专利名称：直流电流铁路智能排流装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路的电流排流装置，特别是一种直流电流铁路智能排流装置。
背景技术：
目前，在地铁(轻轨)为了减少杂散电流对金属结构物的腐蚀， 一般是采用埋地金 属结构物或埋地管道与钢轨回流点连接，使埋地金属结构物或埋地管道中流动的杂散电 流返回到变电所整流器负极。地铁(轻轨)为直流电流铁路运输系统，在检测或发现被 保护的埋地金属管道处于杂散电流腐蚀状态时，都是以人工方式为埋地金属管道接地线 排流，其工作量大，排流效果差，没有专门的装置为其自动排流。实用新型内容本实用新型的目的是要提供一种工作量小，排流效果好，能自动排流的直流电流铁 路智能排流装置。本实用新型的目的是这样实现的该排流装置有排流器和检测控制器组成，排流器 与检测控制连接；排流器有埋地金属结构物连接点、参比电极、分流电阻和绝缘栅双极型晶体管，埋地金属结构物的一个连接点与参比电极连接，埋地金属结构物的另一个连 接点通过分流电阻和绝缘栅双极型晶体管与负母线连接,绝缘栅双极型晶体管的栅极和漏极均与检测控制器连接；检测控制器有单片机(IC1)、 AD转换器(IC2)、串行接口 芯片(IC3)、放大器、键盘显示接口芯片(ICIO)、 LED显示器(ICll)、 4-64键小键盘 (IC12)和IGBT混合驱动集成电路，单片机(IC1)与串行接口芯片(IC3)连接，放 大器的输出端通过AD转换器(IC2)与单片机(IC1)连接，放大器的输入端与分流器 连接，放大器(IC7、 IC8、 IC9)的输入端与埋地金属结构物连接点连接；单片机(IC1) 通过晶体管与IGBT混合驱动集成电路连接，IGBT混合驱动集成电路与绝缘栅双极型晶 体管连接；单片机(IC1)通过显示和键盘的接口电路(IC10)与LED显示器(IC11) 和4-64键小键盘(IC12)连接。排流器有埋地金属结构物连接点、参比电极、分流电阻和绝缘栅双极型晶体管，埋 地金属结构物的一个连接点与参比电极连接，埋地金属结构物的另一个连接点通过分流 电阻和绝缘栅双极型晶体管与负母线连接，绝缘栅双极型晶体管的栅极和漏极均与检测 控制器连接；埋地金属结构物上的一点通过接触器接点接到分流器(RS1、 RS3、 RS3)的一端，分流器(RS1、 RS3、 RS3)的另一端与绝缘栅双极型晶体管(Gl、 G2、 G3)的源极(CC1、 CC2、 CC3)相连，绝缘栅双极型晶体管与串联的电容(Cl、 C2、 C3)电阻 (Rl、 R2、 R3)相并联，绝缘栅双极型晶体管的漏极(El、 E2、 E3)与带辅助触点(Kl、 K2、 K3)的熔断器(FU1、 FU2、 FU3)的一端相连，熔断器(FU1、 FU2、 FU3)的另一端与限流电阻箱(RP1)相连，限流电阻箱(RP1)的另一端接到负母线(FZ)上。检测控制器有单片机(IC1)、 AD转换器(IC2)、串行接口芯片(IC3)、放大器(IC4、 IC5、 IC6、 IC7、 IC8、 IC9)、键盘显示接口芯片(ICIO)、 LED显示器(ICll)、 4-64键 小键盘(IC12)和IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)，单片机(IC1)的10 脚、11脚分别与串行接口芯片(IC3)的1脚、4脚连接，放大器(IC4、 IC5、 IC6、 IC7、 IC8、 IC9)的输出端(AIN0)、 (AIN1)、 (AIN2)、 (AIN3)、 (AIN4)、 (AIN5)与AD转换 器(IC2)的AIN0端(l脚)、AIN1端(2脚)、AIN2端(3脚)、AIN3端(4脚)、AIN4 端(5脚)、AIN5端(6脚)连接，AD转换器(IC2)的CLK端C18脚)、DIN端(17脚)、 