本發(fā)明涉及節(jié)能在線監(jiān)測領(lǐng)域和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種面向空調(diào)客車整備檢修地面電源用電信息、用電時間和用電異常的在線遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置和協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)：

客車實行定期檢修和運用維修制度。車輛段空調(diào)客車在整備庫中進行檢修時，需要不同類型的地面電源供電，以保證日常檢修、冬夏季預(yù)冷預(yù)熱。目前客車整備作業(yè)時使用的外接電源或地面電源，常用的類型包括三相交流380伏(3AC380V)和直流600伏(DC600V)兩種類型。根據(jù)整備檢修規(guī)定車輛用電負(fù)載不得超過電源容量，供電時間原則上不超過2小時。但目前由于缺乏監(jiān)測設(shè)備，供電時間通常大于2小時且不確定；另外客車整備檢修作業(yè)類型多，耗電量大；作業(yè)人員類型多，浪費較多，容易引起用電事故。迫切需要一套能夠?qū)崟r遠(yuǎn)程在線監(jiān)測地面電源用電狀態(tài)的裝置。

我國鐵路車輛段遍布全國，目前各個車輛段地面電源用電統(tǒng)計的方式均采用人工定期查表的方式。如果地面電源沒有安裝電表，則從客車車輛段的變電亭總表查表；若地面電源安裝了電表(分表)，則從分表獲得數(shù)據(jù)。目前對地面電源用電信息的統(tǒng)計存在的問題有：

1)各地車輛段地面電源用電統(tǒng)計采用人工定期查表的方式，人工查表方式不能獲得客車整備檢修用電的實時數(shù)據(jù)，無法掌握用電狀態(tài)，不能確定用電基準(zhǔn)；

2)采用人工定期查表的方式，是查抄的用電積累量，無法知道每輛車用電量和每輛車的檢修時間。

3)現(xiàn)在的用電統(tǒng)計方式，無法用電異常；用電異常積累下去會發(fā)生嚴(yán)重的用電事故造成停產(chǎn)。

解決以上問題，需要地面電源遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)和相關(guān)節(jié)點裝置。由于我國鐵路空調(diào)客車整備檢修場所現(xiàn)場條件差異較大，要求開發(fā)的節(jié)點裝置能夠適應(yīng)現(xiàn)場條件，選擇多種類型的數(shù)據(jù)通信方式，要求能夠在一個節(jié)點裝置內(nèi)實現(xiàn)GPRS、Ethernet、ZigBee、485、232方式可裁剪、可選擇且協(xié)議能夠自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決空調(diào)客車整備檢修地面電源在使用過程中的實時數(shù)據(jù)采集，時間采集，用電基準(zhǔn)確定和用電異常發(fā)現(xiàn)的問題，采用被發(fā)明涉及的面向空調(diào)客車整備檢修地面電源用電信息的在線遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置和協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)：在地面電源柜安裝帶有數(shù)據(jù)傳輸接口的電表(簡稱為可組網(wǎng)電表)和本發(fā)明的節(jié)點裝置，可組網(wǎng)電表和節(jié)點裝置之間通過232或485接口連接。節(jié)點裝置采集可組網(wǎng)電表的實時用電數(shù)據(jù)，并在節(jié)點裝置內(nèi)部緩存和處理，進行異常判斷后加入時間信息重新組幀；如果數(shù)據(jù)正常，那么通過以太網(wǎng)或者GPRS傳輸?shù)椒?wù)器；如果數(shù)據(jù)異常，節(jié)點會加快查詢可組網(wǎng)電表用電信息的查詢頻率，并向服務(wù)器發(fā)送異常用電警告信息，向已經(jīng)存儲的用電管理人員的手機上發(fā)送用電異常信息。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置，其特征在于：包括主控計算機，存儲模塊，時間模塊，多路選擇器，設(shè)置模塊，232模塊，485模塊，和可裁剪的混合數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中：

所述主控計算機控制節(jié)點工作，控制電壓、電流、功率、用電量等信號的采集、存儲、處理，數(shù)據(jù)傳輸方式選擇和協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換，

所述存儲模塊用于處理傳輸前的數(shù)據(jù)緩存，及相關(guān)查詢命令和本設(shè)備信息的存儲，

所述時鐘模塊為采集數(shù)據(jù)提供時間信息，時間信息可嵌入到采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，用于后續(xù)分析處理工作，

所述多路選擇器是控制采集、處理傳輸?shù)倪x擇通道，

所述設(shè)置模塊是選擇各類通信方式的設(shè)置按鈕，設(shè)置模塊由主控計算機讀取狀態(tài)，

所述232模塊用于節(jié)點與調(diào)試計算機間的串行數(shù)據(jù)傳輸，和/或與外界設(shè)備裝置的數(shù)據(jù)傳輸，

所述485模塊用于節(jié)點與一個或多個裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸，

所述可裁剪的混合數(shù)據(jù)傳輸模塊是指數(shù)據(jù)傳輸模塊包括短程和遠(yuǎn)程、有線和無線不同類型的數(shù)據(jù)傳輸模塊，且可根據(jù)實際現(xiàn)場條件進行選擇和舍棄，包括可裁剪的以太網(wǎng)模塊和/或GPRS模塊和/或ZigBee模塊，用于在所述主控計算機控制下與外界設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)地面電源的現(xiàn)場條件進行選擇，實現(xiàn)短程和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，

