专利名称：带微波雷达的接触网开关动作监控装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型与电气化铁路接触网开关动作监控有关。属于电气化铁路接触网开关 自动控制技术领域。技术背景接触网开关动作监控装置主要用于监视接触网开关(隔离开关或负荷开关)的位 置以及控制接触网开关的分、合闸。行业中一般采用RTU(Remote Terminal Units，中文全 称为远程终端控制器)控制操动机构(所谓操动机构就是通过控制电机，驱动接触网开关 闭合或者开断，并完成控制过程和结果信息采集的电路系统，如图9、图11所示)，由操动 机构的电机带动连接接触网开关的连杆运动，从而闭合或者开断接触网开关，如图9所示。 RTU通过对操动机构相关回路(如图11所示)的状态判断接触网开关是否动作(所谓接触 网开关的动作是指该开关由闭合到断开或者由断开到闭合的运行过程；接触网开关的触头 就是操动机构与RTU连接点，通过对这些触头状态信息的采集得到开关的位置状态信号， 其原理如图11所示)。图1所示的这种接触网开关动作行为判断模式在实际应用中存在一 些问题，因为在执行遥控命令控制接触网开关闭合或者开断时，其控制结果将开关是否执 行相应动作是由操动机构内部给出的，反映在如图11所示的遥信触头状态变化上，依靠这 种单一信息判断接触。如果此时连接电机和接触网开关的的位置状态，由于接触网开关工 作环境的电磁干扰、触头的行程差异、触头的氧化等都有可能造成RTU对开关状态的误判， 这就会给接触网检修人员带来安全威胁。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单，安装和维护方便，安全可靠的带微波雷 达的接触网开关动作监控装置。本实用新型是这样实现的本实用新型本实用新型带微波雷达的接触网开关动作监控装置，远程终端控制器RTU的微处理器CPU通过遥控接口电路4和遥信接口电路5与操 动机构连接，通过通信接口电路3与通信网络连接，其特征在于微处理器CPU通过微波雷达 检测输入接口 2与微波雷达连接，微波雷达安装于接触网开关下方，其发射方向从下向上 对着接触网开关的动作运行轨迹，微波雷达的主芯片的输出信号经滤波隔直后依次经过第 一、二放大器与微处理器CPU的微波雷达检测输入接口连接，微处理器将检测到的微波雷 达检测输入接口 2和遥控接口电路5的信号经通信接口电路3传向通信网络。微波雷达主芯片输出的低频的毫伏级电压信号经第1、2电容C62、C63后，再经第 一放大器集成块U30放大，第二放大器集成块U31整形成方波信号输入微处理器CPU的微 波雷达检测输入接口检测。远程终端控制器的遥控接口电路4的第1继电器JR3、第2继电器JR4、第3继电 器JR5分别发出遥控合YKH，遥控分I F，遥控母1(指令到合闸继电器和分闸继电器，操动机构的合闸继电器Jl与电机合闸线圈Kl连接，操动机构的分闸继电器J2与电机分闸线 圈K2连接，操动机构的两遥信线圈K3、K4串联，并与遥信接口电路5的合闸触头ΥΧΗ，分闸 触头YXF和遥信母线TOC连接。远程终端控制器的微处理器与下载调试口 1和内存U5连接。通信接口电路3的光头LDINTR-2120的3脚，8脚分别与CPU的12脚，13脚连接， 遥控接口电路4第1、2或门U13、U14与CPU连接，并分别与第1、2光继电器U8、U9连接，第 1、2光继电器与第1、2、3、4继电器JR3，JR4，JR5，JRl连接，遥信接口电路5有串联的光点 耦合器件TLP521-1，其输入接遥信信号输入端，其输出接CPU的30、31、34、35、36、40、41脚 和 JR3 的 YXU0-YXU7。本实用新型在原有的远程终端控制器的基础上增设微波雷达来检测接触网开关 是否真正动作。当操动机构故障，例如连杆与电机连接故障时，虽然操动机构显示开关动作，实际 连杆并没有带动接触网开关动作。此类故障的检测在以前是较困难的，准确度也不高。在 使用了带微波雷达的接触网开关动作监控装置后，很容易就能检测出此类故障。此发明与 传统的装置相比无疑是一个较大的进步。对接触网动作监控的可靠性来说也是一个很大的 提高。本实用新型结构简单，安装和维护方便，运行成本低廉。
