双源制电力机车电能计量显示装置及安装结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双源制电力机车电能计量显示装置及安装结构，该装置包括交直流电压电流采样单元、交直流电能表单元、控制单元、通讯接口单元、数据贮存单元、显示驱动单元、LCD显示单元、电源模块，来自接触网的交流电压电流信号或来自机车动力蓄电池的直流电压电流信号分别通过相应的电压电流采样单元输入至相应的电能表单元，经处理、贮存后，对包括交直流牵引耗电量、再生制动反馈电能、交直流电压电流在内的数据进行显示。本发明能在AC25kV交流接触网和DC3kV车载动力型锂电池两种电源制式下稳定工作，可靠性高、电磁兼容性好，并可实现本装置和车上其它装置的通信连接。
【专利说明】双源制电力机车电能计量显示装置及安装结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铁路干线、工矿企业电力机车以及城市公交电动车辆电能消耗测 量仪表，特别涉及一种应用于铁路站场或工矿企业双源制电力调车机车的交直流电能计量 显示装置及其安装结构。
【背景技术】
[0002] 目前，我国研制用于铁路干线、站场、工矿企业的电力机车均采用单一的交流接触 网受电方式，与此相应的机车电能消耗测量仪表就只针对交流电能进行计量和显示，如在 中国实用新型专利说明书CN203224541U中对此进行了描述。根据国家建设资源节约型社 会的总体要求，基于接触网受电式和蓄电池储电式的双源制"电一电"混合动力电力机车， 具有绿色、节能、环保、低碳等技术优势，正处于发展研制阶段。该型机车由AC25kV交流接 触网和DC3kV车载动力型锂电池"双电能"供电，在有接触网区段由接触网供电牵引，并给 动力蓄电池充电；在无接触网区段则由动力型锂电池提供动力，并自动切换。因此，现行的 机车电能消耗测量仪表不能满足双源制电力机车的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种集成度高、整体模块化结构好、能在 AC25kV交流接触网和DC3kV车载动力型锂电池两种电源制式下稳定工作的双源制电力机 车电能计量显示装置及安装结构。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种双源制电力机车电能计量 显示装置，包括交流电压电流采样单元1、交流电能表单元2、控制单元3、通讯接口单元4、 数据贮存单元7、显示驱动单元8、LCD显示单元9、电源模块10,其中，交流电压电流采样单 元1与交流电能表单元2相连，来自接触网的交流电压电流信号分别通过电压电流采样单 元1输入至交流电能表单元2 ;控制单元3与交流电能表单元2相连并识别和累加数据； 通讯接口单元4与控制单元3相连并转存数据；数据贮存单元8与控制单元3相连并贮存 数据。还包括直流电压电流采样单元5和直流电能表单元6,直流电压电流采样单元5与 直流电能表单元6相连，来自动力蓄电池的直流电压电流信号分别通过直流电压电流采样 单元5输入至直流电能表单元6 ;IXD显示单元9通过显示驱动单元8与控制单元3相连， 对包括交直流牵引耗电量、再生制动反馈电能、交直流电压电流在内的数据进行显示；直流 110V电源通过电源模块10输出+5V电源至交流电能表单元2、直流电能表单元6、控制单 元3、显示驱动单元8和IXD显示单元9 ;控制单元3与直流电能表单元6相连并识别和累 加数据。
[0005] 作为改进方案之一，交流电能表单元2、直流电能表单元6均采用电能表专用芯 片。
[0006] 作为改进方案之一，通讯接口单元4采用包括RS422接口或RS232接口在内的通 讯接口。
[0007] 本发明还提供了一种对双源制电力机车电能计量显示装置进行安装的技术方案， 包括安装盒11、双源制电力机车电能计量显示装置12、接线端子排13、设置按钮14、电缆固 定头15、查询按钮16,双源制电力机车电能计量显示装置12设置在安装盒11内，所述接线 端子排13、设置按钮14、电缆固定头15、查询按钮16固定在安装盒11上，并用导线与双源 制电力机车电能计量显示装置12相连。
