基于LabVIEW的机车轴温监测系统设计

冯　笑，李西安

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)



基于LabVIEW的机车轴温监测系统设计

冯笑，李西安

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

摘要：为了避免因机车轴温隐患造成行车事故，设计了一种基于LabVIEW的机车轴温监测系统。本系统通过LabVIEW上位机对机车轴温进行实时监测报警，实现了车载与地面系统的双重监测任务。经过系统测试验证了该系统的可靠性和实用性，该系统具有操作界面直观、数据存储与分析高效等特点。

关键词：机车轴温；LabVIEW；单总线；实时监测

引用格式：冯笑，李西安. 基于LabVIEW的机车轴温监测系统设计[J].微型机与应用，2016,35(12)：93-95.

0引言

图1　机车轴温监测系统结构框图

机车车辆在运行过程中，由于轴承与车轴间相互摩擦而发热容易引起热轴、燃轴，甚至造成切轴的行车事故，严重影响了铁路交通运输的安全[1]。及时、可靠、准确地对机车轴温进行监测及报警，对确保列车安全运行具有重大意义。

传统的轴温检测装置采用红外线探测原理，利用车辆运行中发热轴箱发射红外线的强弱来早期发现热轴故障，减轻了过去使用人工手摸办法的劳动强度，增加了监测的准确度与可靠性。但是由于传感器的非线性校正和温度补偿因素，使得检测数据的离散性大、线性度差[2]。随着信息化技术不断发展，伴随着铁路列车提速，通过车载轴温监测系统，利用数字温度传感器对机车轴承温度信号实时监测，在PC上位机进行数据集中监测、分析及记录等，对于确保安全运行及轴温数据分析都显得尤为重要。然而，目前的监测软件多采用Visual Basic、Visual C++等语言环境开发，编程较为复杂且操作不便，同时大量数据通过IC卡转存，不利于进行数据的分析与记录。

LabVIEW作为一种图形化的编程语言，具有设计界面友好、灵活及便于操作等优点，在数据采集与分析、虚拟仪器、信号处理及仪器控制方面具有广泛应用[3-4]。本文在单总线机车轴温监测报警装置的基础上，设计开发了基于LabVIEW的机车轴温的上位机监测系统。

1机车轴温监测硬件系统

机车轴温监测系统主要包括车载监测系统和地面监测中心两部分，其中车载监测系统主要由温度传感器、单总线、单片机控制系统等组成[5]。车载轴温监测系统通过单总线的连接方式，在机车轴箱、电机、抱轴等部件挂接数字温度传感器DS18B20，然后由系统微处理器控制实现温度的实时采集、硬件报警、数据显示、存储及传输等功能[6-7]。图1所示为机车轴温监测系统结构框图。

图4　串口测量程序

2系统软件设计

系统软件设计包括下位机与上位机软件设计两部分。系统工作过程如下：单片机通过单总线网络控制DS18B20实现轴温实时采集、显示及报警，然后通过传输网络再由串口方式与PC通信，在上位机上管理监测数据。

图2　下位机软件设计总体流程图

2.1下位机软件设计

系统下位机软件设计采用模块化设计方法和C语言编程，结构化编程使得程序清晰易懂，便于进行系统功能的进一步扩展。系统下位机软件设计总体流程图如图2所示。其中温度采集子程序的工作流程采用巡回检测方法，完成对每个DS18B20传感器温度循环采集。温度采集主要步骤包括：初始化DS18B20；搜索DS18B20；匹配DS18B20；发送温度转换命令；读取温度值[8]。

2.2上位机软件设计

上位机采用LabVIEW图形化编程语言来设计程序，所编写的程序代码简单，而且前面板的操作界面美观，易于使用。本系统以7 路温度数据采集为例进行上位机软件设计，该软件程序主要包括串口测量程序、温度报警程序、数据显示与处理部分等。在LabVIEW 2013进行上位机程序设计的用户界面如图3所示。

图3　程序前面板

(1)串口测量程序

机车轴温数据通过串口发送至PC上，经过LabVIEW串口测量程序读取后实时显示在前面板中。图4所示的串口测量程序，主要包括VISA打开函数、VISA读取函数及关闭函数。VISA是一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口，包含于LabVIEW软件所具有的一套VISA库函数，用于支持串口通信。利用VISA配置串口属性用于初始化串口，设置VISA资源名称、波特率、数据位、奇偶校验位及停止位等。只有所配置串口的参数与计算机串口的参数设置保持一致，串口测量程序才能正确接收温度监测数据。

(2)温度报警程序

首先通过温度数据通过十进制数字字符串至数值转换函数将字符串中数字字符转化为十进制整数，然后与超温报警所要求的机车轴位温度90℃进行比较，大于90℃就会声光报警。将转换完的值与前一次测量的温度值作比较，大于温升报警值12.7℃即进行声光报警。

(3)数据显示与处理部分

图5所示为数据显示与处理部分程序段，数据显示部分包括显示数值、控件数值及温度实时变化曲线，数据处理部分主要负责数据表格的创建与存储功能，便于进行轴温数据实时监测与分析。

图5　数据显示与处理子程序

3系统测试结果

在实验室环境中模拟真实列车运行过程中的轴温监测情况来进行系统测试，通过上位机软件观察列车某一轴位6个轴号连续6个小时的系统监测数据，并保存到Excel文件中。选定测试日期2015年8月21日，设定轴承的轴位为1，轴号为1、2、3、4、5、6，表1所示为系统测试的部分温度数据记录信息表。

表1表明，系统测试数据符合误差要求。测试过程未见异常情况发生，监测结果直接通过LabVIEW上位机前面板即可读取，能够实时监测轴温信息与超温、温升报警信息，同时自动生成Excel数据记录表格，便于数据筛选、保存与分析。

表1　系统测试数据表

4结论

本文以单总线数字式机车轴温监测报警系统为基础，设计了基于LabVIEW的机车轴温监测系统。通过上位机系统对机车轴温进行实时监测报警，具有开发简单、操作界面直观、数据处理、存储与分析高效便捷等优点，有效地保证了机车轴温的车载与地面的双重监测任务，对于及时发现隐患事故、确保列车安全运行具有重要意义。

参考文献

[1] 欧平,李家武.基于单片机的机车轴温显示及报警装置[J].工业控制计算机,2010,23(6):108-109.

[2] 王铁流,张黎,李瞳. LabVIEW在红外轴温探测器自动测试中的应用[J]. 测控技术,2006，25(11): 25-27,31.

[3] 张桐,陈国顺,王正林.精通LabVIEW程序设计[M]. 北京：电子工业出版社,2008.

[4] 谢国善,熊鹏俊.基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究[J].舰船电子工程,2010，30(10):126-128.

[5] 董海棠,蒋兆远.机车轴温检测装置的设计[J].兰州交通大学学报(自然科学版),2005,24(1):37-39.

[6] 刘英华.智能温度监测及电话语音报警系统[J].电子技术应用,2009，35(8):89-92.

[7] 余祖俊,许西宁,史红梅.单总线数字式机车轴温监测报警装置[J].电子测量与仪器学报,2001,15(3):55-60.

[8] 肖志飞,张铁肩,孙秋桐.基于DS18B20的单总线温度巡检系统[J].信息化研究,2005,31(12):57-59.

中图分类号：TP277

文献标识码：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.030

(收稿日期：2016-01-29)

作者简介：

冯笑(1987-)，男，硕士研究生，助教，主要研究方向：电子信息工程技术。

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