一种动车组轴温报警系统及实现方法

1.一种动车组轴温报警实现方法，其特征在于含有以下步骤：
中央处理器采集通过RS485总线与温度采集模块进行相连，获取被测位置PT100温度传感器的温度变化信息，经过内部处理通过电流环或MVB接口输出传感器工作状态和温度信息，通过IO口输出开关量报警信号；同时将记录的数据存储在设定好大小的铁电存储器空白处，待达到128K，转存到NAND Flash中进行存储；
含有以下步骤：
步骤100、将PT100温度传感器安装在要求检测的轴箱、齿轮箱及电机位置，PT100温度传感器的电阻值会随着温度的变换发生变化，从而能够反映出被测位置的温度状况；
步骤101、将PT100温度传感器的电阻阻值通过三线制的接线方式输入温度检测单元的温度采集模块的采集通道，温度采集模块对应的采集通道发出恒流源信号，通过比较电路处理，去掉线路阻值的影响，核算出对应的电压信号，再转换成对应的温度信息及传感器的工作状态信息通过MODBUS协议将数据传输给中央处理器；
步骤102、中央处理器的模拟控制单元部分采集到数据后进行分析判断，对干扰信号进行防抖处理，根据固化算法判断出对应位置的报警状态，同时对传感器状态、采集的温度信息、通讯状态以及重要操作进行数据记录；
步骤103、信息的传输分硬线接口和网络接口，通过硬线接口可以输出控制制动系统的报警开关量信号，通过电流环或MVB网络接口可以输出传感器工作状态、温度信息以及预警报警信号；同时可以通过以太网网络接口实现数据下载、系统配置以及运营维护功能；
步骤102的防抖处理含有以下步骤：
在温度检测主机输出预警或报警信号之前会先判断传感器的状态，若传感器的状态为故障或异常时，不输出预警或报警信号；
只有传感器状态正常，且传感器温度值连续60次大于预警值或报警值时，判定并输出该传感器为预警或报警；
传感器短路、断路、采集范围超限及采集模块异常均记为传感器故障；
传感器异常判断：1分钟内电机定子传感器上升沿温度值最大值-最小值>5℃；非电机定子传感器上升沿温度值最大值-最小值>2℃；
系统上电时，传感器温度值大于铁电存储器中设定的预警参数值；
系统上电时，同类传感器中，任意一路传感器温度值与其他路传感器温度值一一比较，差值>15℃且个数>2。
2.使用权利要求1所述动车组轴温报警实现方法的一种动车组轴温报警系统，其特征在于包括PT100温度传感器、温度检测单元和屏蔽线固定条；
PT100温度传感器用于反馈温度信息，温度检测单元负责信息采集，处理和输出控制；
温度检测单元包括电源单元、温度采集单元、模拟控制单元、通讯控制接口单元;电源单元连接温度采集单元、模拟控制单元和通讯控制接口单元；温度采集单元连接模拟控制单元；模拟控制单元连接通讯控制接口单元；
电源单元为温度采集单元、模拟控制单元以及通讯控制接口单元提供电源；温度采集单元将采集到的电阻值转换成对应的温度信息，模拟控制单元对温度信息处理和报警判断，通讯控制接口单元与车辆网络进行通信、传输温度信息和报警信号。
3.根据权利要求2所述的一种动车组轴温报警系统，其特征在于温度检测单元主机外形结构，采用裁剪的3U型材机箱;
温度检测单元包括温度采集单元和屏蔽线固定条;
系统控制主机通过20mA电流环或MVB接口连接列车网络，支持RS485通讯备用功能;
温度检测单元主机的板卡顺序依次排列为：模拟控制单元、通讯控制接口单元、第一温度采集单元、第二温度采集单元、第三温度采集单元、第四温度采集单元、电源单元;
温度采集单元采用DIN41612连接器;
轴温报警系统包括一台温度采集主机和若干温度传感器;
系统人性化运营服务软件，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对报警温度、预警温度进行修改设置；能对各测量通道的传感器型式、布线制式进行设置；能够实时监控系统采集温度值及温度曲线。
4.根据权利要求3所述的一种动车组轴温报警系统，其特征在于具有支持MODBUS通讯协议的温度采集模块，能够采集PT100/PT1000三线或两线温度传感器;
根据采集的轴箱、齿轮箱及电机位置不同系统配套不同的温度传感器;
系统控制主机具有高密度数据记录功能，能够在发生事故时分析采集位置瞬间的温升过程;
