CN108717162A - 利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统及监测方法，该方法包括以下步骤：光发射器按照预设的逻辑时序发射光束，所述光束能够被吸合状态下的继电器衔铁遮挡；光接收器接收未被衔铁遮挡的光束并生成相应的继电器逻辑时序；通过电流传感器对电机电流的曲线特征进行监测；将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制。本发明对道岔相关的继电器进行实时监测，通过光接收器是否接收到光束来判断道岔的工作状况，并结合电机电流的变化状态，能够实时监测道岔故障。

Description

利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统及监测方法。

背景技术

随着轨道交通行业的不断发展，路网逐步增多，电路技术趋于复杂，与之相关的部件、器件同时呈几何量级增长，这些局限于时效性的元件必将引发设备故障。面对当前境况，如何快速甄别故障成因，是目前轨道交通的难题；对于更迅捷的判断故障所在、及时处理恢复故障影响以提升运营效率提出了更高的标准。直接影响列车通过能力的关键部位就是道岔，道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接转换装置，通常安装在线路的两个端站，是轨道的薄弱环节之一，道岔工况直接影响到列车运营的效率。由于道岔的转换是一个极为复杂的机电一体化过程，任意一处异常都会导致道岔无法正常工作；目前为止尚没有一套完整、细致的监测手段来用于精准定位故障所在，特别是对于偶发且自恢复故障的判断无法实施有效维护。当下运用较为广泛对于道岔进行判断的就是联锁技术，但联锁技术采集的变量均为接点电路信息，可接点电路信息并非信息末端，不能客观的体现设备故障点，对于偶发性且自恢复故障无法实施监测和处理，且联锁技术本身亦属于轨道电路的一部分，自身一旦出现问题则无法有效给出正确的判断。部分轨道交通产业通过高清摄像头来记录相关制动继电器群动作作为依据判断，但继电器群的运动具有非常缜密的逻辑关系，继电器间的动作时序在毫秒级别，差别非常细微，而且高清摄像头的数据存储均为堆栈式，数据的调用和采集比较困难，因此耗费巨大财力安装高清摄像头以及用人眼去判别继电器故障的方法无异于缘木求鱼。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统及监测方法，对道岔相关的继电器进行实时监测，通过光接收器是否接收到光束来判断道岔的工作状况，并结合电机电流的变化状态，来进一步监测道岔故障。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

光发射器按照预设的逻辑时序发射光束，所述光束能够被吸合状态下的继电器衔铁遮挡；

光接收器接收未被衔铁遮挡的光束并生成相应的继电器逻辑时序；

通过电流传感器对电机电流的曲线特征进行监测；

将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制。

进一步，所述将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征与预设的标准状态进行对比判断，若出现异常数据，则触发评估机制；还包括

将所述异常数据作为事件进行触发，触发后将所对应的异常数据进行存储。

进一步，所述评估机制，包括一定误差范围内的总耗能，所述总耗能为系统恒定电压、累积电流和转换时间的乘积，当总耗能增加或者只有累计电流增加时，则触发系统报警。

进一步，所述当总耗能增加或者累计电流增加，则触发系统报警，包括以下步骤：

当总耗能、累计电流、和转换时间同时触发报警时，判定道岔出现阻滞异常；

当总耗能、和累计电流同时触发报警，转换时间未报警时，判定道岔出现轻微卡滞异常；

当累计电流触发报警，总耗能和转换时间均未报警时，判定道岔出现较轻微异常。

一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括：

设置在道岔转换过程中的相应继电器上，用于按照预设的逻辑时序发射光束的光发射器；

与所述光发射器成对设置，设置在所述继电器的另一侧的，用于接收未被继电器的衔铁遮挡的光束并生成该继电器的逻辑时序的光接收器；

用于监测电机电流的曲线特征的电流传感器；和

用于将所述继电器的逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制模块的控制器。

进一步，该监测系统还包括：

用于将所述异常数据作为事件进行触发，并将所述异常数据进行存储的存储模块。

进一步，所述评估机制模块，包括

分别判断总耗能、累计电流、和转换时间是否增加的判断模块；和

根据判断模块的判断结果判断异常类型并进行不同等级报警的报警模块。

进一步，该监测系统包括：将所述光发射器和所述光接收器固定在继电器上的卡具，该卡具包括卡具本体和光路调节器；所述卡具本体包括在所述卡具本体上设有能够卡合所述光路调节器的凹槽，和与所述光路调节器调节后的光束在同一直线上的发射通孔和接收通孔。