图1常见RTU方案示意图。图2为本实用新型方案示意图。图3本实用新型系统框图。图4下载调试口、E2PR0M与CPU连接原理图。图5微波雷达输出与CPU连接原理图。图6通信接口电路与CPU连接原理图。图7遥控接口电路与CPU连接原理图。图8遥信接口电路与CPU连接原理图。图9行业中RTU安装位置示意图。图10带微波雷达的RTU安装位置示意图。图IlRTU与操动机构连接原理图。图12微波雷达电路部分信号流向图。
具体实施方式
本实用新型在原有RTU基础上设计一种带微波雷达的新型RTU。该装置的微波雷 达不间断地向接触网开关发射10. 5G的高频微波，通过微波多普勒原理检测接触网开关是 否动作，尤其在RTU向操动机构下达遥控分间或者合间命令时，微波雷达可以很容易地检 测出接触网开关的是否在同步执行。多普勒原理简介如下当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收 到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的所以称之为多普勒效应。任何波都有反射的特性，当一定频率的波碰到阻挡物的时 候，就会有一部分的波被反射回来，如果阻挡物是静止的，反射波的波长就是恒定的，如果 阻挡物是向波源运动，反射波的波长就比波源的波长短，如果阻挡物是向远离波源的方向 运动，反射波的波长就比波源的波长长，波长的变化，就意味着频率的变化，同时也就意味 着所探测物体是否存在运动现象。本实用新型的内部硬件原理及信号流向如下本实用新型接触网开关视频监控装置的微处理器CPU(TO)与E2PR0M(TO)、下载调 试口 1、微波雷达检测输入接口 2、通信接口电路3、遥控接口电路4、遥信接口电路5连接。 CPU(U3)是ARM-LM3S1601，是本实用新型的控制核心芯片。其与各部分的连接如图3所示。下载调试口 1和E2PR0M(U5)与CPU(U3)的连接电路图如图4所示。下载调试口 Jl的4脚连接CPU的79脚，Jl的8脚连接CPU的89脚，Jl的3脚连接CPU的78脚，Jl的 7脚连接CPU的77脚。此部分的功能就是通过下载调试口为CPU下载程序和调试程序用。E2PR0M(U5)为cat24wc64，如图4所示。其引脚1、2、3、4接地，7脚连接CPU的70 脚，8脚连接CPU的71脚。E2PR0M在本装置中的主要功能是为本装置存贮地址。该地址的 就是一个装置编号，远方通过此编号与该装置通信。微波雷达检测输入接口 2与CPU的连接电路如图5所示。此部分电路的主要芯片 是U29，U29是一个型号为HB100的微波雷达，其发射频率为10. 5GHZ的微波，如果遇到静 止的物体，雷达接收到的反射波也是这个频率，如果遇到运动的物体，反射的微波与发送微 波的电波混合，在HB100的输出端变换为低频电压。U29的输出信号端为3脚IF端，该端 输出的是一个低频的毫伏级的电压信号。是一个根据物体移动快慢的变化频率的正弦波信 号。该信号经过C62、C63，滤波、隔直后，经过U30进行第一级放大，再经过U31进行第二级 放大整形后，输出一个3. 3V的方波信号，输入CPU进行处理。