CN211236011U - 一种智能轨道交通直流变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能轨道交通直流变送器，适用于轨道交通技术领域，包括传送器和接收器，所述传送器包括电源模块、采集模块、第一主控芯片和光纤，电源模块用于为传送器供电，采集模块用于采集供电轨输入的电压电流信号，第一主控芯片分别与采集模块和光纤连接，用于对电压电流信号进行校验和数据处理，并将处理后的数据信号通过光纤传输至接收器；所述接收器包括主板和信号板，主板与光纤连接，用于对接收的数据信号进行校验判断和数据处理，信号板与主板连接，用于将校验判断和数据处理后的数据信号转化为标准的电流信号并输出，该变送器具有电气隔离效果好、数据传输稳定等优点。

Description

一种智能轨道交通直流变送器

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种智能轨道交通直流变送器。

背景技术

轨道交通直流变送器主要用于采集轨道上的电压电流信号，并将采集到的电压电流信号以标准的直流模拟信号传输至后端的保护装置或测控元件等。轨道交通直流变送器是轨道交通牵引系统中的基本、必备的器件，轨道交通直流变送器的性能直接决定了整个轨道交通直流牵引系统的安全、稳定。

目前市场上出现的轨道交通直流变送器基本上是国外厂商生产的，而国外的轨道交通直流变送器生产成本高，且售后维护繁琐，给轨道交通直流牵引系统的建设造成了很大的成本负担。而且，目前国内厂家生产的轨道交通直流变送器在隔离特性、响应特性以及数据传输稳定性等方面的性能不理想。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种智能轨道交通直流变送器，以使该轨道交通直流变送器满足电气隔离特性、数据传输稳定性等需求。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种智能轨道交通直流变送器包括传送器和接收器，所述传送器包括电源模块、采集模块、第一主控芯片和光纤，所述电源模块用于为传送器供电，所述采集模块用于采集供电轨输入的电压电流信号，所述第一主控芯片分别与采集模块和光纤连接，用于对电压电流信号进行校验和数据处理，并将处理后的数据信号通过光纤传输至接收器；所述接收器包括主板和信号板，所述主板与光纤连接，用于对接收的数据信号进行校验判断和数据处理，所述信号板与主板连接，用于将校验判断和数据处理后的数据信号转化为标准的电流信号并输出。

本实用新型中，所述传送器中的采集模块采集供电轨输入的电压电流信号，并将采集的电压电流信号输入第一主控芯片，第一主控芯片对电压电流信号进行校验和数据等处理，生成数据信号，然后将数据信号通过光纤传输至接收器。所述接收器接收到光纤传送的数据信号后，通过主板对所述数据信号进行校验判断和数据等处理，并将处理后的数据信号输入信号板，信号板再将该处理后的数据信号转化为标准的直流模拟信号并输出至后端的保护装置或测控元件等。

所述传送器处于高压侧，接收器处于低压侧，采用光纤将所述传送器与接收器进行连接，从而通过光电隔离的方式隔离了传送器与接收器(即高压与低压间)的电气干扰，确保了传送送与接收器的隔离特性。优选地，所述电源模块利用高压隔离的变压器，以提高传送器与电源模块间的电气隔离，并增强传送器的耐压能力。

此外，所述传送器中的第一主控芯片对电压电流信号进行校验和数据处理，并将校验后的结果和电压电流信号生成数据信号发给接收器，接收器根据接收的数据信号先进行校验，再将该校验后的结果与第一主控芯片校验后的结果进行比较，若这两种校验结果相同，则表示该数据信号正常，进而可以将该数据信号经信号板处理后输出；若这两种校验结果不同，则摒弃该数据信号，由此确保数据传输的稳定性。

优选地，所述采集模块设有多路采集通道，其中包括至少一路电压采集通道和至少两路电流采集通道；所述供电轨分别与电压采集通道和电流采集通道连接，且供电轨与电流采集通道之间设有分流器。

