电力机车远程能耗监测系统的设计

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50 Hz 或60 Hz、110 V 或者220 V 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。

图1 功能框图

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35 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。 1.3 GPRS 实时远程通信 通用无线分组业务GPRS(general packet radio service)，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]。 本系统采用的GPRS 模块实际是一款内嵌TCP/IP 协议的GPRS Modem。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。