一种轨道交通车辆牵引变流器监控系统的制作方法
【专利摘要】一种轨道交通车辆牵引变流器监控系统，包括监控系统上位机和监控系统下位机。监控系统下位机包括：监控核心控制模块、牵引变流器控制模块、牵引变流器、数据采集模块、信号调理模块、故障存储模块和以太网控制器；监控系统上位机包括监控界面和虚拟示波器。监控系统上位机与监控系统下位机之间通过工业以太网传输线连接。数据采集模块和信号调理模块将牵引变流器的参数量转化成监控核心控制模块识别的电信号，获得牵引变流器的信息，在发生故障时监控核心控制模块保存故障信息。故障历史为牵引变流器的故障诊断提供了可靠快捷的依据；通过监控界面下发控制参数，可以快速地调节和观测牵引变流器的运行与停止。
【专利说明】
一种轨道交通车辆牵弓I变流器监控系统
技术领域
[0001]本发明涉及牵引变流器监控系统，尤其涉及轨道交通车辆牵引变流器监控系统。
【背景技术】
[0002]牵引变流器为轨道交通车辆牵引电机提供电能，是交流电传动系统的核心设备。在车辆调试和运行阶段，对牵引变流器重要参数的测量是不可避免的。
[0003]传统测量牵引变流器重要参数的方法主要依靠示波器、电压表、电流表和万用表等仪表装置，将这些仪表装置都安装在车体中几乎是不现实的，不但会影响牵弓I变流器、电机等装置的正常运行，也会威胁技术人员的人身安全。或者在车辆实际运行过程中，出现故障的情况下，司机室所反映的牵引变流器故障信息是实时刷新的，技术人员无法判断车辆运行一段时间的故障信息，进而影响对牵引变流器故障的识别排查。
[0004]如申请(专利)号为201020292378.0的实用新型专利，该实用新型专利公开了一种轨道交通车辆牵弓I变流器监控系统，包括车载监控设备、地面服务器和远程监控终端，车载监控设备实时从运行中的牵引变流器中采集运行信息，经过GPRS网络及公用网络将信息转发至远程监控终端。当牵引变流器运行状态不正确或者出现故障时，专业人员通过远程网络介入，进行故障分析及处理。该专利在数据采集过程中，先将变流器数据通过485总线传输到采集模块，再将采集后的数据通过232总线传输到GRRS传输终端。
[0005]这一过程采用串行通信方式，抗干扰能力差，传输速率也较低。该专利实现了故障诊断，但是没有涉及故障信息存储，以便专业人员对牵引变流器故障及性能进行深入分析。该专利也没有涉及远程监控终端的软件开发方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轨道交通车辆牵引变流器监控系统。
[0007]为达到以上目的，本发明采取的技术方案如下:
[0008]—种轨道交通车辆牵引变流器监控系统，包括监控系统下位机和监控系统上位机；
[0009]所述监控系统下位机包括监控核心控制模块、牵引变流器控制模块、数据采集模块、信号调理模块、故障存储模块、以太网控制器和牵引变流器，所述故障存储模块包括故障存储器和时钟芯片；
[0010]所述监控系统上位机包括监控界面和虚拟示波器；
[0011]所述监控系统上位机和监控系统下位机之间通过工业以太网传输线连接，所述工业以太网传输线用于数据传输。
[0012]在上述方案的基础上，所述数据采集模块采用温度、电流和电压传感器采集牵引变流器的温度、电流和电压信号，并将采集的信号输出到信号调理模块。
[0013]在上述方案的基础上，所述信号调理模块将从数据采集模块输入的信号通过采样、放大和滤波操作，转换成监控核心控制模块能够识别的标准信号。
[0014]在上述方案的基础上，所述牵引变流器控制模块实现牵引变流器的控制算法，根据控制算法控制牵引变流器的运行和停止，并将牵引变流器的接触器状态信息、故障信息和波形数据发送给监控核心控制模块。
[0015]在上述方案的基础上，所述监控核心控制模块用于实时采集从信号调理模块输入的信号，同时接收牵引变流器控制模块输出的牵引变流器的信息，并将接收到的信息整合处理后，使能以太网机制，传输到监控界面和虚拟示波器，并且将监控界面下发的控制参数传输至牵弓I变流器控制模块。