U30仅仅是放大这个低频的正 弦波，U31的主要作用是把U30放大后的正弦波整形成方波信号。因为该芯片0P37有个特 性，当放大倍数很大时，会使超出其输出范围的电压信号截至在一定的电压幅值上，形成方 波信号。CPU检测到有变化的信号后判断开关是否动作。通信接口电路3与CPU的连接电路如图6所示。本通信为光线通信。光头 LD1NTR-2120的2脚与CPU的12脚连接，光头LD1NTR-2120的8脚与CPU的13脚连接。这 样连接的目的是实现信号收发功能。遥控接口电路4与CPU连接如图7所示。其中U13、U14为或门，U8、U9为光继电 器 JRl G6B1174、JR3 G2R_1A4、JR4 G2R_1A4、JR5 G2R-1A4 为继电器；只有当 JRl G6B1174 接通后，其它继电器才能工作。所以U8的7脚应该为0时，JRl才能接通。则U8的2脚也 应该为0，那么U13的1、2脚同时为0，则CPU的6、10脚为0。YKH(表示遥控合)、YKF(表 示遥控分)要工作的话，必须IC(遥控母)先工作。因此U9的5脚为0，则U14的1、2脚 为0。得出CPU的17脚、22脚为0。假如现在要发一个遥控合闸命令，则此时只需要U8的5脚为0，即CPU的11脚为0，而 CPU的16脚为1即可。相反，要发一个遥控分闸命令的话，只需要CPU的11脚为1，16脚为 0即可。遥信接口电路5与CPU的连接如图8所示。其中U15-U21为光点耦合器件TLP521-1，主要是起光电隔离作用。JP4是遥信信号的输入端，其1脚为地，3脚-9脚为各 种遥信信号输入。如JP4的3脚有遥信输入，则U15的光电耦合会是其3、4端接通，则此时 ΥΧ0,即CPU的30脚会有一个低电平，CPU通过检测这个低电平得知此遥信信号，其它遥信 信号进入CPU的情况类似。本实用新型的安装由于HB100微波雷达的有效距离是0-25米，而根据微波雷达的工作原理，该装置 只需要安装在接触网开关下方对着开关即可，如图10所示。因为高频的微波具有很好的方 向性，所以可以防止列车运行时的干扰。根据现场情况，如果有干扰，可以把微波雷达放于 铝盒中，微波发射方向通过铝盒的开口对准接触网开关。这样强制限定微波的方向角，具有 良强的方向性，从而避免了其它运动物体的干扰。本实用新型系统工作原理(1)微波雷达部分微波雷达不间断工作，时刻监视着接触网开关是否动作。微波雷达的输出信号及 该信号的放大过程如图12所示。可以看出经过放大整形后的波形已经适合CPU的IO 口读 入进行处理。CPU每隔10毫秒检测一次58脚状态，如果检测到的该引脚状态与上一次相 比有变化，并且这种变化能持续4秒钟的时间，且状态变化20次以上视为开关动作。若此 时RTU通过采集操动机构的遥信也能得到开关动作信息，则CPU组装开关动作报文进入通 信网络向上级报告。若单纯的雷达检测到开关动作而装置遥信却没有检测到，则CPU组装 警告报文向上级报告。若RTU遥信采集到开关动作，而微波雷达没检测到，则可能是操动机 构故障，CPU同样组装报警报文向上级报告。(2)遥控部分CPU接收到上级发来的遥控报文，例如是遥控合闸报文。则如图11所示的K5闭 合，交流回路3连通，继电器Jl工作。在Jl的作用下，Kl闭合，也就是电机的合闸线圈闭 合，电机运转带动连杆运动，使接触网开关闭合。此时RTU里面的CPU会一直采集合闸遥 信结点信号。采集时间为10秒，因为整个合闸过程大概持续4-7秒。如果超过10秒中还 未采集到合闸信号，则CPU会向上级报告合闸失败。如果合闸成功，则CPU会与微波雷达采 集的信号对比，如果微波雷达也检测到开关的动作，则视为合闸成功。CPU向上级报告合闸 成功。否则报告失败。分闸过程与合闸类似。(3)遥信部分在合闸时候的遥信采集过程在上面已经描述过了。在没有遥控命令时，CPU会每隔 5毫秒采集一次操动结构的遥信状态。如果有异常情况，CPU会立刻主动向上级报警。遥信 的工作原理如图11所示。例如在合闸时，操动机构的K3会闭合，RTU上的触头YXH(遥信 合闸)会有一个和aXC)遥信母线上一样的电压。通过遥信部分电路处理后，CPU采集这 个信号得知此遥信状态，组装报文后向上级报告。
