一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統及方法
2023-10-08 22:27:49 2
專利名稱：一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機的在線監測系統及方法，尤其是一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統及方法。
背景技術：
根據國家鐵路運輸行業標準TB/T 2613-1994《轉轍機實驗方法》、TB/T2614-1994 《轉轍機通用技術條件》、TB/T2846-1997《鐵路地面信號產品振動試驗方法》的標準，轉轍機試驗臺的主要測試項目如下
1.工作電流直流轉轍機在額定端電壓和額定轉換力時，電動機啟動後的最大電流
值；
2.摩擦電流摩擦聯結器開始打滑時的電流值；
3.轉換力動作杆伸出或拉入運動時的輸出力；
4.動作時間額定負載額定電壓條件下，自電動機通電至動接點接通新表示接點的時間間隔；
5.絕緣電阻轉轍機的絕緣耐壓值按GB5171的規定。需要重複試驗時，電壓應為原試驗值的80 %。經查閱大量國內外有關資料，調查結果表明，ZD6型電動轉轍機容易出現的問題主要表現為
1)驅動功率小，不能滿足重型道岔發展的需要。國外用於重型道叉的電動轉轍機的電動機功率在400 W以上，而ZD6系列電動轉轍機的電動機功率僅為250W。電動機功率小，如果用於重型道岔，就要求傳動部件的效率必須要高。2) ZD6系列電動轉轍機採用直流電動機，缺少交流系列。因而斷線、碳刷磨損、電機絕緣電阻不夠等故障的發生率很高。因此需要對轉轍機所用電動機進行在線監測，及時發現設備故障，降低故障率，而目前現有的轉轍機試驗臺都是採用液壓負載或重力式負載，體積大，調整不太方便，負載性能不穩定，給日常檢修轉轍機電動機的測試驗收工作帶來了較大困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，該系統具有可實現在線監測的優點，既可全面地監測轉轍機電動機的各個狀態量，又可以快速地將監測結果以各種直觀的形式反映在顯示端。本發明的另一個目的是提供一種利用上述在線監測系統，對鐵路道岔轉轍機電動機進行在線監測的方法，以實時、快速、直觀地獲取監測數據。本發明的目的可以通過下述技術方案來實現 一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，包括檢測電路，用於檢測所述電動機的參數，輸出參數信號；傳感器，用於接收檢測電路輸出的參數信號，轉換為電量信號； 模數轉換器，用於接收所述傳感信號，輸出數位訊號； 單片機，用於接收所述數位訊號並進行預處理； 所述單片機通過通信模塊與多路數據處理單元耦接； 所述多路數據處理單元與工控機耦接。一個實施方式中，所述檢測電路包括
絕緣電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的絕緣電阻；
定子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的定子電阻； 轉子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的轉子電阻；
所述傳感器包括分別與上述各檢測電路耦接的傳感器，以及
機端電壓監測傳感器，用於監測所述電動機的機端電壓；
電機電流監測傳感器，用於監測所述電動機的電流；
電機轉矩、轉速監測傳感器，用於監測所述電動機的轉矩和轉速；
所述定子電阻檢測電路與轉子電阻檢測電路之間設置有受單片機控制的可控開關。更具體的結構是，所述絕緣電阻檢測電路包括充電電容，用於提供絕緣電阻檢測所需的高壓；
充電電容的充、放電電路，用於使充電電容在檢測絕緣電阻時被充電至所需的高壓，在檢測完成後被快速放電。一個實施方式中，所述充、放電電路包括可重複觸發的單穩控制器，以及與該單穩控制器耦接的MOSFET開關管，所述MOSFET開關管與充電電容的兩端耦接。所述多路數據處理單元包括採集埠、處理單元、串口，多路數據處理單元對通過採集埠接收由通信網絡傳送的多路數據，並由處理單元進行處理，再通過串口傳送給工控機，由工控機進一步進行處理，並通過其圖形界面進行顯示。為了避免轉轍機在動作時，電動機的電流對檢測結果的影響，所述檢測電路還包括
