CN117376057A - 一种地铁列车能耗数据记录装置及方法 - Google Patents

一种地铁列车能耗数据记录装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种地铁能耗数据记录装置，包括有信号接口板、通讯接口板、电源板、触摸显示屏、主控底板；信号接口板上设有网络维护接口、电压信号接口、电流信号接口及电源地址接口；通讯接口板上设有CAN接口、CAN接口、MVB接口、MVB接口及指示灯；主控底板上设有模拟信号处理板、数据处理板、双CAN电路、MVB电路、网口电路；首先，STM32单片机上电后进入系统初始化，并检测整个记录装置的软件和硬件是否存在异常，若有异常则记录异常信息；其次，通过MVB电路将数据上传到车载TCMS系统中；最后，当列车停运时，通过网口查看记录装置记录的列车历史能耗数据和其他信息。

Description

一种地铁列车能耗数据记录装置及方法
技术领域
本发明属于电气设备技术领域，具体涉及一种地铁能耗数据记录装置，用于对地铁列车的电压、电流、能耗数据进行记录。
背景技术
随着地铁列车的高速发展，对节能减排、环保运行提出了更高的要求，地铁列车能耗计量目前采用电压传感器、电流传感器进行本地采集后，远传至车辆中央处理器或者能耗记录设备，缺点是检测点越多时，需要的列车走线越多。本发明提供了一种地铁列车能耗数据记录装置，能对地铁列车能耗进行详细精确记录，并可进行多装置联网、数据综合处理后上传至车辆TCMS系统。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种地铁能耗数据记录装置，该装置通过获取列车牵引变流器的电压和电流数据，从而得到其能耗数据并存储起来，可方便对列车行驶过程中的能耗数据进行快速记录。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种地铁能耗数据记录装置，包括有信号接口板、通讯接口板、电源板、触摸显示屏、主控底板；信号接口板上设有网络维护接口、电压信号接口、电流信号接口及电源地址接口；通讯接口板上设有CAN接口一、CAN接口二、MVB接口一、MVB接口二及指示灯；主控底板上设有模拟信号处理板、数据处理板、双CAN电路、MVB电路、网口电路；
网络维护接口与网口电路相连；电压信号接口与模拟信号处理板的H1端相连；电流信号接口与模拟信号处理板的H1端相连；网口电路与数据处理板的P2端相连；模拟信号处理板的H2端与数据处理板的P1端相连；数据处理板的P2端与双CAN电路相连；数据处理板的P2端与MVB电路相连；数据处理板的P1端与指示灯相连；数据处理板的P1端与触摸显示屏相连。
所述的触摸显示屏采用3.5寸触摸显示屏；网络维护接口与上位计算机相连；电压信号接口与电压传感器相连；电流信号接口与电流传感器相连；电源地址接口与供电电源相连；CAN接口一、CAN接口二均与列车CAN网络上的能耗数据记录器相连；MVB接口一、MVB接口二均与列车TCMS系统的主机相连。
所述的主控底板采用STM32单片机。
一种地铁能耗数据记录方法，包括以下步骤：
首先，能耗数据记录装置上电后进入系统初始化，数据处理板上的CPU会检测整个装置的软件和硬件是否存在异常，包括运行状态的指示灯、模拟信号处理板、双CAN电路、MVB电路、网口电路，当有异常情况时记录异常信息。
其次，进入任务调度：数据处理板上的CPU读取内置Flash中的ID配置数据、与MVB电路通讯、时间校准、能耗功率计算及存储、触摸显示屏信息显示、喂狗；
最后，当列车停运时，用普通网线将计算机与能耗记录装置的网口电路直接连接，可查看能耗记录装置记录的列车历史运行能耗数据和其他信息。
所述的任务调度，具体又包括以下步骤：
第一步，数据处理板上的CPU判断是否接收到MVB电路的数据，若有则进行数据交换，否则诊断故障类型并记录故障信息；
