一种电气控制屏柜故障监测系统及电气控制屏柜的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种电气控制屏柜故障监测系统及电气控制屏柜。

背景技术：

铁路车辆电气控制屏柜是铁路车辆控制系统的重要组成部件，其参与整车的配电控制和逻辑控制。电气控制屏柜与牵引系统、制动系统、网络系统、车门系统的关键子系统直接关联，其逻辑控制回路的故障直接影响车辆运行。所以，电气控制屏柜故障快速定位和快速解决，直接影响车辆库内调试进度，甚至会影响运行车辆的停车时间，导致整个线路车辆晚点。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种电气控制屏柜故障监测系统，所述系统包括：

参考接触端，其用于与电气控制屏柜的电源负极连接；

采集接触端，其用于与所述电气控制屏柜内可控开关靠近所述电源负极的一端连接；

时序监测电路，其与所述参考接触端和采集接触端连接，用于根据所述参考接触端与采集接触端之间的电压生成所述可控开关的实际开关时序；

故障检测装置，其与所述时序监测电路连接，用于根据所述实际开关时序确定所述可控开关是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，所述故障检测装置包括：

参考时序存储模块，其用于存储所述可控开关的参考开关时序，所述参考开关时序表征所述可控开关正常状态下的工作时序；

时序匹配模块，其与所述参考时序存储模块和时序监测电路连接，用于将所述实际开关时序与参考开关时序进行匹配，并根据匹配结果判断所述可控开关是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，所述系统包括多个采集接触端，各个采集接触端分别与所述电气控制屏柜内各个可控开关靠近所述电源负极的一端连接。

根据本发明的一个实施例，所述系统包括多个参考接触端，各个参考接触端分别与不同电源的负极连接。

根据本发明的一个实施例，所述参考时序存储模块存储有各个可控开关的参考开关时序，所述时序匹配模块配置为分别将各个可控开关的实际开关时序与其参考开关时序进行匹配，并根据匹配结果判断各个可控开关是否存在故障，同时实现对故障可控开关的定位。

根据本发明的一个实施例，所述时序监测电路包括光耦电路。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

数据更新装置，其与所述故障检测装置连接，用于根据所述电气控制屏柜的工作需求获取所述电气控制屏柜内可控开关的参考工作时序，并将所述参考工作时序传输至所述故障检测装置，以由所述故障检测装置进行存储。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

告警装置，其与所述故障检测装置连接，其用于根据所述故障检测装置所生成的所述可控开关的故障状态信息生成相应的告警信息和故障定位信息并输出。

根据本发明的一个实施例，如果所述可控开关存在故障，所述故障检测装置配置为根据所述可控开关的不同位置属性来生成不同的故障状态信号，所述告警装置则配置为根据不同的故障状态信号生成不同的告警信息，其中，所述不同的告警信息能够表征所述电气控制屏柜发生故障的严重程度。

本发明还提供了一种电气控制屏柜，其特征在于，所述电气控制屏柜包括如上任一项所述的故障监测系统。

本发明所提供的电气控制屏柜故障监测系统对于电气控制屏柜内可控开关的偶发性故障、动态故障、以及由时序问题引起的故障可以通过历史时序记录数据(即参考开关时序)进行快速地故障检测。相较于现有技术，本系统能够有效减少故障排查时间，从而使偶发性故障、动态故障以及由时序问题引起的故障能够在短时间内排查出。

电气控制屏柜内可控开关的状态只有通(得电)、断(失电)两种可以定义为“1”、“0”的状态，正常情况下维持0或1的状态。所以，本系统可以通过时序监测来快速判断出是否存在电平反转，从而判断发生故障以及故障发生的位置。

同时，本系统能够有效减少逻辑系统的复杂性，其并不需要增加故障发生的风险。具体地，现有的监测方法通过采集增加继电器触点或断路器辅助触点的电压电流等模拟量来进行故障监测，因此每个触点需要正负两根线号线缆。而本系统并不需要增加继电器触点或断路器辅助触点，只需采集监测点相对于参考点的电平，因此其可减少电气屏柜内部一半的采集信号线。而现有技术中所增加的触点还可能发生故障，这也会导致监测系统反映出错误的故障状态，而本系统所采集的是工作时序的回路，其能够准确、可靠地反应出所监测的回路的工作装填。

