牵引变流器控制箱振动在线监测方法及监测系统与流程

本发明属于检测领域，尤其涉及一种牵引变流器控制箱振动在线监测方法及监测系统。

背景技术：

牵引变流器是轨道交通车辆的核心部件，由变流模块、控制箱、风机、接触器等电气部件和柜体组成。轨道交通车辆在运行中，牵引变流器受到来自轮轨以及车辆上其他振动源的影响，隧道、坡道和弯道等也会改变牵引变流器的振动环境，因此变流器的振动环境比较复杂。在牵引变流器内部，控制箱和变流模块等电子设备对振动较为敏感，过大的振动可能会导致这些部件的故障和失效，而现有技术中尚没有针对牵引变流器控制箱的有效的振动监测方法及系统。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中没有对牵引变流器的控制箱实现振动的有效监测的技术问题，本发明提供一种牵引变流器控制箱振动在线监测方法及监测系统，具体方案如下：

一种振动在线监测方法，选取牵引变流器控制箱上的多个监测位置，所述监测位置包括牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置；对所述各个监测位置的振动加速度时域数据分别进行时域分析，根据时域分析结果，其中任一所述监测位置振动强度过大，则表明牵引变流器控制箱存在故障和失效的风险；

优选的，所述监测位置包括：牵引变流器的控制箱上与牵引变流器柜体的连接侧、牵引变流器的控制箱上与所述连接侧相对的另一侧以及牵引变流器的控制箱上振动强度最大的位置。

优选的，所述监测位置还包括牵引变流器的控制箱上振动强度最小的位置。

优选的，对任一所述监测位置的振动加速度时域数据进行时域分析步骤包括，计算该振动加速度时域数据在给定频率范围内的加速度有效值，并将所述加速度有效值与相应监测位置的预设值进行对比，当所述加速度有效值大于相应监测位置的预设值时，表明该监测位置振动强度过大。

优选的，所述给定频率范围为0-400hz。

一种监测系统，包括上位机和下位机；

所述下位机包括信号采集模块和加速度传感器；

所述加速度传感器用于检测牵引变流器控制箱上各监测位置的振动加速度时域数据，所述信号采集模块将采集到的振动加速度时域数据传递给上位机，上位机接收车载网络系统的启动和休眠信号传递给下位机并控制信号采集模块的启动与休眠；

所述上位机对加速度传感器所检测到的各监测位置的振动加速度时域数据分别进行时域分析。

优选的，所述加速度传感器为三个。

优选的，还包括温度传感器和湿度传感器，以测量环境温度和湿度。

与现有技术相比，本发明提供的一种牵引变流器控制箱振动在线监测方法及监测系统，选取牵引变流器控制箱上的多个监测位置，所述监测位置至少包括牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置；并对各个监测位置的振动加速度时域数据分别进行时域分析，根据时域分析结果，其中任一监测位置振动强度过大，则表明牵引变流器控制箱存在故障和失效的风险。牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置，是整个牵引变流器控制箱振动最剧烈的地方，极具代表性，对该位置的振动情况进行时域分析能实现对牵引变流器的控制箱的振动状况的有效监测。并在监测到振动强度过大时及时采取措施避免牵引变流器控制箱发生故障或失效。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例的振动在线监测方法流程图；

图2为本发明实施例的振动在线监测系统示意简图。

在附图中，相同的部件采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

本实施例提供一种牵引变流器控制箱振动在线监测方法，选取牵引变流器控制箱上的多个监测位置，该监测位置包括牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置；并对各个监测位置的振动加速度时域数据分别进行时域分析，根据时域分析结果，其中任一监测位置振动强度过大，则表明牵引变流器控制箱存在故障和失效的风险。牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置，是整个牵引变流器控制箱振动最剧烈的地方，极具代表性，对该位置的振动情况进行时域分析能实现对牵引变流器的控制箱的振动状况的有效监测。并在监测到振动强度过大时及时采取措施避免牵引变流器控制箱发生故障或失效。

牵引变流器控制箱本身并非振源，牵引变流器控制箱受其他振源的振动传递而发生振动。通常牵引变流器的控制箱通过螺栓与牵引变流器柜体紧固连接，而在牵引变流器的控制箱与牵引变流器柜体连接侧相对的另一侧则为悬空，因此，两侧的振动环境不同，振动情况也不一样。在一个实施例中选取牵引变流器的控制箱上与牵引变流器柜体的连接侧、牵引变流器的控制箱上与所述连接侧相对的另一侧以及牵引变流器的控制箱上振动强度最大的位置作为监测位置。其中牵引变流器控制箱上振动强度最大的位置反映了牵引变流器控制箱的最大振动强度，是控制箱振动最剧烈的位置，而牵引变流器的控制箱上与牵引变流器柜体的连接侧和牵引变流器的控制箱上与所述连接侧相对的另一侧，这两个位置则反映了由于控制箱的安装方式引起的控制箱不同部位在不同振动环境下的振动情况。以此三个位置作为监测位置较为全面的反映了牵引变流器的控制箱的振动情况。利用加速度传感器实时检测上述三个监测位置的振动加速度，优选的加速度传感器为三向加速度传感器，并通过信号采集模块，实时对加速度传感器的检测信号进行采集，信号采集模块将采集到的三个监测位置的振动加速度时域数据传输到工控机中，工控机分别对三个监测位置的振动加速度时域数据进行时域分析。以牵引变流器的控制箱上振动强度最大的位置为例，工控机提取该振动强度最大位置的振动加速度时域数据，并实时计算该振动加速度时域数据在给定频率范围内的加速度有效值。具体为，给定一个频率范围，该频率范围可以根据经验给定，也可以参考国家标准或行业标准给定，优选的，该频率范围为0-400hz。利用滤波器对提取的振动加速度时域数据进行滤波，将该频率范围之外的数据过滤掉，得到0-400hz范围内加速度随时间变化的新的波形，并计算滤波后的0-400hz范围内加速度随时间变化的新的波形的加速度有效值。加速度有效值参考交流电有效值的定义引申而来，加速度有效值的计算公式如下：

