CN110994537A - 一种真空断路器智能控制系统 - Google Patents

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张彦林
陈珍宝
赵颖
岳伟
罗传文
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Abstract

本发明公开了一种真空断路器智能控制系统，包括监控模块，监控模块包括处理器，用于采集真空断路器开关状态的多个辅助连锁开关的输出端均与处理器的第一输入端电连接，处理器的第一输出端与车辆各个部件电连接；处理器用于接收并统计所有辅助连锁开关采集的真空断路器开关转态；在接收到的真空断路器处于开状态的信号多于真空断路器处于关状态的信号时，判断真空断路器处于开转态并将判断结果发送至车辆各个部件；反之判断真空断路器处于关转态并将判断结果发送至车辆各个部件。本发明能够准确检测真空断路器的开关状态，能够实时监控核心部件工作状态，实现提前预警及报警，工作可靠性高，稳定性好。

Description

一种真空断路器智能控制系统
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种真空断路器智能控制系统。
背景技术
随着轨道交通行业的发展，投入运营的车辆逐年增多，如何提高轨道车辆运行安全性、可用性及降低运维成本，已成为轨道交通行业可持续发展的战略问题。
中国铁路总公司先后于2015年、2016年将故障预测与健康管理(Prognostics andHealth Management，PHM)研究课题列入中国铁路总公司科技研究开发计划课题。研发具有信息物理融合特征的轨道交通智能产品，充分利用智能传感器、电子标签等技术，使产品具有全程可追溯及深度自感知、自检测、自诊断、自决策能力，依据数据挖掘及智能分析，实现对产品及部件故障预测及健康管理，是轨道交通装备的主要技术发展方向。
现有的真空断路器控制系统具有以下缺点：
第一，真空断路器应用了多个辅助联锁开关用于向车辆各个部件反馈真空断路器的开关状态。在实际使用过程中，会发生某个辅助联锁开关卡滞导致无法反馈真空断路器开关状态，进而导致车辆牵引封锁。
第二，开关控制模块中，电源电路、电磁阀、保持线圈的工作状态均没有设置监控结构，导致无法智能化诊断及反馈真空断路器的工作情况，工作可靠性低。
第三，开关控制模块中，延时功能采用时间继电器实现，在实际应用中，容易发生延时继电器工作异常致使电磁阀线圈烧损，进而导致真空断路器卡分故障。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种改进了的真空断路器智能控制系统。
为解决现有技术中真空断路器工作状态监测可靠性低的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种真空断路器智能控制系统，其特点是包括监控模块，其中监控模块包括处理器，用于采集真空断路器开关状态的多个辅助连锁开关的输出端均与处理器的第一输入端电连接，处理器的第一输出端与车辆各个部件电连接；其中，
处理器：用于接收并统计所有辅助连锁开关采集的真空断路器开关转态；在接收到的真空断路器处于开状态的信号多于真空断路器处于关状态的信号时，判断真空断路器处于开转态并将判断结果发送至车辆各个部件；在接收到的真空断路器处于关状态的信号多于真空断路器处于开状态的信号时，判断真空断路器处于关转态并将判断结果发送至车辆各个部件。
借由上述结构，监控模块采集所有辅助连锁开关的状态并进行智能化判断，依据少数服从多数的原则，统一判断并输出真空断路器的开关状态，避免少数辅助连锁开关异常而影响车辆运行。
进一步地，还包括开关控制模块，所述开关控制模块包括电源电路、MOS管和延时电路，电源电路的正输出端与MOS管的漏极电连接，电源电路的负输出端与MOS管的源极电连接，延时电路接于MOS管的漏极与栅极之间；MOS管的源极与电磁阀相连并通过电磁阀控制真空断路器动作。
现有技术中，电磁阀供电开关容易击穿损坏，本发明选择耐压等级更高的MOS管(如PMOS)，提高了真空断路器产品可靠性。
为解决现有技术中真空断路器控制系统延时功能工作可靠性低的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
作为一种优选方式，所述延时电路为RC延时电路。
本发明采用稳定性更高的RC延时电路来替代现有技术中的时间继电器作为延时电路，提高了真空断路器的产品可靠性。
进一步地，所述开关控制模块还包括保持回路，保持回路接在电源电路的正负输出端之间，且保持回路与真空断路器的保持线圈相连。
为解决现有技术中真空断路器控制系统核心部件工作状态无法实时监控，无法提前预警及报警的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
进一步地，所述监控模块还包括AD采集电路，电源电路的正输出端和/或MOS管的源极和/或保持回路通过AD采集电路与处理器的第二输入端电连接。
