CN107834524A - 一种基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对地铁直流保护装置的设计方案。本发明的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置为模块化设计，分主控CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、监控CPU模块和电源模块。主控CPU模块包括通讯单元一、通讯单元二、模拟量处理单元一、开关量输入单元、开关量输出单元、显示单元和存储单元等。主控CPU模块实现的功能包括模拟量输入测量功能、保护功能、数据记录功能、控制功能、通讯功能等。监控CPU模块包括通讯单元三、模拟量处理单元二和闭锁单元等。监控CPU模块实现主控CPU模块的工作状态及系统工作电压的自检测，同时控制保护输出。在确保装置正常运行时，才开放保护出口，避免装置误动作。

Description

一种基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置
技术领域
本发明属于轨道交通领域，尤其涉及地铁直流供配电继电保护领域。
背景技术
地铁中的直流电源是由牵引变电所两路独立的交流电源和两台并列的整流机组构成。直流供电系统在运行过程中可能会出现各种故障，如何及时、准确地发现、切除、隔离并进一步排除故障，最大限度地保证无故障供电区间的正常供电是保障地铁安全、良好运行的重要举措。这就需要地铁直流保护装置提供正确、可靠的保护。地铁直流保护装置是地铁安全运营的重要环节。
地铁直流保护装置在及时、准确地发现、切除、隔离故障的同时，还要保证装置自身工作正常，严禁错误地发出保护动作指令并对正常运营的地铁等轨道交通产生不必要的影响。地铁直流保护装置工作环境容易受到直流电源、车辆行驶过程及其他未知的因素影响。从而影响到地铁直流保持装置的自身的正常运行。本发明创造实现了地铁直流保护装置的工作状态的自检测功能，在现有地铁直流保护的基本功能的基础上，增强了装置保护出口动作的可靠性，防止误动作。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种地铁直流保护装置的硬件设计方案。该方案可以提高地铁直流供电系统供电可靠性，避免误动，更好地保障列车安全、正点运行。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，基于双CPU模式设计，其特征在于：由主控CPU模块、监控CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块构成，所述双CPU模式设计，主控CPU实现包括模拟量输入测量功能、保护功能、数据记录功能、控制功能、通讯功能，监控CPU实现检测装置工作状态自检测功能；监控CPU模块实现主控CPU的工作状态及系统工作电压的检测，在检测到主控CPU故障时，闭锁保护输出；只有在确保装置正常运行时，才开放出口，避免装置误动作，提高装置运行的可靠性；
所述主控CPU模块包括通讯单元一、通讯单元二、模拟量处理单元一、开关量输入单元、开关量输出单元、显示单元和存储单元，所述监控CPU模块包括通讯单元三、模拟量处理单元二和闭锁单元，所述通讯单元一与监控系统连接，所述通讯单元二与通讯单元三连接，所述模拟量输入单元一与模拟量变送器连接，所述开关量输入单元与开关量输入模块相连接，所述开关量输出单元与开关量输出模块相连接，所述开关量输出模块同时与闭锁单元相连接；所述电源模块设有整流电路，该整流电路的输入端与交流工作电源连接，输出端与主控CPU模块和监控CPU模块连接，提供多路稳压电压，给装置各模块供电。
主控CPU与监控CPU之间的通讯是基于简单的脉冲信号检测主控CPU的工作状态，检测过程受主控CPU的影响因素少。
本发明具有以下特点：
1、基于双CPU模式设计。
在本发明中的地铁直流保护装置采用的基于主控CPU和监控CPU的双CPU模式设计。主控CPU处于主导地位，负责实现常规的地铁保护装置的基本功能。监控CPU处于辅助地位，负责监视主控CPU的工作状态和系统工作电压，可以将监测结果传送给主控CPU，并上传到后台监控。当检测到主控CPU故障状态时，监控CPU则会闭锁开关量输出模块。即使此时主控CPU因自己的故障而错误地发出跳闸指令，由于监控CPU的闭锁作用，开关量输出模块将不会执行保护输出动作。从而达到防止误动的目的。
2、主控CPU与监控CPU间的脉冲信号检测
本发明中，是通过监控CPU对主CPU的工作状态进行检测。高效、可靠的检测方法直接影响到地铁直流保护装置的可靠安全运行。主控CPU与监控CPU之间的通讯包括两路，一路是检测主控CPU的工作状态，本发明中是选用不容易出错的通用IO端口实现的脉冲通讯机制，通过主CPU的GPIO端口发送调制的脉冲波形，监控CPU根据接收到的脉冲波形判断主控CPU的工作状态，该部分通讯为单向通讯。另一路是监控CPU将监控结果返回到主控CPU，用于装置正常工作时，将系统的工作状态传给后台并显示。该部分通讯为双向串行通讯。
3、监控CPU闭锁开关量输出模块。
在本发明中，通过监控CPU检测到主控CPU工作状态正常时，将会向开关量输出模块发出开出允许指令。此时装置的开关量输出产生并输出。当检测到主控CPU的工作状态异常时，监控CPU就不会发出开出允许指令，闭锁开关量输出模块。
附图说明
图1为本发明实施例的地铁直流保护装置的系统示意图。
图2为本发明实施例的主控CPU与监控CPU的通讯示意图。
