CN211527694U - 接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，包括上位机系统和补偿装置运行检测系统；补偿装置运行检测系统通过无线通讯将现场检测到的数据传输给上位机系统。补偿装置运行检测系统由第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一激光反射板、第二激光反射板；第一张力传感器、第二张力传感器，以及封装电路盒组成；封装电路盒中安装有直流电源、电源输出控制电路、数据采集与传输电路。本实用新型不仅可以实现系统运行的低损耗，还可实现对补偿装置运行数据的监测与存储，可为补偿装置的异常预警的研究提供数据支持，而且可实现对补偿装置运行异常的报警，为现场的运维工作提供指导基础。

Description

接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统

技术领域

本实用新型涉及信号检测与报警技术领域，具体为一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统。

背景技术

接触网主要包括承力索和接触线，所以现有的接触网补偿装置一般包括承力索补偿装置和接触线补偿装置两部分。承力索补偿装置和接触线补偿装置均是通过在其补偿绳上连接一坠砣，而后将补偿绳连接在其补偿装置滑轮组的一端，滑轮组的另一端连接承力索或接触线，以增大承力索或接触线的张力，从而防止电力机车运行时接触网的过分抖动，造成电力机车受电弓向接触网取流的不稳定、电力机车受电弓越到接触线顶端等事故。

然而由于承力索或接触线在高温或寒冷环境下会产生热胀或冷缩现象，从而使得坠砣下落或上升。当坠砣下落过多时，将可能坠地，并与地面泥土等融为一体，导致接触网一直处于严重拉升状态，从而将可能拉断承力索或接触线；当坠砣上升过多时，则可能导致坠砣触坏补偿装置的滑轮组，导致补偿装置工作失效。

因此，为了防止坠砣上升至触及滑轮组或下降坠地，现场一般在坠砣上方和下放一定距离处分别安装上限制架与下限制架，以限制坠砣的运动空间。然而，当坠砣上升至触及上限制架时，上限制架将给其一向下的压力，从而导致补偿绳和接触网的张力增大，则可能导致接触网的承力索或接触线断开；当坠砣下降到触及下限制架时，下限制架将给坠砣一向上的支撑力，从而导致补偿绳和接触网的张力减小，影响电力机车受电弓取流的稳定性。因此，有必要对坠砣的运行距离及补偿绳张力进行检测，为现场工作人员对上限制架和下限制架的实时调整等运营维护工作提供指导，以保障接触网补偿装置的正常工作。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，其可实现对坠砣的运行距离及补偿绳张力的监测与异常报警，从而可为现场工作人员对上限制架和下限制架的实时调整等运营维护工作提供基础。技术方案如下：

一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，包括上位机系统和补偿装置运行检测系统；其中补偿装置运行检测系统包括第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器、第二张力传感器和封装电路盒；

第一激光测距传感器固定在与承力索补偿绳连接的第一坠砣的顶端，与第一激光测距传感器激光发射头正对的上限制架的底面上设置有第一激光反射板；

第二激光测距传感器固定在与接触线补偿绳连接的第二坠砣的顶端，与第二激光测距传感器激光发射头正对的上限制架的底面上设置有第二激光反射板；

第一张力传感器固定于承力索补偿绳上，位于上限制架的上方；第二张力传感器固定于接触线补偿绳上，位于上限制架的上方；

封装电路盒内设有数据采集与传输电路，用于接收第一激光测距传感器采集到的第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据，第二激光测距传感器采集到的第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据，第一张力传感器检测到的承力索补偿绳的张力数据，第二张力传感器检测到的接触线补偿绳的张力数据，并将上述数据发送至上位机系统；上位机系统根据各数据预设阈值进行分析，出现数据异常时发出警报。

进一步的，所述封装电路盒还设有电源输出控制电路和数据采集与传输电路；所述电源输出控制电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、NPN型的三极管Q1、PNP型的三极管Q2和电容C1；

所述数据采集与传输电路包括主控制器、模数转换模块以及无线通讯模块，定义主控制器的一I/O口为电源输出控制端口ZY_CTL，定义主控制器的一I/O口为无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL；

所述电阻R1的一端连接数据采集与检测电路中主控制器的电源输出控制端口ZY_CTL，另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接直流电源的负极端GND，三极管Q1的集电极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接后接直流电源的正极端，电阻R3的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接直流电源的正极端，三极管Q2的发射极连接电容C1的一端，电容C1的另一端接直流电源的负极端GND；定义三极管Q2的发射极连与电容C1的公共端为电源输出控制电路的输出端VCC_K；

