CN102565621A

CN102565621A - 一种应答器电缆状态的检测装置及检测方法

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Publication number: CN102565621A
Application number: CN201210054281XA
Authority: CN
Inventors: 张平; 孙宁先; 王连福; 何春明; 李剑; 李智
Original assignee: Beijing Hollysys Co Ltd
Current assignee: Beijing Hollysys Co Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种应答器电缆状态的检测装置及检测方法；所述检测装置连接在轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上，包括：采集模块，用于采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；鉴相模块，用于比较所采集的电压与电流的相位，如果电压相位超前于电流相位，则判断应答器电缆短路；如果电流相位超前于电压相位，则判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值，如果是则判断应答器电缆开路，如果不是则判断应答器电缆正常。本发明能够在长距离的情况下检测电缆状态，并正确区分开路、短路和正常状态。

Description

一种应答器电缆状态的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种应答器电缆状态的检测装置及检测方法。

背景技术

随着铁路运行速度、密度的不断提高，有源应答器在提高列车运输效率、增强***安全性方面起到至关重要的作用。

有源应答器向列车实时提供进路以及临时限速命令等信息，控制列车运行。图1所示为TCC(Train Control Center，列车控制中心)、LEU(LinesideElectronic Unit，轨旁电子单元)和应答器的配置图。TCC实时地将报文向LEU传送；LEU采用安全、透明的传输协议，完成TCC报文向应答器的传输；ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护装置)根据接收到的应答器信息控制行车。

LEU安装在室内，与有源应答器通过应答器电缆连接。如果应答器电缆远端出现开路或者短路故障，ATP接收不到TCC的实时报文，列车将会临时限速或者停车。这样，一方面影响列车运输效率，另一方面给故障排查带来不便。因此，应答器电缆的状态(开路、短路、正常)检测功能在提高列车运输效率、增强***可维护性方面不可或缺。

应答器电缆的状态检测是一项技术难题，传统的检测方法不能实现在长距离情况下准确区分三种状态。传统的三种检测方法列举如下：

阻抗幅值检测法。目前，大多数厂家采用测量LEU的C6(上行串口偏压控制接口，频率为8.820±0.1kHz的正弦波)接口信号的阻抗幅值变化来获得有源应答器电缆状态信息。该方法的优点是能检测出短距离应答器电缆的开路、短路、正常三种状态；缺点是对长距离开/短路检测能力不足，检测距离约几十米。

脉冲检测法。脉冲检测法通过模拟产生LEU的C4(禁止上行报文变化接口，实现当列车通过欧标应答器时禁止BDU内报文改变)接口信号来向LEU传达有源应答器电缆状态信息。该方法的优点是检测距离长，达到3.5Km；缺点是不能区分开路、短路状态，只能检测出故障(开路或者短路)、正常状态。

直流电压检测法。直流电压电测法通过在应答器电缆上增加直流源，通过回采电压判断电缆故障。该方法只能判断应答器电缆开路故障状态。

传统的检测方法存在长距离开/短路检测能力不足、不能区分开/短路状态等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何在长距离的情况下检测电缆状态，并正确区分开路、短路和正常状态。

为了解决上述问题，本发明提供了一种应答器电缆状态的检测装置，所述检测装置连接在轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上，包括：

采集模块，用于采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；

鉴相模块，用于比较所采集的电压与电流的相位，如果电压相位超前于电流相位，则判断应答器电缆短路；如果电流相位超前于电压相位，则判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值，如果是则判断应答器电缆开路，如果不是则判断应答器电缆正常。

进一步地，所述采集模块包括：

采集单元，用于采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；

限幅单元，用于对采集单元采集的电压、电流进行限幅处理；

滤波单元，用于对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

转换单元，用于将滤波后的电压、电流由正弦波信号转换为方波信号。

进一步地，所述鉴相模块比较电压相位与电流相位是指：

所述鉴相模块用所述电流方波信号的上升沿采集所述电压方波信号；当采集到的电压为高电平时确定电压相位超前电流相位；当采集到的电压为低电平时确定电流相位超前电压相位。

进一步地，所述鉴相模块判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值是指：

所述鉴相模块将所述电压方波信号和电流方波信号作异或处理得到相位差脉冲，用时钟信号采样该相位差脉冲，将采样计数值与预设的数值比较，如果大于或等于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差小于或等于预设阈值；如果小于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差大于预设阈值。

