CN207352439U - 基于plc技术的灯丝报警检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，用于对轨道交通领域信号机的灯丝电流进行报警检测，该装置包括PLC、电流变送器和调度中心服务器，所述的电流变送器分别与PLC和信号机的点灯回路连接，所述的PLC与调度中心服务器连接。与现有技术相比，本实用新型具有可扩展性、通用性等优点。

Description

基于PLC技术的灯丝报警检测装置

技术领域

本实用新型涉及轨道交通信号领域，尤其是涉及一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置。

背景技术

在轨道交通中为保障列车能够安全平稳的运行，需要配置各种信号机和信号表示器，它们是信号系统中不可缺少的重要组成部分。LED色灯信号机具有能耗低，寿命长以及可靠性高的特点，正取代灯泡成为色灯信号机的主要元器件。LED信号机采用多个发光二极管和数十条支路并联工作的方式，常见的有5x12(5个发光二极管为一组，一共12组)。这种方式可以保障在个别发光二极管或者支路发生故障时也不会影响信号的正常显示。在轨道交通领域，为了保障信号机正常工作，往往要对信号机的灯丝电流进行监测，行业规定，正常点灯状态下，若信号机电流低于正常范围的70％且高于30％的时候，需要给出断丝报警提示，当电流低于正常范围的30％的时候需要做灭灯处理。目前市场上提供的都是成套的灯丝报警装置，占用空间大，接口有限，价格昂贵、使用不够灵活，且由于响应速度及精度的限制，大多数并不能提供信号机闪光模式下的报警检测。因此在实际使用过程中，需要对报警仪的型号进行选择，在实际安装使用过程中需要不断的调整和修正参数，不利于信号系统的集成及综合监控。

现有的灯丝报警仪产品在应用中以及技术上还存在以下一些问题：

1)可扩展性：现有的灯丝报警仪采用的大都是机箱加扩展采集板卡的方式，由于机箱的尺寸是固定的，往往会占用大量的机柜空间，另外扩展的采集板卡，每块都具有八通道的电流采集，不支持单通道电流采集的扩展，在信号机数目较少的情况下，造成大量的电子元器件浪费。

2)通用性：目前轨道交通信号机的数量及种类较多，对于信号机亮灯状态下电流检测的实时性，精确性要求越来越高，提供通用的灯丝报警检测装置十分必要。

3)可追溯性：传统的灯丝报警仪发生故障时，很难检测到故障发生原因和时间，必须灯丝报警仪厂商去现场等待问题复现再进行排查，缺少实时的记录功能。

4)闪光检测：传统的灯丝报警仪大多无法提供对短暂闪烁工作状态下的灯丝断丝检测，且检测延时大，即使可以检测也需要采集长达10个闪烁周期以上的数据才能给出报警信息。

5)易开发性：传统的灯丝报警仪需要开发额外的串口或者网口模块进行数据的传送，数据的转换增加了系统的不稳定性，限制了采样频率的提高。

经过检索，中国专利公开号为CN101316467B公开了一种适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路，包括点灯控制部分、故障检测部分、电源部分及分别由所述三部分所构成的LED主光源回路和LED副光源回路。点灯变压器次级并联一点灯变压器电流匹配器，使点灯变压器初级电流值达到灯丝继电器正常工作的额定范围。电路采用恒流供电，以消除电压波动对LED回路电流值的影响。采用电流检测芯片和电流采样电阻并联组成检测单元、串联在LED主光源回路中，并且将LED主光源正极作为电压检测点。当主回路发生开路或短路时，检测电路的输出值也随之变化并控制比较器的输出状态，进而控制回路中的开关MOS管的开或关，从而实现主副光源的转换及故障报警。在铁路信号灯改用LED时，无需变动现有的电路器材，确保了信号联锁电路的可靠性。但该电路只能在发生故障后检测不能预检，也不能满足通用性要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，用于对轨道交通领域信号机的灯丝电流进行报警检测，该装置包括PLC、电流变送器和调度中心服务器，所述的电流变送器分别与PLC和信号机的点灯回路连接，所述的PLC与调度中心服务器连接。

优选地，所述的PLC包括串口通讯模块、点灯DO模块、状态回采DI模块、CPU模块和模拟量采集AI模块，所述的串口通讯模块、点灯DO模块、状态回采DI模块和模拟量采集AI模块通过Profibus分别与CPU模块连接，所述的电流变送器与PLC的模拟量采集AI模块连接。

