CN219107133U - 机车低压控制柜故障监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机车低压控制柜故障监测系统，它包括背板，以及与背板电性连接的电源板卡组件、CPU板卡、数字量采集板卡和模拟量采集板卡；所述电源板卡组件用于将列车的准备电压转换为供各个板卡使用的直流电源；所述数字量采集板卡用于采集机车低压控制柜的数字信号；所述模拟量采集板卡用于采集机车低压控制柜的模拟信号；所述数字量采集板卡和模拟量采集板卡采集的信号均通过背板的CAN总线电路传输至CPU板卡。本实用新型提供了一种机车低压控制柜故障监测系统，能够及时记录机车运行时的故障点，正确快速处理机车故障提供依据。

Description

机车低压控制柜故障监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种机车低压控制柜故障监测系统。

背景技术

目前，机车电气柜主要由换向开关、组合接触器、电子恒功控制器、中间继电器、继电器、电阻、传感器等组成，实现了机车换向、牵引制动、牵引特性、柴油机启停及转速、磁场削弱、平稳启动及辅助电气设备等远程控制及柴油机停机、卸载、辅发过压、主过流接地、柴油机水温等保护功能。

电气柜内控制器件密集，有时控制器件多级串联，触点易发生误动作、卡位、抖动、接触不良、粘连等问题，可靠性差；机车车辆运行环境复杂，器件使用寿命周期短，尤其是动作频繁的电气元器件更短；控制回路故障原因复杂，绝大多数故障无法再现，目前关于控制电路智能化在线监测缺乏，且无专业的设备或工装对电路进行快速检查，缺少必要的相关数据支撑，严重影响故障快速准确分析和判断，故障处置没有科学依据，引起检修和维护工作量大，导致维护成本高、日常维护、检修、大修，架修耗费时间长，成本高。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种机车低压控制柜故障监测系统，能够及时记录机车运行时的故障点，正确快速处理机车故障提供依据。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机车低压控制柜故障监测系统，它包括背板，以及与背板电性连接的电源板卡组件、CPU板卡、数字量采集板卡和模拟量采集板卡；

所述电源板卡组件用于将列车的准备电压转换为供各个板卡使用的直流电源；

所述数字量采集板卡用于采集机车低压控制柜的数字信号；

所述模拟量采集板卡用于采集机车低压控制柜的模拟信号；

所述数字量采集板卡和模拟量采集板卡采集的信号均通过背板的CAN总线电路传输至CPU板卡。

进一步，所述电源板卡组件包括一主一备两个电源板卡。

进一步，所述电源板卡包括EMC滤波器和DCDC隔离电源模块，所述EMC滤波器的输入端连接列车的准备电压，所述EMC滤波器的输出端与DCDC隔离电源模块的输入端相连，所述DCDC隔离电源模块的输出端输出直流电源。

进一步，所述模拟量采集板卡包括模拟量采集通道、PWM输入通道和AI处理器模块；

所述模拟量采集通道的输入端接收模拟信号，所述模拟量采集通道的输出端与AI处理器模块相连；

所述PWM输入通道的输入端接收PWM信号，所述PWM输入通道的输出端与AI处理器模块相连；

所述AI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

进一步，所述数字量采集板卡包括数字量采集通道和DI处理器模块；

所述数字量采集通道的输入端接收数字信号，所述数字量采集通道的输出端与DI处理器模块相连，所述DI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

进一步，还包括显示板卡，所述显示板卡与CPU板卡相连，所述显示板卡用于显示系统软件版本号和系统时钟时间。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用拓扑结构，各个板卡通过标准插槽设计插接在背板上，实现电性连接，背板采用CAN通讯，CPU板卡作为背板CAN总线的主站，进行总线数据调度。

本实用新型通过数字量采集板卡和模拟量采集板卡对机车低压控制柜内关键回路工作状态进行数据采集，数字量采集板卡和模拟量采集板卡的采集结果均通过背板CAN总线传输给CPU板卡。机车低压柜故障监测系统预留了多个数字量、模拟量检测端口，可便捷的实现随意增减监测量，只要将被监测量接入或拆除相应的点位，系统可自动进行监测。CPU板卡具有数据记录功能，可记录所有采集结果，数据下载采用以太网方式下载。

