一种信号机监测系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种信号机监测系统。

背景技术：

在轨道交通中，信号机的控制是由联锁系统进行控制，由微机监测设备进行监测的。全电子计算机联锁是一种基于电力电子开关器件实现的联锁，区别于以继电器为开关器件的联锁系统。其中，电力电子器件包括固态继电器，igbt，晶闸管等。

计算机联锁系统是一种安全系统，要求具有sil-4的安全等级。根据iec61508《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》，在工作中需要对关键器件实现自检，以确保器件的可用性，在关键器件发生失效时要导向安全。在以继电器为开关器件的联锁系统中，采用了具有强制导向触点的安全继电器，通过检测其中任意一个触点的状态，就能知道其他所有触点的状态，是打开还是闭合。但是对于电力电子开关器件，没有这样的强制导向机制。在全电子计算机联锁系统的信号机控制中，一般的对电力电子开关器件检测的方式如图1所示。图1中，两个电力电子开关分别控制信号机电源的正极和负极，当两个开关同时闭合时，信号机点亮，其中任意一个断开时，信号机都被熄灭。

对电力电子开关的测试方案的主要机制是建立两个经过同一个电力电子开关的独立回路，其中一个是控制回路，另外一个是检测回路。检测回路由隔离测试激励，电力电子开关和检测电路组成。在正常工作的时候，隔离测试激励和检测电路等都不工作，控制回路能够正常地控制信号机。而在对电力电子开关进行检测时，只打开一个电力电子开关，然后隔离测试激励发出激励信号，以检测电路是否接收到正确的激励信号判断电力电子开关是否正常打开和关闭。

这种方案的主要缺陷是器件繁多，电路复杂，每个电力电子器件都需要一套独立的隔离测试激励和检测电路，还要考虑检测回路不会受到控制回路的影响，并且不影响控制回路。另外，在现有的全电子计算机联锁中，普遍实现了控制检测一体化，减少了对微机检测系统的需求。但是目前这种方案的缺陷是，只是把微机监控系统小型化，在pcb板上实现了，并没有有效的降低电路的规模。而且，目前的检测手段，基本只提供电流的数据，数据种类少。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种信号机监测系统。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种信号机监测系统，包括依次串联的电源正极、第一电力电子开关、信号机、第二电力电子开关和电源负极；

其中，在所述第一电力电子开关和所述信号机之间设置有第一监测电路；在所述第二电力电子开关和所述信号机之间设置有第二监测电路；

所述第一监测电路包括：第一电流传感器、第一继电器、第一切换型继电器和第一分压电路；

所述第一电流传感器的第一端与所述第一电力电子开关连接，所述第一电流传感器的第二端与第一节点连接；

所述第一继电器的一端与第一节点连接，另一端与第二节点连接；

所述第一切换型继电器的常闭触点与第一节点连接，所述第一切换型继电器的常开触点与第二节点连接，所述第一切换型继电器的公共端与第一分压电路串联后与地连接；

所述第二监测电路包括：第二电流传感器、第二继电器、第二切换型继电器和第二分压电路；

所述第二电流传感器的第一端与所述第二电力电子开关连接，所述第二电流传感器的第二端与第三节点连接；

所述第二继电器的一端与第三节点连接，另一端与第四节点连接；

所述第二切换型继电器的常闭触点与第三节点连接，所述第二切换型继电器的常开触点与第四节点连接，所述第二切换型继电器的公共端与第二分压电路串联后与地连接。

进一步地，所述第一分压电路包括两个或两个以上串联的电阻；所述第二分压电路包括两个或两个以上串联的电阻。

进一步地，所述系统还包括：电能计量模块；

所述电能计量模块，用于与所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第一分压电路和所述第二分压电路连接，用于接收并显示所述第一电流传感器和所述第二电流传感器采集的电流，以及计算所述第一分压电路和所述第二分压电路上的分压信息。

进一步地，所述电能计量模块还用于根据接收的电流以及计算得到的分压信息进一步计算有功功率和无功功率。

进一步地，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器为电流互感器、罗氏线圈、采样电阻和霍尔传感器中的任意一种。