本实用新型中，电流信号通过所述供电轨上的分流器分流成多路，分流后的电流信号通过多路电流采集通道介接入采集模块；而电压信号则通过所述供电轨上的电压采集通道接入采集模块。采用多路采集通道进行采样，从而接收器能够根据多路采样数据，将数据转化为各种类型标准的直流模拟信号，进而使得变送器能够输出多种标准的直流模拟信号。

进一步优选地，所述智能轨道交通直流变送器还包括分流器断线检测电路，用于对分流器的断电状况进行检测。

电流信号输入端增设分流器断线检测电路，当分流器未接入或者断线时可进行报警，从而使该变送器在使用上更加明了、便捷。

优选地，所述智能轨道交通直流变送器还包括设于采集模块和供电轨之间的信号调理模块，用于将供电轨输入的电压电流信号的模拟量调理成电气量。

优选地，所述传送器与接收器之间的数据信号采用串行传输模式。

数据信号采用串行传输模式，即采集模块一开始采样就准备传输，并将采集的电压电流信号做校验，校验后的结果和采集的电压电流信号经数据处理后一起发给接收器，利用该模式避免了因采集的电压电流信号过大而造成响应时间过长，也防止了因光纤扰动造成的数据信号紊乱现象的产生，提高了该变送器的采样效率，确保了数据信号的稳定传输。

优选地，所述主板包括光纤接口、主控芯片模块、DA(Digital-to-Analog，数字/模拟转换)转换电路和指示灯，所述光纤接口分别与光纤和主控芯片模块连接，DA转换电路和指示灯均与主控芯片模块连接。

数据信号通过光纤接口传输至主控芯片模块，主控芯片模块对接收的数据信号进行校验判断，若判断结果显示数据信号正常，则开启指示灯，并将数据信号进行数据处理后传输至DA转换电路，DA转换电路将该处理后的数据信号转换为模拟信号后下发给信号板，进而信号板将模拟信号转化为标准的直流模拟信号。优选为采用TL081ID作DA转换电路输出缓冲芯片，以方便调零。

进一步优选地，所述主控芯片模块包括CPU板和第二主控芯片，所述 CPU板与指示灯和第二主控芯片连接。

通过光纤接口输入的数据信号被CPU板接收，CPU板将数据信号进行校验判断后，传输至第二主控芯片，由第二主控芯片根据CPU板传输的数据信号判断当前变送器所处的工作状态，以供操作人员判断当前工作是否正常，若当前工作显示正常，则将数据处理后的数据信号传输至DA转换电路，以将其转换为模拟信号。

更进一步优选地，所述智能轨道交通直流变送器还设有与所述CPU板连接的上电掉电检测电路，用于对变送器的上电掉电状况进行检测。

设置上电掉电检测电路来实时监测变送器的上电掉电状况，以防止变送器在上电或掉电过程中DA转换电路的异常输出。

优选地，所述信号板包括电源网络和VI(电压-电流)变换电路，所述电源网络用于为所述接收器供电，所述VI变换电路与主板连接，且VI变换电路内设有可调电阻。

DA转换电路转换的模拟信号下发至VI变换电路，由VI变换电路将模拟信号转化为标准的直流模拟信号，以供后端的保护装置或测控元件的使用。其中，在VI变换电路中加入可调电阻，以校准输出的放大增益，提高输出精度。

