动车组轴温报警系统优化设计

动车组轴温报警系统优化设计

闫利改

闫利改

固安北信铁路信号有限公司廊坊市固安县新兴产业示范区065500

摘要：轴温报警系统用来监测车辆轴端轴承的温度，防止轴端轴承的温度过高影响车辆的行车安全。本文对动车组轴温报警系统进行了优化设计，系统全列车通过两路独立完全冗余的CAN总线自行组网，温度传感器内部封装两个独立的温度传感器，且每个温度传感器内冗余的温度传感器用不同的温度采集板进行采集，有效保证了系统的可靠性。

关键词：轴温报警系统；冗余；CAN；温度传感器

1系统概述

轴承是列车走行部的关键部件，一旦出现故障，轻则机破，重则切轴，后果不堪。由于客运专线沿途没有地面设备对列车轴承进行监控，因此列车自身监控设备显得尤为重要。动车组轴温报警系统通过在线监测各车轴承的温度异常，用声光报警的方式提示司机采取必要的措施，是重要的列车安全设备之一。

2系统功能说明

2.1系统工作原理

轴温报警系统的主要设备有：轴温监测装置和温度传感器组成。

轴温报警系统原理图如图所示。轴温报警系统有两个主机，分别装在两个头车，通过MVB车辆总线与CCU连接。系统通过冗余的CAN通讯总线组网，将各自半列车的信息汇总，两路CAN相互冗余备份，主机通过MVB通讯将各自半列车的信息发送给TCMS。

轴温报警系统通过安装在每节车的轴温监测装置对每个温度传感器的信号进行采集，并折算出温度值。当温度值超过设定的预、报警温度阈值时，能够给出报警信息。

图轴温报警系统原理图

轴温监测装置具有CAN通讯接口，通过CAN总线将轴温监测装置内部组网成为一个独立的系统。通过网络接口（MVB），可以将系统测得整列车的温度信息，传感器状态，温度状态与CCU进行数据交换。轴温监测装置具有服务接口，通过该接口可以连接上位计算机服务软件，用于设备状态查询、设备软件更新等维护工作。

2.2轴温主机的功能

轴温主机包括：电源板、CPU板、CAN通讯板、温度采集板、背板、数据存储板及地址设置板。

电源板为整个轴温监测装置提供各个等级的电压。主要技术参数如下：

DC110V输入，宽电压工作范围：DC66V-DC154V可以正常输出；

具有电磁兼容保护功能；

具备过流、过压、短路保护；

电源板设计为标准的3U短板，接口采用菲尼克斯的MSTB系列连接器。

CPU板是轴温报警系统控制单元的核心，通过背板总线对轴温监测装置的其他电路板进行管理，并对获得的数据进行处理。CPU板设计为标准的3U短板，MVB接口采用D-Sub9系列连接器。

CAN通讯板主要功能是实现各个车之间轴温监测装置的组网，将整列车的温度信息和传感器信息汇总到两个头车的轴温监测装置，通过MVB通讯与CCU之间进行数据交换。CAN通讯为两路完全冗余设计。CAN板设计为标准的3U短板，接口采用D-Sub系列连接器，DB9公头和DB9母头各2个。

温度采集板用于温度传感器的状态进行诊断，判读出当前状态（短路、断路和正常），温度传感器的信号采集，并通过背板的内部通讯总线将采集的信号发送给CPU板进行数据处理。温度采集板设计为标准的3U短板，接口采用F48公头连接器。

背板为轴温监测装置提供背板总线和扩展插槽，可以根据不同的功能需求进行最优配置。背板提供电源总线，内部通讯总线等。

数据存储板主要用于故障和状态信息的存储。通过背板内部通讯总线将轴温监测装置的信息收集并存储。对外接口为标准USB接口，通过外接U盘可以自动识别并下载数据。

地址设置板主要用来接收车辆的IO信号来识别车辆地址和设备地址。对外接口为菲尼克斯的MSTB2.5/7-5.08，7Pin的连接器，4路地址信号D0-D3（DC110V正极性信号），1路为COM端（DC-110V）。

2.3轴温报警传感器的功能

1）每个轴温传感器有独立的采集通道，当检测到一个轴温报警时，其他未检测到报警信息的轴箱内传感器应无动作；

2）传感器应能实现环境温度与轴温的探测；

3）每个轴端安装一个传感器探头，内装两只独立的测温传感器。

3系统工作模式

3.1传感器故障

正常情况下车轴是90℃预警，110℃报警，对应Pt1000型热电偶的阻值为1347Ω和1423Ω，-25℃对应Pt1000型热电偶的阻值为902Ω。因此当测得的Pt1000型热电偶的阻值小于850Ω（-38℃）时，认为传感器短路故障，当测得当测得的Pt1000型热电偶的阻值大于1550Ω（144℃）时，认为传感器断路故障。

正常情况下两路冗余的温度传感器的温度应该是一致的，因此当两个传感器的温差大于5℃时，判断某一传感器故障。与当前测得的正常传感器温度平均值差值大的传感器判为故障。

3.2预报警判据

1、绝对温度模式

每一通道冗余的两个传感器状态正常，温差小于5℃，取两个温度的平均值，这个平均值连续10s大于90℃时，给出预警状态；连续10s大于110℃时，给出报警状态。

当冗余的传感器某一个故障时，取正常的温度传感器来判断。

2、温升模式

每一通道冗余的两个传感器状态正常，温差小于5℃，取两个温度的平均值，这个平均值连续10s大于环境温度80℃时，给出预警状态；连续10s大于环境温度100℃时，给出报警状态。

当冗余的传感器某一个故障时，取正常的温度传感器来判断。

3、转向架温差

每一通道冗余的两个传感器状态正常，温差小于5℃，取两个温度的平均值，然后取当前转向架的四个轴端温度的最大值和最小值，这个差值连续10s大于环境温度40℃时，给出预警状态；连续10s大于环境

4总结

该系统和传统的相比有三点优势：首先，轴温主机上CPU板和PT采集板采用TMS320F28335型数字信号处理器，是TMS320C28X系列浮点DSP控制器，与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。其次，数据存储板采用SD卡作为存储介质，可以进行大容量的数据存储。最后，轴温报警系统采用两路独立完全冗余的CAN总线，大大提高了信号传输的可靠性，保证了列车的行车安全。

参考文献：

[1]张肃文．高频电子线路[M]．5版，北京：高等教育出版社，2009．

[2]王健，崔书华，邱鹏．传感器实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2012．

[3]哈大雷，王乾，蒋涛，等．新型轴温监测系统在高速动车组上的应用[J]．大连交通大学学报，2013，34（1）：89—94．