借由上述结构，监控模块可以采集真空断路器控制系统各主要部件(电源电路、电磁阀、保持线圈)的供电电压并实时记录。数据可用于实时智能诊断或数据下载后的故障分析。
进一步地，所述监控模块还包括与处理器电连接的存储单元。
进一步地，所述监控模块还包括与处理器电连接的报警单元。
优选地，监控模块采用eMMC存储方案，实时保存数字量输入/输出、模拟量数据等信息，可实现故障的预警/报警功能并支持数据下载。例如，结合模拟量数据，可以发现RC延时回路延时参数的变化，并对异常做出预警或报警。
进一步地，所述监控模块还包括通讯单元，处理器通过通讯单元与车辆监控中心或上位机相连。
优选地，由于以太网通信总线技术是轨道交通未来发展方向之一，监控模块采用以太网通信总线，实现与车辆或上位机的通信及数据下载。
进一步地，所述监控模块还包括USB调试单元，处理器通过USB调试单元与车辆监控中心或上位机相连，支持USB口调试功能。
进一步地，所述处理器的第二输出端与MOS管的栅极电连接。
开关控制模块主要采用RC延时断开原理。为增加延时断开功能的可靠性，开关控制模块预留了电气接口，用于由监控模块的处理器提供一个定时(定时值略大于RC延时值)开关，功能类似于现有技术中的延时继电器，但可靠性更高。
与现有技术相比，本发明能够准确检测真空断路器的开关状态，能够实时监控核心部件工作状态，实现提前预警及报警，工作可靠性高，稳定性好。
附图说明
图1为本发明一实施例原理框图。
图2为开关控制模块原理图。
其中，1为监控模块，101为处理器，102为AD采集电路，103为存储单元，104为报警单元，105为通讯单元，106为USB调试单元，2为开关控制模块，201为电源电路，Q2为MOS管，202为延时电路，203为保持回路，3为真空断路器，4为辅助连锁开关，5为车辆各个部件，6为电磁阀，7为保持线圈。
具体实施方式
如图1至图2所示，真空断路器智能控制系统包括监控模块1，其中监控模块1包括处理器101，用于采集真空断路器3开关状态的多个辅助连锁开关4的输出端均与处理器101的第一输入端电连接，处理器101的第一输出端与车辆各个部件5电连接；其中，
处理器101：用于接收并统计所有辅助连锁开关4采集的真空断路器3开关转态；在接收到的真空断路器3处于开状态的信号多于真空断路器3处于关状态的信号时，判断真空断路器3处于开转态并将判断结果发送至车辆各个部件5；在接收到的真空断路器3处于关状态的信号多于真空断路器3处于开状态的信号时，判断真空断路器3处于关转态并将判断结果发送至车辆各个部件5。
监控模块1采集所有辅助连锁开关4的状态并进行智能化判断，依据少数服从多数的原则，统一判断并输出真空断路器3的开关状态，避免少数辅助连锁开关4异常而影响车辆运行。
本发明还包括开关控制模块2，所述开关控制模块2包括电源电路201、MOS管Q2和延时电路202，电源电路201的正输出端与MOS管Q2的漏极电连接，电源电路201的负输出端与MOS管Q2的源极电连接，延时电路202接于MOS管Q2的漏极与栅极之间；MOS管Q2的源极与电磁阀6相连并通过电磁阀6控制真空断路器3动作。所述MOS管Q2为PMOS。本发明选择耐压等级更高的MOS管Q2，提高了真空断路器3产品可靠性。
所述延时电路202为RC延时电路。本发明采用稳定性更高的RC延时电路来替代现有技术中的时间继电器作为延时电路202，提高了真空断路器3的产品可靠性。
所述开关控制模块2还包括保持回路203，保持回路203接在电源电路201的正负输出端之间，且保持回路203与真空断路器3的保持线圈7相连。
所述监控模块1还包括AD采集电路102，电源电路201的正输出端(由图2左上角的110V+处引出)和MOS管Q2的源极(由图2左边的MOS-V处引出)和保持回路203(由图2右边的Pa-V处引出)通过AD采集电路102与处理器101的第二输入端电连接。监控模块1可以采集真空断路器控制系统各主要部件(电源电路201、电磁阀6、保持线圈7)的供电电压并实时记录。数据可用于实时智能诊断或数据下载后的故障分析。
所述监控模块1还包括与处理器101电连接的存储单元103、与处理器101电连接的报警单元104。监控模块1采用eMMC存储方案，实时保存数字量输入/输出、模拟量数据等信息，可实现故障的预警/报警功能并支持数据下载。例如，结合模拟量数据，可以发现RC延时回路延时参数的变化，并对异常做出预警或报警。
所述监控模块1还包括通讯单元105，处理器101通过通讯单元105与车辆监控中心或上位机相连。由于以太网通信总线技术是轨道交通未来发展方向之一，监控模块1采用以太网通信总线，实现与车辆或上位机的通信及数据下载。
所述监控模块1还包括USB调试单元106，处理器101通过USB调试单元106与车辆监控中心或上位机相连，支持USB口调试功能。
所述处理器101的第二输出端与MOS管Q2的栅极电连接。开关控制模块2主要采用RC延时断开原理。为增加延时断开功能的可靠性，开关控制模块2预留了电气接口，用于由监控模块1的处理器101提供一个定时(定时值略大于RC延时值)开关，功能类似于现有技术中的延时继电器，但可靠性更高。
