基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

馮　笑，李西安

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

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基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

馮笑，李西安

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

摘要：為了避免因機(jī)車軸溫隱患造成行車事故，設(shè)計了一種基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過LabVIEW上位機(jī)對機(jī)車軸溫進(jìn)行實時監(jiān)測報警，實現(xiàn)了車載與地面系統(tǒng)的雙重監(jiān)測任務(wù)。經(jīng)過系統(tǒng)測試驗證了該系統(tǒng)的可靠性和實用性，該系統(tǒng)具有操作界面直觀、數(shù)據(jù)存儲與分析高效等特點。

關(guān)鍵詞：機(jī)車軸溫；LabVIEW；單總線；實時監(jiān)測

引用格式：馮笑，李西安. 基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(12)：93-95.

0引言

圖1　機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

機(jī)車車輛在運行過程中，由于軸承與車軸間相互摩擦而發(fā)熱容易引起熱軸、燃軸，甚至造成切軸的行車事故，嚴(yán)重影響了鐵路交通運輸?shù)陌踩玔1]。及時、可靠、準(zhǔn)確地對機(jī)車軸溫進(jìn)行監(jiān)測及報警，對確保列車安全運行具有重大意義。

傳統(tǒng)的軸溫檢測裝置采用紅外線探測原理，利用車輛運行中發(fā)熱軸箱發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱來早期發(fā)現(xiàn)熱軸故障，減輕了過去使用人工手摸辦法的勞動強(qiáng)度，增加了監(jiān)測的準(zhǔn)確度與可靠性。但是由于傳感器的非線性校正和溫度補(bǔ)償因素，使得檢測數(shù)據(jù)的離散性大、線性度差[2]。隨著信息化技術(shù)不斷發(fā)展，伴隨著鐵路列車提速，通過車載軸溫監(jiān)測系統(tǒng)，利用數(shù)字溫度傳感器對機(jī)車軸承溫度信號實時監(jiān)測，在PC上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)測、分析及記錄等，對于確保安全運行及軸溫數(shù)據(jù)分析都顯得尤為重要。然而，目前的監(jiān)測軟件多采用Visual Basic、Visual C++等語言環(huán)境開發(fā)，編程較為復(fù)雜且操作不便，同時大量數(shù)據(jù)通過IC卡轉(zhuǎn)存，不利于進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與記錄。

LabVIEW作為一種圖形化的編程語言，具有設(shè)計界面友好、靈活及便于操作等優(yōu)點，在數(shù)據(jù)采集與分析、虛擬儀器、信號處理及儀器控制方面具有廣泛應(yīng)用[3-4]。本文在單總線機(jī)車軸溫監(jiān)測報警裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了基于LabVIEW的機(jī)車軸溫的上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。

1機(jī)車軸溫監(jiān)測硬件系統(tǒng)

機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)主要包括車載監(jiān)測系統(tǒng)和地面監(jiān)測中心兩部分，其中車載監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度傳感器、單總線、單片機(jī)控制系統(tǒng)等組成[5]。車載軸溫監(jiān)測系統(tǒng)通過單總線的連接方式，在機(jī)車軸箱、電機(jī)、抱軸等部件掛接數(shù)字溫度傳感器DS18B20，然后由系統(tǒng)微處理器控制實現(xiàn)溫度的實時采集、硬件報警、數(shù)據(jù)顯示、存儲及傳輸?shù)裙δ躘6-7]。圖1所示為機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖4　串口測量程序

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括下位機(jī)與上位機(jī)軟件設(shè)計兩部分。系統(tǒng)工作過程如下：單片機(jī)通過單總線網(wǎng)絡(luò)控制DS18B20實現(xiàn)軸溫實時采集、顯示及報警，然后通過傳輸網(wǎng)絡(luò)再由串口方式與PC通信，在上位機(jī)上管理監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖2　下位機(jī)軟件設(shè)計總體流程圖

2.1下位機(jī)軟件設(shè)計

系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法和C語言編程，結(jié)構(gòu)化編程使得程序清晰易懂，便于進(jìn)行系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計總體流程圖如圖2所示。其中溫度采集子程序的工作流程采用巡回檢測方法，完成對每個DS18B20傳感器溫度循環(huán)采集。溫度采集主要步驟包括：初始化DS18B20；搜索DS18B20；匹配DS18B20；發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令；讀取溫度值[8]。

