CN212677165U - 一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统 - Google Patents

一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统 Download PDF

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孙建明
陈凯
廖芳芳
张婧
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Abstract

本实用新型公开一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,该系统包括:监控管理平台、监控通信装置、以及与所述监控通信装置连接的多个机电设备;多个所述机电设备分布设置于隧道内第一间隔区段;所述监控通信装置与所述监控通信装置通过第一网络进行连接,用于采集所述第一间隔区段内多个机电设备的监测数据;所述监控通信装置与所述监控管理平台通过第二网络进行连接,用于接收监测数据并快速定位第一间隔区段内事故/故障位置。本实用新型可实现隧道内机电设备的具体位置、运行状态、能耗情况、故障状况的监测,同时实现对电力设备的实时控制。

Description

一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统
技术领域
本实用新型属于及隧道技术领域,特别是涉及一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统。
背景技术
随着铁路建设向着高速、大密度快速发展,隧道比例越来越大,特别是高速磁悬浮铁路,大长隧道的占比尤为突出。铁路隧道安装了多种机电设备,这些设备是保障铁路隧道安全运行的物质基础,也是保障列车安全通行的重要条件。为提高隧道的自动化管理水平,保障列车运行安全,对于长大隧道(≥5000m) 通常采用机电设备监控系统来实现铁路隧道机电设备的自动化监控、调度和管理。
目前铁路隧道常用的机电设备监控系统,都是利用通信线路实现对监控设备的信息传输,并敷设专门的控制线路实现对隧道机电设备的控制。这种监控方法往往需要大量的通信、控制线缆,投资较高。而常用的无线传输控制技术,如电力载波技术、Zigbee技术的电磁干扰场强限值为85dBμV/m,小于电气化铁路最大电磁干扰场强89.7dBμV/m,易受电磁干扰影响,在铁路隧道内鲜有应用。
不同于普通电气化铁路的牵引供电制式,高速磁浮采用电磁力作为列车前进的动力,强磁场仅存在于车辆与线路界面的间隙处,对外界的影响来自从间隙处泄漏的磁通量。由于高速磁浮铁路车/路界面的间隙很小(约10mm),且磁力线通过间隙闭合,磁通的泄漏量很少。在距轨道中心10m处,电磁场强最大约为57dBμV/m,远小于电力载波技术、Zigbee技术的场强限值,使无线传输控制技术在高速磁浮铁路隧道内顺利应用成为可能。
为了提高高速磁浮隧道的故障检修效率,同时控制工程投资、保证列车运行安全,故急需研发一种适用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控方法。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其中,利用ZigBee技术实现机电设备的远程控制和与监控通信装置之间数据的双向传输,利用电力载波技术实现监控通信装置与监控管理平台之间数据的双向传输,有效提高监控效率、减少工程投资。
为实现上述目的,本实用新型一种提供用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,该系统包括:监控管理平台、监控通信装置、以及与所述监控通信装置连接的多个机电设备;
多个所述机电设备分布设置于隧道内第一间隔区段;所述监控通信装置与所述监控通信装置通过第一网络进行连接,用于采集所述第一间隔区段内多个机电设备的监测数据;所述监控通信装置与所述监控管理平台通过第二网络进行连接,用于接收监测数据并快速定位第一间隔区段内事故/故障位置。
进一步地,所述监控通信装置设于多个电力配电箱内,多个所述电力配电箱与至少一个电力箱变连接;
至少一个所述电力配电箱设置于每个所述第一间隔区段内,其通过第一网络与所述第一间隔区段内多个机电设备连接;所述电力箱变一端通过第二网络与所述电力配电箱连接,另一端通过第二网络与所述监控管理平台连接。
进一步地,该系统包括多个所述电力箱变,其设置于每个第二间隔区段内;所述监控管理平台通过第二网络与多个所述电力箱变连接;所述第二间隔区段由多个所述第一间隔区段组成。
进一步地,所述监控管理平台包括监控管理站和监控管理中心;
