铁路信号电源监控系统

铁路信号电源监控系统

李艳艳

哈尔滨电务段 黑龙江省哈尔滨市  150000

摘要：监控装置集主监控、交流监控、直流监控、开关量输入输出、降压硅链控制、绝缘监察继电器以及闪光继电器等功能为一体，系统能对各模块状态进行实时、准确的监测，当任何模块发生故障，保证不间断供电并伴有声光报警。铁路信号电源监控系统设备必须满足实时监测、故障报警、不间断供电等主要功能，保证铁路系统安全稳定有序快速发展。

关键词：充电模块、交流配电、直流馈电、监控装置、 电池巡检单元、绝缘监测单元

第一章  电源监控系统概述及主要任务

监控系统目前分为两种：一种是按键型还有一种是触摸屏型。：监控系统提供人机界面操作，实现系统运行参数显示，系统控制操作和系统参数设置。本设计中借用高科产品“触摸式电源监测系统”，详细说明电源监控系统对铁路信号设备的技术需求和重要作用。

第二章  简述触摸屏电源监控装置(WW-PM5 5.0)

2.1 系统概述

触摸屏电源监控装置(WW-PM5 5.0)，将新一代工业级32位微处理器引入触摸屏监控系统的设计中，新一代监控装置集触摸屏主监控、交流监控、直流监控、开关量输入输出、降压硅链控制、绝缘监察继电器以及闪光继电器等功能为一体，做到一机在手即可满足用户对高档监控系统的基本要求。系统采用进口5.7吋320 × 240点阵液晶触摸屏，全汉化显示，人机界面友好。摈弃同行业常规的表格式界面，旺文科技的新一代监控装置采用独有的模拟按键引导式人机界面，使得系统操作更加形象、直观、简便。系统由WW-PM5电源系统监控装置、WW-DC电池巡检单元及WW-JY绝缘监测单元组成，具有良好的灵活性和可扩展性。单个电池巡检单元可以检测24 节电池电压，具有108节电池电压巡检的扩展能力。电池巡检单元独家具有巡检每一节电池表面温度的功能，可满足重要用户对蓄电池可靠性的更高要求。单个绝缘监测单元可监测 32 路馈电回路的绝缘状况，最多达128 路的扩展能力可满足超大系统的需要。新一代监控装置不仅结构简单独特、集成度高、安装使用方便，而且处理速度更快（比分散式结构快10倍以上），性能更稳定。

2.2  主要技术参数

主要技术参数 ：

●工作电源：85~320VDC

● 最大功耗：≤15W

● 内部通信端口：RS485

● 后台通信端口:串口 RS485 或 RS232 （可配以太网端口）

● 电池管理：自动均浮充转换 充电限流 定时均充 温度补偿

● 控制功能：充电模块开、关机 充电模块限流 充电模块电压调节 电池均 / 浮充转换

● 告警功能：可为告警量设定继电器输出（ 1 ～ 6 ）

● 外形尺寸(高×宽×深 ): 344mm × 136mm × 102mm

● 开孔尺寸(高×宽): 330mm × 124mm

● 整机重量：≤2.5kg

2.3  系统的基本组成部件及其基本功能

●充电模块

完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能。

●交流配电

将交流电引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换。

●直流馈电

将直流输出电源分配到每一路输出。

●监控装置集主监控、交流监控、直流监控、开关量输入输出、降压硅链控制、绝缘监察继电器以及闪光继电器功能于一体，是电源监控系统的核心。

●电池巡检单元

支持电池柜环境温度检测、单体电池电压、表体温度检测和告警，须和监控装置配套使用。

●绝缘监测单元

实现系统母线和回路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控装置，在监控装置上显示故障详细情况。

第三章  交流屏系统开关状态及馈出支路状态的在线监控系统

3.1 主要功能

系统由触摸屏主机和采样单元组成，其主要功能是：主要开关的状态，输入过压、欠压、缺相，输出过流，频率过高、过低，熔丝故障、电流，输出电压、电流，输入频率，有功功率。利用辅助点原理方案及电压电流原理方案（免辅助点开关）对开关状态机馈出支路状态进行在线实时监控。