本实用新型的电源部分采用一主一备的冗余设计，在一路电源板卡失效时，另一路电源板卡仍可以进行供电，提高了系统的安全性和稳定性。

本实用新型实现了宽波动范围的数字量信号采集，解决了机车内部电压信号不稳定的问题；可实现2-24V宽范围的PWM输入信号采集，解决了正弦波的速度信号的PWM采集问题；采用冗余供电和冗余通信接口设计，提供系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的机车低压控制柜故障监测系统的拓扑结构图；

图2是本实用新型的电源板卡的电路原理图；

图3是本实用新型的背板的CAN通信线路的电路原理图；

图4是本实用新型的数字量采集板卡的电路原理图；

图5是本实用新型的模拟量采集板卡的电路原理图；

图6是本实用新型的CPU板卡的电路原理图；

图7是本实用新型的显示板卡的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实施例提供一种机车低压控制柜故障监测系统，它包括背板，以及与背板电性连接的电源板卡组件、CPU板卡、数字量采集板卡、模拟量采集板卡和显示板卡，各个板卡通过标准插槽设计插接在背板上。本实施例中，数字量采集板卡和模拟量采集板卡均安装4块，预留了多个数字量、模拟量检测端口，可便捷的实现随意增减监测量。

如图1所示，本实施例的电源板卡组件用于将列车的DC110V准备电压转换为供各个板卡使用的5V直流电源。电源板卡组件包括一主一备两个电源板卡，电源板卡设计为DC110V电压输入，为整个系统提供两路独立的DC5V电源。采用3U4TE设计。输出过欠压保护、过温保护、输出过载保护、短路保护和故障自恢复保护，当电源中断不超过10ms时，不会影响系统的正常运行。

DC110V低压由列车的DC110V准备电压提供，该DC110V准备电压是由机车的辅发或是蓄电池箱供电，其范围是DC 77V～137.5V。

介于0.6Un和1.4Un(Un：额定电压)之间的电压波动(例如辅助设备启动或者电池充电设备出现电压波动)，如果持续时间不超过0.1秒，不能引起功能偏差(处于运行状态的设备)。介于1.25Un和1.4Un之间的电压波动，如果持续时间不超过1秒，不会引起设备损害。

如图2所示，电源板卡包括EMC滤波器和DCDC隔离电源模块，EMC滤波器的输入端连接列车的DC110V准备电压，EMC滤波器的输出端与DCDC隔离电源模块的输入端相连，DCDC隔离电源模块的输出端输出5V直流电源。DCDC隔离电源模块U1采用中国台湾省MINMAX公司的MTQZ50-110S05，单个电源模块功率达到50W。电源模块为轨道交通专用电源模块，自带过温保护、过压保护等自我防护措施。

如图4所示，本实施例的数字量采集板卡用于采集机车低压控制柜的数字信号，数字信号为电压信号。数字量采集板卡包括24路110V数字量采集通道和DI处理器模块。数字量采集通道的输入端接收数字信号，数字量采集通道的输出端与DI处理器模块相连，DI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

如图4所示，DI处理器模块为高性能的32位ARM微控制器U2，型号选用ST(意法半导体)的STM32F107系列芯片，72Mhz运行频率，256kbyte flash，64kSRAM。STM32F107是意法半导体推出全新STM32互连型(Connectivity)系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。

数字量采集板卡内部集成24路110V数字量采集通道，通过背板CAN总线电路与CPU板卡进行数据交换，采用3U4TE设计，24路数字量采集通道均采用光电隔离设计，图中仅示出1路。

如图5所示，本实施例的模拟量采集板卡用于采集机车低压控制柜的模拟信号，模拟信号为电压、电流信号。模拟量采集板卡包括8路模拟量采集通道、2路PWM输入通道和AI处理器模块。模拟量采集通道的输入端接收模拟信号，模拟量采集通道的输出端与AI处理器模块相连。PWM输入通道的输入端接收PWM信号，PWM输入通道的输出端与AI处理器模块相连。AI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

模拟量采集板卡内部集成8路模拟量采集通道和2路PWM输入通道，通过内部集成的CAN总线电路与CPU板卡进行数据交换，采用3U4TE设计。

如图5所示，AI处理器模块为高性能的32位ARM微控制器U3，型号选用ST(意法半导体)的STM32F107系列芯片，72Mhz运行频率，256kbyte flash，64kSRAM。STM32F107是意法半导体推出全新STM32互连型(Connectivity)系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。