[0016]在上述方案的基础上，所述以太网控制器和监控核心控制模块用于实现以太网机制。
[0017]在上述方案的基础上，所述故障存储器用于存储监控核心控制模块检测到的牵引变流器的故障信息;所述时钟芯片用于记录正在发生故障的时间，并将发生故障的时间和代码按照一定格式存入故障存储器。
[0018]在上述方案的基础上，所述监控界面用于接收用户输入的牵引变流器的控制参数;所述虚拟示波器根据监控核心控制模块的采样频率绘制波形。
[0019]在上述方案的基础上，所述监控界面用于实现数据显示、故障显示、查看故障历史、测试模式和调用虚拟示波器的功能；
[0020]所述数据显示用于显示牵引变流器的电压、电流和温度信息；
[0021 ]所述故障显示用于显示正在发生的故障；
[0022]所述查看故障历史用于查看发生过的故障信息；
[0023]所述测试模式用于调试牵引变流器的运行和停止；
[0024]所述调用虚拟示波器用于波形显示。
[0025]在上述方案的基础上，牵引变流器监控系统是一个循环监控系统，整个循环周期小于监控核心控制模块的采样周期，保证采集的波形数据的真实性，避免了采样速率浪费。
[0026]本发明的有益效果:
[0027](I)在车辆调试和运行过程中，该监控系统可以对牵引变流器的状态进行数据采集，通过工业以太网传输线发送至监控界面和虚拟示波器，并且在牵引变流器发生故障时能够存储故障信息，为专业人员进行故障诊断和牵引变流器的性能分析提供保证。
[0028](2)监控核心控制模块是整个监控系统的核心，采用嵌入式处理器，工作稳定性高，环境适应能力强，能够适应轨道交通车辆工作环境，保证了监控系统高速有效地运行。
【附图说明】
[0029]图1牵引变流器监控系统在轨道车辆中的安装组成图；
[0030]图2牵引变流器监控系统的工作原理图；
[0031]图3牵引变流器监控系统中监控界面和虚拟示波器的软件流程图。
【具体实施方式】
[0032]如图1和2所示，一种轨道交通车辆牵引变流器监控系统，包括监控系统下位机和监控系统上位机；
[0033]所述监控系统下位机包括监控核心控制模块、牵引变流器控制模块、数据采集模块、信号调理模块、故障存储模块、以太网控制器和牵引变流器，所述故障存储模块包括故障存储器和时钟芯片；
[0034]所述监控系统上位机包括监控界面和虚拟示波器；
[0035]所述监控系统上位机和监控系统下位机之间通过工业以太网传输线连接，所述工业以太网传输线用于数据传输。
[0036]在上述方案的基础上，所述数据采集模块采用温度、电流和电压传感器采集牵引变流器的温度、电流和电压信号，并将采集的信号输出到信号调理模块。
[0037]在上述方案的基础上，所述信号调理模块将从数据采集模块输入的信号通过采样、放大和滤波操作，转换成监控核心控制模块能够识别的标准信号。
[0038]在上述方案的基础上，所述牵引变流器控制模块实现牵引变流器的控制算法，根据控制算法控制牵引变流器的运行和停止，并将牵引变流器的接触器状态信息、故障信息和波形数据发送给监控核心控制模块。
[0039]在上述方案的基础上，所述监控核心控制模块用于实时采集从信号调理模块输入的信号，同时接收牵引变流器控制模块输出的牵引变流器的信息，并将接收到的信息整合处理后，使能以太网机制，传输到监控界面和虚拟示波器，并且将监控界面下发的控制参数传输至牵弓I变流器控制模块。
[0040]在上述方案的基础上，所述以太网控制器和监控核心控制模块用于实现以太网机制。
[0041]在上述方案的基础上，所述故障存储器用于存储监控核心控制模块检测到的牵引变流器的故障信息;所述时钟芯片用于记录正在发生故障的时间，并将发生故障的时间和代码按照一定格式存入故障存储器。
[0042]在上述方案的基础上，所述监控界面用于接收用户输入的牵引变流器的控制参数;所述虚拟示波器根据监控核心控制模块的采样频率绘制波形。
[0043]在上述方案的基础上，所述监控界面用于实现数据显示、故障显示、查看故障历史、测试模式和调用虚拟示波器的功能；