所述监控管理站分布设置于车辆站点、车辆维修区域或者非站点车辆停放区域,所述监控管理站一端通过第二网络与所述所述电力箱变连接,另一端通过第二网络与所述监控管理中心连接;所述监控管理中心用于获取和解析所述机电设备的监测数据的信息,并根据设定的算法生成控制指令发送至所述监控管理站。
进一步地,所述机电设备包括照明设备、风机设备和消防设备。
进一步地,所述监控管理平台包括服务器和数据库。
进一步地,所述第一网络为ZigBee网络,所述第二网络为电力载波网络;所述监控通信装置还用于实现ZigBee协议数据和数字信号的相互转化。
进一步地,所述监测数据的信息包括所述机电设备的MAC地址信息、状态信息、故障信息以及能源信息。
总体而言,通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
1.本实用新型提供一种适用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控装置,利用Zigbee技术实现电力设备的远程控制和与电力配电箱之间数据的双向传输,利用电力载波技术实现电力配电箱与监控站、监控站与监控中心之间数据的双向传输,有效提高监控效率、减少工程投资。
2.本实用新型可实现对隧道内电力设备运行状态、能耗情况、故障状况的监测,同时实现对电力设备的实时控制,工程投资较低,便于运维、检修。是一种适用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控方法。
附图说明
图1为按照本实用新型实现的一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统的整体结构的示意图;
图2为按照本实用新型实现的一种优选的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统的整体结构的示意图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:机电设备-1,监控通信装置-2,监控管理平台-3,电力配电箱-21,电力箱变-22,监控管理站-31,监控管理中心-32。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式及附图,对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是,本实用新型涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象,不代表针对对象的特定排序,可以理解地,“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换,以使这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。
为了提高高速磁浮隧道的故障检修效率,同时控制工程投资、保证列车运行安全,如图1所示,本实用新型提供了一种高速磁悬浮铁路的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,包括:机电设备1分布设置于隧道内第一间隔区段,用于隧道的运维和应急处理,并通过第一网络进与监控通信装置行交互;监控通信装置2用于通过第一网络采集第一间隔区段内多个机电设备1的监测数据并通过第二网络发送至监控管理平台3,以及用于接收监控管理平台反馈的控制数据并通过第一网络发送至对应的机电设备1;监控管理平台3用于通过第二网络接收监测数据,通过汇总和解析快速定位第一间隔区段内事故/ 故障位置,并生成控制数据反馈至监控通信装置。
具体的,第一网络为ZigBee网络,第二网络为电力载波网络;监控通信装置还用于实现ZigBee协议数据和数字信号的相互转化。
根据本实用新型一种具体地实施方式,提供了一种高速磁悬浮铁路的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,包括:机电设备1分布设置于隧道内第一间隔区段,用于生成当前第一监测数据,并通过第一网络发送;以及获取和解析第二控制数据并执行当前控制指令;监控通信装置2用于分区段采集第一监测数据,并将第一监测数据转化为第二监测数据,再通过第二网络发送;以及获取第一控制数据,并将第一控制数据转化为所述第二控制数据,再通过第一网络发送;监控管理平台3用于获取和解析所述第二监测数据,并通过所述第二网络发布第一控制数据,从而监测和控制所述机电设备1的运行。
具体地,第一、第二监测数据的信息包括所述机电设备1的MAC地址信息、状态信息、故障信息以及能源信息。
具体地,第一、第二控制数据的信息包括对所述机电设备1的控制指令信息。