进一步，所述卡具本体的上端连接有能够卡合被卡和物的悬挂部，所述悬挂部设置在卡具本体的周面上。

进一步，所述悬挂部可以采用倒L形的结构。

进一步，所述光路调节器包括底座本体，在所述底座本体上设有用于固定光发射器的固定部和用于将所述光发射器所发射的光束进行反射的反射面，在所述固定部上设有固定凹槽，所述反射面为一斜面，在所述反射面上设有反光材料。

进一步，所述光路调节器包括底座本体，在所述底座本体上设有用于固定光发射器的固定凹槽和用于将所述光发射器所发射的光束进行折射的三棱镜。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用设置在道岔相关的继电器两侧的光发射器和光接收器，当继电器的衔铁与极靴闭合时，光发射器所发射的光束将被遮挡，所述光接收器将无法接收到光信号，因此能够根据光接收器接收到的逻辑时序来判断该继电器的工作状态，进而判断道岔是否出现故障。

2、本发明不仅能够根据光接收器所接收到的光信号来判断继电器的逻辑时序，而且能够对相应继电器的自身工况进行检查，例如继电器接点颤动，即使是产生轻微的颤动，也会导致相应的光接收器的接收时序改变，并且相应的继电器的励磁事件增加，进而触发报警。

3、本发明结合电机电流的监测，并将异常的累积电流作为异常数据触发的条件之一，能够更加准确的道岔的故障类型。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的系统结构框图；

图3为本发明的卡具的结构示意图；

图4为本发明的光路调节器的结构示意图。

图中：1-控制器、2-高稳定直流稳压电源、3-光发射器、4-光接收器、5-电流传感器、6-模数转换模块、7-人机交互界面、8-卡具本体、9-凹槽、10-发射通孔、11-接收通孔、12-悬挂部、13-底座本体、14-固定部、15-固定凹槽、16-梯形结构、17-反射面。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图来详细说明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本发明的保护范围并不限于此。

本发明目的是采用该监测装置进行监控道岔的工作状态的方法，该方法能够有效解决以往监测手段中的盲点以及更清晰的反映了道岔工况信息。

如图1所示，一种道岔故障在线监测方法，包括以下步骤：

步骤S101：光发射器按照预设的逻辑时序发射光束，所述光束能够被吸合状态下的继电器衔铁遮挡；

步骤S102：光接收器接收未被衔铁遮挡的光束并生成相应的继电器逻辑时序；

步骤S111：通过电流传感器对电机电流的曲线特征进行监测；

步骤S2：将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制。

该方法能够有效的监测继电器的工作状态，主要利用的工作原理是，由于继电器的工作状态时由衔铁与极靴的相对位置决定的，继电器极靴为静触点，衔铁为动触点，在电磁力的作用下，衔铁与极靴的吸合状态和打开状态直接反映了继电器的开关状态，这是继电器的固有属性。本发明是利用衔铁是否遮挡光束来判断衔铁是否被吸合的原理来判断继电器的工作状态，因此光束的通过位置是判断继电器工作状态的重要指标。将光束的通过继电器的位置定位在：当继电器的衔铁被吸合时，过继电器的极靴做同轴线，过衔铁做垂直于同轴线的中心线，将中心线与同轴线交叉点的位置作为光束的通过位置，也就是说光束的通过位置设置在极靴和衔铁相接触的位置。当光发射器发射的光束被继电器的衔铁遮挡时，光接收器接收不到该光束，输出的电压为相应的低电平或者高电平；当光发射器发射的光束没有被遮挡，光接收器能够正常接收光束，输出的电压为相应的高电平或者低电平。也就是说，光接收器接收到光束和接收不到光束的输出电压是不同的，因此能够区别出继电器的工作状态。

在本实施例中，实时以0.02s的速率对继电器的状态和电机电流进行不间断的采样，若采样出现异常变化，则将该异常以事件的形式进行触发并存储，从而监测继电器的工作状态。

优选的，所述将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征与预设的标准状态进行对比判断，若出现异常数据，则触发评估机制；还包括

