专利名称：高速动车组轴温监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轴温监测系统，应用于高速动车组中的列车轴端温度的监测和报警系统。
背景技术：
随着铁路提速范围的不断扩大，列车速度提高，牵引功率增大，使得列车与钢轨的冲击、动力效应和振动增大，导致列车走行部分和齿轮箱大、小齿轮的发热增多。当轴承和大、小齿轮发生磨损或者产生缺陷时，非正常发热增大，就会影响列车的运行安全。目前在高速动车组列车中，现有技术方案的轴温监测系统由轴温监测装置、温度转换装置、输入输出设备、车下接线盒、温度传感器等构成。系统的构成复杂，之间连接的连接器选用不当，造成连接虚接、脱落，经常出现轴温误报的现象，而且很多设备安装在车下，由于工作环境恶劣，其本身的IP防护等级也不够，导致设备的介电强度降低，降低了系统的稳定性。多次造成限速和停车，严重影响我国铁路运行秩序。因此，开发研制性能可靠、优良的高速列车轴温监测系统，对保证列车运行安全具有重要意义。
实用新型内容本实用新型针对现有高速列车中应用的轴温监测系统存在的上述不足，提供了新一代高速动车组轴温监测系统，该监测系统可实现Ptioo温度传感器信号和温度信号之间的转化，改变Ptioo温度传感器信号传输过程中由于干扰等因素造成的温度报警，降低监测系统的误报率。为实现上述目的，本实用新型提供一种高速动车组轴温监测系统，其特征在于:包括两台轴温监测装置和由两个温度传感器构成的温度采集模块，两台轴温监测装置的内部通讯采用RS485通讯方式进行数据交换，数据交换的内容为各个主机的生命信号、温度采集模块的工作状态和采集的温度值，两台轴温监测装置分别对各自的温度传感器进行温度采样并与设定的预/报警温度比较并做出预/报警判断，轴温监测装置控制相应的数字量输出、LED显示和蜂鸣器动作，通过外部通讯模块将监控数据传送给列车网络控制系统。轴温监测装置内部主要由电源处理模块、能调多路输入缓冲开关、恒流源电路、传感器故障诊断电路、AD转换模块、CPU处理模块、数字量输入输出电路、内部通讯模块、外部通讯模块和服务接口模块组成，电源处理模块将DCllOV转换成DC24V、DC5V、DC3.3V,DC24V为数字量输出继电器提供线圈电压；DC5V、DC3.3V为其它电路提供供电电压，恒流源电路与能调多路输出缓冲开关、传感器故障诊断电路串联在一起，恒流源电路给传感器提供一个恒定的电流源，能调多路输出缓冲开关控制传感器通道的选择，AD转换模块将传感器的电压值转换成数字量发送给CPU处理模块，进行相关的数据计算和逻辑处理，数字量输入输出电路与CPU处理模块相连，CPU处理模块通过数字量输入确认设备地址，通过数字量输出给出当前的状态信号，内部通讯模块、外部通讯模块和服务接口模块直接与CPU模块连接，CPU模块通过其存储的程序达到各个通讯的实现。[0007]温度采集模块中的温度传感器为工业级探针式双路温度传感器，安装在列车底部转向架的轴箱内，监控每个轴端的温度状态。本实用新型中的轴温监测系统由轴温监测装置和温度采集模块两部分构成，集成度高，结构简单，可拆卸的铸铝外壳使其可安装在电气柜内的帽式导轨上。车下传感器的连接采用防护等级IP68的Harting HanS系列连接器，保证其介电强度。采用新型装置和软件设计方法以提高系统的测温精度、抗干扰能力和工作稳定性，提醒和引导司机及时实施保护措施和检查工作，有效地降低了事故发生率，对动车组的准时到达和安全运营起到了积极作用。
图1为本实用新型中轴温监测系统组成结构框图；图2为本实用新型中轴温监测装置内部组成结构框图；图3为本实用新型能调多路输入模块的电路图；图4为本实用新型恒流源源模块的电路图；图5为本实用新型A/D转换模块的电路图；图6为本实用新型具体实施方案传感器故障诊断电路的电路图。
