基于DSP芯片的铁路信号外电网监测装置的制作方法

基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置
技术领域
1.本实用新型涉及铁路电网领域，具体的说，涉及了一种基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置。


背景技术：

2.安全的外电网电源是铁路信号系统以及监测设备正常运行的基本保证，因而实时监测外电网输入电源的质量，发现异常及时报警，对保证铁路系统的安全运行，预防事故的发生以及分析事故原因尤为必要。而现有的铁路信号系统中并不具备上述功能。
3.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

4.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置，包括dsp芯片单元、电压采集电路模块、电流采集电路模块、供电模块、can总线和监测站机；
5.所述供电模块用于对dsp芯片单元进行供电；所述dsp芯片单元通过can总线与监测站机通信连接；
6.所述电压采集电路模块用于采集两路三相外电网i、ii路输入的相电压信号并传输至dsp芯片单元；所述电流采集电路模块采集两路三相外电网i、ii路输入的电流信号并传输至dsp芯片单元；
7.所述dsp芯片单元用于对采集的相电压信号和电流信号进行处理并分别计算出相电压有效值、相电压基波有效值、相电压谐波有效值 、相电流有效值、相电流基波有效值、相电流谐波有效值、相功率、相功率因数、相频率、总功率、ab线电压、bc线电压、ca线电压、ab电压相位差、bc电压相位差、ca电压相位差；然后dsp芯片单元用于将计算结果与报警阈值进行对比，并根据异常外电网状态生成断相、错序、断电、瞬间断电报警信息；最后dsp芯片单元通过can总线将外电网的实时参数和报警信息上传至监测站机。
8.基于上述，所述dsp芯片单元为型号为tms320f28335型数字信号处理器。
9.基于上述，所述电压采集电路模块设置有六路电压采集通道，每路电压采集通道包括依次连接的安全采样模块、无源交流采样器、信号调理电路和ad转换通道。
10.基于上述，所述安全采样模块包括熔断保险丝、热敏电阻、限流电阻和tvs 管。
11.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型提供的基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置，具有以下优点：
12.（1）、该装置测量量程范围大。该装置作为对铁路信号外电网监测的专用设备，能够测量的线电压量程范围为0～500v，相电压量程范围为0～300v，电流量程范围为：0～100a，频率量程范围为0～60hz，功率量程范围为0～30kw。
13.（2）、该装置具有较高的采样精度。其中，该装置电压采集精度为
±
1%；电流采集精度为
±
2%；相位角计算精度为
±
1%；频率计算精度为
±
0.5hz；功率计算精度为
±
2%。
14.（3）、该装置具有较高的采样频率。对于外电网电压、电流采样周期为250ms，对于断相、错序、瞬间断电报警的采样周期为50ms，对于瞬时断电波形采集周期小于等于2.5ms。
15.（4）、该装置可以针对不同的铁路信号外电网异常情况会产生不同的报警。具体地，当输入电压与额定电压的差值大于额定电压值的15%或小于额定值的20%时装置会产生电压报警并记录。输入电压低于额定电压值的65%，时间超过1000ms时装置会产生断相及断电报警并记录。输入电压低于额定电压值的65%，时间超过140ms，但不超过1000ms时装置会产生瞬间断电报警并记录故障波形。对于三相输入电源，相序错误时装置会产生错序报警并记录。
16.（5）、该装置采用了数字信号处理技术，可以根据外电网信号特征提取相应的关键参数，如频率、相位角、有功功率和无功功率等。并且可通过can总线将采样值、计算结果及报警信息上传到监测站机，通过监测站机实现实时数据的记录和回放功能，以及报警输出功能。
附图说明
17.图1是本实用新型提供的基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置逻辑连接示意图。
18.图2是本实用新型提供的基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置中安全采样电路连接示意图。