本实用新型中,监控通信装置2包括无线转发模块,用于将ZigBee协议数据和数字信号进行相互转化;第一监测数据和第二控制数据为ZigBee协议数据,第二监测数据和第一控制数据为数字信号;所述第一网络为ZigBee网络,所述第二网络为电力载波网络。本实用新型利用ZigBee技术实现机电设备1 的远程控制和与监控通信装置2之间数据的双向传输,利用电力载波技术实现监控通信装置2与监控管理平台3之间数据的双向传输,有效提高监控效率、减少工程投资。
具体地,ZigBee网络技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术,其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。在短距离隧道区段内使用ZigBee网络将机电设备1和监控通信装置2进行信息输送,可以避免专门敷设控制线路来实现对隧道机电设备1的控制。
具体地,电力载波是电力系统特有的通信方式,是指利用现有电力线通过载波方式将数字信号进行高速传输的技术,其特点是传输速度较快,传输数据较准确。在长距离的区段或者区域内使用电力载波技术可以有效准确地将监控通信装置2和监控管理平台3进行信息的输送,可以准确快速定位和控制机电设备1,同时避免产生因为距离远通信信号接受不到等问题。
具体地,机电设备1根据高速磁浮隧道的需求和长度分布设置于隧道内一定间隔区段,间隔距离为100~500米,每个机电设备1设置有特定的MAC地址,并通过加装数据采集器、传感器,实现对机电设备1的状态信息、故障信息以及能源信息等的采集;然后利用ZigBee协议将采集的数据传输至监控通信装置2。
具体地,监控通信装置2根据高速磁浮隧道的需求和长度分布设置于隧道内一定间隔区段,间隔距离为500~3000米,其通过ZigBee网路接受一定间隔区域内机电设备1的ZigBee协议数据。监控通信装置2包括无线转发模块,无线转发模块可将ZigBee协议数据转化成数字信号;然后利用电力载波网络将数字信号传输至监控管理平台3。
具体地,监控管理平台3一般分布设置于车辆站点、车辆维修区域、非站点车辆停放区域或者地面的铁路局总部,可以进行远程的监测和控制机电设备 1的运行状态。监控管理平台3根据电力载波网络接受上述数字信号并进行解析,根据机电设备1的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据形成数据报表以及控制指令:1.可以根据机电设备1的MAC地址数据和状态数据定位该设备的位置和运行状态,从而发布执行策略控制其运行开关、程度大小; 2.可以根据机电设备1的MAC地址数据、故障数据以及能源数据定位该设备使用年限、是否坏损要进行检修,从而发布检修计划进行年检或者修理;3.可以根据隧道内紧急事故情况,例如火灾、塌方、车辆事故等,启动应急预案,联动机电设备1辅助紧急事故的救援。将控制指令以数字信号的方式利用电力载波网络分发至对应的监控通信装置2。
具体地,对应的监控通信装置2接受到数字信号以后,无线转发模块再将数字信号转化成ZigBee协议数据,监控通信装置2再将ZigBee协议数据发至对应的机电设备1。
具体地,对应的机电设备1收到ZigBee协议数据并进行解析,根据控制指令执行相关操作。更具体地,机电设备1包括照明设备、风机设备和消防设备。根据控制指令可以执行以下操作:可以根据发布控制指令开启或者关闭照明设备、风机设备和消防设备以及调控照明设备光线的大小、风机设备的快慢;如遇火灾、塌方、车辆事故紧急事故,可以根据发布控制指令联动照明设备、风机设备和消防设备引导疏散乘客和进行火灾的控制。
其中,机电设备1数量较多,且在隧道内分布较密,其数据的收集和发送都是通过一个区间段的监控通信装置2。而监控通信装置2比机电设备1数量要少,其分布区段也比机电设备1分布较宽,其分区段收集从机电设备1发送无线的ZigBee协议信号,并转化成数字信号通过有线传输至监控管理平台3。监控管理平台3覆盖的区段更广,其可以远程监控每个机电设备1运作状态。一方面,这种通信传输方式免除了敷设专门的控制线路实现对隧道机电设备1 的控制;另一方面,这种锥形式组织分区段通信管理可以准确快速定位和控制机电设备1,不会产生因为距离远通信信号接受不到等问题。
根据一种具体的实施方式,正如上文所述,本实用新型为锥形式组织分区段通信管理,监控通信装置2设于多个电力配电箱21内,多个所述电力配电箱 21与至少一个电力箱变22连接。如图2所示,电力箱变22属于电力配电箱21 上一级的配电装置。电力配电箱21设置于每个第一间隔区段内,用于采集该区段内所有机电设备的监测数据并通过电力载波网络发送至电力箱变,以及用于接收电力箱变发送的控制数据并通过ZigBee网络发送至该区段内的机电设备 1;电力箱变22通过电力载波网络与多个电力配电箱21进行交互,用于收集多个第一间隔区段内监测数据,汇总后上传至监控管理平台3。