具体实施方式
参照图1，系统包括两台轴温监测装置和由两个温度传感器构成的温度采集模块，两台轴温监测装置的内部通讯采用RS485通讯方式进行数据交换，数据交换的内容为各个主机的生命信号、温度采集模块的工作状态和采集的温度值。两台轴温监测装置分别对各自的温度传感器进行温度采样并与设定的预/报警温度比较并做出预/报警判断，轴温监测装置控制相应的数字量输出、LED显示和蜂鸣器动作，通过外部通讯模块将监控数据传送给列车网络控制系统。参照图2，轴温监测装置内设置有如下模块:1、电源处理模块:电源处理模块的输入端与电源连接，将输入电压DCl IOV转换为DC24V，DC5V，DC3.3V。DC24V为数字量输出继电器提供线圈电压；DC5V，DC3.3V为其他电路提供供电电压。电源处理模块包括电源转换模块和用于保护电路的EMC电磁兼容保护模±夹，其中，EMC电磁兼容保护模块包含过流保护电路、过压保护电路、短路保护电路、EMI滤波电路、浪涌脉冲抑制电路、滤波电路和输出滤波电路。能调多路输入缓冲开关(型号:MAX354):能调多路输入开关通过CPU选择某路输入电路的导通，温度采集模块中的各温度传感器接入到能调多路输入开关，温度采集模块的传送测量在能调多路开关传送电流之后接通。恒流源电路:能调多路输入开关向温度采集模块传送的测量电流由恒流源电路提供，恒流源电路保证了 A/D转换模块的测量范围处于理想状态。传感器故障诊断电路:将能调多路输入开关内电流输入点和接地点分别接入到诊断电路内的电阻Rl和R2端，通过A/D转换模块内测量的Rl和R2的电压值判断温度传感器的短路、断路状态。AD转换模块(型号:AD7792):将温度采集模块采集到的温度模拟信号转换为数字信号。CPU处理模块:CPU处理模块由DSP (型号:TMS320VC33 )模块和FPGA (型号:XC3S1500)模块两部分组成。DSP模块负责计算温度采集模块的温度值和判断温度采集模块和整个的工作状态。FPGA模块负责数字量输入输出、内部通讯模块、外部通讯模块和服务接口模块。DSP模块同时将自己处理后的数据传送给FPGA模块。数字量输入输出电路:在系统产生故障或报警时，对外输出数字量的硬线信号。内部通讯模块(RS485网络):两台轴温监测装置的内部通讯采用RS485通讯方式进行数据交换，数据交换的内容为各个主机的生命信号、温度采集模块的工作状态和采集的温度值。外部通讯模块(MVB网络或RS485网络，根据列车网络系统决定):将轴温监测装置所监控的数据通过外部通讯模块传送给列车网络控制系统。服务接口模块(RS232网络):工程人员通过此接口模块更新装置的运行程序和下载相关数据。参照图3，能调多路输入电路通过CPU对使能引脚En和通道选择引脚A0，Al，A2的设置，选择某路输入电路的导通。图中所示仅仅是与释放ΕΝ_χ_0信号相关的IO…13的前4个通道，其余的有相应的EN_x_n控制，温度采集模块的传送测量在能调多路开关传送电流之后接通。参照图4，恒流源电路采用双运放实现恒流源的输出。恒定的电流源为400 A，保证了 A/D转换器的测量范围处于理想状态。参照图5，一个16位分辨率Sigma-Delta转换器AD7792被作为A/D转换器使用。此转换器的处理方法很好的适用于工业和相应环境。它有一个95dB共模抑制。集成了一个可调节的，数字式 的从测量信号中过滤中高频干扰成分的低通过过滤器。A/D转换器前有一个限制输入电压为±5VDC的保护开关，有效地防止了输入电压不稳的情况。参照图6，将能调多路输入开关内电流输入点和接地点分别接入到诊断电路内的电阻Rl和R2端。