CN202166851U - 一种单向导通控制装置和单向导通装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种单向导通控制装置和单向导通装置，其中，单向导通控制装置包括：模拟量输入模块、开关量输入模块、PWM输出模块、可控硅驱动模块、通讯模块以及采用数字信号处理器构建构建的控制处理模块。本实用新型实施例中的单向导通控制装置采用数字信号处理器作为主控制芯片，可对轨道绝缘接头上产生的电流实现高速、可靠和准确的单向导通控制，有效解决电弧打火烧轨道的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力通讯领域，尤其涉及一种单向导通控制装置和单向导通装置。
背景技术
目前地铁系统是以钢轨作为牵引回流的通道，钢轨直接安装在整体道床上，通过防震绝缘垫和道床结构钢筋隔离。在地铁长期的运营过程中，灰尘、污水、道渣、金属粉末等吸附在防震绝缘垫上，减小了钢轨和整体道床之间的泄漏阻抗，钢轨中的电流通过这些污染物流入到整体道床中，从而产生杂散电流。地铁整体道床、隧道、高架桥内的结构钢筋为杂散电流的通路。杂散电流进入金属通路时，不对金属产生腐蚀，在离开金属通路时通过与金属周围的电解质发生化学反应，对金属造成腐蚀。如果杂散电流腐蚀防护措施做的不好，将对地铁的结构钢筋、周围建筑物钢筋、金属管道造成腐蚀，降低建筑结构或地下金属管道网的使用寿命。
单向导通装置是地铁系统中防止杂散电流扩散的重要组成部分，其作用是为了避免车辆在车辆段或者高架桥以外的走行轨上运行时，产生的杂散电流对正行线或高架桥的影响。单向导通控制装置是单向导通装置的核心部件，在主要用于实现单向导通装置的控制及监控功能。
目前的单向导通控制装置所采用的硬件平台通常是基于8位单片机，随着地铁的发展、地铁线路的扩展和延伸，基于8位单片机的单向导通控制装置已无法满足现有的需求。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种单向导通控制装置和单向导通装置，用于对轨道绝缘接头上产生的电流实现高速、可靠和准确的单向导通控制，有效解决电弧打火烧轨道的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：
一种单向导通控制装置，包括：
用于采样模拟量信号的模拟量输入模块；
用于获取开关量信号的开关量输入模块；
用于输出脉冲宽度调制PWM信号的PWM输出模块；
与上述PWM输出模块连接的，用于驱动可控硅导通的可控硅驱动模块；
与上述模拟量输入模块、上述开关量输入模块以及上述PWM输出模块连接的，用于按照预置的处理算法对上述模拟量输入模块和上述开关量输入模块获取到的电信号进行处理，且为PWM输出模块提供单脉冲输入信号的控制处理模块；
与上述控制处理模块连接的，用于与外部设备进行通讯的通讯模块，所述通讯模块包括RS485模块和控制器局域网络CAN模块；
其中，上述控制处理模块由数字信号处理器构建。
一种单向导通装置，包括：
单向导通控制装置，与该单向导通控制装置连接的消弧装置；
其中，单向导体控制装置包括：
用于采样模拟量信号的模拟量输入模块；
用于获取开关量信号的开关量输入模块；
用于输出脉冲宽度调制PWM信号的PWM输出模块；
与上述PWM输出模块连接的，用于驱动可控硅导通的可控硅驱动模块；
与上述模拟量输入模块、上述开关量输入模块以及上述PWM输出模块连接的，用于按照预置的处理算法对上述模拟量输入模块和上述开关量输入模块获取到的电信号进行处理，且为PWM输出模块提供单脉冲输入信号的控制处理模块；
与上述控制处理模块连接的，用于与外部设备进行通讯的通讯模块，所述通讯模块包括RS485模块和控制器局域网络CAN模块；
其中，上述控制处理模块由数字信号处理器构建。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
本实用新型实施例中，单向导通控制装置采用数字信号处理器作为主控制芯片，对获取到的电信号进行处理并输出，由于数字信号处理器能够实时快速地实现各种数字信号处理算法，具有数据处理能力强、快速准确等特点，因此，本实用新型基于数字信号处理器的单向导通控制装置可对轨道绝缘接头上产生的电流实现高速、可靠和准确的单向导通控制，有效解决电弧打火烧轨道的问题。
