CN107037761A - 带光纤开关的接触网开关监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为带光纤开关的接触网开关监控装置，解决已有远程终端控制装置RTU由于接触网开关工作环境的电磁干扰对接触网开关动作发生误判的问题。微处理器CPU通过遥控接口电路（3）和遥信接口电路（2）与开关操作机构连接，通过通信接口电路（5）与通信网络连接，通过光电转换处理电路连接（4）与光纤开关（8）连接，光电转换处理电路连接（4）检测到光路的改变，经光电转换后将开关本体的位置变位信号输入到微处理器CPU，微处理器CPU将光纤开关检测到的信号与从遥信接口（2）检测到的接触网开关信号同时通过通信接口电路（5）经通信网络上送到远方控制端。
Description
技术领域
本发明与电气化铁道接触网开关监控系统有关。属于电气化铁道接触网开关自动控制技术领域。
技术背景
接触网开关监控装置主要用于监视接触网开关(隔离开关或负荷开关)的位置以及控制接触网开关的分、合闸。行业中一般采用RTU(Remote Terminal Units，中文全称为远程终端控制器)控制操动机构(所谓操动机构就是通过控制电机，驱动接触网开关闭合或者开断，并完成控制过程和结果信息采集的电路系统，由操动机构的电机带动连接接触网开关的连杆运动，从而闭合或者开断接触网开关)， RTU通过对操动机构辅助开关提供的接点判断接触网开关的分合位置；这种接触网开关位置判断模式在实际应用中存在一些问题，因为在执行遥控命令控制接触网开关闭合或者开断时，其控制结果将开关是否执行相应动作是由操动机构内部给出的，没有考虑接触网开关本体触头的位置，依靠这种单一信息判断接触网开关的状态。由于接触网开关工作环境的电磁干扰、触头的行程差异、传动连杆扭曲变形等都有可能造成RTU对开关位置状态的误判，这就会给行车和维护人员造成安全隐患。
发明内容
本发明目的是提供一种具有抗干扰、抗雷击、抗电压冲击的能力，速度快，检测可靠性高的带光纤开关的接触网开关监控装置。
本发明是这样实现的：
带光纤开关的接触网开关监控装置，监控装置的微处理器CPU通过遥控接口电路3和遥信接口电路2与开关操作机构连接，通过通信接口电路5与通信网络连接，微处理器CPU通过光收发信号处理电路4与第1、2光纤开关8连接，第1、2光纤开关8安装于接触网开关旁边，接触网开关触头与连杆的一端铰连，连杆的另一端与机械定位装置9的定位盘铰连，定位盘绕轴转动，定位盘与两成夹角的第1、2反射镜连接，接触网开关在合的位置，第1反射镜进入第1光纤开关的光路，第2反射镜进离开第2光纤开关的光路，接触网开关在分的位置，第2反射镜进入第2光纤开关的光路，第1反射镜进离开第1光纤开关的光路，第1光纤开关相对两侧的端口分别与第1、2光头的端口连接，第2光纤开关的相对两侧的端口分别与第3、4光头的端口连接，第1-4光头与光电转换处理电路连接4，光电转换处理电路4与微处理器CPU连接，光电转换处理电路4检测到光纤开关的光路的改变，经光电转换后将接触网开关的的位置变位信号输入微处理器CPU输入接口连接，微处理器CPU每隔一定时间检测一次输入接口状态，如果检测到输入接口状态与上次检测相比有变化，并且这种变化持续一定时间，则定义为状态变化一次，如果连续检测到状态变化若干次则视为接触网开关动作，若此时微处理器CPU通过遥信接口电路采集的信号也是接触网开关动作，则微处理器CPU将两个开关动作信号组装通过通信网络上报，若微处理器CPU只从光电转换处理电路4检测到开关动作，而微处理器CPU没有从遥信接口电路检测到开关动作，则微处理器将两种状态组装成警告报文上报，如果微处理器CPU没有从光电转换处理电路4检测检测到开关动作，而微处理器从遥信接口电路检测到开关动作，则微处理器则将两种状态组装成警告报文通过通信接口电路5经通信网络上送到远方控制端。
光纤开关为 FOS2×2，机械定位装置为HY-JXDW-01。
第1、2光头用于合闸位置的检测，第1光头发生端T和接收端R通过光纤分别接第1光纤开关的1和3端口，第2光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第1光纤开关的2和4端口，第3、4光头用于分闸位置的检测，第3光头发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的1和3端口，第4光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的2和4端口。
