新型地铁杂散电流自动监测装置制造方法及图纸

新型地铁杂散电流自动监测系统，包括：作为本地监测从机的多个杂散电流在线自动监测装置，与一台远方监测主机连接。系统的处理器周围有设置在同一块ＰＣＢ印刷电路板上的开关电源模块、数据采集模块、以太网通信模块、辅助硬件模块，以及人机交互模块。开关电源模块有内置的高性能ＥＭＣ滤波器。Ａ／Ｄ转换电路采用双极性的１２位Ａ／Ｄ转换器ＭＡＸ１９７，ＭＡＸ１９７内置８路采样通道。辅助硬件模块包括ＥＥＰＲＯＭ二级永久存储模块，硬件看门狗电路，自备电池日历时钟模块和串口通信接口电路。本发明专利技术简化了系统结构；使从机之间数据共享、信息融合、协同监测，大大加强了杂散电流监测的准确度和严密性；另外也降低了监测装置的成本。

Novel metro stray current automatic monitoring device

The utility model relates to an automatic monitoring system for stray current of a subway, which comprises a plurality of stray current on-line automatic monitoring devices which are used for monitoring the local machine. The processor of the system is provided with a switch power supply module, a data acquisition module, an Ethernet communication module, an auxiliary hardware module and a man-machine interaction module which are arranged on the same PCB printed circuit board. Switching power supply module with built-in high-performance EMC filter. A / D conversion circuit using bipolar 12 bit A / D converter MAX197, MAX197 built-in 8 channel sampling. The auxiliary hardware module includes EEPROM two level permanent storage module, the hardware watchdog circuit, the self-contained battery calendar clock module and the serial communication interface circuit. The invention simplifies the structure of the system, makes the data sharing, the information fusion and the collaborative monitoring between the slave computers, greatly enhances the accuracy and the tightness of the stray current monitoring, and also reduces the cost of the monitoring device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电学测量领域，涉及一种城市走行轨杂散电流监测装置，具体 说是能实现在线自动监测地铁系统中杂散电流变化的装置。
技术介绍
地铁系统的杂散电流难以直接测量， 一般采用间接测量的办法来反映杂散 电流的腐蚀情况。地铁系统结构钢与金属设备受杂散电流腐蚀的危险性指标， 是由结构钢表面流向周围电解质的电流密度和由此引起的电位极化偏移来确定 的。而电流密度难以直接测量，只有通过测量电位极化偏移来判断。同时，地 铁杂散电流具有一定的周期性和随机性，不是每时每刻都有杂散电流电化学腐 蚀发生，只有当列车经过绝缘性能较弱的路段时才有可能出现杂散电流泄漏腐 蚀情况。杂散电流监测方法分人工测量与在线自动监测两类。人工测量法无法 准确及时采集到真实的杂散电流，实时性较差，加之地铁列车运行的间断性和 金属电化学腐蚀的渐进过程，获得的数据不能真实反映杂散电流的变化情况与 腐蚀程度。在线自动监测方面，国内外进行了较多的研究，目前相似产品功能单一、构成系统复杂、应用成本高；在通信方式处理上，采用了传统的主从方 式，亦即以上位机为中心，采集命令下发到监测装置，将采集到的数据统一上 传到远方后台计算机进行处理。这种通信方式最大的弊端是每次通信都要由上 位计算来发起，监测装置中的数据不能主动上传给上位机，系统容错能力差， 实时性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能在线自动监测装置，该装置不仅能自适应 调整数据采集频率，而且还能够针对特殊埋地金属体进行杂散电流电化学腐蚀 在线不间断监测。而且将主从问答式的通信模式改为双向对等发起通信的模式， 提升了数据的传输速率，优化了数据采集方式，克服现地铁杂散电流在线监测 装置通信方式和功能上的不足。本专利技术解决其技术问题所采用的方案如下所述杂散电流在线自动监测装 置作为本地监测从机，与一台远方监测主机和多个本地监测从机组成一个地铁 杂散电流自动监测系统。每个本地监测从机都有唯一的逻辑地址(由四位十进制 数字组成)，以此来区分各个不同的从机装置。