具体地,监控通信装置2包括电力配电箱21和电力箱变22。其中,电力配电箱21设置于隧道内每个第一间隔区段,每个第一间隔区段至少设置一个电力配电箱21,用于采集该区间段第一监测数据,并将第一监测数据转化为第二监测数据,再通过第二网络发送;以及获取第一控制数据,并将第一控制数据转化为所述第二控制数据,再通过第一网络发送;电力箱变22分布设置于隧道内第二间隔区段,用于采集第二监测数据,并通过第二网络发送;以及获取第一控制数据,并通过第二网络发送。
更具体地,电力配电箱21包括无线转发模块,用于将ZigBee协议数据和数字信号进行相互转化;第一监测数据和第二控制数据为ZigBee协议数据,第二监测数据和第一控制数据为数字信号;第一网络为ZigBee网络,第二网络为电力载波网络。
更具体地,电力配电箱21根据高速磁浮隧道的需求和长度分布设置于隧道内一定间隔区段,间隔距离为500~1000米,一方面,其通过ZigBee网路接受一定间隔区域内机电设备1的ZigBee协议数据。电力配电箱21包括无线转发模块,无线转发模块可将ZigBee协议数据转化成数字信号;然后利用电力载波网络将数字信号传输至电力箱变22。另一方面,其通过电力载波网络接受电力箱变22发送的控制指令的数字信号,无线转发模块将其转化为ZigBee协议数据,再通过ZigBee网路发送至机电设备1。
根据一种具体的实施方式,正如上文所述,本实用新型为锥形式组织分区段通信管理,如图2所示,该用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统包括多个电力箱变,其设置于每个第二间隔区段内,用于汇总该区段内所有电力配电箱发送的监测数据并上传至监控管理平台,以及用于接收监控管理平台反馈的控制数据并发送至该区段内的电力配电箱;监控管理平台用于通过电力载波网络与多个电力箱变进行交互;
其中,第二间隔区段包括多个第一间隔区段。
更具体地,电力箱变22根据高速磁浮隧道的需求和长度分布设置于隧道内一定间隔区段,间隔距离为1000~3000米,一方面,其通过电力载波网络接受一定间隔区域内电力配电箱21的数字信号。电力箱变22包括控制器模块,控制器模块可将数字信号再次通过电力载波网络传输至监控管理平台3。另一方面,其通过电力载波网络接受监控管理平台3发送的控制指令的数字信号,控制器模块再将该数字信号通过电力载波发送至电力配电箱21。
根据一种具体的实施方式,正如上文所述,本实用新型为锥形式组织分区段通信管理,监控管理平台3可根据区域划分同时再下分设监控管理站31和监控管理中心32。如图2所示,监控管理中心32属于监控管理站31上一级的监控管理平台3。监控管理站31分布设置于车辆站点、车辆维修区域或者非站点车辆停放区域,用于获取监测数据,并生成机电设备的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,再发送至监控管理中心32;以及接受监控管理中心32下达的控制指令,生成控制数据进行发布;监控管理中心32设置于地面,用于获取和解析机电设备的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,并根据设定的算法生成控制指令发送至监控管理站31;
其中,控制指令包括执行策略、检修计划或者应急预案。
具体地,监控管理站31分布设置于车辆站点、车辆维修区域或者非站点车辆停放区域,用于获取第二监测数据,并生成机电设备1的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,再通过第二网络发送;以及接受监控管理中心32下达的控制指令,生成第一控制数据并通过第二网络发布。监控管理中心 32设置于地面,用于获取和解析机电设备1的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,并根据设定的算法生成控制指令,再通过第二网络发送。
具体地,控制指令包括执行策略、检修计划或者应急预案。
具体地,第一监测数据和第二控制数据为ZigBee协议数据,第二监测数据和第一控制数据为数字信号;第一网络为ZigBee网络,第二网络为电力载波网络。
根据一种具体的实施方式,监控管理平台3包括服务器和数据库;工作站用于获取机电设备1的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,形成数据报表,其工作站可根据机电设备1的类型划分为:照明设备工作站、风机设备工作站和消防设备工作站。同时可针对某一位置的设备下达控制指令信息。处理信息包括:光强检测数据、风机运行状态信息和火灾异常事件。服务器用于解析机电设备1的MAC地址数据、状态数据、故障数据以及能源数据,并根据设定的算法生成控制指令,再发送至工作站。