所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器以及模数转换模块的输出端均与主控制器连接；第一激光测距传感器与第二激光测距传感器的电源供电中正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端均接直流电源的负极端GND；

第一张力传感器与第二张力传感器的输出端分别与模数转换模块的输入端连接；第一张力传感器与第二张力传感器中电源供电的正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端均接直流电源的负极端GND；

无线通讯模块中电源供电的正电位端与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端接直流电源的负极端GND，工作启动端口接主控制器的无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL；

主控制器中电源供电的正电位端接直流电源的正极端，主控制器中电源供电的负电位端接直流电源的负极端GND。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型可为实现对接触网补偿装置的运行监测与异常报警，为现场的运营维护工作提供基础：本实用新型能够监测分别与承力索补偿绳、接触线补偿绳连接的第一坠砣和第二坠砣与上限制架底面的距离，从而判断段第一坠砣或第二坠砣上移和下移距离是否超过上限值或低于下限值，并在超过上限值或低于下限值时实现相应的报警工作；并且本实用新型能够监测承力索补偿绳与接触线补偿绳的张力，从而判断其是否超过上限值或低于下限值，并在超过上限值或低于下限值时启动相应的报警工作。这可为现场调整上限制架与下限制架的位置等运营维护工作提供基础。

2）本实用新型可为异常预警的研究提供基础：本实用新型能够将监测到的数据储存于上位机系统中，以为对接触网补偿装置的异常预警的研究提供平台与数据支持。

3）本实用新型功率损耗低：通过主控制器的内部定时器实现主控制器的定期休眠与唤醒工作，并且只有在主控制器被唤醒后，主控制器才会控制电源输出控制电路输出3.3V电压给第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器、第二张力传感器、模数转换模块以及无线通讯模块供电。在主控制器休眠后，主控制器将处在低功耗运行模式下，而第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器、第二张力传感器、模数转换模块以及无线通讯模块均将处在断电模式下，这可保证系统运行的低损耗，并可减少对直流电源的充电或更换工作。

附图说明

图1为接触网补偿装置结构示意图及本实用新型的补偿装置运行检测系统安装结构示意图。

图2为本实用新型的补偿装置运行检测系统的电路连接示意图。

图中：1-第一激光测距传感器；2-第二激光测距传感器；3-第一激光反射板；4-第二激光反射板；5-第一张力传感器；6-第二张力传感器；7-封装电路盒；8-承力索补偿绳；9-第一坠砣；10-上限制架；11-接触线补偿绳；12-第二坠砣；13-支柱；14-承力索；15-接触线；16-承力索补偿装置的滑轮组；17-接触线补偿装置的滑轮组；18-第一双环杆；19-第二双环杆；20-下限制架；21-承锚角钢；22-线锚角钢；23-地面。

其中接触网补偿装置包括承力索补偿装置和接触线补偿装置，承力索补偿装置包括承力索补偿装置的滑轮组、承力索补偿绳、与承力索补偿绳连接的第一坠砣；接触线补偿装置包括接触线补偿装置的滑轮组、接触线补偿绳、与接触线补偿绳连接的第二坠砣；承力索补偿装置通过承锚角钢、第一双环杆拉紧固定于支柱和承力索之间，接触线补偿装置通过线锚角钢、第二双环杆拉紧固定于支柱和接触线之间，支柱固定于地面上。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，包括上位机系统和补偿装置运行检测系统；其中补偿装置运行检测系统由第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一激光反射板、第二激光反射板；第一张力传感器、第二张力传感器，以及封装电路盒组成；第一激光测距传感器固定在与承力索补偿绳连接的第一坠砣的顶端，第一激光反射板安装在上限制架的底面，第一激光测距传感器的第一激光发射头正对第一激光反射板的正中心；第二激光测距传感器固定在与接触线补偿绳连接的第二坠砣顶端，第二激光反射板安装在上限制架的底面，第二激光测距传感器的第二激光发射头正对第二激光反射板的正中心；第一张力传感器安装在承力索补偿绳上距上限制架40厘米的位置；第二张力传感器安装在接触线补偿绳上距上限制架40厘米的位置；封装电路盒安装在固定接触网补偿装置的支柱上；第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器第二张力传感器均通过密封的线缆与封装电路盒连接；其中上位机系统安装在室内。

如图2所示，封装电路盒中安装有3.3V直流电源、电源输出控制电路、数据采集与传输电路。

电源输出控制电路由阻值为1kΩ的电阻R1、阻值为10kΩ电阻R2、阻值为1kΩ的电阻R3、NPN型的三极管Q1、PNP型的三极管Q2、大小为30μF的电容C1组成。