模拟量采集板卡内部集成8路模拟量采集通道和2路PWM输入通道，图中仅示出1路，PWM输入通道采用光电隔离设计，AI输入采用差分高阻输入设计，采用3U4TE设计，通过背板CAN总线电路与CPU板卡进行数据交换。

如图1所示，本实施例的CPU板卡作为背板CAN总线的主站，进行总线数据调度。如图3所示，数字量采集板卡和模拟量采集板卡采集的信号均通过背板的CAN总线电路传输至CPU板卡。

如图6所示，CPU板卡作为背板CAN总线的主站，进行总线数据调度，数字量采集板卡和模拟量采集板卡的采集结果均通过背板CAN总线传输给CPU板卡。CPU板卡具有数据记录功能，存储空间16Gbyte，可记录所有采集结果，数据可通过以太网方式下载到电脑进行分析。CPU板卡设置了USB调试接口，用于运行软件及逻辑判断修改、调试。

CPU板卡采用高性能的32位ARM微控制器U4，型号选用ST(意法半导体)的STM32F407系列芯片，168Mhz运行频率，1Mflash，192k+4kSRAM，外扩1MBytes SRAM。它是ST(意法半导体)推出了以基于ARM Cortex^TM-M4为内核的高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator^TM)。

CPU板卡采用3U4TE设计，板卡具有对外状态指示灯，能够显示板卡运行状态。采用高性能MCU和工业专用的SD卡作为存储介质，存储容量16Gbyte，可稳定可靠存储恶劣环境下的数据。

如图7所示，本实施例的显示板卡通过CAN总线与CPU板卡相连，采用3个四位一体数码管，用于显示系统软件版本号(上电5秒内)和系统时钟时间(上电5秒后)，并可以通过按键进行系统时间设置。

采用了四位一体数码管设计，并采用了专业的数码管驱动芯片CH422。CH422芯片可以用于数码管显示驱动或者I/O扩展。CH422内置时钟振荡电路，可以动态驱动4位数码管或者32只LED发光管；CH422用于I/O扩展时，可以提供8个双向输入输出引脚和4个通用输出引脚；CH422通过2线串行接口与单片机等交换数据。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种机车低压控制柜故障监测系统，其特征在于：它包括背板，以及与背板电性连接的电源板卡组件、CPU板卡、数字量采集板卡和模拟量采集板卡；

所述电源板卡组件用于将列车的准备电压转换为供各个板卡使用的直流电源，所述电源板卡组件包括一主一备两个电源板卡；

所述数字量采集板卡用于采集机车低压控制柜的数字信号；

所述模拟量采集板卡用于采集机车低压控制柜的模拟信号；

所述数字量采集板卡和模拟量采集板卡采集的信号均通过背板的CAN总线电路传输至CPU板卡。

2.根据权利要求1所述的机车低压控制柜故障监测系统，其特征在于：所述电源板卡包括EMC滤波器和DCDC隔离电源模块，所述EMC滤波器的输入端连接列车的准备电压，所述EMC滤波器的输出端与DCDC隔离电源模块的输入端相连，所述DCDC隔离电源模块的输出端输出直流电源。

3.根据权利要求1所述的机车低压控制柜故障监测系统，其特征在于：所述模拟量采集板卡包括模拟量采集通道、PWM输入通道和AI处理器模块；

所述模拟量采集通道的输入端接收模拟信号，所述模拟量采集通道的输出端与AI处理器模块相连；

所述PWM输入通道的输入端接收PWM信号，所述PWM输入通道的输出端与AI处理器模块相连；

所述AI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

4.根据权利要求1所述的机车低压控制柜故障监测系统，其特征在于：所述数字量采集板卡包括数字量采集通道和DI处理器模块；

所述数字量采集通道的输入端接收数字信号，所述数字量采集通道的输出端与DI处理器模块相连，所述DI处理器模块与背板的CAN总线电路相连。

5.根据权利要求1所述的机车低压控制柜故障监测系统，其特征在于：还包括显示板卡，所述显示板卡与CPU板卡相连，所述显示板卡用于显示系统软件版本号和系统时钟时间。

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