CN204679598U - 一种真空断路器车载智能诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种真空断路器车载智能诊断系统，属于真空断路器检测领域。该系统包括中央处理单元、电源模块、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元，所述中央处理单元与13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接，所述电源模块为各单元和模块供电。该系统能实时反映真空断路器的运行状态，在设备运行异常时能发出声光报警，提示机务人员及时采取应对措施，这样就可以将安全事故处理在萌芽状态，杜绝因真空断路器故障而引发的行车事故。
Description
技术领域
本实用新型涉及真空断路器检测领域，特别是涉及动车上真空断路器系统诊断。
背景技术
中国铁路牵引装备现代化建设和高速铁路建设已经进入全面收获时期。但我国铁路机车、动车组的安全运行、日常保养维护也面临全所未有的发展难关和挑战，主要反映在机车、动车组各关键设施的安全运行监控管理系统发展滞后，无法满足和提供有效的技术保障。
武汉铁路局从2006年开始陆续配属HXD系列交流传动电力机车和CRH系列动车组，其80%的真空断路器均为BVAC.N99系列产品，另外20%的真空断路器虽然制造厂家不同，但原理也基本相同。经过八年的运行，真空断路器陆续暴露出许多故障隐患，影响机车、动车组的运行安全。在机车总走行40万公里之后故障率上升，在季节交替和冬季机车运行区段内温湿度急剧变化的天气下，容易发生真空断路器闭合、断开故障或信号瞬间丢失现象。真空断路器使用时间越久，故障的概率就越高。则需要一种检测系统对真空断路器进行实时监控。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型实施例提供的真空断路器车载智能诊断系统应用了电力电子技术、嵌入式RAM控制处理器、在线监测技术、GPRS无线物联网技术、云数据储存及处理等先进科学技术，让机务工作人员能实时以“视觉+声音”的方式掌握机车真空断路器的运行状态；在重大故障发生前，发出“预警”或“警告”信息提示机务人员及时采取应对措施，将安全事故的发生扼杀在萌芽状态。为机务检修和乘务人员能及时发现和排除真空断路器的安全隐患提供技术保障；为合理的安排真空断路器的维护和更换时间提供可靠依据。
具体地，该系统通过动态、间接地监测电力机车真空断路器直流操作电压Ukz、操作电流Ikz的幅值及响应时间，辅助联锁闭合、断开的响应时间及对应电压，真空管动、静触头开断时的泄露电流Ijt等参数，达到监测真空断路器的合闸、分闸响应时间及速度和真空管的真空度等多个性能指标和参数的目的。该系统能够在真空断路器发生劣化时分级报警，并且将GPRS无线物联网技术、云数据储存及处理技术应用于该系统中，通过“可视+可听+可遥测”的方式监测机车真空断路器运行状态，以便乘务员和机车整备、检修人员能在发生问题时及时采取应对措施，减少对铁路运输工作的干扰。所述技术方案如下：
本实用新型实施例提供了一种真空断路器车载智能诊断系统，该系统包括中央处理单元、电源模块、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元，所述中央处理单元与13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接，所述电源模块与中央处理单元、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接。
其中，本实用新型实施例中的直流电流采样单元包括直流电流隔离采样电路和霍尔传感器，霍尔传感器采用穿心方式套装在真空断路器直流操作控制电路主回路上，霍尔传感器通过直流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
其中，本实用新型实施例中的交流电流采样单元包括电流互感器和交流电流隔离采样电路，所述电流互感器采用穿心方式套装在与真空断路器串接的高压互感器的二次测量回路上，所述电流互感器通过交流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
其中，本实用新型实施例中的13个直流电压采样单元分别与真空断路器直流操作控制的主触头及12路辅助触头连接。其中，本实用新型实施例中的通讯接口单元包括CAN总线、485总线和USB接口，均由光耦与相应的驱动芯片组成，其中CAN总线与485总线的输出端与上位机相连。
其中，本实用新型实施例中的电源模块包括供电单元、采样电源隔离电路和通讯电源隔离电路，所述通讯接口单元通过通讯电源隔离电路与供电单元连接，所述13个直流电压采样单元、直流电流采样单元和交流电流采样单元均通过采样电源隔离电路与供电单元连接，所述中央处理单元、无线模块和显示器与供电单元连接。
另外，本实用新型实施例中的系统还包括声音报警单元，所述声音报警单元与中央处理单元连接。
本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果为：该真空断路器车载智能诊断系统，能实时反映真空断路器的运行状态，在设备运行异常时能发出声光报警，提示机务人员及时采取应对措施，这样就可以将安全事故处理在萌芽状态，杜绝因真空断路器故障而引发的行车事故。为铁路机车的安全运行提供了技术保障，同时也能促进社会的和谐发展，具有作良好的社会效益。该真空断路器车载智能诊断系统有效的预防并减少了机车运行故障，不但能节省大量的机车运行维护费用，同时也能为铁路的运营创造良好的经济效益。
附图说明
图1为实施例1提供的真空断路器车载智能诊断系统的原理框图；