第1光头发射端T不断的发送“A”型代码，第2光头发射端T不断的发送“B”型代码，在开关位置不在合位时，第1反射镜未进入光路，光路为直通状态，第1光头接收端R收到第2光头发送的“B”型代码，第2光头接收端R收到第1光头发送的“A”型代码，当开关位置在合闸位置时，定位盘联动使反射镜进入光路，光路改变为交叉状态，第1光头接收端R收到第1光头发送的“A”型代码，第2光头接收端R收到第2光头发送的“B”型代码，第3、4光头用于分闸位置的检测，第3光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的1和3端口，第4光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的2和4端口，第3光头发射端T不断的发送“C”型代码，第4光头的发射端T不断的发送“D”型代码，在开关位置不在分位时，第2反射镜未进入光路，光路为直通状态，第3光头接收端R收到第4光头发送的“D”型代码，第4光头接收端R收到第3光头发送的“C”型代码，当开关位置在分闸位置时，定位盘联动使第2反射镜进入光路，光路改变为交叉状态，第3光头接收端R收到第3光头发送的“C”型代码，第4光头接收端R收到第4光头发送的“D”型代码，微处理器CPU通过定时的方式在一定的时间内计算接收同一条代码的次数，再根据次数进行接触网开关位置状态的判断。
接触网开关本体位置信号获取是通过检测光纤开关8光路的改变来实现的，当接触网开关本体到达分或合位置时，机械定位装置9使光纤开关内的反射镜改变位置来切换光路，高压接触网开关本体与低压监控装置的信号传输是通过光纤实现的，没有电连接，装置具有很强的抗干扰、抗雷击、抗电压冲击的能力。光电转换处理电路4检测是基于光通信原理，具有速度快和数字化特性，检测的可靠性高。本发明结构简单，安装和维护方便，运行成本低廉。
附图说明
图1本发明系统框图。
图2光纤开关反射镜切换技术原理示意图。
图3接触网开关本体光纤开关安装示意图。
图4光纤开关检测开关位置状态工作原理示意图。
图5传统的RTU安装位置示意图。
图6本发明带光纤开关的RTU安装示意图。
图7光纤开关检测开关本体位置状态硬件原理图。
图8主程序运行软件流程示意图。
图9接触网开关本体合位置状态检测软件流程示意图。
图10接触网开关本体分位置状态检测软件流程示意图。
具体实现方式
本发明在原有RTU基础上，根据机械式光纤开关反射镜切换技术，增加光纤开关检测部分，能可靠对接触网开关本体位置状态的准确获取，通过硬件设计和软件设计实现。
本发明光纤开关检测开关本体位置状态硬件实现：
本发明光纤开关检测开关位置状态硬件原理图如图7所示,其中1#，2#，3#，4#为双发一体模块 (光头)OCM3141，U1B、U1A、U2D、U2C、U3B、U3A、U4D、U4C为与门SN74HCT08N，CPU（U1）为微处理器LPC1768。光信号收发处理电路4主要由双发一体模块 (光头)、与门和微处理器CPU(U1)组成，主要实现光信号转电和电转光信号，原理相同的四路光路检测连接两台光电转换开关，实现对接触网开关本体位置状态的检测，如合闸检测电路的第一个光路，双发一体模块(光头)接收到光信号，转变为电平信号，引脚2（RD+）同时连接与门U1B的引脚3和4，将电平信号进行逻辑与，与门U1B引脚6与CPU（U1）的引脚99（RXT0）连接，将与后的电平信号输入都CPU（U1）,实现光输入信号转换为串口电输入信号。串口发送电信号转换为光信号实现是通过CPU（U1）的引脚98（TXD0）同时连接U1A的引脚1和2，然后U1A的引脚3连接到双发一体模块(光头)的发射端引脚8（TD+），将CPU（U1）的引脚98（TXD0）发出的电平信号，通过与门U1A进行与逻辑操作后，发送给双发一体模块(光头)，最后双发一体模块(光头)将电平信号转换为光信号。其它3路的光路检测硬件配置和原理一样。
本发明光纤开关检测开关本体位置状态软件实现：
主程序软件流程如图8所示，系统运行后，先进行一系列的初始化工作，包含地址初始化（读取装置的站地址，便于上级对装置的管理），时钟初始化，通信口初始化，I2C总线初始化。接下来判断系统运行是否正常，判断方法就是查看系统在喂狗吗，如图8中的（1）处所示，如果系统在喂狗，则系统运行正常，程序继续往下执行，否则系统复位，重新开始。