数据采集与传输电路由主控制器、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器、第二张力传感器、模数转换模块以及无线通讯模块组成，定义主控制器的一I/O口为电源输出控制端口ZY_CTL，定义主控制器的一I/O口为无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL。

电源输出控制电路中，电阻R1的一端连接数据采集与检测电路中主控制器的电源输出控制端口ZY_CTL，另一端连接三极管Q1的基极、三极管Q1的发射极接3.3V直流电源的负极端GND，三极管Q1的集电极接电阻R2的一端、电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接后接3.3V直流电源的正极端V3.3，电阻R3的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接3.3V直流电源的正极端V3.3，三极管Q2的发射极连接电容C1的一端，电容C1的另一端接3.3V直流电源的负极端GND；定义三极管Q2的发射极与电容C1的公共端为电源输出控制电路的输出端VCC_K。

主控制器的内部定时器实现主控制器的定期休眠与唤醒的工作，主控制器的休眠与唤醒的工作方式为：在主控制器工作7分钟后开始休眠工作，在休眠30分钟后被唤醒。

数据采集与传输电路中，第一激光测距传感器、第二激光测距传感器以及模数转换模块的输出端均与主控制器连接；第一激光测距传感器与第二激光测距传感器的电源供电中正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，第一激光测距传感器与第二激光测距传感器中电源供电的负电位端均接3.3V直流电源的负极端GND；第一张力传感器与第二张力传感器中电源供电的正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，第一张力传感器与第二张力传感器中电源供电的负电位端均接3.3V直流电源的负极端GND；第一张力传感器与第二张力传感器的输出端分别与模数转换模块的输入端连接；无线通讯模块中电源供电的正电位端与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，无线通讯模块中电源供电的负电位端接3.3V直流电源的负极端GND，无线通讯模块的工作启动端口接主控制器的无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL；主控制器中电源供电的正电位端接3.3V直流电源的正极端V3.3，主控制器中电源供电的负电位端接3.3V直流电源的负极端GND。

本实用新型接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，实现接触网补偿装置运行监测与异常报警的方法步骤如下：

步骤A：数据的检测与传输

步骤A1：主控制器在由其内部定时器唤醒后，给电源输出控制端口ZY_CTL高电平，控制电源输出控制电路的输出端VCC_K输出3.3V电压给第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一张力传感器、第二张力传感器、无线通讯模块供电。

步骤A2：第一激光测距传感器采集与承力索补偿绳连接的第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据D1，并将D1通过串口发送到控制器，第二激光测距传感器采集与接触线补偿绳连接的第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据D2，并将D2通过串口发送到控制器；第一张力传感器检测承力索补偿绳的张力，并输送给模数转换模块，模数转换模块将承力索补偿绳的张力数据Z1通过串口发送到控制器；第二张力传感器检测承力索补偿绳的张力，并输送给模数转换模块，模数转换模块将接触线补偿绳的张力数据Z2通过串口发送到主控制器。

步骤A3：主控制器给无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL高电平，启动无线通讯模块的数据传输工作，无线通讯模块将由主控制器传输给其的第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据D1、第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离数据D2、承力索补偿绳的张力数据Z1、接触线补偿绳的张力数据Z2发送至上位机系统。

步骤A4：上位机系统将接收到的数据D1、D2、D3、D4分别转换为实时的模拟数据，转换后的数据分别为：第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离模拟数据D1(t)、第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离模拟数据D2(t)、承力索张力模拟数据Z1(t)、接触线张力模拟数据Z2(t)，并将D1(t)、D2(t)、Z1(t)、Z2(t)储存。

步骤B：承力索补偿异常的报警

步骤B1：上位机系统判断D1(t) < D1^L是否成立，若是，则判断与承力索补偿绳连接的第一坠砣上移距离过限，并开启第一坠砣上移异常报警工作；若否，则进入步骤B2；其中D1^L为第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离的下限值。

步骤B2：上位机系统判断D1(t) > D1^H是否成立，若是，则判断第一坠砣下移距离过限，并开启第一坠砣下移异常报警工作；若否，则判断第一坠砣移动距离无异常；其中D1^H为第一坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离的上限值。

步骤B3：上位机系统判断Z1(t) > Z1^H是否成立，若是，则判断承力索补偿绳的张力过大，并开启承力索补偿绳张力过大异常报警工作；若否，则进入步骤B4；其中Z1^H为承力索补偿绳张力的上限值。

步骤B4：上位机系统判断Z1(t) < Z1^L是否成立，若是，则判断承力索补偿绳的张力过小，并开启承力索补偿绳张力过小异常报警工作；若否，则判断承力索补偿绳张力无异常；其中Z1^L为承力索补偿绳张力的下限值。

