电力机车远程能耗监测系统的设计

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1、电力机车远程能耗监测系统的设计2011年08月05日 来源：北京交通大学 作者：左玉东余祖俊 [责任编辑：sunnypeng]分享到：中心议题：   * 机车能耗监测装置结构   * 机车能耗远程监测系统设计解决方案：   * 电力机车远程能耗监测系统的设计引言电力机车的能耗以及由于无功造成的罚款是电力机务段的主要运营成本，占总运营成本的70%以上。如何降低成本是摆在各个机务段面前的一个难题。因此研究、分析机车动态能耗与机车运行操作、机车质量、机车故障及牵引供电状态等的关系，满足电能统计及管理要求，指导司机的节能操作，对机务段

2、具有重要的现实意义。1机车能耗监测装置结构机车远程能耗监测装置适合于计量电力机车额定参数为50Hz或60Hz、110V或者220V的正向有功、正向无功、反向有功、反向无功电能以及频率、网压等各项数值内置了大容量的信息存储器和GPRS模块，具备远程无线通信能力。机车远程能耗监测装置功能框图如图1所示，具有数据采集、数据存储和GPRS实时远程通信等功能。1.1数据采集机车远程能耗监测装置能计量机车的有功电能和无功电能以及网压、网流和频率等，通过隔离RS-485与TAX箱通信，实时获取机车运行的速度、公里标、时间、司机号、机车号、牵

3、引总重、站号等运行信息[3]，同时实时采集机车运行工况和手柄级位信息，并自动判断记录机车过分相点位置，实现对机车车质状态的动态监测、电量信息和运行信息实时采集。1.2数据存储根据电量统计的需要，机车能耗监测装置测量数据时以参数变化作为记录条件。记录条件包括交路号、牵引总重、站号、分相点、司机号、机车号和级位等。只要以上条件发生变化，就记录当时的参数，包括电量、速度、时间、公里标等。该装置采用了大容量的存储器。由于机车运行的数据较多，为了降低GPRS的使用成本，对于所有采集的信息均采用非分区定长压缩方法[2]存储，每包数据定长3

4、5个字节，由数据头、公共数据、数据帧标识、数据校验位等4部分组成。数据头占一个字节，公共数据占32个字节，数据帧标识和校验结果各占一个字节。由于每包数据只有35个字节，不能包含所有的机车运行信息，因此在上电的时候将完整的一条机车运行信息拆分成两包发送。另外，@7代表的级位变化大小N的值可以在程序中设定。数据头及其具体含义如表1所示。1.3GPRS实时远程通信通用无线分组业务GPRS(generalpacketradioservice)，具有资源利用率高、传输速率高、接入时间短、支持IP协议和X.25协议等优点[4]。本系统采用

5、的GPRS模块实际是一款内嵌TCP/IP协议的GPRSModem。GPRS模块内嵌了完整的TCP/IP协议族，具有访问Internet的能力。模块所有的Internet参数和GPRS通信参数都通过软件设置(AT/AT+i指令集)实现。模块具有永远在线的特点，即使掉电或重启也能够自动上线，可以有效地抵御各种恶劣环境，抗强电磁干扰，并且高温散热能力极强、体积小、适合于安装在电力机车这种干扰较强的环境中。系统采用了GPRS模块透明模式下的短连接功能，能够实现链路的自动释放和自动重连。当有数据发送的时候，模块会自动连接地面服务器；当数

6、据发送完毕后，模块会自动释放链路，从而最大限度地节省费用。2机车能耗远程监测系统设计基于GPRS的远程机车能耗地面监测系统的结构框如图2所示。该系统主要实现一对多双向通信、数据处理、数据存储和数据查询等功能。2.1一对多的双向通信机车能耗监测装置按照记录条件记录机车运行的各种参数，并且通过GPRS实时向地面服务器传送记录的数据。本系统为一对多双向通信结构，每个车载GPRS模块中已经设置了地面接收服务器的IP地址和开放的固定端口，可以实现一台地面服务器对多台电力机车车载能耗监测设备的双向通信。通信均由车载GPRS模块主动发起。一

7、旦GPRS模块建立起与地面服务器之间的联系，GPRS与地面服务器之间的双向通道也就建立起来。地面服务器不仅可以接收GPRS模块传送的数据，还可以向车载设备发送时间校准值或者要求模块发送地面所需的数据。当多块车载GPRS模块向地面服务器提出连接请求时，服务器会给每个模块分配一个唯一的句柄号，据此即可实现一对多的双向通信。车载GPRS模块与地面服务器通信遵循事先约定的通信协议。GPRS发送一包数据，地面服务器接收到数据后对数据先进行CRC校验，将校验结果与所接收数据中的校验结果进行比对，并返回模块“#+校验结果+数据帧标识”。若校

8、验结果正确，则车载模块的发送指针加1，数据帧标识加1；反之，车载设备重新检查所发数据包，并重新发送数据。通过这些严格的校验、握手措施，可以保证收发数据的准确性。为了实现Internet上两个远程计算机之间的数据传送，Winsock编程是一个十分便捷、快速的选择。Winsock