專利名稱：設(shè)置有安全回路的分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)以及測試這種系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式安全系統(tǒng)，更具體地涉及設(shè)置有用于連接分布式安全設(shè)備(例 如鐵路車輛中的振動監(jiān)測設(shè)備)的安全回路的安全系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用在這種安全回路 中的安全監(jiān)測設(shè)備，并且涉及測試這種系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
從文件DE 100 20 519、DE 100 20 520禾口 DE 100 20 521中獲知用于鐵路車輛
的振動監(jiān)測系統(tǒng)。一個或多個加速度計(jì)(優(yōu)選地是三軸加速度計(jì))連接到位于列車編組的 遠(yuǎn)程位置處的中央信號處理單元。雖然這種類型的配置可能被證明適用于出于診斷目的來 監(jiān)測特定車輛子系統(tǒng)，如制動器、轉(zhuǎn)向架或車體，但是它不提供安全組件所需的安全性和可 靠性等級。特別地，加速度信號從加速度計(jì)到遠(yuǎn)程處理單元的傳輸可能遭受不足的信噪比。 此外，一個加速度計(jì)或中央信號處理單元的故障可能仍未被檢測到。實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定性檢測設(shè) 備的現(xiàn)有嘗試都是基于傳感器(例如加速度計(jì))和遠(yuǎn)程基于軟件的處理單元，這不能滿足 CENELEC標(biāo)準(zhǔn)EN 50126-50129的安全性和可靠性要求，因此不能被認(rèn)定為是安全的。雖然 通過安裝這些設(shè)備可以減少不穩(wěn)定性的風(fēng)險，但是不穩(wěn)定性的風(fēng)險不能降低到零，因?yàn)樵?不穩(wěn)定運(yùn)行過程中監(jiān)測裝置的未檢測到的故障可能仍然存在?；诮?jīng)由安全回路互連的局部監(jiān)測單元的分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)中已 知的。已經(jīng)知道在鐵路車輛中使用這種系統(tǒng)的實(shí)例，用于監(jiān)測車門的關(guān)閉、制動器的驅(qū)動或 車廂的分開。GBl 345 955提供了貫穿火車長度的控制電路配置，該控制電路配置根據(jù)鐵路安 全運(yùn)行的要求用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測分開操作、遠(yuǎn)程控制車廂的制動控制設(shè)備、以及自我監(jiān) 測自身的工作和絕緣性。在火車的牽引裝置中，它包括可操作地連接到絕緣監(jiān)測器的中央 切斷(switch-Off)裝置，該絕緣監(jiān)測器又連接到可用于指示電路配置損壞或故障的警報， 警報還可以連接到切斷裝置的狀態(tài)監(jiān)測器，該狀態(tài)監(jiān)測器用作檢測列車工作方式是否對應(yīng) 于中央切斷裝置的設(shè)置，解偶脈沖發(fā)射器和制動脈沖發(fā)射器均分別連接到狀態(tài)監(jiān)測器和切 斷裝置，并且功率源和自動回位手柄(deadman handle)分別連接到切斷裝置。中央切斷裝 置包括與安全回路連接的傳感設(shè)備，該安全回路貫穿所有車廂，并且適于向所有車廂提供 控制電路，由此能夠監(jiān)測列車的完整性。DE10026836C1公開了貫穿火車長度的安全電路配置。在工作前，安全回路監(jiān)測設(shè) 備使用恒流源來對安全回路內(nèi)與致動器串聯(lián)連接的斷路器觸點(diǎn)(breaker contacts)進(jìn)行 測試。在測試過程中，使用位于安全回路中不同位置的至少兩個電流傳感器。順序地測試 致動器，并且測試時間沒有隨著致動器的數(shù)量和火車的大小的增加而過度增加。EP 1 256 480公開了用于由高壓直流電源供電的電動機(jī)車輛的繼電器融合檢測 器。該車輛設(shè)置有主機(jī)電繼電器，用于實(shí)現(xiàn)或中斷從電源到負(fù)載電路的電流供應(yīng)。通過設(shè) 置有中央處理單元(CPU)的繼電器線圈驅(qū)動主繼電器的打開和閉合。繼電器具有永久與高壓直流電源的正極和負(fù)極連接的一對正極和負(fù)極電源側(cè)端子，以及一對正極和負(fù)極負(fù)載側(cè) 端子。測試電路連接在繼電器的正極負(fù)載側(cè)端子與高壓直流電源的中間端子之間。測試電 路包括與測試開關(guān)串聯(lián)的測試電流檢測器以閉合和打開測試電路。為了測試主繼電器，將 測試開關(guān)閉合，主繼電器線圈通電以閉合和打開主繼電器，并且通過電流檢測器檢測測試 電路中的電流。雖然在只有一個主繼電器需要監(jiān)視時這種設(shè)備是有效的，但是這種設(shè)備很 難在包括與公共電源串聯(lián)的多個安全繼電器的安全回路中使用。