CN105547373A - 一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置 - Google Patents

一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,该系统包括:若干装于回流线路的下位机和远程上位机。上位机与所有下位机通过GPRS/GSM无线网络通讯,手机也可控制下位机部分功能。上位机包括:节点操作、电源监测、采样参数设置、时间显示/记录、数据显示/提取和分析/计算面板;下位机包括:主控芯片、触发电路和开关电路,采样、电源监测、数据传输加附属加开关、授时、状态监测传感器、音频传感器和启动、自取能电源等模块。下位机利用多种传感器采集接触网结构、电流、环境及装置内部等状态参数,上位机将所得状态参数在各面板中显示并记录,最终生成技术报告。本发明的特点是采集状态参数多样,可实现全天化、无人化、独立化工作。

Description

一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置
技术领域
[0001]本发明属于铁路接触网系统状态参数测量技术领域,涉及一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置。
背景技术
[0002]铁路速度的发展经历了从蒸汽时代、内燃时代到电气时代的过程,提速离不开电气化铁路,铁路电气化是中国铁路发展的最终目标。影响列车运行速度的主要因素除线路曲线半径、无缝钢轨、牵引机车、列车车辆等外,接触网的质量也是影响列车运行速度的重要因素。
[0003]接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路,接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。如何提高接触网的稳定性、平滑度,减少接触网硬点、火花、碰弓、脱弓,消除接触网事故及行车事故隐患,延长接触网使用寿命,减少接触网维护工作量,降低接触网维护成本,是铁路提速中必须解决的问题。
[0004]我国高速铁路分布越来越广阔,途径地区的气象条件差异较大,而且接触网的特点在于设备裸露于自然环境中,沿线架设,没有备用,对运行环境极为敏感,是电力牵引中一个比较薄弱的环节,易受自然环境的影响。
[0005]因此接触网的状态监测/检测技术对保证接触网的良好运行起着至关重要的作用。而常见的接触网监测/检测的目的主要包括以下内容:
[0006] (I)是接触网施工调整和运营维护不可缺少的技术基础,它为施工部门的冷滑试验和工程交验提供技术依据;
[0007] (2)为设计部门评判,为运营管理部门的维修调整提供必要信息;为接触网状态检修提供理论基础和技术条件;
[0008] (3)为弓网关系评价提供数据,为接触网施工调整和运营维护提供依据;
[0009] (4)监测/检测不能代替维修,但可以根据监测/检测结果制定必要的维修措施,避免无效的维修措施。
[0010]接触网状态的监测,主要是对已投入运行的电气化铁路,监测接触悬挂的工作状态,以便及时发现隐患,消除各种病态,保证安全运行。监测项目有:运行轨迹、离线状态、导线磨损、接触线高度、拉出值及导线偏位等。其目的是为保证安全运营,维护管理提供检修依据。
[0011]传统的接触网状态监测/检测是使用专用的接触网监测/检测车定期对线路接触网进行监测/检测的,近几十年来,我国铁路陆续配备了各种等级的接触网监测/检测车和接触网巡检车辆,在保障电气化铁道接触网的运行安全方面发挥了重要的作用。而目前,我国接触网监测/检测的方法,大都是将监测/检测元件安装在受电弓上,通过受电弓在接触线上滑动,测量接触网的状态特性和特定参数。
[0012]然而,随着我国高速铁路的发展,列车运行的车速不断提高,列车运行的密度也在不断增大,传统监测/检测的设备在这种列车运行速度过高的情况下的监测/检测精度严重下降,同时由于监测/检测元件需要安装在受电弓上,因此安装施工会占用列车的正常运行时间,同时监测/检测元件的损坏也可能会影响受电弓的工作状态,进而影响列车的正常运行,为整个铁路系统的运作带来不便,造成巨大损失;同时,接触网受电弓长时间的磨损,随时存在不同程度的安全隐患,很容易导致监测/检测元件的损坏。
