本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化技術(shù)，特別是一種和諧號(hào)電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)控制接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

“和諧號(hào)”HXD3是中國鐵路的干線貨運(yùn)電力機(jī)車主力車型之一，鐵總現(xiàn)有500臺(tái)投入使用。工作電源:單相交流25KV/50Hz；電傳動(dòng)方式：交-直-交傳動(dòng)；持續(xù)功率：7200KW；持續(xù)速度70Km。在機(jī)車的兩端各設(shè)有一個(gè)司機(jī)室，兩個(gè)司機(jī)室的中間是機(jī)械室。在機(jī)械室內(nèi)設(shè)有600mm寬的中央通道，通道左右兩側(cè)設(shè)有主變流裝置、通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等設(shè)備。在機(jī)械室內(nèi)安裝了多個(gè)幾千瓦至幾十千瓦輔助風(fēng)機(jī)，受高壓接觸器控制，用來對(duì)電力機(jī)車功率設(shè)備進(jìn)行散熱降溫。

電力機(jī)車牽引供電系統(tǒng)采用三相交流制，每隔25Km-30Km建一個(gè)變電站，采用分相(A、B、C)交替分相供電方式，保證三相電對(duì)稱負(fù)荷，不影響電力系統(tǒng)的三相對(duì)稱性，功率因數(shù)接近于1，并能將無功電流、負(fù)序電流、通訊干擾等減到最小值。牽行變電所相對(duì)簡單，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。電力機(jī)車需不斷通過牽行變電所進(jìn)行分相交替供電。由于輔助風(fēng)機(jī)是感性負(fù)載，其瞬態(tài)電流大大超過額定電流，而使接觸器進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)，造成相關(guān)的輔助風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，影響機(jī)車正常運(yùn)行，出現(xiàn)機(jī)車停車等故障現(xiàn)象；其次，接觸器觸點(diǎn)隨著使用時(shí)間的增長，觸點(diǎn)接觸電阻會(huì)從開始的幾mΩ增加到幾十mΩ，或超過100mΩ。如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種觸點(diǎn)阻抗的變化，在幾十A工作電流流過時(shí)引起觸點(diǎn)功耗大幅增加，以至觸點(diǎn)燒毀，造成機(jī)車故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種和諧號(hào)電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)控制接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。該裝置涉及了和諧號(hào)電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)高壓工作接觸器的觸點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)和觸點(diǎn)電阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)給出的狀態(tài)信息，司機(jī)對(duì)接觸器過流保護(hù)等故障采取應(yīng)急措施，檢修人員通過下載存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析處理，找出接觸器可能存在故障隱患。

一種和諧號(hào)電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)控制接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理顯示終端和駕駛室狀態(tài)顯示終端；其中數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理顯示終端包括接觸器單元、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、觸電電阻檢測(cè)單元、MCU1單元、A/D變換電路單元、光電隔離串行口單元、MCU2單元、狀態(tài)指示1單元、通信單元1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；駕駛室狀態(tài)顯示終端包括通信單元2、MCU3單元、狀態(tài)指示2單元、聲光報(bào)警單元；接觸器單元輸入端與電力機(jī)車待測(cè)端連接且輸出端分別與開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元輸入端、觸電電阻檢測(cè)單元輸入端連接，開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元輸出端與MCU1單元輸入端連接，觸電電阻檢測(cè)單元輸出端與A/D變換電路單元輸入端連接，A/D變換電路單元輸出端與MCU1單元輸入端連接，MCU1單元輸出端通過光電隔離串行口單元與MCU2單元輸入端連接，MCU2單元輸入端還與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接，MCU2單元輸出端分別與狀態(tài)指示1單元、通信單元1連接；通信單元2與通信單元1通信且輸出端與MCU3單元輸入端連接，MCU3單元輸出端分別與狀態(tài)指示2單元、聲光報(bào)警單元；開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元檢測(cè)接觸器單元開關(guān)狀態(tài)，觸電電阻檢測(cè)單元獲取接觸器單元觸點(diǎn)接觸電阻值，A/D變換電路單元將電阻值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，MCU1單元對(duì)接觸器開關(guān)量與電阻值進(jìn)行處理，MCU2單元處理MCU1單元饋送的信號(hào)，狀態(tài)指示1單元根據(jù)MCU2單元的輸出信號(hào)發(fā)出不同指示信號(hào)，通信單元1將MCU2單元處理信號(hào)發(fā)送，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)接觸器狀態(tài)數(shù)據(jù)，通信單元2接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元發(fā)出的信號(hào)，MCU3單元對(duì)通信單元2接收的信號(hào)進(jìn)行處理，狀態(tài)指示2單元根據(jù)MCU3單元的輸出信號(hào)發(fā)出不同指示信號(hào)，聲光報(bào)警單元根據(jù)MCU3單元的輸出信號(hào)發(fā)出警報(bào)。