系统运行正常后，定时刷新装置地址，每5ms间隔，1#，2#，3#，4#光头发射端分别发送“A”、“B”、“C”、“D”型代码，接着1#，2#，3#，4#光头等待接收代码，下一步就对接收的代码进行分析和处理，主要实现开关本体合位置和分位置状态的不断采集，如图8中（2）、(3)所示，开关合位置和分位置状态的采集具体见图9中子程序K1和图10中子程序K2。本次循环结束后，程序进入图8中的（1）重新开始。
开关本体合位置状态检测软件流程K1如图9所示，1#和2#光头接收到代码，进入图9中（5）处，进行接收代码的判断，如果1#光头接收“B”和2#光头接收”A”型代码，进入到图9中（6）处，否则进入到图10中（9）处。进入到图9中（6）处，判断进行50ms内接收该类型代码的计数。如果接收的是首条该类型的代码，就置定时计数标志B1为1，启动定时计数，然后进入图9中的（7）定时计数接收该类型代码的数量。如果已经在进行定时计数，就直接进入图9中的（7）定时计数接收该类型代码的数量，在50ms定时计数后，程序进入图9中（8）处，进行在50ms内该接收类型代码的数量判断，如果计数值T1>6,则值合位状态为0(合光纤开关光路直通)，置时标志B1=0，计数T1=0，如果计数值T1不大于6，则置时标志B1=0，计数T1=0，等待1#、2#光头接收代码。
在图9中（5）处，如果1#光头接收不是“B”和2#光头接收不是”A”型代码，程序进入图9中（9）处，判断是否1#光头接收“A”和2#光头接收”B”型代码，如果不是，则程序返回等待1#、2#光头接收代码，如果是程序进入图9中（10）处，判断是否已经在进行50ms内计数。如果接收的是首条该类型的代码，就置定时计数标志B2为1，启动定时计数，然后进入图9中的（11）定时计数接收该类型代码的数量。如果已经在进行定时计数，就直接进入图9中的（11）定时计数接收该类型代码的数量，在50ms定时计数后，程序进入图9中（12）处，进行在50ms内该接收类型代码的数量判断，如果计数值T2>6,则置合位状态为1(合光纤开关光路交叉)，置时标志B2=0，计数T2=0，如果计数值T2不大于6，则置时标志B2=0，计数T2=0，等待1#、2#光头接收代码。
接触网开关本体分位置状态检测软件流程K2如图10所示，3#和4#光头接收到代码，进入图10中（5）处，进行接收代码的判断，如果3#光头接收“D”和3#光头接收”C”型代码，进入到图10中（14）处，否则进入到图10中（17）处。进入到图10中（14）处，判断是否已经在进行50ms内接收该类型代码的计数。如果接收的是首条该类型的代码，就置定时计数标志B3为1，启动定时计数，然后进入图10中的（15）定时计数接收该类型代码的数量。如果已经在进行定时计数，就直接进入图10中的（15）定时计数接收该类型代码的数量，在50ms定时计数后，程序进入图10中（16）处，进行在50ms内该接收类型代码的数量判断，如果计数值T3>6,则值分位状态为0(分光纤开关光路直通)，置时标志B3=0，计数T3=0，如果计数值T3不大于6，则置时标志B3=0，计数T3=0，等待3#、4#光头接收代码。
在图10中（13）处，如果1#光头接收不是“D”和2#光头接收不是”C”型代码，程序进入图10中（17）处，判断是否3#光头接收“A”和4#光头接收”B”型代码，如果不是，则程序返回等待3#、4#光头接收代码，如果是程序进入图10中（18）处，判断是否已经在进行50ms内接收该类型代码的计数。如果接收的是首条该类型的代码，就置定时计数标志B4为1，启动定时计数，然后进入图10中的（19）定时计数接收该类型代码的数量。如果已经在进行定时计数，就直接进入图10中的（19）定时计数接收该类型代码的数量，在50ms定时计数后，程序进入图10中（20）处，进行在50ms内该接收类型代码的数量判断，如果计数值T4>6，则置分位状态为1(分光纤开关光路交叉)，置时标志B4=0，计数T4=0，如果计数值T4不大于6，则置时标志B4=0，计数T4=0，等待3#、4#光头接收代码。
对开关本体分位位置状态检测后，结合遥信回路采集的辅助开关的接点信号，进行对比，得出接触网开关位置的真实状态。
本发明的安装：
