CN213515757U - 一种道岔转换设备在线监测系统 - Google Patents

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贾欣志
郭海燕
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Abstract

本实用新型一种道岔转换设备在线监测系统，属于道岔转换设备在线监控系统技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种道岔转换设备在线监测系统硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括安采集机1、通信机2和上位机3，所述采集机1通过导线连接与通信机2实现双向通信，所述通信机2通过导线与上位机3实现双向通信，所述采集机1的内部设置有控制电路，所述控制电路包括MCU模块101、以太网模块103，所述通信机2的内部设置有电力载波模块201，所述电力载波模块201连接导线通过以太网模块103与MCU模块101双向通信；所述电力载波模块201还通过导线上位机3实现双向通信；本实用新型应用于道岔转换设备在线监测。

Description

一种道岔转换设备在线监测系统
技术领域
本实用新型一种道岔转换设备在线监测系统，属于道岔转换设备在线监测系统技术领域。
背景技术
目前对轨道道岔的监测或监控均不能完全准确且全面的反映道岔转换设备的实际运行状况，同时所采用的道岔转换设备监控系统均不同程度地存在电路接线复杂、投入成本高、使用操作不便、控制效果较差等多种缺陷和不足。
因此，需要提供一种能够对道岔转换设备进行全面在线监控的系统，实时地对道岔转换设备进行运行状态监控及时发现故障或缺陷，同时又能通过远程监控实现对道岔转换设备的实时控制。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种道岔转换设备在线监测系统硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种道岔转换设备在线监测系统，包括安装在转辙机两侧的采集机，还包括通信机和上位机，所述采集机通过导线连接与通信机实现双向通信，所述通信机通过导线与上位机实现双向通信，所述上位机接收采集机采集的转辙机及道岔运行状态数据，并将配置参数发送至采集机上；
所述采集机、通信机、上位机的电源输入端分别通过电源线连接电源接口与供电电源相连；
所述采集机的内部设置有控制电路，所述控制电路包括MCU模块、电源模块、以太网模块、蓝牙通信模块、模拟量调理模块、振动监测模块和存储模块，所述MCU模块的电源输入端与电源模块相连，所述MCU模块还通过导线分别与模拟量调理模块、振动监测模块、存储模块相连；
所述采集机通过蓝牙通信模块实现与移动端的双向通信，所述移动端通过蓝牙通信获取和配置采集机的参数、道岔运行状态数据；
所述通信机的内部设置有电力载波模块，所述电力载波模块连接导线通过以太网模块与MCU模块双向通信；
所述电力载波模块还通过导线上位机实现双向通信。
所述模拟量调理模块的信号输出端通过导线分别与油压压力变送器、油位变送器、温湿度传感器、电流传感器、振动传感器、道岔缺口传感器的信号输出端相连，分别用于采集转辙机工作中的油压、油位、温湿度、电机电流、轨道振动、道岔缺口大小数据信息。
所述电源模块通过电源线与交流220V电源相连，所述电力载波模块的电源端通过导线与交流220V电源相连。
所述MCU模块采用型号为STM32F407VET6的控制芯片U1，所述模拟量调理模块采用型号为AD8606ARZ的控制芯片U2和型号为ADG708的控制芯片U3，所述振动监测模块采用型号为ADXL345的控制芯片U4，所述存储模块采用型号为W25Q32的控制芯片U7，所述蓝牙通信模块采用型号为CC2541V2_6的控制芯片U8，所述以太网模块采用型号为w5550的控制芯片U9；
所述控制芯片U1的33脚通过导线与控制芯片U2并联的6脚、7脚相连，所述控制芯片U2的3脚通过导线与控制芯片U3的8脚相连，所述控制芯片U3的4脚通过导线与电流传感器接口的2脚相连，所述控制芯片U3的5脚、6脚、7脚、12脚通过导线分别与两个压力传感器、两个油位传感器接口的2脚相连，所述控制芯片U3的1脚通过导线与控制芯片U1的15脚相连，所述控制芯片U3的16脚通过导线与控制芯片U1的16脚相连，所述控制芯片U3的15脚通过导线与控制芯片U1的17脚相连，所述控制芯片U3的2脚通过导线与控制芯片U1的18脚相连；
