CN112904824A - 智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统及方法 - Google Patents

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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0267Fault communication, e.g. human machine interface [HMI]
    • G05B23/027Alarm generation, e.g. communication protocol; Forms of alarm

Abstract

本发明公开了智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统及方法,该系统包括检测单元、存储单元与计算管理单元;计算管理单元根据栏杆机工作电压和电流分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、平均峰值电流和工作电流曲线,判断栏杆机工作是否异常,分析栏杆机抬/落杆指令次数,将抬/落杆指令数与地感线圈通过车检器输出开关量的次数对比,判断地感线圈是否异常。本发明能够准确判断地感线圈故障、车检器和栏杆机故障,能够适用于所有品牌和规格的栏杆机、车检器,简单可靠;有利于及时维护或更换设备,快速恢复收费车道。

Description

智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统及方法
技术领域
本发明涉及智能交通与监测技术领域,尤其涉及智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统及方法。
背景技术
当前ETC车道收费机电系统由收费工控机、工控机内置I/O卡、接口扩展卡、继电器组、ETC天线、车道栏杆机、车检器(地感线圈)、通行信号灯、天棚灯、抓拍摄像机、费显器等组成。
在系统运行过程中,栏杆机由于是机电一体化的频繁转动的设备,较容易发生故障,包括控制板故障、机械结构故障和驱动电机故障等。而车检器的地感线圈由于是在路面上切割沟槽来嵌入线圈,当载重量大的卡车经过路面会导致路面形变而损坏埋设的线圈,由于震动也可能会导致车检器控制电路部分故障。无论栏杆机还是车检器都是对收费车道运行起到关键作用的机电设备,一旦发生故障便会导致该车道停止运行,而现有的机电控制管理系统没有对这两个易损设备状态进行实时监测的功能,只有当设备故障车辆堵塞车道才能发现运行异常,而究竟是什么导致车道异常往往需要技术人员到现成检查分析才能找到车道异常的原因,而分析的过程视具体故障和人员技术能力有时可能数天都不能确定问题原因,给高速收费车道运营管理维护带来压力。
在一个收费车道中,往往会布设3~6个线圈,这些线圈可能由于长期路面碾压形变导致的线圈断裂等故障,这些故障有时又是断断续续的,不易发现和查找。目前高速公路行业用车检器不具备工作状态检测,无法判断线圈故障或车检器故障。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,包括:
检测单元,用于检测栏杆机工作电压和电流;
存储单元,用于存储初始化数据,初始化数据包括栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流的初始参数以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线;
计算管理单元,用于根据栏杆机工作电压和电流分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间和平均峰值电流,判断栏杆机工作是否异常;分析栏杆机抬/落杆指令次数,将抬/落杆指令数与地感线圈输出开关量的次数对比,判断地感线圈是否异常;
检测单元、存储单元分别与计算管理单元相连。
智能车道控制器外围机电设备运行状态检测方法,包括如下步骤:
设定栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流的初始值以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线;
获取栏杆机工作电流;
分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流、栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线以及地感线圈输出开关量的次数;
将栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流与初始值进行对比,计算差值;当差值超过设定范围时,系统发出栏杆机异常告警信息;
栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线超出初始工作电流曲线设定范围时,系统发出栏杆机异常告警信息;
每检测通过一辆车,地感线圈检测车辆并通过车检器进行一次开关量的输出,若车检器输出开关量的次数少于抬杆指令数,则记录该地感线圈异常;
当地感线圈异常次数超过该设定次数系统发出地感线圈异常告警信息。本发明的有益效果在于:本发明能够准确判断地感线圈故障、车检器和栏杆机故障,能够适用于所有品牌和规格的栏杆机、车检器,简单可靠;有利于及时维护或更换设备,快速恢复收费车道。
附图说明
图1是本发明的系统图;
图2是栏杆机检测的系统原理图;
图3是地感线圈检测的系统原理图;
图4是本发明方法的流程原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如附图1所示,本发明智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,包括:
检测单元,用于检测栏杆机工作电压和电流;
栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流;
存储单元,用于存储初始化数据,初始化数据包括栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线;栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线用于描述栏杆机的工作电流特性;
计算管理单元,用于根据栏杆机工作电压和电流分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间和平均峰值电流,与存储单元的初始化数据比较来判断栏杆机工作是否异常;分析栏杆机抬/落杆指令次数,将抬/落杆指令数与地感线圈输出开关量的次数对比,判断地感线圈是否异常;
检测单元、存储单元分别与计算管理单元相连。
具体的,所述检测单元包括电流检测单元与接口单元;接口单元与地感线圈之间连接有车检器,车检器获取地感线圈输出的信号并通过接口单元发送至计算管理单元;电流检测单元与计算管理单元相连,用于检测栏杆机抬/落杆时的工作电流;计算管理单元分析工作电流获取栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流以及栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线。
具体的,所述电流检测单元包括电流互感器。
具体的,所述栏杆机包括控制主板、电机驱动器、电机、栏杆以及连接电机和栏杆的传动机构;控制主板通过电机驱动器与电机相连。
具体的,智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统还包括与计算管理单元相连的车道收费工控机,用于向计算管理单元发送抬/落杆指令。
具体的,智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统还包括与计算管理单元相连的功能按键,用于生成栏杆机抬/落杆输入信号,计算管理单元根据输入信号生成栏杆机抬/落杆指令,计算管理单元获取并记录栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流以及地感线圈输出开关量的次数,作为初始化数据记录。
如附图4所示,智能车道控制器外围机电设备运行状态检测方法,包括如下步骤:
利用功能按键控制栏杆机抬/落杆,记录下初始化数据(包括栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流的初始参数以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线)作为比较参考值;
获取栏杆机工作电压和电流;
分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流、栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线以及地感线圈输出开关量的次数;
将栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流与初始化数据的比较参考值进行对比,计算差值;当差值超过设定范围设定比例(如20%)时,系统发出栏杆机异常告警信息;
栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线与初始工作电流曲线对比,工作电流曲线异常时,系统发出栏杆机异常告警信息;
每检测通过一辆车,地感线圈检测车辆并通过车检器进行一次开关量的输出,若车检器输出开关量的次数少于抬/落杆指令数,则记录该地感线圈异常;
当地感线圈异常次数超过设定次数,系统发出地感线圈异常告警信息。
具体的,所述栏杆机抬/落杆大电流为栏杆机电流超过设定电流值或者栏杆机未动作时的电流值。
如附图2所示栏杆机检测原理。栏杆机包括控制主板、电机驱动器、电机、栏杆以及连接电机和栏杆的传动机构;栏杆机接收来自控制端口的抬杆或落杆指令由控制主板解析和执行驱动指令由电机执行抬/落杆动作。
栏杆机在没有执行抬/落杆动作的时候电流是比较小的,但当执行抬/落杆指令时的电流是比较大的。电流检测单元检测到栏杆机在执行抬/落杆指令时大电流的持续时间和平均峰值电流,通过与初始化参数的对比判断栏杆机是否正常。例如高速公路栏杆机为高速栏杆机,正常的抬/落杆大电流(电流相对于栏杆机未动作时的电流)持续时间范围为小于0.8秒,当高速栏杆机老化后,抬/落杆大电流的持续时间会远大于0.8秒,将会影响高速公路的正常通行。
计算管理单元采用具有数据分析功能的车道控制器。内置收费软件的车道收费工控机(即常规工控机)向具有数据分析功能的车道控制器发出抬/落杆指令,车道控制器在向栏杆机发出抬/落杆指令的同时向电流检测单元发出检测指令,通过设置在栏杆机供电回路的互感器来检测此时的栏杆机工作电压和电流;系统运行时,每当执行一次抬杆或落杆动作,互感器就会检测栏杆机的抬/落杆电流;车道控制器分析抬/落杆大电流的持续时间,与初始设置的抬/落杆大电流的持续时间对比,判断栏杆机是否异常,若求差后的差值大于设定值(例如超过15%),则车道控制器发出栏杆机异常告警信息。
车道控制器能够根据检测的电流曲线和初始化数据的曲线判断栏杆机是否异常,便于维护人员进行监控分析,具体包括如下情形及效果:
(1)如果栏杆机控制主板出现故障,则会导致在接收到抬落杆指令时没有动作,检测单元在车道控制器发出抬落杆指令后没有检测到应有的电流值则判断栏杆机异常;
(2)栏杆机的传动部分磨损卡滞会导致抬落杆电流增大,检测单元能够及时发现异常的电流值和持续时间;
(3)栏杆机的电机匝间短路是隐蔽的故障,其导致局部发热继而使得故障程度扩大,但匝间短路导致的电流异常能够被检测单元及时检测,从而做到提前或及时维护;
(4)栏杆机的栏杆收到外力亦会导致电流和抬落杆时间异常,本发明能够准确检测和发现由此导致的异常。