因此，仍 然需要一種安全監(jiān)控系統(tǒng)，該安全監(jiān)控系統(tǒng)防止監(jiān)測系統(tǒng)本身的未檢測 到的故障并且不過分延長啟動程序。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用 于鐵路車輛的安全監(jiān)測設(shè)備，包括-傳感器，用于傳遞安全相關(guān)信號；-至少第一安全繼電器，具有兩個主端子和控制端子，控制端子用于閉合和打開主 端子之間的電連接；-至少第一測試電路，包括-測試電源，_測試電流檢測設(shè)備，-第一測試切換裝置，用于在工作模式與第一測試模式之間切換安全監(jiān)測設(shè)備，使 得在第一測試模式下第一安全繼電器的主端子連接在測試電源與電流檢測設(shè)備之間，而在 工作模式下第一安全繼電器的主端子斷開與測試電源的連接；以及_控制設(shè)備，連接到傳感器、第一安全繼電器的控制端子、第一測試切換裝置以及 測試電流檢測設(shè)備，控制設(shè)備包括_用于控制安全監(jiān)測設(shè)備在第一測試模式與工作模式之間切換的裝置，以及-用于在安全監(jiān)測設(shè)備的工作模式下監(jiān)測安全相關(guān)信號并且根據(jù)該安全相關(guān)信號 打開或閉合第一安全繼電器的裝置。安全繼電器的主端子能夠連接到安全回路，至少在工作模式下，安全回路連接到 外部電源和用于檢測安全繼電器的打開和閉合的檢測器。第一測試電路具有用于在第一測 試模式下局部地測試第一安全回路的裝置。因此，在包括多個這種安全監(jiān)測設(shè)備的安全回 路中，能夠同時測試所有安全繼電器，從而大大減少了測試時間。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，控制設(shè)備進(jìn)一步包括在第一測試模式下根據(jù)預(yù)定開關(guān)順序 打開和閉合第一安全繼電器并且在開關(guān)順序期間根據(jù)電流檢測設(shè)備的響應(yīng)來發(fā)出測試結(jié) 果的裝置。順序可以是簡單的閉合-打開-閉合順序，或者如果需要的話可以是更加復(fù)雜 的順序。如果安全監(jiān)測設(shè)備要用在艱苦環(huán)境中(如鐵路車輛的轉(zhuǎn)向架上)，那么安全繼電 器優(yōu)選地是固態(tài)繼電器，即沒有移動部件的繼電器。根據(jù)優(yōu)選地實(shí)施方式，第一測試切換裝置包括-上游測試開關(guān)，用于閉合和打開第一測試電路的在測試電源的正極端子與安全 繼電器的第一主端子之間的上游分支；以及
-下游測試開關(guān)，用于閉合和打開第一測試電路的在安全繼電器的第二主端子與 連接到測試電源負(fù)極端子的安全監(jiān)測設(shè)備的地之間的下游分支。測試電流檢測設(shè)備可以位于所述電路的第二分支中。有利地，測試電源是直流電源，并且第一測試電路的上游分支設(shè)置有二極管以防 止任何電流流向測試電源的正極端子。上游和下游測試開關(guān)裝置優(yōu)選地是光耦合器，以保持控制設(shè)備與測試電路隔離。 出于同樣原因，測試電流檢測設(shè)備和第一安全繼電器也包括光耦合器。為了增加冗余性，安全監(jiān)測設(shè)備可進(jìn)一步包括-第二安全繼電器，具有兩個主端子和控制端子，控制端子連接到控制設(shè)備以閉合 和打開第二安全繼電器的主端子之間的電連接；-第二測試電路，包括連接到控制設(shè)備的第二測試切換裝置，用于在第二測試模式 與工作模式之間切換安全監(jiān)測設(shè)備，使得在第二測試模式下第二安全繼電器的主端子連接 在測試電源與測試電流檢測設(shè)備之間，而在工作模式下第二安全繼電器的主端子斷開與局 部測試電源的連接。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，通過中斷由控制設(shè)備傳遞的交流控制信號來觸發(fā)第一安全 繼電器的打開，而通過中斷由控制設(shè)備傳遞的直流控制信號來觸發(fā)第二安全繼電器的打 開。優(yōu)選地，電流檢測設(shè)備包括連接到第一測試電路和第二測試電路的電流檢測器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括-如上所述的多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備；-至少第一安全回路，使多個安全監(jiān)測設(shè)備的第一安全繼電器經(jīng)由它們的主端子 串聯(lián)地互連；-公共電源，連接到第一安全回路；以及-連接到安全回路的公共電流檢測器，用于檢測多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的至少 一個第一安全繼電器的打開。