然后再与监测中心2连接。
其中，线索张力监测终端1还可以包括一张力传感器，张力传感器用于从接触网线索张力补偿装置中测得线索张力。
其中，监测中心还可以包括一预警模块，其作为监测中心上位机软件的一部分，存储模块中已预先存储有一张力预设范围，预警模块与存储模块连接以进行数据交换获得该张力预设范围，在运行过程中，每当监测中心收到线索张力监测终端测得的线索张力时，预警模块对该线索张力数据进行判断，当任一线索张力监测终端测得的线索张力超过张力预设范围时，预警模块发出报警信息。
其中，移动终端可以为手机或iPad，也可为其他PDA(Personal DigitalAssistant)。
图2为本发明一实施例的线索张力监测终端结构示意图，如图所示，线索张力监测终端1包括张力传感器模块11、信号调理电路模块12、电源模块13、MCU模块14、GPRS模块15、FLASH模块16和时钟模块17，其中，
MCU模块14包括SPI模块141、I2C模块142、A/D模块143和串口模块144，张力传感器模块11的输出端与信号调理电路模块12的输入端相连接，信号调理电路模块12的输出端与A/D模块143连接，FLASH模块16与SPI模块141连接，时钟模块17与I2C模块142连接，串口模块144与GPRS模块15连接，电源模块13与张力传感器模块11、信号调理电路模块12、MCU模块14、GPRS模块15连接。
其中，上述MCU模块14可以为单片机或ARM等，GPRS模块15可以采用SIM900A或MC39i等。
本发明中的线索张力监测终端安装于铁路接触网线索处，不允许从接触网供电线取电，因此，需要采用具有太阳能充电功能的蓄电池提供电源，以避免需要经常更换电池的问题。图3为本发明一实施例的电源模块的结构示意图，如图所示，电源模块13包括太阳能电池板131、太阳能充电控制器132、蓄电池133和DC/DC电压转换电路134，其中，
太阳能电池板131的输出端与太阳能充电控制器132的输入端连接，太阳能充电控制器132的输出端与蓄电池133的正极连接，蓄电池133的正极与DC/DC电压转换电路134的输入端连接。
由图3可以看出，DC/DC电压转换电路134包括9V-12V、9V-5V和9V-3.3V三种电路。
图4为本发明一实施例的GPRS模块的结构示意图，如图所示，GPRS模块15包括通信接口电路151、供电电路152、SIM卡卡槽电路153和SIM900A芯片电路154，其中，
通信接口电路151中的串行接口与SIM900A芯片电路154中的串行接口相连接，供电电路152的输入端与外部电源连接，供电电路152的输出端与通信接口电路151和SIM900A芯片电路154中的电源输入端相连接，SIM卡卡槽电路153中的输入输出端与SIM900A芯片电路154中的4个指定I/O接口连接。
在本发明的一实施例中，监测中心还可以包括上位机软件和数据库，上位机软件可以采用VB.NET语言编写，数据库可以采用SQL Server 2012，上位机软件与线索张力监测终端之间的通信可以基于Client/Sever模式，且上位机软件与线索张力监测终端之间的通信可以采用Socket编程实现。
图5为本发明一实施例的上位机软件程序流程图，如图所示，软件运行后，首先进行初始化，设置工作参数并连接数据库，然后绑定本机的IP地址和一个端口，并不断监听该端口，等待客户机申请接入。与线索张力监测终端建立连接后，继续循环监听该端口，当收到线索张力监测终端上传的数据后，进入处理子程序，对线索张力数据进行显示并存储到数据库中。
本发明通过GPRS移动通信网络和Internet网络远程监测供电系统中接触网线索的张力，可以在监测中心和移动终端上显示各个线索的张力，并可在监测中心对张力数据进行进一步的统计分析，对不满足张力要求的线索进行预警，还可通过移动终端以发送短信息的方式设置监测终端的工作参数。
综上所述，本发明具有以下优势：(1)可实现远程监控，工作人员无需现场测量，系统自动化水平相对较高；(2)环境适应性强，受地理位置、天气状况等因素影响小。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其应用于供电系统接触网，供电系统接触网安装有多个接触网线索张力补偿装置，其特征在于，包括：多个线索张力监测终端、一监测中心和一移动终端，每一线索张力监测终端均与所述监测中心和所述移动终端连接，其中，