具体地,服务器包括:执行策略单元、检修计划单元、应急预案单元、数据库和通信单元。执行策略单元用于根据机电设备1的调度计划的配置情况,调度执行策略;检修计划单元用于根据机电设备1的使用时长和坏损情况,制定检修计划;应急预案单元用于据预先设计的针对事故发生时需要采取的控制措施,引发机电设备1的控制;数据库用于机电设备1各类信息报表的储存、查询以及打印;通信单元用于通过电力载波获取和发送相关信息。
本实用新型还提供了一种高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控方法,包括:
步骤1:实时生成所述机电设备1的第一监测数据,并通过第一网络发送;
步骤2:分区段采集第一监测数据,并将:第一监测数据转化为第二监测数据,再通过第二网络发送;
步骤3:解析第二监测数据,并通过第二网络发布第一控制数据;
步骤4:获取第一控制数据,并将第一控制数据转化为第二控制数据,再通过第一网络发送;
步骤5:获取和解析第二控制数据并执行当前控制指令,从而监测和控制所述机电设备1的运行。
具体地,第一监测数据和第二控制数据为ZigBee协议数据,第二监测数据和第一控制数据为数字信号;第一网络为ZigBee网络,第二网络为电力载波网络。
应当理解,本实用新型的流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解,本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,该系统包括:监控管理平台(3)、监控通信装置(2)、以及与所述监控通信装置(2)连接的多个机电设备(1);
多个所述机电设备(1)分布设置于隧道内第一间隔区段;所述监控通信装置(2)与所述监控通信装置(2)通过第一网络进行连接,用于采集所述第一间隔区段内多个机电设备(1)的监测数据;所述监控通信装置(2)与所述监控管理平台(3)通过第二网络进行连接,用于接收监测数据并快速定位第一间隔区段内事故/故障位置。
2.根据权利要求1所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述监控通信装置(2)设于多个电力配电箱(21)内,多个所述电力配电箱(21)与至少一个电力箱变(22)连接;
至少一个所述电力配电箱(21)设置于每个所述第一间隔区段内,其通过第一网络与所述第一间隔区段内多个机电设备(1)连接;所述电力箱变(22)一端通过第二网络与所述电力配电箱(21)连接,另一端通过第二网络与所述监控管理平台(3)连接。
3.根据权利要求2所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,该系统包括多个所述电力箱变(22),其设置于每个第二间隔区段内;所述监控管理平台(3)通过第二网络与多个所述电力箱变(22)连接;所述第二间隔区段由多个所述第一间隔区段组成。
4.根据权利要求3所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述监控管理平台(3)包括监控管理站(31)和监控管理中心(32);
所述监控管理站(31)分布设置于车辆站点、车辆维修区域或者非站点车辆停放区域,所述监控管理站(31)一端通过第二网络与所述电力箱变(22)连接,另一端通过第二网络与所述监控管理中心(32)连接;所述监控管理中心(32)用于获取和解析所述机电设备(1)的监测数据的信息,并根据设定的算法生成控制指令发送至所述监控管理站(31)。
5.根据权利要求1所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述机电设备(1)包括照明设备、风机设备和消防设备。
6.根据权利要求1所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述监控管理平台(3)包括服务器和数据库。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述第一网络为ZigBee网络,所述第二网络为电力载波网络;所述监控通信装置(2)还用于实现ZigBee协议数据和数字信号的相互转化。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速磁悬浮铁路的隧道机电设备监控系统,其特征在于,所述监测数据的信息包括所述机电设备(1)的MAC地址信息、状态信息、故障信息以及能源信息。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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