CN105083301B - 一种轨道车辆风路工况监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种轨道车辆风路工况监控系统，包括：1个风路工况监控系统主机、n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器；n为正整数；变送器上设置有环境温度传感器；轴温传感器设置于风机上；风速传感器用于测量通风支路内的风速信息；环境温度传感器用于测量风机所处的环境温度；轴温传感器用于测量风机的轴承温度；变送器将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度传输至风路工况监控系统主机；风路工况监控系统主机对接收到的风速信息、环境温度和轴承温度以及从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统，实现对风路工况的全面监控。

Description

一种轨道车辆风路工况监控系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道车辆风路工况监控系统。

背景技术

良好的通风系统是轨道车辆得以健康运行的保障。一旦通风系统出现故障，轨道车辆就不能再持续运行，强行持续运行将导致严重的后果：变压器、牵引电机等大型关键设备有很大概率发生高温烧毁的危险。因此，需要对通风系统的健康状态进行实时监控，及时发现通风系统的故障信息。从而保证整个轨道车辆的健康运行。

通风系统由过滤网、通风管道、通风电机、被散热目标四部分组成，整个轨道车辆一般由三大类通风系统组成，分别为：牵引通风系统、主变压器通风系统和制动通风系统。牵引通风系统一般采用离心式通风电机，主变压器通风系统和制动通风系统一般采用轴流式通风电机。

当前的通风系统的监控主要是通过在通风管路适当位置安装风压继电器来进行监控。在车辆启动的时候，将风机转速调到最高，若风压继电器能够正常切换状态，则认为系统正常，否则将判定为故障。这种方式是一种简单的阈值方式进行判定，不够量化，也较难提早预判问题。本发明中所描述的方法，能够给出风机不同工况下对应的风速信息，根据与经验数据的对比，及早发现问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种轨道车辆风路工况监控系统，以解决现有的通风监控系统不能全面地对整个风路工况进行监控的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种轨道车辆风路工况监控系统，包括：

1个风路工况监控系统主机、n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器；n为正整数；

所述变送器上设置有环境温度传感器；所述轴温传感器设置于风机上；

所述风速传感器用于测量通风支路内的风速信息；

所述环境温度传感器用于测量所述风机所处的环境温度；

所述轴温传感器用于测量所述风机的轴承温度；

所述变送器将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至所述风路工况监控系统主机；

所述风路工况监控系统主机对接收到的滤波处理后的风速信息、环境温度和轴承温度以及从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统。

优选地，在一个所述通风支路中设置有1个变送器、1个风速传感器和1个轴温传感器。

优选地，设置于同一个通风支路中的风速传感器测量风速、方向和强度信号。

优选地，所述变送器上设置有4芯M12连接器接口，用于连接所述轴温传感器。

优选地，所述变送器按照预设间隔时间读取所述风速传感器测量的风速信息、所述环境温度传感器测量的环境温度和所述轴温传感器测量的轴承温度。

优选地，所述变送器通过RS485总线将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至所述风路工况监控系统主机。

优选地，所述风路工况监控系统主机记录测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度得到通风支路历史数据。

优选地，所述风路工况监控系统主机通过以太网口或者RS485总线从轨道车辆控制系统获取所述风机的电压、频率和目标温度，将所述风机的电压、频率和目标温度与所述通风支路历史数据进行比较，判断所述通风支路是否工作正常，并将判断结果通过以太网口或者RS485总线传输至轨道车辆控制系统。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的轨道车辆风路工况监控系统设置有1个风路工况监控系统主机，并根据监控的通风支路的数量，设置有n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器，其中n为通风支路的数量，n为正整数。

风速传感器用于测量通风支路内的风速信息。变送器上设置有环境温度传感器，用于测量通风支路的风机所处的环境温度。轴温传感器设置于通风支路的风机上，用于测量风机的轴承温度。测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度等经过滤波处理后，通过变送器传输至风路工况监控系统主机，并由风路工况监控系统主机结合从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行数据处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统，实现对风路工况的全面监控。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的一种轨道车辆风路工况监控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种轨道车辆风路工况监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供了一种轨道车辆风路工况监控系统。

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种轨道车辆风路工况监控系统的结构示意图。

所述系统可以包括：1个风路工况监控系统主机100、n个变送器102、n个风速传感器104和n个轴温传感器106，n为正整数。其中，变送器102、风速传感器104和轴温传感器106的具体数量与所述系统监控的通风支路相关。在一个通风支路内，包含1个变送器102、1个风速传感器104和1个轴温传感器106。一套轨道车辆风路工况监控系统可以同时监控多个通风支路的健康状况。