[0013]综上所述,一种不需要将元件安装于受电弓或机车其他部件,不会影响列车正常运行,也不会受列车运行而产生损耗,而且不受列车运行时间制约的高速铁路接触网状态在线监测/检测系统,对高速铁路接触网的状态监测/检测,为其相关方面的评估、抢修和改进提供数据支持,对提升高速铁路系统保障能力具有巨大的作用。
[0014]近年来,针对高速铁路接触网状态的监测/检测装置和系统的研究,我国已经取得了一定的研究成果,并且其中的部分成果已经投入到了实际的应用中。发明专利CN102759347 B公开了一种高铁接触网在线巡检装置、巡检方法以及其构成的高铁接触网检测系统,其巡检装置包括高速摄像模块和与高速摄像模块连接的车载服务器,其特点是:将采集到的视频转换为同步的接触网图片和位置图片,然后利用算法分析处理检测到的结果;然而,该系统只能够采集接触网的图像信息,而无法采集接触网的其他机械物理或其所处环境的参数,采集信息不够全面、不够真实,参考价值不够大,同时该系统为车载式巡检系统,属于传统的监测/检测技术范畴,并不能实现监测/检测过程的全天化、无人化、独立化,工作时间及方式具有巨大限制。发明专利CN104567684 A公开了一种接触网几何参数检测方法及装置,该装置包括固定于车辆顶部的至少两台扫描摄像机,其特点是:利用线扫描摄像机采集的图像进行几何参数检测,根据成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数;然而,该装置及方法只针对接触网几何参数检测,采集信息涉及范围窄,数据处理过程复杂且易失真,同时检测成本较大,结果具有随机性,不具有大量性、普遍性、连续性,易受天气因素的影响,且无法实时在线监测。发明专利CN105067041 A公开了一种接触网状态监测装置及其控制方法,该装置包括双光源发射模块、光环行器、光信号解调模块、控制模块、计算机终端、光纤光栅传感器,其特点是:通过光纤与光纤光栅传感特性,实现对接触网温度、振动的实时监测;然而,由于其光纤光栅传感器与长距离传感光纤铺设在接触网沿线,铺设成本巨大,其安装施工影响接触网系统的正常运行,为列车行驶带来不便,同时由于其传感光纤长距离铺设,必然会受到更多的外界干扰,从而使监测结果误差较大,另外其光源及接收终端安置在地面,因此已遭到人为因素的破坏。
[0015]总体来说,目前针对高速铁路接触网状态监测/检测的研究不多,绝大部分还属于对传统监测/检测技术的研究,研究中的监测/检测元件的载体都为车辆,监测/检测的功能单一,获取的接触网状态信息较少,并且大都只能获得接触网在检测时刻的瞬时状态,对接触网状态的监测/检测是间断不连续的,无法实现对接触网运行状态的实时在线连续监测/检测。
发明内容
[0016]本发明借鉴高速铁路接触网状态的传统监测/检测所取得的研究成果,结合最新的技术手段,针对现有技术存在的诸多问题,根据高速铁路接触网自身的结构、电气及所处环境条件,提出了一种基于公网传输,能够全天化、无人化、独立化的实时在线监测/检测装置。本发明所述系统中分布式安装在接触网回流线上的在线监测/检测下位机能够对接触网线路电流、腕臂结构及导线振动、导线张紧力、所处位置风速、安装位置接触网及环境影像等接触网状态参数进行测量;所述下位机能够获取上位机锂电池组电压值及充放电状态,记录采样时间,并可以根据监测对象的不同设置不同的采样参数,且可以根据采样所得数据及时间进行相关的分析及计算,并生成分析/计算报告;该系统对高速铁路接触网的状态监测/检测结果,可以为其相关方面的评估、抢修、改进和预防提供数据支持,对提升高速铁路系统技术保障能力具有巨大的意义。
[0017]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0018] —种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,包括:分布安装在接触网回流线路上的下位机和位于远程操控室并安装有监测/检测软件的上位机。
[0019]上位机包括:节点操作面板、电源监测面板、采样参数设置面板、时间显示/记录面板、数据显示/提取面板和分析/计算面板。
