专利名称：一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机的在线监测系统及方法，尤其是一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统及方法。
背景技术：
根据国家铁路运输行业标准TB/T 2613-1994《转辙机实验方法》、TB/T2614-1994 《转辙机通用技术条件》、TB/T2846-1997《铁路地面信号产品振动试验方法》的标准，转辙机试验台的主要测试项目如下
1.工作电流直流转辙机在额定端电压和额定转换力时，电动机启动后的最大电流
值；
2.摩擦电流摩擦联结器开始打滑时的电流值；
3.转换力动作杆伸出或拉入运动时的输出力；
4.动作时间额定负载额定电压条件下，自电动机通电至动接点接通新表示接点的时间间隔；
5.绝缘电阻转辙机的绝缘耐压值按GB5171的规定。需要重复试验时，电压应为原试验值的80 %。经查阅大量国内外有关资料，调查结果表明，ZD6型电动转辙机容易出现的问题主要表现为
1)驱动功率小，不能满足重型道岔发展的需要。国外用于重型道叉的电动转辙机的电动机功率在400 W以上，而ZD6系列电动转辙机的电动机功率仅为250W。电动机功率小，如果用于重型道岔，就要求传动部件的效率必须要高。2) ZD6系列电动转辙机采用直流电动机，缺少交流系列。因而断线、碳刷磨损、电机绝缘电阻不够等故障的发生率很高。因此需要对转辙机所用电动机进行在线监测，及时发现设备故障，降低故障率，而目前现有的转辙机试验台都是采用液压负载或重力式负载，体积大，调整不太方便，负载性能不稳定，给日常检修转辙机电动机的测试验收工作带来了较大困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，该系统具有可实现在线监测的优点，既可全面地监测转辙机电动机的各个状态量，又可以快速地将监测结果以各种直观的形式反映在显示端。本发明的另一个目的是提供一种利用上述在线监测系统，对铁路道岔转辙机电动机进行在线监测的方法，以实时、快速、直观地获取监测数据。本发明的目的可以通过下述技术方案来实现 一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，包括检测电路，用于检测所述电动机的参数，输出参数信号；传感器，用于接收检测电路输出的参数信号，转换为电量信号； 模数转换器，用于接收所述传感信号，输出数字信号； 单片机，用于接收所述数字信号并进行预处理； 所述单片机通过通信模块与多路数据处理单元耦接； 所述多路数据处理单元与工控机耦接。一个实施方式中，所述检测电路包括
绝缘电阻检测电路，用于检测所述电动机的绝缘电阻；
定子电阻检测电路，用于检测所述电动机的定子电阻； 转子电阻检测电路，用于检测所述电动机的转子电阻；
所述传感器包括分别与上述各检测电路耦接的传感器，以及
机端电压监测传感器，用于监测所述电动机的机端电压；
电机电流监测传感器，用于监测所述电动机的电流；
电机转矩、转速监测传感器，用于监测所述电动机的转矩和转速；
所述定子电阻检测电路与转子电阻检测电路之间设置有受单片机控制的可控开关。更具体的结构是，所述绝缘电阻检测电路包括充电电容，用于提供绝缘电阻检测所需的高压；
充电电容的充、放电电路，用于使充电电容在检测绝缘电阻时被充电至所需的高压，在检测完成后被快速放电。一个实施方式中，所述充、放电电路包括可重复触发的单稳控制器，以及与该单稳控制器耦接的MOSFET开关管，所述MOSFET开关管与充电电容的两端耦接。所述多路数据处理单元包括采集端口、处理单元、串口，多路数据处理单元对通过采集端口接收由通信网络传送的多路数据，并由处理单元进行处理，再通过串口传送给工控机，由工控机进一步进行处理，并通过其图形界面进行显示。为了避免转辙机在动作时，电动机的电流对检测结果的影响，所述检测电路还包括
电动机动作电流检测电路，用于检测电动机执行动作时的电流信号； 所述传感器包括与电动机动作电流检测耦接的传感器，用于将上述电流信号转换为电
