CN201576046U - 一种用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统，主要由信号采集模块和数据记录、分析、回放模块两部分组成；所述信号采集模块分为信号调理电路和信号采集电路两部分；信号采集模块的输入通过带屏蔽电缆的矩形连接器连接到牵引逆变器的测试连接器X5端口，输出通过对外接口标准USB线与数据记录、分析、回放模块连接。本实用新型系统不论是对牵引逆变器的出厂调试，还是地铁在线运行时，都可以方便地、全面地、长时间地监测及记录牵引逆变器的数据信息，并利用存储的丰富数据，通过数据回放方式来仔细分析牵引逆变器的瞬态隐性故障，从而提升调试及检测水平，提高工作效率。

Description

一种用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统。

背景技术

牵引逆变器是地铁电气牵引系统的重要组成部分，其运行状态好坏直接关系到地铁的安全运行。地铁牵引逆变器在出厂调试及在线运行、检修时，一些数据信息，如网压、直流电压、直流电流、电机电流、斩波电流1、斩波电流2、逆变器AU电流、逆变器BV电流等，不仅需要实时地采集显示，还需要长时间地记录，以便调试人员和检修人员全面掌握牵引逆变器的运行特性，通过分析数据信息，及时发现并解决牵引逆变器故障。

目前，由于没有专门针对具有测试连接器X5端口的地铁牵引逆变器的测试装置，因此在牵引逆变器的出厂调试时只能通过示波器对其信号进行观察，限于一台示波器最多测量4通道信号，若要对多个信号进行监测，则需在调试现场摆放多台示波器，这样就存在接线工作量大、仪器操作不便、信号观察不方便等缺点，造成调试效率较低，尤其是不便于对被测信号进行存储记录和日后分析。

地铁车辆在线运行时，携带多台示波器观察上车监测牵引逆变器信号的方法基本不可行了，虽然司机室的显示屏上能够看到一些利用通讯网络传输上来的牵引逆变器信号和故障条目，但是由于这些信息只能每隔64ms传输一次，因此数据信息的实时性较差，不能准确反应和捕捉牵引逆变器的瞬态隐性故障。

此外在地铁车辆入库后通过牵引逆变器的传动控制单元相关接口可以查询其故障信息，但是传动控制单元内只有64M的数据存储空间，每次故障发生时只能记录故障发生前后2秒的状态，因此记录数据长度有限，不能全面反应牵引逆变器的状态信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种专门用于具有测试连接器X5端口的地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统，不论是对牵引逆变器的出厂调试，还是地铁在线运行时，都可以方便地通过此系统全面地、长时间地监测及记录牵引逆变器的数据信息，并利用存储的丰富数据，通过数据回放方式来仔细分析牵引逆变器的瞬态隐性故障，从而提升调试及检测水平，提高工作效率。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：

本实用新型系统主要由信号采集模块和数据记录、分析、回放模块两部分组成；所述信号采集模块分为信号调理电路和信号采集电路两部分；其中信号调理电路由依次连接的电流/电压转换电路、幅值调理电路、量程转换电路、过压吸收电路四部分组成；信号采集电路由依次连接的A/D转换单元、存储器(FIFO)、CPU控制单元、通讯单元四部分组成；信号采集模块的输入通过带屏蔽电缆的矩形连接器连接到牵引逆变器的测试连接器X5端口，输出通过对外接口标准USB线与数据记录、分析、回放模块连接。

所述数据记录、分析、回放模块为安装了数据采集软件的笔记本电脑，通过软件控制信号采集、数据回放等功能。

所述信号采集模块中，组成信号调理电路和信号采集电路的各单元均采用现有技术。

本实用新型系统具有以下特点：

(1)能对地铁牵引逆变器数据信号进行实时地、长时间地(不少于4个小时)采集并记录；

(2)能以最高80kS/s的采样速率对牵引逆变器的8通道数据进行同步采集并记录，并且采样速率可在1kS/s至80kS/s之间可调，适于不同状况下的信号采集；

(3)数据采集模块无需单独提供工作电源，数据线和工作电源线共用一根标准USB线；

(4)体积小，信号采集模块其外形尺寸能控制在220mm×150mm×50mm内，其重量控制在1公斤内，携带方便，尤其适用于上车试验和检修；

(5)可通过数据回放方式来分析牵引逆变器的瞬态隐性故障，从而提升调试及检测水平，提高工作效率。

附图说明

附图是本实用新型系统的示意图。

具体实施方式

实用新型系统如附图所示，主要由信号采集模块和数据记录、分析、回放模块两部分组成；所述信号采集模块分为信号调理电路和信号采集电路两部分；其中信号调理电路由依次连接的电流/电压转换电路、幅值调理电路、量程转换电路、过压吸收电路四部分组成；信号采集电路由依次连接的A/D转换单元、存储器(FIFO)、CPU控制单元、通讯单元四部分组成；信号采集模块的输入通过带屏蔽电缆的矩形连接器连接到牵引逆变器的测试连接器X5端口，输出通过USB2.0总线对外接口与数据记录、分析、回放模块连接；数据记录、分析、回放模块为安装了数据采集软件的笔记本电脑。