将所述异常数据作为事件进行触发，触发后将所对应的异常数据进行存储。

本发明对轨道交通道岔系统实施监测的部件共分为两大类，开关量类和、模拟量类，例如继电器和动作电流。无论交流转辙机道岔还是直流转辙机道岔，其监测原理完全一致只是监测点位的数量有所差异，都是利用光发射器和光接收器(以下简称光对管)和电流传感器分别对开关量和模拟量进行数据监测。本发明实时以0.02s的速率对继电器的状态和电机电流进行不间断的采样。而监测点同时作为事件触发条件。任何一个监测点发生变化，就立即触发系统，将监测点位的数据进行采集、存储。在触发监测系统之前，只进行数据的监测，而不进行数据的采集，该方法的目的在于既能节省磁盘空间又能在数据回放时以触发时间为参考快速定位。

在轨道运输运营期间的道岔系统，存在两种表现形态，即静态的位置形态和转辙过程中的转换过程形态。无论哪一种形态都有对应的开关量数据和模拟量数据，当这些数据发生变化就作为触发条件进行触发，并以时间先后顺序进行数据采集、存储。

优选的，所述评估机制，包括一定误差范围内的总耗能，所述总耗能为系统恒定电压、累积电流和转换时间的乘积，当总耗能增加或者只有累计电流增加时，则触发系统报警。

优选的，所述当总耗能增加或者累计电流增加，则触发系统报警，包括以下步骤：

当总耗能、累计电流、和转换时间同时触发报警时，判定道岔出现阻滞异常；

当总耗能、和累计电流同时触发报警，转换时间未报警时，判定道岔出现轻微卡滞异常；

当累计电流触发报警，总耗能和转换时间均未报警时，判定道岔出现较轻微异常。

道岔的转换过程包括：锁闭继电器SJ励磁是道岔转换过程的开始，由锁闭继电器SJ驱动定位操作继电器DCJ或反位操作继电器FCJ、第一启动继电器1DQJ、第二启动继电器2DQJ转极，构成电机驱动回路；道岔转换；转换到位；切断电机驱动回路。同时接通定位表示继电器DBJ或反位表示继电器FBJ；以及切断锁闭继电器SJ、定位操作继电器DCJ、反位操作继电器CJ、第一启动继电器1DQJ励磁回路，转换过程完成。

电机转换电流的监测是利用电流传感器进行监测的，能够实现在不介入系统回路的前提下实时进行监测。道岔的转换分为解锁、转换、锁闭三个阶段，每一阶段的电流、时间均有不同的特征，整个转换过程的总电流、时间保持特征近似一致。由于电机供电系统是保持恒压不变的，即在电压保持恒定、电流的代数和I、转换时间t三者乘积保持基本恒定特征。

基于上述特征，监测系统设定了三个参数：总耗能A、电流的代数和I、转换时间t。其中转换时间又分为超时和欠时。其中，总耗能A作为第一触发条件，电流的代数和I作为第二触发条件，转换时间t作为第三触发条件，通过对这三个参数的监测可有效评估道岔工况。

上述道岔总耗能A＝I*U*t。当道岔正常工作时，总耗能A保持基本一致，不会报警。

当道岔出现阻滞异常时，光接收器接收到的逻辑时序出现异常，触发相应的异常事件，此时电流代数和I和转换时间t均会增加，总耗能A也将随之增加，总耗能A作为报警触发条件触发报警，同时电流代数和I也作为第二触发条件触发二次报警，总用时t作为第三触发条件触发报警，此时系统发出总报警提示。

当道岔出现轻微卡滞异常时，特别是在交流转辙机系统，总用时t不会发生明显变化，而电流代数和I会明显增加。此时，总耗能A同样会增加，从而触发报警，电流代数和I增大作为二次报警触发系统报警。

