THDS-A 熱靶電壓突變導(dǎo)致誤報及漏報熱軸的探析

王顯紅，姚 波

（中國鐵路成都局集團有限公司重慶西車輛段，重慶 401335）

0 引言

車輛軸溫智能探測系統(tǒng)（THDS）設(shè)備安裝在200 km/h 及以下電氣化鐵道線路上，每30 km 左右安裝1 套，對鐵道線路上運行的客、貨車車輛軸承溫度進行自動探測、預(yù)警，是及時發(fā)現(xiàn)車輛軸承故障、攔停列車的重要手段，是防止客、貨列車發(fā)生熱軸、切軸的重要監(jiān)控設(shè)備。THDS-A 設(shè)備是THDS 設(shè)備的一種。

THDS-A 設(shè)備工作時，須將鐵道線上運行的客、貨車輛的軸承、設(shè)備自身的各種溫度轉(zhuǎn)換為機器能識別的電信號，再結(jié)合車輛熱軸預(yù)報模型，才能對超標(biāo)的車輛軸承溫度進行報警。

重慶西車輛段管內(nèi)共有87 臺THDS-A 設(shè)備。近期，因THDS-A 設(shè)備熱靶電壓在接車過程中突變，誤報了幾起車輛軸承熱軸。THDS-A 設(shè)備一旦誤報熱軸，就會誤攔停列車，打亂鐵路正常運輸秩序，漏報熱軸可能引起熱切軸，甚至車輛顛覆。

分析THDS-A 設(shè)備誤報、漏報熱軸的原因，并制定相應(yīng)的解決措施，對保障鐵路正常運輸秩序具有十分重要的意義。

1 熱靶及其電壓的作用

1.1 熱靶的作用

熱靶電壓就是熱靶溫度通過熱靶配置的溫度傳感器（PT100鉑電阻）、處理電路等轉(zhuǎn)換后的電信號。

熱靶為THDS-A 設(shè)備預(yù)報鐵道車輛軸承熱軸提供標(biāo)準(zhǔn)熱源，熱靶電壓為THDS-A 設(shè)備提供溫度、電壓轉(zhuǎn)換對應(yīng)關(guān)系，是設(shè)備預(yù)報鐵道車輛熱軸的基礎(chǔ)。

THDS-A 設(shè)備的熱靶標(biāo)定、系統(tǒng)標(biāo)定、黑體標(biāo)定以及設(shè)備接車時，都會使用到熱靶電壓。

1.2 熱靶標(biāo)定的作用

新安裝（含定期檢修后）的THDS-A 設(shè)備，使用前均要進行熱靶標(biāo)定。熱靶標(biāo)定時，THDS-A 設(shè)備將其探頭采集的熱靶輻射熱轉(zhuǎn)換成電壓，并與熱靶溫度形成熱靶曲線（THDS-A 設(shè)備探頭輸出電壓與熱靶溫度對應(yīng)關(guān)系）進行保存，為THDS-A 設(shè)備接車計算軸承溫度提供計算模型。熱靶曲線直觀反映THDS-A 設(shè)備探頭輸出電壓對應(yīng)的車輛軸承溫度（圖1）。

圖1 熱靶曲線

1.3 熱靶曲線的作用

THDS-A 設(shè)備接車時，軟件會根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的環(huán)境溫度選定熱靶標(biāo)定時保存的相似、相近的熱靶曲線，然后根據(jù)THDS-A設(shè)備探頭輸出電壓值與熱靶曲線比對出車輛軸承溫度，再結(jié)合設(shè)定的鐵路車輛熱軸判模型預(yù)報熱軸。

1.4 熱靶電壓突變對THDS-A 設(shè)備測量車輛軸承溫度的影響

熱靶標(biāo)定時，熱靶電壓突變會使THDS-A設(shè)備形成不了正確的熱靶曲線，熱靶曲線錯誤后就比對不出正確的車輛軸承溫度，甚至誤報、漏報鐵路車輛軸承熱軸。

接車過程中，熱靶電壓突變會影響THDS-A 設(shè)備探頭輸出電壓的正常轉(zhuǎn)換，探頭輸出電壓轉(zhuǎn)換錯誤后，通過熱靶曲線比對出的軸承溫度必然錯誤，導(dǎo)致誤報車輛軸承溫度，甚至誤報、漏報鐵路車輛軸承熱軸。

2 熱靶電壓突變引起誤報熱軸案例

滬—蓉線合川站下行、達—萬線分水寺站下行THDS-A 設(shè)備分別在2021 年1 月11 日10：35（25715 次列車）、2021 年2 月5 日6：38（35003 次列車）接車過程中均因熱靶電壓突變引起了誤報鐵路車輛軸承熱軸的情況。

分水寺站下行THDS-A 設(shè)備2 月5 日6：38 接35003次列車熱軸軸位的外左熱靶電壓與外左探頭電壓波形發(fā)生突變（圖2）。正常情況下，熱靶在接車過程中不會加溫，熱靶電壓不會突變，電壓波形平直，探頭輸出電壓不會陡升。