第二步，数据处理板上的CPU通过MVB接口二接收车载TCMS系统下发的时间信息，并与装置自身实时时钟RTC电路记录的时间进行校准，确保能耗记录装置的时间与列车系统的时间同步；
第三步，通过LEM电压传感器和电流传感器分别采集列车牵引变流器的电压、电流数据后，模拟信号处理板将处理的采集数据发送给数据处理板，数据处理板上的CPU进行能耗功率计算，能耗计算公式为即对功率进行时间的积分为能耗，其中u为牵引变流器的电压，i为牵引变流器的电流，t为数据采集时间；
第四步，数据处理板上的CPU进行60秒定时，定时时间到后将列车运行时的能耗数据及自身故障等信息存储在EMMC存储芯片中，存储时间间隔为1分钟；
第五步，能耗记录装置通过触摸显示屏实时显示LEM电压传感器和电流传感器采集的列车牵引变流器的电压、电流、能耗数据信息；
第六步，数据处理板上的CPU判断是否进行PTU软件操作，若有则给PTU软件上传电压、电流、能耗功率数据，否则进行下一步操作；
第七步，数据处理板上的CPU通过MVB接口二将列车运行中的能耗数据上传到车载TCMS系统中；
第八步，数据处理板上的CPU通过软件定时喂狗，实时监测系统运行状态，防止系统运行崩溃。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明由于采用模块化设计，具有结构紧凑，组装灵活的优点；采用专用的模拟信号处理设计，具有采样精度高、采样数据快的优点；采用列车网络进行组网设计，具有设备间灵活组网、数据统一处理的优点。采用触摸显示屏设计，具有实时显示当前列车的电压、电流、能耗、故障信息等数据，方便操作人员对设备的检测和维护的优点。
附图说明
图1为本发明一种地铁列车能耗数据记录装置的内部装配连接结构示意图。
图2为本发明一种地铁列车能耗数据记录装置的外部应用连接示意图
图3为本发明一种地铁列车能耗数据记录装置的外观结构示意图。
图4为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1-3，一种地铁能耗数据记录装置，包括有信号接口板1、通讯接口板2、电源板3、触摸显示屏4、主控底板5；其特征在于，信号接口板1上设有网络维护接口11、电压信号接口12、电流信号接口13及电源地址接口14；通讯接口板2上设有CAN接口一25、CAN接口二24、MVB接口一23、MVB接口二22及指示灯21；主控底板5上设有模拟信号处理板51、数据处理板52、双CAN电路53、MVB电路54、网口电路55；
网络维护接口11与网口电路55相连；电压信号接口12与模拟信号处理板51的H1端相连；电流信号接口13与模拟信号处理板51的H1端相连；网口电路55与数据处理板52的P2端相连；模拟信号处理板51的H2端与数据处理板52的P1端相连；数据处理板52的P2端与双CAN电路53相连；数据处理板52的P2端与MVB电路54相连；数据处理板52的P1端与指示灯21相连；数据处理板52的P1端与触摸显示屏4相连。
所述的触摸显示屏4采用3.5寸触摸显示屏；网络维护接口11与上位计算机6相连；电压信号接口12与电压传感器7相连；电流信号接口13与电流传感器8相连；电源地址接口14与供电电源9相连；CAN接口一25、CAN接口二24均与列车CAN网络上的能耗数据记录器相连；MVB接口一23、MVB接口二22均与列车TCMS系统的主机相连。
电压信号接口12连接地铁列车电网的电压传感器7，可以提供2路电压信号采集通道。将采集到的电压信号发送给模拟信号处理板51进行信号转换滤波，再将处理后的信号发送到数据处理板52进行处理。
电流信号接口13连接地铁列车电网的电流传感器8，可以提供6路电流信号采集通道。将采集到的电流信号发送给模拟信号处理板51进行信号转换滤波，再将处理后的信号发送到数据处理板52进行处理。
网络维护接口11为产品维护应用接口，对外连接计算机6，计算机6中安装有PTU软件模块，对内通过网口模块55连接到数据处理板52。
