高速列车双冗余实时温度监控系统应用分析

白杨

摘 要：随着动车组运营速度的提高，传统实时温度监测系统在数据采集可靠性、数据传输速率、数据存储容量、数据下载方式、数据分析智能化、参与控车多样化等方面，已无法满足列车实际运行需要，通过双冗余实时温度监测系统设计，更好的监控动车组走行部重点部位状态，保障动车组运行安全。本文简单介绍了双冗余实时温度监测系统的设计理念、控制方法及检修方式。

关键词：高速动车组;双冗余;实时温度监控系统;温度监测

1引言

随着高速铁路飞速发展，我国高铁商业运营速度已达350km/h，试验速度已高达486 km/h。列车的高速化运营，对走行部件的安全要求日益严格，尤其是轴箱、齿轮箱、电机等关键部件温度情况。早期动车组整车在轴端轴承、齿轮箱、牵引电机3个核心重要部件上采用熔断式温度监控，为了更好保证动车组运行安全，研究人员设计出单路实时温度监控系统 [1]。随着科技发展日新月异，研究人员设计出双冗余实时温度监控系统，对动车组走行部件进行更加全面的监控，以满足我国最先进动车组在温度数据采集可靠性、传输速率、存储容量、下载方式、分析智能化、参与控车多样化等方面的更高要求。

2实时温度监控系统基本原理

通过在每个核心部件上安装传感器，实时温度监控系统采集温度信号，经过温度检测单元记录、分析和处理后，将处理后的数据传送到列车网络，实时在监控屏上显示各监控部件的温度。温度检测单元通过设定温度升高、预警、报警值，将温度监控融入到列车控制系统，监控温度部件一旦发生超过预判（温度升高）、预警、报警值的现象，监控屏幕自动弹出故障信息，同时车辆根据列车设定的安全保护逻辑，执行相应的保护动作[2]。

3双冗余实时温度监控系统设计及列车控制

为满足高速动车组对温度数据采集可靠性、传输速率、存储容量、下载方式、分析智能化、参与控车多样化等方面的要求，设计双冗余实时温度监控系统，以保证动车组安全运行。

3.1双冗余温度监控系统设计理念

双冗余实时温度监控系统温度传感器采用双通道冗余设计，轴温主机采用双机冗余设计，对同一位置采用两个PT100芯片，实时采集温度，送给两个主机（冗余）处理，经过网络传输在监控屏进行温度显示，同时轴温主机根据实时采集的温度数据，与预先设定数据进行比较，一旦超出预先设定数据，上报列车网络，列车根据网络预先设定的控制逻辑，执行相应的列车运行防护措施 [3]。

3.2双冗余温度监控系统组成

双冗余实时温度监控系统由传感器、温度检测单元以及连接线组成。

1）双冗余温度传感器

通过在动车组转向架重点监控部位安装双冗余PT100型温度传感器，实时监控采集温度变化情况。全列每个轴端安装1个双冗余实时温度传感器，用来监控车轮轴承温度;动车每个齿轮箱安装4个双冗余温度传感器，用来监控齿轮箱各重点轴承部位温度;动车每个牵引电机安装3个双冗余实时温度传感器，用来监控牵引电机定子温度和牵引电机轴承温度。

2）双冗余温度检测单元

温度检测单元由CPU板、MVB板、通信板、采集板及电源板组成，采用机箱和插件方式组装，每节车辆设置两台主机[3]。在导向安全，冗余设计理念的背景下，双冗余温度检测单元具备采集、通信、记录及储存、轴温告警输出、实时以太网传输等功能。在毫秒级的数据采集速度、大数据连续存储容量、数据集中下载、程序集中更新、数据智能化分析等方面，双冗余温度检测单元是传统温度监测系统无法比拟的。

3.3双冗余温度监控系统参与的列车控制

通过每车设置2台互为冗余实时轴温检测装置，列车中央控制单元根据与2台轴温主机的通信工况，对轴温冗余控制。2台轴温主机通信正常，两路传感器状态正常时，导向安全原则，采信两台主机传感器温度高的数值为准，1台主机报传感器故障时，中央控制单元采信另一主机对应传感器温度值，2台主机报传感器故障时，则温度信息无效;1台轴温主机通信正常，仅采信正常主机传感器温度;2台轴温主机通信异常时，传感器状态和温度数据无效。

列车中央控制单元根据采信的温度信息，设定温度报警阈值，设置报警优先级：报警>预警>温度升高，当走行关键部件温度超出设置值时，列车中央控制单元通过监控屏提示司乘人员相关信息，同时执行限速保护逻辑，对列车运行速度进行限制。

4双冗余实时温度监控系统检修

隨着高速动车组使用、运行环境的影响，系统各部件易发生各种问题，结合运用检修经验，一般分为被检测部件异常和实时温度监控系统异常。

4.1被检测部件异常

通过实时温度监控系统，可以判断列车走行部件状态是否异常，若出现异常情况动车组系统会自动报警，司乘人员采取减速运行或者停车处理，同时列车也会执行自动限速管理。在实际运行中，监控部位出现温度过高报警，且故障经排查非误报，多数报警部件异常，更换即可[1]。

4.2实时温度监控系统异常

1）温度传感器异常

在动车组高速运行的过程中，受线路复杂外部环境影响，传感器容易受到异物击打（鸟类、碎石、冬季冰块等），检测性能遭到损害，监测数据将会失效，一般多数以“——”、“-50℃”表征，通过检查温度传感器外观是否良好、线缆有无破损、连接器是否松动及接触良好、传感器绝缘及阻值是否正常进行排查。

2）线路连接异常

在动车组的长期实际运行中，因线路安装比较牢固，且日常维护无需拆装，线路传输单元故障概率非常小，断裂或者损坏的情况少之又少，仅出现因车辆长期运行振动，某一连接器偶发轻微松动，导致接触不良现象。可以说，线路传输安全可靠系数很高，异常点排查也相对容易，通过检测线路的电压、电流及电阻值便可。

3）温度检测单元异常

一般来说，温度检测单元异常，车辆温度监控系统某部分功能会失效，结合该故障表征现象，通过温度检测单元各板卡指示灯灯显情况，便可以判断故障种类。

5结束语

双冗余实时温度监控系统的设计，体现了高速动车组技术在高科技及高工艺领域的巨大进步，其在数据采集的可靠性，数据存储的大容量性，数据下载的集中化，数据分析的智能化，参与列车控制的简单及多样化等方面，都更胜一筹。目前，在中国最先进的动车组上，增加此重要核心部件的检测手段，动车组安全运行系数又向上迈了一个台阶，相信未来双冗余实时温度监控系统能够大范围、多领域应用。

参考文献：

[1]张长青，宋增明，宋峰.CRH380A型动车组实时温度监控系统应用简介[J].内蒙古科技与经济，2018（09）：67-68

[2] 南车株洲电力机车研究所有限公司.动车组轴温度实时检测系统使用维护说明书[Z].2014

[3] 中车株洲电力机车研究所有限公司.中国标准动车组轴温实时检测系统用户手册