本發(fā)明應(yīng)用了開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路、觸點(diǎn)電阻檢測(cè)電路對(duì)輔助風(fēng)機(jī)控制的高壓工作接觸器的開關(guān)狀態(tài)和觸點(diǎn)電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)，在接觸器出現(xiàn)過流保護(hù)觸點(diǎn)斷開、接觸器觸點(diǎn)接觸電阻值大于初始值10倍以上等故障時(shí)，裝置及時(shí)給出故障狀態(tài)指示和聲光報(bào)警，提示機(jī)車司機(jī)采取應(yīng)急措施；同時(shí)，裝置配置EEPROM實(shí)時(shí)全程記錄接觸器開關(guān)狀態(tài)和接觸器觸點(diǎn)接觸電阻值，通過USB單元下載數(shù)據(jù)，并由專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以消除接觸器可能存在的隱患，保證鐵路大動(dòng)脈安全暢通運(yùn)行。

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種和諧號(hào)HXD3電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)控制接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為圖1中接觸器單元與開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元電路圖。

圖3為圖1中觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元電路圖。

圖4為圖1中模擬量多路選擇單元與AD變換單元電路圖。

圖5為圖1中光電隔離串行口單元電路圖。

圖6為圖1中MCU2單元與狀態(tài)指示1單元電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種“和諧號(hào)”HXD3電力機(jī)車輔助風(fēng)機(jī)控制接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置包括：接觸器單元1、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元2、觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3、模擬量多路選擇單元4、MCU1單元5、光電隔離串行口單元6、AD變化電路單元7、MCU2單元8、狀態(tài)指示1單元9、USB接口單元10、Zigbee通信模塊1單元11、EEPROM存儲(chǔ)器單元12、Zigbee通信模塊2單元13、MCU3單元14、狀態(tài)指示2單元15、聲光報(bào)警單元16。

接觸器單元1前后端輸出端(SW-A1/SW-A2)與開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元2輸入端相連，檢測(cè)接觸器開關(guān)狀態(tài)。接觸器單元1前后端輸出與觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3輸入端相連，獲取接觸器觸點(diǎn)接觸電阻值。開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元2輸出與MCU1單元5相連，開關(guān)狀態(tài)量輸入MCU1。觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3輸出與模擬量多路選擇單元4輸入相連，模擬量多路選擇單元4輸出與AD變化電路單元7相連。AD變換電路單元7輸出與MCU1單元5相連輸入觸點(diǎn)接觸電阻值數(shù)字量，MCU1分析處理前端輸入開關(guān)量和數(shù)字量。MCU1單元5串行口(TXD1/RXD1)與光電隔離串行口單元6相連，光電隔離串行口單元6與MCU2單元8串行口(TX2/RX2)相連，實(shí)現(xiàn)MCU1與MCU2之間電氣隔離的高速數(shù)據(jù)通信。MCU2單元8與狀態(tài)指示1單元9相連，給出接觸器狀態(tài)指示。MCU2單元8與USB接口單元10相連可以下載EEPROM存儲(chǔ)器單元12中的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析，找出接觸器可能存在的技術(shù)隱患。MCU2單元8與Zigbee通信模塊1單元11相連可以實(shí)現(xiàn)與駕駛室狀態(tài)終端通信。MCU2單元8與EEPROM存儲(chǔ)器單元12相連實(shí)現(xiàn)接觸器觸點(diǎn)開關(guān)量與觸點(diǎn)電阻數(shù)字量存儲(chǔ)。Zigbee通信模塊2單元13與MCU3單元14相連，MCU3單元14與態(tài)指示2單元15相連，MCU3單元14與聲光報(bào)警單元16相連，司機(jī)根據(jù)狀態(tài)指示和聲光報(bào)警信息進(jìn)行應(yīng)急處理，保證機(jī)車正常、暢通運(yùn)行。

如圖1所示，MCU1單元5、MCU2單元8和MCU3單元14選用雙串口、帶SPI總線單片機(jī)(STC12C5A60S2)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間數(shù)據(jù)通信、Zigbee通信模塊之間通信、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和USB數(shù)據(jù)下載等功能。