所述控制芯片U1的29脚通过导线与控制芯片U4的7脚相连，所述控制芯片U1的30脚通过导线与控制芯片U4的14脚相连，所述控制芯片U1的31脚通过导线与控制芯片U4的12脚相连，所述控制芯片U1的32脚通过导线与控制芯片U4的13脚相连，所述控制芯片U1的67脚通过导线与控制芯片U4的8脚相连；
所述控制芯片U1的92脚通过导线与控制芯片U7的1脚相连，所述控制芯片U1的90脚通过导线与控制芯片U7的2脚相连，所述控制芯片U1的89脚通过导线与控制芯片U7的6脚相连，所述控制芯片U1的91脚通过导线与控制芯片U7的5脚相连；
所述控制芯片U1的78脚通过导线与控制芯片U8的19脚相连，所述控制芯片U1的79脚通过导线与控制芯片U8的20脚相连，所述控制芯片U1的66脚通过导线与控制芯片U8的23脚相连；
所述控制芯片U1的51脚通过导线与控制芯片U9的32脚相连，所述控制芯片U1的52脚通过导线与控制芯片U9的33脚相连，所述控制芯片U1的53脚通过导线与控制芯片U9的34脚相连，所述控制芯片U1的54脚通过导线与控制芯片U9的35脚相连，所述控制芯片U1的37脚通过导线与控制芯片U9的36脚相连，所述控制芯片U1的36脚通过导线与控制芯片U9的37脚相连。
本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的道岔转换设备在线监测系统通过在转辙机上安装采集机经转辙机的运行状态数据及道岔缺口大小数据进行实时采集，并通过以太网模块连接电力载波模块将采集的数据稳定的发送至远程设置的上位机上，上位机通过接收的数据对当前道岔转换设备即转辙机的运行状态进行分析，从而发送指令给采集机进行对应数据的采集，采集机与上位机之间设置能够稳定远程传输数据的通信机实现采集数据及发送指令的传输，极大地提高了对道岔转换设备的全面监控效率。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电路结构示意图；
图3为本实用新型MCU模块的电路结构示意图；
图4为本实用新型模拟量调理模块的电路结构示意图；
图5为本实用新型振动监测模块的电路结构示意图；
图6为本实用新型蓝牙通信模块的电路结构示意图；
图7为本实用新型存储模块的电路结构示意图；
图8为本实用新型以太网模块的电路结构示意图；
图9为本实用新型温湿度传感器、道岔缺口传感器的接口电路图。
图中：1为采集机、2为通信机、3为上位机、101为MCU模块、102为电源模块、103为以太网模块、104为蓝牙通信模块、105为模拟量调理模块、106为振动监测模块、107为存储模块、201为电力载波模块、501为油压压力变送器、502为油位变送器、503为温湿度传感器、504为电流传感器、505为振动传感器、506为道岔缺口传感器。
具体实施方式
如图1至图9所示，本实用新型一种道岔转换设备在线监测系统，包括安装在转辙机两侧的采集机1，还包括通信机2和上位机3，所述采集机1通过导线连接与通信机2实现双向通信，所述通信机2通过导线与上位机3实现双向通信，所述上位机3接收采集机1采集的转辙机及道岔运行状态数据，并将配置参数发送至采集机1上；
所述采集机1、通信机2、上位机3的电源输入端分别通过电源线连接电源接口与供电电源相连；
所述采集机1的内部设置有控制电路，所述控制电路包括MCU模块101、电源模块102、以太网模块103、蓝牙通信模块104、模拟量调理模块105、振动监测模块106和存储模块107，所述MCU模块101的电源输入端与电源模块102相连，所述MCU模块101还通过导线分别与模拟量调理模块105、振动监测模块106、存储模块107相连；
所述采集机1通过蓝牙通信模块104实现与移动端的双向通信，所述移动端通过蓝牙通信获取和配置采集机1的参数、道岔运行状态数据；
所述通信机2的内部设置有电力载波模块201，所述电力载波模块201连接导线通过以太网模块103与MCU模块101双向通信；
所述电力载波模块201还通过导线上位机3实现双向通信。
所述模拟量调理模块105的信号输出端通过导线分别与油压压力变送器501、油位变送器502、温湿度传感器503、电流传感器504、振动传感器505、道岔缺口传感器506的信号输出端相连，分别用于采集转辙机工作中的油压、油位、温湿度、电机电流、轨道振动、道岔缺口大小数据信息。