量信号。一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测方法包括
a.在线监测电动机的参数，传送给传感器进行转换；
b.传感器转换后，将上述参数数据进行模数转换，变换为数字信号；
c.将上述数字信号传送给单片机进行处理后，通过通信模块传送给多路数据处理单
元；
d.多路数据处理单元将处理过的数据传送给工控机，以进一步处理后通过图形界面显不。所述步骤a中，在线监测电动机的参数包括监测电动机的定子电阻和转子电阻， 其中监测完定子电阻或转子电阻后，断开两者监测电路之间的可控开关，再监测转子电阻或定子电阻。所述步骤a中，在线监测电动机的参数还包括监测绝缘电阻，其方法是通过对电容充电至600V得到测量用高压，测量完毕后，将上述电容两端接通放电。所述电容 的放电通过可重复触发的单稳控制器控制MOSFET开关管来实现；所述定子电阻、转子电阻监测电路之间的可控开关由单片机控制。本发明采用上述方法和/或系统，通过定子电阻和转子电阻测量电路可控断开闭合的结构和方法，避免同时测量造成的相互影响，提高检测的准确度；通过电容升压得到的 600V高压进行绝缘电阻测量，准确稳定，测量完成后电容由可重复触发的单稳控制MOSFET 开通进行放电，可在瞬间放电至5V以下而不影响迅速投入下一次测量；并且可以通过检测电动机动作电流来检测转辙机的电动机是否动作的状态，如果电动机处于动作状态，则停止检测，避免造成数据采集影响和/或设备损坏，如果电动机处于非动作状态，则启动检测。与现有技术相比，本发明的有益效果是
1、目前对转辙机整机和电动机的检测还处于试验台阶段。现有的转辙机试验台都是采用液压负载或重力式负载，体积大，调整不太方便，负载性能不稳定，给日常检修转辙机电动机的测试验收工作带来了较大困难。而本发明的在线监测系统将现场测量电路进行了有效集成，使得其前端采集模块体积小、效率高，可安装于道岔转辙机现场箱盒内，可实时测量转辙机电动机的各个状态参量而不影响其正常工作，从而实现了在线监测。2、由于本监测方法的现场测量电路集成了升压和放电电路，可瞬间得到直流600V 高压，亦可瞬间完成放电而投入下一次测量。本系统利用可控开关(如继电器)控制测量电路开通，电路接通后瞬间升压到600V进行测量，测量完成后关断测量电路的同时，可重复触发单稳控制MOSFET导通，电容通过一阻值较小的电阻放电，放电过程瞬间完成，即可投入下一次测量。较之以往人工手摇摇表得到500V高压测量绝缘电阻的方法，本系统有效地代替了手工测量的摇表的功能，且得到的高压更加稳定，测量也更加迅速，故测量结果更加准确、便捷且实时性更好。3、本监测方法的数据传输方式为电力线载波传输，有效地解决了数据的远程传输问题。前端模块经单片机处理后的数字量数据，通过串口送入电力线载波模块，电力线载波传输的原理相当于是一个调制解调器，传输到多路数据处理单元对数据进行进一步处理， 而后经由串口将数据送入作为上位机的工控机中进行处理。本方案有效地利用了既有电力线，节省资源，通信协议简明，方便高效。4、本监测方法系统可以采用编程语言编写程序对数据进行处理、显示，具有数据存储、显示、打印等功能，并且异常时可图像、声音双重报警。界面以数字、图像、曲线的方式显示实时数据，操作人性化，界面友好、美观。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1本发明的在线监测系统示意图。图2本发明的绝缘电阻检测电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统包括绝缘电阻检测电路，用于检测所述电动机的绝缘电阻；
定子电阻检测电路，用于检测所述电动机的定子电阻； 转子电阻检测电路，用于检测所述电动机的转子电阻； 上述各检测电路分别通过传感器与模数转换器耦接； 还包括
机端电压监测传感器，用于监测所述电动机的机端电压；
电机电流监测传感器，用于监测所述电动机的电流；
电机转矩、转速监测传感器，用于监测所述电动机的转矩和转速；