总之,无论是栏杆机的异常不执行指令还是由于各种原因导致的电流或抬落杆速度异常都会被检测单元检测到,并及时上报给运维部门。
如附图3所示地感线圈检测原理,车道控制器以每一次抬杆或落杆指令作为通过一辆车,地感线圈上方每通过一辆车其都有一次检测信号输出,检测信号的数量不少于栏杆机抬杆指令次数(落杆指令数有时会低于抬杆指令次数,因为有时抬起的栏杆还没有开始放就有新的来车抬杆指令),如果地感线圈通过车检器的输出数少于抬杆指令数,则记录该地感线圈异常,当连续或者间隔记录该地感线圈异常数达到一定数(比如3次)则警报该地感线圈异常。由于可能有非ETC车辆进入ETC车道或ETC天线没有检测到车辆的ETC卡而导致的地感线圈检测的输出数大于抬杆指令数,因此,判断地感线圈是否异常时,忽略地感线圈通过车检器的输出数高出抬杆指令数的数据,仅计算少于抬杆指令数的数据,具有较高的可靠性。
设置与计算管理单元相连的功能按键,能够生成栏杆机抬/落杆输入信号,计算管理单元根据输入信号生成栏杆机抬/落杆指令,计算管理单元获取并记录栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流作为初始化数据记录,具有初始化学习和修改的功能。
本发明能够准确判断地感线圈故障、车检器和栏杆机故障,能够适用于所有品牌和规格的栏杆机、车检器,具有初始化学习功能,仅通过检测栏杆机交流220V供电的参数即可诊断分析栏杆机的正常或异常工作状态,简单可靠;有利于及时维护或更换设备,快速恢复收费车道。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制,凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,包括:
检测单元,用于检测栏杆机工作电压和电流;
存储单元,用于存储初始化数据,初始化数据包括栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流的初始参数以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线;
计算管理单元,用于根据栏杆机工作电压和电流分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间和平均峰值电流,判断栏杆机工作是否异常,分析栏杆机抬/落杆指令次数,将抬/落杆指令数与地感线圈输出开关量的次数对比,判断地感线圈是否异常;
检测单元、存储单元分别与计算管理单元相连。
2.根据权利要求1所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,所述检测单元包括电流检测单元与接口单元;接口单元与地感线圈之间连接有车检器,车检器获取地感线圈输出的信号并通过接口单元发送至计算管理单元;电流检测单元与计算管理单元相连,用于检测栏杆机抬/落杆时的工作电流;计算管理单元分析工作电流获取栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流以及栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线。
3.根据权利要求2所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,所述电流检测单元包括电流互感器。
4.根据权利要求1所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,所述栏杆机包括控制主板、电机驱动器、电机、栏杆以及连接电机和栏杆的传动机构;控制主板通过电机驱动器与电机相连。
5.根据权利要求1所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,还包括与计算管理单元相连的车道收费工控机,用于向计算管理单元发送抬/落杆指令。
6.根据权利要求1所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测系统,其特征在于,还包括与计算管理单元相连的功能按键,用于生成栏杆机抬/落杆输入信号,计算管理单元根据输入信号生成栏杆机抬/落杆指令,计算管理单元获取并记录栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流,作为初始化数据记录。
7.智能车道控制器外围机电设备运行状态检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
设定栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流的初始值以及栏杆机抬/落杆时的初始工作电流曲线;
获取栏杆机工作电流;
分析栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流、栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线以及地感线圈输出开关量的次数;
将栏杆机抬/落杆大电流的持续时间、抬/落杆时栏杆机平均峰值电流与初始值进行对比,计算差值;当差值超过设定范围时,系统发出栏杆机异常告警信息;
栏杆机抬/落杆时的工作电流曲线超出初始工作电流曲线设定范围时,系统发出栏杆机异常告警信息;
每检测通过一辆车,地感线圈检测车辆并通过车检器进行一次开关量的输出,若车检器输出开关量的次数少于抬杆指令数,则记录该地感线圈异常;
当地感线圈异常次数超过该设定次数系统发出地感线圈异常告警信息。
8.根据权利要求7所述智能车道控制器外围机电设备运行状态检测方法,其特征在于,所述栏杆机抬/落杆大电流为栏杆机电流超过设定电流值或者栏杆机未动作时的电流值。
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