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括-具有兩個安全繼電器的多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備；-第一安全回路，使多個安全監(jiān)測設(shè)備的第一安全繼電器經(jīng)由它們的主端子串聯(lián) 地互連；-第二安全回路，使多個安全監(jiān)測設(shè)備的第二安全繼電器經(jīng)由它們的主端子串聯(lián) 地互連；-公共電源，用于向第一安全回路和第二安全回路供電；以及-電流檢測設(shè)備，用于檢測多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第一安全繼電器和第二安 全繼電器中的至少一個的打開。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，公共電源與分布式安全監(jiān)測設(shè)備的測試電源隔離。因此，在 測試模式下不需要切斷公共電源。優(yōu)選地，任一第一安全繼電器的打開對應(yīng)于電流傳感器所檢測到的電流的中斷。 在這種情況下，一個安全監(jiān)測設(shè)備本身的任何故障也將引起相應(yīng)安全繼電器的打開。因此， 在控制端沒有控制信號的情況下，第一安全繼電器優(yōu)選地應(yīng)該是打開的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了設(shè)置有多個轉(zhuǎn)向架并且設(shè)置有如上所述的安全監(jiān) 測系統(tǒng)的鐵路車輛，其中，每個轉(zhuǎn)向架設(shè)置有安全監(jiān)測系統(tǒng)的安全監(jiān)測設(shè)備中的至少一個。 所使用的傳感器可以是加速度傳感器或其他類型的安全相關(guān)傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種測試如上所公開的安全監(jiān)測系統(tǒng)的方法，其 中，多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第一測試電路同時切換到第一測試模式，以執(zhí)行第一測試。 因此，執(zhí)行初始測試的時間變短，并且與安全回路中的安全監(jiān)測設(shè)備的數(shù)量無關(guān)。如果安全 監(jiān)測系統(tǒng)包括兩個安全回路，那么所述方法優(yōu)選地包括第一測試，在第一測試中，多個分 布式安全監(jiān)測設(shè)備的第一測試電路同時切換到測試模式；以及第二后續(xù)步驟，在第二后續(xù) 步驟中，多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第二測試電路同時切換到第二測試模式。如果兩個安 全回路不是串聯(lián)的，還可以同時測試。


通過僅作為非限制性實(shí)施例給出且在附圖中示出的本發(fā)明具體實(shí)施方式
的以下 描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更加顯而易見，在附圖中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備的框圖；-圖2示出了圖1的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備中一對可自測試的微機(jī)電加速度計(jì)；-圖3A至3K示出了圖1的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備對加速度信號的處理；-圖4A示出了用于測試圖1的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備的安全固態(tài)繼電器的測試電路；-圖4B示出了圖4A的變體；以及-圖5A示出了不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，該不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)包括多個圖1中所示類型 的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備；-圖5B示出了圖5A的變體。
具體實(shí)施例方式參照圖1，專用于對轉(zhuǎn)向架12的不穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備10包括安 裝在箱子16中的印刷電路板14，箱子16固定到轉(zhuǎn)向架框架18。印刷電路板14圍繞可編 程邏輯器件(PLD) 20而建，可編程邏輯器件(PLD) 20包括作為主輸入的兩個相同的橫向加 速度計(jì)22A、22B，和作為主輸出的兩個固態(tài)安全繼電器24a、24b。除了必須的電源電路26 以夕卜，系統(tǒng)還裝備有溫度傳感器28、時鐘電路30、看門狗電路32、測試命令的輸入34和用于 指示不穩(wěn)定性的輸出36。如圖2所示，兩個橫向加速度傳感器22A、22B優(yōu)選地是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))型。 這種類型的加速度計(jì)在本領(lǐng)域中是公知的(例如，參考VTI科技公司的SCA 1000)。加速 度計(jì)22A、22B包括多晶硅梁221形式的慣性體，多晶硅梁221通過支撐索222懸掛在基底 (substrate)上?；旧掀叫杏诨椎牧?21沿著參考軸線X-X延伸，并且設(shè)置有多個板 223，多個板223在垂直于梁的軸線方向遠(yuǎn)離梁延伸。梁和板223可相對于基底沿著軸線X-X 橫向移動。這些可移動的板223中的每一個都位于兩個多晶硅板224之間，多晶硅板224 垂直于梁221并且相對于基底固定。每個可移動板223和可移動板兩側(cè)上的固定板224形 成差動電容器單元225。這些單元相疊加形成差動電容器。作為多晶硅的替代，加速度計(jì)可 以由本領(lǐng)域已知的其他材料制成，如單晶硅。