式中，t为振动周期，t时间，a为瞬时加速度。

将计算所得的振动强度最大位置在0-400hz范围内的加速度有效值与振动强度最大位置处的预设值进行比较，当振动强度最大位置处在0-400hz范围内的加速度有效值小于或等于振动强度最大位置处的预设值时，控制箱的振动处于可以接受的状态，在软件窗口中以曲线形式实时显示振动强度最大位置处在0-400hz范围内的加速度有效值并记录。当振动强度最大位置处0-400hz范围内的加速度有效值大于振动强度最大位置处的预设值时，则认为在牵引变流器的控制箱的振动强度最大位置处的振动强度过大，牵引变流器控制箱存在故障和失效的风险，在软件窗口显示报警信号，记录计算所得0-400hz范围内的加速度有效值大于预设值的时间范围，并在有效值显示窗口加亮显示振动强度最大位置处0-400hz范围内的加速度有效值。同时将有效值超出给定值时间段及前后各5分钟的数据进行备份，存放在特定的存储空间中供后续分析使用。振动强度最大位置处的预设值通过实验获得，逐步增加振动强度最大位置处的振动强度，直到控制箱处于故障和失效的临界状态。记录下此时振动强度最大位置的振动加速度时域数据在给定频率范围内的加速度有效值，多次实验取临界状态下加速度有效值的最小值作为牵引变流器控制箱在振动最大位置处的预设值。其余监测位置的时域分析过程和步骤与上述牵引变流器的控制箱上振动强度最大的位置的时域分析过程和步骤类似，不再重复。图1为本实施例的方法流程图，示出了本实施例的方法流程及步骤。

上述实施例中预设值的设置并不构成对本发明的限制，本领域的技术人员还可以根据实际需要，多次实验取临界状态下加速度有效值的平均值作为相应的预设值，或者，多次实验取临界状态下加速度有效值的最小值的90％作为预设值。

在另一个实施例中，牵引变流器控制箱上的监测位置除了上述实施例中提到的那三个位置外，还包括牵引变流器的控制箱上振动强度最小的位置。

图2为振动在线监测系统示意简图，如图2所示，本实施例还提供一种牵引变流器控制箱振动在线监测系统，该系统包括上位机和下位机，上位机包括工控机和传输模块，用于接收网络模块的启动指令，向下位机发出指令、各监测位置振动加速度时域数据接收及验证、数据存储、数据处理等。上位机的传输模块负责与下位机的传输模块通信，并与工控机通过串口连接，工控机是整个系统的软件核心，负责对接收到的各监测位置的振动加速度时域数据进行存储记录及分析。下位机由传感器、信号采集模块，微控制器、传输模块、a/d转换模块和数据存储模块组成，用于接收上位机指令、振动加速度时域数据信号采集、a/d转换、数据存储和传输、休眠和唤醒等功能。其中的传感器包括加速度传感器用于测量各监测位置的振动加速度时域数据，优选为三向加速度传感器，加速度传感器的优选数量为三个，分别布置在牵引变流器的控制箱上与牵引变流器柜体的连接侧、牵引变流器的控制箱上与所述连接侧相对的另一侧以及牵引变流器的控制箱上振动强度最大的位置。加速度传感器的数量也可以是四个，除前述三个监测位置布置的外，在牵引变流器的控制箱上振动强度最小的位置也布置一个加速度传感器。加速度传感器的布置应能反映控制箱的整体振动水平，且必须包含控制箱的最大振动位置，传感器与控制箱应连接可靠，确保可以长期准确地测量振动信号。优选的，传感器还包括温度传感器和湿度传感器，用以测量环境温度和湿度。

上下位机之间的数据传输可以通过无线传输，也可以通过有线传输。在线监测系统可以通过工控机接收车载网络系统的启动及休眠信号，确保在线监测系统与牵引变流器同时工作。工控机在接收到网络系统的启动或休眠信号后，通过传输模块传输给下位机的微控制器，微控制器根据信号启动或休眠信号采集模块。

加速度传感器采集到的振动加速度时域数据通过信号采集模块处理后经由传输模块传递给工控机，工控机首先将数据每半小时存储为一段。每段数据在工控机保留一定时间(推荐为7天)，超过时间限制后系统将数据从存储区删除。工控机在存储接收到的各监测位置的振动加速度时域数据的同时也读取各监测位置的振动加速度时域数据，并进行相应的时域分析，具体时域分析方法和步骤在上文中已阐明，此不再重复。

牵引变流器控制箱振动在线监测系统还包括温度传感器和湿度传感器，用于监测控制箱附近环境或内部面板的温度和湿度，并对测得的温度数据和湿度数据进行分析记录，供设计人员进行后续分析。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。