专利名称：客车车辆检修地面供电电源监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路客车车辆、地铁客车车辆或城轨客车车辆在检修作业中供电 和用电的安全控制与能耗管理装置，尤其涉及一种客车车辆检修地面供电电源监控系统。
背景技术：
目前，车辆在车辆检修单位整备检修作业时多个车辆连成一列，车辆上用电设备 的供电大部分是通过地面供电电源供电的，而同一个地面供电电源需要在不同时间对不同 的列车供电，多列车则在不同的股道上由多个对应的地面供电电源供电。图1是由铁轨14形成的一条股道上，由1#车辆501、2#车辆502……20#车辆520 组成的一列车的供电示意图。当用电人需要使用或检修车辆上的设备(如空调等通风设 备)时，首先由用电人通过电力连接器3以及连接电缆2将车辆尾部的取电航空插座与地 面供电电源电气柜1连接起来，然后在确认连接正确与安全的情况下，用电人合上地面供 电电源电气柜1的空气开关，并按下“启动”按钮闭合接触器，由地面供电电源向整列车辆 供电，以满足车辆上各种用电设备的运行与检修用电；用电结束后，用电人按下地面供电电 源电气柜1上的“断电”按钮，拉下空气开关，断开电力连接器3，用电完毕。在这种供用电 方式下，车辆在车辆检修单位整备检修作业时，用电人何时用电、用多少电、如何保证用电 安全等完全由用电人自行决定，完全是全手工作业，没有采取任何技术或管理手段对用电 人的取用电进行监控和管理，容易造成用电浪费和用电安全隐患等问题。同时由于车辆在 车辆检修单位整备检修是频繁发生的，因此通常对供电设备的送电或停电一般用操作票制 度来保证安全，但这种操作票制度无法真正有效执行并保证安全，同时降低了检修效率。在现有技术中具体存在以下四个缺点①检修一列车辆时送电人是谁不能自动记 录，若人工记录则会降低车辆检修工作效率；②对送电人送电操作在技术上没有进行控制， 也没有对送电人进行身份的审核，任何可以接触到地面供电电源电气柜的人都可以操作设 备完成送电操作；③送电人在送电时可能已经有其他检修人员在即将带电的线路或设备上 作业，而其他检修人员对即将送电的情况不清楚，这将可能造成重大安全事故；④地面供电 电源在不同的时间向不同的车辆供电，也就是地面供电电源的供电对象是在变化的，用一 般的电度表统计检修某一列车辆一共用多少度电量很不方便，难以实现定量统计检修某一 列车辆的能耗，不便于实现生产能耗的精细化管理，从而可能造成用电的浪费。目前已有的“配电箱监控系统”、“工厂用电监控系统”可以远程监控并统计固定设 备的用电情况，也可以远程启动或停止设备。此类系统使用“电参数采集模块”或“电力监 控模块”通过有线或无线网络联接，远程采集电力设备或用电设备的用电情况，如电压、电 流、功率、功耗等，但是这些系统所监控的供电对象是固定的，其不对供电人进行区别，同时 这些系统也不对不同的供电对象进行区别。中国专利《一种对供电所运行状况进行实时监控的系统及运行方法》(申请号 200510096061. 3)、《用于配电设备的能源管理系统及其方法》(申请号20061 0023875. 9)、 《一种用于配电柜的通用配电监控系统》(申请号2007 1 0073698. X)、《电力运行停送电计算机监控系统》(专利号200720010474. X)均是用于固定用电设备的监控，这些系统侧重于 对用电情况数据的采集或者负荷的控制，对送电操作不进行任何技术上的监控或控制，同 时这些系统既不对供电人进行区别，也不对不同的供电对象进行区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效区别供电人和供电对象、减少用电的 随意性、达到生产精细化管理的客车车辆检修地面供电电源监控系统。为解决上述问题，本发明所述的一种客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特 征在于它由一台安装有监控软件系统的监视控制及管理中心计算机、通信网络、多台数据 采集与控制及操作提示装置和多个地面供电电源柜电气线路组成；所述通信网络分别与所 述监视控制及管理中心计算机、数据采集与控制及操作提示装置相连；所述数据采集与控 制及操作提示装置与所述地面供电电源柜电气线路相连。