控制主机采用DC100转DC24V输入输出隔离电源设计，电源支持66Vdc ～ 154Vdc输入电压，具有输入欠压、过压保护、输出过压保护、过流保护、过温保护、和输入防反接保护功能;
系统具有通讯故障、系统启动时间、初始化操作日志记录功能。
5.根据权利要求4所述的一种动车组轴温报警系统，其特征在于含有支持网络数据信号预警报警和硬线开关量信号预警报警步骤;
随着用户温度传感器增多的需求支持扩展温度采集模块，目前单台控制主机支持采集
48路温度传感器;
具有以太网服务接口，支持数据下载、系统参数配置及监控系统工作状态功能。
6.根据权利要求2所述的一种动车组轴温报警系统，其特征在于动车组按车厢划分为拖车和动力车;拖车系统设备中的轴箱温度传感器连接温度检测单元；动力车系统设备中的轴箱温度传感器、齿轮箱温度传感器及电机温度传感器连接温度检测单元;每节车厢的温度检测单元将采集到的被测位置温度信息和传感器状态传输给对应的每节车厢的网络控制装置，在列车网络的监视屏上能够实时监控整列车被测位置的温度值和传感器状态。

一种动车组轴温报警系统及实现方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种动车组轴温报警系统及实现方法，属于动车组控制技术领域。\n背景技术\n[0002] 原来的动车组中，轴温报警系统仅是一套熔断式继电器开关报警装置，其只在判断温度超过设定值后通过熔断保险丝，断开配套继电器开关控制报警信号的输出，而没有对温度进行实时的检测显示和数据记录。在线运行时，时常发生误报，并且故障发生后无法追溯原因，经常影响列车的运行。\n[0003] 随着我国高速铁路的迅猛发展，时速不断地提高，对安全性的要求也达到了前所未有的高度，原来只对轴箱温度进行监控已不能满足对列车安全的控制，其中对齿轮箱和电机的测量也越来越重要。\n发明内容\n[0004] 为了克服上述现有技术的不足，解决现有的轴报系统功能单一、误报等问题。本发明提供了一种动车组轴温报警系统及实现方法,具有实时显示被测位置的温度信息，同时具备硬线和网络输出报警信号的轴温报警系统及实现方法。\n[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种实时显示的轴温报警系统的实现方法，采用的主要技术手段是通过PT100温度传感器检测被测位置的温度变化，将温度信号转换为电信号传输给温度采集模块，经过对采集的温度信息进行处理和判断，实时输出温度传感器采集的温度信息，以及报警信号。\n[0006] 一种动车组轴温报警实现方法，含有以下步骤：\n[0007] 中央处理器采集通过RS485总线与温度采集模块进行相连，获取被测位置 PT100传感器的温度变化信息，经过内部处理通过电流环或MVB接口输出传感器工作状态和温度信息，通过IO口输出开关量报警信号。同时将记录的数据存储在设定好大小的铁电存储器空白处，待达到128K，转存到NAND Flash中进行存储，这样能有效提高数据的完整性和延长NAND Flash使用寿命。\n[0008] 一种动车组轴温报警系统，包括动车组轴温报警系统结构包括PT100温度传感器、温度检测单元和屏蔽线固定条；包括一台温度采集主机和若干温度传感器；\n[0009] PT100温度传感器用于反馈温度信息，温度检测单元负责信息采集，处理和输出控制；\n[0010] 电源单元为温度采集单元、模拟控制单元以及通讯控制接口单元提供电源；温度采集单元将采集到的电阻值转换成对应的温度信息，模拟控制单元对温度信息处理和报警判断，通讯控制接口单元与车辆网络进行通信，传输温度信息和报警信号。\n[0011] 本发明的有益效果具体如下：温度采集模块每秒采集一次温度信息，并传输给中央处理器，处理器解析处理完数据后将温度信息给车辆网络发送一次，车辆网络监视屏能够实时显示被采集位置的温度信息，同时能够实时反馈出报警信息，车辆网络自动减速控车或提示司机进行相关操作。对采集的温度信息数据按照防抖放误报算法进行处理，能够有效的控制列车误报。\n[0012] 本发明即能够实时反馈被测位置的温度信息，增加可控可操作性，又能够进一步防止误报，提高列车安全性。\n[0013] 本发明针对齿轮箱和电机的结构造型与传感器厂家联合研制了配套的齿轮箱传感器和电机传感器，其与轴箱温度传感器工作原理一致。