DOUT端(16脚)、CS端(15脚)分别与单片机(IC1)的INT1端(13脚)、INTO (12 脚)、Tl端(15脚)、TO端(14脚)连接，放大器(IC4、 IC5、 IC6)的输入端通过电 阻(R5、 R6)、 (R9、 RIO)、 (R12、 R13)与分流器(RS1)、 (RS2)、 (RS3)连接，放大器(IC7、 IC8、 IC9)的输入端通过电阻(R17、 R18)、 (R20、 R21)、 (R24、 R25)与埋地 金属结构物连接点(DV1、 DV2)、 (DV3、 DV4) (DV5、 DV6)连接，单片机(IC1)通过晶 体管与IGBT混合驱动集成电路(IC13 IC15)连接，IGBT混合驱动集成电路(IC13-IC15) 与绝缘栅双极型晶体管连接，埋地金属结构物上点(DV2)、 (DV4)、 (DV6)与参比电极 Cu/CuS04(CBl)、 (CB2)、 (CB3)的一端通过电阻(R17、 R18)、 (R20、 R21)、 (R24、 R25) 接到放大器(IC7、 IC8、 IC9)的正负极，正极通过电阻(R16)、 (R23)、 (R26)接到放 大器(IC7、 IC8、 IC9)的输出端，然后接到A/D转换器(IC2)的接口AIN3端(4脚)、 AIN4端(5脚)、AIN5端(6脚)，放大器(IC4、 IC5、 IC6)的负极通过电阻(R19)、(R22)、 (R27)接到电路板的地线上，分流器(RS1)、 (RS2)、 (RS3)两端分别通过电 阻(R5、 R6)、 (R9、 RIO)、 (R12、 R13)接到放大器(IC4、 IC5、 IC6)的正、负极，正 极通过电阻(R4)、 (R8)、 (R14)接到放大器(IC4、 IC5、 IC6)的输出端，然后接到 A/D转换器(IC2)的接口 AINO端(1脚)、AIN1端(2脚)、AIN2端(3脚)，放大器(IC4、 IC5、 IC6)的负极通过电阻(R7)、 (Rll)、 (R19)接到电路板的地线上，单片机(IC1) 的P10端(l脚)、Pll端(2脚)、P12端(3脚)、与三极管(Ql)、 (Q2)、 (Q3)的基 极连接，三极管(Ql)、 (Q2)、 (Q3)的发射极与的IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的输入口 (16脚)连接，IGBT混合驱动集成电路的1脚、2脚分别通过电容与9 脚连接，9脚与绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的3脚通过电阻(R30)、 (R33)、 (R36)与绝缘栅双极型晶体管(Dl)、 (D2)、 (D3)的栅极连接，IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的15脚接到电路板地线上； 单片机(IC1)的POO端(39脚)、P01端(38脚)、P02端(37脚)、P03端(36脚)、 P04端(35脚)、P05端(34脚)、P06端(33脚)、P07端(32脚)、P20端(21脚)、 P21端(22脚)、P22 (23脚)与显示和键盘的接口电路(IC10)的DO (12脚)、Dl (13脚)、D2 (14脚)、D3 (15脚)、D4 (16脚)、D5 (17脚)、D6 (18脚)、D7 (19脚)、5(22脚)、AO (21脚)、RESET (9脚)连接，显示和键盘的接口电路(IC10)的OUTAO (27脚)、0UTA1 (26脚)、0UTA2 (25脚)、0UTA3 (24脚)、OUTBO (31脚)、0UTB1 (30 脚)、0UTB2 (29脚)、OUTB3 (28脚)、55 (23脚)与LED显示器连接(ICll)， (IC10的RLO (38)、 RL1 (39)、 RL2 (1)、 RL3 (2)、 RL4 (5)、 RL5 (6)、 RL6 (7)、 RL7 (8)、 SHIFT (36)、 CNTL/STB (37)和4-64键小键盘(IC12)连接。