多个所述线索张力监测终端分别安装于其中一个接触网线索张力补偿装置所在位置，所述线索张力监测终端用于测得其安装位置处的供电系统接触网的线索张力并将测得的线索张力发送至所述监测中心和所述移动终端；
所述监测中心包括一接收模块、一存储模块、一统计分析模块和一显示模块，所述接收模块用于接收每一所述线索张力监测终端测得的线索张力，所述存储模块分别与所述接收模块、所述统计分析模块和所述显示模块连接，所述存储模块用于从所述接收模块中读取并存储每一所述线索张力监测终端测得的线索张力，所述统计分析模块用于对每一所述线索张力监测终端测得的线索张力进行统计分析，以获得每一所述接触网线索张力补偿装置的工作状态，所述显示模块进一步与所述统计分析模块连接，所述显示模块用于显示每一所述线索张力监测终端测得的线索张力及每一所述接触网线索张力补偿装置的工作状态；
所述移动终端包括一监测参数设置模块、一系统参数设置模块和一终端显示模块，所述监测参数设置模块用于设置所述线索张力监测终端的张力采样频率和张力发送频率并将其发送至所述线索张力监测终端，所述系统参数设置模块用于设置监测中心的IP地址、监控人员手机号码以及参数设置密码，所述终端显示模块用于显示每一所述线索张力监测终端测得的线索张力。
2.根据权利要求1所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，每一线索张力监测终端通过GPRS网络、Internet网络中的至少一种与所述监测中心和所述移动终端连接。
3.根据权利要求1所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述监测中心还包括一预警模块，所述预警模块与所述存储模块连接，且所述存储模块中预先存储有一张力预设范围，当任一所述线索张力监测终端测得的线索张力超过所述张力预设范围时，所述预警模块发出报警信息。
4.根据权利要求1所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述线索张力监测终端包括张力传感器模块、信号调理电路模块、电源模块、MCU模块、GPRS模块、FLASH模块和时钟模块，其中，
所述MCU模块包括SPI模块、I2C模块、A/D模块和串口模块，所述张力传感器模块的输出端与所述信号调理电路模块的输入端相连接，所述信号调理电路模块的输出端与所述A/D模块连接，所述FLASH模块与所述SPI模块连接，所述时钟模块与所述I2C模块连接，所述串口模块与GPRS模块连接，所述电源模块与所述张力传感器模块、信号调理电路模块、MCU模块、GPRS模块连接。
5.根据权利要求4所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述电源模块包括太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池和DC/DC电压转换电路，其中，
所述太阳能电池板的输出端与所述太阳能充电控制器的输入端连接，所述太阳能充电控制器的输出端与所述蓄电池的正极连接，所述蓄电池的正极与所述DC/DC电压转换电路的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述DC/DC电压转换电路包括9V-12V、9V-5V和9V-3.3V三种电路。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述GPRS模块包括通信接口电路、供电电路、SIM卡卡槽电路和SIM900A芯片电路，其中，
所述通信接口电路中的串行接口与所述SIM900A芯片电路中的串行接口相连接，所述供电电路的输入端与外部电源连接，所述供电电路的输出端与所述通信接口电路和所述SIM900A芯片电路中的电源输入端相连接，所述SIM卡卡槽电路中的输入输出端与所述SIM900A芯片电路中的4个指定I/O接口连接。
8.根据权利要求1-6任一所述的基于GPRS的电气化铁路线索张力监测系统，其特征在于，所述监测中心还包括上位机软件和数据库，所述上位机软件采用VB.NET语言编写，数据库采用SQL Server 2012，所述上位机软件与所述线索张力监测终端之间的通信基于Client/Sever模式，且所述上位机软件与所述线索张力监测终端之间的通信采用Socket编程实现。
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