CN105092963A - 一种基于mvb网络的列车能耗计量统计模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，包括低通滤波采样电路、放大电路、模数转换器、处理器、MVB通信单元、数据存储单元、实时时钟，列车上的电量传感器输出的电流信号通过低通滤波采样电路转换为电压信号，滤波后通过放大电路送至模数转换器，模数转换后输入处理器，处理器实时读取转换后的数字信号并根据算法进行能耗计量、计算、统计，计量统计后的能耗数据由数据存储单元存储，同时处理器通过MVB通信单元、MVB网络实时上传数据。能耗计量统计模块通过接入MVB网络实现车辆电能消耗数据的实时上传，使列车控制中心实时采取最节能的列车控制方式。
Description
技术领域
本发明涉及列车电能能耗的计量统计模块。
背景技术
我国的城市化水平正在日益提高，日益严重的交通拥堵问题和能源危机、环境污染等问题交织在一起，轨道交通作为绿色、节能型交通工具，已成为市民出行的主要交通工具。多功能车辆总线（MVB）为连接车辆内设备以及在固定编组的列车组中连接各车辆间设备的车辆总线。MVB的引入可以显著地增加了可靠性，具有高度完整性，以防止数据错误。由于城市轨道交通系统组成复杂、设备数量众多，其在运营过程中还是需要消耗大量能源，如果在规划、设计、建设以及运营等各环节做好节能研究、策划和管理工作，一定程度上还是可以节约能源的。
当前，国内外城市轨道交通领域中，在地铁列车上进行能耗计量的技术尚处于研究阶段。国内外的著名企业也在开发相应的能量计量仪表，但一般此类设备只具备计量能耗的功能，功能单一，对能耗的管理、数据的分析带来难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种列车能耗计量统计模块，通过接入MVB网络实现车辆电能消耗数据的实时计量、统计、保存和上传，使列车控制中心能实时采集列车的电能消耗数据并采取最节能的列车控制方式。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，包括低通滤波采样电路、放大电路、模数转换器、处理器、MVB通信单元、数据存储单元、实时时钟，列车上的电量传感器输出的电流信号通过低通滤波采样电路转换为电压信号，滤波后通过放大电路送至模数转换器，模数转换后输入处理器，处理器实时读取转换后的数字信号并根据算法进行能耗计量、统计，计量统计后的能耗数据由数据存储单元存储，同时处理器通过MVB通信单元、MVB网络实时上传数据。
进一步改进的能耗计量统计模块还包括调试接口，外设计算机通过调试接口连接处理器、数据存储单元。
上述低通滤波采样电路中的滤波电路采用二阶的Bessel滤波器。
上述模数转换器为AD7606。
上述处理器为F28M35H52C。
更进一步改进的能耗计量统计模块连接显示器，通过显示计量统计模块的运行状态和数据信息。
所述能耗计量统计模块与电量传感器采用隔离的方式，其中电源输入及输出均采用隔离电源，数据通信电路和数据采样在数字侧均采用磁耦合芯片进行隔离。
本发明的优点在于：能耗计量统计模块可根据多个传感器采集的数据，通过能耗计算分析，可以将列车能耗划分为列车牵引能耗、辅助能耗、再生能耗，能耗计量统计模块还可以标记多路能耗计量，根据各车型不同电路特征灵活组合，实现不同车型高性价比配置。列车控制中心根据模块上传的数据，提供满足能耗管理、节能要求的的各种输出。
附图说明
图1是能耗计量统计模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，能耗计量统计模块与电量传感器、MVB网络连接。电量传感器检测列车各部件上的高电压和大电流，包括列车上的受电弓网压信号、两路牵引电流、一路辅助逆变电流、一路制动电流，并将高电压、大电流信号按照一定的关系转换为小电流信号，电量传感器将小电流信号输出给能耗计量统计模块。