电源地址接口14为产品电源和地址识别接口，连接到电源板3，提供装置工作电源，同时通过地址识别接口对装置在列车网络中的地址进行设置，地址设置通过端口14内部短接实现。
CAN接口一25、CAN接口二24通过地铁列车CAN总线将列车上的两个能耗数据记录装置进行连接。其通过双CAN模块53将数据转发到数据处理板52。
MVB接口一23、MVB接口二22连接地铁列车MVB总线，实现与车辆TCMS系统的通讯。其通过MVB电路54将数据转发到数据处理板52。
通讯接口板2上的指示灯21，连接到通讯接口板2后，再连接到主控底板5，再连接到数据处理板52。
触摸显示屏4通过主控底板5连接到数据处理板52，实现测量数据的显示。
主控底板5包括了模拟信号处理板51、数据处理板52、双CAN电路53、MVB电路54、网口电路55。实现数据处理板52与所有外部模块之间的信号连接。
本发明的工作原理：
本发明能耗记录仪通过LEM电压传感器7和电流传感器8，采集牵引变流器的电压和电流信号，信号经过模拟信号处理板51处理后将结果发送至数据处理板52进行存储，然后通过触摸显示屏4显示采集到的电压、电流、能耗的信息，可以将信息数据通过CAN网络发送至同类设备，进行数据合并处理，同时信息数据也可通过MVB接口二22发送至列车TCMS系统主机。
参见图4，一种地铁能耗数据记录方法，包括以下步骤：
首先，能耗数据记录装置上电后进入系统初始化，数据处理板52上的CPU会检测整个装置的软件和硬件是否存在异常，包括运行状态的指示灯21、模拟信号处理板51、双CAN电路53、MVB电路54、网口电路55，当有异常情况时记录异常信息。
其次，进入任务调度：数据处理板52上的CPU读取内置Flash中的ID配置数据、与MVB电路54通讯、时间校准、能耗功率计算及存储、触摸显示屏4信息显示、喂狗等，本过程具体又包括以下步骤：
第一步，数据处理板52上的CPU判断是否接收到MVB电路54的数据，若有则进行数据交换，否则诊断故障类型并记录故障信息；第二步，数据处理板52上的CPU通过MVB接口二22接收车载TCMS系统下发的时间信息，并与装置自身实时时钟RTC电路记录的时间进行校准，确保能耗记录装置的时间与列车系统的时间同步；第三步，通过LEM电压传感器7和电流传感器8分别采集列车牵引变流器的电压、电流数据后，模拟信号处理板51将处理的采集数据发送给数据处理板52，数据处理板52上的CPU进行能耗功率计算，能耗计算公式为即对功率进行时间的积分为能耗，其中u为牵引变流器的电压，i为牵引变流器的电流，t为数据采集时间；第四步，数据处理板52上的CPU进行60秒定时，定时时间到后将列车运行时的能耗数据及自身故障等信息存储在EMMC存储芯片中，存储时间间隔为1分钟；第五步，能耗记录装置通过触摸显示屏4实时显示LEM电压传感器7和电流传感器8采集的列车牵引变流器的电压、电流、能耗数据信息；第六步，数据处理板52上的CPU判断是否进行PTU软件操作，若有则给PTU软件上传电压、电流、能耗功率数据，否则进行下一步操作；第七步，数据处理板52上的CPU通过MVB接口二22将列车运行中的能耗数据上传到车载TCMS系统中；第八步，数据处理板52上的CPU通过软件定时喂狗，实时监测系统运行状态，防止系统运行崩溃。
最后，当列车停运时，用普通网线将计算机与能耗记录装置的网口电路55直接连接，可查看能耗记录装置记录的列车历史运行能耗数据和其他信息。

Claims (5)

1.一种地铁能耗数据记录装置，包括有信号接口板(1)、通讯接口板(2)、电源板(3)、触摸显示屏(4)、主控底板(5)；其特征在于，信号接口板(1)上设有网络维护接口(11)、电压信号接口(12)、电流信号接口(13)及电源地址接口(14)；通讯接口板(2)上设有CAN接口一(25)、CAN接口二(24)、MVB接口一(23)、MVB接口二(22)及指示灯(21)；主控底板(5)上设有模拟信号处理板(51)、数据处理板(52)、双CAN电路(53)、MVB电路(54)、网口电路(55)；