进一步优选地，所述第一主控芯片采用复杂可编程逻辑器件芯片；所述第二主控芯片采用复杂可编程逻辑器件芯片和STM32芯片。

与现有技术相比，本实用新型实施例包括以下优点：

1、采用光纤将所述传送器与接收器进行连接，从而通过光电隔离的方式隔离了传送器与接收器的电气干扰，确保了传送送与接收器的隔离特性。

2、本实用新型利用第一主控芯片对电压电流信号进行校验，并利用主板对传输的数据信号进行校验判断，能够避免因光纤误动造成的数据紊乱，从而确保数据传输的稳定性。

3、采用多路采集通道进行采样，从而接收器能够根据多路采样数据，将数据转化为各种类型标准的直流模拟信号，进而使得变送器能够输出多种标准的直流模拟信号。

4、数据信号采用串行传输模式，从而避免因采集的电压电流信号过大造成响应时间过长，提高了该变送器的采样效率。

5、设置上电掉电检测电路来实时监测变送器的上电掉电状况，以防止变送器在上电或掉电过程中DA转换电路的异常输出。

6、在VI变换电路中加入可调电阻，以校准输出的放大增益，提高输出精度。

附图说明

图1是本实用新型的一种光电隔离方案的示意图。

图2是本实用新型的一种发送器的硬件框图。

图3是本实用新型的一种发送器接口的示意图。

图4是本实用新型的一种第一主控芯片的逻辑流程图。

图5是本实用新型的一种接收器的连接示意图。

图6是本实用新型的一种接收器的硬件框图。

图7是本实用新型的一种接收器接口的示意图。

图8是本实用新型的一种第二主控芯片的逻辑流程图。

图9是本实用新型的一种CPU板的软件架构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例

本实用新型的一种智能轨道交通直流变送器，参照图1-4，包括传送器和接收器，所述传送器包括电源模块(也可称为电源网络)、采集模块(如 ADC(Analog-to-digitalconverter，模拟数字转换器)芯片)、第一主控芯片 (如CPLD(Complex ProgrammableLogic Device，复杂可编程逻辑器件)、 FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片等)和光纤，所述电源模块用于为传送器供电，所述采集模块用于采集供电轨输入的电压电流信号，所述第一主控芯片分别与采集模块和光纤连接，用于对电压电流信号进行校验和数据处理，并将处理后的数据信号通过光纤传输至接收器，以使接收器对数据信号进行校验判断和数据等处理，并将处理后的数据信号转化为标准的直流模拟信号。

本实用新型的一种示例中，所述电源模块可以采用高隔离电压的变压器来提高发送器与电源模块间的电气隔离，从而增强发送器的耐压能力。所述电源模块的高压隔离的变压器可将直流DC20V-100V通过变压器转换为±5V、3.3V等，为所述传送器中各模块供电。所述电源模块还可以与电源指示灯连接，以便操作人员能确定电源输出状态。

本实用新型的一种示例中，所述第一主控芯片可以采用AlTERA公司的EPM240T100I5 CPLD芯片；第一主控芯片也可采用FPGA，利用FPGA器件处理速度快的特性来提高采样的实时性，第一主控芯片还可以采用其他芯片，本实用新型实施例对此不进行限制。

其中，所述采集模块可以设置多路采集通道，其中包括至少一路电压采集通道和至少两路电流采集通道；所述供电轨和负极轨均与传送器连接，进行电压输入，以形成电压采集通道，所述供电轨经分流器分流后与传送器连接，进行电流输入，以形成至少两路电流采集通道。

本实用新型的一种示例中，所述采集模块设有三个ADC芯片，对应形成三路采集通道，其中包括一路电压采样通道和两路电流采样通道，第一主控芯片通过控制三个ADC芯片来完成电压电流信号的采集，ADC芯片采集的电压电流信号通过第一主控芯片进行处理。其中，所述ADC芯片可以为 TI公司的ADS8866，可也为其他ADC芯片，本实用新型实施例对此不限制。所述三个ADC芯片可通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口) 与CPLD芯片进行通信。

其中，所述智能轨道交通直流变送器还可在采集模块和供电轨之间设置信号调理模块，用于将供电轨输入的电压电流信号的模拟量调理成适合采集模块(如ADC芯片)的电气量。

其中，电流输入端可增设分流器断线检测电路，以对分流器的断电状况进行检测，可通过软件投退该功能，也可通过软件投入该功能，若投入该功能，当检测到分流器未接入或者断线时可进行报警，从而使该变送器在使用上更加明了、便捷。