電動機動作電流檢測電路，用於檢測電動機執行動作時的電流信號； 所述傳感器包括與電動機動作電流檢測耦接的傳感器，用於將上述電流信號轉換為電
量信號。一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測方法包括
a.在線監測電動機的參數，傳送給傳感器進行轉換；
b.傳感器轉換後，將上述參數數據進行模數轉換，變換為數位訊號；
c.將上述數位訊號傳送給單片機進行處理後，通過通信模塊傳送給多路數據處理單
元；
d.多路數據處理單元將處理過的數據傳送給工控機，以進一步處理後通過圖形界面顯不。所述步驟a中，在線監測電動機的參數包括監測電動機的定子電阻和轉子電阻， 其中監測完定子電阻或轉子電阻後，斷開兩者監測電路之間的可控開關，再監測轉子電阻或定子電阻。所述步驟a中，在線監測電動機的參數還包括監測絕緣電阻，其方法是通過對電容充電至600V得到測量用高壓，測量完畢後，將上述電容兩端接通放電。所述電容 的放電通過可重複觸發的單穩控制器控制MOSFET開關管來實現；所述定子電阻、轉子電阻監測電路之間的可控開關由單片機控制。本發明採用上述方法和/或系統，通過定子電阻和轉子電阻測量電路可控斷開閉合的結構和方法，避免同時測量造成的相互影響，提高檢測的準確度；通過電容升壓得到的 600V高壓進行絕緣電阻測量，準確穩定，測量完成後電容由可重複觸發的單穩控制MOSFET 開通進行放電，可在瞬間放電至5V以下而不影響迅速投入下一次測量；並且可以通過檢測電動機動作電流來檢測轉轍機的電動機是否動作的狀態，如果電動機處於動作狀態，則停止檢測，避免造成數據採集影響和/或設備損壞，如果電動機處於非動作狀態，則啟動檢測。與現有技術相比，本發明的有益效果是
1、目前對轉轍機整機和電動機的檢測還處於試驗臺階段。現有的轉轍機試驗臺都是採用液壓負載或重力式負載，體積大，調整不太方便，負載性能不穩定，給日常檢修轉轍機電動機的測試驗收工作帶來了較大困難。而本發明的在線監測系統將現場測量電路進行了有效集成，使得其前端採集模塊體積小、效率高，可安裝於道岔轉轍機現場箱盒內，可實時測量轉轍機電動機的各個狀態參量而不影響其正常工作，從而實現了在線監測。2、由於本監測方法的現場測量電路集成了升壓和放電電路，可瞬間得到直流600V 高壓，亦可瞬間完成放電而投入下一次測量。本系統利用可控開關(如繼電器)控制測量電路開通，電路接通後瞬間升壓到600V進行測量，測量完成後關斷測量電路的同時，可重複觸發單穩控制MOSFET導通，電容通過一阻值較小的電阻放電，放電過程瞬間完成，即可投入下一次測量。較之以往人工手搖搖表得到500V高壓測量絕緣電阻的方法，本系統有效地代替了手工測量的搖表的功能，且得到的高壓更加穩定，測量也更加迅速，故測量結果更加準確、便捷且實時性更好。3、本監測方法的數據傳輸方式為電力線載波傳輸，有效地解決了數據的遠程傳輸問題。前端模塊經單片機處理後的數字量數據，通過串口送入電力線載波模塊，電力線載波傳輸的原理相當於是一個數據機，傳輸到多路數據處理單元對數據進行進一步處理， 而後經由串口將數據送入作為上位機的工控機中進行處理。本方案有效地利用了既有電力線，節省資源，通信協議簡明，方便高效。4、本監測方法系統可以採用程式語言編寫程序對數據進行處理、顯示，具有數據存儲、顯示、列印等功能，並且異常時可圖像、聲音雙重報警。界面以數字、圖像、曲線的方式顯示實時數據，操作人性化，界面友好、美觀。
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中 圖1本發明的在線監測系統示意圖。圖2本發明的絕緣電阻檢測電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1所示，鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統包括絕緣電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的絕緣電阻；
定子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的定子電阻； 轉子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的轉子電阻； 上述各檢測電路分別通過傳感器與模數轉換器耦接； 還包括