通过A/D转换模块内测量的Rl和R2的电压值判断温度传感器的短路、断路状态:1、温度传感器断开将通过阻值为100欧姆的电阻Rl被发现。此电阻在存在有效电源状态下起作用，当流过温度传感器的电路没有断开时存在40mV电压。2、温度传感器短路通过阻值为100欧姆的电阻的R2被发现。此电阻在存在有效电源状态下起作用，当流过温度传感器的电路没有短路时存在40mV电压。工作过程自检启动:轴温监测装置上电后，会自动对装置内所有硬件进行诊断，自检成功后进入工作模式，同时进行通讯诊断和温度采集；通过对温度传感器PT100输出一个恒流源，测得PT100两端的电压值，来获得当前的电阻值，并折算出当前的温度值，进入温度状态诊断，同时清空传感器故障计数器；系统通过HDLC或MVB网络接收列车网络控制系统发送的时间和环境温度信息，并将系统测得的各个通道的温度信息，温度状态，传感器状态等信息发送给列车网络控制系统，对测得的温度值进行预警、报警判断。
权利要求1.一种高速动车组轴温监测系统，其特征在于:包括两台轴温监测装置和由两个温度传感器构成的温度采集模块，两台轴温监测装置的内部通讯采用RS485通讯方式进行数据交换，数据交换的内容为各个主机的生命信号、温度采集模块的工作状态和采集的温度值，两台轴温监测装置分别对各自的温度传感器进行温度采样并与设定的预/报警温度比较并做出预/报警判断，轴温监测装置控制相应的数字量输出、LED显示和蜂鸣器动作，通过外部通讯模块将监控数据传送给列车网络控制系统。
2.根据权利要求1所述的高速动车组轴温监测系统，其特征在于:轴温监测装置内部主要由电源处理模块、能调多路输入缓冲开关、恒流源电路、传感器故障诊断电路、AD转换模块、CPU处理模块、数字量输入输出电路、内部通讯模块、外部通讯模块和服务接口模块组成，电源处理模块将DCllOV转换成DC24V、DC5V、DC3.3V，DC24V为数字量输出继电器提供线圈电压；DC5V、DC3.3V为其它电路提供供电电压，恒流源电路与能调多路输出缓冲开关、传感器故障诊断电路串联在一起，恒流源电路给传感器提供一个恒定的电流源，能调多路输出缓冲开关控制传感器通道的选择，AD转换模块将传感器的电压值转换成数字量发送给CPU处理模块，进行相关的数据计算和逻辑处理，数字量输入输出电路与CPU处理模块相连，CPU处理模块通过数字量输入确认设备地址，通过数字量输出给出当前的状态信号，内部通讯模块、外部通讯模块和服 务接口模块直接与CPU模块连接。
专利摘要一种高速动车组轴温监测系统，包括两台轴温监测装置和由两个温度传感器构成的温度采集模块，两台轴温监测装置的内部通讯采用RS485通讯方式进行数据交换，数据交换的内容为各个主机的生命信号、温度采集模块的工作状态和采集的温度值，两台轴温监测装置分别对各自的温度传感器进行温度采样并与设定的预/报警温度比较并做出预/报警判断，轴温监测装置控制相应的数字量输出、LED显示和蜂鸣器动作，通过外部通讯模块将监控数据传送给列车网络控制系统。本实用新型的轴温监测系统由轴温监测装置和温度采集模块两部分构成，集成度高，结构简单，采用新型装置和软件设计方法以提高系统的测温精度、抗干扰能力和工作稳定性，提醒和引导司机及时实施保护措施和检查工作，有效降低事故发生率，对动车组的准时到达和安全运营起到了积极作用。
文档编号B61K9/04GK203078553SQ201220690500
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者哈大雷, 王乾, 田永洙, 常振臣, 张文忠, 崔凤钊, 程林, 袁德强, 李雪飞, 邓海, 孙国斌, 薛浩飞, 王铁胜, 丁勇, 刘金柱, 金文斌, 沈迪 申请人:长春轨道客车股份有限公司