圖2 熱靶、探頭輸出電壓突變

3 熱靶溫度轉(zhuǎn)換為電信號的原理

3.1 熱靶結(jié)構(gòu)

熱靶主要由加熱膜、PT100 鉑電阻等組成（圖3）。

圖3 熱靶加熱膜、PT100 鉑電阻封裝

3.2 熱靶溫度轉(zhuǎn)換為電信號的流程

熱靶溫度需通過PT100 鉑電阻、處理電路等將其轉(zhuǎn)換為電信號后才能被機器識別。熱靶溫度轉(zhuǎn)換為機器識別電信號的流程見圖4。

圖4 熱靶溫度轉(zhuǎn)換為電信號的流程

3.3 靶溫電信號的處理

溫度信號調(diào)理板將軌邊PT100 鉑電阻輸出的電信號進行系列處理，輸出對應(yīng)的模擬信號，然后輸入工控機的AD 板，處理過程見圖5。

圖5 靶溫電信號處理過程

3.4 模擬信號處理

溫度信號調(diào)理板處理后的PT100 鉑電阻模擬信號經(jīng)AD 板的模擬電子開關(guān)處理，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號傳輸給工控機ISA 總線，供THDS-A 設(shè)備用戶軟件使用（圖6）。

圖6 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號過程

3.5 熱靶曲線的技術(shù)指標(biāo)

熱靶標(biāo)定時，THDS-A 設(shè)備探頭共采集熱靶加熱過程中16個不同溫度點的輸出電壓，并形成熱靶曲線。正常的熱靶曲線光滑、無突變，且第14 點值須符合要求：內(nèi)探第14 點（板溫+70 ℃）輸出信號幅值在2000～6000 mV 范圍內(nèi)，外探第14 點（盤溫+70 ℃）輸出信號幅值在1000～3000 mV 范圍內(nèi)。

法藏的漢文敦煌文獻從P.2001號編到P.6040號，去掉中間的空號，加上夾雜在藏文中的漢文遺書，總數(shù)將近4000號。

4 熱靶電壓突變原因分析

4.1 硬件缺陷、故障

從熱靶的結(jié)構(gòu)、信號處理過程分析熱靶電壓突變原因包括：熱靶內(nèi)部的加熱膜、PT100 鉑電阻及其連接電纜出現(xiàn)開路或短路，與熱靶溫度有關(guān)的連接線松動；為熱靶提供工作電壓的電源箱功率電源板+30 V 電壓異常；工控機AD 板轉(zhuǎn)換熱靶PT100鉑電阻輸出信號時出錯等。

4.2 信號控制異常

工控機IO 板異常造成工控機用戶軟件不能正常下發(fā)指令信號，使熱靶處于不可控工作狀態(tài)，導(dǎo)致熱靶溫度異常，從而引起熱靶電壓突變。

4.3 電信號互相干擾

因PT100 鉑電阻輸出信號及THDS-A 設(shè)備探頭軸溫輸出信號在數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換前共用模擬電信號處理模塊，且PT100鉑電阻最大輸出電壓為10 V，探頭信號輸出電壓0～3 V。接車過程中，當(dāng)THDS-A 設(shè)備PT100 鉑電阻輸出電信號波動較大時，其輸出電信號在傳輸、處理過程中就會影響各路探頭軸溫信號的正常傳輸、濾波、放大，造成軸溫信號突變，軸溫信號突變后通過熱靶曲線比對出的溫度就會失真，從而誤報、漏報熱軸。

5 改進措施

5.1 改進模擬信號處理電路

改進THDS-A 設(shè)備的模擬信號處理電路，將PT100 鉑電阻輸出信號與探頭電信號處理模塊分離，防止高、低模擬電信號互相干擾。

5.2 測試加熱膜電阻及PT100 鉑電阻阻值

熱靶加熱膜電阻正常值為25±2 Ω，如果阻值異常，須更換熱靶；熱靶PT100 鉑電阻正常阻值在0 ℃時為100 Ω（表1），如果阻值異常，須更換PT100 鉑電阻。

表1 PT100 鉑電阻溫度與阻值對照表

5.3 檢查各電信號處理電路工作狀態(tài)

如果加熱膜、PT100 鉑電阻阻值均正常，再逐步檢查檢測電源箱功率電源板+30 V，溫度信號調(diào)理板、AD 板、IO 板是否工作正常，如不正常進行更換。

5.4 改進熱靶熱加工工藝

6 改進效果

2021 年2 月9 日，重慶西車輛段的設(shè)備維護人員更換了分水寺站下行THDS-A 設(shè)備的熱靶、溫度信號調(diào)理板等配件，2 月19日，更換了合川站上行THDS-A 設(shè)備的熱靶；4 月初THDS-A 設(shè)備生產(chǎn)廠家已采用新的熱靶加工工藝對熱靶進行了翻新。

截至2021 年10 月20 日，重慶西車輛段轄區(qū)87 臺THDSA 設(shè)備未再發(fā)生因熱靶電壓突變誤報熱軸。