权利要求1.带微波雷达的接触网开关动作监控装置，远程终端控制器RTU的微处理器CPU通过 遥控接口电路(4)和遥信接口电路( 与操动机构连接，通过通信接口电路C3)与通信网 络连接，其特征在于微处理器CPU通过微波雷达检测输入接口( 与微波雷达连接，微波雷 达安装于接触网开关下方，其发射方向从下向上对着接触网开关的动作运行轨迹，微波雷 达的主芯片的输出信号经滤波隔直后依次经过第一、二放大器与微处理器CPU的微波雷达 检测输入接口连接，微处理器将检测到的微波雷达检测输入接口( 和遥控接口电路(5) 的信号经通信接口电路C3)传向通信网络。
2.根据权利要求1述的带微波雷达的接触网开关动作监控装置，其特征在于微波雷达 主芯片输出的低频的毫伏级电压信号经第1、2电容C62、C63后，再经第一放大器集成块U30 放大，第二放大器集成块U31整形成方波信号输入微处理器CPU的微波雷达检测输入接口 检测。
3.根据权利要求1述的带微波雷达的接触网开关动作监控装置，其特征在于远程终端 控制器的遥控接口电路的第1继电器JR3、第2继电器JR4、第3继电器JR5分别发出 遥控合YKH，遥控分YKF，遥控母IC指令到合闸继电器和分闸继电器，操动机构的合闸继电 器Jl与电机合闸线圈Kl连接，操动机构的分闸继电器J2与电机分闸线圈K2连接，操动机 构的两遥信线圈K3、K4串联，并与遥信接口电路(5)的合闸触头ΥΧΗ，分闸触头YXF和遥信 母线rac连接。
4.根据权利要求1述的带微波雷达的接触网开关动作监控装置，其特征在于远程终端 控制器的微处理器与下载调试口(1)和内存U5连接。
5.根据权利要求1述的带微波雷达的接触网开关动作监控装置，其特征在于通信接口 电路(3)的光头LDINTR 2120的3脚，8脚分别与CPU的12脚，13脚连接，遥控接口电路 (4)第1、2或门U13、U14与CPU连接，并分别与第1、2光继电器U8、U9连接，第1、2光继电 器与第1、2、3、4继电器JR3，JR4，JR5，JR1连接，遥信接口电路(5)有串联的光点耦合器件 TLP521-1，其输入接遥信信号输入端，其输出接CPU的30、31、；34、35、36、40、41脚和JR3的 YXU0-YXU7o
专利摘要本实用新型为带微波雷达的接触网开关动作监控装置，解决已有装置对接触网开关动作发生误判的问题。远程终端控制器RTU的微处理器CPU通过遥控接口电路(4)和遥信接口电路(5)与操动机构连接，通过通信接口电路与通信网络连接，微处理器CPU通过微波雷达检测输入接口(2)与微波雷达连接，微波雷达安装于接触网开关下方，其发射方向从下向上对着接触网开关的动作运行轨迹，微波雷达的主芯片的输出信号经滤波隔直后依次经过第一、二放大器与微处理器CPU的微波雷达检测输入接口连接，微处理器将检测到微波雷达输出的接触网开关信号与从遥信接口(5)检测到的接触网开关信号同时通过通信接口电路经通信网络向上级报告。
文档编号G08C19/00GK201830022SQ20102028965
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者吴强, 张忠林, 沈阳, 王 华, 王建章, 黄星智 申请人:四川汇友电气有限公司