本实用新型的一种示例中，传送器端的工作过程为：电源网络开启，使电源指示灯亮，以为所述传送器供电，然后，从供电轨和负极轨输入的电压，以及从供电轨经分流器输入的电流，形成电压电流信号并接入信号调理模块，电压电流信号经信号调理模块后，被调理成电气量形式并接入三路ADC 芯片，CPLD芯片控制ADC芯片采集所述电压电流信号，并对所述电压电流信号进行校验(如发奇偶校验、CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验等)和数据等处理，其中，CPLD芯片对所述电压电流信号的校验和数据处理的具体步骤如图4所示；处理后生成数据信号，然后将数据信号通过光纤接口传输至接收器。

参照图5-9，所述接收器包括主板和信号板，所述主板与光纤连接，用于对接收的数据信号进行校验判断和数据处理，所述信号板与主板连接，用于将校验判断和数据处理后的数据信号转化为标准的电流信号(如±20mA 或4-20mA等标准的直流模拟信号)并输出至上位机、后台、保护装置等，以供使用。

其中，所述传送器与接收器之间的数据信号采用串行传输模式。利用该模式避免了因采集的电压电流信号过大而造成响应时间过长，从而提高了该变送器的采样效率。

其中，所述主板包括光纤接口、主控芯片模块、DA转换电路(如DAC (Digital toanalog converter，数字模拟转换器))和指示灯(如LED指示灯)，所述光纤接口分别与光纤和主控芯片模块连接，DA转换电路和指示灯均与主控芯片模块连接。进一步地，所述主控芯片模块包括CPU板和第二主控芯片(如CPLD、FPGA芯片等)，所述CPU板与指示灯和第二主控芯片连接。更进一步地，所述智能轨道交通直流变送器还设有与所述CPU板连接的上电掉电检测电路，用于对变送器的上电掉电状况进行检测。

本实用新型的一种示例中，所述主板可采用MAX809位复位芯片与 NLAST4599模拟开关芯片，有效防止在上电与掉电过程中变送器的异常输出。所述第二主控芯片可为CPLD+STM32芯片。例如，可采用AlTERA公司的EPM240T100I5 CPLD芯片和ST公司的STM32F103C8T6，CPLD芯片根据接收的数据信号可先做校验(如奇偶校验、CRC校验等)，再将校验后的结果与传送器传输的校验结果做比较，若两种校验结果相同，则表示该数据正常，再将校验后的数据信号进行数据处理后传给DAC和STM32(参考图8为CPLD芯片的校验判断的具体流程)。其中，CPLD芯片主要做数据处理的作用，即对光纤传来的数据信号做校验判断后下发给DAC芯片和STM32芯片，而STM32芯片可根据CPLD芯片传输的数据信号点亮相应的 LED指示灯(如LED指示灯X6)和操作相关继电器来判断当前变送器所处的工作状态，同时STM32可外接485接口通过上位机观察当前传输的数据。而DAC可将CPLD芯片传输的数据信号转换为模拟信号后下发给信号板，进而信号板将模拟信号转化为标准的直流模拟信号。优选为采用TL081ID作 DAC输出缓冲芯片，以方便调零。

其中，所述信号板可包括电源网络和VI变换电路，所述电源网络用于为所述接收器供电，所述VI变换电路与主板连接，且VI变换电路内设有可调电阻。由VI变换电路将模拟信号转化为标准的直流模拟信号，以供后端的保护装置或测控元件的使用。其中，在VI变换电路中加入可调电阻，以校准输出的放大增益，提高输出精度。