所述电源模块102通过电源线与交流220V电源相连，所述电力载波模块201的电源端通过导线与交流220V电源相连。
所述MCU模块101采用型号为STM32F407VET6的控制芯片U1，所述模拟量调理模块105采用型号为AD8606ARZ的控制芯片U2和型号为ADG708的控制芯片U3，所述振动监测模块106采用型号为ADXL345的控制芯片U4，所述存储模块107采用型号为W25Q32的控制芯片U7，所述蓝牙通信模块104采用型号为CC2541V2_6的控制芯片U8，所述以太网模块103采用型号为w5550的控制芯片U9；
所述控制芯片U1的33脚通过导线与控制芯片U2并联的6脚、7脚相连，所述控制芯片U2的3脚通过导线与控制芯片U3的8脚相连，所述控制芯片U3的4脚通过导线与电流传感器504接口的2脚相连，所述控制芯片U3的5脚、6脚、7脚、12脚通过导线分别与两个油压压力变送器501、油位变送器502接口的2脚相连，所述控制芯片U3的1脚通过导线与控制芯片U1的15脚相连，所述控制芯片U3的16脚通过导线与控制芯片U1的16脚相连，所述控制芯片U3的15脚通过导线与控制芯片U1的17脚相连，所述控制芯片U3的2脚通过导线与控制芯片U1的18脚相连；
所述控制芯片U1的29脚通过导线与控制芯片U4的7脚相连，所述控制芯片U1的30脚通过导线与控制芯片U4的14脚相连，所述控制芯片U1的31脚通过导线与控制芯片U4的12脚相连，所述控制芯片U1的32脚通过导线与控制芯片U4的13脚相连，所述控制芯片U1的67脚通过导线与控制芯片U4的8脚相连；
所述控制芯片U1的92脚通过导线与控制芯片U7的1脚相连，所述控制芯片U1的90脚通过导线与控制芯片U7的2脚相连，所述控制芯片U1的89脚通过导线与控制芯片U7的6脚相连，所述控制芯片U1的91脚通过导线与控制芯片U7的5脚相连；
所述控制芯片U1的78脚通过导线与控制芯片U8的19脚相连，所述控制芯片U1的79脚通过导线与控制芯片U8的20脚相连，所述控制芯片U1的66脚通过导线与控制芯片U8的23脚相连；
所述控制芯片U1的51脚通过导线与控制芯片U9的32脚相连，所述控制芯片U1的52脚通过导线与控制芯片U9的33脚相连，所述控制芯片U1的53脚通过导线与控制芯片U9的34脚相连，所述控制芯片U1的54脚通过导线与控制芯片U9的35脚相连，所述控制芯片U1的37脚通过导线与控制芯片U9的36脚相连，所述控制芯片U1的36脚通过导线与控制芯片U9的37脚相连。
本实用新型提供的道岔转换设备在线监测系统，通过采集机1、通信机2、上位机3形成完整的在线监测系统，采集机1通过连接的传感器对转辙机及道岔缺口的运行状态进行全面实时监测，并将采集的数据通过通信机2发送至上位机3，上位机3用于对不同采集机1进行参数配置并发送指令进行数据采集，实现了对道岔转换设备的远程在线实时监测。
采集机1主要应用于转辙机上，实际使用时每台转辙机上安装两个采集机1，采集机1的内部通过密封胶将控制电路板及板间的元器件、接线电缆及各种借口进行密封，实现在使用时的对采集机1的防水防油以及对控制电路的防震保护，从而使采集到的传感器信号能够更加稳定连续，保证数据传输过程中的有效性。
采集机1内部的MCU模块101可采集8路模拟量数据、1路振动数据、1路温湿度数据和1路道岔缺口传感器数据，数据经过处理和运算后，可通过以太网模块103经过电力载波模块201将数据传输到远程数据中心的上位机3上，上位机3可下发配置参数和远程固件更新数据。
本实用新型的采集机1通过电源接口连接电源线接通市电电源，从而通过电源模块102给MCU模块101及其外围电路进行供电，电源模块102主要由AD/DC、DC/DC、LDO以及相关的电容和电感组成，完成电源的换能和EMC的相关功能。AC/DC将交流220V转为DC12V，DC12V为油压压力变送器501、油位变送器502、电流传感器504供电，DC/DC将DC12V转为DC5V，DC5V为振动传感器505、道岔缺口传感器506和温湿度传感器503供电，LDO将DC5V转为DC3.3V，DC3.3V为MCU模块101及其外围供电；其中油压压力变送器501、油位变送器502、电流传感器504、振动传感器505、道岔缺口传感器506和温湿度传感器503分别通过导线与壳体1上的传感器接口2对应的接口进行连接。