機端電壓監測傳感器，用於監測所述電動機的機端電壓；
電機電流監測傳感器，用於監測所述電動機的電流；
電機轉矩、轉速監測傳感器，用於監測所述電動機的轉矩和轉速；
所述定子電阻檢測電路與轉子電阻檢測電路之間設置有受單片機控制的可控開關；
還包括
模數轉換器，用於接收所述傳感信號，輸出數位訊號； 單片機，用於接收所述數位訊號並進行處理；
所述單片機通過通信模塊(一個實施例中，可以採用電力線載波的通信模塊)與多路數據處理單元耦接；
所述多路數據處理單元與工控機(也稱之為上位機)耦接。圖1可見，多路數據處理單元通過其內部的多路數據採集埠接收通信網絡(採用電力線載波的方式)傳送過來的檢測數據，並由其處理單元對這些數據進行處理後，通過其串口傳送給作為工控機的PC機，在PC機內，設置有VC++編程的功能模塊，以對接收的數據進一步處理後，對數據進行存儲、列印、顯示等，還包括異常時可圖像、聲音雙重報警。 界面以數字、圖像、曲線的方式顯示實時數據，操作人性化，界面友好、美觀。上述定子電阻檢測電路與轉子電阻檢測電路之間設置有受單片機控制的可控開關。如圖2所示，絕緣電阻檢測電路包括充電電容，用於提供絕緣電阻檢測所需的高壓；
充電電容的充、放電電路，用於使充電電容在檢測絕緣電阻時被充電至所需的600V高壓，在檢測完成後被放電至5V以下，以便下次測量。上述充、放電電路包括可重複觸發的單穩控制器，以及與該單穩控制器耦接的 MOSFET開關管，所述MOSFET開關管與充電電容的兩端通過一阻值較小的放電電阻耦接。其中單穩控制器的一個輸出端與MOSFET開關管的門極耦接，MOSFET開關管、放電電阻與充電電容連接構成充電電容的可控放電迴路；MOSFET開關管受單穩控制器控制而關斷時，充電電容兩端耦接電源，被充電到需要的絕緣電阻檢測電壓。為了避免在轉轍機的電動機動作時啟動檢測，造成數據不準和/或設備損壞，上述在線監測系統還包括電動機動作電流檢測電路，以檢測轉轍機的電動機是否處於動作中，如果檢測到動作電流則視為其在動作，此時其它檢測電路不能動作；如果沒有檢測到動作電流，則其它檢測電路可以啟動。電動機動作電流檢測電路將上述檢測到的動作電流信號傳送給一個傳感器，再由該傳感器轉換為相應的電量信號經過模數轉換，再傳送給單片機進行處理。利用上述在線監測系統對鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測的方法包括a.在線監測電動機的參數，傳送給傳感器進行轉換；
b.傳感器轉換後，將上述檢測數據進行模數轉換，變換為數位訊號；
c.將上述數位訊號傳送給單片機進行處理後，通過通信模塊(一個實施例中，可以採用電力載波通信模塊)傳送給多路數據處理單元；
d.多路數據處理單元將處理過的數據傳送給工控機，以進一步處理後通過圖形界面顯不。具體的過程是，所述步驟a中，在線監測電動機的參數包括監測電動機的定子電阻和轉子電阻，其中監測完定子電阻或轉子電阻後，斷開兩者監測電路之間的可控開關，再監測轉子電阻或定子電阻。進一步的方法是，所述步驟a中，在線監測電動機的參數還包括監測絕緣電阻，其方法是通過對電容充電至600V得到測量用高壓，測量完畢後，將上述電容兩端接通通過放電電阻放電。 本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，包括檢測電路，用於檢測所述電動機的參數，輸出參數信號；傳感器，用於接收檢測電路輸出的參數信號，轉換為電量信號； 模數轉換器，用於接收所述電量信號，輸出數位訊號； 單片機，用於接收所述數位訊號並進行預處理； 其特徵在於，所述單片機通過通信模塊與多路數據處理單元耦接； 所述多路數據處理單元通過串口與上位機耦接。
2.如權利要求1所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，其特徵在於，所述檢測電路包括絕緣電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的絕緣電阻；定子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的定子電阻；轉子電阻檢測電路，用於檢測所述電動機的轉子電阻；所述傳感器包括分別與上述各檢測電路耦接的傳感器，以及機端電壓監測傳感器，用於監測所述電動機的機端電壓；電機電流監測傳感器，用於監測所述電動機的電流；電機轉矩、轉速監測傳感器，用於監測所述電動機的轉矩和轉速；所述定子電阻檢測電路與轉子電阻檢測電路之間設置有受單片機控制的可控開關。