此外，本系统并不会影响现有电气控制屏柜的接口，同时也不会影响屏柜内部逻辑正确性与可靠性。本系统有效地解决人工故障定位所存在的效率低、部分故障难以定位、屏柜内部故障定位与检修工作环境恶劣、现有监测技术增加逻辑复杂性和故障发生风险等问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的电气控制屏柜故障监测系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的故障监测系统与电气控制屏柜的连接关系示意图；

图3是根据本发明一个实施例的故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

目前对于铁路车辆电气控制屏柜故障定位与检修，一般针对故障回路采用利用万用表、示波器等测量电压或波形的人工排查方法，即通过检修人员或售后人员针对出现故障的回路，排查控制回路的导通性、判断继电器接触器是否按正确逻辑要求动作。

现有的这种故障定位与检修方法存在故障排查速度慢、效率低等缺点。其次，对于电气控制屏柜内部一些偶发性故障、动态故障，通过人工排查很难发现。铁路车辆电气控制屏柜主要器件为继电器、接触器，这些器件是靠线圈积蓄磁通势吸合触点动作，不同继电器、接触器动作性能随着运行时间性能会存在一定差异，导致逻辑回路的时序问题，对于这类暂态故障，通过人工也很难排查。

电气控制屏柜内部器件多、线路逻辑复杂，查找具体点位困难。并且电气控制屏柜宽度窄、有一定深度，测量里边器件极不方便。在停车检修的车辆环境下，如果没有空调和照明，由于电气控制屏柜内部温度高、光线差，因此对检修工作存在一定的考验。

由此可见，从排查难度、排查环境、故障解决效率来说，都需要一种铁路车辆电气控制屏柜的时序监测及记录装置，通过时序监测及记录数据快速判断故障发生原因和发生位置，以加快库内车辆调试进度、缩短运行车辆故障停车时间、减小检修和售后人员工作量。

目前，在部分车辆中，也增加了对低压电气的监测技术。但现有方法都是通过增加继电器或继电器触点、断路器辅助触点、接触器辅助触点，并对其电压、电流等模拟量的采集来实现对控制回路的监测。对于这种技术来说，首先，需要增加继电器或继电器触点、断路器辅助触点、接触器辅助触点进行监测，增加了系统的复杂程度和故障发生风险，其次，增加触点的动作情况不一定能真实反应控制回路的工作状态。此外，在这种技术中，每个监测回路都需要增加正负两根测量线缆，这使得线缆繁多的电气屏柜布线难度大大增加，且并且也增加了线缆的数量和维护难度

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种新的电气控制屏柜故障监测系统以及应用该系统进行故障监测的电气控制屏柜，该系统能够通过对于可控开关的时序监测来判断可控开关是否存在故障。该系统优选地适用于铁路车辆电气控制屏柜的故障监测，当然，根据实际需要，该系统还可以应用于对其他合理电气控制屏柜的故障监测。

图1示出了本实施例所提供的电气控制屏柜故障监测系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的电气控制屏柜故障监测系统优选地包括：参考接触端101、采集接触端102、时序监测电路103以及故障检测装置104。其中，参考接触端101用于与电气控制屏柜的电源负极连接，而采集接触端102则与电气控制屏柜内可控开关靠近电源负极的一端连接。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，参考接触端101与采集接触端102的具体数量可以根据实际需要配置为不同的合理值。

例如，对于如图2所示的电气控制屏柜，电气控制屏柜内的第一直流电源dc1和第二直流电源dc2共地(即第一直流电源dc1的负极与第二直流电源dc2的负极连接)，此时电气控制屏柜故障监测系统也就可以只配置一个参考接触端101，该参考接触端101与第一直流电源dc1与第二直流电源dc2的负极共连。

而如果图2所示的电气控制屏柜内第一直流电源dc1与第二直流电源dc2不共地(即第一直流电源dc1的负极与第二直流电源dc2的负极不共连)，那么此时为了保证检测结果的准确性，电气控制屏柜故障监测系统也就需要配置两个参考接触端，其中一个参考接触端与第一直流电源dc1的负极连接，而另一参考接触则与第二直流电源dc2的负极连接。

当电气控制屏柜包含多个可控开关时，电气控制屏柜故障检测系统优选地包括多个采集接触端，以同时实现对各个可控开关故障状态的故障检测。具体地，对于如图2所示的电气控制屏柜来说，第一采集接触端102_1与第一断路器n1靠近第二直流电源dc2的负极的一端连接，这样也就可以通过第一采集接触端102_1与参考接触端101之间的电压表征出第一断路器n1的开关状态。