利用這種差動電容器，可以采用不同方法來檢測加速度。每個可移動板(即，可隨 慣性體移動)在兩個固定板之間的中間處于靜止位置。在可移動板的一側(cè)上的所有固定 板都電連接在一起并充電，而且在可動板的另一側(cè)上的所有固定板也都電連接在一起并充 電。在響應(yīng)沿著參考軸線的外力/加速度時，具有可移動板的慣性體移向一組或其他組固 定板，從而改變不同板之間的電容，這產(chǎn)生了電信號。在固定板上這個信號被放大、處理并 提供給輸出端226。為了驗(yàn)證傳感器22A、22B的正確操作，提供了自測試輸入端228。激活自測試導(dǎo)致 階梯函數(shù)力沿著平行于參考軸線X-X的可測試方向DA、DB施加至加速度計(jì)22。更具體地， 通過自測試輸入端228激活自測試引起在測試單元231中的移動梁221 —側(cè)上的至少一對 固定板229上的電壓變化。這將對與可移動梁221成一體的測試板230產(chǎn)生靜電場引力， 導(dǎo)致梁221從靜止位置向可測試方向移動。在可測試方向上的這種傳感器位移將改變在傳 感器輸出端226所看到的信號。值得注意的是，兩個相同的加速度計(jì)22A、22B以相反方向布置在印刷電路板上， 這意味著當(dāng)印刷電路板受到振動時，兩個相同的加速度計(jì)的輸出具有相同的絕對瞬時值但 符號相反。這也意味著它們的參考軸線X-X是對齊的，而它們的 可測試方向DA和DB是彼 此相反的。加速度計(jì)22A、22B通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/DC連接到可編程邏輯器件PLD?？删幊?邏輯器件可以是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。它設(shè)置有同時 并行運(yùn)行且執(zhí)行不穩(wěn)定性監(jiān)測算法的非易失性邏輯塊，使得當(dāng)檢測到不穩(wěn)定性條件時，將 第一和第二固態(tài)繼電器的狀態(tài)從激活(active)狀態(tài)改變?yōu)楣收蠣顟B(tài)。圖3A和3B所示的分別來自第一和第二加速度計(jì)的數(shù)字化加速度信號在并行信道 中被處理，如圖3C至3K中所述。當(dāng)進(jìn)入可編程邏輯器件時，首先用數(shù)字帶通濾波器對每個 加速度計(jì)的數(shù)字化加速度信號濾波。帶通濾波器由低通和高通二階巴特沃斯濾波器組成。 高通濾波器用于消除信號偏置。它的截止頻率(_3dB頻率)是3Hz。低通濾波器的截止頻 率在30Hz至40Hz之間以消除噪聲。圖3C和圖3D示出了由此產(chǎn)生的濾波信號。如圖3E 所示檢測到超過預(yù)定閾值的濾波信號的峰值。在與相應(yīng)的可測試方向DA、DB對應(yīng)的方向 為每個加速度計(jì)22A、22B設(shè)置閾值(即，這個實(shí)施例中的正閾值)。與可測試方向相反的 方向上的每個加速度信號的峰值不予考慮。計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，對于每個加速度，當(dāng)在預(yù) 定時間窗內(nèi)檢測到連續(xù)峰值時(例如，如圖3F所示，當(dāng)連續(xù)兩個峰值彼此相隔大于125ms 但小于250ms時)，計(jì)數(shù)器遞增。更確切地，在每個計(jì)數(shù)器遞增之后啟動計(jì)時器。如果最后 計(jì)數(shù)的峰值與新的峰值之間的時間(通過計(jì)時器測量)小于120ms或者大于250ms但小于 500ms，那么不更新計(jì)數(shù)器。如果在最后峰值之后的階段T = 500ms內(nèi)沒有檢測到峰值，或 者在階段T = 500ms之后檢測到相隔小于125ms或者超過250ms的峰值，那么計(jì)數(shù)器和計(jì) 時器復(fù)位為0。每當(dāng)一個加速度計(jì)的計(jì)數(shù)器達(dá)到N時(如圖3H和圖31所示)，則傳遞不穩(wěn) 定性信號，在這種情況下，計(jì)時器和計(jì)數(shù)器也被復(fù)位。當(dāng)兩個加速度計(jì)都檢測到不穩(wěn)定性信 號時(如圖3J所示)時，傳遞不穩(wěn)定性檢測信號。還可在較早階段傳遞警告信號，例如只 要在兩個信道檢測到第一或第二峰值，如圖3K所示。明顯地，用于檢測不穩(wěn)定性所使用的 算法只使用每個加速度信號的一部分，即與每個加速度計(jì)的可測試方向?qū)?yīng)的部分。