有益效果由于采用上述方案，该铁路的电流排流装置为智能排流装置，它可以根 据实时检测的被保护埋地金属结构物的极化电位，判断其是否处于腐蚀状态，如果处于 腐蚀状态，则检测控制器控制排流器排流量，否则切断排流器主通道，避免加大未进行 排流保护的埋地金属结构物的电腐蚀，并将排流工作状态和检测信息传输到远端检测和 控制设备中，工作量小，排流效果好，能自动排流，达到了本实用新型的目的。该排流装置，能对地铁(轻轨)埋地金属结构物或埋地管道与钢轨回流点的状太进 行检测，对埋地金属结构物上的一点的检测结果通过绝缘柵双极型晶体管接通、断开排 流通路和调节排流量，排流装置的工作状态通过标准的RS485接口远传到其他监控中， 以便操作人员及时了解排流装置的工作状态，保证设备的正常工作，解决了被保护的埋 地金属结构物极性排流的问题，并保证在埋地金属结构物处于杂散电流腐蚀危险状态 时，才自动进行，同时限制排流量，避免了流量过大，加大未进行保护的金属管道的电 腐蚀，省时省力，效果好，具有广泛的实用性。
图1是本实用新型主电路原理图。图2是本实用新型检测及控制装置原理图。
具体实施方式
实施例1:本实用新型中，CB1、 CB2、 CB3为Cu/CuS04参比电极；RS1、 RS2、 RS3 为分流器；绝缘栅双极型晶体管Dl、 D2、 D3,型号为EX841; Cl、 Rl、 C2、 R2、 C3、 R3为阻容吸收装置；FU1、 FU2、 FU3为熔断器；Kl、 K2、 K3为熔断器触点；RP1为大功 率电阻箱；FZ为负母线；单片机IC1,型号为89C51; A/D转换器IC2，型号为TLC2543; 串行接口芯片IC3，型号为75LBC184;放大器IC4、 IC5、 IC6、 IC7、 IC8、 IC9，型号 为0P07;显示和键盘的接口电路ICIO,型号为8279; 4-8位LED显示器IC11; 4-64 键小键盘IC12; IGBT混合驱动集成电路IC13、 IC14、 IC15,型号为EXB841。该排流装置它包括排流器和检测控制器组成，此排流装置可以同时检測控制三路排 流器进行排流。图1中，在埋地金属结构物上点DV1、 DV3、 DV5接到分流器RS1、 RS2、 RS3的一端FL1、 FL3、 FL5,分流器的另一端FL2、 FL4、 FL6与绝缘栅双极型 晶体管Dl、 D2、 D3的源极CC1、 CC2、 CC3相连，绝缘栅双极型晶体管与阻容吸收 装置R1-C1、 R2-C2、 R3-C3支路相连，熔断器FU1、 FU2、 FU3起过流保护作用，此 熔断器为带辅助触点的熔断器，辅助触点主要为检测控制装置提供主电路的通断状态， Kl、 K2、 K3为状态信号；以上三条电路并联后，与限流电阻箱RP1相连，限流电阻 箱起限流作用。限流电阻箱的另一端接到负母线FZ上，埋地金属结构物上点DV1 、DV3 、 DV5与Cu/CuS04参比电极CBl、 CB2、 CB3的一端DV2、 DV4、 DV6通过电阻R17、 -R18、 R20-R21、 R24-R25接到单片机电路的放大器IC7、 IC8、 IC9的正负极，正极通 过电阻R16、 R23、 R26接到放大器IC7、 IC8、 IC9的输出端AIN3、 AIN4、 AIN5,然 后接到单片机的一个A/D转换接口 AIN3、 AIN4、 AIN5，负极通过电阻R19、 R22、 R27接到电路板地线GND;分流器两端FL1-FL2、 FL3-FL4、 FL5-FL6通过电阻R5-R6、 R9-R10、 R12-R13接到单片机电路的放大器IC4、 IC5、 IC6的正负极，正极通过电阻 R4、 R8、 R14接到放大器IC4、 IC5、 IC6的输出端AINO、 AIN1、 AIN2，然后接到单 片机的一个A/D转换接口 AINO、 AIN1、 AIN2，负极通过电阻R7、 Rll、 R15接到电 路板地线GND,主回路中DV1与DV2， DV3与DV4, DV5与DV6，是进入单片机检 测控制装置三路排流电流的测量点。