图2为实施例2提供的真空断路器车载智能诊断系统的原理框图；
图3为交流电流隔离采样电路图；
图4为直流电流隔离采样电路图；
图5为直流电压隔离采样电路图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
参见图1，本实用新型实施例提供了一种真空断路器车载智能诊断系统，该系统包括中央处理单元、电源模块、13个直流电压采样单元、1个直流电流采样单元、1个交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元等。其中，中央处理单元与13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接。电源模块与中央处理单元、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接。
其中，中央处理单元用于对整个系统进行控制，可以为单片机或者微处理器等，如ARM处理器。具体包括ARM处理器主芯片和其复位电路及外部晶振电路。
其中，电源模块用于为整个系统供电，包括供电单元和多个电源隔离电路,可以为不同元件提供适应的电压，如12V、5V、3.3V和-12V等。具体地，电源模块包括供电单元、采样电源隔离电路和通讯电源隔离电路，其中采样电源隔离电路将供电单元输出的12V隔离转化为5V，为采样信号的线性光耦提供工作电源；通讯电源隔离电路将供电电源输出的12V隔离转化为5V，为通讯接口单元的高速光耦提供工作电源。通讯接口单元通过通讯电源隔离电路与供电单元连接，13个直流电压采样单元、直流电流采样单元和交流电流采样单元均通过采样电源隔离电路与供电单元连接，中央处理单元、无线模块和显示器与供电单元连接。其中，通讯电源隔离电路用于为CAN总线、485总线和USB接口等接口电路提供隔离电源；采样电源隔离电路用于采样信号的电源隔离。
其中，13个直流电压采样单元用于检测真空断路器直流操作控制的主触头及12路辅助触头的电压，则13个直流电压采样单元分别与真空断路器直流操作控制的主触头及12路辅助触头连接。
其中，直流电流采样单元用于检测真空断路器的合闸电流，直流电流采样单元包括直流电流隔离采样电路和霍尔传感器，霍尔传感器采用穿心方式套装在真空断路器直流操作控制电路主回路上，霍尔传感器通过直流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
其中，交流电流采样单元用于检测真空断路器的真空泡的泄露电流，交流电流采样单元包括电流互感器和交流电流隔离采样电路，电流互感器采用穿心方式套装在与真空断路器串接的高压互感器的二次测量回路上，电流互感器通过交流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
其中，无线模块用于采用无线的形式与上位机进行信息交互，具体可以是GPRS无线模块。
其中，通讯接口单元用于采用有线的形式与上位机或U盘等进行对外信息交互。具体可以采用多种方式实现，如CAN总线、485总线和USB接口等。具体地，通讯接口单元包括CAN总线、485总线和USB接口等，均由光耦与相应的驱动芯片组成，其中CAN总线、485总线和USB接口均连接在中央处理单元上，并由电源模块供电，CAN总线与485总线的输出端与上位机相连。
其中，显示器用于显示真空断路器的运行状态和保存中央处理单元采样并处理后的数据。具体地，显示器为触屏显示器，其上带有蜂鸣器和存储器（32MFlash），可让机务工作人员能实时以“视觉+声音”的方式掌握机车真空断路器的运行状态。当然，本专利也可以另外单独设置声音报警单元和存储器。
在本实用新型实施例的另一实现方式中，该系统还包括声音报警单元，声音报警单元与中央处理单元连接。用于发出声音提示真空断路器的状态，具体可以是蜂鸣器或者喇叭。
在本实用新型实施例的另一实现方式中，该系统还包括存储单元，存储单元与中央处理单元连接。另外，也可以为中央处理单元自带的存储单元。
该系统能实时反映真空断路器的运行状态，在设备运行异常时能发出声光报警，提示机务人员及时采取应对措施，这样就可以将安全事故处理在萌芽状态，杜绝因真空断路器故障而引发的行车事故。
实施例2
参见图2，本实用新型实施例提供了一种真空断路器车载智能诊断系统，该系统包括中央处理单元、通讯隔离接口单元、通讯电源隔离电路、供电单元、7寸高温显示屏、GPRS无线模块、采样电源隔离电路、13路直流电压隔离采样电路、1路直流电流隔离采样电路、1路交流电流隔离采样电路、电流互感器和霍尔传感器等。其中，电流互感器采用穿心方式套装在与真空断路器串接的高压互感器的二次测测量回路上；霍尔传感器采用穿心方式套装在真空断路器操作直流控制电路主回路上；13路直流电压隔离采样电路分别连接直流操作控制的主触头及12路辅助触头连接。电流互感器输出端经交流电流隔离采样电路与中央处理单元输入端相连；霍尔传感器输出端经直流电流隔离采样电路与中央处理单元输入端相连；13路电压信号经13路直流电压隔离采样电路与中央处理单元输入端相连。供电单元与中央处理单元、GPRS无线模块和7寸高温显示屏（图显示部分连接）相连，同时经采样电源隔离电路与15路隔离采样电路（13路直流电压隔离采样电路、1路直流电流隔离采样电路、1路交流电流隔离采样电路）中的线性光耦的输入电源端相连，同时经通讯电源隔离电路与通讯隔离接口单元中的高速光耦输出电源端相连。GPRS无线模块、通讯隔离接口单元与7寸显示屏与中央处理单元相连。
其中，电流互感器采用穿心方式套装在与真空断路器串接的高压互感器的二次测量回路上，电流互感器经交流电流隔离采样电路与中央处理单元相连，实现中央处理单元对真空断路器的真空泡泄露电流的监测；其中，参见图3，交流电流隔离采样电路由前置整流电路、线性光耦隔离电路以及差分放大电路组成。