每個安全固態(tài)繼電器24a、24b設(shè)置有兩個輸出端41a、42a、41b、42b，并且被設(shè)計(jì)為當(dāng)控制輸入端上的相應(yīng)控制信號改變時從激活狀態(tài)改變?yōu)楣收蠣顟B(tài)。第一和第二固態(tài)繼 電器24a、24b用作“常開”觸點(diǎn)(contacts)，這意味著當(dāng)通電時它們是閉合的，在沒有控制 信號時它們是打開的。更具體地說，在沒有檢測到不穩(wěn)定性的情況下，通過可編程邏輯器件 20向連接到第一固態(tài)繼電器24a的頻率檢測器40提供預(yù)定頻率(例如1000Hz)的AC控制 信號，以將第一固態(tài)繼電器維持在它的激活、閉合狀態(tài)。在相同情況下，通過可編程邏輯器 件20向第二固態(tài)繼電器24b提供直流控制信號以將第二固態(tài)繼電器24b維持在閉合狀態(tài)。 檢測到不穩(wěn)定性觸發(fā)了兩個控制信號的中斷和兩個安全固態(tài)繼電器24a、24b的打開。參照圖4A，固態(tài) 繼電器24a設(shè)置有局部測試電路240a，局部測試電路240a包括兩 個測試開關(guān)241a、242a和測試電流檢測器243a。局部測試電路240a的上游分支將測試開 關(guān)之一 241a串聯(lián)連接在固態(tài)繼電器的一個端子41a與局部測試直流電源244的正極端子 之間。二極管245a可被設(shè)置在上游分支中，以防止電流回流到局部測試電源。局部測試電 路的下游分支將固態(tài)繼電器的另一個端子42a連接到第二測試開關(guān)242a，并且第二測試開 關(guān)242a連接到測試電流檢測器243a，測試電流檢測器243a連接到由局部測試電源244的 負(fù)極端子定義的地，以使電路閉合。當(dāng)?shù)谝缓偷诙y試開關(guān)241a、242a閉合并且固態(tài)繼電 器也閉合時，電流檢測器243a用于檢測是否有電流流過固態(tài)繼電器的端子41a、42a。第二 固態(tài)繼電器24b通過相同電源244設(shè)置有類似的測試電路，并且相應(yīng)部件已經(jīng)在圖4A中指 定了相同的參考標(biāo)記，使用“b”作為后綴來代替“a”。如圖4B的變體所示，公共電流檢測器 243可用于代替兩個單獨(dú)的電流檢測器243a和243b。固態(tài)繼電器24a、24b，測試開關(guān)對241、242以及電流檢測器243連接到可編程邏輯 器件20，并且實(shí)現(xiàn)為光耦合器，使得它們到可編程邏輯器件20的連接與它們到測試電路的 連接完全隔離?？删幊踢壿嬈骷?0還設(shè)置有有限狀態(tài)機(jī)50(見圖1)，以執(zhí)行用于檢查不穩(wěn)定性監(jiān) 測設(shè)備的可操作性的一系列測試。在第一測試順序中，檢查固態(tài)繼電器的開關(guān)(switching)。當(dāng)通過測試電流檢測器 243檢查第一固態(tài)繼電器24a的響應(yīng)時，可編程邏輯器件20閉合第一固態(tài)繼電器24a的測 試開關(guān)241、242，并且在預(yù)定期間中斷AC控制信號。如果電流檢測器243在AC控制信號的 中斷期間檢測到電流，那么測試失敗并且狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)到啟動故障狀態(tài)。隨后，通過可編程邏輯 器件中斷適當(dāng)?shù)闹绷骺刂菩盘柌⑶袚Q回“0N(開)”，對第二固態(tài)繼電器24b重復(fù)該測試。在第二測試順序中，加速度計(jì)的內(nèi)部測試電路用于模擬與不穩(wěn)定性情況對應(yīng)的測 試模式。一系列N個電壓脈沖施加到兩個加速度計(jì)的測試端。然后兩個加速度計(jì)應(yīng)該以它 們的滿標(biāo)值(full scale value)的80%來做出反應(yīng)，并且產(chǎn)生高于檢測閾值的N個峰值。 在N個峰值之后，不穩(wěn)定性監(jiān)測算法應(yīng)該產(chǎn)生不穩(wěn)定性信號并觸發(fā)兩個固態(tài)開關(guān)。如果沒 有產(chǎn)生不穩(wěn)定性信號，那么測試失敗，狀態(tài)機(jī)50轉(zhuǎn)到啟動故障狀態(tài)。明顯地，在每個不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備中，朝向相反方向的兩個加速度計(jì)22A、22B的 使用使得可選擇地以實(shí)際監(jiān)測算法來檢測每個加速度計(jì)信號的峰值成為可能，該加速度計(jì) 信號對應(yīng)于慣性體在可測試方向上從靜止位置開始的移動，這實(shí)際上已經(jīng)被測試。換句話 說，設(shè)置該算法的峰值閾值，使得在與可測試方向相反的方向(即，加速度計(jì)的內(nèi)部測試電 路不允許測試的方向)的加速度計(jì)信號的峰值被忽略。不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備可以包括其他測試，例如溫度測量。由溫度傳感器測量的溫度與下限和上限(例如在-40°C至95°C之間)相比較。