单片机IC1端口通过控制三极管Ql、 Q2、 Q3的 基极，在三极管的发射极产生PWM的脉动电流，通过电阻R29、 R32、 R35输入IGBT 的混合驱动集成电路IC13、 IC14、 IC15的输入口，对应输出口接到电路板地线GND， IGBT混合驱动集成电路的另一输出口通过电阻R30、 R33、 R36接到绝缘栅双极型晶体 管D1、 D2、 D3的樹极G1、 G2、 G3, IGBT混合驱动集成电路IC13、 IC14、 IC15的 另两个口通过电容C4-C5、 C6-C7、 C8-C9接到绝缘栅双极型晶体管D1、 D2、 D3的漏 极E1、 E2、 E3。检测控制器中的单片机为MCS51系列单片机。所述的单片机扩充有串行接口芯片 IC3和键盘显示接口芯片ICIO。串行接口芯片IC3将排流装置检測信息变换为标准RS485 信号，传送到远端控制设备，便于远端监控键盘显示接口可将指令发给单片机系统， 并便于现场检测和调试设备。主回路中的三个分流器的六个测量点信号分别进入运算放大器IC4、 IC5、 IC6与外 围电阻R4-R15构成差动放大器，信号放大后送入A/D转换器的输入端AIN0、AIN1、AIN2， IC2为A/D转换器，采用TI公司的TLC2543串行12位AD转换器。IC1为单片机，采用 89C51,它是整个系统的控制核心，A/D转换器IC2对输入的6路模拟信号AINO、 AIN1、 AIN2、 AIN3、 AIN4、 AIN5分时进行采集，转换结果通过单片机的P35端接收，P32端控 制AD转换器的操作，P33端向AD转换器提供时钟，P34端控制AD转换器的使能操作。 单片机采集的信号送入指定内存，实时判断采集的三路极化电位信号是否处于腐蚀危险 范围，如果超过危险电压，通过单片机的PIO、 Pll、 P12控制三极管Q1、 Q2、 Q3的基 极，在其发射极产生PWM的脉动电流，输入IGBT混合驱动集成电路IC13、 IC14、 IC15 输入口 ， IGBT混合驱动集成电路产生PWM的电压信号来控制绝缘栅双极型晶体管Dl、 D2、 D3的通、断和用于调节排流量的等效电阻。主回路的3个通断状态K1、 K2、 K3与 单片机IC1的P15、 P16、 Pl的端口相连，单片机定时采集P15、 P16、 P17端口的状态， 从而实时了解主回路的状态情况。串行接口芯片IC3，其型号为75LBC184,主要提供标 准RS485接口 Sl和S2,以便把排流器的工作状态传送到其它监控系统。IC10为显示和 键盘的接口电路，IC11为显示模块，IC12为键盘模块。通过键盘可以设置需要的参数， 显示模块可以显示极化电位、排流电流和主器件的运行状态。
权利要求1、 一种直流电流铁路智能排流装置，其特征是该排流装置有排流器和检测控制器 组成，排流器与检测控制连接排流器有埋地金属结构物连接点、参比电极、分流电阻和绝缘栅双极型晶体管，埋地金属结构物的一个连接点与参比电极连接，埋地金属结构物的 另一个连接点通过分流电阻和绝缘栅双极型晶体管与负母线连接,绝缘栅双极型晶体管的栅极和漏极均与检测控制器连接；检测控制器有单片机(IC1)、 AD转换器(IC2)、串行 接口芯片(IC3)、放大器、键盘显示接口芯片(ICIO)、 LED显示器(ICll)、 4-64键小键 盘(IC12)和IGBT混合驱动集成电路，单片机(IC1)与串行接口芯片(IC3)连接，放 大器的输出端通过AD转换器(IC2)与单片机(IC1)连接，放大器的输入端与分流器连 接，放大器(IC7、 IC8、 IC9)的输入端与埋地金属结构物连接点连接；单片机(IC1)通 过晶体管与IGBT混合驱动集成电路连接，IGBT混合驱动集成电路与绝缘栅双极型晶体管 连接；单片机(igi)通过显示和键盘的接口电路(IC10)与LED显示器(IC11)和4-64 键小键盘(IC12)连接。