[0008] 本发明具有以下有益效果： (1) 本发明能够完全满足双源制机车电能计量信息显示参数要求和应用要求，设计合 理，可靠性高、电磁兼容性好； (2) 本发明能将电压、电流、功率和电量数据结合自身实时时钟进行数据分时段存储； (3 )本发明提供一个RS422接口或一个RS232接口，实现本装置和车上其它装置的通信 连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明双源制电力机车电能计量显示装置的电路组成框图。
[0010] 图2为本发明安装盒的正面外形结构图。
[0011] 图3为本发明安装盒的侧面外形结构图。
[0012] 图4为本发明安装盒的正面内部结构图。
[0013] 图中：1-交流电压电流采样单元，2-交流电能表单元，3-控制单元，4-通讯接口 单元，5-直流电压电流采样单元，6-直流电能表单元，7-数据贮存单元，8-显示驱动单元， 9-IXD显示单元，10-电源模块，11-安装盒，12-双源制电力机车电能计量显示装置，13-接 线端子排，14-设置按钮，15-电缆固定头，16-查询按钮。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。
[0015] 如图1所示，双源制电力机车电能计量显示装置包括交流电压电流采样单元1、 交流电能表单元2、控制单元3、通讯接口单元4、直流电压电流采样单元5、直流电能表单元 6、数据贮存单元7、显示驱动单元8、LCD显示单元9、电源模块10,其中，交流电压电流采样 单元1与交流电能表单元2相连，来自接触网的交流电压电流信号分别通过电压电流采样 单元1输入至交流电能表单元2 ;控制单元3与交流电能表单元2相连并识别和累加数据； 通讯接口单元4与控制单元3相连并转存数据；数据贮存单元8与控制单元3相连并贮存 数据。
[0016] 直流电压电流采样单元5与直流电能表单元6相连，来自动力蓄电池的直流电压 电流信号分别通过直流电压电流采样单元5输入至直流电能表单元6。
[0017] IXD显示单元9通过显示驱动单元8与控制单元3相连，对包括交直流牵引耗电 量、再生制动反馈电能、交直流电压电流在内的数据进行显示；电源模块10分别与交流电 能表单元2、直流电能表单元6、控制单元3、显示驱动单元8和IXD显示单元9相连，直流 110V电源通过电源模块10输出+5V电源至交流电能表单元2、直流电能表单元6、控制单 元3、显示驱动单元8和IXD显示单元9 ;控制单元3与直流电能表单元6相连并识别和累 加数据。
[0018] 控制单元3可以采用中央处理器（CPU)、嵌入式处理器、微控制器（MCU)、数字信号 处理器（DSP)、单片机、片上系统（S0C)，以及本【技术领域】内所公知的任意其他形式的具有 控制、处理功能的器件。数据贮存单元7与控制单元3相连，数据贮存单元7对电能数据进 行贮存。通讯接口单元4与控制单元3相连，通讯接口单元4与机车上其它装置单元进行 联网，并转存数据。交流电能表单元2和直流电能表单元6均采用电能表专用芯片，如目前 广泛应用的CS5463专用电能计量芯片。通讯接口单元4采用包括RS232接口或RS422接 口在内的通讯接口。
[0019] 本装置的电压互感器、电流互感器分别采样机车接触网的交流电压、电流信号；电 压传感器、电流传感器分别采样机车动力蓄电池的直流电压、电流信号，经转换输出成比例 关系的专用计能芯片CS5463能接受的小信号，这些小信号各自输入到本装置的交流或直 流计量通道。经过本装置的专用计能芯片CS5463的采样、A/D转换、数字滤波、相乘、积分 等DSP处理后，在微处理器的控制下计算出电压有效值、电流有效值、功率、电能等电量参 数，并将其存入FLASH存储器；实时时钟用于提供计算电量数据当前的日期时间信息。然 后，上述数据送显示单元进行实时显示，显示部分由显示驱动芯片与LCD液晶显示器组成， 用于显示网压、机车电流、消耗电能等，送RS422或RS232接口后，能实现本装置和车上其它 装置的数据通信连接。