如果溫度沒有在預(yù)定窗內(nèi)，那么警報 被觸發(fā)。如圖5A所示，不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備在鐵路車輛的至少一些轉(zhuǎn)向架框架18上被復(fù)制，優(yōu)選地在所有轉(zhuǎn)向架上被復(fù)制，以建立不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)300，不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)300包括 兩個安全回路302a、302b，一個安全回路用于在包括直流電源(例如電池單元304)和連接 到駕駛室的警報308的公共電流檢測器306a的閉合電路中將不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備10的第一 安全繼電器24a串聯(lián)連接到速度控制系統(tǒng)和/或串聯(lián)連接到車輛的制動控制系統(tǒng)，并且第 二安全回路(302b)用于在相同條件下將不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備10的第二安全繼電器24b串聯(lián) 連接到電源304與電流檢測器306b之間。在安全回路上還設(shè)置了二極管310a、310b以防 止電流回流到直流電源304。安全回路中由電流檢測器306a、306b檢測到的任何電流中斷被認(rèn)為是不穩(wěn)定性 事件，并且引起適當(dāng)反應(yīng)，例如警報308的工作、驅(qū)動功率的降低和/或鐵路車輛的制動器 操作。每個局部測試直流電源244的地都是隔離的，從而上文提到的第一測試順序可以 在所有第一安全繼電器24a上同時進(jìn)行，并且對安全回路302a的直流功率進(jìn)行疊加。然而， 每個單元的第一和第二安全繼電器優(yōu)選地是按順序進(jìn)行測試以避免不可靠的結(jié)果，因?yàn)樵O(shè) 想的是這兩個安全回路是串聯(lián)連接的。不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有測試總線，用于在分布式系統(tǒng)上執(zhí)行對啟動測試各種測 試的控制，以檢查它的可操作性。測試總線用于將測試請求發(fā)送到不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備，并收
集結(jié)果。為測試所配置的火車中安全回路布線的完整性，可執(zhí)行特殊車輛測試。關(guān)閉最 后一節(jié)車廂的不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備，并且通過軌道車輛的電路斷路器來再次供電。這個操 作將打開和閉合此位置的安全回路，并且這將在駕駛室中得到驗(yàn)證。如果這個測試是正 (positive)的，那么認(rèn)為整個安全回路正在工作。否則，應(yīng)該在直接位于上游的不穩(wěn)定性檢 測設(shè)備上重復(fù)操作，直到錯誤被發(fā)現(xiàn)。在這種情況下，布線中的錯誤將位于回路工作的單元 與下游的下一個單元之間。作為變體，兩個安全回路可以串聯(lián)連接在公共電源與公共電流檢測器之間。為限制不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備之一發(fā)生故障時出現(xiàn)的可用性問題，還設(shè)想為每個轉(zhuǎn)向 架提供第一不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備IOA和第二不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備10B，如圖5B所示。每個不穩(wěn) 定性監(jiān)測設(shè)備的安全繼電器24a和24b是串聯(lián)連接的。第一不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備IOA的安全 繼電器24a、24b連接到第一安全回路302A，第二不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備的安全繼電器24a、24b 連接到第二安全回路302B。當(dāng)一個不穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)備發(fā)生故障并且中斷安全回路之一時， 可以在其他安全回路上繼續(xù)工作。本發(fā)明不限于上文所述的實(shí)施例。如果加速度測量的冗余并不重要，那么可以使用單加速度計(jì)。優(yōu)選地，單加速度計(jì) 應(yīng)該具有兩個可測試方向，即它應(yīng)該設(shè)置有測試裝置以在其靜止位置的兩側(cè)移動加速度計(jì) 的慣性體。加速度計(jì)可以是雙軸或三軸的，在這種情況下，來自附加軸的信號可被簡單地忽 略或與來自第一軸的信號并行處理。還可以組合來自不同軸的信號以建立加速度矢量，這 將由可編程邏輯器件處理。加速度計(jì)可以是任何方便的類型，例如基于壓電傳感器。