具体地，如果第一采集接触端102_1与参考接触端101之间的电压小于一取值较小的第一预设电压，那么也就表示此时第一采集接触端102_1与参考接触端101之间的压降较小，此时第一断路器n1也就处于断开(失电)状态。而如果第一采集接触端102_1与参考接触端101之间的电压大于或等于第一预设电压，那么也就表示此时第一断路器n1处于导通(得电)状态状态。

类似地，第二采集接触端102_2与第二断路器n2靠近第一直流电源dc1的负极的一端连接，这样也就可以通过第二采集接触端102_2与参考接触端101之间的电压表征出第二断路器n2的开关状态。

第三采集接触端102_3与第三继电器k3靠近第一直流电源dc1的负极的触点连接，这样也就可以通过第三采集接触端102_3与参考接触端101之间的电压表征出第三继电器k3两个触点之间的开关状态。

第一继电器k1与第二继电器k2的两对触点并联，第四采集接触端102_4与第一继电器k1靠近第二直流电源dc2的负极的触点连接，这样也就可以通过第四采集接触端102_4与参考接触端101之间的电压表征出第一继电器k1与第二继电器k2两对触点之间的开关状态。

当然，在本发明的其他实施例中，电气控制屏柜中的可控开关还可以采用其他合理形式的开关，本发明不限于此。

再次如图1所示，本实施例中，时序监测电路103与所参考参考接触端101和采集接触端102连接，其能够根据参考接触端101与采集接触端102之间的电压生成可控开关的实际开关时序。

具体地，本实施例中，时序监测电路103优选地采用光耦电路实现。其中，光耦电路的两个输入端分别与参考接触端101和采集接触端102连接。当参考接触端101与采集接触端102之间存在高电平(即可控开关导通)时，光电管将会被点亮，输出三极管导通，此时光耦电路的输出端也就会输出高电平(例如3.3v、5v或是12v等)；当参考接触端101与采集接触端102之间不存在高电平(即可控开关关断)时，光电管并不会被点亮，输出三极管截止，此时光耦电路的输出端也就会输出低电平(例如0v)。

铁路车辆电气控制屏柜内部主要器件为断路器、继电器、接触器之间相互组合形成满足不同要求的逻辑回路，这些器件(即可控开关)的状态通常只有通(得电)、断(失电)两种状态，而本实施例所提供的电气控制屏柜故障监测系统则可以将上述两种状态表征为高电平和低电平两种状态。而如果利用二进制数值表征上述高电平和低电平两种状态，那么也就可以将高电平状态定义为“1”状态，而将低电平状态定义为“0”状态，由此也就可以将可控开关的状态最终转换为“1”或“0”两种状态，通过持续地对可控开关的到导通或关断状态进行检测，时序监测电路103也就可以生成对应的实际开关时序。

如图1所示，故障检测装置104与时序监测电路103连接，其能够根据时序监测电路103所传输来的实际开关时序来确定可控开关是否存在故障。如图3所示，本实施例中，故障检测装置104优选地包括：参考时序存储模块104a和时序匹配模块104b。其中，参考时序存储模104a用于存储可控开关的参考开关时序，而参考开关时序则能够表征该可控开关正常状态下的工作时序，也即可控开关正常状态下的“0”、“1”状态。

时序匹配模块104b与参考时序存储模块104a和时序监测电路103连接，其能够将时序监测电路103所传输来的实际开关时序与参考时序存储模块104a所传输来的参考开关时序进行匹配，并根据匹配结果判断所述可控开关是否存在故障。

当电气控制屏柜故障监测系统需要监测多个可控开关时，参考时序存储模块104a则存储有各个可控开关所对应的参考开关时序。时序匹配模块104b则会分别将各个可控开关的实际开关时序与其对应的参考开关时序进行匹配，并根据匹配结果判断各个可控开关是否存在故障，同时实现对故障可控开关的定位。

具体地，对于某一可控开关来说，如果其实际开关时序与参考开关时序不匹配(即二者存在差异)，这也就表示该可控开关的实际开关状态与正常工作时的开关状态存在区别，因此此时时序匹配模块104b则会判定该可控开关存在故障；而如果该可控开关的实际开关时序与参考开关时序匹配(即二者相同)，此时时序匹配模块104b则会判定该可控开关不存在故障。