附图说明
图1为本实用新型提供的单向导通装置的一个实施例结构示意图；
图2为本实用新型提供的单向导通装置的另一个实施例结构示意图；
图3-a为本实用新型提供的单向导通装置的控制处理模块电路图；
图3-b为本实用新型提供的单向导通装置的模拟量输入模块电路图；
图3-c为本实用新型提供的单向导通装置的开关量输入模块电路图；
图3-d1为本实用新型提供的单向导通装置的开关量输出模块电路图一；
图3-d2为本实用新型提供的单向导通装置的开关量输出模块电路图二；
图3-e1为本实用新型提供的单向导通装置的按键模块电路图；
图3-e2为本实用新型提供的单向导通装置的LED模块电路图；
图3-e3为本实用新型提供的单向导通装置的液晶显示模块电路图；
图3-f1为本实用新型提供的单向导通装置的PWM输出模块电路图一；
图3-f2为本实用新型提供的单向导通装置的PWM输出模块电路图二；
图3-g为本实用新型提供的可控硅驱动模块电路图；
图4为本实用新型提供的单向导通装置40一个实施例结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种单向导通控制装置和单向导通装置。
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供的一种单向导通控制装置10，请参阅图1，包括：
用于采样模拟量信号的模拟量输入模块11；
用于获取开关量信号的开关量输入模块12；
用于输出脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)信号的PWM输出模块13；
与PWM输出模块13连接的，用于驱动可控硅导通的可控硅驱动模块14；
与模拟量输入模块11、开关量输入模块12以及PWM输出模块13连接的，用于按照预置的处理算法对模拟量输入模块11和开关量输入模块12获取到的电信号进行处理，且为PWM输出模块13提供单脉冲输入信号的控制处理模块15；
与控制处理模块15连接的，用于与外部设备进行通讯的通讯模块16；
其中，通讯模块16可包括RS485模块和控制器局域网络(CAN，ControllerArea Network)模块，其中，RS485模块可提供RS485总线通讯功能，CAN模块可提供CAN总线通讯功能；
其中，控制处理模块15由数字信号处理器构建。
进一步的，单向导通控制装置10还可包括开关量输出模块17，开关量输出模块17与控制处理模块15连接，可用于输出开关量信号。
进一步的，单向导通控制装置10还可包括人机接口模块18，人机接口模块18与控制处理模块15连接，其中，人机接口模块包括：按键模块，发光二极管(LED，Light Emitting Diode)模块和液晶显示模块。
由上可见，本实用新型实施例中，单向导通控制装置采用数字信号处理器作为主控制芯片，对获取到的电信号进行处理并输出，由于数字信号处理器能够实时快速地实现各种数字信号处理算法，具有数据处理能力强、快速准确等特点，因此，本实用新型基于数字信号处理器的单向导通控制装置可对轨道绝缘接头上产生的电流实现高速、可靠和准确的单向导通控制，有效解决电弧打火烧轨道的问题。
参见图2，本实用新型实施例的另一种单向导通控制装置，具体可以包括：
控制处理模块21，与控制处理模块21连接的模拟量输入模块22，与控制处理模块21连接的开关量输入模块23，与控制处理模块21连接的通讯模块24，与控制处理模块21连接的开关量输出模块25，与控制处理模块21连接的人机接口模块26，与控制处理模块21连接的PWM输出模块27，以及与PWM输出模块27连接的可控硅驱动模块(图中未示出)。