通过温度检测单元可以实时监测到轴箱、齿轮箱及电机对应位置的温度，在发生异常状况时进行报警，从而有效的保证列车的行驶安全。\n附图说明\n[0014] 图1本发明的动车组轴温报警系统工作原理示意图；\n[0015] 图2本发明的动车组轴温报警系统设备连接示意图；\n[0016] 图3本发明的温度检测单元主机连接示意图；\n[0017] 图4本发明的动车组轴温报警系统原理框图；\n[0018] 图5本发明的流程框图。\n具体实施方式\n[0019] 实施例1：如图1所示，\n[0020] 一种动车组轴温报警系统，中央处理器是基于ARM Cortex-M4内核，512KB闪存和\n128KRAM,具有丰富的硬件接口资源，以及模拟、通信、定时和控制外围设备。\n[0021] 中央处理器除自身具有的RAM以外，配合串行总线端口的非易失性NAND Flash存储器，以及SPI串行MRAM铁电存储器。铁电存储器具有无延时，大于100万亿次读/写，数据保存时间为10年，掉电数据自动保护等优良特性。\n[0022] 为了控制的需要，中央处理器同时引出数字量的输出端口，驱动继电器来完成对外部的控制。当中央处理器判断轴温传感器发生报警时，这端口可以输出报警开关量信号，控制自动系统。\n[0023] 串行端口是中央处理器标准端口，用于内外部数据通信。通过RS485总线接口温度采集模块及温度传感器模块的温度信息；通过电流环或MVB接口与列车TCMS进行通信，输出传感器状态，传感器温度信息输出以及报警信号。\n[0024] 由于运维服务的需要，中央处理器还提供以太网络端口，而中央处理器提供了以太网络MAC端的应用，在外围只需要提供PHY的应用即可。系统配备人性化运营服务软件，通过此以太网接口与温度检测单元进行通讯，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对报警温度、预警温度等进行修改设置；能对各测量通道的传感器型式、布线制式进行设置；\n能够实时监控系统采集温度值及温度曲线。\n[0025] 中央处理器需要设置一个标准时钟，当外部时钟异常时为设备提供时钟标准。\n[0026] 实施例2：一种动车组轴温报警系统，如图2所示；动车组按车厢划分为拖车1和动力车2。拖车1系统设备中的轴箱温度传感器4连接温度检测单元3；动力车2系统设备中的轴箱温度传感器4、齿轮箱温度传感器5及电机温度传感器6连接温度检测单元3；根据不同车型对应的拖车车厢和动力车车厢的个数不同。\n[0027] 每节车厢的温度检测单元将采集到的被测位置温度信息和传感器状态传输给对应的每节车厢的网络控制装置，在列车网络的监视屏上可以实时监控整列车被测位置的温度值和传感器状态。\n[0028] 实施例3：\n[0029] 如附图3所示，电源单元PPU为温度检测单元主机的各单元提供电源，此电源采用DC100转DC24V输入输出隔离电源设计，电源支持66Vdc～154Vdc输入电压，具有输入欠压、过压保护、输出过压保护、过流保护、过温保护、和输入防反接保护等功能。\n[0030] 单块温度采集模块可以采集12路温度传感器，单台温度检测单元主机支持采集48路温度传感器。支持2线和3线制传感器，支持PT100/PT1000温度传感器。\n[0031] 模拟控制单元为中央处理单元将采集的数据进行处理加工，一方面输出给车辆网络，一方面进行本地存储。\n[0032] 温度检测单元包括电源单元PPU、温度采集单元TDIU、模拟控制单元ACU、通讯控制接口单元CIB；电源单元PPU连接温度采集单元TDIU、模拟控制单元ACU和通讯控制接口单元CIB；温度采集单元TDIU连接模拟控制单元ACU；模拟控制单元ACU连接通讯控制接口单元CIB。