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客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置和協(xié)議轉換方法與流程

文檔序號:11842981閱讀:637來源:國知局
客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置和協(xié)議轉換方法與流程

本發(fā)明涉及節(jié)能在線監(jiān)測領域和網(wǎng)絡技術應用領域,特別涉及一種面向空調客車整備檢修地面電源用電信息、用電時間和用電異常的在線遠程監(jiān)測裝置和協(xié)議自適應轉換方法。



背景技術:

客車實行定期檢修和運用維修制度。車輛段空調客車在整備庫中進行檢修時,需要不同類型的地面電源供電,以保證日常檢修、冬夏季預冷預熱。目前客車整備作業(yè)時使用的外接電源或地面電源,常用的類型包括三相交流380伏(3AC380V)和直流600伏(DC600V)兩種類型。根據(jù)整備檢修規(guī)定車輛用電負載不得超過電源容量,供電時間原則上不超過2小時。但目前由于缺乏監(jiān)測設備,供電時間通常大于2小時且不確定;另外客車整備檢修作業(yè)類型多,耗電量大;作業(yè)人員類型多,浪費較多,容易引起用電事故。迫切需要一套能夠實時遠程在線監(jiān)測地面電源用電狀態(tài)的裝置。

我國鐵路車輛段遍布全國,目前各個車輛段地面電源用電統(tǒng)計的方式均采用人工定期查表的方式。如果地面電源沒有安裝電表,則從客車車輛段的變電亭總表查表;若地面電源安裝了電表(分表),則從分表獲得數(shù)據(jù)。目前對地面電源用電信息的統(tǒng)計存在的問題有:

1)各地車輛段地面電源用電統(tǒng)計采用人工定期查表的方式,人工查表方式不能獲得客車整備檢修用電的實時數(shù)據(jù),無法掌握用電狀態(tài),不能確定用電基準;

2)采用人工定期查表的方式,是查抄的用電積累量,無法知道每輛車用電量和每輛車的檢修時間。

3)現(xiàn)在的用電統(tǒng)計方式,無法用電異常;用電異常積累下去會發(fā)生嚴重的用電事故造成停產(chǎn)。

解決以上問題,需要地面電源遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)和相關節(jié)點裝置。由于我國鐵路空調客車整備檢修場所現(xiàn)場條件差異較大,要求開發(fā)的節(jié)點裝置能夠適應現(xiàn)場條件,選擇多種類型的數(shù)據(jù)通信方式,要求能夠在一個節(jié)點裝置內實現(xiàn)GPRS、Ethernet、ZigBee、485、232方式可裁剪、可選擇且協(xié)議能夠自適應轉換。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于解決空調客車整備檢修地面電源在使用過程中的實時數(shù)據(jù)采集,時間采集,用電基準確定和用電異常發(fā)現(xiàn)的問題,采用被發(fā)明涉及的面向空調客車整備檢修地面電源用電信息的在線遠程監(jiān)測裝置和協(xié)議自適應轉換方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn):在地面電源柜安裝帶有數(shù)據(jù)傳輸接口的電表(簡稱為可組網(wǎng)電表)和本發(fā)明的節(jié)點裝置,可組網(wǎng)電表和節(jié)點裝置之間通過232或485接口連接。節(jié)點裝置采集可組網(wǎng)電表的實時用電數(shù)據(jù),并在節(jié)點裝置內部緩存和處理,進行異常判斷后加入時間信息重新組幀;如果數(shù)據(jù)正常,那么通過以太網(wǎng)或者GPRS傳輸?shù)椒掌?;如果?shù)據(jù)異常,節(jié)點會加快查詢可組網(wǎng)電表用電信息的查詢頻率,并向服務器發(fā)送異常用電警告信息,向已經(jīng)存儲的用電管理人員的手機上發(fā)送用電異常信息。

為達到上述目的,本發(fā)明提供了一種客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置,其特征在于:包括主控計算機,存儲模塊,時間模塊,多路選擇器,設置模塊,232模塊,485模塊,和可裁剪的混合數(shù)據(jù)傳輸模塊,其中:

所述主控計算機控制節(jié)點工作,控制電壓、電流、功率、用電量等信號的采集、存儲、處理,數(shù)據(jù)傳輸方式選擇和協(xié)議自適應轉換,

所述存儲模塊用于處理傳輸前的數(shù)據(jù)緩存,及相關查詢命令和本設備信息的存儲,

所述時鐘模塊為采集數(shù)據(jù)提供時間信息,時間信息可嵌入到采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)中,用于后續(xù)分析處理工作,

所述多路選擇器是控制采集、處理傳輸?shù)倪x擇通道,

所述設置模塊是選擇各類通信方式的設置按鈕,設置模塊由主控計算機讀取狀態(tài),

所述232模塊用于節(jié)點與調試計算機間的串行數(shù)據(jù)傳輸,和/或與外界設備裝置的數(shù)據(jù)傳輸,

所述485模塊用于節(jié)點與一個或多個裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸,

所述可裁剪的混合數(shù)據(jù)傳輸模塊是指數(shù)據(jù)傳輸模塊包括短程和遠程、有線和無線不同類型的數(shù)據(jù)傳輸模塊,且可根據(jù)實際現(xiàn)場條件進行選擇和舍棄,包括可裁剪的以太網(wǎng)模塊和/或GPRS模塊和/或ZigBee模塊,用于在所述主控計算機控制下與外界設備進行數(shù)據(jù)通信,根據(jù)地面電源的現(xiàn)場條件進行選擇,實現(xiàn)短程和遠程數(shù)據(jù)傳輸,