2、 根据权利要求1所述的直流电流铁路智能排流装置，其特征是排流器有埋地金 属结构物连接点、参比电极、分流电阻和绝缘栅双极型晶体管，埋地金属结构物的一个连 接点与参比电极连接,埋地金属结构物的另一个连接点通过分流电阻和绝缘栅双极型晶体 管与负母线连接，绝缘栅双极型晶体管的栅极和漏极均与检测控制器连接；埋地金属结构 物上的一点通过接触器接点接到分流器(RS1、 RS3、 RS3)的一端，分流器(RS1、 RS3、 RS3)的另一端与绝缘栅双极型晶体管(Gl、 G2、 G3)的源极(CC1、 CC2、 CC3)相连，绝 缘栅双极型晶体管与串联的电容(Cl、 C2、 C3)电阻(Rl、 R2、 R3)相并联，绝缘栅双极 型晶体管的漏极(El、 E2、 E3)与带辅助触点(Kl、 K2、 K3)的熔断器(FU1、 FU2、 FU3) 的一端相连，熔断器(FU1、 FU2、 FU3)的另一端与限流电阻箱(RP1)相连，限流电阻箱(RP1)的另一端接到负母线(FZ)上。
3、 根据权利要求1所述的直流电流铁路智能排流装置，其特征是检测控制器有单 片机(IC1)、 AD转换器(IC2)、串行接口芯片(IC3)、放大器(IC4、 IC5、 IC6、 IC7、 IC8、 IC9)、键盘显示接口芯片(ICIO)、 LED显示器(ICll)、 4-64键小键盘(IC12)和 IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)，单片机(IC1)的10脚、11脚分别与串行 接口芯片(IC3)的1脚、4脚连接，放大器(IC4、 IC5、 IC6、 IC7、 IC8、 IC9)的输出 端(AINO)、 (AIN1)、 (AIN2)、 (AIN3)、 (AIN4)、 (AIN5)与AD转换器(IC2)的AINO端(l脚)、AIN1端(2脚)、AIN2端(3脚)、AIN3端(4脚)、AIN4端(5脚)、AIN5端(6 脚)连接，AD转换器(IC2)的CLK端(18脚)、DIN端(17脚)、DOUT端(16脚)、CS 端(15脚)分别与单片机(IC1)的INT1端(13脚)、INTO (12脚)、Tl端(15脚)、TO 端(14脚)连接，放大器(IC4、 IC5、 IC6)的输入端通过电阻(R5、 R6)、 (R9、 RIO)、(R12、 R13)与分流器(RS1)、 (RS2)、 (RS3)连接，放大器(IC7、 IC8、 IC9)的输入端通过电阻(R17、 R18)、 (R20、 R21)、 (R24、 R25)与埋地金属结构物连接点(DV1、 DV2)、 (DV3、 DV4) (DV5、 DV6)连接，单片机(IC1)通过晶体管与IGBT混合驱动集成电路(IC13~IC15)连接，IGBT混合驱动集成电路(IC13-IC15)与绝缘栅双极型晶体管连接， 埋地金属结构物上点(DV2)、 (DV4)、 (DV6)与参比电极Cu/CuS04 (CB1)、 (CB2)、 (CB3) 的一端通过电阻(R17、 R18)、 (R20、 R21)、 (R24、 R25)接到放大器(IC7、 IC8、 IC9) 的正负极，正极通过电阻(R16)、 (R23)、 (R26)接到放大器(IC7、 IC8、 IC9)的输出端， 然后接到A/D转换器(IC2)的接口AIN3端(4脚)、AIN4端(5脚)、AIN5端(6脚)， 放大器(IC4、 IC5、 IC6)的负极通过电阻(R19)、 (R22)、 (R27)接到电路板的地线上， 分流器(RS1)、 (RS2)、 (RS3)两端分别通过电阻(R5、 R6)、 (R9、 RIO)、 (R12、 R13)接 到放大器(IC4、 IC5、 IC6)的正、负极，正极通过电阻(R4)、 (R8)、 (R14)接到放大器(IC4、 IC5、 IC6)的输出端，然后接到A/D转换器(IC2)的接口AINO端(l脚)、AIN1 端(2脚)、AIN2端(3脚)，放大器(IC4、IC5、 IC6)的负极通过电阻(R7)、 (Rll)、 (R19) 接到电路板的地线上，单片机(IC1)的P10端(l脚)、Pll端(2脚)、P12端(3脚)、 与三极管(Ql)、 (Q2)、 (Q3)的基极连接，三极管(Ql)、 (Q2)、 (Q3)的发射极与的IGBT 混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的输入口 (16脚)连接，IGBT混合驱动集成电 路的1脚、2脚分别通过电容与9脚连接，9脚与绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，IGBT 混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的3脚通过电阻(R30)、 (R33)、 (R36)与绝缘 栅双极型晶体管(Dl)、 (D2)、 (D3)的栅极连接，IGBT混合驱动集成电路(IC13、 IC14、 IC15)的15脚接到电路板地线上；单片机(IC1)的POO端(39脚)、P01端(38脚)、 P02端(37脚)、P03端(36脚)、P04端(35脚)、P05端(34脚)、P06端(33脚)、P07 端(32脚)、P20端(21脚)、P21端(22脚)、P22 (23脚)与显示和键盘的接口电路(IC10) 的DO (12脚)、Dl C13脚)、D2 C14脚)、D3 U5脚)、D4 G6脚)、D5 (17脚)、D6 (18 脚)、D7 (19脚)、巧(22脚)、AO (21脚)、RESET (9脚)连接，显示和键盘的接口电 路(IC10)的OUTAO (27脚)、0UTA1 (26脚)、0UTA2 (25脚)、OUTA3 (24脚)、OUTBO (31 脚)、0UTB1 (30脚)、OUTB2 (29脚)、0UTB3 (28脚)、15 (23脚)与LED显示器连接(ICll)， (IC10)的RLO (38)、 RL1 (39)、 RL2 (1)、 RL3 (2)、 RL4 (5)、 RL5 (6)、 RL6(7)、 RL7 (8)、 SHIFT (36)、 CNTL/STB (37)和4-64键小键盘(IC12)连接。
专利摘要一种直流电流铁路智能排流装置，属于铁路的电流排流装置。该排流装置有排流器和检测控制器组成，排流器与检测控制连接；排流器的埋地金属结构物的一个连接点与参比电极连接，埋地金属结构物的另一个连接点通过分流电阻和绝缘栅双极型晶体管与负母线连接，绝缘栅双极型晶体管的栅极和漏极均与检测控制器连接；检测控制器的放大器的输出端通过AD转换器(IC2)与单片机(IC1)连接，放大器(IC7、IC8、IC9)的输入端与埋地金属结构物连接点连接；单片机(IC1)通过晶体管与IGBT混合驱动集成电路连接，IGBT混合驱动集成电路与绝缘栅双极型晶体管连接。该排流装置，能对埋地金属结构物上的一点的检测结果通过绝缘栅双极型晶体管接通、断开排流通路和调节排流量，省时省力，效果好，具有广泛的实用性。
文档编号B61L1/00GK201036995SQ20072003726
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者威 李, 杨雪峰, 王禹桥 申请人:中国矿业大学