所述定子电阻检测电路与转子电阻检测电路之间设置有受单片机控制的可控开关；
还包括
模数转换器，用于接收所述传感信号，输出数字信号； 单片机，用于接收所述数字信号并进行处理；
所述单片机通过通信模块(一个实施例中，可以采用电力线载波的通信模块)与多路数据处理单元耦接；
所述多路数据处理单元与工控机(也称之为上位机)耦接。图1可见，多路数据处理单元通过其内部的多路数据采集端口接收通信网络(采用电力线载波的方式)传送过来的检测数据，并由其处理单元对这些数据进行处理后，通过其串口传送给作为工控机的PC机，在PC机内，设置有VC++编程的功能模块，以对接收的数据进一步处理后，对数据进行存储、打印、显示等，还包括异常时可图像、声音双重报警。 界面以数字、图像、曲线的方式显示实时数据，操作人性化，界面友好、美观。上述定子电阻检测电路与转子电阻检测电路之间设置有受单片机控制的可控开关。如图2所示，绝缘电阻检测电路包括充电电容，用于提供绝缘电阻检测所需的高压；
充电电容的充、放电电路，用于使充电电容在检测绝缘电阻时被充电至所需的600V高压，在检测完成后被放电至5V以下，以便下次测量。上述充、放电电路包括可重复触发的单稳控制器，以及与该单稳控制器耦接的 MOSFET开关管，所述MOSFET开关管与充电电容的两端通过一阻值较小的放电电阻耦接。其中单稳控制器的一个输出端与MOSFET开关管的门极耦接，MOSFET开关管、放电电阻与充电电容连接构成充电电容的可控放电回路；MOSFET开关管受单稳控制器控制而关断时，充电电容两端耦接电源，被充电到需要的绝缘电阻检测电压。为了避免在转辙机的电动机动作时启动检测，造成数据不准和/或设备损坏，上述在线监测系统还包括电动机动作电流检测电路，以检测转辙机的电动机是否处于动作中，如果检测到动作电流则视为其在动作，此时其它检测电路不能动作；如果没有检测到动作电流，则其它检测电路可以启动。电动机动作电流检测电路将上述检测到的动作电流信号传送给一个传感器，再由该传感器转换为相应的电量信号经过模数转换，再传送给单片机进行处理。利用上述在线监测系统对铁路道岔转辙机电动机的在线监测的方法包括a.在线监测电动机的参数，传送给传感器进行转换；
b.传感器转换后，将上述检测数据进行模数转换，变换为数字信号；
c.将上述数字信号传送给单片机进行处理后，通过通信模块(一个实施例中，可以采用电力载波通信模块)传送给多路数据处理单元；
d.多路数据处理单元将处理过的数据传送给工控机，以进一步处理后通过图形界面显不。具体的过程是，所述步骤a中，在线监测电动机的参数包括监测电动机的定子电阻和转子电阻，其中监测完定子电阻或转子电阻后，断开两者监测电路之间的可控开关，再监测转子电阻或定子电阻。进一步的方法是，所述步骤a中，在线监测电动机的参数还包括监测绝缘电阻，其方法是通过对电容充电至600V得到测量用高压，测量完毕后，将上述电容两端接通通过放电电阻放电。 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，包括检测电路，用于检测所述电动机的参数，输出参数信号；传感器，用于接收检测电路输出的参数信号，转换为电量信号； 模数转换器，用于接收所述电量信号，输出数字信号； 单片机，用于接收所述数字信号并进行预处理； 其特征在于，所述单片机通过通信模块与多路数据处理单元耦接； 所述多路数据处理单元通过串口与上位机耦接。
2.如权利要求1所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，其特征在于，所述检测电路包括绝缘电阻检测电路，用于检测所述电动机的绝缘电阻；定子电阻检测电路，用于检测所述电动机的定子电阻；转子电阻检测电路，用于检测所述电动机的转子电阻；所述传感器包括分别与上述各检测电路耦接的传感器，以及机端电压监测传感器，用于监测所述电动机的机端电压；电机电流监测传感器，用于监测所述电动机的电流；电机转矩、转速监测传感器，用于监测所述电动机的转矩和转速；所述定子电阻检测电路与转子电阻检测电路之间设置有受单片机控制的可控开关。