所述以太網(wǎng)模塊用于節(jié)點裝置與有線網(wǎng)絡的通信,實現(xiàn)遠程有線數(shù)據(jù)傳輸,包括以太網(wǎng)控制器、隔離變壓器、RJ45接口等,

所述GPRS模塊用于節(jié)點裝置與無線網(wǎng)絡的通信,實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳輸,包括GSM/GPRS元件,客戶識別模塊卡,天線等,

所述ZigBee模塊用于節(jié)點裝置與節(jié)點裝置間的短程無線通信,包括ZigBee芯片,天線等。

本發(fā)明客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置,其特征在于:節(jié)點裝置是客車整備檢修電源在線監(jiān)測系統(tǒng)的前端機,實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)、用電時間和用電異常數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸,節(jié)點裝置可以單獨使用,也可以與附近的相同節(jié)點通過ZigBee或485組網(wǎng)使用,也可以進行遠距離的Ethernet或GPRS傳輸,其中:

所述節(jié)點裝置作為在線監(jiān)測系統(tǒng)的前端機是指節(jié)點裝置通過485模塊或232模塊與外界設備進行數(shù)據(jù)讀取,所述外界設備為電能計量設備,如帶有數(shù)據(jù)傳輸接口的電表(簡稱為可組網(wǎng)電表)

本發(fā)明的另一目的是使節(jié)點裝置適應全國鐵路空調客車地面電源使用條件,提供客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置的協(xié)議自適應轉換方法,該方法可根據(jù)地面電源現(xiàn)場條件的設置,選擇232和/或485串行通信協(xié)議讀取地面電源電表數(shù)據(jù),可根據(jù)地面電源現(xiàn)場通信設施條件,設置不同的短程和/或遠程數(shù)據(jù)通信模塊,并選擇不同的協(xié)議轉換方法,其特征在于:該方法執(zhí)行如下步驟:

步驟1,根據(jù)地面電源現(xiàn)場條件設置節(jié)點裝置的通信模塊,并設置相應的設置模塊狀態(tài);

步驟2,主控計算機讀取設置模塊的狀態(tài),并確定采用232或485的協(xié)議方式,發(fā)送相關指令給多路選擇器,確定232或485的連接接口,該接口與地面電源電表相關接口相連;

步驟3,主控計算機讀取設置模塊的狀態(tài),并確定是否采用ZigBee或GPRS或以太網(wǎng)的通信方式,采用ZigBee的形式,跳轉到步驟5,采用GPRS的形式跳轉到步驟6,采用以太網(wǎng)方式跳轉到步驟7。

步驟4,主控計算機選通232接口或485接口,發(fā)送查詢用電信息的命令,用電信息數(shù)據(jù)由電表相應接口傳輸?shù)街骺赜嬎銠C,主控計算機將其存儲,選擇需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等待傳輸。

步驟5,主控計算機確定節(jié)點有ZigBee模塊,然后讀取設置模塊,確定是ZigBee主機(也稱為協(xié)調器)還是從機(也稱為終端),若是ZigBee主機,則發(fā)送探尋數(shù)據(jù)包,并等待回復;若是ZigBee從機,等待主機探尋數(shù)據(jù)包;當主機和從機連通時,從機將其監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機;ZigBee主機接收終端的數(shù)據(jù)后,提取用電信息和終端標志,重新組織發(fā)送數(shù)據(jù)內容,準備將數(shù)據(jù)通過GPRS(步驟6)或Ethernet(步驟7)模塊傳輸至服務器。

步驟6,主控計算機根據(jù)設置模塊狀態(tài),確定有GPRS模塊,確定采用GPRS傳輸模式;根據(jù)GPRS數(shù)據(jù)幀格式,將要傳送的數(shù)據(jù),按照標識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)時間為一組數(shù)據(jù),根據(jù)GPRS數(shù)據(jù)幀格式進行組幀,然后發(fā)送,組幀后跳轉到步驟4。

步驟7,主控計算機根據(jù)設置模塊狀態(tài),確定有以太網(wǎng)模塊,確定采用以太網(wǎng)傳輸模式;根據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式,將要傳送的數(shù)據(jù),按照標識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)時間為一組數(shù)據(jù),進行以太網(wǎng)幀的組幀工作,然后發(fā)送,組幀后跳轉到步驟4。

本發(fā)明的有益效果如下:

本發(fā)明所述技術方案的特點有:

(1)在節(jié)點裝置設計上:節(jié)點裝置具有可裁剪的通信模塊,可包含ZigBee模塊、GPRS模塊和以太網(wǎng)模塊;融合現(xiàn)場總線通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信的功能,能夠滿足實時性要求高和大容量數(shù)據(jù)通信的需求;