优选地，所述的CPU模块分别通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

优选地，所述的点灯DO模块为SM1226数字量输出模块，所述的点灯DO模块的输出接到继电器的线圈上，所述的继电器的触点开关控制接通或者是断开点灯回路。

优选地，所述的状态回采DI模块包括回采继电器和回采DI单元，其中回采DI单元为SM1226数字量输入模块；

所述的回采继电器线圈并接在信号机两端，所述的回采继电器触点开关接在回采DI单元上。

优选地，所述的模拟量采集AI模块为SM1231AI8模拟量采集模块，所述的模拟量采集AI模块共有八个输入通道。

优选地，所述的电流变送器与点灯回路的连接方式为电流变送器串接在信号机的点灯回路中。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、可扩展性：PLC型灯丝报警装置，组成的基本单元为PLC模块，故可以扩展增加不同功能的其他模块，如模拟量检测模块、串口模块、网络模块、IO模块等，可以适应对不同信号机电流检测的需求，方便将检测数据实时的传输到控制中心，进行集中化管理；

2、支持闪光状态下的检测：与传统灯丝报警仪相比，该装置可以提供信号机在1Hz甚至更高频率闪烁模式下的灯丝电流准确检测，可以有效的解决在点灯时间短，电流变化大的情况下电流检测难题；

3、高精度与高动态性：PLC模拟量采集模块具有分辨率高，扫描速度快的特点，可以提高专用信号机灯丝电流检测的精度和实时性，做到故障早排除；

4、可追溯性：PLC可对所有处理的数据进行记录，因此当出现灯丝断丝报警时，通过日志追溯灯丝电流的历史状态，便于问题的准确定位；

5、安装维护便捷：该装置采用PLC模块与电流变送器相结合的电流检测方案，具有体积小、集成度高、可以根据信号机灯位数目进行定制化配置的特点，另外由于控制器是对灯丝电流模拟量进行直接的监测，因此接口简单，易于维护。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构示意图。

其中1为路口专用信号机，2为机柜，3为调度中心服务器，21为PLC，22为电流变送器，211为模拟量采集AI模块，212为状态回采DI模块，213为点灯DO模块，214为CPU模块，215为串口通讯模块，2121为状态回采DI模块的继电器，2131为点灯DO模块的继电器。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，用于对轨道交通领域的信号机的灯丝电流进行报警检测，该装置包括PLC 21和电流变送器22，所述的电流变送器22连接点灯回路和PLC 21，所述的电流变送器22将检测到的点灯回路的电流转换并输送给PLC21，所述的PLC 21经过计算判断将检测结果传给调度中心服务器3。

所述的PLC 21包括串口通讯模块215、点灯DO模块213、状态回采DI模块212、CPU模块214和模拟量采集AI模块211，所述的各模块通过Profibus与CPU模块214进行数据交换，所述的电流变送器22将信号机的电流转换并输送给PLC21的模拟量采集AI模块211。

所述的CPU模块214为一个集成了控制器、运算器和寄存器的芯片。输入状态和输入信息从输入接口输进，所述的CPU模块214将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器，所述的CPU模块214把数据和程序有机地结合在一起，所述的CPU模块214把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口并控制外部驱动器。

所述的点灯DO模块213为SM1226数字量输出模块，所述的点灯DO模块213的输出接到继电器2131的线圈上，所述的继电器2131的触点开关控制接通或者是断开点灯回路。

所述的状态回采DI模块212为SM1226数字量输入模块，所述的状态回采DI模块212用来采集信号机1开关状态。所述的回采继电器2121的线圈并接在信号机1两端，所述的触点开关接在DI模块212上，当信号机1点亮时，所述的回采继电器2121吸起，所述的触点开关闭合，DI模块212采集到高电平，当信号机1灭灯时，所述的回采继电器2121落下，所述的触点开关触点打开，DI模块212采集到低电平。

所述的模拟量采集AI模块211为SM1231AI8模拟量采集模块，所述的模拟量采集AI模块211共有八个输入通道。所述的模拟量采集AI模块211将电流变送器22输送的模拟量电流通过AD转换成整型变量传输给CPU模块214。

所述的模拟量采集AI模块211具有异常输入保护功能，包括下溢报警和溢出报警，当输入的测量电流不在选定的电流范围之间时，模块的诊断检测灯会闪光报警，并将该报警状态通过总线传输给CPU模块214。

所述的电流变送器22与点灯回路的连接方式为电流变送器22串接在信号机1的点灯回路中。

所述的电流变送器22的型号根据被检测信号机1的数目和型号确定。

所述的电流变送器22的电流转换为0-200mA的信号机1交流电流转化成0-20mA的直流电流。

所述的电流变送器22具有限流保护功能，当输入电流超过额定范围时，所述的电流变送器22的输出电流最大不超过一个规定值，从而达到保护PLC模拟量采集AI模块211的目的。

