CN201569527U - 转辙机阻力监测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型针对现有技术存在的测量精度不高的缺陷，提供一种测量精度高的转辙机阻力实时监测装置，包括实时采样转辙机输出电压和输出电流的电压采样电路和电流采样电路、将电压采样信号和电流采样信号换算为转辙机阻力值的单片机、将单片机换算出的阻力信号通过通讯网络发送至控制终端的网络接口电路以及为各功能电路供电的电源电路，还包括将电压和电流采样信号换算成转辙机输出功率并发送至单片机的功率计算芯片，整个监测装置安装在铁轨外侧转辙机旁边位置。本实用新型有益效果在于：整个监测安装在转辙机旁边，减小了长距离电缆输送带来的测量误差，采用专门的功率换算芯片，计算精度高；电压采样电路结构简单、性能可靠。

Description

转辙机阻力监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种监测装置，具体是指一种用于监测铁路道岔转辙机阻力的监测装置。
背景技术
转辙机是实现铁路道岔准确转换的关键设备，转辙机的工作状态正常与否关系到轨道交通运输的安全运行。对电动转辙机的拉力的实时监测，是掌握转辙机工作状态的重要手段。道岔的转换阻力和转辙机拉力是一对作用力和反作用力，因此，对转辙机拉力的监测等同于对道岔转换阻力的监测。转辙机阻力监测主要可分为通过利用压力传感器直接测量阻力的直接测量法和通过监测转辙机输出电参数来计算阻力的间接测量法两大类。
压力传感器直接测量法，主要原理是将力传感器直接安装在转辙机动作杠上，传感器根据力的大小不同产生不同的形变，并转变为电信号，经过放大、计算得到相应的阻力值。
电参数间接测量法，主要原理是利用电机功率与拉力的函数关系，通过监测电机运行时的电参数(电压、电流、功率等)信号，进而计算其拉力。
这两种监测方法对应的监测装置均存在一定缺陷。利用压力传感器直接测量的监测装置，虽可以比较直接地得到转辙机的拉力，但其安装方式和工作原理决定其无法进行长期而实时的工作，主要是其安全性和可靠性难以保证。所以，这种测量法，仅应用于道岔维修工定期检查，需要监测的时候临时安装、临时测量。
利用电参数间接测量的监测装置，一般安装在机房，机房与转辙机还有较长的距离(可达3KM)，而且长短不一，这给工程安装带来极大的不便，而且机房与转辙机之间的动力电缆自身的参数(电阻、电容、漏电流等)会随环境的变化而变化，因此测量精度难以保证；另外，监测装置将采样来的电参数通过单片机计算出阻力值，由于电路本身的原因，计算精度不高。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的测量精度不高的缺陷，提供一种测量精度高的转辙机阻力实时监测装置。
本实用新型所采用的技术方案为：
转辙机阻力监测装置，包括实时采样转辙机输出电压和输出电流的电压采样电路和电流采样电路、将电压采样信号和电流采样信号换算为转辙机阻力值的单片机、将单片机换算出的阻力信号通过通讯网络发送至控制终端的网络接口电路以及为各功能电路供电的电源电路，还包括将电压和电流采样信号换算成转辙机输出功率并发送至单片机的功率计算芯片，整个监测装置安装在铁轨外侧转辙机旁边位置。
所述电压采样电路和电流采样电路分别包括两路用于监测转辙机定位输出和反位输出电压、电流信号的采样电路，所述监测装置还包括监测转辙机定/反位信号并向单片机发送转辙机工作状态信号的定/反位监测电路，单片机通过处理定/反位信号对采样电路进行定/反位采样的切换。
所述电压采样电路包括采样电阻、电压互感器和电压采样芯片，所述采样电阻一端与转辙机输出端相连，另一端与电压互感器初级线圈相连，电压互感器次级线圈与电压采样芯片输入端相连，电压采样芯片输出端与功率计算芯片输入端相连，采样电阻和电压互感器初级线圈之间还设有用于切换定/反位采样的转换开关，转换开关触发控制端与单片机输出端相连。
所述与每根相连的采样电阻由多个电阻串联组成。
所述网络接口电路为CAN控制器，所述通讯网络为CAN总线网络。
本实用新型的有益效果在于：整个监测安装在转辙机旁边，减小了长距离电缆输送带来的测量误差，采用专门的功率换算芯片，计算精度高；电压采样电路结构简单、性能可靠，每路采样电阻由多个电阻串联组成，有效防止某一电阻击穿导致电压互感器初级线圈开路；定/反位监测切换方便；采用CAN总线网络传送数据，传送距离远、速度快。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明：
参照图1，本实施例以S700K转辙机为例，监测装置就近安装在转辙机附近，消除了机房与现场转辙机之间的动力电缆的影响(相当于取消了这段动力电缆)，排除了环境变化的影响，从而保证了测量的精度。
本实用新型的转辙机阻力监测装置工作原理：单片机通过以下电气参数和阻力的函数关系计算得到阻力值，表达式如下：
F＝(Pi-(PFe+Pm+Ps))*K
其中，F为转辙机力；Pi为电机的输入功率；PFe为电机铁损；Pm为机械损耗；Ps为杂散损耗；K为系数。
监测装置包括实时采样转辙机输出电压和输出电流的电压采样电路1和电流采样电路2、将电压采样信号和电流采样信号换算为转辙机阻力值的单片机3、将单片机3换算出的阻力信号通过通讯网络发送至控制终端的网络接口电路4以及为各功能电路供电的电源电路5，还包括将电压和电流采样信号换算成转辙机输出功率并发送至单片机3的功率计算芯片6，整个监测装置安装在铁轨外侧转辙机旁边位置。
电压采样电路1和电流采样电路2分别包括两路用于监测转辙机定位输出和反位输出电压、电流信号的采样电路，监测装置还包括监测转辙机定/反位信号并向单片机发送转辙机工作状态信号的定/反位监测电路7，单片机3通过处理定/反位信号对采样电路进行定/反位采样的切换。
由图可知，转辙机有5个输出端：X1、X2、X3、X4和X5，X1为共用输出端，X1、X2、X3对应定位输出，X1、X4、X5对应反位输出，电压采样电路1包括采样电阻R1、R2、R3和R4、电压互感器8和电压采样芯片9，采样电阻一端与转辙机输出端相连，另一端与电压互感器9初级线圈相连，电压互感器次级线圈与电压采样芯片9输入端相连，电压采样芯片9输出端与功率计算芯片6输入端相连，采样电阻和电压互感器8初级线圈之间还设有用于切换定/反位采样的转换开关K1，转换开关K1的触发控制端与单片机3输出端相连。
电流采样电路2包括电流互感器分别用于监测X3、X5相电流的电流互感器10和用于监测X2、X4相电流的电流互感器11以及采样两电流互感器监测信号并发送至单片机3的电流采样芯片12。
定/反位采样电路包括用于监测X5相电流信号的电流互感器13和定/反位采样芯片14，当电流互感器13监测到X5相有电流时，表明传辙机工作在反位，无电流信号时则工作在定位。定/反位采样芯片将电流互感器13监测的电流信号发送给单片机3，单片机3进而控制K1切换到的电路采样电路1的相应连接端。
本实施例中，功率计算芯片采用高精度三相电能计量芯片ATT7022，具有以下特点：精度高，非线性测量误差＜0.1％；支持增益和相位补偿，小电流非线性补偿；电压电流有效值误差小于0.5％等；集成六路二阶Sigma-Delta ADC、参考电压电路、数字信号处理、SPI数据接口等电路)，保证数据采样的精度和方便性。
单片机采用STR712系列(内核ARM 32位，16K RAM，256K Flash，内置CAN控制器)，主要功能：读取计量芯片的采样数据，依据电气参数和阻力的函数关系计算阻力，并保存数据；通过CAN总线把数据上传到机房主机。
针对安装在室外，其工作环境恶劣(温湿度变化范围大，电磁干扰复杂等)，电压采样连接线和接插件，绝缘耐压高于4000V(RMS)。采用高耐压、高精度的电压互感器和电流互感器，在确保模块的接入端与转辙机动力线高度隔离的同时，保证了采样的精度。初级/次级耐压均可达到2500V(RMS)；电压互感器初级是直接跨接在380V高压上，为防初级短路造成危害，故串联进多支电阻，使其限流为2mA(380V时)。通讯CAN接口：在引入端加入3支600W/ms的TVS防雷二极管外，内部收发和CAN总线之间加入光耦隔离。电源输入，采用压敏电阻和瞬态抑制二极管组合防雷和电磁兼容设计，并具有极性保护功能。抗雷击达600W/ms，响应时间5ns。模块内的所有元器件采用工业级，保证大范围温湿度变化条件下可靠工作。