[0044]所述数据显示用于显示牵引变流器的电压、电流和温度信息；
[0045]所述故障显示用于显示正在发生的故障；
[0046]所述查看故障历史用于查看发生过的故障信息；
[0047]所述测试模式用于调试牵引变流器的运行和停止；
[0048]所述调用虚拟示波器用于波形显示。
[0049]在上述方案的基础上，牵引变流器监控系统是一个循环监控系统，整个循环周期小于监控核心控制模块的采样周期，保证采集的波形数据的真实性，避免了采样速率浪费。
[0050]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0051]图1为本发明实施例提供的一个完整的牵引变流器监控系统在轨道车辆中的安装组成图，其中工业以太网传输线为列车内部布线，不影响车辆外观。监控系统上位机和监控系统下位机参考图2。
[0052]图2为本发明提供的牵引变流器监控系统工作原理示意图。
[0053]在本实施例中，监控系统下位机的电路设计考虑了电磁干扰等因素。
[0054]数据采集模块采用温度、电流和电压等传感器采集相关信号，采集后的信号输入信号调理模块。信号调理模块将待采集信号通过放大、滤波等操作，转换成监控核心控制模块能够识别的标准信号。
[0055]监控核心控制模块采用嵌入式处理器作为核心控制器，实时采集从信号调理模块输出的信号，同时接收牵引变流器控制模块输出的牵引变流器信息，将这两方面的信息在处理器中整合处理，使能以太网机制，传输到监控系统上位机。
[0056]在牵引变流器的测试模式下，专业人员通过在监控界面输入控制参数调试牵引变流器运行。控制参数通过工业以太网传输线传输到监控核心控制模块，再通过数据交互传输到牵引变流器控制模块，根据控制算法调试牵引变流器的运行和停止。牵引变流器控制模块实现牵引变流器的控制算法，牵引变流器动作信息传递采用可靠性高的硬线接口电路。
[0057]故障存储模块包括故障存储器和时钟芯片。故障存储器具有固态大容量存储功能，并且具有快速编程、擦除周期的特点，其固态文件存储和非易失性的便携式应用为牵引变流器故障存储提供可靠保证。在时钟芯片首次运行时，时钟芯片获取列车车辆时间作为基准时间，在牵引变流器运行过程中，如果出现故障，则将当前出现的故障时间和代码按照一定格式存入故障存储器。专业人员在监控界面启用查看故障历史，则能够获知故障信息，并且根据时间与列车司机室报出故障时间点对故障进行排查进一步进行诊断维修。在解决了所有故障之后专业人员还可以通过监控界面下发清除故障指令，将故障存储器中的故障信息擦除。
[0058]监控核心控制模块与监控界面以及虚拟示波器通过工业以太网传输线通信。以太网机制主要由监控核心控制模块和以太网控制器完成。以太网芯片采用SMSC公司以嵌入式应用系统为对象推出的第三代快速以太网控制器LAN91C111，通信协议使用UDP协议，嵌入式系统的UDP协议采用简化的四层模型:应用层、传输层、网络层和网络接口层。其中前三层由监控核心控制模块中嵌入式处理器实现，网络接口层由以太网芯片LAN91C111实现。
[0059]在本实施例中，监控界面和虚拟示波器软件流程如图3所示，具体实施如下:
[0060]监控系统上位机包括监控界面和虚拟示波器，监控界面使用LabVIEW语言编写，包括数据显示、故障显示、查看故障历史、调用虚拟示波器(波形显示和停止波形显示)和测试模式五大功能。
[0061]进入监控界面，发送启动命令，监控界面与监控核心控制模块建立UDP连接，即可在监控界面观测到当前牵引变流器信息，数据显示包括牵引变流器的电压、电流和温度等信息，故障显示表示出现的故障报警，查看故障历史与故障显示功能的区别在于故障历史表明记录曾经出现过的故障信息，而故障显示则表示当前正在发生的故障。
[0062]监控界面调用虚拟示波器后，虚拟示波器迅速与监控核心控制模块进行UDP连接，根据AD采样速率，绘出波形。虚拟示波器采用VC++语言编写，运用多线程技术，使用与监控界面不同的网络端口，有效保证了监控界面与虚拟示波器的工作互不冲突。