所述数据采集与控制及操作提示装置由通信控制单元、身份识别单元、电量数据 采集单元、语音提示及预约用电时间显示单元和开关控制输入输出单元组成；所述通信控 制单元分别与所述通信网络及所述身份识别单元、电量数据采集单元、语音提示及预约用 电时间显示单元、开关控制输入输出单元相连；所述电量数据采集单元和所述开关控制输 入输出单元均与所述地面供电电源柜电气线路相连。所述电量数据采集单元设有电流传感器和电压传感器，该电流传感器和电压传感 器分别与所述地面供电电源柜电气线路相连。所述语音提示及预约用电时间显示单元由单片机I、语音芯片、功放电路、喇叭和 操作提示液晶显示电路组成；所述单片机I分别与所述通信控制单元、语音芯片、操作提示 液晶显示电路相连；所述功放电路分别与所述语音芯片和喇叭相连。所述开关控制输入输出单元由单片机II、五个光耦芯片、三个继电器和两个输入 调理电路组成；所述单片机II分别与所述通信控制单元、五个光耦芯片相连；所述光耦芯 片中的三个分别与三个所述继电器一一对应相连，该三个所述继电器均分别与所述地面供 电电源柜电气线路相连；所述光耦芯片中的另外两个分别与两个所述输入调理电路一一对 应相连，该两个所述输入调理电路均分别与所述地面供电电源柜电气线路相连。所述监控软件系统包括数据管理与存储模块、数据的网络发布模块、实时数据获 取与发送模块、身份权限验证与实时控制模块和通信接口模块；所述数据管理与存储模块 下设现场供用电情况显示模块、统计查询与报表模块、允许供电规则设置模块、身份权限与 卡号设置模块、通信参数设置模块和供用电登记模块，其中该现场供用电情况显示模块与 所述实时数据获取与发送模块相连，该供用电登记模块与所述身份权限验证与实时控制模 块相连；所述数据管理与存储模块分别与所述数据的网络发布模块、实时数据获取与发送 模块、身份权限验证与实时控制模块相连；所述实时数据获取与发送模块分别与所述数据 的网络发布模块、身份权限验证与实时控制模块、通信接口模块相连；所述通信接口模块与 所述监视控制及管理中心计算机相连。每台所述数据采集与控制及操作提示装置与一个所述地面供电电源柜电气线路 相连。两台所述数据采集与控制及操作提示装置与一个所述地面供电电源柜电气线路
5相连。本发明与现有技术相比具有以下优点由于本发明中设有安装着监控软件系统的监视控制及管理中心计算机和多台数 据采集与控制及操作提示装置，因此实现了自动化管理，从技术手段上限制了送电人员和 检修人员的送电和用电操作，减少其用电的随意性，起到了用电安全的监督控制和管理，从 而减少了安全事故的发生，并达到节能降耗的目的；同时本发明还可以实现统计不同用电 人和不同用电车辆的用电情况，从而为管理提供了准确数据，达到了精细化管理的目标。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。图1为本发明的现有技术。图2为本发明的结构框图。图3为本发明中数据采集与控制及操作提示装置的结构框图。图4为本发明中语音及预约用电时间显示单元的结构框图。图5为本发明中开关控制输入输出单元的结构框图。图6为本发明中监控软件系统的结构框图。图7为本发明中开关控制输入输出单元与地面供电电源柜电气线路的具体连接 电路图。图中11_地面供电电源电气柜 12-连接电缆 13-电力连接器14-铁轨 501-1#车辆 502-2#车辆 520 20#车辆1-监视控制及管理中心计算机2-通信网络 3_数据采集与控制及操作提示装置3 1-通信控制单元 32-身份识别单元 33-电 量数据采集单元34-语音提示及预约用电时间显示单元341-单片机I 342-语音芯 片343-功放电路 344-喇叭 345-操作提示液晶显示电路35-开关控制输入输出 单元351-单片机II 352-光耦芯片353-继电器354-输入调理电路4-地面供电电 源柜电气线路 5-数据管理与存储模块51-现场供用电情况显示模块52-统计查询与 报表模块53-允许供电规则设置模块54-身份权限与卡号设置模块55-通信参数设置模 块56——供用电登记模块6-数据的网络发布模7-实时数据获取与发送模块8-身份 权限验证与实时控制模块9-通信接口模块 SBl-供电启动按钮 SB2-供电停止按钮 QA-接触器线圈/触点MB 1、MB2、MB3-继电器触点FA-电路保护熔断器BB-热保护继 电器触点