进一步地，当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，所述采集模块和鉴相模块也均包括多个，分别对应于不同的输出端；各采集模块分别采集所对应的输出端上的电压和电流；各鉴相模块分别判断所对应的输出端所连接的应答器电缆的状态。

本发明还提供了一种应答器电缆状态的检测方法，包括：

采集轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上的电压、电流；

比较所采集的电压与电流的相位，如果电压相位超前于电流相位，则判断应答器电缆短路；

如果电流相位超前于电压相位，则判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值，如果是则判断应答器电缆开路，如果不是则判断应答器电缆正常。

进一步地，所述采集轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上的电压、电流的步骤包括：

采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；

对采集的电压、电流进行限幅处理；

对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

将滤波后的电压、电流由正弦波信号转换为方波信号。

进一步地，所述比较电压相位与电流相位是指：

用所述电流方波信号的上升沿采集所述电压方波信号；当采集到的电压为高电平时确定电压相位超前电流相位；当采集到的电压为低电平时确定电流相位超前电压相位。

进一步地，判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值是指：

将所述电压方波信号和电流方波信号作异或处理得到相位差脉冲，用时钟信号采样该相位差脉冲，将采样计数值与预设的数值比较，如果大于或等于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差小于或等于预设阈值；如果小于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差大于预设阈值。

进一步地，当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，分别采集不同输出端上的电压和电流，根据所采集的电压和电流分别判断该输出端所连接的应答器电缆的状态。

本发明的技术方案突破性的提出利用阻抗相位反映应答器电缆状态，只需要利用电缆传输的报文信号，不借助任何外加信号即可实现应答器电缆状态检测，检测距离长，能达到2.5Km；能准确区分应答器电缆开路、短路和正常三种状态。

附图说明

图1是TCC、LEU和应答器的配置图；

图2是LEU端应答器电缆阻抗示意图；

图3是实施例一的一个具体例子的示意图；

图4是实施例一的具体电路连接示意图。

图5是实施例二的应答器电缆状态的检测方法例子的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

实施例一，一种应答器电缆状态的检测装置，连接在轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上，包括：

本实施例中，所述预设阈值可根据理论结果选取；短路状态、正常状态下和开路状态下阻抗相位差(即电压相位与电流相位的差值)明显，不同电缆长度时短路状态、正常状态下和开路状态下阻抗相位差的情况如表一所示：

表一、阻抗相位差

实际应用中，选取正常状态下和开路状态下阻抗相位差的中间值作为所述预设阈值即可。

本实施例中，根据采集的电压

电流

求出LEU端应答器电缆阻抗的相位，阻抗

为：

\overset{\cdot}{Z} = \frac{\overset{\cdot}{U}}{\overset{\cdot}{I}}

根据上式，阻抗相位即电压相位与电流相位的差值。

图2所示为LEU端应答器电缆阻抗示意图，通过检测电缆电压和电流信号来获得阻抗相位信息。

本实施例的是在对电缆传输理论进行了研究后，根据应答器电缆的情况所设计出的新方案。根据电缆传输理论，电缆的四端网络系数矩阵为：

A_{1} = [\begin{matrix} a_{1} & b_{1} \\ c_{1} & d_{1} \end{matrix}] = [\begin{matrix} ch (γ_{d} l_{d}) & Z_{cd} \cdot sh (γ_{d} l_{d}) \\ \frac{sh (γ_{d} l_{d})}{Z_{cd}} & ch (γ_{d} l_{d}) \end{matrix}] .