如图2所示，本发明的主要工作原理如下：
1)车辆给出合闸命令，开关K4闭合，输入端U+/U-得电(DC110V)，通过电源电路201(主要包括压敏电阻R1，电容C1～C6)滤波及除干扰后，电磁阀供电开关(MOS管Q2)导通，高压空气推动活塞完成真空合闸。
2)车辆给出合闸命令后，保持回路203(D3、D7、D9)输出DC110V给保持线圈7供电，真空断路器3保持合闸状态。
3)延时电路202(主要由Q1、D4、D5、R2、R3、C8构成)延时一段时间后断开MOS管Q2，电磁阀6断电，高压空气阻断，活塞推力消失。
4)车辆给出分闸命令，开关K4断开，输入端U+/U-失电，保持回路203失电，真空断路器3机械结构在恢复力的作用下分闸。
此外，图2中，风压开关K2用于检测真空断路器3的真空状态，若真空断路器3的大气压超过设定值，则风压开关K2闭合，此时Q3导通，延时电路202才工作，继而MOS管Q2才有可能导通。
本实施例中，监控模块1和开关控制模块2可以制成两块单独的板卡，由开关控制模块2对应的板卡实现真空断路器3的开关控制，由监控模块1对应的板卡实现真空断路器3的状态监控、记录以及与外部设备的通信。此外，监控模块1和开关控制模块2也可以二合一制成一块板卡。
根据批量装车情况，本发明涉及的真空断路器智能控制系统使用效果达到了设计预期，质量稳定、运行良好。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空断路器智能控制系统，其特征在于，包括监控模块(1)，其中监控模块(1)包括处理器(101)，用于采集真空断路器(3)开关状态的多个辅助连锁开关(4)的输出端均与处理器(101)的第一输入端电连接，处理器(101)的第一输出端与车辆各个部件(5)电连接；其中，
处理器(101)：用于接收并统计所有辅助连锁开关(4)采集的真空断路器(3)开关转态；在接收到的真空断路器(3)处于开状态的信号多于真空断路器(3)处于关状态的信号时，判断真空断路器(3)处于开转态并将判断结果发送至车辆各个部件(5)；在接收到的真空断路器(3)处于关状态的信号多于真空断路器(3)处于开状态的信号时，判断真空断路器(3)处于关转态并将判断结果发送至车辆各个部件(5)。
2.如权利要求1所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，还包括开关控制模块(2)，所述开关控制模块(2)包括电源电路(201)、MOS管(Q2)和延时电路(202)，电源电路(201)的正输出端与MOS管(Q2)的漏极电连接，电源电路(201)的负输出端与MOS管(Q2)的源极电连接，延时电路(202)接于MOS管(Q2)的漏极与栅极之间；MOS管(Q2)的源极与电磁阀(6)相连并通过电磁阀(6)控制真空断路器(3)动作。
3.如权利要求2所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述延时电路(202)为RC延时电路。
4.如权利要求2所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述开关控制模块(2)还包括保持回路(203)，保持回路(203)接在电源电路(201)的正负输出端之间，且保持回路(203)与真空断路器(3)的保持线圈(7)相连。
5.如权利要求4所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述监控模块(1)还包括AD采集电路(102)，电源电路(201)的正输出端和/或MOS管(Q2)的源极和/或保持回路(203)通过AD采集电路(102)与处理器(101)的第二输入端电连接。
6.如权利要求5所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述监控模块(1)还包括与处理器(101)电连接的存储单元(103)。
7.如权利要求5所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述监控模块(1)还包括与处理器(101)电连接的报警单元(104)。
8.如权利要求1至7任一项所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述监控模块(1)还包括通讯单元(105)，处理器(101)通过通讯单元(105)与车辆监控中心或上位机相连。
9.如权利要求1至7任一项所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述监控模块(1)还包括USB调试单元(106)，处理器(101)通过USB调试单元(106)与车辆监控中心或上位机相连。
10.如权利要求2所述的真空断路器智能控制系统，其特征在于，所述处理器(101)的第二输出端与MOS管(Q2)的栅极电连接。
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