不穩(wěn)定性監(jiān)測算法可以具有很多變體。特別地，用于對峰值計(jì)數(shù)的具有下和上閾 值的時間窗可被更復(fù)雜的數(shù)字過濾器取代，以忽略不在觀察頻率范圍內(nèi)的信號的一些部 分?？梢越M合兩個信號的第一部分以形成新的加速度信號，以代替并行處理來自兩個 加速度計(jì)的信號。如果安全固態(tài)繼電 器的冗余并不重要，那么一種選擇是去除兩個固態(tài)繼電器中的 一個，在這種情況下，不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)將只設(shè)置有一個安全回路。已經(jīng)與鐵路車輛連接使用的不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)還可以在各種復(fù)雜系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其 中需要分布式加速度測量以確定不穩(wěn)定性狀態(tài)，例如飛行器或發(fā)電廠的渦輪機(jī)。雖然已經(jīng)結(jié)合不穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)描述了本發(fā)明，但是可通過相同類型的監(jiān)測設(shè)備 來監(jiān)測其他安全相關(guān)的變量，例如門的打開和閉合，制動器的致動或車廂的分開。更一般 地，類似的安全監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)可用于在任何一種復(fù)雜系統(tǒng)中監(jiān)測分布式安全相關(guān)的物理 變量。
權(quán)利要求
1.一種用于鐵路車輛的安全監(jiān)測設(shè)備，包括 -傳感器，用于傳遞安全相關(guān)信號；-至少第一安全繼電器，具有兩個主端子和控制端子，所述控制端子用于閉合和打開所 述主端子之間的電連接；-至少第一測試電路，包括 -測試電源， -測試電流檢測設(shè)備，-第一測試切換裝置，用于在工作模式與第一測試模式之間切換所述安全監(jiān)測設(shè)備，從 而在所述第一測試模式下所述第一安全繼電器的主端子連接在所述測試電源與所述電流 檢測設(shè)備之間，而在所述工作模式下所述第一安全繼電器的主端子斷開與所述測試電源的 連接；以及-控制設(shè)備，連接到所述傳感器、所述第一安全繼電器的控制端子、所述第一測試切換 裝置以及所述測試電流檢測設(shè)備，所述控制設(shè)備包括-用于控制所述安全監(jiān)測設(shè)備在所述第一測試模式與所述工作模式之間切換的裝置，以及-用于在所述安全監(jiān)測設(shè)備的所述工作模式下監(jiān)測所述安全相關(guān)信號并且根據(jù)所述安 全相關(guān)信號打開或閉合所述第一安全繼電器的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述控制設(shè)備進(jìn)一步包括在所述第一測 試模式下根據(jù)預(yù)定開關(guān)順序打開和閉合所述第一安全繼電器并且在所述開關(guān)順序期間根 據(jù)所述電流檢測設(shè)備的響應(yīng)來發(fā)出測試結(jié)果的裝置。
3.如任一前述權(quán)利要求所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述安全繼電器是固態(tài)繼電器。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述第一測試切換裝置包括 -上游測試開關(guān)，用于閉合和打開所述第一測試電路的、在所述測試電源的正極端子與所述安全繼電器的主端子的第一主端子之間的上游分支；以及-下游測試開關(guān)，用于閉合和打開所述第一測試電路的、在所述安全繼電器的第二主端 子與連接到所述測試電源負(fù)極端子的所述安全監(jiān)測設(shè)備的地之間的下游分支。
5.如權(quán)利要求4所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述測試電流檢測設(shè)備位于所述電路的 第二分支中。
6.如權(quán)利要求4或5所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述測試電源是直流電源，所述第一 測試電路的上游分支設(shè)置有二極管以防止任何電流流向所述測試電源的正極端子。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述第一安全繼電器、所述第一測 試切換裝置和所述測試電流檢測設(shè)備包括光耦合器，以保持所述控制設(shè)備與所述測試電路 電隔離。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的安全監(jiān)測設(shè)備，進(jìn)一步包括-第二安全繼電器，具有兩個主端子和控制端子，所述控制端子連接到所述控制設(shè)備以 閉合和打開所述第二安全繼電器的主端子之間的電連接；-第二測試電路，包括連接到所述控制設(shè)備的第二測試切換裝置，用于在第二測試模式 與所述工作模式之間切換所述安全監(jiān)測設(shè)備，從而在所述第二測試模式下所述第二安全繼 電器的主端子連接在所述測試電源與所述測試電流檢測設(shè)備之間，而在所述工作模式下所述第二安全繼電器的主端子斷開與所述局部測試電源的連接。