(2)在協(xié)議自適應轉換方法上,多種傳輸方式協(xié)議可根據(jù)設置模塊的狀態(tài),確定作用的協(xié)議和協(xié)議轉換的方式,可以大大增加節(jié)點裝置的適用范圍;

(3)節(jié)點具有兼容性和擴展型,可以實現(xiàn)一臺節(jié)點裝置獨立使用;可以實現(xiàn)多臺節(jié)點裝置組網(wǎng)使用,容易構成完整一體的監(jiān)測系統(tǒng),為安全生產(chǎn)提供保障;

(4)在節(jié)點應用方面,節(jié)點能夠實現(xiàn)用電數(shù)據(jù),如電壓、電流、功率、用電量的實時采集和遠程傳輸,實現(xiàn)地面電源用電遠程在線監(jiān)測;可以實時獲取準確的地面電源用電信息、用電時間信息,能夠掌握每列客車整備檢修的時間和用電量;為確定用電基準的提供數(shù)據(jù)支持;

(5)節(jié)能應用中發(fā)現(xiàn)地面電源用電異常,并能夠發(fā)送警告信息,避免異常用電惡化為用電事故;節(jié)點應用可指導空調客車整備檢修工作。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明;

圖1示出地面電源監(jiān)測節(jié)點裝置及其使用示意圖。

圖2示出節(jié)點裝置構成方框圖。

具體實施方式

地面電源在線監(jiān)測節(jié)點不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和處理,還適應了空調客車整備檢修地面電源現(xiàn)場的不同情況,可以自動進行數(shù)據(jù)傳輸方式的切換。該節(jié)點可單獨使用,也可組網(wǎng)使用,解決了目前地面電源使用中的用電數(shù)據(jù)和用電時間數(shù)據(jù)的實時采集傳輸和處理的問題,為實現(xiàn)節(jié)能管理提供了基礎數(shù)據(jù)。

圖1為地面電源監(jiān)測節(jié)點及其使用示意圖,節(jié)點裝置可以單獨應用于地面電源柜中(如節(jié)點裝置5和6),也可以通過485或ZigBee組網(wǎng)使用(如節(jié)點裝置1-4),實現(xiàn)對多臺地面電源用電進行在線監(jiān)測。

節(jié)點裝置通過232或485接口采集地面電源的可組網(wǎng)電表的電壓、電流、用電量等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在節(jié)點裝置的存儲模塊進行緩存,主控計算機進行數(shù)據(jù)處理,異常點判斷等操作;

節(jié)點裝置內有時鐘模塊,對采集的數(shù)據(jù)處理后,加入時間信息,等待發(fā)送。

節(jié)點數(shù)據(jù)遠程傳輸可以采用以太網(wǎng)或者GPRS方式傳輸?shù)椒掌?。?jié)點裝置根據(jù)設置模塊的狀態(tài)確定所用的協(xié)議種類,并在232或485協(xié)議中提取數(shù)據(jù),按照采用的以太網(wǎng)或者GPRS方式進行組幀。

圖2為節(jié)點構成方框圖,節(jié)點主控計算機選擇單片機或嵌入式計算機。電源系統(tǒng),為各個不同電壓需要的芯片提供點電能。節(jié)點裝置還包括看門狗電路、光電隔離電路等。節(jié)點裝置包含232模塊、485模塊、多路選擇器、設置模塊、存儲模塊、時鐘模塊、ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊和GPRS模塊。

主控計算機控制節(jié)點工作,控制電壓、電流、功率、用電量等信號的采集、存儲、處理和數(shù)據(jù)傳輸;存儲模塊用于處理傳輸前的數(shù)據(jù)緩存,及相關查詢命令和本設備信息的存儲;時鐘模塊為采集數(shù)據(jù)提供時間信息,時間信息可嵌入到采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)中,便于后續(xù)分析處理工作;多路選擇器是控制采集、處理傳輸功能的選擇通道;設置模塊是選擇各類通信方式的設置按鈕,由主控計算機讀取其狀態(tài);232模塊用于節(jié)點設備與調試計算機間和/或與外部裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸;485模塊用于節(jié)點與一個或多個外部裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點裝置包含可裁剪的ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊、GPRS模塊,根據(jù)地面電源的現(xiàn)場條件進行選擇,實現(xiàn)短程和遠程數(shù)據(jù)傳輸;節(jié)點裝置軟件根據(jù)應用場合的硬件差異情況,采用協(xié)議自適應轉換方法,自動選擇所用的數(shù)據(jù)傳輸方式的協(xié)議,并根據(jù)硬件情況選擇的數(shù)據(jù)傳輸方式對協(xié)議進行轉換。

節(jié)點設計采用可裁剪方式,ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊、GPRS模塊可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇,如圖1所示虛框代表推薦可裁剪的部分,實框代表使用部分。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述,并非對本發(fā)明的范圍進行限定,在不脫離本發(fā)明涉及精神的前提下,本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變形和改進,均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。

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