\n[0033] 电源单元PPU将DC110V转DC24V的隔离电源；满足铁路相关电源EMC设计的试验标准；进行电源反接、过压和过流保护；满足型式试验大纲要求；\n[0034] 温度采集单元TDIU的温度范围：-50℃到200℃；RTD接线方式：2线或3线制；温度分辩率：1℃；精度：±0.05％；采样速率：10采样点/秒；输入阻抗：1.5MΩ；\n[0035] 模拟控制单元ACU进行处理采集的温度信息，判断报警状态，故障信息，传感器故障；数据存储记录；提供一路以太网服务接口；\n[0036] 通讯控制接口单元CIB与车辆网络通过电流环或MVB接口进行通信；3路干触点输出；\n[0037] 实施例4：一种动车组轴温报警系统，温度检测单元主机外形结构，采用裁剪的3U型材机箱；包括温度传感器、温度采集单元和屏蔽线固定条；\n[0038] 系统控制主机通过20mA电流环或MVB接口连接列车网络，支持RS485通讯备用功能；\n[0039] 温度检测单元主机的板卡顺序依次排列为：模拟控制单元、通讯控制接口单元、温度采集单元、温度采集单元、温度采集单元、温度采集单元、电源单元；\n[0040] 温度采集单元采用DIN41612连接器；\n[0041] 包括一台温度采集主机和若干温度传感器组成；\n[0042] 系统人性化运营服务软件，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对报警温度、预警温度等进行修改设置；能对各测量通道的传感器型式、布线制式进行设置；能够实时监控系统采集温度值及温度曲线。\n[0043] 具有支持MODBUS通讯协议的温度采集模块，能够采集PT100/PT1000三线或两线温度传感器；\n[0044] 根据采集的轴箱、齿轮箱及电机等位置不同系统配套不同的温度传感器；\n[0045] 一种动车组轴温报警实现方法，还包括根据实际数据分析设计了防抖防误报警的防抖处理步骤；防抖处理步骤如下：\n[0046] 在温度检测主机输出预警或报警信号之前会先判断传感器的状态，若传感器的状态为故障或异常时，不输出预警或报警信号；\n[0047] 只有传感器状态正常，且传感器温度值连续60次大于预警值或报警值时，判定并输出该传感器为预警或报警；\n[0048] 传感器短路、断路、采集范围超限及采集模块异常均记为传感器故障；\n[0049] 传感器异常判断：1分钟内传感器上升沿温度值最大值-最小值>2°～5°；\n[0050] 系统上电时，传感器温度值大于铁电中设定的预警参数值；\n[0051] 系统上电时，同类传感器中，任意一路传感器温度值与其他路传感器温度值一一比较，差值>15℃且个数>2。\n[0052] 系统控制主机具有高密度数据记录功能，能够在发生事故时分析采集位置瞬间的温升过程；\n[0053] 控制主机采用DC100转DC24V输入输出隔离电源设计，电源支持66Vdc～154Vdc输入电压，具有输入欠压、过压保护、输出过压保护、过流保护、过温保护、和输入防反接保护等功能；\n[0054] 系统具有通讯故障、系统启动时间、初始化操作等日志记录功能；\n[0055] 同时支持网络数据信号预警报警功能和硬线开关量信号预警报警功能；\n[0056] 随着用户采集传感器增多的需求支持扩展温度采集模块，目前单台控制主机支持采集48路温度采集传感器；\n[0057] 具有以太网服务接口，支持数据下载、系统参数配置及监控系统工作状态等功能。\n[0058] 实施例5：如图5所示，一种动车组轴温报警系统的实现方法,含有以下步骤；\n[0059] 步骤100、将PT100温度传感器安装在要求检测的轴箱、齿轮箱已经电机等位置，PT100温度传感器的电阻值会随着温度的变换发生变化，从而能够反 映出被测位置的温度状况。\n[0060] 步骤101、将PT100电阻的阻值通过三线制的界线方式输入温度检测单元的温度采集模块的采集通道，温度采集对对应的采集通道发出恒流源信号，通过比较电路处理，去掉线路阻值的影响，核算出对应的电压信号，再转换成对应的温度信息及传感器的工作状态信息通过MODBUS协议将数据传输给温度检测单元的中央处理器。\n[0061] 步骤102、温度检测单元的中央处理单元ACU部分采集到数据后进行分析判断，对干扰信号进行防抖处理，根据固化算法判断出对应位置的报警状态，同时对传感器状态、采集的温度信息、通讯状态以及重要操作等进行数据记录。\n[0062] 步骤103、信息的传输分硬线接口和网络接口，通过硬线接口可以输出控制制动系统的报警开关量信号，通过电流环或MVB接口网络接口可以输出传感器工作状态、温度信息以及预警报警信号。同时可以通过以太网网络接口实现数据下载，系统配置以及运营维护等功能。\n[0063] 如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。