其中，控制处理模块21为单向导通控制装置的核心。在本实用新型实施例中，控制处理模块21可采用型号为DSPIC30F6014A的数字信号处理器作为主控制芯片，该数字信号处理器每秒可处理高达3千万的机器语言指令数，内部包含144KB大小的Flash存储器，8KB大小的随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，以及多达4KB大小的电可擦可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，同时，该数字信号处理器还配置有16通道的12为模数转换器(即A/D转换器)、PWM输出、CAN、I2C和实时时钟等功能，还提供了大量通用输入/输出(GPIO，General Purpose Input Output)接口。模拟量输入模块22、开关量输入模块23、通讯模块24，开关量输出模块25，人机接口模块26和PWM输出模块27通过总线与控制处理模块21连接，控制处理模块21按照预置的处理算法进行数据实时处理和分析，以及控制上述各功能模块相互协调工作，例如，对模拟量输入模块22和开关量输入模块23获取到的电信号进行处理，为PWM输出模块27提供单脉冲输入信号等。图3-a为本实用新型实施例中的由数字信号处理器DSPIC30F6014A构建的控制处理模块21的原理图。
模拟量输入模块22用于采样模拟量信号，如图3-b所示为本实用新型实施例提供的模拟量输入模块电路图，采用差分方式输入，采集信号分别经电阻分压、滤波后进入运放器进行信号调理，然后输入(AN端)控制处理模块21的数字信号处理器。由图2可看出，本实用新型实施例中的单向导通控制装置20可采集12路模拟量(AN0～AN11)，如可以是二极管支路电流信号、消弧支路电流信号和电压信号。
开关量输入模块23用于采样开关量信号，如图3-c所示为本实用新型实施例提供的开关量输入模块电路图，外部开关量经电阻分压、阀值限制、光耦隔离后输入(DI端)控制处理模块21的数字信号处理器。由图2可看出，本实用新型实施例中的单向导通控制装置20可采集16路开关量(DI0～DI15)，每一路开关量输入可具有公共COM输入端，也可有独立的COM输入端，以满足输入信号不共地的场合。
通讯模块24用于与外部设备进行通讯，本实用新型实施例中的单向导通控制装置包含一路RS485模块和一路CAN模块，其中，RS485模块可提供RS485总线通讯功能，CAN模块可提供CAN总线通讯功能。
开关量输出模块25用于输出开关量信号，如图3-d1所示为本实用新型实施例提供的开关量输出模块电路图，控制处理模块21输出信号(DO端)经光耦隔离(U54)和达林顿芯片(U26)驱动后控制继电器的通断，实现对开关量信号的输出控制，在实际应用中，如图3-d2所示，控制处理模块21输出信号也可先经由SN74HC245芯片(U41)驱动，U41的片选信号OE通过电阻上拉至正5伏，从而避免了系统上电时继电器的误动作。
本实用新型实施例提供的人机接口模块26包括按键模块、LED模块和液晶显示模块，其中，按键模块可如图3-e1所示，其包含8个按键，分别可提供向上、向下、向左、向右、加、减以及回车等，LED模块和液晶显示模块可分别如图3-e2和图3-e3所示。人机接口模块26通过3组I2C接口与控制处理模块21通信，信号线SCL1、SDA1用于驱动LED模块，信号线SCL2、SDA2和INT0用于按键输入，液晶显示模块采用串行数据通信方式，因此只需3根信号线CID、SCLK和LBR即可实现数据通信和背光开关控制与亮度调节功能。
PWM输出模块24用于输出脉冲宽度调制信号，如图3-f1所示为本实用新型实施例提供的PWM输出模块电路图，控制处理模块21输出的单脉冲信号(PWM端)经光耦隔离(U3)后输出至与其相连的可控硅驱动模块，在实际应用中，如图3-f2所示，控制处理模块21输出信号也可先经由SN74HC245芯片(U40)驱动。
图3-g为本实用新型实施例中的可控硅驱动模块电路图，由图可见，一个可控硅驱动模块可同时驱动两路可控硅，PWM输出模块24输出的信号经过达林顿反向驱动(U26)后进入脉冲变压器(U27)，同时输出两路触发脉冲信号，以控制可控硅的导通。
由上可见，本实用新型实施例中，单向导通控制装置采用数字信号处理器作为主控制芯片，对获取到的电信号进行处理并输出，由于数字信号处理器能够实时快速地实现各种数字信号处理算法，具有数据处理能力强、快速准确等特点，因此，本实用新型基于数字信号处理器的单向导通控制装置可对轨道绝缘接头上产生的电流实现高速、可靠和准确的单向导通控制，有效解决电弧打火烧轨道的问题。进一步的，本实用新型实施例的单向导通控制装置支持通讯功能，液晶显示功能，开关量输入和输出功能，同时利用隔离可控硅脉冲变压器的输出控制消弧，可进一步提高的消弧控制的准确性和可靠性。
本实用新型实施例的一种单向导通装置40，可参见图4，包括：