步骤C：接触线补偿异常的报警

步骤C1：上位机系统判断D2(t) < D2^L是否成立，若是，则判断与接触线补偿绳连接的第二坠砣上移距离过限，并开启第二坠砣上移异常报警工作；若否，则进入步骤C2；其中D2^L为第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离的下限值。

步骤C2：上位机系统判断D2(t) > D2^H是否成立，若是，则判断第二坠砣下移距离过限，并开启第二坠砣下移异常报警工作；若否，则判断第二坠砣移动距离无异常；其中D2^H为第二坠砣顶端与上限制架底面的垂直距离的上限值。

步骤C3：上位机系统判断Z2(t) > Z2^H是否成立，若是，则判断接触线补偿绳的张力过大，并开启接触线补偿绳张力过大异常报警工作；若否，则进入步骤C4；其中Z2^H为接触线补偿绳张力的上限值。

步骤C4：上位机系统判断Z2(t) < Z2^L是否成立，若是，则判断与接触线补偿绳的张力过小，并开启接触线补偿绳张力过小异常报警工作；若否，则判断接触线补偿绳张力无异常；其中Z2^L为接触线补偿绳张力的下限值。

Claims (2)

1.一种接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，其特征在于，包括上位机系统和补偿装置运行检测系统；其中补偿装置运行检测系统包括第一激光测距传感器（1）、第二激光测距传感器（2）、第一张力传感器（5）、第二张力传感器（6）和封装电路盒（7）；

第一激光测距传感器（1）固定在与承力索补偿绳（8）连接的第一坠砣（9）的顶端，与第一激光测距传感器（1）激光发射头正对的上限制架（10）的底面上设置有第一激光反射板（3）；

第二激光测距传感器（2）固定在与接触线补偿绳（11）连接的第二坠砣（12）的顶端，与第二激光测距传感器（2）激光发射头正对的上限制架（10）的底面上设置有第二激光反射板（4）；

第一张力传感器（5）固定于承力索补偿绳（8）上，位于上限制架（10）的上方；第二张力传感器（6）固定于接触线补偿绳（11）上，位于上限制架（10）的上方；

封装电路盒（7）内设有数据采集与传输电路，用于接收第一激光测距传感器（1）采集到的第一坠砣（9）顶端与上限制架（10）底面的垂直距离数据，第二激光测距传感器（2）采集到的第二坠砣（12）顶端与上限制架（10）底面的垂直距离数据，第一张力传感器（5）检测到的承力索补偿绳（8）的张力数据，第二张力传感器（6）检测到的接触线补偿绳（11）的张力数据，并将上述数据发送至上位机系统；上位机系统根据各数据预设阈值进行分析，出现数据异常时发出警报。

2.根据权利要求1所述的接触网补偿装置补偿绳移动距离及张力监测与报警系统，其特征在于，所述封装电路盒（7）还设有电源输出控制电路和数据采集与传输电路；所述电源输出控制电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、NPN型的三极管Q1、PNP型的三极管Q2和电容C1；

所述数据采集与传输电路包括主控制器、模数转换模块以及无线通讯模块，定义主控制器的一I/O口为电源输出控制端口ZY_CTL，定义主控制器的一I/O口为无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL；

所述电阻R1的一端连接数据采集与检测电路中主控制器的电源输出控制端口ZY_CTL，另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接直流电源的负极端GND，三极管Q1的集电极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接后接直流电源的正极端，电阻R3的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接直流电源的正极端，三极管Q2的发射极连接电容C1的一端，电容C1的另一端接直流电源的负极端GND；定义三极管Q2的发射极与电容C1的公共端为电源输出控制电路的输出端VCC_K；

所述第一激光测距传感器（1）、第二激光测距传感器（2）以及模数转换模块的输出端均与主控制器连接；第一激光测距传感器（1）与第二激光测距传感器（2）的电源供电中正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端均接直流电源的负极端GND；

第一张力传感器（5）与第二张力传感器（6）的输出端分别与模数转换模块的输入端连接；第一张力传感器（5）与第二张力传感器（6）中电源供电的正电位端均与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端均接直流电源的负极端GND；

无线通讯模块中电源供电的正电位端与电源输出控制电路的输出端VCC_K连接，负电位端接直流电源的负极端GND，工作启动端口接主控制器的无线通讯模块的启动控制端口RE_CTL；

主控制器中电源供电的正电位端接直流电源的正极端，主控制器中电源供电的负电位端接直流电源的负极端GND。

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