由上述技术方案可知，本发明提供的信号机监测系统，包括依次串联的电源正极、第一电力电子开关、信号机、第二电力电子开关和电源负极；在所述第一电力电子开关和所述信号机之间设置有第一监测电路；在所述第二电力电子开关和所述信号机之间设置有第二监测电路；所述第一监测电路包括：第一电流传感器、第一继电器、第一切换型继电器和第一分压电路；所述第一电流传感器的第一端与所述第一电力电子开关连接，所述第一电流传感器的第二端与第一节点连接；所述第一继电器的一端与第一节点连接，另一端与第二节点连接；所述第一切换型继电器的常闭触点与第一节点连接，所述第一切换型继电器的常开触点与第二节点连接，所述第一切换型继电器的公共端与第一分压电路串联后与地连接；所述第二监测电路包括：第二电流传感器、第二继电器、第二切换型继电器和第二分压电路；所述第二电流传感器的第一端与所述第二电力电子开关连接，所述第二电流传感器的第二端与第三节点连接；所述第二继电器的一端与第三节点连接，另一端与第四节点连接；所述第二切换型继电器的常闭触点与第三节点连接，所述第二切换型继电器的常开触点与第四节点连接，所述第二切换型继电器的公共端与第二分压电路串联后与地连接。本发明提供的信号机监测系统，实现了控制监测一体化的设计，相较于现有技术，简化了电路结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中对电力电子开关器件检测的电路原理示意图；

图2是本发明一实施例提供的信号机监测系统的一种结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的信号机监测系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种信号机监测系统，参见图2，包括依次串联的电源正极(110v交流正)、第一电力电子开关、信号机、第二电力电子开关和电源负极(110v交流负)；

其中，在所述第一电力电子开关和所述信号机之间设置有第一监测电路；在所述第二电力电子开关和所述信号机之间设置有第二监测电路；

所述第一监测电路包括：第一电流传感器t1、第一继电器s3、第一切换型继电器s1和第一分压电路；所述第一电流传感器t1的第一端与所述第一电力电子开关连接，所述第一电流传感器t1的第二端与第一节点连接；所述第一继电器s3的一端与第一节点连接，另一端与第二节点连接；所述第一切换型继电器s1的常闭触点与第一节点连接，所述第一切换型继电器s1的常开触点与第二节点连接，所述第一切换型继电器s1的公共端与第一分压电路串联后与地连接；

所述第二监测电路包括：第二电流传感器t2、第二继电器s4、第二切换型继电器s2和第二分压电路；所述第二电流传感器t2的第一端与所述第二电力电子开关连接，所述第二电流传感器t2的第二端与第三节点连接；所述第二继电器s4的一端与第三节点连接，另一端与第四节点连接；所述第二切换型继电器s2的常闭触点与第三节点连接，所述第二切换型继电器s2的常开触点与第四节点连接，所述第二切换型继电器s2的公共端与第二分压电路串联后与地连接。

需要说明的是，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器可以为电流互感器、罗氏线圈、采样电阻或霍尔传感器等传感器，以实现电流的采样。此外，需要说明的是，分压电路的设计，是为了方便电压采样。

需要说明的是，本实施例提供的信号机监测系统包括两种工作状态：控制与检测。控制是指控制信号机的点亮与熄灭。检测是指对电力电子开关、信号机灯丝，电缆混线等进行检测。具体地，当s3，s4闭合时，s1和s2的触点被短接，此时系统处于控制状态。当s3，s4断开时，系统处于检测状态。在检测状态下，根据s1和s2不同的切换状态，共有控制和监测两种功能。例如，断开s3，s4两个继电器的触点，将s1和s2切换到控制功能(如图2所示，也即s1和s2的切换刀切换至常闭触点)，闭合一个电力电子开关(如第一电力电子开关)，此时读取第一分压电路上的电压值以及电路中的电流值，如果电压值为110v有效值，而电流值为0(闭合第一电力电子开关，安全开关位于控制功能，监测电力电子开关完整性，而由第一电力电子开关以及第一分压电路组成的电路的电阻值很大，电流很小，近似于0。)，则说明第一电力电子开关被有效的闭合，工作正常；断开第一电力电子开关，这时电压值和电流值均为0(断开第一电力电子开关后，没有回路建立，所以电压电流均为0)，说明第一电力电子开关被有效的断开，工作正常。此外，可以一次闭合所有的电力电子开关，执行上述流程，就可以实现所有的电力电子开关的检测。

由上面内容可知，本实施例提供的信号机监测系统，通过特殊的电路设计以及继电器和切换型继电器的配合工作，实现了控制和监测一体化的设计，相较于现有技术中需要单独设置控制回路和检测回路两个回路的方式，本实施例明显简化了电路，实现一个电路多种功能。

基于上述内容，在本实施例的一种可选实施方式中，参见图3，所述第一分压电路包括两个或两个以上串联的电阻；所述第二分压电路包括两个或两个以上串联的电阻。

基于上述内容，在本实施例的一种可选实施方式中，参见图2，所述系统还包括：电能计量模块；

所述电能计量模块，用于与所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第一分压电路和所述第二分压电路连接，用于接收并显示所述第一电流传感器和所述第二电流传感器采集的电流，以及计算所述第一分压电路和所述第二分压电路上的分压信息。