图3为本发明实施例的监控CPU闭锁开关量输出模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明设计进行详细说明。
如图1所示，一种地铁直流保护装置，由主控CPU模块、监控CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块构成。所述主控CPU模块包括通讯单元一、通讯单元二、模拟量处理单元一、开关量输入单元、开关量输出单元、显示单元和存储单元等。所述监控CPU模块包括通讯单元三、模拟量处理单元二和闭锁单元。所述通讯单元一与监控系统连接，所述通讯单元二与通讯单元三连接。所述模拟量输入单元与模拟量变送器连接。所述开关量输入单元与开关量输入模块相连接，所述的开关量输出单元与开关量输出模块相连接，开关量输出模块同时与闭锁单元相连接。所述的电源模块设有整流电路，该整流电路的输入端与交流工作电源连接，输出端与主控CPU模块和监控CPU模块连接。提供多路稳压电压，给装置各模块供电。
如图2所示，所述通讯单元二由GPIO和串行通讯端口构成。所述通讯单元三由GPIO和串行通讯端口构成。通讯单元二的GPIO端口向通讯单元三的GPIO端口周期性地发送脉冲信息。通讯单元三的GPIO收到相应的脉冲信息，并判断状态，实现对主控CPU状态检测。相应的检测结果经通讯单元三的串行通讯端口发送到通讯单元二的串行通讯端口。
如图3所示，所述开关量输出模块与开关量输出单元及闭锁单元连接。将两个控制信号进行与操作后，输出控制信号。这样可以实现在确保地铁保护装置的软硬件工作正常的前提下，执行开出控制指令，否则将会闭锁输出。避免了因保护装置自身的故障原因而引起地铁运营的中断。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，因此依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何等同替换，仍属于本发明权利要求书技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，基于双CPU模式设计，其特征在于：由主控CPU模块、监控CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块构成，所述双CPU模式设计，主控CPU实现包括模拟量输入测量功能、保护功能、数据记录功能、控制功能、通讯功能，监控CPU实现检测装置工作状态自检测功能；监控CPU模块实现主控CPU的工作状态及系统工作电压的检测，在检测到主控CPU故障时，闭锁保护输出；只有在确保装置正常运行时，才开放出口，避免装置误动作，提高装置运行的可靠性；
所述主控CPU模块包括通讯单元一、通讯单元二、模拟量处理单元一、开关量输入单元、开关量输出单元、显示单元和存储单元，所述监控CPU模块包括通讯单元三、模拟量处理单元二和闭锁单元，所述通讯单元一与监控系统连接，所述通讯单元二与通讯单元三连接，所述模拟量输入单元一与模拟量变送器连接，所述开关量输入单元与开关量输入模块相连接，所述开关量输出单元与开关量输出模块相连接，所述开关量输出模块同时与闭锁单元相连接；所述电源模块设有整流电路，该整流电路的输入端与交流工作电源连接，输出端与主控CPU模块和监控CPU模块连接，提供多路稳压电压，给装置各模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：主控CPU与监控CPU之间的通讯是基于简单的脉冲信号检测主控CPU的工作状态，检测过程受主控CPU的影响因素少。
3.根据权利要求1或2所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：所述通讯单元二由GPIO端口二和串行通讯端口二构成，所述通讯单元三由GPIO端口三和串行通讯端口三构成，所述通讯单元二的GPIO端口二向所述通讯单元三的GPIO端口三周期性地发送脉冲信息，所述通讯单元三的GPIO端口三收到相应的脉冲信息，并判断状态，实现对主控CPU状态检测，相应的检测结果经所述通讯单元三的串行通讯端口三发送到通讯单元二的串行通讯端口二。
4.根据权利要求1或2所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：开关量输出模块的闭锁指令是由故障相对较少的监控CPU发出，和由主控CPU的开关量输出单元发出的开出指令相与操作，减小误动作的机率。
5.根据权利要求3所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：开关量输出模块的闭锁指令是由故障相对较少的监控CPU发出，和由主控CPU的开关量输出单元发出的开出指令相与操作，减小误动作的机率。
6.根据权利要求1或2所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：所述开关量输出模块与开关量输出单元及闭锁单元连接，将两个控制信号进行与操作后，输出控制信号。
7.根据权利要求3所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：所述开关量输出模块与开关量输出单元及闭锁单元连接，将两个控制信号进行与操作后，输出控制信号。
8.根据权利要求4所述的基于脉冲信号监测的地铁直流保护装置，其特征在于：所述开关量输出模块与开关量输出单元及闭锁单元连接，将两个控制信号进行与操作后，输出控制信号。
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