本实用新型的工作原理为：采集机1与上位机3使用TCP/IP协议进行信息交互，采集机1收到上位机3的配置信息后，开始采集油压、油位、电机电流、道岔缺口大小、温度、湿度以及道岔的振动。
当采集机1采集到电机电流达到道岔搬动阈值时，判定转辙机开始动作，此时按照指定的工艺流程采集油路压力、道岔缺口值，电机动作完毕后，该段时间的数据打包上传到上位机3，同时与存储在FLASH中的油压和道岔缺口曲线进行比对，判断转辙机工作状况是否异常。
当采集机1采集到道岔的振动达到了火车通过的振动阈值时，判定有火车通过。此时采集1分钟的振动数据和道岔缺口数据，并将数据打包上传。
上位机3可根据不同的转辙机类型下发对应的配置信息，也可以远程更新采集机的固件。
采集机1还可以通过蓝牙通信模块104就近与手机APP通信，手机APP方便地获取和配置采集机的参数、道岔的运行状态以及关键零部件的生产和安装等相关信息。
下面根据实施例对本实用新型进行详细说明。
在本实施例中MCU模块101由STM32F407VET6单片机的最小系统组成，采集需要的ADC、GPIO、SPI、串口以及运算所需要的内存等硬件资源均可满足；MCU模块101与温湿度传感器503、道岔缺口传感器506通过TTL串口连接，温湿度传感器503、道岔缺口传感器506使用5V供电，与MCU模块101 (3.3V供电)通信时两者之间需要进行电平的转换，且在接口设置有ESD过压以及过流保护。
在转辙机的工作状态数据采集中，需要通过油压压力变送器501、油位变送器502、电流传感器504实时采集转辙机的4个油压回路的压力值、电机电流值、液压油油位值。5种传感器均为12V供电，输出范围为0.5-4.5V，MCU模块101的ADC的采集范围为0-3V，因此调理电路需要选用轨对轨的运算放大器，同时需要将信号缩小至3/5。运算放大器信号前端可采用低内阻的模拟开关芯片用于切换多路模拟信号，采用高速型运放用于弥补信号切换的时间。模拟开关芯片通常为8通道，余下的3路作为备用。信号最终通过一阶滤波器后接入MCU模块101的ADC引脚。
振动监测模块106通过振动传感器505用于监测轨道的振动加速度状态，作为火车通过道岔的依据，当检测到道岔的振动超过设定的阈值时，将火车通过时的道岔振动数据上传数据中心。振动监测模块106通过SPI总线与MCU模块101连接。
MCU模块101与温湿度传感器503、道岔缺口传感器506分别通过TTL串口连接，温湿度传感器503、道岔缺口传感器506使用5V供电，与MCU(3.3V供电)通信时两者之间需要进行电平的转换，另外接口还设置有ESD过压以及过流保护。
MCU模块101与FLASH存储模块107通过SPI总线连接，FLASH存储模块107用于存储转辙机零部件的规格、安装日期以及采集机的配置信息。
MCU模块101与蓝牙通信模块104通过TTL串口连接，手机等手持终端可通过蓝牙与MCU模块101进行交互，获取道岔的状态以及设置采集机1的运行参数。
MCU模块101与以太网模块103通过SPI连接，采集机1采集的数据和运行所需的参数均可通过以太网对外进行高速传输。
电力载波模块201将电力载波信号转换成以太网接口，具有宽电压输入范围、高带宽和传输速率，无需额外布线，延伸自由，一线两用，使用简单，操作方便。
本实用新型的油压压力变送器501的型号为JC-2000-FB；电流传感器504的型号为AIT6000-SG；油位变送器502的型号为CR-6061；温湿度传感器503的型号为HX94CNPT；道岔缺口传感器506的型号为DQ-D型缺口传感器；振动传感器505的型号为KS943b10三轴振动传感器。
关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种道岔转换设备在线监测系统，包括安装在转辙机两侧的采集机（1），其特征在于：还包括通信机（2）和上位机（3），所述采集机（1）通过导线连接与通信机（2）实现双向通信，所述通信机（2）通过导线与上位机（3）实现双向通信，所述上位机（3）接收采集机（1）采集的转辙机及道岔运行状态数据，并将配置参数发送至采集机（1）上；
所述采集机（1）、通信机（2）、上位机（3）的电源输入端分别通过电源线连接电源接口与供电电源相连；
