一种高可靠性的智能单向导通装置的制作方法

1.本实用新型涉及地铁走行轨安全防护领域，特别是一种高可靠性的智能单向导通装置。


背景技术：

2.随着科学技术的和城市化的发展，大运量的轨道交通(地铁、轻轨)在城市中也扮演着越来越重要的作用，已经成为城市人民生活中不可或缺的部分。
3.由于停车场、车辆段多采用有砟道床，其钢轨对地泄漏电阻相较于正线整体道床更低，如果轨道采用全线直接连通的形式，则在绝缘薄弱区域即使没有机车运行也会造成很大的杂散电流泄漏。因此，为了确保正线电流不经场段内钢轨泄漏进入大地，通常在出入段(场)有砟道床与整体道床的分界点钢轨设置绝缘节和普通单向导通装置。然而，虽然采用绝缘节加单向导通的方式可以缓解该区间段的杂散电流泄漏，但是由于单向导通装置的反向截止功能，牵引回流只能从轨道一侧流回牵引变电所，这种单向回流的方式会导致地铁途经绝缘节的瞬间，列车与钢轨接触处的电压和电流发生突变，从而产生高强度的电弧并引起轨道电位升高，尤其是当机车以再生制动方式经过绝缘节时，由于电流方向发生改变，起弧现象更为严重。绝缘节烧毁会产生严重的后果，其一是绝缘节烧毁后难于更换，维修时间长，影响列车正常运行。二是在绝缘节发生拉弧烧毁时，会灼伤钢轨，造成钢轨的不平整，在列车高速运行时影响行车安全。而轨道电位升高不仅会危及乘客的安全，又会增加杂散电流的泄漏，对周边的金属结构会产生电化学腐蚀，从而造成经济损失并引发安全隐患。
4.为了抑制列车驶入(出)绝缘节时的电弧打火和轨道电位上升现象，应该消除绝缘节两端钢轨的电压差，使其低于起弧的电压。单向导通装置可以抑制列车驶入(出)绝缘节时的电弧打火和轨道电位上升现象。传统的单向导通装置功能较为单一，而且容易受到外界环境的干扰。此外，考虑到单向导通装置通常安放在极端的工况环境下，外部恶劣的环境会使得单向导通装置控制系统中的程序跑飞，进而可能导致短路现象出现，从而损坏单向导通装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是要提供一种高可靠性的智能单向导通装置，单向导通装置可以在恶劣的环境下稳定运行，即使程序出现跑飞现象也可以完成自恢复的功能；同时，单向导通装置在过流状态下也可以实现自恢复的功能，进而更加的安全可靠。
6.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是这样实现的：高可靠性的智能单向导通装置，包括：地铁走行轨，地铁列车运行在地铁走行轨上；
7.还包括：主控系统、电压检测模块、电流检测模块、驱动装置、辅助电源电路模块、看门狗模块、过流保护电路、flash模块、可控硅晶闸管、单向导通器件和绝缘节；
8.电压检测装置、可控硅晶闸管和电流检测装置构成串联电路，串联电路与单向导
通器件同时跨接在绝缘节与地铁走行轨的结合部；
9.驱动装置、看门狗模块分别连接到主控系统的定时器引脚和pwm波输出引脚；辅助电源电路模块分别与驱动装置、主控系统的供电引脚相连，作为二者的供电电源；驱动装置与主控系统的引脚相连后，接收主控系统的指令，用于触发可控硅的导通和关断；flash模块与主控系统的spi引脚相连；过流保护电路连接到驱动装置的输出端。
10.所述的辅助电源电路模块将电网的220v电压转化为5v和3.3v电源，向驱动装置及控制系统提供电源；输入24v电压和地与lm2596的vin引脚以及gnd引脚相连，lm2596的on/off引脚接地，lm2596的输出引脚output将信号通过电阻r14以及68uh电感稳流和分压后连接到lm2596芯片的feedback引脚，使输出电压稳定在5v；tlv1117进一步将lm2596输出的5v信号转化为3.3v信号，lm2596的输出端连接到tlv1117的vin引脚，tlv1117的vout引脚输出3.3v信号，100uf电容用于稳压的作用。
11.所述的看门狗模块tol引脚连接到辅助电源电路的输出端，st引脚连接到主控系统的定时器引脚上，rst引脚连接到主控系统的复位引脚上；当主控系统内部程序长时间跑飞时，该看门狗电路就会触发复位信号，使主控系统重启，恢复程序的正常运行。
12.所述的过流保护电路包括：取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动自锁电路；取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动自锁电路顺序连接。
13.有益效果及优点，由于采用上述技术方案，电压检测模块并联在绝缘节的两端、电流检测模块与绝缘节串联在一起，驱动装置、看门狗模块分别连接到主控系统的定时器引脚和pwm波输出引脚，辅助电源电路模块分别与驱动装置、主控系统的供电引脚相连，作为二者的供电设备，驱动装置与主控系统的引脚相连后，接收主控系统的指令，用于触发可控硅的导通和关断，flash模块与主控系统的spi引脚相连，过流保护电路连接到驱动装置的输出端；采用过流保护电路提高智能单向导通装置的可靠性。