其中，霍尔传感器采用穿心方式套装在真空断路器直流操作控制电路主回路上，霍尔传感器输出端经直流电流隔离采样电路与中央处理单元相连，实现中央处理单元对真空断路器的合闸电流监测；其中，参见图4，直流电流隔离采样电路由分压电路、线性光耦隔离电路以及差分放大电路组成。
其中，13路直流电压隔离采样电路的输入端分别与真空断路器直流操作控制的主触头及12路辅助触头连接。，其输出端与中央处理单元相连，实现中央处理单元对真空断路器的主触头电压和12路辅助触头电压的监测；其中，参见图5，直流电压隔离采样电路由分压电路、线性光耦隔离电路以及差分放大电路组成。
其中，供电单元供电输入端与真空断路器供电系统相连，输出端与中央处理单元、7寸高温显示屏和GPRS无线模块相连，同时输出端经采样电源隔离电路与15路隔离采样电路相连，实现采样信号的电源隔离；同时其输出端经通讯电源隔离电路与通讯隔离接口单元相连，实现通讯与外部系统的电源隔离。
其中，通讯隔离接口单元主要包括CAN总线、485总线和USB接口，均由光耦与相应的驱动芯片组成，其中CAN总线与485总线的输出端均与上位机相连；USB接口与U盘相连，用于数据导出，通过PC机查看导出数据。通讯电源隔离电路为各单元供电。
其中，7寸显示屏通过max232驱动电路与中央处理单元相连，用于显示真空断路器的运行状态和保存中央处理单元采样并处理后的数据，内部拥有蜂鸣器，可让机务工作人员能实时以“视觉+声音”的方式掌握机车真空断路器的运行状态。
在系统中，中央处理单元通过采样真空断路器的主触点电压、12路常开常闭辅助触头电压、主电流以及真空泡泄露电流来判断真空断路器直流操作电压Ukz、操作电流Ikz的幅值及响应时间，辅助联锁闭合、断开的响应时间及对应电压，真空管动、静触头开断时的泄露电流Ijt等参数，达到监测了真空断路器的合闸、分闸响应时间及速度和真空管的真空度等多个性能指标和参数的目的。即实现13路110V电压检测，1路0-5A直流电流检测、1路0-5mA交流电流检测。并以真空断路器的多个正常性能指标参数为依据，论断真空断路器的运行工作状态；提供客户操作查询和转储等等功能，通过大量采集的历史数据分析，科学预测真空断路器运行工作状态的稳定趋势。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，包括中央处理单元、电源模块、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元，所述中央处理单元与13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接，所述电源模块与中央处理单元、13个直流电压采样单元、直流电流采样单元、交流电流采样单元、无线模块、显示器和通讯接口单元连接。
2. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述直流电流采样单元包括直流电流隔离采样电路和霍尔传感器，所述霍尔传感器采用穿心方式套装在真空断路器直流操作控制电路主回路上，霍尔传感器通过直流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
3. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述交流电流采样单元包括电流互感器和交流电流隔离采样电路，所述电流互感器采用穿心方式套装在与真空断路器串接的高压互感器的二次测量回路上，所述电流互感器通过交流电流隔离采样电路与中央处理单元连接。
4. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述13个直流电压采样单元分别与真空断路器直流操作控制的主触头及12路辅助触头连接。
5. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述通讯接口单元包括CAN总线、485总线和USB接口，均由光耦与相应的驱动芯片组成，其中CAN总线与485总线的输出端与上位机相连。
6. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述电源模块包括供电单元、采样电源隔离电路和通讯电源隔离电路，所述通讯接口单元通过通讯电源隔离电路与供电单元连接，所述13个直流电压采样单元、直流电流采样单元和交流电流采样单元均通过采样电源隔离电路与供电单元连接，所述中央处理单元、无线模块和显示器与供电单元连接。
7. 根据权利要求1所述的真空断路器车载智能诊断系统，其特征在于，所述系统还包括声音报警单元，所述声音报警单元与中央处理单元连接。
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| CN113018705A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-25 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 一种用于质子放疗的手柄控制装置 |
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| CN113018705B (zh) * | 2021-03-16 | 2023-03-14 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 一种用于质子放疗的手柄控制装置 |
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