所述采集机（1）的内部设置有控制电路，所述控制电路包括MCU模块（101）、电源模块（102）、以太网模块（103）、蓝牙通信模块（104）、模拟量调理模块（105）、振动监测模块（106）和存储模块（107），所述MCU模块（101）的电源输入端与电源模块（102）相连，所述MCU模块（101）还通过导线分别与模拟量调理模块（105）、振动监测模块（106）、存储模块（107）相连；
所述采集机（1）通过蓝牙通信模块（104）实现与移动端的双向通信，所述移动端通过蓝牙通信获取和配置采集机（1）的参数、道岔运行状态数据；
所述通信机（2）的内部设置有电力载波模块（201），所述电力载波模块（201）连接导线通过以太网模块（103）与MCU模块（101）双向通信；
所述电力载波模块（201）还通过导线上位机（3）实现双向通信。
2.根据权利要求1所述的一种道岔转换设备在线监测系统，其特征在于：所述模拟量调理模块（105）的信号输出端通过导线分别与油压压力变送器（501）、油位变送器（502）、温湿度传感器（503）、电流传感器（504）、振动传感器（505）、道岔缺口传感器（506）的信号输出端相连，分别用于采集转辙机工作中的油压、油位、温湿度、电机电流、轨道振动、道岔缺口大小数据信息。
3.根据权利要求2所述的一种道岔转换设备在线监测系统，其特征在于：所述电源模块（102）通过电源线与交流220V电源相连，所述电力载波模块（201）的电源端通过导线与交流220V电源相连。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种道岔转换设备在线监测系统，其特征在于：所述MCU模块（101）采用型号为STM32F407VET6的控制芯片U1，所述模拟量调理模块（105）采用型号为AD8606ARZ的控制芯片U2和型号为ADG708的控制芯片U3，所述振动监测模块（106）采用型号为ADXL345的控制芯片U4，所述存储模块（107）采用型号为W25Q32的控制芯片U7，所述蓝牙通信模块（104）采用型号为CC2541V2_6的控制芯片U8，所述以太网模块（103）采用型号为w5550的控制芯片U9；
所述控制芯片U1的33脚通过导线与控制芯片U2并联的6脚、7脚相连，所述控制芯片U2的3脚通过导线与控制芯片U3的8脚相连，所述控制芯片U3的4脚通过导线与电流传感器（504）接口的2脚相连，所述控制芯片U3的5脚、6脚、7脚、12脚通过导线分别与两个油压压力变送器（501）、两个油位变送器（502）接口的2脚相连，所述控制芯片U3的1脚通过导线与控制芯片U1的15脚相连，所述控制芯片U3的16脚通过导线与控制芯片U1的16脚相连，所述控制芯片U3的15脚通过导线与控制芯片U1的17脚相连，所述控制芯片U3的2脚通过导线与控制芯片U1的18脚相连；
所述控制芯片U1的29脚通过导线与控制芯片U4的7脚相连，所述控制芯片U1的30脚通过导线与控制芯片U4的14脚相连，所述控制芯片U1的31脚通过导线与控制芯片U4的12脚相连，所述控制芯片U1的32脚通过导线与控制芯片U4的13脚相连，所述控制芯片U1的67脚通过导线与控制芯片U4的8脚相连；
所述控制芯片U1的92脚通过导线与控制芯片U7的1脚相连，所述控制芯片U1的90脚通过导线与控制芯片U7的2脚相连，所述控制芯片U1的89脚通过导线与控制芯片U7的6脚相连，所述控制芯片U1的91脚通过导线与控制芯片U7的5脚相连；
所述控制芯片U1的78脚通过导线与控制芯片U8的19脚相连，所述控制芯片U1的79脚通过导线与控制芯片U8的20脚相连，所述控制芯片U1的66脚通过导线与控制芯片U8的23脚相连；
所述控制芯片U1的51脚通过导线与控制芯片U9的32脚相连，所述控制芯片U1的52脚通过导线与控制芯片U9的33脚相连，所述控制芯片U1的53脚通过导线与控制芯片U9的34脚相连，所述控制芯片U1的54脚通过导线与控制芯片U9的35脚相连，所述控制芯片U1的37脚通过导线与控制芯片U9的36脚相连，所述控制芯片U1的36脚通过导线与控制芯片U9的37脚相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114194247A (zh) * 2021-11-12 2022-03-18 卡斯柯信号有限公司 用于高原室外环境下的轨旁46线制道岔控制系统及方法

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