单向导通控制装置41，与单向导通控制装置41连接的消弧装置42。
其中，单向导通控制装置41具体可参照上述实施例中的图1和图2所示，其包含各模块所构建的电路可参照图3-a、图3-b、图3-c、图3-b、图3-d1、图3-d2、图3-e1、图3-e2、图3-e3、图3-f1、图3-f2、图3-g所示，此处不再赘述。
以上对本实用新型所提供的一种单向导通控制装置和单向导通装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (8)
1.一种单向导通控制装置，其特征在于，包括：
用于采样模拟量信号的模拟量输入模块；
用于获取开关量信号的开关量输入模块；
用于输出脉冲宽度调制PWM信号的PWM输出模块；
与所述PWM输出模块连接的，用于驱动可控硅导通的可控硅驱动模块；
与所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块以及所述PWM输出模块连接的，用于按照预置的处理算法对所述模拟量输入模块和所述开关量输入模块获取到的电信号进行处理，且为PWM输出模块提供单脉冲输入信号的控制处理模块；
与所述控制处理模块连接的，用于与外部设备进行通讯的通讯模块，所述通讯模块包括RS485模块和控制器局域网络CAN模块；
其中，所述控制处理模块由数字信号处理器构建。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
与所述控制处理模块连接的，用于输出开关量信号的开关量输出模块；
所述控制处理模块还用于对所述开关量输出模块的开关量信号输出进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
还包括：与所述控制处理模块连接的人机接口模块；
所述人机接口模块包括：
按键模块，发光二极管LED模块；液晶显示模块。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述数字信号处理器的型号为DSPIC30F6014A。
5.一种单向导通装置，其特征在于，包括：
单向导通控制装置，与所述单向导通控制装置连接的消弧装置；
其中，所述单向导体控制装置包括：
用于采样模拟量信号的模拟量输入模块；
用于获取开关量信号的开关量输入模块；
用于输出脉冲宽度调制PWM信号的PWM输出模块；
与所述PWM输出模块连接的，用于驱动可控硅导通的可控硅驱动模块；
与所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块以及所述PWM输出模块连接的，用于按照预置的处理算法对所述模拟量输入模块和所述开关量输入模块获取到的电信号进行处理，且为PWM输出模块提供单脉冲输入信号的控制处理模块；
与所述控制处理模块连接的，用于与外部设备进行通讯的通讯模块，所述通讯模块包括RS485模块和控制器局域网络CAN模块；
其中，所述控制处理模块由数字信号处理器构建。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述单向导通控制装置还包括：
与所述控制处理模块连接的，用于输出开关量信号的开关量输出模块；
所述控制处理模块还用于对所述开关量输出模块的开关量信号输出进行控制。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，
所述单向导通控制装置还包括：
与所述控制处理模块连接的人机接口模块；
所述人机接口模块包括：
按键模块，发光二极管LED模块；液晶显示模块。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述数字信号处理器的型号为dsPIC30F6014A。
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| CN105045940A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-11-11 | 中国矿业大学 | 一种单向导通装置机电集成设计方法 |
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