所述的电流变送器22具有损坏通路保护功能，当所述的电流变送器22击穿或损坏不会导致电路断路，从而保证系统点灯功能与灯丝报警检测功能的独立性。

所述的PLC 21的计算为将电流变送器22输入的数字量归一化到0～1之间，然后再根据电流变送器22的量程将其进行标定，得出实际的信号机1灯丝电流。

所述的判断为PLC 21判断输出点灯命令状态以及输入点灯回采状态，确定灯丝报警检测的时机。

其中专业术语解释

OLC：Optimize Level-crossing Control subsystem，平交路口信号优先子系统

DMS：Dispatching Management System，中心调度管理系统

PLC：Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器

AD：Analog to Digit，模拟信号转换为数字信号

DI：Digital Input，数字量输入

DO:Digital Output，数字量输出

AI：Analog Input，模拟量输入。

传统的灯丝报警装置是独立于信号系统存在的，往往体积较大，可扩展性及可靠性差，而且需要额外的通信接口接入信号系统中，集成度低，成本高。本装置充分利用既有平交路口信号优先子系统中的PLC设备，加入电流变送器以及PLC模拟量采集模块实现对路口专用信号机中电流的精确检测。首先该装置安装简单、成本低廉，可以实现基于信号机灯位数目的定制化扩展；其次该装置具有较高的采样频率与采样精度，结合信号机状态回采机制，可以解决传统灯丝报警仪无法在闪光模式下检测灯丝断丝的难题；最后该装置与平交路口信号优先子系统使用同一套PLC控制平台，可以实现灯丝断丝报警装置与路口优先子系统的无缝衔接，方便将其纳入到路口优先子系统中进行管理，实现检测参数的远程配置与智能化管理。

基于PLC技术，本实用新型提供了一种面向有轨电车领域的平交路口专用信号机报警监测装置，包括特性：

1)设计集成度高，该灯丝报警设备设计装置结构简单，集成度高，安装方便可靠，实现与有轨电车路口优先子系统的无缝连接；

2)具有灵活扩展性，可以根据信号灯数量进行精确配置，在节省大量空间的同时也节省了大量的成本；

3)可至少支持4路的LED电流的在线检测，检测分辨率高达13位，达到微安级μA电流变化的检测；

4)PLC型灯丝报警装置可以做各种日志和记录，有着丰富的上位机软件可对路口专用信号机的报警信息做出原因判断和故障追溯；

5)支持多种类型的专用信号机，可以根据信号灯中LED灯组数目的不同远程设置报警阈值，提高该装置的适用范围；

6)提供了串口、网口等多种兼容性接口，可以将报警信息实时上传到中心调动管理系统中，方便进行全线信号机的综合管理；

7)扫描周期短，采样频率高，可以实现瞬时变化电流值的检测，提供闪灯模式下的灯丝断丝检测功能；

8)对模拟量电流的采集，提供从弱到强的均值滤波，能有效抑制LED点灯瞬间的电流冲击，提高检测的精度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，用于对轨道交通领域信号机的灯丝电流进行报警检测，其特征在于：该装置包括PLC、电流变送器和调度中心服务器，所述的电流变送器分别与PLC和信号机的点灯回路连接，所述的PLC与调度中心服务器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的PLC包括串口通讯模块、点灯DO模块、状态回采DI模块、CPU模块和模拟量采集AI模块，所述的串口通讯模块、点灯DO模块、状态回采DI模块和模拟量采集AI模块通过Profibus分别与CPU模块连接，所述的电流变送器与PLC的模拟量采集AI模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的CPU模块分别通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的点灯DO模块为SM1226数字量输出模块，所述的点灯DO模块的输出接到继电器的线圈上，所述的继电器的触点开关控制接通或者是断开点灯回路。

5.根据权利要求2所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的状态回采DI模块包括回采继电器和回采DI单元，其中回采DI单元为SM1226数字量输入模块；

所述的回采继电器线圈并接在信号机两端，所述的回采继电器触点开关接在回采DI单元上。

6.根据权利要求2所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的模拟量采集AI模块为SM1231AI8模拟量采集模块，所述的模拟量采集AI模块共有八个输入通道。

7.根据权利要求1所述的一种基于PLC技术的灯丝报警检测装置，其特征在于：所述的电流变送器与点灯回路的连接方式为电流变送器串接在信号机的点灯回路中。