結(jié)合圖2，開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元2的電路包括：壓敏電阻R2與R7(270V/7D)，穩(wěn)壓管D1-2(1N4749)，三極管V1-2(2N2222)及電阻。壓敏電阻R2與R7、穩(wěn)壓管D1-2構(gòu)成兩級(jí)抗干擾電路來抑制電力機(jī)車?yán)擞扛蓴_；抗干擾電路輸出與三極管V1-2(2N2222)開關(guān)電路相連，V1-2的集電極輸出開關(guān)量信號(hào)。

結(jié)合圖3，觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3的電路包括：分壓電阻R11-14、過壓保護(hù)二極管D1-4(1N41481)、噪聲抑制電路R15＝R16＝1K、C1＝C3(1uF)與C1(10uF)、儀表放大器U1(INA128)及增益調(diào)節(jié)電阻R17(1K)。分壓電阻R11-14與R17選用0.1％精密電阻、儀表放大器選用溫漂(典型值：(±0.2±2/Gain)uV/℃)與偏移量(典型值：(±10±100/Gain)uV)數(shù)值極小的INA128，保證觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3自身誤差對(duì)接觸器觸點(diǎn)電阻測(cè)量精度影響很小，在一定溫度范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)。INA128內(nèi)置差分電路具有良好的電阻匹配性能，可進(jìn)一步抑制信號(hào)中的共模噪聲。對(duì)觸點(diǎn)電阻檢測(cè)單元3的電路分析計(jì)算，R15、C1與R16、C3構(gòu)建共模濾波器，其截止頻率f_CM為

f_CM＝1/(2πR₁₅C₁)＝159Hz

R15、R16與C3構(gòu)建差模濾波器，其截止頻率f_DIF為

f_DIF＝1/[2π×2R₁₅×(C₂+1/2C₁)]＝8Hz

由上式可知，滿足了f_CM＞10f_DIF，這就防止了因元件參數(shù)誤差導(dǎo)致共模噪聲被轉(zhuǎn)換為差模噪聲；同時(shí)，f_CM與10f_DIF頻率很低，對(duì)差分信號(hào)中噪聲可以得到有效抑制。

假設(shè)接觸器兩個(gè)觸點(diǎn)合計(jì)電阻為10mΩ；觸點(diǎn)流過電流20A，觸點(diǎn)壓降0.2V，分壓比K1為1/55，儀表放大器電壓增益為

Gain＝(1+50K/R₁₇)＝51

放大器輸出U_a1為：

U_a1＝K1×Gain(V_A1－V_A2)＝185mV

如觸點(diǎn)電阻值大于初始值10時(shí)，U_a1＝1.85V，說明U_a1有足夠的動(dòng)態(tài)范圍供后級(jí)AD變換單元7進(jìn)行模數(shù)變換，并根據(jù)U_a1數(shù)字量做出準(zhǔn)確判定和給出警示信息。

結(jié)合圖4，模擬量多路選擇單元4與AD變換單元7的電路包括：8選1多路選擇器U2(74HC4051)、AD變換器U3(AD7940)、R18與C4低通濾波器。U2實(shí)現(xiàn)最多8路模擬量選擇，輸出經(jīng)R18與C4低通濾波抑制噪聲，輸入到14位AD變換器，其1LSB為

1LSB＝FSR/2ⁿ＝5/2¹⁴＝0.31mV

轉(zhuǎn)換成電阻值分辨率為16.8uΩ，由此說明AD變換器可以很好滿足觸點(diǎn)電阻檢測(cè)要求。

結(jié)合圖5，光電隔離串行口單元6的電路包括：高速光耦合器U4-5(6N138)、電阻R22-25。高速光耦合器6N138傳輸速率為100Kb/s，可以滿足MCU1單元5與MCU2單元8通信速率要求。MCU1單元5的TXD1與光電隔離串行口單元6的高速光耦合器U4發(fā)送端3腳相連，U4輸出端6腳與MCU2單元8的RX2相連；MCU1單元5的RXD1與光電隔離串行口單元6的高速光耦合器U5輸出端6腳相連，U5發(fā)送端6腳與MCU2單元8的RX2相連。

結(jié)合圖6，MCU2單元8與狀態(tài)指示1單元9的電路包括：單片機(jī)U7(STC12C5A60S2)、串行口復(fù)用插座JP2和高亮LED燈D7-14。當(dāng)單片機(jī)U7收到某個(gè)接觸器觸點(diǎn)出現(xiàn)過流保護(hù)時(shí)，對(duì)應(yīng)LED燈閃爍報(bào)警。