[0020]下位机包括:主控芯片电路、触发电路、开关电路、采样模块、电源监测模块、数据传输模块、数据传输附属模块、数据传输开关模块、授时模块、启动模块和音频传感器模块、状态监测传感器模块、以及由取电线圈组、电源处理模块、锂电池组、遥控开关组成的电源模块。
[0021 ]上位机与下位机通过GPRS/GSM无线网络实现信息的传输。
[0022]所述下位机包括:主控芯片、触发电路、开关电路、采样模块、电源监测模块、数据传输模块、数据传输附属模块、数据传输开关模块、授时模块、启动模块和音频传感器模块、状态监测传感器模块、以及由取电线圈组、电源处理模块、锂电池组、遥控开关组成的电源丰旲块;
[0023]状态监测传感器模块、采样模块、主控芯片依次连接;状态监测传感器模块、触发电路、主控芯片依次连接;电源监测模块与主控芯片连接;音频传感器模块、启动模块、主控芯片依次连接;数据传输附属模块、数据传输开关模块、数据传输模块、主控芯片依次连接;授时模块与主控芯片连接;取电线圈组、电源处理模块、锂电池组、遥控开关、主控芯片依次连接。
[0024]所述下位机,通过具有电磁屏蔽设计的外壳将各种电路及模块封装其中,其可以根据采集的需求量采用分布式安装方式,安装于接触网回流线路中,由特制的支架支撑固定在塔柱上。
[0025]所述主控芯片电路,负责采样过程的控制及数据的存储与远程无线传输,在无采样信号时处于休眠状态,有采样信号时会被启动进入正常工作状态,从而降低芯片的损耗,增加下位机的工作寿命;
[0026]所述触发电路,负责判断传感器获取的信号是否达到所设定的采样阈值,若达到,则主控芯片会发送采样命令,从而只采集有用的信息数据;
[0027]所述开关电路,包括控制采样模块供电的开关电路1,控制授时模块供电的开关电路2以及控制电源模块的开关电路3;开关电路I设置在采样模块与主控芯片之间,开关电路2设置在授时模块与主控芯片之间,开关电路3设置在遥控开关与主控芯片之间,可以使远程操控人员根据节能需要随时切断部分模块电源,或在需要调试时重启采集系统;
[0028]所述采样模块,包括信号的预处理电路和模数转换电路,预处理电路要对传感器获取的信号进行放大、滤波等处理,从而降低噪声成份,之后再由模数转换电路将电压信号转变为数字信号,用于存储和传输;
[0029]所述电源监测模块,包括多块电压监测芯片和锂电池状态监测端口,可以时刻采集锂电池组的电压值与充放电状态,进而可以使操作人员根据电源情况选择不同模式以适应锂电池状态变化;
[0030]所述数据传输模块,负责将采集所得的大量数据高速的传输给远程上位机,同时接受上位机发出的指令;
[0031]所述数据传输附属模块,具有极低的工作功耗,通过简单的数据形式与远程上位机取得联系,负责系统在低速传输模式时代替所述的数据传输模块,以降低系统功耗,也可以接受移动手机发送的短信指令,实现传输模式的切换;
[0032]所述数据传输开关模块,具有通断功能的模块,在系统要切换到低速传输数据模式时,接受数据传输附属模块的信号,将数据传输模块的电源切断,在系统需要高速传输数据模式时,将数据传输模块的电源接通;
[0033]所述授时模块,为集成GPS和北斗为一体的超高精度时钟单元,负责在系统采集数据时提供高精度的时钟信息;
[0034]所述音频传感器模块,主要用来监测列车行驶的声音及雷声,监测所得的音频传向下一级;
[0035]所述启动模块,主要用来判定及发送启动命令,当所述音频传感器所监测的音频达到预先设定的范围,其便会向主控芯片发送启动信号,之后由所述主控芯片电路向所述采样模块、触发芯片发送启动信号,从而使系统从休眠状态启动为采集状态;
[0036]所述状态监测传感器模块,包括罗氏线圈传感器、加速度传感器、应力传感器、风速传感器、摄像头、温度传感器以及其他传感器等;其中罗氏线圈传感器用来测量接触网线路电流,加速度传感器用来测量因列车行驶及自然风造成的腕臂结构及导线振动,应力传感器用来测量受电弓或风等造成的导线张紧力变化,风速传感器用来测量所述下位机安装位置处的风速大小,摄像头用来获取所述下位机安装位置处的接触网及环境影像,温度传感器用来测量下位机装置内部的温度,等等;
[0037]所述取电线圈组,包括多组取电线圈,可以在有车行驶和无车行驶两种状态下从线路上取得感应电能,为系统提供充足的电能;
[0038]所述电源处理模块,负责将所述取电线圈组取得的感应电能进行整流、稳压、滤波等处理,从而为系统提供稳定的电压;