Claims (5)

1.转辙机阻力监测装置，其特征在于：包括实时采样转辙机输出电压和输出电流的电压采样电路和电流采样电路、将电压采样信号和电流采样信号换算为转辙机阻力值的单片机、将单片机换算出的阻力信号通过通信网络发送至控制终端的网络接口电路以及为各功能电路供电的电源电路，还包括将电压和电流采样信号换算成转辙机输出功率并发送至单片机的功率计算芯片，整个监测装置安装在铁轨外侧转辙机旁边位置。
2.如权利要求1所述的转辙机阻力监测装置，其特征在于：所述电压采样电路和电流采样电路分别包括两路用于监测转辙机定位输出和反位输出电压、电流信号的采样电路，所述监测装置还包括监测转辙机定/反位信号并向单片机发送转辙机工作状态信号的定/反位监测电路，单片机通过处理定/反位信号对采样电路进行定/反位采样的切换。
3.如权利要求2所述的转辙机阻力监测装置，其特征在于：所述电压采样电路包括采样电阻、电压互感器和电压采样芯片，所述采样电阻一端与转辙机输出端相连，另一端与电压互感器初级线圈相连，电压互感器次级线圈与电压采样芯片输入端相连，电压采样芯片输出端与功率计算芯片输入端相连，采样电阻和电压互感器初级线圈之间还设有用于切换定/反位采样的转换开关，转换开关触发控制端与单片机输出端相连。
4.如权利要求3所述的转辙机阻力监测装置，其特征在于：所述与每根相连的采样电阻由多个电阻串联组成。
5.如权利要求1至4任一项所述的转辙机阻力监测装置，其特征在于：所述网络接口电路为CAN控制器，通信网络为CAN总线网络。
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