本发明带光纤开关的接触网监控装置的安装示意图如图6所示，与行业传统安装如图5，增加了在开关本体安装机械定位装置和光纤开关，以及光缆的安装，机械定位装置和光纤开关在工厂已经安装调试完成，光缆及连接附件在工厂进行加工，现场只进行固定和跳线，整个安装过程简单方便。
Claims (4)
1.带光纤开关的接触网开关监控装置，监控装置的微处理器CPU通过遥控接口电路（3）和遥信接口电路（2）与开关操作机构连接，通过通信接口电路（5）与通信网络连接，其特征在于微处理器CPU通过光收发信号处理电路（4）与第1、2光纤开关（8）连接，第1、2光纤开关（8）安装于接触网开关旁边，接触网开关触头与连杆的一端铰连，连杆的另一端与机械定位装置（9）的定位盘铰连，定位盘绕轴转动，定位盘与两成夹角的第1、2反射镜连接，接触网开关在合的位置，第1反射镜进入第1光纤开关的光路，第2反射镜进离开第2光纤开关的光路，接触网开关在分的位置，第2反射镜进入第2光纤开关的光路，第1反射镜进离开第1光纤开关的光路，第1光纤开关相对两侧的端口分别与第1、2光头的端口连接，第2光纤开关的相对两侧的端口分别与第3、4光头的端口连接，第1-4光头与光电转换处理电路连接（4），光电转换处理电路与微处理器CPU连接，光电转换处理电路（4）检测到光纤开关的光路的改变，经光电转换后将接触网开关的的位置变位信号输入微处理器CPU输入接口连接，微处理器CPU每隔一定时间检测一次输入接口状态，如果检测到输入接口状态与上次检测相比有变化，并且这种变化持续一定时间，则定义为状态变化一次，如果连续检测到状态变化若干次则视为接触网开关动作，若此时微处理器CPU通过遥信接口电路采集的信号也是接触网开关动作，则微处理器CPU将两个开关动作信号组装通过通信网络上报，若微处理器CPU只从光电转换处理电路（4）检测到开关动作而微处理器CPU没有从遥信接口电路检测到开关动作，则微处理器将两种状态组装成警告报文上报，如果微处理器CPU没有从光电转换处理电路（4）检测检测到开关动作而微处理器从遥信接口电路检测到开关动作，则微处理器则将两种状态组装成警告报文通过通信接口电路（5）经通信网络上送到远方控制端。
2.根据权利要求1所述的带光纤开关的接触网开关监控装置，其特征在于光纤开关为FOS2×2，机械定位装置为HY-JXDW-01。
3.根据权利要求1所述的带光纤开关的接触网开关监控装置，其特征在于第1、2光头用于合闸位置的检测，第1光头发生端T和接收端R通过光纤分别接第1光纤开关的1和3端口，第2光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第1光纤开关的2和4端口，第3、4光头用于分闸位置的检测，第3光头发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的1和3端口，第4光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的2和4端口。
4.根据权利要求1所述的带光纤开关的接触网开关监控装置，其特征在于第1光头发射端T不断的发送“A”型代码，第2光头发射端T不断的发送“B”型代码，在开关位置不在合位时，第1反射镜未进入光路，光路为直通状态，第1光头接收端R收到第2光头发送的“B”型代码，第2光头接收端R收到第1光头发送的“A”型代码，当开关位置在合闸位置时，定位盘联动使反射镜进入光路，光路改变为交叉状态，第1光头接收端R收到第1光头发送的“A”型代码，第2光头接收端R收到第2光头发送的“B”型代码，第3、4光头用于分闸位置的检测，第3光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的1和3端口，第4光头的发生端T和接收端R通过光纤分别接第2光纤开关的2和4端口，第3光头发射端T不断的发送“C”型代码，第4光头的发射端T不断的发送“D”型代码，在开关位置不在分位时，第2反射镜未进入光路，光路为直通状态，第3光头接收端R收到第4光头发送的“D”型代码，第4光头接收端R收到第3光头发送的“C”型代码，当开关位置在分闸位置时，定位盘联动使第2反射镜进入光路，光路改变为交叉状态，第3光头接收端R收到第3光头发送的“C”型代码，第4光头接收端R收到第4光头发送的“D”型代码，微处理器CPU通过定时的方式在一定的时间内计算接收同一条代码的次数，再根据次数进行接触网开关位置状态的判断。
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