能耗计量统计模块包括低通滤波采样电路、放大电路、模数转换器（ADC）、处理器（CPU）、MVB通信单元、数据存储单元、实时时钟。低通滤波采样电路中的前级采样电阻为高精度低温漂采样电阻，采样电阻将电量传感器输出的小电流信号转换成等比例的小电压信号，转换后的此电压信号常带有一定的干扰和噪声，需要对其进行滤波处理，滤波电路采用二阶的Bessel滤波器去除带宽外的干扰和防止ADC采样的混叠。经过滤波的小电压信号需要再经过放大电路的放大处理使其电压范围和ADC的输入范围相匹配，放大后的电压信号进入ADC采样单元，使模拟的电压信号转换成数字信号，模数转换后的数字信号输入CPU，CPU实时读取转换后的数字信号并根据一定的算法进行能耗计量、统计。根据内部的实时时钟，对计量统计后的能耗数据按时间顺序存储在能耗计量统计模块的存储单元。同时CPU根据要求通过MVB通信单元、MVB网络实时上传数据至数据采集及分析中心，数据采集及分析中心进行数据分析及保存。列车控制中心实时采集数据采集及分析中心的电能消耗数据，并采取合适的列车控制方式使列车在节能上做到最优。
本发明中，上述ADC选用AD7606，该器件可以单电源供电而双极性输入，为14位逐次逼近型ADC，吞吐率达200kSPS，信噪比为85.5dB（50kSPS），适合对精度要求和实时性要求高的场合使用，数字接口为SPI接口，方便与CPU通信。本发明中，CPU采用双核处理器F28M35H52C，该处理器由一颗ARMCortexM3内核和一颗C28xDSP内核组成，双核互相独立，DSP核可作为能耗计量算法的主处理器，ARM核可作为外部丰富的通信接口的主处理器。
由于列车用电环境的复杂性及电磁环境的恶劣性，这种能耗计量统计模块与电量传感器采用隔离的方式，其中电源输入及输出均采用隔离电源，隔离电压为1500VAC，数据通信电路和数据采样在数字侧均采用ADI公司的磁耦合芯片进行隔离。可以保证能耗计量设备的安全及可靠运行。
为了调试能耗计量统计模块，能耗计量统计模块还包括调试接口（USB接口），外设计算机通过调试接口连接CPU、数据存储单元，通过相应程序对能耗计量统计模块进行参数的配置，固件的更新，内部故障的查询，能耗数据的转存等操作。
能耗计量统计模块自带OLED显示器，方便用户查看能耗数据、下载数据、故障信息、运行状况等。
能耗计量统计模块上电完成后进入初始化外设的状态，如果内部出现故障，会以故障代码的方式进行显示和报警，初始化及自检完成后用户可以通过USB进行参数的配置，校时等，重新上电后能耗计量统计模块控制外设完成数据采集、能耗计算、时钟读取、数据打包、数据存储、MVB通信等功能。
Claims (7)
1.一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：能耗计量统计模块包括低通滤波采样电路、放大电路、模数转换器、处理器、MVB通信单元、数据存储单元、实时时钟，列车上的电量传感器输出的电流信号通过低通滤波采样电路转换为电压信号，滤波后通过放大电路送至模数转换器，模数转换后输入处理器，处理器实时读取转换后的数字信号并根据算法进行能耗计量、统计，计量统计后的能耗数据由数据存储单元存储，同时处理器通过MVB通信单元、MVB网络实时上传数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：所述能耗计量统计模块还包括调试接口，外设计算机通过调试接口连接处理器、数据存储单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：低通滤波采样电路中的滤波电路采用二阶的Bessel滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：所述模数转换器为AD7606。
5.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：所述处理器为F28M35H52C。
6.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：能耗计量统计模块自带OLED显示器，显示计量统计模块的运行状态和数据信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于MVB网络的列车能耗计量统计模块，其特征在于：所述能耗计量统计模块与电量传感器采用隔离的方式，其中电源输入及输出均采用隔离电源，数据通信电路和数据采样在数字侧均采用磁耦合芯片进行隔离。
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