具体实施例方式一种客车车辆检修地面供电电源监控系统由一台安装有监控软件系统的监视控 制及管理中心计算机1、通信网络2、多台数据采集与控制及操作提示装置3和多个地面供 电电源柜电气线路4组成(参见图2)。通信网络2分别与监视控制及管理中心计算机1、 数据采集与控制及操作提示装置3相连；数据采集与控制及操作提示装置3与地面供电电 源柜电气线路4相连。每台数据采集与控制及操作提示装置3与一个地面供电电源柜电气 线路4相连时，用于监控一个地面供电电源柜电气线路4对一列车辆的供电；两台数据采集 与控制及操作提示装置3与一个地面供电电源柜电气线路4相连时，用于监控一个地面供
6电电源柜电气线路4对两列车辆的供电。数据采集与控制及操作提示装置3由通信控制单元3 1、身份识别单元32、电量 数据采集单元33、语音提示及预约用电时间显示单元34和开关控制输入输出单元35组成 (参见图3)。通信控制单元3 1分别与通信网络2及身份识别单元32、电量数据采集单元 33、语音提示及预约用电时间显示单元34、开关控制输入输出单元35相连；电量数据采集 单元33和开关控制输入输出单元35均与地面供电电源柜电气线路4相连。其中电量数 据采集单元33设有电流传感器和电压传感器，该电流传感器和电压传感器分别与所述地 面供电电源柜电气线路4相连。语音提示及预约用电时间显示单元34由单片机I 341、语音芯片342、功放电路 343、喇叭344和操作提示液晶显示电路345组成(参见图4)。单片机I 341分别与通信控 制单元3 1、语音芯片342、操作提示液晶显示电路345相连；功放电路343分别与语音芯片 342和喇叭344相连。开关控制输入输出单元35由单片机II 351、五个光耦芯片352、三个继电器353 和两个输入调理电路354组成(参见图5)。单片机II 351分别与通信控制单元3 1、五个 光耦芯片352相连；光耦芯片352中的三个分别与三个继电器353—一对应相连，该三个继 电器均分别与地面供电电源柜电气线路4相连；光耦芯片352中的另外两个分别与两个输 入调理电路354 —一对应相连，该两个输入调理电路354均分别与地面供电电源柜电气线 路4相连。监控软件系统包括数据管理与存储模块5、数据的网络发布模块6、实时数据获取 与发送模块7、身份权限验证与实时控制模块8和通信接口模块9 (参见图6)。数据管理与 存储模块5下设现场供用电情况显示模块51、统计查询与报表模块52、允许供电规则设置 模块53、身份权限与卡号设置模块54、通信参数设置模块55和供用电登记模块56，其中该 现场供用电情况显示模块5 1与实时数据获取与发送模块7相连，该供用电登记模块56与 身份权限验证与实时控制模块8相连；数据管理与存储模块5分别与数据的网络发布模块 6、实时数据获取与发送模块7、身份权限验证与实时控制模块8相连；实时数据获取与发送 模块7分别与数据的网络发布模块6、身份权限验证与实时控制模块8、通信接口模块9相 连；通信接口模块9与监视控制及管理中心计算机1相连。使用时，按图2 6安装并连接好本发明的各个部分和监控软件系统，然后按照 图7实施本发明与现场的电气连接，并把电量数据采集单元33的电流传感器、电压传感器 与地面供电电源柜电气线路4对应的供电线路连接好，其中图7中的SBl为供电启动按钮， SB2为供电停止按钮，QA为接触器线圈/触点，MBl、MB2、MB3分别为三个继电器触点，而MB3 为备用继电器触点(图中未显示)，FA为电路保护熔断器，BB为热保护继电器触点。最后， 在监视控制及管理中心计算机1上安装监控软件系统。使用监控软件系统中的身份权限与身份权限RFID卡号设置模块54设定身份权限 和身份权限RFID卡号的对应关系并保存，并把身份权限RFID卡发到对应的操作、监督、确 认人员；同时使用监控软件系统中的允许供电规则设置模块53设定对供电操作的身份确 认和监督确认方式的规则的设定；使用通信参数设置模块55设定网络中设备的地址，包括 数据采集与控制及操作提示装置3的网络地址和监视控制及管理中心计算机1的地址。此 后就用户可以使用现场供用电情况显示模块51监控现场的供用电情况，监控软件系统将自动完成现场用电的安全控制。用户使用监控软件系统中的统计查询与报表模块52可以 统计不同的供电或用电人员以及不同的列车检修所使用的电量并打印报表。