从机的逻辑地址不仅可以通过其 键盘来输入，也可以通过远方监测主机来设定。不管是通过本地修改还是远方 更新，新输入的从机逻辑地址都会在整个网络上广播，检查该逻辑地址是否己 被占用。若是一个非法的逻辑地址，则系统会提示重新输入新的逻辑地址；若 是连续三次输入非法的逻辑地址，则系统会给出一个有效的逻辑地址供操作人员参考。远方监测主机与监测装置从机之间通过工业以太网构成一个监测网络。杂散电流在线自动监测装置是一个以PHILIPS公司LPC2292微控制器为处 理器的嵌入式系统。LPC2292是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位 ARM7TDMI-S CPU的微控制器。激接剁罌LPC22Q2土要负赉数据菜榉、数据分析、以太网通倍以及人机界面 交互处理等任务。为了完成上述功能，在LPC2292芯片周围还有其它重要的硬件 组成模块开关电源模块、数据采集模块、以太网通信模块、辅助硬件模块和 人机交互模块。这五大硬件模块的前四个分布在同一块PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)上，这是每一个杂散电流在线自动监测装置所必备的硬件 部分，称其为数据采集板；最后一个是人机交互模块，它主要由小型LCD液晶显 示器、小型四键键盘和各种指示灯组成。这些人机交互硬件单独分布在一个小 型的PCB印刷电路板上，称其为人机交互板。人机交互板体积小、质量轻，便于操作人员随身携带。所有的数据采集板 可以共用一个人机交互板，这不仅大大降低了成本，而且还使整个监测装置具 有模块化结构，便于今后的设备维护和升级。当操作人员需要査询数据采集板 上的运行状态和杂散电流监测信息或者需要修改数据采集板的控制参数时，可 以将人机交互板与数据采集板通过并口数据线连接起来。相对于数据采集板， 人机交互板具有即插即用的功能，它所需要的工作电源由数据采集板提供。数 据采集板通过一对节点来判断是否有人机交互板与之相连。当两者通过并口数 据线相连后，这对节点处于闭合状态，反之处于断开状态。在断开状态下，数 据采集板以2Hz的频率来检测这一对节点，当连续两次检测到的结果都是闭合状 态，则判定此时有人机交互板与之相连，立即闭合继电器给人机交互板供电， 延时100ms后激活LCD驱动程序和键盘扫描程序，液晶显示"欢迎使用"页面并 切换到"杂散电流监测"主界面。为了使人机交互板便于携带，选用了128X64 点阵的液晶显示屏。输入键盘有四个键增加键(前行键)、减小键(后退键)、 确认键、取消键。这四个按键配合设计良好的菜单模式，很好地满足了整个装 置的要求。数据采集板上的开关电源模块主要负责将沿地铁走行轨提供的220V交流电 源转换成各个电压等级的直流电源。首先利用开关电源将220V的交流电变换成 +5V、 +12V和-12V这三个等级的稳定直流电压。鉴于地铁运行时可能对供电电 源产生干扰，开关电源有内置的高性能EMC滤波器。微控制器LPC2292需双电源供电1.8V±0. 15V、 3. 3V±10%。故选用 SPX1117M3-1. 8和SPX1117M3 - 3. 3两个低压差稳压集成块将+5V直流电压分别 变换为1. 8V和3. 3V，为LPC2292供电。数据采集模块是数据采集板上重要的模块之一，它由模拟信号调理电路、 A/D转换电路两大部分组成。模拟信号调理电路主要由运算放大器LM224、 IOV稳压二极管和一系列高精度电阻构成。数据采集板一共需要采样四路模拟量(1) 参比电极本征电位；(2)埋地金属结构极化电位；(3)排流网对地电位；(4)走行 轨对地电位。这四个物理量的幅值范围相差较大，其中参比电极本征电位一般 只有毫伏数量级，在常温环境下，饱和硫酸铜参比电极的本征电位约为300mV。因此当测量所得的参比电极本征电位超过500mV时，监测装置发出参比电极失效信息。埋地金属结构的电化学腐蚀是一长时积累过程，它的极化电位一般不会超过士2V。排流网的对地电位间接反映了排流网收集到的杂散电流大小，利用 该信息可以控制智能排流柜的开启与关闭。杂散电流的泄漏受走行轨对地电位 的影响很大，由于此对地电位会引起走行轨与站台间出现异常电压(接触电压)， 危及乘客和工作人员的安全，当走行轨与结构钢间的电位差超过92V时装置给出报警信息。曰为^证测量精度，A/D转换电路采用双极性的12位A/D转换器MAX197，其信 号输入范围可达-10V 10V，平均转换时间仅为6us，可以充分捕获到地铁列车运 行时监测信号的变化趋势。MAX197内置8路采样通道，因此上述四路模拟量可以 同时被采样转换，加快了采集速度。以太网通信模块负责本地监测从机之间的通信互连以及本地从机与远方主 机的通信连接，通信协议采用主流的TCP/IP协议。嵌入式以太网控制芯片采用 RTL8019AS， RTL8019AS是Realtek公司生产的一种高度集成、全面支持IEEE802. 3 标准的以太网络控制器。完全满足地铁自动监测系统的下位机之间以及下位机 和上位机之间的通信速率要求。处于局域网中的任何一台本地监测从机在网络 空闲时都可以主动发起一次通信，避免了 "所有通信都由远方监测主机发起" 控制模式的弊端。数本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型地铁杂散电流自动监测系统，其特征在于：包括：作为本地监测从机的多个杂散电流在线自动监测装置，与一台远方监测主机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牟龙华，金敏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]