电缆输入端电压V₁、输入端电流I₁、输入阻抗Z_R1为：

V_{1} = V_{V_{1} V_{2}} (\frac{Z_{cd}}{Z_{V_{1} V_{2}}} sh (γ_{d} l_{d}) + ch (γ_{d} l_{d}))

I_{1} = V_{V_{1} V_{2}} (\frac{ch (γ_{d} l_{d})}{Z_{V_{1} V_{2}}} + \frac{sh (γ_{d} l_{d})}{Z_{cd}})

Z_{1 R} = Z_{cd} \times \frac{Z_{V_{1} V_{2}} + Z_{cd} \times th (γ_{d} l_{d})}{Z_{cd} + Z_{V_{1} V_{2}} \times th (γ_{d} l_{d})}

其中，

为应答器电缆远端的输入阻抗；l_d为电缆的传输长度；γ_d为电缆的传播常数；Z_cd为电缆的特性阻抗。

当应答器电缆发生故障时，假设：开路时，

短路时，

在8.82KHz频率下，计算出应答器电缆远端开路、短路、正常连接时LEU输出端阻抗的相位，可以看出在电缆长度为0～3500m条件下，应答器电缆开路、短路、正常三种状态的相位特性非常明显。所以，只要能得到LEU连接应答器的输出端的电流、电压之间的相位关系或阻抗的相位值，就可以正确地判断出正常、开路、短路这三种状态。

本实施例中，所述采集模块具体可以包括：

滤波单元，用于对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

所述转换单元可以但不限于采用过零比较来将电压、电流由正弦波信号转换为方波信号。过零比较是指：当电压/电流大于0时、及由大于0变为小于0的时刻输出高电平，电压/电流小于0、及由小于0改为大于0的时刻输出低电平。

本实施例中，所述鉴相模块比较电压相位与电流相位具体可以是指：

所述鉴相模块用所述电流方波信号的上升沿采集所述电压方波信号；当采集到的电压为高电平(可以但不限于为“1”)时确定电压相位超前电流相位，应答器阻抗相位为正；当采集到的电压为低电平(可以但不限于为“0”)时确定电流相位超前电压相位，即应答器阻抗相位为负。

实际应用时，可采用别的方式比较电流和电压之间的相位差。

本实施例中，所述鉴相模块判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值具体可以是指：

所述鉴相模块将所述电压方波信号和电流方波信号作异或处理得到相位差脉冲，用时钟信号Clk采样该相位差脉冲，将采样计数值与预设的数值比较，如果大于或等于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差小于或等于预设阈值(即电缆开路)；如果小于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差大于预设阈值(即电缆正常)。

实际应用时，可采用别的方式判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值。

本实施例中，所述鉴相模块还可以当判断出应答器电缆短路时，向所述轨旁电子单元发送电缆短路信号；当判断出应答器电缆开路时，向所述轨旁电子单元发送电缆开路信号。

本实施例中，当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，所述采集模块和鉴相模块也均包括多个，分别对应于不同的输出端(也就是对应于不同的应答器/应答器电缆)；各采集模块分别采集所对应的输出端上的电压和电流；各鉴相模块分别判断所对应的输出端所连接的应答器电缆的状态。

下面用一个具体的例子进行说明，该例子如图3所示，LEU的C接口(也就是上文所述的连接应答器的输出端)上连接了四个应答器，应答器1、......、应答器4。

其中以应答器1为例，检测装置中的采集单元采集应答器1所连接的输出端的电压1-3和电流1-4，并进行限幅处理；检测装置中对应于应答器1的采集模块对电压、电流分别滤波后得到8.82KHz正弦电压信号A，8.82KHz正弦电流信号C，然后分别进行过零比较处理，从而得到8.82KHz方波电压信号B和8.82KHz方波电流信号D；检测装置中对应于应答器1的鉴相模块对方波电压信号B和方波电流信号D进行鉴相处理，如果判断出应答器1和LEU间的应答器电缆开路的话，则向轨旁电子单元发送电缆开路信号1-1，如果判断出应答器1和LEU间的应答器电缆短路的话，则向轨旁电子单元发送电缆短路信号1-2。