[0039]所述锂电池组,负责存储电能,直接为后续系统负载提供电能,同时保证系统渡过接触网的停电期;
[0040]所述遥控开关,负责控制电源与系统负载间的通断,可以由对应的遥控器无线遥控,以便系统调试。
[0041]所述上位机,安装有系统监测/检测软件,位于远程操控室,通过GPRS/GSM无线网络,负责向下位机发送指令,从下位机中提取采样数据,并可以根据不用的算法及标准分析或计算采样所得的数据,最终生成技术报告;
[0042]所述节点操作面板,用来显示所有下位机ID编号及位置信息,操作人员可以通过此面板对某些或全部下位机信息进行进一步操作控制;
[0043] 所述电源监测面板,可以监测并显示所述下位机锂电池组的电压值及充放电状态;
[0044]所述时间显示/记录面板,可以获取、显示并记录所述下位机采集数据时所述授时模块授予的准确时间,精度达到微妙级,并将时间与对应采样数据配对存储;
[0045]所述采样参数设置面板,可以根据监测对象的不同对所述下位机的采样频率、采样长度、触发采样值等参数进行设置,以使下位机具有相应的采样能力;
[0046]所述数据显示/提取面板,可以通过曲线框图将采样数据实时显示出来,同时具有手动和自动两种远程数据提取模式,并可以根据需求量终止提取;
[0047]所述分析/计算面板,可以根据提取所得数据及采集时间进行相关的分析及计算,并生成分析/计算报告。
[0048]本发明可取得的有益效果:本发明所述系统利用分布式安装在接触网回流线上的在线监测/检测下位机实时对接触网线路电流、腕臂结构及导线振动、导线张紧力、所处位置风速、安装位置接触网及环境影像等接触网状态参数进行测量;通过所述下位机获取采样数据及采样时间,可根据监测对象的不同设置不同的采样参数,能够根据采样所得数据及时间进行相关的分析及计算,并生成分析/计算报告;该技术报告可以为相关方面的评估、改进、故障定位、抢修和预防提供依据,对提升高速铁路系统技术保障能力具有巨大的作用。
[0049]因此,本发明具有如下优点:
[0050] 1.下位机安装于接触网回流线路,安装施工及运行过程均不会对列车的正常行驶产生干扰;
[0051] 2.下位机可以利用自身的取电线圈从接触网线路中获取感应电能,无需架设电源线路,适应性强,对安装位置无特殊要求,真正实现全天化、无人化、独立化的实时在线监测/检测;
[0052] 3.上位机与下位机通过GPRS/GSM无线网络进行通信,可以实现远程操作控制,无需占用其他铁路资源;
[0053] 4.下位机中的采样模块、授时模块及其他元件分别有单独的供电开关电路,可以方便远程操控人员根据节能需要随时切断部分模块电源或重启采集系统;
[0054] 5.可以通过下位机的数据传输附属模块和数据传输开关模块使系统从数据高速传输模式切换为低速传输模式,便于降低系统功耗;
[0055] 6.在列车行驶靠近下位机或有雷雨天气时,可以通过音频传感器和启动模块来向主控芯片发送启动信号,使系统从休眠状态启动为采集状态,不至于使系统错过列车行驶时接触网腕臂结构及线路的振动信息或是雷电流信息;
[0056] 7.监测状态参数多样,下位机中可以集成多种传感器,包括罗氏线圈传感器、加速度传感器、应力传感器、风速传感器、摄像头、温度传感器等,可以实现对线路电流、腕臂结构及导线振动、线张紧力、风速大小、环境影像、装置内部温度等等进行实时监测;
[0057] 8.上位机集监测、记录、设置、提取、分析、计算于一体,数据整合能力强,功能齐全,易于操作人员操作;
[0058] 9.系统处于低速数据传输模式时,可以通过移动手机向数据传输附属模块发送短信指令,实现传输模式切换,方便人员操作;
[0059] 10.下位机采用特殊电磁屏蔽封装设计,可以很好地达到防磁、防水、防锈的目的。
附图说明
[0060]图1本发明装置层次分布图;
[0061 ]图2本发明装置模块功能图;
[0062]图3本发明上位机操作流程图。
具体实施方式
[0063]下面结合附图,通过实施例,对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
[0064] 实施例:
[0065]如图1所示,为本发明所述装置的层次分布图。一台位于远程控制室的上位机可以同时通过GPRS/GSM无线网络连接所有安装于接触网线路上的下位机,每条接触网监测线路都会有编号与之对应,根据需求可以在一条接触网监测线路上安装多台下位机,每台下位机会有一组包括线路代号和自身代号的代码,这样在上位机节点操作面板中就可以将所有的上位机按照安装线路的不同进行对应的分类,便于操作的同时,也方便后续数据的分析与计算。上位机可以在系统高速数据传输和低速数据传输两种模式下对下位机进行发送控制指令,同时可以从相应的上位机中提取所需的采样数据,其中的分析/计算面板可以根据提取所得的数据进行分析计算,并生成技术报告;而手机客户端只能够以固定内容格式的短信形式向下位机发送控制指令,该控制指令可以控制下位机在高速数据传输和低速数据传输两种模式间切换,不能通过无线网络从下位机中提取采样数据,也不能进行后续的数据分析计算及技术报告生成。
[0066]如图2所示,为本发明所述的装置模块功能图。上位机包括节点操作面板、电源监测面板、采样参数设置面板、时间显示/记录面板、数据显示/提取面板和分析/计算面板,节点操作面板中会以不同线路分组形式显示该线路所有的下位机节点ID及位置信息,双击下位机节点条目就可以进入对应子面板,电源监测面板中会显示出下位机中锂电池组的电压值及充放电状态;采样参数设置面板中可以对下位机的采样频率、采样长度及触发阈值进行设置,设置完毕后,下位机会将真实的采样参数反馈给上位机,以保证设置的准确性;时间显示/记录面板可以实时显示下位机授时模块授予的时间,并且将数据采样时的时间记录下来,并和对应的采样数据配对存储;数据显示/提取面板中的实时曲线框可以将目前下位机采样所得的数据绘制成曲线实时显示出来,操作人员可以在此面板中选择数据提取的模式,若选择自动模式,上位机会自动从下位机中提取采样所得数据,若选择手段模式,上位机只有在人为点击提取数据按钮时才会从下位机中提取采样数据,点击终止按钮即可结束数据提取;分析/计算面板中可以对采样所得数据进行分析,报告特定的指标,同时也可以利用不同下位机采样时的时间,计算出信号发生源的位置;最终根据数据分析和计算的结果产生对应的技术报告。
[0067]下位机中主控芯片电路板为控制的核心,由上位机发送的指令最终由主控芯片电路进行转换分配,主控芯片有休眠和工作两种模式,在正常工作模式下,状态传感器模块(包括罗氏线圈传感器、加速度传感器、应力传感器、风速传感器、摄像头、温度传感器等)将获取的接触网状态信息(线路电流、腕臂结构及导线振动、线张紧力、风速大小、环境影像等)传输给采样模块,之后在主控芯片的控制下进行暂存,并由数据传输模块以高速数据传输模式,通过GPRS/GSM无线网络传输给远程上位机,触发电路在系统采集线路电流时起到设定阈值,筛选有效信息的作用;在主控芯片将采样数据回传给远程上位机的同时也会将授时模块授予的时间信息一起传输给上位机;电源监测模块会实时采集锂电池组的电压值及电平值,在主控芯片的控制下由数据传输模块传输给远程上位机;远程上位机也可以向下位机发送命令,通过开关电路控制采样模块、授时模块和其他模块的电源电路通断,以达到节能或重启模块的目的;主控芯片在休眠模式下,采样模块和触发电路均停止工作,此时音频传感器和启动模块仍处于工作状态,当列车行驶到下位机附近或有雷雨天气发生时,便会启动主控芯片,使其回归正常工作状态,进而控制系统及时采集有用的数据信息;当系统不需要高速数据传输时,数据附属模块根据上位机或手机的短息指令控制数据开关模块断掉数据传输模块的供电,此时系统进入低速数据传输模式,系统也会进入低功耗模式;取电线圈组可以根据电磁感应定律从接触网回流线路中获取感应电能,电源处理模块将感应电能稳压、整流、滤波后得到稳定的电压,之后再为锂电池组进行充电,而锂电池组为整个系统负载提供电能供应的同时也起到存储电能的作用,以保证系统在接触网停电期间正常工作。
[0068]如图3所示,为本发明上位机操作流程图。