启动监控软件系统，在本发明通过安装在现场与地面供电电源柜电气线路4相连 接的数据采集与控制及操作提示装置3对客车车辆检修地面供电电源的使用步骤和权限 以及用电时间进行控制，数据采集与控制及操作提示装置3对地面供电电源的电量参数进 行数据采集和处理。数据采集与控制及操作提示装置3采集读取用电人和供电人以及其他 需要确认的人的身份识别RFID卡信息，数据采集与控制及操作提示装置3根据用电人刷卡 信息确定预约用电时间并显示剩余预约用电时间，并可通过语音提示供电人的当前操作和 下一步操作。数据采集与控制及操作提示装置3通过图7中的继电器触点MB 1使得未通 过授权审核(授权审核由数据采集与控制及操作提示装置3和监视控制及管理中心计算机 1以及中心计算机上的的软件配合共同完成)的供电人对供电启动按钮SBl的操作无效，即 无法完成供电操作，数据采集与控制及操作提示装置3通过图7中的继电器触点MB2停止 地面供电电源对车辆的供电。同时数据采集与控制及操作提示装置3通过RS-485总线类型的通信网络2或以 太网类型的通信网络与安装在远程监控室的监视控制及管理中心计算机1互相通信，以交 换必要的信息。监视控制及管理中心计算机1实时显示并保存多个数据采集与控制及操作提示 装置3采集到的地面供电电源的用电情况和电参数，电参数包括电压、电流、功率、电度数、 功率因数。监视控制及管理中心计算机1通过网络获得数据采集与控制及操作提示装置3 采集读取的用电人和供电人以及其他需要确认的人的身份识别RFID卡信息，把此信息与 其保存的用电人和供电人以及其他需要确认的人的身份识别RFID卡信息与相应人员的操 作权限比较，判断所有刷卡人是否满足相应的地面电源使用管理办法的权限要求，若满足 则通过网络向数据采集与控制及操作提示装置3发送指令，使得数据采集与控制及操作提 示装置3输出如图7所示的电路中的继电器触点MB 1闭合的信号，并向数据采集与控制及 操作提示装置3发送指令，使得数据采集与控制及操作提示装置3发出可以操作送电的语 音提示，同时显示预先设定的预约用电时间(比如30分钟)，并提示若要增加预约用电时间 则需要用电人通过刷卡增加预约用电时间。此时供电操作人可在规定的时间(如3分钟) 内按下供电启动按钮SBl完成送电操作向车辆供电，当超过规定的时间后，监视控制及管 理中心计算机1将向数据采集与控制及操作提示装置3发送指令，使得数据采集与控制及 操作提示装置3输出如图7所示的电路中的继电器触点MBl断开的信号，供电人将无法完 成供电操作，若要供电需要用用电人和供电人以及其他需要确认的人的身份设别RFID卡 重新刷卡。当预约用电时间到后，监视控制及管理中心计算机1通过网络向数据采集与控制 及操作提示装置3发送指令，使得数据采集与控制及操作提示装置3输出如图7所示的电 路中的继电器触点MB2瞬时间断开的信号，停止向车辆供电。监视控制及管理中心计算机 1根据刷卡信息和保存的数据采集与控制及操作提示装置3采集到的地面供电电源的用电 情况和电参数信息通过监控软件系统自动统计每次车辆检修所用的时间和用电量以及对 应的检修人员的信息。监视控制及管理中心计算机1同时作为服务器把每次车辆检修所用 的时间和用电量以及对应的检修人员的信息以及当前实时的地面供电电源的用电情况和电参数信息发布到局域网上，有权限的人员可以在网络上用浏览器浏览这些信息。
权利要求
一种客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于它由一台安装有监控软件系统的监视控制及管理中心计算机(1)、通信网络(2)、多台数据采集与控制及操作提示装置(3)和多个地面供电电源柜电气线路(4)组成；所述通信网络(2)分别与所述监视控制及管理中心计算机(1)、数据采集与控制及操作提示装置(3)相连；所述数据采集与控制及操作提示装置(3)与所述地面供电电源柜电气线路(4)相连。
2.如权利要求1所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于所述数据 采集与控制及操作提示装置(3)由通信控制单元(3 1)、身份识别单元(32)、电量数据采集 单元(33)、语音提示及预约用电时间显示单元(34)和开关控制输入输出单元(35)组成； 所述通信控制单元(31)分别与所述通信网络(2)及所述身份识别单元(32)、电量数据采集 单元(33)、语音提示及预约用电时间显示单元(34)、开关控制输入输出单元(35)相连；所 述电量数据采集单元(33)和所述开关控制输入输出单元(35)均与所述地面供电电源柜电 气线路⑷相连。