本实用新型的一种示例中，所述电源网络可以将DC40V-140V转化为 DC15V、5V，以供信号板和主板工作。

本实用新型的一种示例中，所述VI变换电路可以包括信号调理模块、继电器和485接口(如RS485接口)。主要将DAC输出的模拟信号经信号调理模块转换为标准的直流模拟信号，并将该标准的直流模拟信号通过485 接口、模拟量输出通道、继电器输出等传达到上位机、后台、保护装置等，同时也可以和其他信息接收进行数据交换。

本实用新型的一种示例中，保护软件采用层次性的软件结构及可编程技术保证了装置的优异性能。

本实用新型的一种示例中，参考图9，所述CPU板的主程序可采用典型的层次软件架构，分为三层，各层向上提供统一的接口函数，以提供清晰的模块化设计思想。最底层为硬件环境，通过硬件驱动层(如硬件驱动层可包括通信、FPGA、继电器、STM3 2F 103X固件库、及其他辅助函数等)进行描述。第二层为中间层，该中间层实现基本模块，可进行定值管理，可对外提供api接口(Application Programming Interface，应用程序接口)函数。第三层为应用层(如应用层可包括告警、Modbus规约、维护规约等)，该应用层可使用下层的api接口函数实现报警，开关量输出等。所述CPU板的主程序采用层次软件架构和面向对象的编程思想，可吸收嵌入式操作系统的任务调度的优点，在保护程序中合理调度任务与保护任务，实现对装置故障的快速响应。相应地，可通过上述主程序在变送器上设置分流器断线报警、光纤故障报警、欠压报警、过流报警、485通信等功能部件，从而使得变送器在使用上更加明了、便捷。此外，由于所述变送器合理规划利用板件空间，所以，该变送器还具有外观轻巧、简洁等优点。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

以上对本实用新型所提供的一种智能轨道交通直流变送器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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 (10)

1.一种智能轨道交通直流变送器，包括传送器和接收器，其特征在于，所述传送器包括电源模块、采集模块、第一主控芯片和光纤，所述电源模块用于为传送器供电，所述采集模块用于采集供电轨输入的电压电流信号，所述第一主控芯片分别与采集模块和光纤连接，用于对电压电流信号进行校验和数据处理，并将处理后的数据信号通过光纤传输至接收器；

所述接收器包括主板和信号板，所述主板与光纤连接，用于对接收的数据信号进行校验判断和数据处理，所述信号板与主板连接，用于将校验判断和数据处理后的数据信号转化为标准的直流模拟信号并输出。

2.根据权利要求1所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述采集模块设有多路采集通道，其中包括至少一路电压采集通道和至少两路电流采集通道；所述供电轨分别与电压采集通道和电流采集通道连接，且供电轨与电流采集通道之间设有分流器。

3.根据权利要求2所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，还包括分流器断线检测电路，用于对分流器的断电状况进行检测。

4.根据权利要求1所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，还包括设于采集模块和供电轨之间的信号调理模块，用于将供电轨输入的电压电流信号的模拟量调理成电气量。

5.根据权利要求1所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述传送器与接收器之间的数据信号采用串行传输模式。

6.根据权利要求1所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述主板包括光纤接口、主控芯片模块、DA转换电路和指示灯，所述光纤接口分别与光纤和主控芯片模块连接，DA转换电路和指示灯均与主控芯片模块连接。

7.根据权利要求6所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述主控芯片模块包括CPU板和第二主控芯片，所述CPU板与指示灯和第二主控芯片连接。

8.根据权利要求7所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，还设有与所述CPU板连接的上电掉电检测电路，用于对变送器的上电掉电状况进行检测。

9.根据权利要求1所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述信号板包括电源网络和VI变换电路，所述电源网络用于为所述接收器供电，所述VI变换电路与主板连接，且VI变换电路内设有可调电阻。

10.根据权利要求7所述的智能轨道交通直流变送器，其特征在于，所述第一主控芯片采用复杂可编程逻辑器件芯片；所述第二主控芯片采用复杂可编程逻辑器件芯片和STM32芯片。

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