当道岔出现电流增加时间减小的异常时，总耗能A恰好与正常值一致，第一报警不会触发。但是，电流代数和I的增加一样触发报警。

综上可知，不论哪种异常只要对总耗能A、电流代数和I、总用时t进行变化区域监测，即可实现道岔工况的评估。

系统实时以0.02s的速率对继电器的状态和电机电流进行不间断的采样，若采样出现异常变化，则将该异常事件进行触发并存储，存储后进行相关的运算后利用评估机制对其进行判断并反馈结果信息。在转换的整个过程中，通过光对管，除了对相关继电器逻辑时序进行检查之外，还对每台继电器自身工况进行检查。如继电器接点颤动，继电器的颤动代表继电器的工作状况异常，继电器的颤动是指极靴和衔铁没有吸附良好，再次吸附的异常现象，也就是说出现了继电器的吸合、断开和再吸合的异常现象，该异常现象表示当前继电器的工况异常，并且继电器的颤动是一种偶发因素，不易监测，因此本发明巧妙的将其转换时间作为报警因素之一，当出现继电器的颤动，则整个道岔的转换时间会随之增加，进而导致道岔评估机制报警。也就是说，当继电器出现接点颤动时，监测系统即可作出反应并提示，这一功能设计可以有效预警继电器引发的道岔故障。将故障影响行车风险降至最低限度。

如图2所示，一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括：设置在道岔转换过程中的相应继电器上，用于按照预设的逻辑时序发射光束的光发射器3；在衔铁吸合的状态下能够遮挡所述光发射器发射的光束的继电器，所述光发射器3和光接收器4设置在所述继电器的两侧；设置在道岔转换过程中的相应继电器上，用于接收未被继电器的衔铁遮挡的光束并生成该继电器的逻辑时序的光接收器4；用于监测电机电流的曲线特征的电流传感器5；和用于将所述继电器的逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制模块的控制器1。

在实施例中，所述控制器1采用可编程逻辑控制器，也可以采用其他的能够处理相应数据的控制器。所述电流传感器5可以采用霍尔元件，也可以是其他能够采集电流数据的元件。所述光发射器3和光接收器4可以采用激光发射器和激光接收器，也可以是其他能够发射和接收光信号的元件。

优选的，该监测系统还包括：用于将所述异常数据作为事件进行触发，并将所述异常数据进行存储的存储模块。

优选的，所述评估机制模块，包括分别判断总耗能、累计电流、和转换时间是否增加的判断模块；和根据判断模块的判断结果判断异常类型并进行不同等级报警的报警模块。

在本实施例中，利用高稳定直流稳压电源2为激光对管和电流传感器5进行供电，所述光接收器与控制器1相连，所述电流传感器5通过模数转换模块与控制器1相连接，所述控制器将检测到的逻辑时序和电流曲线特征数据通过人机交互界面7的电流变化模块进行展示，人机交互界面7设有报警提示模块，用于将控制器1内部判定的故障通过报警提示模块进行报警提示。所述的人机交互界面7可以选用触摸屏。

优选的，为了达到对道岔相关的继电器进行实时监测，本发明是基于光束通过原理来判断继电器的励磁状态，通过光传输判别继电器动作状态、时间的方法，进而判断道岔的工作状况的目的，本发明设计了一种能够卡合在继电器上的卡具，将所述光发射器和所述光接收器固定在继电器上的卡具，该卡具包括卡具本体8和光路调节器；所述卡具本体8包括在所述卡具本体8上设有能够卡合所述光路调节器的凹槽9，和与所述光路调节器调节后的光束在同一直线上的发射通孔10和接收通孔11。

所述卡具本体8为没有上下底面的空心立方体结构。所述凹槽9设置在对应于继电器的衔铁与极靴的接触位置的所述卡具本体的外侧面上，所述发射通孔10设在光路调节器的凹槽9的一侧，所述接收通孔11设在与光路调节器的凹槽9相对的另一侧，也就是说，接收通孔11设置在光接收器的一侧。所述光路调节器所调节的光束、发射通孔10、接收通孔11和光接收器在同一直线上。该卡具能够将光发射器卡合在一个固定的位置，能够使光发射器所发射的光束从发射出来后到光接收器进行接收之间的光路不受遮挡，并能够使该卡具卡合在继电器上的时候，当继电器的极靴和衔铁贴合时，该光束能够被衔铁遮挡；当继电器的极靴和衔铁不贴合时，该光束不被遮挡。

优选的，所述卡具本体8的上端连接有能够卡合被卡和物的悬挂部12，所述悬挂部设置在卡具本体8的周面上，该悬挂部12可以采用倒L形的结构。该悬挂部12能够将卡具更好的固定在继电器上，能够避免因继电器的动作或者外界因素松动或者脱落的现象发生。