[0063]在测试模式下，专业人员在监控界面输入参数，即可通过监控核心控制模块发送至牵引变流器控制模块，经过控制算法进而控制牵引变流器的运行和停止。
[0064]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权力要求的范围内作出各种编修或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，包括:监控系统下位机和监控系统上位机； 所述监控系统下位机包括监控核心控制模块、牵引变流器控制模块、数据采集模块、信号调理模块、故障存储模块、以太网控制器和牵引变流器，所述故障存储模块包括故障存储器和时钟芯片； 所述监控系统上位机包括监控界面和虚拟示波器； 所述监控系统上位机和监控系统下位机之间通过工业以太网传输线连接，所述工业以太网传输线用于数据传输。2.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述数据采集模块采用温度、电流和电压传感器采集牵引变流器的温度、电流和电压信号，并将采集的信号输出到信号调理模块。3.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述信号调理模块将从数据采集模块输入的信号通过采样、放大和滤波操作，转换成监控核心控制模块能够识别的标准信号。4.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述牵引变流器控制模块实现牵引变流器的控制算法，根据控制算法控制牵引变流器的运行和停止，并将牵引变流器的接触器状态信息、故障信息和波形数据发送给监控核心控制模块。5.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述监控核心控制模块用于实时采集从信号调理模块输入的信号，同时接收牵引变流器控制模块输出的牵引变流器的信息，并将接收到的信息整合处理后，使能以太网机制，传输到监控界面和虚拟示波器，并且将监控界面下发的控制参数传输至牵引变流器控制模块。6.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述以太网控制器和监控核心控制模块用于实现以太网机制。7.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述故障存储器用于存储监控核心控制模块检测到的牵引变流器的故障信息;所述时钟芯片用于记录正在发生故障的时间，并将发生故障的时间和代码按照一定格式存入故障存储器。8.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述监控界面用于接收用户输入的牵引变流器的控制参数;所述虚拟示波器根据监控核心控制模块的采样频率绘制波形。9.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，所述监控界面用于实现数据显示、故障显示、查看故障历史、测试模式和调用虚拟示波器的功能； 所述数据显示用于显示牵引变流器的电压、电流和温度信息； 所述故障显示用于显示正在发生的故障； 所述查看故障历史用于查看发生过的故障信息； 所述测试模式用于调试牵引变流器的运行和停止； 所述调用虚拟示波器用于波形显示。10.如权利要求1所述的轨道交通车辆牵引变流器监控系统，其特征在于，牵引变流器监控系统是一个循环监控系统，整个循环周期小于监控核心控制模块的采样周期。
【文档编号】G05B19/042GK205670237SQ201620526987
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】刁利军, 刘志刚, 李淑英, 赵明花, 李军, 王成涛, 于青松, 王磊, 吕海臣, 汪忠海, 牟富强, 李雪飞, 韩伟, 况阳, 李焱
【申请人】北京交通大学, 北京千驷驭电气有限公司, 中车长春轨道客车股份有限公司