3.如權利要求2所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，其特徵在於，所述絕緣電阻檢測電路包括充電電容，用於提供絕緣電阻檢測所需的高壓；充電電容的充、放電電路，用於使充電電容在檢測絕緣電阻時被充電至所需的高壓，在檢測完成後被快速放電。
4.如權利要求3所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，其特徵在於，所述充、放電電路包括可重複觸發的單穩控制器，以及與該單穩控制器耦接的MOSFET開關管， 所述MOSFET開關管與充電電容的兩端耦接。
5.如權利要求1所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，其特徵在於，所述多路數據處理單元包括採集埠、處理單元、串口，多路數據處理單元通過採集埠接收由通信模塊傳送的多路數據，並由處理單元進行處理，再通過串口傳送給上位機，由上位機進一步進行處理，並通過程序的圖形界面進行顯示。
6.如權利要求1所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統，其特徵在於，所述檢測電路還包括電動機動作電流檢測電路，用於檢測電動機執行動作時的電流信號；所述傳感器包括與電動機動作電流檢測耦接的傳感器，用於將上述電流信號轉換為電量信號。
7.一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測方法，其特徵在於，包括在線監測電動機的參數，傳送給傳感器進行轉換；傳感器轉換後，將上述檢測數據進行模數轉換，變換為數位訊號；將上述數位訊號傳送給單片機進行處理後，通過通信模塊傳送給多路數據處理單元；多路數據處理單元將處理過的數據傳送給作為上位機的工控機，以進一步處理後通過圖形界面顯示。
8.如權利要求7所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測方法，其特徵在於，所述步驟a中，在線監測電動機的參數包括監測電動機的定子電阻和轉子電阻，所述定子電阻檢測電路與轉子電阻檢測電路之間設置有受單片機控制的可控開關，其中監測完定子電阻或轉子電阻後，完全斷開其監測電路之間的可控開關，再監測轉子電阻或定子電阻。
9.如權利要求7或8所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測方法，其特徵在於， 所述步驟a中，在線監測電動機的參數還包括監測絕緣電阻，其方法是通過對電容充電至 600V得到測量用高壓，測量完畢後，將上述電容兩端接通通過較小阻值電阻快速放電。
10.如權利要求9所述一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測方法，其特徵在於，所述電容的放電通過可重複觸發的單穩控制器控制MOSFET開關管來實現；所述定子電阻、轉子電阻監測電路之間的可控開關由單片機控制。
全文摘要
本發明公開了一種鐵路道岔轉轍機電動機的在線監測系統及方法，涉及一種電動機的在線監測系統及方法，目的是實現在線監測轉轍機電動機運行狀態、及時發現設備故障、實時檢測其狀態和故障，系統包括檢測電路、傳感器、模數轉換器、單片機、通信模塊、多路數據處理單元、上位機，所述單片機通過通信模塊與多路數據處理單元耦接；所述多路數據處理單元通過串口與上位機耦接。方法包括在線監測電動機的參數，傳送給傳感器進行轉換；傳感器轉換後，將上述參數數據進行模數轉換，變換為數位訊號；將上述數位訊號傳送給單片機進行處理後，通過通信模塊網絡傳送給多路數據處理單元；再將處理過的數據傳送給上位機，進一步處理後通過圖形界面顯示。
文檔編號G01R31/34GK102156262SQ201110071068
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者華澤璽, 李代偉, 王麗, 王紹傑 申請人:成都信息工程學院, 成都睿感科技有限公司, 西南交通大學