牵引逆变器测试连接器X5端口提供的被测信号定义如表1所示。矩形连接器的作用是和牵引逆变器的X5端口进行连接匹配，被测信号X5端口与本系统通道定义的对应关系如表2所示。

屏蔽电缆的作用是减小外界干扰对测量信号的影响。

信号调理电路中各电路的作用，因为信号采集电路只能针对不大于±5V电压信号进行采集，而牵引逆变器输出的被测信号是电流信号，所以首先在信号调理电路中先通过电流/电压转换电路将被测电流信号进行电流/电压转换，第二步在满足电阻功率要求的前提下，通过幅值调理电路将经过转换后的电压小于±10V；第三步是通过量程转换电路将经过转换后的电压信号衰减至小于或等于±5V的电压信号；第四步是为了防止意外情况下被测信号的突变(主要指电压突然升高)而超出±5V的测量范围对信号采集电路造成损害，所以在进入信号采集电路之前，通过过压吸收电路将被测信号进行过压吸收保护；至此经过调理后的被测信号会完全满足信号采集电路的要求。

信号采集电路是采用现有的TC09采集电路。信号采集电路中的A/D转换单元采用2片14位4路并行采样A/D芯片，支持最大速度80kS/s的同步连续采集；存储器(FIFO)负责对经过A/D转换后的数字信号进行暂存，供CPU控制单元读取；CPU控制单元主要用来控制整个模数转换电路协调工作，它从存储器中读取数据，并将数据进行一系列的运算处理，最后将运算后的结果通过通讯单元向外传输，信号采集电路的对外接口总线为USB2.0总线，支持即插即用、实时传输。

笔记本电脑通过软件控制信号采集、数据回放等功能。

信号采集模块和笔记本电脑之间利用标准USB线连接，USB线的作用有两点，一是在将信号采集模块的数据传输到数据记录模块，二是从数据记录模块的USB端口取得5V电压，为信号采集模块提供工作电源。目前一般笔记本电脑在无外接电源的情况的续航工作能力为2-3个小时，这样，即使在无外接电源的情况下，至少可以依靠笔记本电脑为数据信号采集模块提供2-3小时的工作电源，大大提高了此系统的使用场合范围。

信号采集的软件实现步骤如下：

步骤1：软件启动；

步骤2：判断硬件连接是否正常，若正常，继续向下执行；若不正常，则给出提示，并退出软件系统；

步骤3：进行一次信号采集，并同时分析、显示并记录数据；

步骤4：判断是否有“采集停止”信号，若有，则停止信号采集，并保存数据，若无则重复执行步骤3；

步骤5：结束采集，退出软件系统。

数据回放的软件实现步骤如下：

步骤1：软件启动；

步骤2：提示选择数据文件；

步骤3：按照指定的参数进行一次数据读取，并设置读取标志位，将读取到的数据在软件界面进行显示、分析；

步骤4：判断是否有“回放停止”信号，若有则停止数据回放；若无，则重复执行步骤3；

步骤5：结束数据回放，退出软件系统。

表1牵引逆变器测试连接器(X5)接口处提供的被测信号

被测信号名称	X5信号管脚定义
		网压	X5:5
直流电压	X5:31
		直流电流	X5:11
电机电流	X5:15
		斩波电流1	X5:11

被测信号名称	X5信号管脚定义
		斩波电流2	X5:12
逆变器AU电流	X5:8
		逆变器BV电流	X5:9

表2系统通道与被测信号的对应关系

通道号	被测信号名称
		通道1	网压
通道2	直流电压
		通道3	直流电流
通道4	电机电流
		通道5	斩波电流1
通道6	斩波电流2
		通道7	逆变器AU电流
通道8	逆变器BV电流

Claims (2)

1.一种用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统，其特征在于主要由信号采集模块和数据记录、分析、回放模块两部分组成；所述信号采集模块分为信号调理电路和信号采集电路两部分；其中信号调理电路由依次连接的电流/电压转换电路、幅值调理电路、量程转换电路、过压吸收电路四部分组成；信号采集电路由依次连接的A/D转换单元、存储器、CPU控制单元、通讯单元四部分组成；信号采集模块的输入通过带屏蔽电缆的矩形连接器连接到牵引逆变器的测试连接器X5端口，输出通过对外接口标准USB线与数据记录、分析、回放模块连接。

2.根据权利要求1所述的用于地铁牵引逆变器的状态监测及数据记录系统，其特征在于所述数据记录、分析、回放模块为安装了数据采集软件的笔记本电脑。

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