14.看门狗模块监控电源并管理设备的运行模式，使得终端设备可以自适应的选择合适的休眠模式，确保系统正常运行的同时降低器件所需的功耗；当看门狗模块发现程序跑飞时，看门狗模块就会自动触发复位命令，从而使得主控系统重启；看门狗模块具备有防止程序跑飞的功能。
15.控制系统选择st公司生产的基于m0 内核的stm32l031g6u6，控制系统中内置了小型化的嵌入式操作系统以及文件管理系统完成相关任务的调度以及存储设备的快速访问。
16.flash模块使用维特智能公司生产的w25q128型号的存储模块，flash模块中保存了一些初始化参数，控制系统在上电启动时首先读取flash模块中第一个扇区的内容，完成系统中变量的初始化工作。
17.辅助电源电路可以将电网的220v电压转化为5v和3.3v供驱动装置及控制系统，内部开关电压调节器选用lm2596以及tlv1117型号芯片；输入24v电压和地与lm2596的vin引脚以及gnd引脚相连，lm2596的on/off引脚接地，lm2596的输出引脚output将信号通过电阻r14以及68uh电感稳流和分压后连接到lm2596芯片的feedback引脚，进而使得输出电压可以稳定在5v左右；tlv1117进一步将lm2596输出的5v信号转化为3.3v信号，lm2596的输出端连接到tlv1117的vin引脚，tlv1117的vout引脚输出3.3v信号，100uf电容用于稳压的作用。
18.看门狗模块采用ds1232型号的芯片；当主控系统内部程序长时间跑飞时，看门狗电路就会触发复位信号，使主控系统重启，恢复程序的正常运行。
19.过流保护电路包括取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路、驱动自锁电路。信号放大电路以及电压比较电路种使用lm396型号的运放完成电压的比较。
20.所述的单向导通器件由6个硅二极管并联而成，6个并联的硅二极管中每个硅二极管支路串连有一个快速熔断器。
21.驱动装置采用ti的半桥驱动芯片ucc27211作为驱动芯片，该器件内部集成自举电容充电用二极管，耐压120v，驱动电流达4a。
22.本实用新型的智能单向导通装置稳定可靠、具有较强的抗干扰能力；相较于普通的单向导通装置，所设计的高可靠性智能单向导通装置可以在恶劣的环境下稳定运行，即使程序出现跑飞现象也可以完成自恢复的功能；同时，单向导通装置在过流状态下也可以实现自恢复的功能，进而更加的安全可靠。达到了本实用新型的目的。
附图说明
23.图1为实用新型的整体结构图。
24.图2为本实用新型的辅助电源电路模块电路图。
25.图3为本实用新型的看门狗模块电路图。
26.图4为本实用新型的过流保护电路。
27.图中：1、主控系统；2、电压检测模块；3、电流检测模块；4、驱动装置；5、辅助电源电路模块；6、看门狗模块；7、过流保护电路；8、flash模块；9、可控硅晶闸管；10、单向导通器件；11、地铁列车；12、地铁走行轨；13、绝缘节。
具体实施方式
28.一种高可靠性的智能单向导通装置包括：包括：地铁走行轨12，地铁列车11运行在地铁走行轨12上；
29.还包括：包括：主控系统1、电压检测模块2、电流检测模块3、驱动装置4、辅助电源电路模块5、看门狗模块6、过流保护电路7、flash模块8、可控硅晶闸管9、单向导通器件10和绝缘节13；
30.电压检测装置2、可控硅晶闸管9和电流检测装置3构成串联电路，串联电路与单向导通器件10同时跨接在绝缘节13与地铁走行轨12的结合部；
31.驱动装置4、看门狗模块6分别连接到主控系统1的定时器引脚和pwm波输出引脚；辅助电源电路模块5分别与驱动装置4、主控系统1的供电引脚相连，作为二者的供电电源；驱动装置4与主控系统1的引脚相连后，接收主控系统1的指令，用于触发可控硅的导通和关断；flash模块8与主控系统1的spi引脚相连；过流保护电路7连接到驱动装置4的输出端。
32.所述的辅助电源电路模块5将电网的220v电压转化为5v和3.3v电源，向驱动装置4及控制系统1提供电源；输入24v电压和地与lm2596的vin引脚以及gnd引脚相连，lm2596的on/off引脚接地，lm2596的输出引脚output将信号通过电阻r14以及68uh电感稳流和分压后连接到lm2596芯片的feedback引脚，使输出电压稳定在5v；tlv1117进一步将lm2596输出的5v信号转化为3.3v信号，lm2596的输出端连接到tlv1117的vin引脚，tlv1117的vout引脚输出3.3v信号，100uf电容用于稳压的作用。
33.所述的看门狗模块6tol引脚连接到辅助电源电路5的输出端，st引脚连接到主控
系统1的定时器引脚上，rst引脚连接到主控系统1的复位引脚上；当主控系统1内部程序长时间跑飞时，该看门狗电路就会触发复位信号，使主控系统1重启，恢复程序的正常运行。
