高速列車雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

白楊

摘 要：隨著動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)速度的提高，傳統(tǒng)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集可靠性、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)下載方式、數(shù)據(jù)分析智能化、參與控車多樣化等方面，已無(wú)法滿足列車實(shí)際運(yùn)行需要，通過(guò)雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，更好的監(jiān)控動(dòng)車組走行部重點(diǎn)部位狀態(tài)，保障動(dòng)車組運(yùn)行安全。本文簡(jiǎn)單介紹了雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、控制方法及檢修方式。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組;雙冗余;實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng);溫度監(jiān)測(cè)

1引言

隨著高速鐵路飛速發(fā)展，我國(guó)高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度已達(dá)350km/h，試驗(yàn)速度已高達(dá)486 km/h。列車的高速化運(yùn)營(yíng)，對(duì)走行部件的安全要求日益嚴(yán)格，尤其是軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件溫度情況。早期動(dòng)車組整車在軸端軸承、齒輪箱、牽引電機(jī)3個(gè)核心重要部件上采用熔斷式溫度監(jiān)控，為了更好保證動(dòng)車組運(yùn)行安全，研究人員設(shè)計(jì)出單路實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng) [1]。隨著科技發(fā)展日新月異，研究人員設(shè)計(jì)出雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)車組走行部件進(jìn)行更加全面的監(jiān)控，以滿足我國(guó)最先進(jìn)動(dòng)車組在溫度數(shù)據(jù)采集可靠性、傳輸速率、存儲(chǔ)容量、下載方式、分析智能化、參與控車多樣化等方面的更高要求。

2實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)基本原理

通過(guò)在每個(gè)核心部件上安裝傳感器，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)單元記錄、分析和處理后，將處理后的數(shù)據(jù)傳送到列車網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)在監(jiān)控屏上顯示各監(jiān)控部件的溫度。溫度檢測(cè)單元通過(guò)設(shè)定溫度升高、預(yù)警、報(bào)警值，將溫度監(jiān)控融入到列車控制系統(tǒng)，監(jiān)控溫度部件一旦發(fā)生超過(guò)預(yù)判（溫度升高）、預(yù)警、報(bào)警值的現(xiàn)象，監(jiān)控屏幕自動(dòng)彈出故障信息，同時(shí)車輛根據(jù)列車設(shè)定的安全保護(hù)邏輯，執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作[2]。

3雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及列車控制

為滿足高速動(dòng)車組對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集可靠性、傳輸速率、存儲(chǔ)容量、下載方式、分析智能化、參與控車多樣化等方面的要求，設(shè)計(jì)雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以保證動(dòng)車組安全運(yùn)行。

3.1雙冗余溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)溫度傳感器采用雙通道冗余設(shè)計(jì)，軸溫主機(jī)采用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)，對(duì)同一位置采用兩個(gè)PT100芯片，實(shí)時(shí)采集溫度，送給兩個(gè)主機(jī)（冗余）處理，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸在監(jiān)控屏進(jìn)行溫度顯示，同時(shí)軸溫主機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù)，與預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，一旦超出預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)，上報(bào)列車網(wǎng)絡(luò)，列車根據(jù)網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)定的控制邏輯，執(zhí)行相應(yīng)的列車運(yùn)行防護(hù)措施 [3]。

3.2雙冗余溫度監(jiān)控系統(tǒng)組成

雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、溫度檢測(cè)單元以及連接線組成。

1）雙冗余溫度傳感器

通過(guò)在動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架重點(diǎn)監(jiān)控部位安裝雙冗余PT100型溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控采集溫度變化情況。全列每個(gè)軸端安裝1個(gè)雙冗余實(shí)時(shí)溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)控車輪軸承溫度;動(dòng)車每個(gè)齒輪箱安裝4個(gè)雙冗余溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)控齒輪箱各重點(diǎn)軸承部位溫度;動(dòng)車每個(gè)牽引電機(jī)安裝3個(gè)雙冗余實(shí)時(shí)溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)控牽引電機(jī)定子溫度和牽引電機(jī)軸承溫度。

2）雙冗余溫度檢測(cè)單元

溫度檢測(cè)單元由CPU板、MVB板、通信板、采集板及電源板組成，采用機(jī)箱和插件方式組裝，每節(jié)車輛設(shè)置兩臺(tái)主機(jī)[3]。在導(dǎo)向安全，冗余設(shè)計(jì)理念的背景下，雙冗余溫度檢測(cè)單元具備采集、通信、記錄及儲(chǔ)存、軸溫告警輸出、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)傳輸?shù)裙δ?。在毫秒?jí)的數(shù)據(jù)采集速度、大數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)集中下載、程序集中更新、數(shù)據(jù)智能化分析等方面，雙冗余溫度檢測(cè)單元是傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法比擬的。