所述以太網(wǎng)模塊用于節(jié)點裝置與有線網(wǎng)絡(luò)的通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程有線數(shù)據(jù)傳輸，包括以太網(wǎng)控制器、隔離變壓器、RJ45接口等，

所述GPRS模塊用于節(jié)點裝置與無線網(wǎng)絡(luò)的通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸，包括GSM/GPRS元件，客戶識別模塊卡，天線等，

所述ZigBee模塊用于節(jié)點裝置與節(jié)點裝置間的短程無線通信，包括ZigBee芯片，天線等。

本發(fā)明客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置，其特征在于：節(jié)點裝置是客車整備檢修電源在線監(jiān)測系統(tǒng)的前端機，實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)、用電時間和用電異常數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸，節(jié)點裝置可以單獨使用，也可以與附近的相同節(jié)點通過ZigBee或485組網(wǎng)使用，也可以進行遠(yuǎn)距離的Ethernet或GPRS傳輸，其中：

所述節(jié)點裝置作為在線監(jiān)測系統(tǒng)的前端機是指節(jié)點裝置通過485模塊或232模塊與外界設(shè)備進行數(shù)據(jù)讀取，所述外界設(shè)備為電能計量設(shè)備，如帶有數(shù)據(jù)傳輸接口的電表(簡稱為可組網(wǎng)電表)

本發(fā)明的另一目的是使節(jié)點裝置適應(yīng)全國鐵路空調(diào)客車地面電源使用條件，提供客車整備檢修電源在線監(jiān)測節(jié)點裝置的協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法，該方法可根據(jù)地面電源現(xiàn)場條件的設(shè)置，選擇232和/或485串行通信協(xié)議讀取地面電源電表數(shù)據(jù)，可根據(jù)地面電源現(xiàn)場通信設(shè)施條件，設(shè)置不同的短程和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信模塊，并選擇不同的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該方法執(zhí)行如下步驟：

步驟1，根據(jù)地面電源現(xiàn)場條件設(shè)置節(jié)點裝置的通信模塊，并設(shè)置相應(yīng)的設(shè)置模塊狀態(tài)；

步驟2，主控計算機讀取設(shè)置模塊的狀態(tài)，并確定采用232或485的協(xié)議方式，發(fā)送相關(guān)指令給多路選擇器，確定232或485的連接接口，該接口與地面電源電表相關(guān)接口相連；

步驟3，主控計算機讀取設(shè)置模塊的狀態(tài)，并確定是否采用ZigBee或GPRS或以太網(wǎng)的通信方式，采用ZigBee的形式，跳轉(zhuǎn)到步驟5，采用GPRS的形式跳轉(zhuǎn)到步驟6，采用以太網(wǎng)方式跳轉(zhuǎn)到步驟7。

步驟4，主控計算機選通232接口或485接口，發(fā)送查詢用電信息的命令，用電信息數(shù)據(jù)由電表相應(yīng)接口傳輸?shù)街骺赜嬎銠C，主控計算機將其存儲，選擇需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等待傳輸。

步驟5，主控計算機確定節(jié)點有ZigBee模塊，然后讀取設(shè)置模塊，確定是ZigBee主機(也稱為協(xié)調(diào)器)還是從機(也稱為終端)，若是ZigBee主機，則發(fā)送探尋數(shù)據(jù)包，并等待回復(fù)；若是ZigBee從機，等待主機探尋數(shù)據(jù)包；當(dāng)主機和從機連通時，從機將其監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機；ZigBee主機接收終端的數(shù)據(jù)后，提取用電信息和終端標(biāo)志，重新組織發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)通過GPRS(步驟6)或Ethernet(步驟7)模塊傳輸至服務(wù)器。

步驟6，主控計算機根據(jù)設(shè)置模塊狀態(tài)，確定有GPRS模塊，確定采用GPRS傳輸模式；根據(jù)GPRS數(shù)據(jù)幀格式，將要傳送的數(shù)據(jù)，按照標(biāo)識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)時間為一組數(shù)據(jù)，根據(jù)GPRS數(shù)據(jù)幀格式進行組幀，然后發(fā)送，組幀后跳轉(zhuǎn)到步驟4。

步驟7，主控計算機根據(jù)設(shè)置模塊狀態(tài)，確定有以太網(wǎng)模塊，確定采用以太網(wǎng)傳輸模式；根據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式，將要傳送的數(shù)據(jù)，按照標(biāo)識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)時間為一組數(shù)據(jù)，進行以太網(wǎng)幀的組幀工作，然后發(fā)送，組幀后跳轉(zhuǎn)到步驟4。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術(shù)方案的特點有：