3.如权利要求2所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于所述电量 数据采集单元(33)设有电流传感器和电压传感器，该电流传感器和电压传感器分别与所 述地面供电电源柜电气线路(4)相连。
4.如权利要求2所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于所述语音 提示及预约用电时间显示单元(34)由单片机I (341)、语音芯片(342)、功放电路(343)、喇 叭(344)和操作提示液晶显示电路(345)组成；所述单片机I (341)分别与所述通信控制单 元(3 1)、语音芯片(342)、操作提示液晶显示电路(345)相连；所述功放电路(343)分别与 所述语音芯片(342)和喇叭(344)相连。
5.如权利要求1所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于所述开关 控制输入输出单元(35)由单片机II (35 1)、五个光耦芯片(352)、三个继电器(353)和两 个输入调理电路(354)组成；所述单片机II (351)分别与所述通信控制单元(31)、五个光 耦芯片(352)相连；所述光耦芯片(352)中的三个分别与三个所述继电器(353) —一对应 相连，该三个所述继电器均分别与所述地面供电电源柜电气线路(4)相连；所述光耦芯片 (352)中的另外两个分别与两个所述输入调理电路(354) —一对应相连，该两个所述输入 调理电路(354)均分别与所述地面供电电源柜电气线路⑷相连。
6.如权利要求1所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于所述监控 软件系统包括数据管理与存储模块(5)、数据的网络发布模块(6)、实时数据获取与发送模 块(7)、身份权限验证与实时控制模块(8)和通信接口模块(9)；所述数据管理与存储模块 (5)下设现场供用电情况显示模块(5 1)、统计查询与报表模块(52)、允许供电规则设置模 块(53)、身份权限与卡号设置模块(54)、通信参数设置模块(55)和供用电登记模块(56)， 其中该现场供用电情况显示模块(51)与所述实时数据获取与发送模块(7)相连，该供用电 登记模块(56)与所述身份权限验证与实时控制模块(8)相连；所述数据管理与存储模块 (5)分别与所述数据的网络发布模块(6)、实时数据获取与发送模块(7)、身份权限验证与 实时控制模块(8)相连；所述实时数据获取与发送模块(7)分别与所述数据的网络发布模 块(6)、身份权限验证与实时控制模块(8)、通信接口模块(9)相连；所述通信接口模块(9) 与所述监视控制及管理中心计算机(1)相连。
7.如权利要求1所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于每台所述数据采集与控制及操作提示装置(3)与一个所述地面供电电源柜电气线路(4)相连。
8.如权利要求1所述的客车车辆检修地面供电电源监控系统，其特征在于两台所述 数据采集与控制及操作提示装置(3)与一个所述地面供电电源柜电气线路(4)相连。
全文摘要
本发明涉及一种客车车辆检修地面供电电源监控系统，该系统由一台安装有监控软件系统的监视控制及管理中心计算机、通信网络、多台数据采集与控制及操作提示装置和多个地面供电电源柜电气线路组成；所述通信网络分别与所述监视控制及管理中心计算机、数据采集与控制及操作提示装置相连；所述数据采集与控制及操作提示装置与所述地面供电电源柜电气线路相连。本发明的应用可减少误操作，减少检修用电安全事故的发生，同时还可自动统计用电情况，从而达到精细化、自动化管理，实现节能降耗的目的。
文档编号H02J13/00GK101997339SQ20091011743
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者姚闯, 张伟, 马殷元 申请人:兰州交通大学