34.所述的过流保护电路7包括：取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动自锁电路；取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动自锁电路顺序连接。
35.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
36.实施例1：如图1所示，所提出的高可靠性的智能单向导通装置包括：主控系统1、电压检测模块2、电流检测模块3、驱动装置4、辅助电源电路模块5、看门狗模块6、过流保护电路7、flash模块8、可控硅晶闸管9、单向导通器件10、地铁列车11、地铁走行轨12和绝缘节13。
37.辅助电源电路模块5作为供电模块，可以输出5v和3.3v的电压，为驱动装置4和主控系统1提供供电电压。主控系统1在上电启动后，首先读取flash模块第一个扇区的内容，该扇区中包含了启动信息以及上一次断电后保存的历史信息，这些信息可以完成控制系统启动代码的初始化工作。在主控制系统中内嵌小型化的嵌入式系统，该嵌入式系统能够完成电压检测、过压保护、过流保护、可控硅控制等任务的调度工作。在嵌入式系统的中断程序中，不断读取电压检测装置2的输出电压信号，如果读取的电压信号大于预先设置的阈值电压，当反向电压达到设定值时，则触发大功率电子开关导通，将绝缘节两端短路，使得地铁途经绝缘节时满足不了电弧产生的条件，从而抑制了绝缘节两端起弧打火的现象。采用过流保护电路7提高智能单向导通装置的可靠性。除此之外，所提出的高可靠性的智能单向导通装置还配备了开门狗模块6，该看门狗模块6监控电源并管理设备的运行模式，使得终端设备可以自适应的选择合适的休眠模式，确保系统正常运行的同时降低器件所需的功耗，除此之外，该看门狗模块也具备防止程序跑飞的功能，当看门狗模块发现程序跑飞时，该模块会自动触发复位命令，从而使得主控系统1重启。
38.控制系统1采用st公司生产的基于m0 内核的stm32l031g6u6。
39.驱动装置4采用ti的半桥驱动芯片ucc27211作为驱动芯片，该器件内部集成自举电容充电用二极管，耐压120v，驱动电流达4a。
40.flash模块8采用维特智能公司生产的w25q128型号的存储模块。
41.如图2所示，图2为辅助电源电路模块电路图，辅助电源电路5将电网的220v电压转化为5v和3.3v电源，向驱动装置4及控制系统1提供电源，内部开关电压调节器选用lm2596以及tlv1117型号芯片。
42.输入24v电压和地与lm2596的vin引脚以及gnd引脚相连，lm2596的on/off引脚接地，lm2596的输出引脚output将信号通过电阻r14以及68uh电感稳流和分压后连接到lm2596芯片的feedback引脚，进而使得输出电压可以稳定在5v。
43.tlv1117进一步将lm2596输出的5v信号转化为3.3v信号，lm2596的输出端连接到tlv1117的vin引脚，tlv1117的vout引脚输出3.3v信号，100uf电容用于稳压的作用。
44.如图3所示，图3表示看门狗电路，看门狗模块6采用ds1232型号的芯片；tol引脚连接到辅助电源电路5的输出端，st引脚连接到主控系统1的定时器引脚上，作为喂狗的触发信号，rst引脚连接到主控系统1的复位引脚上，当主控系统1内部程序长时间跑飞时，该看门狗电路就会触发复位信号从而使得主控系统1重启，进而恢复程序的正常运行。
45.图4表示过流保护电路，包括取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路、驱动自
锁电路；取样保护电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动自锁电路顺序连接。
46.信号放大电路以及电压比较电路种使用lm396型号的运放完成电压的比较。
47.取样保护电路部分是电阻取样，负载和电阻r1串联，串联的电流相等，电阻r2上的电压随着负载的电流变化而变化，电流大，电阻r2两端的电压也高，电阻r3 d1组成运放保护电路，防止过高的电压进入运放导致运放损坏，电容器c1是防止干扰用的。
48.信号放大电路部分是同相放大器，由于前级的电阻取样的信号很小，所以得要用放大电路放大后输出，放大倍数由vr1电阻r4决定。
49.电压比较电路部分是一个比较器电路，放大器把取样的信号放大，然后经过这级比较，从而去控制后级的动作，是否切断电源或别的操作，比较器是开路输出。加上上位电阻，输出高电平。
50.信号放大电路以及电压比较电路种使用lm396型号的运放完成电压的比较。
51.驱动自锁电路部分是一个驱动继电器的电路，是一个自锁电路，一段保护信号过来后，电路就会一直工作，直到断掉电源再开机，这个自锁电路结构和单向可控硅差不多。