3.3雙冗余溫度監(jiān)控系統(tǒng)參與的列車控制

通過(guò)每車設(shè)置2臺(tái)互為冗余實(shí)時(shí)軸溫檢測(cè)裝置，列車中央控制單元根據(jù)與2臺(tái)軸溫主機(jī)的通信工況，對(duì)軸溫冗余控制。2臺(tái)軸溫主機(jī)通信正常，兩路傳感器狀態(tài)正常時(shí)，導(dǎo)向安全原則，采信兩臺(tái)主機(jī)傳感器溫度高的數(shù)值為準(zhǔn)，1臺(tái)主機(jī)報(bào)傳感器故障時(shí)，中央控制單元采信另一主機(jī)對(duì)應(yīng)傳感器溫度值，2臺(tái)主機(jī)報(bào)傳感器故障時(shí)，則溫度信息無(wú)效;1臺(tái)軸溫主機(jī)通信正常，僅采信正常主機(jī)傳感器溫度;2臺(tái)軸溫主機(jī)通信異常時(shí)，傳感器狀態(tài)和溫度數(shù)據(jù)無(wú)效。

列車中央控制單元根據(jù)采信的溫度信息，設(shè)定溫度報(bào)警閾值，設(shè)置報(bào)警優(yōu)先級(jí)：報(bào)警>預(yù)警>溫度升高，當(dāng)走行關(guān)鍵部件溫度超出設(shè)置值時(shí)，列車中央控制單元通過(guò)監(jiān)控屏提示司乘人員相關(guān)信息，同時(shí)執(zhí)行限速保護(hù)邏輯，對(duì)列車運(yùn)行速度進(jìn)行限制。

4雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)檢修

隨著高速動(dòng)車組使用、運(yùn)行環(huán)境的影響，系統(tǒng)各部件易發(fā)生各種問(wèn)題，結(jié)合運(yùn)用檢修經(jīng)驗(yàn)，一般分為被檢測(cè)部件異常和實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)異常。

4.1被檢測(cè)部件異常

通過(guò)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可以判斷列車走行部件狀態(tài)是否異常，若出現(xiàn)異常情況動(dòng)車組系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，司乘人員采取減速運(yùn)行或者停車處理，同時(shí)列車也會(huì)執(zhí)行自動(dòng)限速管理。在實(shí)際運(yùn)行中，監(jiān)控部位出現(xiàn)溫度過(guò)高報(bào)警，且故障經(jīng)排查非誤報(bào)，多數(shù)報(bào)警部件異常，更換即可[1]。

4.2實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)異常

1）溫度傳感器異常

在動(dòng)車組高速運(yùn)行的過(guò)程中，受線路復(fù)雜外部環(huán)境影響，傳感器容易受到異物擊打（鳥(niǎo)類、碎石、冬季冰塊等），檢測(cè)性能遭到損害，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)失效，一般多數(shù)以“——”、“-50℃”表征，通過(guò)檢查溫度傳感器外觀是否良好、線纜有無(wú)破損、連接器是否松動(dòng)及接觸良好、傳感器絕緣及阻值是否正常進(jìn)行排查。

2）線路連接異常

在動(dòng)車組的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行中，因線路安裝比較牢固，且日常維護(hù)無(wú)需拆裝，線路傳輸單元故障概率非常小，斷裂或者損壞的情況少之又少，僅出現(xiàn)因車輛長(zhǎng)期運(yùn)行振動(dòng)，某一連接器偶發(fā)輕微松動(dòng)，導(dǎo)致接觸不良現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，線路傳輸安全可靠系數(shù)很高，異常點(diǎn)排查也相對(duì)容易，通過(guò)檢測(cè)線路的電壓、電流及電阻值便可。

3）溫度檢測(cè)單元異常

一般來(lái)說(shuō)，溫度檢測(cè)單元異常，車輛溫度監(jiān)控系統(tǒng)某部分功能會(huì)失效，結(jié)合該故障表征現(xiàn)象，通過(guò)溫度檢測(cè)單元各板卡指示燈燈顯情況，便可以判斷故障種類。

5結(jié)束語(yǔ)

雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了高速動(dòng)車組技術(shù)在高科技及高工藝領(lǐng)域的巨大進(jìn)步，其在數(shù)據(jù)采集的可靠性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大容量性，數(shù)據(jù)下載的集中化，數(shù)據(jù)分析的智能化，參與列車控制的簡(jiǎn)單及多樣化等方面，都更勝一籌。目前，在中國(guó)最先進(jìn)的動(dòng)車組上，增加此重要核心部件的檢測(cè)手段，動(dòng)車組安全運(yùn)行系數(shù)又向上邁了一個(gè)臺(tái)階，相信未來(lái)雙冗余實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠大范圍、多領(lǐng)域應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張長(zhǎng)青，宋增明，宋峰.CRH380A型動(dòng)車組實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)介[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2018（09）：67-68

[2] 南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司.動(dòng)車組軸溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)[Z].2014

[3] 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)用戶手冊(cè)