(1)在節(jié)點裝置設(shè)計上：節(jié)點裝置具有可裁剪的通信模塊，可包含ZigBee模塊、GPRS模塊和以太網(wǎng)模塊；融合現(xiàn)場總線通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信的功能，能夠滿足實時性要求高和大容量數(shù)據(jù)通信的需求；

(2)在協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法上，多種傳輸方式協(xié)議可根據(jù)設(shè)置模塊的狀態(tài)，確定作用的協(xié)議和協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式，可以大大增加節(jié)點裝置的適用范圍；

(3)節(jié)點具有兼容性和擴展型，可以實現(xiàn)一臺節(jié)點裝置獨立使用；可以實現(xiàn)多臺節(jié)點裝置組網(wǎng)使用，容易構(gòu)成完整一體的監(jiān)測系統(tǒng)，為安全生產(chǎn)提供保障；

(4)在節(jié)點應(yīng)用方面，節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)用電數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率、用電量的實時采集和遠(yuǎn)程傳輸，實現(xiàn)地面電源用電遠(yuǎn)程在線監(jiān)測；可以實時獲取準(zhǔn)確的地面電源用電信息、用電時間信息，能夠掌握每列客車整備檢修的時間和用電量；為確定用電基準(zhǔn)的提供數(shù)據(jù)支持；

(5)節(jié)能應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)地面電源用電異常，并能夠發(fā)送警告信息，避免異常用電惡化為用電事故；節(jié)點應(yīng)用可指導(dǎo)空調(diào)客車整備檢修工作。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)的說明；

圖1示出地面電源監(jiān)測節(jié)點裝置及其使用示意圖。

圖2示出節(jié)點裝置構(gòu)成方框圖。

具體實施方式

地面電源在線監(jiān)測節(jié)點不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和處理，還適應(yīng)了空調(diào)客車整備檢修地面電源現(xiàn)場的不同情況，可以自動進行數(shù)據(jù)傳輸方式的切換。該節(jié)點可單獨使用，也可組網(wǎng)使用，解決了目前地面電源使用中的用電數(shù)據(jù)和用電時間數(shù)據(jù)的實時采集傳輸和處理的問題，為實現(xiàn)節(jié)能管理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1為地面電源監(jiān)測節(jié)點及其使用示意圖，節(jié)點裝置可以單獨應(yīng)用于地面電源柜中(如節(jié)點裝置5和6)，也可以通過485或ZigBee組網(wǎng)使用(如節(jié)點裝置1-4)，實現(xiàn)對多臺地面電源用電進行在線監(jiān)測。

節(jié)點裝置通過232或485接口采集地面電源的可組網(wǎng)電表的電壓、電流、用電量等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在節(jié)點裝置的存儲模塊進行緩存，主控計算機進行數(shù)據(jù)處理，異常點判斷等操作；

節(jié)點裝置內(nèi)有時鐘模塊，對采集的數(shù)據(jù)處理后，加入時間信息，等待發(fā)送。

節(jié)點數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸可以采用以太網(wǎng)或者GPRS方式傳輸?shù)椒?wù)器。節(jié)點裝置根據(jù)設(shè)置模塊的狀態(tài)確定所用的協(xié)議種類，并在232或485協(xié)議中提取數(shù)據(jù)，按照采用的以太網(wǎng)或者GPRS方式進行組幀。

圖2為節(jié)點構(gòu)成方框圖，節(jié)點主控計算機選擇單片機或嵌入式計算機。電源系統(tǒng)，為各個不同電壓需要的芯片提供點電能。節(jié)點裝置還包括看門狗電路、光電隔離電路等。節(jié)點裝置包含232模塊、485模塊、多路選擇器、設(shè)置模塊、存儲模塊、時鐘模塊、ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊和GPRS模塊。

主控計算機控制節(jié)點工作，控制電壓、電流、功率、用電量等信號的采集、存儲、處理和數(shù)據(jù)傳輸；存儲模塊用于處理傳輸前的數(shù)據(jù)緩存，及相關(guān)查詢命令和本設(shè)備信息的存儲；時鐘模塊為采集數(shù)據(jù)提供時間信息，時間信息可嵌入到采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，便于后續(xù)分析處理工作；多路選擇器是控制采集、處理傳輸功能的選擇通道；設(shè)置模塊是選擇各類通信方式的設(shè)置按鈕，由主控計算機讀取其狀態(tài)；232模塊用于節(jié)點設(shè)備與調(diào)試計算機間和/或與外部裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸；485模塊用于節(jié)點與一個或多個外部裝置的串行數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點裝置包含可裁剪的ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊、GPRS模塊，根據(jù)地面電源的現(xiàn)場條件進行選擇，實現(xiàn)短程和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；節(jié)點裝置軟件根據(jù)應(yīng)用場合的硬件差異情況，采用協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法，自動選擇所用的數(shù)據(jù)傳輸方式的協(xié)議，并根據(jù)硬件情況選擇的數(shù)據(jù)傳輸方式對協(xié)議進行轉(zhuǎn)換。

節(jié)點設(shè)計采用可裁剪方式，ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊、GPRS模塊可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇，如圖1所示虛框代表推薦可裁剪的部分，實框代表使用部分。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明涉及精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。