优选的，所述卡具本体8为可拆卸式的，所述卡具由两个U形件组成，所述U形件通过螺栓进行连接。

优选的，所述光路调节器采用能够将光发射器的光束进行路线的处理，由光接收器进行接收。所述光路调节器包括底座本体13，在所述底座本体13上设有用于固定光发射器的固定部14和用于将所述光发射器所发射的光束进行反射的反射面17，在所述固定部14上设有固定凹槽15，所述反射面17为一斜面，在所述反射面上设有反光材料。优选的，所述发射面17可以采用固定在底座本体13上的梯形结构16的一个侧面，将所述光发射器固定与固定凹槽15中，光发射器的发射端朝向反射面17，所述反射面17将光发射器发射的光束进行反射。

优选的，所述光路调节器还可以采用折射的原理进行设计，所述光路调节器包括底座本体，在所述底座本体上设有用于固定光发射器的固定部和用于将所述光发射器所发射的光束进行折射的三棱镜，在所述固定部上设有固定凹槽。

优选的，所述固定凹槽为半封闭的圆形通槽。采用圆形通槽能够更好的固定光发射器。

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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

光发射器按照预设的逻辑时序发射光束，所述光束能够被吸合状态下的继电器衔铁遮挡；

光接收器接收未被衔铁遮挡的光束并生成相应的继电器逻辑时序；

通过电流传感器对电机电流的曲线特征进行监测；

将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制。

2.根据权利要求1所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，所述将所述继电器逻辑时序和电机电流的曲线特征与预设的标准状态进行对比判断，若出现异常数据，则触发评估机制；还包括

将所述异常数据作为事件进行触发，触发后将所对应的异常数据进行存储。

3.根据权利要求1所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，所述评估机制，包括一定误差范围内的总耗能，所述总耗能为系统恒定电压、累积电流和转换时间的乘积，当总耗能增加或者只有累计电流增加时，则触发系统报警。

4.根据权利要求3所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，所述当总耗能增加或者累计电流增加，则触发系统报警，包括以下步骤：

当总耗能、累计电流、和转换时间同时触发报警时，判定道岔出现阻滞异常；

当总耗能、和累计电流同时触发报警，转换时间未报警时，判定道岔出现轻微卡滞异常；

当累计电流触发报警，总耗能和转换时间均未报警时，判定道岔出现较轻微异常。

5.一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括：

设置在道岔转换过程中的相应继电器的一侧，用于按照预设的逻辑时序发射光束的光发射器；

与所述光发射器成对设置，设置在所述继电器的另一侧的，用于接收未被继电器的衔铁遮挡的光束并生成该继电器的逻辑时序的光接收器；

用于监测电机电流的曲线特征的电流传感器；和

用于将所述继电器的逻辑时序和电机电流的曲线特征分别与预设的逻辑时序和预设的曲线特征相应的进行对比，若出现异常数据，则触发评估机制模块的控制器。

6.根据权利要求5所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，其特征在于，该监测系统还包括：

用于将所述异常数据作为事件进行触发，并将所述异常数据进行存储的存储模块。

7.根据权利要求5所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测方法，其特征在于，所述评估机制模块，包括

分别判断总耗能、累计电流、和转换时间是否增加的判断模块；和

根据判断模块的判断结果判断异常类型并进行不同等级报警的报警模块。

8.根据权利要求5所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括：将所述光发射器和所述光接收器固定在继电器上的卡具，该卡具包括卡具本体和光路调节器；所述卡具本体包括在所述卡具本体上设有能够卡合所述光路调节器的凹槽，和与所述光路调节器调节后的光束在同一直线上的发射通孔和接收通孔。

9.根据权利要求6所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，所述光路调节器包括底座本体，在所述底座本体上设有用于固定光发射器的固定部和用于将所述光发射器所发射的光束进行反射的反射面，在所述固定部上设有固定凹槽，所述反射面为一斜面，在所述反射面上设有反光材料。

10.根据权利要求6所述的一种利用继电器状态对道岔故障实时在线监测系统，其特征在于，所述光路调节器包括底座本体，在所述底座本体上设有用于固定光发射器的固定凹槽和用于将所述光发射器所发射的光束进行折射的三棱镜。