3.如权利要求2所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，其特征在于，所述绝缘电阻检测电路包括充电电容，用于提供绝缘电阻检测所需的高压；充电电容的充、放电电路，用于使充电电容在检测绝缘电阻时被充电至所需的高压，在检测完成后被快速放电。
4.如权利要求3所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，其特征在于，所述充、放电电路包括可重复触发的单稳控制器，以及与该单稳控制器耦接的MOSFET开关管， 所述MOSFET开关管与充电电容的两端耦接。
5.如权利要求1所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，其特征在于，所述多路数据处理单元包括采集端口、处理单元、串口，多路数据处理单元通过采集端口接收由通信模块传送的多路数据，并由处理单元进行处理，再通过串口传送给上位机，由上位机进一步进行处理，并通过程序的图形界面进行显示。
6.如权利要求1所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统，其特征在于，所述检测电路还包括电动机动作电流检测电路，用于检测电动机执行动作时的电流信号；所述传感器包括与电动机动作电流检测耦接的传感器，用于将上述电流信号转换为电量信号。
7.一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测方法，其特征在于，包括在线监测电动机的参数，传送给传感器进行转换；传感器转换后，将上述检测数据进行模数转换，变换为数字信号；将上述数字信号传送给单片机进行处理后，通过通信模块传送给多路数据处理单元；多路数据处理单元将处理过的数据传送给作为上位机的工控机，以进一步处理后通过图形界面显示。
8.如权利要求7所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测方法，其特征在于，所述步骤a中，在线监测电动机的参数包括监测电动机的定子电阻和转子电阻，所述定子电阻检测电路与转子电阻检测电路之间设置有受单片机控制的可控开关，其中监测完定子电阻或转子电阻后，完全断开其监测电路之间的可控开关，再监测转子电阻或定子电阻。
9.如权利要求7或8所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测方法，其特征在于， 所述步骤a中，在线监测电动机的参数还包括监测绝缘电阻，其方法是通过对电容充电至 600V得到测量用高压，测量完毕后，将上述电容两端接通通过较小阻值电阻快速放电。
10.如权利要求9所述一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测方法，其特征在于，所述电容的放电通过可重复触发的单稳控制器控制MOSFET开关管来实现；所述定子电阻、转子电阻监测电路之间的可控开关由单片机控制。
全文摘要
本发明公开了一种铁路道岔转辙机电动机的在线监测系统及方法，涉及一种电动机的在线监测系统及方法，目的是实现在线监测转辙机电动机运行状态、及时发现设备故障、实时检测其状态和故障，系统包括检测电路、传感器、模数转换器、单片机、通信模块、多路数据处理单元、上位机，所述单片机通过通信模块与多路数据处理单元耦接；所述多路数据处理单元通过串口与上位机耦接。方法包括在线监测电动机的参数，传送给传感器进行转换；传感器转换后，将上述参数数据进行模数转换，变换为数字信号；将上述数字信号传送给单片机进行处理后，通过通信模块网络传送给多路数据处理单元；再将处理过的数据传送给上位机，进一步处理后通过图形界面显示。
文档编号G01R31/34GK102156262SQ201110071068
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者华泽玺, 李代伟, 王丽, 王绍杰 申请人:成都信息工程学院, 成都睿感科技有限公司, 西南交通大学