开启上位机接触网监测/检测软件,首先要设置上位机IP地址,并且为固定IP地址,然后以广播的方式发送搜索指令,直到所有的下位机连接成功为止,下位机连接到上位机后便会在节点操作面板显示出节点ID号及线路编号,不同线路的下位机分为不同组,不同下位机形成对应的操作条目,双击下位机操作条目便可以查看电源参数及状态信息,将采样频率、采样长度、触发阈值设置完毕下位机即进入采样状态;此时下位机状态传感器模块就可以获取信号,采样模块将采集所得电信号转换为可用来存储及传输的数字信号,之后由数据传输模块以高速传输模式传送给远程上位机;若此时上位机数据显示/提取面板选择的是自动数据提取模式,上位机会自动将采样数据及采样时间配对保存在自动生成的具有上位机ID号的文件夹中,若此时上位机数据显示/提取面板选择的是自动数据提取模式,则需要人为点击提取数据按钮,才能够将采样数据及采样时间提取并保存;上位机利用提取所得的数据及时间,在分析/计算面板中进行分析,报告特定的指标,同时也可以利用不同下位机采样时的时间,计算出信号发生源的位置,例如雷击故障发生的位置;最终根据数据分析和计算的结果产生对应的技术报告,例如装置内部温度过高,需要进入低功耗模式减少热量的产生,又如下位机所处环境风速等级对此时接触网线路的载荷影响,再如列车行驶时受电弓造成接触网结构及接触线的振动幅度;采样完毕后操作人员可以选择是否关闭授时模块,是否继续开启采样模块,是否继续采用数据传输模块进行高速数据传输,若关闭数据传输模块,则系统改为低速数据传输模式,同时进入低功耗状态;数据传输模式的切换过程也可以由操作人员在任意地点用任意手机以固定的短息内容格式向某些或全部下位机发送指令来控制。
[0069]下面举例说明本发明可实现的部分检测功能及生成的技术报告的内容形式。
[0070] 1.雷电故障定位
[0071]当雷电击中安装有下位机的接触网线路时,雷电流会沿着导线向两端方向传播,此时安装在接触网线路上的下位机中的罗氏线圈传感器便会捕捉到雷电流信号,经过后续采集,下位机由数据传输模块以高速数据传输模式通过GPRS/GSM无线网络将数据传输给远程上位机中;若上位机数据显示/提取面板已选择自动提取模式,则上位机会自动将雷电流数据提取并存储,在分析/计算面板中会出现下位机所在线路的信息,操作人员从所有的下位机采样时间中选择最靠前的两个时间,之后软件利用根据双端行波测距原理编制的算法计算出雷击位置与参与计算的下位机距离,最后根据上位机实际安装地点定位出雷击故障在接触网线路的准确位置。
[0072]技术报告中包括雷击发生的线路编号,参与计算的下位机标号及安装地点,雷击发生的时间,雷击点与两台下位机的距离。
[0073] 2.风载荷对接触网构件的力学性能影响
[0074]高速铁路接触网,作为直接向电力机车供电的线路,是高速铁路的重要组成部分。由于接触网沿铁路露天架设,长期承受自然环境中的风载荷,疲劳是其主要失效形式之一。在自然脉动风多发的环境中,接触网所承受的风载荷在疲劳设计中是不容的因素。本发明所述下位机连接有风速传感器和应力传感器,应力传感器安装在所要监测的接触网关键部件上,通过长时间的风速监测可以得出下位机安装位处自然风的诸多参数,应力传感器采集的数据可以反映接触网构件在长时间承受风载的过程中内部应力的变化情况,通过与实验模拟计算得出的接触网自然风载荷谱对照,可以得出下位机安装范围中接触网各部件所承受的风载荷,为接触网的疲劳设计与灾害预防提供数据支持。
[0075]技术报告中包括下位机安装位置处的自然风速,接触网各部件所承受的应力值,相应风速下实验模拟计算的接触网部件载荷谱。
[0076] 3.列车行驶速度对接触线振动的影响
[0077]随着我国高速铁路的快速发展,载客及载货量的逐渐增加,列车行驶的班次逐年递增,行驶速度也在逐步提高。列车高速频繁的行驶对受电弓的强度及接触线的质量考验巨大,特别是接触线在列车高速行驶过程中的振动会影响受电弓的持续受电,因此监测列车行驶速度与接触线振动的关系对如何保障受电弓正常受电具有巨大的作用。本发明所述下位机可以连接摄像头,监测列车行驶的距离与时间,进而计算出列车行驶速度,利用加速度传感器监测列车行驶在不同速度下的接触线振动情况。
[0078]技术报告中包括列车行驶速度及对应的时间段,接触线振动的加速度值及对应时间段。
[0079] 4.下位机装置功耗与内部温度的关系
[0080]下位机由具有防磁、防水、防锈的金属外壳密闭封装,因此其中的模块在运行时必然会产生大量的热量集中,尤其是在炎热的夏天,装置内部温度过高会影响电子元件的工作性能,甚至造成损坏,因此在装置内部设置温度传感器,实时监测装置温度,并根据温度变化调整装置功耗,对保证下位机的正常工作十分重要。在燃热的夏天,如监测的到的温度接近了设定阈值,则操作人员需要通过上位机向下位机发送指令,控制部分模块的开关电路,使其断电,并且将系统由高速数据传输模式转变为低速数据传输模式,使其进入低功耗状态。