3.2 交流配电监控系统的用途及作用

交流配电监控系统用于交流配电柜，适用于发电厂，变电站，通讯基站，厂矿企业等电力用户的交流50Hz额定电压380VAC；或单相220VAC；额定工作电流250A 以下的双路配电系统中作为动力照明及配电设备的电能转换，分配与控制用。配电柜接收两路交流输入，经过多路分路馈出。监控主要检测两路进线交流的电压,电流,进线开关的状态,以及馈出支路的开关状态.并能将所有的监测数据通过后来通讯传输给后来中央监控室里,让值班人做到足不出户便能了解配电系统现场的真实状况。

第四章  高频开关电源监控系统

4.1 监控系统硬件设计

控制器可输入十六个模拟量,可采样三相交流电压、模块输出电压、模块电流、电瓶电压、电瓶电流、负载电压等。考虑8098单片机只有4个A/D转换口,设计时以两片4051芯片为多路转换开关,各模拟量经变换后送4051各输入通道口,4051的输出口连至8098芯片的模/数转换口,由程序控制4051各通道的开/关来控制采样,通过整定获得当前各模拟量数值。控制器由8098芯片的PWM口输出一个模拟量,经放大后送至电源模块控制口,进行电压调谐及限流操作等。

控制器以两片8155芯片为扩展接口,其中薄膜按键作为开关量输入,开关量输出用于动作继电器、发光二极管和蜂鸣器,同时还要处理各电源模块的输入输出控制信号,包括电压输入正常、工作正常、风扇故障、开关机信号、风扇强迫风冷等。所有开关量都经过光电隔离,以提高系统抗干扰能力。8155芯片的RAM单元还作为单片机的扩展RAM使用。系统显示采用液晶模块MGLS12864T,由于液晶自带驱动,简化了系统硬件设计,同时汉字显示使现场监控更为直观。控制器通过8098单片机的TXD、RXD口,由贺氏MODEM接入电话网,进行远程通讯。

4.2  监控系统软件设计

本控制器液晶为8×4汉字显示,考虑到监控的参数众多,一屏无法全部显示,程序框架采用树状分支结构。开机初始化后,第一屏显示三个主要的参数值(交流电压、输出电压、输出电流),参数数值动态刷新显示。若当前存在故障,则蜂鸣器报警,液晶反转闪烁显示“故障”,按“确认”键可进入故障屏查看故障内容。程序设计故障内容可保存,以便于查看检修,按“清除”键可清除当前不存在的故障。若要查看系统其它信息,在第一屏按“操作”键可换屏进入主菜单选项屏,汉字反转显示以表示当前光标的位置。通过“△”、“”键移动光标,可选择电压、电流、工作状态、参数设置等四个选项,按“确认”键可进入当前光标位置相应的选项。电压屏又细分为直流电压、交流电压两屏,电流屏分为电源模块电流和直流电流两屏。在工作状态屏中显示当前哪个电源模块开机、电瓶均浮充、系统加减开关管等状态,同时可打开/关闭报警声音、查看系统参数信息等。在参数设置中,可显示修改均浮充电压、过压值、欠压值、限流值、均充时间、均充周期等十几个系统工作参数。为防止参数被随意修改,在进入参数设置前设置了密码输入屏,同时程序对参数可修改范围进行自动限幅,以保证系统运行的安全性,参数值保存在串行EPROM芯片中,在其它屏下按“操作”键则返回第一屏。

程序设计中,利用定时器溢出中断,在其中断服务子程序中进行定期A/D采集和逻辑判断。鉴于采集和判断所需时间较短,在定时器溢出周期中占很小比例,这种处理不会影响主程序的运行,而且,显示内容达十几屏,这种设计简化了主程序,不需在各屏考虑采样和判断,提高了主程序的运行速度,且可控制采样速度,保护4051芯片。为了便于参数调试,程序专门作一屏整定A/D转换的系数,通过在线修改这些系数值,使显示的电压、电流值与实际值相符。设计逻辑判断各子程序时,要充分考虑实际硬件的响应滞后及外来信号的波动,以保证系统运行准确可靠。程序设计采用模块化方法,各模块相互独立,所用到的中间寄存器都压入堆栈,对于模块间必不可少的联系,在RAM中开辟了若干标志单元,各模块可根据当前的工作状态在标志单元中设定标志位进行对应,其余模块根据该标志位做相应处理,从而使程序流程直观明朗,又便于调试。

参考文献:

1.高科产品“触摸屏电源监控装置(WW-PM5 5.0)”

2.基于CAN总线技术开关电源监控系统的设计 河北大学学报2002年

3.刘复华.8098单片机及其应用系统设计 北京清华大学出版1993年

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