9.如權(quán)利要求8所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，通過中斷由所述控制設(shè)備傳遞的交流控 制信號來觸發(fā)所述第一安全繼電器的打開，而通過中斷由所述控制設(shè)備傳遞的直流控制信 號來觸發(fā)所述第二安全繼電器的打開。
10.如權(quán)利要求8或9所述的安全監(jiān)測設(shè)備，其中，所述電流檢測設(shè)備包括連接到所述 第一測試電路和所述第二測試電路的電流檢測器。
11.一種分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括-如任一前述權(quán)利要求所述的多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備；-至少第一安全回路，使所述多個安全監(jiān)測設(shè)備的第一安全繼電器經(jīng)由它們的主端子 串聯(lián)地互連；-公共電源，連接到所述第一安全回路；以及-公共電流檢測器，連接到所述安全回路，用于檢測所述多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的至 少一個所述第一安全繼電器的打開。
12.—種分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括-如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備；-第一安全回路，使所述多個安全監(jiān)測設(shè)備的第一安全繼電器經(jīng)由它們的主端子串聯(lián) 地互連；-第二安全回路，使所述多個安全監(jiān)測設(shè)備的第二安全繼電器經(jīng)由它們的主端子串聯(lián) 地互連；-公共電源，用于向所述第一安全回路和所述第二安全回路供電；以及-電流檢測設(shè)備，用于檢測所述多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的所述第一安全繼電器和所 述第二安全繼電器中的至少一個的打開。
13.如權(quán)利要求11或12所述的分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述公共電源與所述分布 式安全監(jiān)測設(shè)備的測試電源隔離。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，其中，在所述控制端子 沒有控制信號的情況下，所述第一安全繼電器是打開的。
15.一種設(shè)置有多個轉(zhuǎn)向架并且設(shè)置有如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的安全監(jiān)測 系統(tǒng)的鐵路車輛，其中，每個轉(zhuǎn)向架設(shè)置有所述安全監(jiān)測系統(tǒng)的安全監(jiān)測設(shè)備的至少一個。
16.一種測試如權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的安全監(jiān)測系統(tǒng)的方法，其中，所述多 個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第一測試電路同時切換到第一測試模式，以執(zhí)行第一測試。
17.一種測試如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的安全監(jiān)測系統(tǒng)的方法，包括第一測 試，在所述第一測試中，所述多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第一測試電路同時切換到測試模 式；以及第二后續(xù)步驟，在所述第二后續(xù)步驟中，所述多個分布式安全監(jiān)測設(shè)備的第二測試 電路同時切換到第二測試模式。
全文摘要
分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有第一安全回路，用于將安全繼電器串聯(lián)連接到公共電源。通過位于安全回路中的電流檢測器來檢測任意一個安全繼電器的打開。每個安全繼電器是局部安全監(jiān)測設(shè)備的一部分，該局部安全監(jiān)測設(shè)備設(shè)置有局部電源和測試電路，以允許獨(dú)立于公共電源進(jìn)行安全繼電器的局部測試。因此，能夠同時測試安全繼電器。
文檔編號G01R31/327GK102144168SQ200980134744
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者邁克·貝爾特 申請人:巴姆邦德爾運(yùn)輸有限公司