具体实施方式
19.下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
20.实施例1
21.本实施例提供一种基于dsp芯片的铁路信号外电网监测装置，如图1、图2所示，包括dsp芯片单元、电压采集电路模块、电流采集电路模块、供电模块、can总线和监测站机；
22.所述供电模块用于对dsp芯片单元进行供电；所述dsp芯片单元通过can总线与监测站机通信连接；
23.所述电压采集电路模块用于采集两路三相外电网i、ii路输入的相电压信号并传输至dsp芯片单元；所述电流采集电路模块采集两路三相外电网i、ii路输入的电流信号并传输至dsp芯片单元；
24.所述dsp芯片单元用于对采集的相电压信号和电流信号进行处理并分别计算出相电压有效值、相电压基波有效值、相电压谐波有效值 、相电流有效值、相电流基波有效值、相电流谐波有效值、相功率、相功率因数、相频率、总功率、ab线电压、bc线电压、ca线电压、ab电压相位差、bc电压相位差、ca电压相位差；然后dsp芯片单元将计算结果与报警阈值进行对比，并根据异常外电网状态生成断相、错序、断电、瞬间断电报警信息；最后dsp芯片单元通过can总线将外电网的实时参数和报警信息上传至监测站机。
25.具体地，所述dsp芯片单元为型号为tms320f28335型数字信号处理器。
26.所述dsp芯片单元具有150mhz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个dma通道支持adc、mcbsp、epwm、xintf和saram，具有多达18路的pwm输出，其中有6路ti特有的更高精度的pwm输出 (hrpwm)，具有3个32位定时器，16路12位adc和两个控制器局域网（can）模
块。
27.同时，为便于对采样信号的计算和存储，装置主板在dsp的外围电路中通过fmc接口扩展了sdram芯片和nandflash芯片，其中sdram芯片用于对电压特征参量的计算，nandflash用于对各通道计算系数及报警产生后外电网各关键参量值的保存。装置主板通过tms320f28335芯片及其外围电路对被采信号进行了特征参量的提取，实现了对两路三相外电网的各参量的分析计算，并通过can总线接口，实现了将计算结果及报警信息对监测站机的输出。
28.装置中设计了6路电压采集通道，每路电压采集通道的安全采样模块如图2所示。
29.安全采样模块中采取了以下安全措施：
30.在信号输入高、低端设置了熔断保险丝，可在电流大于200ma时瞬间熔断，防止信号输入高低端短路。
31.在分压回路中串入了 ptc 热敏电阻保护，当输入端回路大于20ma时可在几十到几百毫秒内将阻值变大到几m欧直至自身烧毁开路。
32.采用了 1m欧功率2w的氧化金属膜电阻，可使强电压输入经高阻限流后，在后端以弱电压信号、毫伏级信号采样。
33.后级电路中配用 tvs 管、和无源交流采样器，防止因遭到高压冲击而破坏后级的信号调理电路，以上措施提高了采样模块的耐高压能力。
34.在pcb布板方面，安全采样电路模块采用了以下保护设计：
35.限流电阻在电路板上的排列距离大于8mm、高压部分与低压部分走线区域严格区分、同一模拟量通道的两根走线间隔大于5mm、不同模拟量通道的输入线焊盘之间间隔大于5mm。
36.在不满足安全间隙地方，采用了开宽度大于 1mm 隔离槽的保护设计方法。
37.装置中设计了6路电流采集通道，分别使用6个电流互感器采集两路外电网的三个相电流，电流互感器输出信号输入到信号调理电路，经信号调理电路滤波与放大后输入到tms320f28335的ad转换通道7
‑
ad装换通道12，tms320f28335对各ad转换通道采样并计算后输出外电网各相电流值。
38.装置采用直流24v供电，装置内部采用了隔离电压达3000v的dc/dc模块产生dc5v电源，dc5v电源经电源芯片tps767d318产生供dsp内核使用的dc1.8电源和供dsp外部电路使用的dc3.3v电源。
39.装置对外提供4个led指示灯，电源指示灯用于指示电源的工作状态；工作指示灯用于指示外电网的状态，当外电网状态正常时工作指示灯秒闪，当装置有报警输出时工作指示灯快闪；can发送指示灯用于指示can总线发送状态；can接收指示灯用于指示can总线接收状态。
40.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。