网络维护接口(11)与网口电路(55)相连；电压信号接口(12)与模拟信号处理板(51)的H1端相连；电流信号接口(13)与模拟信号处理板(51)的H1端相连；网口电路(55)与数据处理板(52)的P2端相连；模拟信号处理板(51)的H2端与数据处理板(52)的P1端相连；数据处理板(52)的P2端与双CAN电路(53)相连；数据处理板(52)的P2端与MVB电路(54)相连；数据处理板(52)的P1端与指示灯(21)相连；数据处理板(52)的P1端与触摸显示屏(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种地铁能耗数据记录装置，其特征在于，所述的触摸显示屏(4)采用3.5寸触摸显示屏；网络维护接口11与上位计算机(6)相连；电压信号接口(12)与电压传感器(7)相连；电流信号接口(13)与电流传感器(8)相连；电源地址接口(14)与供电电源(9)相连；CAN接口一(25)、CAN接口二(24)均与列车CAN网络上的能耗数据记录器相连；MVB接口一(23)、MVB接口二(22)均与列车TCMS系统的主机相连。
3.根据权利要求1所述的一种地铁能耗数据记录装置，其特征在于，所述的主控底板(5)采用STM32单片机。
4.一种地铁能耗数据记录方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，能耗数据记录装置上电后进入系统初始化，数据处理板(52)上的CPU会检测整个装置的软件和硬件是否存在异常，包括运行状态的指示灯(21)、模拟信号处理板(51)、双CAN电路(53)、MVB电路(54)、网口电路(55)，当有异常情况时记录异常信息。
其次，进入任务调度：数据处理板(52)上的CPU读取内置Flash中的ID配置数据、与MVB电路(54)通讯、时间校准、能耗功率计算及存储、触摸显示屏(4)信息显示、喂狗，
最后，当列车停运时，用普通网线将计算机与能耗记录装置的网口电路(55)直接连接，可查看能耗记录装置记录的列车历史运行能耗数据和其他信息。
5.根据权利要求4所述的一种地铁能耗数据记录方法，其特征在于，所述的任务调度，具体又包括以下步骤：
第一步，数据处理板(52)上的CPU判断是否接收到MVB电路(54)的数据，若有则进行数据交换，否则诊断故障类型并记录故障信息；
第二步，数据处理板(52)上的CPU通过MVB接口二(22)接收车载TCMS系统下发的时间信息，并与装置自身实时时钟RTC电路记录的时间进行校准，确保能耗记录装置的时间与列车系统的时间同步；
第三步，通过LEM电压传感器(7)和电流传感器(8)分别采集列车牵引变流器的电压、电流数据后，模拟信号处理板(51)将处理的采集数据发送给数据处理板(52)，数据处理板(52)上的CPU进行能耗功率计算，能耗计算公式为即对功率进行时间的积分为能耗，其中u为牵引变流器的电压，i为牵引变流器的电流，t为数据采集时间；
第四步，数据处理板(52)上的CPU进行60秒定时，定时时间到后将列车运行时的能耗数据及自身故障等信息存储在EMMC存储芯片中，存储时间间隔为1分钟；
第五步，能耗记录装置通过触摸显示屏(4)实时显示LEM电压传感器(7)和电流传感器(8)采集的列车牵引变流器的电压、电流、能耗数据信息；
第六步，数据处理板(52)上的CPU判断是否进行PTU软件操作，若有则给PTU软件上传电压、电流、能耗功率数据，否则进行下一步操作；
第七步，数据处理板(52)上的CPU通过MVB接口二(22)将列车运行中的能耗数据上传到车载TCMS系统中；
第八步，数据处理板(52)上的CPU通过软件定时喂狗，实时监测系统运行状态，防止系统运行崩溃。
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