可以理解的是，所述电能计量模块在计算所述第一分压电路和所述第二分压电路上的分压信息时，可以根据分压与电阻的阻值成正比这一思想进行电压信息采样。

基于上述内容，在本实施例的一种可选实施方式中，所述电能计量模块还用于根据接收的电流信息以及计算得到的分压信息计算有功功率和无功功率。

需要说明的是，在图2和图3中，s1和s2是两个form-c的切换型安全继电器，实现系统控制状态和检测状态的切换。控制状态指控制信号机的点亮和熄灭。检测状态主要是检测电力电子开关是否有效、色灯信号机的灯丝是否发生断丝，led信号机内部变压器是否完整性，以及多灯位信号机是否由于电缆破损造成混线，断路等。s3和s4是控制信号机点亮或熄灭的安全型继电器。t1和t2是电流传感器，可以是电流互感器，罗氏线圈，采样电阻或霍尔传感器等，实现电流的采样，采样的信号经过处理后，输入到电能计量模块。r1，r2，r3，r4是电阻。r1和r2，r3和r4组成两个分压的电路，实现对电压信号的采样，采样的信号经过处理后，输入到电能计量模块。电能计量模块是指能够实现电能/电参数的计量功能，主要实现对电压，电流，有功功率，无功功率等参数的测量。市场上有很多单芯片电能计量解决方案。如cirruslogic公司的cs5480，adi公司的ade9152等，这些芯片和电压采样电路，电流采样电路组成电能计量电路，并通过通信总线输出电压，电流，有功功率，无功功率等，电路很简单，成本很低。此外，需要说明的是，图2和图3中还有一些可能需要的电路，如信号的处理，模拟信号的转换，通信总线，处理器等没有在框图中体现。

下面具体说明一下本实施例提供的信号机监测系统的工作原理：

本实施例提供的信号机监测系统包括两种工作状态：控制与检测。控制是指控制信号机的点亮与熄灭。检测是指对电力电子开关、信号机灯丝，电缆混线等进行检测，确保电力电子开关可用、确保信号机不发生红灯断丝或电路断路无法点亮，或由于电缆混线发生的错误点亮其他灯位的状况。下面给出本实施例提供的信号机监测系统的具体工作过程：

a、控制状态：

a、控制信号机点亮：

首先，闭合继电器s3，s4，这时，s1和s2的触点被短接，切换不发生作用，由t1，r1，r2，t2，r3，r4和电能计量模块组成的计量电路会时刻测量控制电路的各种参数；然后，闭合两个电力电子开关，这样所有的开关都闭合，信号机能够点亮；电能计量模块输出各种电参数，实现了控制监测的一体化。

b、控制信号机熄灭：

首先断开两个电力电子开关，这样如果电力电子开关工作正常，信号机熄灭，计量电路测得的电流为0，电压也为0，电能计量模块输出的参数也就为0；然后断开继电器s3，s4；将s1和s2切换到检测功能。

b、检测状态：

a、电力电子开关的检测：

断开s3，s4两个继电器的触点，将s1和s2的切换刀切换到控制功能(如图2所示，也即s1和s2的切换刀切换至常闭触点)，闭合一个电力电子开关(如第一电力电子开关)，通过电能计量模块读取电压值和电流值，如果电压值为110v有效值，而电流值为0，则说明该电力电子开关被有效的闭合，工作正常；断开打开的电力电子开关，这时电能计量模块输出的电压值和电流值均为0，说明电力电子开关被有效的断开，工作正常；一次闭合所有的电力电子开关，执行此流程，就可以实现所有的电力电子开关检测。

b、混线检测

断开s3，s4两个继电器的触点，将s1和s2的切换刀切换到检测功能(也即s1和s2的切换刀切换至常开触点)，依次打开继电器s3和第一电力电子开关，然后依次检测所有的电能计量模块的电压值，如果其他的电能计量模块上有电压值输出，说明有混线发生。

可见，本实施例设计了一种监测系统，该监测系统通过两个继电器的组合实现了控制状态和检测状态的切换，从而使得在信号机的控制中，实现关键器件的检测，本实施例简化了电路，减少了元器件的数量，并提供更多的监测数据，如电压，有功功率，无功功率，电流电压相位差等数据，基于这些数据进行分析，可以实现信号机故障监测，定位等等功能。

由上面内容可知，本实施例提供的信号机监测系统，通过特殊的电路设计以及继电器和切换型继电器的配合工作，实现了控制和监测一体化的设计，相较于现有技术中需要单独设置控制回路和检测回路两个回路的方式，本实施例明显简化了电路，实现一个电路多种功能。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。