2.2上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)采用LabVIEW圖形化編程語言來設(shè)計程序，所編寫的程序代碼簡單，而且前面板的操作界面美觀，易于使用。本系統(tǒng)以7 路溫度數(shù)據(jù)采集為例進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計，該軟件程序主要包括串口測量程序、溫度報警程序、數(shù)據(jù)顯示與處理部分等。在LabVIEW 2013進(jìn)行上位機(jī)程序設(shè)計的用戶界面如圖3所示。

圖3　程序前面板

(1)串口測量程序

機(jī)車軸溫數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC上，經(jīng)過LabVIEW串口測量程序讀取后實時顯示在前面板中。圖4所示的串口測量程序，主要包括VISA打開函數(shù)、VISA讀取函數(shù)及關(guān)閉函數(shù)。VISA是一種用來與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級應(yīng)用編程接口，包含于LabVIEW軟件所具有的一套VISA庫函數(shù)，用于支持串口通信。利用VISA配置串口屬性用于初始化串口，設(shè)置VISA資源名稱、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位及停止位等。只有所配置串口的參數(shù)與計算機(jī)串口的參數(shù)設(shè)置保持一致，串口測量程序才能正確接收溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(2)溫度報警程序

首先通過溫度數(shù)據(jù)通過十進(jìn)制數(shù)字字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)將字符串中數(shù)字字符轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制整數(shù)，然后與超溫報警所要求的機(jī)車軸位溫度90℃進(jìn)行比較，大于90℃就會聲光報警。將轉(zhuǎn)換完的值與前一次測量的溫度值作比較，大于溫升報警值12.7℃即進(jìn)行聲光報警。

(3)數(shù)據(jù)顯示與處理部分

圖5所示為數(shù)據(jù)顯示與處理部分程序段，數(shù)據(jù)顯示部分包括顯示數(shù)值、控件數(shù)值及溫度實時變化曲線，數(shù)據(jù)處理部分主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)表格的創(chuàng)建與存儲功能，便于進(jìn)行軸溫數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與分析。

圖5　數(shù)據(jù)顯示與處理子程序

3系統(tǒng)測試結(jié)果

在實驗室環(huán)境中模擬真實列車運行過程中的軸溫監(jiān)測情況來進(jìn)行系統(tǒng)測試，通過上位機(jī)軟件觀察列車某一軸位6個軸號連續(xù)6個小時的系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并保存到Excel文件中。選定測試日期2015年8月21日，設(shè)定軸承的軸位為1，軸號為1、2、3、4、5、6，表1所示為系統(tǒng)測試的部分溫度數(shù)據(jù)記錄信息表。

表1表明，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)符合誤差要求。測試過程未見異常情況發(fā)生，監(jiān)測結(jié)果直接通過LabVIEW上位機(jī)前面板即可讀取，能夠?qū)崟r監(jiān)測軸溫信息與超溫、溫升報警信息，同時自動生成Excel數(shù)據(jù)記錄表格，便于數(shù)據(jù)篩選、保存與分析。

表1　系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)表

4結(jié)論

本文以單總線數(shù)字式機(jī)車軸溫監(jiān)測報警系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。通過上位機(jī)系統(tǒng)對機(jī)車軸溫進(jìn)行實時監(jiān)測報警，具有開發(fā)簡單、操作界面直觀、數(shù)據(jù)處理、存儲與分析高效便捷等優(yōu)點，有效地保證了機(jī)車軸溫的車載與地面的雙重監(jiān)測任務(wù)，對于及時發(fā)現(xiàn)隱患事故、確保列車安全運行具有重要意義。

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中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.030

(收稿日期：2016-01-29)

作者簡介：

馮笑(1987-)，男，碩士研究生，助教，主要研究方向：電子信息工程技術(shù)。

Design of locomotive bearing temperature detection system based on LabVIEW

Feng Xiao, Li Xi′an

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052, China)

Abstract:In order to avoid the train operation accident caused by hidden trouble of locomotive bearing temperature, the locomotive bearing temperature detection system is designed based on LabVIEW in this paper. The system can achieve locomotive bearing temperature real-time detection and alarm, and complete both the on-board and ground system detecting task. The system verified by the test is reliable and practical, and has an intuitive interface , the efficient data storage and analysis function,etc.

Key words:locomotive bearing temperature; LabVIEW; one-wire; real-time detection