另外三个应答器的处理相似；比如检测装置采集应答器4所连接的输出端的电压4-3和电流4-4，并判断出应答器4和LEU间的应答器电缆的状态，如果开路/短路则相应发送电缆开路信号4-1或电缆短路信号4-2给LEU。

本实施例的检测装置的电路连接关系如图4所示，LEU的输出端通过应答器电缆连接应答器；所述采集单元所采集的电压B0是所述轨旁电子单元连接应答器的输出端绕组两端间的电压；所述采集单元还包括一取样电阻R，连接在所述输出端绕组两端中电压较高的一端和应答器电缆之间，采集单元所采集的电流A0是通过该取样电阻R的电流。将电流A0、电压B0通过限幅后得到电流A1、电压B1，再通过滤波得到正弦电流信号A2、正弦电压信号B2，然后进行过0比较后得到方波电流信号A3、方波电压信号B3，最后经过鉴相模块的逻辑处理得到应答器电缆状态输出。

实施例二、一种应答器电缆状态的检测方法，包括：

本实施例中，所述采集轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上的电压、电流的步骤具体可以包括：

采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；

对采集的电压、电流进行限幅处理；

对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

将滤波后的电压、电流由正弦波信号转换为方波信号。

本实施例中，所述比较电压相位与电流相位具体可以是指：

用所述电流方波信号的上升沿采集所述电压方波信号；当采集到的电压为高电平(可以但不限于为“1”)时确定电压相位超前电流相位；当采集到的电压为低电平(可以但不限于为“0”)时确定电流相位超前电压相位。

本实施例中，判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值具体可以是指：

将所述电压方波信号和电流方波信号作异或处理得到相位差脉冲，用时钟信号Clk采样该相位差脉冲，将采样计数值与预设的数值比较，如果大于或等于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差小于或等于预设阈值；如果小于该数值，则判断出电流和电压之间的相位差大于预设阈值。

本实施例中，当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，分别采集不同输出端上的电压和电流，根据所采集的电压和电流分别判断该输出端所连接的应答器电缆的状态。

根据采集后经过限幅、滤波并转换为方波信号的电流、电压判断应答器电缆状态的一个具体例子如图5所示，过程包括：

S1、用所述电流方波信号的上升沿采集所述电压方波信号；判断电压是否为“1”；如果是，则确定应答器电缆短路；如果不是，则进行步骤S2；

S2、将所述电压方波信号和电流方波信号作异或处理得到相位差脉冲；用时钟信号Clk采样该相位差脉冲；

S3、判断采样计数值是否大于或等于预设数值，如果是，则确定应答器电缆开路；如果不是，则确定应答器电缆正常。

其它实现细节可参见实施例一。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种应答器电缆状态的检测装置，其特征在于，所述检测装置连接在轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上，包括：

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集模块包括：

滤波单元，用于对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述鉴相模块比较电压相位与电流相位是指：

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述鉴相模块判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值是指：

5.如权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于：

当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，所述采集模块和鉴相模块也均包括多个，分别对应于不同的输出端；各采集模块分别采集所对应的输出端上的电压和电流；各鉴相模块分别判断所对应的输出端所连接的应答器电缆的状态。

6.一种应答器电缆状态的检测方法，包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采集轨旁电子单元连接所述应答器的输出端上的电压、电流的步骤包括：

采集所连接的轨旁电子单元输出端上的电压、电流；

对采集的电压、电流进行限幅处理；

对限幅后的电压、电流分别进行滤波；

将滤波后的电压、电流由正弦波信号转换为方波信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述比较电压相位与电流相位是指：

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，判断电流和电压之间的相位差是否小于或等于预设阈值是指：

10.如权利要求6到9中任一项所述的方法，其特征在于：

当LEU存在多个分别连接不同应答器的输出端时，分别采集不同输出端上的电压和电流，根据所采集的电压和电流分别判断该输出端所连接的应答器电缆的状态。