[0020] 如图2?4所示，双源制电力机车电能计量显示装置的安装结构包括安装盒11、双 源制电力机车电能计量显示装置12、接线端子排13、设置按钮14、电缆固定头15、查询按钮 16,双源制电力机车电能计量显示装置12设置在安装盒11内，所述接线端子排13、设置按 钮14、电缆固定头15、查询按钮16固定在安装盒11上，并用导线与双源制电力机车电能计 量显示装置12相连。作为一种典型的实施方式，安装盒11配有接地柱，接线端子排13采 用万可AWG28-16接线端子等。查询按钮16位于安装盒11的外表面，主要用于进入退出菜 单、浏览各数据项等数据查询功能，并根据按钮保持按下状态的时间长短分为三种操作指 令（小于2s时为短按，在2s至5s之间为中按，大于5s时为长按）；设置按钮14位于安装 盒11的内部，主要用于配合查询按钮执行参数修改的功能。本装置上电启动之后，进入标 准工作模式，即LCD显示屏循环显示各电能值数据，在按下查询按钮16后进入系统菜单模 式，IXD显示屏显示系统主菜单。
[0021] 双源制电力机车电能计量显示装置的主要技术参数：测量范围为输入交流电压通 道：100V?300V、额定150V、转换率25000V/150V ;输入交流电流通道：0A?1. 5A、额定1A、 转换率250A/1A ;输入直流电压通道：-71. 4mA?71. 4 mA、额定50mA、转换率4200V/50mA ; 输入直流电流通道：-700 mA?700 mA、额定400mA、转换率1A/5000A ;电能读数准确度等 级：有功±1. 〇级、无功±2. 0级；液晶显示：8位数据，小数点前5位，后3位；电能单位： 有功MWh+、MWh-，无功MVarh+、MVarh-;每分钟存储一次，可存储20天的容量；功耗：小于 5W;总重量：1.9Kg±3% ;外形尺寸（长 X 宽 X 厚）266mmX135mmX64mm。
[0022] 本发明并不限于上述实施方式，在所属【技术领域】普通技术人员所具备的知识范围 内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1. 一种双源制电力机车电能计量显示装置，包括交流电压电流采样单元（1)、交流电 能表单元（2)、控制单元（3)、通讯接口单元（4)、数据贮存单元（7)、显示驱动单元（8)、IXD 显示单元（9)、电源模块（10)，其中，交流电压电流采样单元（1)与交流电能表单元（2)相 连，来自接触网的交流电压电流信号分别通过电压电流采样单元（1)输入至交流电能表单 元（2);控制单元（3)与交流电能表单元（2)相连并识别和累加数据；通讯接口单元（4)与 控制单元（3)相连并转存数据；数据贮存单元（7)与控制单元（3)相连并贮存数据，其特征 在于： A、 还包括直流电压电流采样单元（5)和直流电能表单元（6)，所述直流电压电流采样 单元（5)与所述直流电能表单元（6)相连，来自动力蓄电池的直流电压电流信号分别通过 直流电压电流采样单元（5)输入至直流电能表单元（6); B、 所述LCD显示单元（9)通过所述显示驱动单元（8)与所述控制单元（3)相连，对包括 交直流牵引耗电量、再生制动反馈电能、交直流电压电流在内的数据进行显示； C、 直流110V电源通过所述电源模块（10)输出+5V电源至交流电能表单元（2)、直流电 能表单元（6)、控制单元（3)、显示驱动单元（8)和IXD显示单元（9); D、 所述控制单元（3)与直流电能表单元（6 )相连并识别和累加数据。
2. 双源制电力机车电能计量显示装置，其特征在于：所述交流电能表单元（2)、直流电 能表单元（6 )均采用电能表专用芯片。
3. 双源制电力机车电能计量显示装置，其特征在于：所述通讯接口单元（4)采用包括 RS422接口或RS232接口在内的通讯接口。
4. 一种对权利要求1?3所述任一种双源制电力机车电能计量显示装置的安装结 构，包括安装盒（11)、双源制电力机车电能计量显示装置（12)、接线端子排（13)、设置按钮 (14)、电缆固定头（15)、查询按钮（16)，其特征在于：所述双源制电力机车电能计量显示装 置（12)设置在安装盒（11)内，所述接线端子排（13)、设置按钮（14)、电缆固定头（15)、查询 按钮（16)固定在安装盒（11)上，并用导线与双源制电力机车电能计量显示装置（12)相连。
【文档编号】B61C17/00GK104215830SQ201410398049
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】吴晓喜, 席军德, 王文禹, 朱海洋 申请人:株洲联诚集团有限责任公司