上位机进行串行通讯,可以大大削减现场与高/上位机之间的一对一连接导线,简化整个系统的布线和设计,节约高速机车轴温监测系统 [4]
机车速度的提高和牵引功率的增大,机车与钢轨之间的冲击、动力效应和振动增大,必然会导致机车行走部分的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承和空心轴承的发热增多。为了保障机车的高速安全运行,开发研制了基于数字式智能温度传感器的轴温监测系统。该系统可根据不同车型随意增减测温点数,实时显示各测点的温度,超标时可声光报警并记录报警信息。
2.1 系统硬件构成
轴温监测系统的硬件构成如图2—1所示。为保证系统的安全可靠运行,传感器与上位机之间采用了环形双总线串行传输方式,当一个总线因故障中断时,可自动转换到另一条总线工作,并有指示灯显示,不会因某处中断而影响系统工作。安装在机车下部的传感器、接线盒、接插件等都采用防尘、防水的密封结构,性能可靠,对环境适应能力强。
机车上存有许多大功率电气设备,如驱动电机、变压器、制动器、前大灯等,这些设备的动作会使系统的供电电源受到瞬时干扰,为防止影响系统正常工作,在电源的输入和输出端装入参数适当的磁环以吸收、抑止干扰,在输入端加装滤波器进一步减弱干扰。同时,将主电路板上的电源线和地线加粗,使地线有效可靠接地,可以使瞬时干扰的能量迅速释放掉。主电路板和电源分开设计并在其间加装屏蔽钢板。考虑到三极管的基极受干扰后容易导通,将驱动蜂鸣器等部件的三极管改为小继电器,可有效避免误报警。
2.2 系统软件功能
系统的程序流程如图2—2所示。
该系统有3个功能模块:参数设置、状态监测和事件查询。参数设置的核心是传感器编号的设置,通过总线给传感器发送指令码,读出内部的惟一编号并存储在上位机的EEPROM中。状态监测主要完成上位机与传感器的串行通讯,首先根据内部编号选定传感器,启动温度转换,然后上位机接收温度数据,进行报警判断和数据存储,此时总线上其他的传感器处于屏蔽状态,不允许和上位机进行通讯。系统提供了两种报警方式:绝对温度(一般为75℃)超标报警和相对温度(环境温度+50℃)超标报警(可根据不同车型和不同测点的要求而自由设定),同时还能存储各测点的最大温升率和对应的发生时间。系统运行一段时间后,有关技术人员可以调用事件查询功能模块查询此时间段内发生的报警事件和温度情况,还可通过RS-485接口将数据传送到PC机或工作站作进一步的分析和诊断。
当系统受到强干扰而出现程序混乱时,该软件可自动复位、自行初始化后继续正常工作。对因瞬态干扰而产生畸变的数据,系统软件自动多次测量可以避免漏测和漏报警。
3 结 论
采用上述软硬件配置的高速机车轴温监测系统具有测温精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点,完全可以满足高速机车的需要。该系统已应用在SS7D型高速机车(最高时速可达200km/h)上的轴温监测中,运行结果证明了其可行性、高可靠性和实用性,也可应用于其他类型的高速机车。
智能数字式温度传感器在高速机车状态监测中的应用大大简化了系统结构,维护和更换部件更为简单方便,降低了成本,在技术上较传统的模拟式温度测量有着明显的优势。随着传感器集成化程度的提高,其智能化程度将得到更大的发展,信号采集、信号处理和信息融合、数据通讯的功能将更为强大,在高速机车状态监测与故障诊断及过程控制中将有更广阔的应用前景,为机车的安全高速运行发挥更重要的作用。
[ 参考文献 ]
[1] 刘君华.智能传感器系统[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.
[2] 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].仪表技术与传感器,2000,(7):42-43.
[3] 王广志,吴 颖,黄志光.数字式温度传感器与分布式温度测量系统[J].传感技术学报,2001,14(1):26-31.
[4] 张周锁,胥永刚,何正嘉.新型高速机车轴温监测系统的研究与开发[J].西安交通大学学报,2001,35(3):280 -283.
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