如图1所示，根据实际需要，本实施例所提供的电气控制屏柜故障监测系统还可以包含告警装置105和/或数据更新装置106。其中，告警装置105与故障检测装置104连接，其能够根据故障检测装置106所生成的可控开关的故障状态信息来生成相应的告警信息并输出。

例如，对于某一可控开关来说，如果故障检测装置104判定出该可控开关存在故障，那么故障检测装置104则会生成故障信号并将该故障信号传输至与之连接的告警装置105。告警装置105在接收到上述故障信号会，会采用灯光报警的方式来输出告警信息，以提示相关人员电气控制屏柜存在故障。

需要指出的是，本实施例中，根据实际需要，如果可控开关存在故障，故障检测装置104还可以根据可控开关的不同位置属性来生成不同的故障状态信号。而告警装置105则可以根据所接收到的不同的故障状态信号来生成不同的告警信息。其中，不同的告警信息优选地能够表征电气控制屏柜发生故障的严重程度。

例如，对于如图2所示的电气控制屏柜来说，就第二断路器n2和第三继电器k3来说，假设第二断路器n2故障时对于电气控制屏柜的影响程度相较于第三继电器k3故障时对于电气控制屏柜的影响程度更高。如果第二断路器n2存在故障时，故障检测装置104优选地会生成第一故障状态信号，告警装置105根据上述第一故障状态信号可以输出诸如橙色灯光的告警信息；而如果第三继电器k3存在故障时，故障检测装置104优选地会生成第二故障状态信号，告警装置105根据上述第二故障状态信号可以输出诸如黄色灯光的告警信息；而如果第二断路器n2与第三继电器k3同时存在故障，那么故障检测装置104优选地会生成第三故障状态信号，告警装置105根据上述第三故障状态信号可以输出诸如红色灯光的告警信息。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，告警装置105还可以采用其他合理方式来向相关人员输出告警信息，本发明不限于此。

本实施例中，数据更新装置106与故障检测装置104连接，其能够根据电气控制屏柜的工作需求获取电气控制屏柜内可控开关的参考工作时序，并将该参考工作时序传输至故障检测装置104，以由故障检测装置104进行存储。

对于某一电气控制屏柜来说，由于其可能应用于不同的场景，因此电气控制屏柜中可控开关的开关时序可能因不同的应用场景而不同，因此为了提高监测系统的适用范围，本实施例中，数据更新装置106会根据电气控制屏柜的实际应用场景来获取可控开关的参考开关时序，并将该参考开关时序传输至故障检测装置104，以由故障检测装置104来根据更新后的参考开关时序来确定对应可控开关的故障状态。

与铁路车辆电气控制屏柜相关的牵引系统、制动系统、网络系统、车门系统，涉及继电器、接触器、断路器较多，对于某一个可控开关的先后动作顺序关系整个逻辑功能的正确性(即对时序)有严格的要求。本发明所提供的电气控制屏柜故障监测系统对于电气控制屏柜内可控开关的偶发性故障、动态故障、以及由时序问题引起的故障可以通过历史时序记录数据(即参考开关时序)进行快速地故障检测。相较于现有技术，本系统能够有效减少故障排查时间，从而使偶发性故障、动态故障以及由时序问题引起的故障能够在短时间内排查出。

电气控制屏柜内可控开关的状态只有通(得电)、断(失电)两种可以定义为“1”、“0”的状态，正常情况下维持0或1的状态。所以，本系统可以通过时序监测来快速判断出是否存在电平反转，从而判断发生故障以及故障发生的位置。

同时，本系统能够有效减少逻辑系统的复杂性，其并不需要增加故障发生的风险。具体地，现有的监测方法通过采集增加继电器触点或断路器辅助触点的电压电流等模拟量来进行故障监测，因此每个触点需要正负两根线号线缆。而本系统并不需要增加继电器触点或断路器辅助触点，只需采集监测点相对于参考点的电平，因此其可减少电气屏柜内部一半的采集信号线。而现有技术中所增加的触点还可能发生故障，这也会导致监测系统反映出错误的故障状态，而本系统所采集的是工作时序的回路，其能够准确、可靠地反应出所监测的回路的工作装填。

此外，本系统并不会影响现有电气控制屏柜的接口，同时也不会影响屏柜内部逻辑正确性与可靠性。本系统有效地解决人工故障定位所存在的效率低、部分故障难以定位、屏柜内部故障定位与检修工作环境恶劣、现有监测技术增加逻辑复杂性和故障发生风险等问题。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。