[0081]技术报告中包括下位机装置的温度,设定的温度上限,系统总体功耗及各模块功耗,功耗散热与温度上升值的对照关系。
[0082]本发明所述装置已投入试运行,分别于2015年7月份,在合武线红安及麻城段安装第一批3台工程样机,2015年12月份,在同一线路不同位置安装第二批3台工程样机。
[0083]以上所述仅为本发明的实施例,并不用于限制本发明,显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于,包括:分布安装在接触网回流线路上的下位机和位于远程操控室并安装有监测/检测软件的上位机;上位机与下位机通过GPRS/GSM无线网络实现信息的传输; 所述上位机包括:节点操作面板、电源监测面板、采样参数设置面板、时间显示/记录面板、数据显示/提取面板和分析/计算面板; 所述下位机包括:主控芯片、触发电路、开关电路、采样模块、电源监测模块、数据传输模块、数据传输附属模块、数据传输开关模块、授时模块、启动模块和音频传感器模块、状态监测传感器模块、以及由取电线圈组、电源处理模块、锂电池组、遥控开关组成的电源模块; 状态监测传感器模块、采样模块、主控芯片依次连接;状态监测传感器模块、触发电路、主控芯片依次连接;电源监测模块与主控芯片连接;音频传感器模块、启动模块、主控芯片依次连接;数据传输附属模块、数据传输开关模块、数据传输模块、主控芯片依次连接;授时模块与主控芯片连接;取电线圈组、电源处理模块、锂电池组、遥控开关、主控芯片依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于:所述开关电路包括控制采样模块供电的开关电路I,控制授时模块供电的开关电路2以及控制电源模块的开关电路3;开关电路I设置在采样模块与主控芯片之间,开关电路2设置在授时模块与主控芯片之间,开关电路3设置在遥控开关与主控芯片之间。
3.根据权利要求2所述一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于: 所述数据传输附属模块可以接收上位机指令或移动手机的短信指令控制所述数据传输开关模块断开所述数据传输模块的供电,以使系统从数据高速传输模式切换为低速传输模式,降低系统功耗。
4.根据权利要求3所述的一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于:所述音频传感器用来监测列车行驶的声音及雷声,当达到预先设定的音频范围后,所述启动模块向主控芯片发送启动信号,之后由所述主控芯片电路向所述采样模块、触发芯片发送启动信号,从而使系统从休眠状态启动为采集状态。
5.根据权利要求4所述的一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于:所述状态监测传感器模块包括罗氏线圈传感器、加速度传感器、应力传感器、风速传感器、摄像头、温度传感器;其中罗氏线圈传感器用来测量接触网线路电流,加速度传感器用来测量因列车行驶及自然风造成的腕臂结构及导线振动,应力传感器用来测量受电弓或风造成的导线张紧力变化,风速传感器用来测量所述下位机安装位置处的风速大小,摄像头用来获取所述下位机安装位置处的接触网及环境影像,温度传感器用来测量下位机装置内部的温度。
6.根据权利要求5所述的一种基于公网传输的接触网状态在线监测/检测装置,其特征在于:上位机中, 所述节点操作面板,用来显示所有下位机ID编号及位置信息,操作人员通过此面板对下位机信息进行进一步操作控制; 所述电源监测面板可以监测并显示所述下位机锂电池组的电压值及充放电状态; 所述时间显示/记录面板可以获取、显示并记录所述下位机采集数据时所述授时模块授予的准确时间,精度达到微妙级,并将时间与对应采样数据配对存储; 所述采样参数设置面板可以根据监测对象的不同对所述下位机的采样频率、采样长度、触发采样值等参数进行设置,以使下位机具有相应的采样能力; 所述数据显示/提取面板可以通过曲线框图将采样数据实时显示出来,同时具有手动和自动两种远程数据提取模式,并可以根据需求量终止提取; 所述分析/计算面板可以根据提取所得数据及采集时间进行相关的分析及计算,并生成分析/计算报告。
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