变送器102上设置有环境温度传感器1021；轴温传感器106设置于通风支路的风机上。

风速传感器104用于测量通风支路内的风速信息。

环境温度传感器1021用于测量所述风机所处的环境温度。

轴温传感器106用于测量所述风机的轴承温度。

变送器102将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至风路工况监控系统主机100。

风路工况监控系统主机100对接收到的滤波处理后的风速信息、环境温度和轴承温度以及从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统。

风路工况监控系统主机100通过变送器102、风速传感器104和轴温传感器106采集到的通风支路的风速信息、环境温度和轴承温度，经过运算处理和判定后，把通风支路的健康状态发送给轨道车辆控制系统。轨道车辆控制系统根据通风支路的健康状态和电机的状态可以准确检测轨道车辆的通风系统各个子部件的健康状态，从而达到保证轨道车辆健康运行的目的。

综上所述，本发明实施例提供的轨道车辆风路工况监控系统设置有1个风路工况监控系统主机，并根据监控的通风支路的数量，设置有n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器，其中n为通风支路的数量，n为正整数。

风速传感器用于测量通风支路内的风速信息。变送器上设置有环境温度传感器，用于测量通风支路的风机所处的环境温度。轴温传感器设置于通风支路的风机上，用于测量风机的轴承温度。测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度等经过滤波处理后，通过变送器传输至风路工况监控系统主机，并由风路工况监控系统主机结合从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行数据处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统，实现对风路工况的全面监控。

实施例2

本实施例提供了一种轨道车辆风路工况监控系统。

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种轨道车辆风路工况监控系统的结构示意图。

所述系统可以包括：1个风路工况监控系统主机、n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器，n为正整数。其中，变送器、风速传感器和轴温传感器的具体数量与所述系统监控的通风支路相关。在一个通风支路内，包含1个变送器、1个风速传感器和1个轴温传感器。一套轨道车辆风路工况监控系统可以同时监控多个通风支路的健康状况。

变送器上设置有环境温度传感器；轴温传感器设置于通风支路的风机上。

优选地，变送器上设置有4芯M12连接器接口，用于连接PT100轴温传感器。变送器内部还设置有PT100轴温传感器温度处理电路。

变送器的特性为：

a)低功耗，工作功率小于1w

b)通讯稳定可靠，通讯最大距离达800m(9600波特率)

c)具有自检功能，运行状态LED指示功能

d)体积小巧，便于安装和维护

风速传感器用于测量通风支路内的风速信息。

优选地，设置于通风支路中的风速传感器测量风速、方向和强度信号。

本发明实施例中的风速传感器可以采用超声波风速传感器。超声波风速传感器的基本工作原理为：

声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。由于超声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；但是超声波风速传感器检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对超声波速度产生的影响可以忽略不计。

由于超声波风速传感器没有机械转动部件，不存在机械磨损、阻塞、冰冻等问题，同时也没有“机械惯性”，可捕捉瞬时的风速变化。

超声波风速传感器的特性为：

a)尺寸小，风阻小

b)适合较恶劣的工作环境：

i.工作温度范围-40℃～+80℃

ii.防尘防水：IP65

c)测量范围广：0～60m/s

d)测量准确度高：±0.5m/s，分辨率0.1m/s

e)具备风向探测能力

f)安装方便，安装支架可以定制，重量仅320g

g)产品可维护性能高，一年维护一次即可

h)功耗：监测功耗小于1w

环境温度传感器用于测量所述风机所处的环境温度。

轴温传感器用于测量所述风机的轴承温度。

变送器将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至风路工况监控系统主机。

优选地，变送器可以按照预设间隔时间读取风速传感器测量的风速信息、环境温度传感器测量的环境温度和轴温传感器测量的轴承温度。其中，预设间隔时间可以为1秒，也可以为其他时间，具体可以根据实际情况而定。

优选地，变送器通过RS485总线将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至风路工况监控系统主机。

风路工况监控系统主机对接收到的风速信息、环境温度和轴承温度以及从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统。

优选地，风路工况监控系统主机记录测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度得到通风支路历史数据。

优选地，风路工况监控系统主机通过以太网口或者RS485总线从轨道车辆控制系统获取风机的电压、频率和目标温度，将风机的电压、频率和目标温度与通风支路历史数据进行比较，判断通风支路是否工作正常，并将判断结果通过以太网口或者RS485总线传输至轨道车辆控制系统。

风路工况监控系统主机的基本工作原理为：

连接变送器，把变送器上传输过来的风速信息、环境温度和轴承温度等数据进行处理，通过特有的算法，计算出当前通风支路内的准确风速和风机温度等。

通过以太网口，从轨道车辆控制系统获取当前风机的电压和频率信息、被散热器件的温度信息，然后把风速信息、环境温度、轴承温度、风机电压和频率信息以及历史学习到的数据进行比较，从而正确判定当前的通风支路是否工作正常。最后把判定结果通过以太网口通知轨道车辆控制系统。

风路工况监控系统主机的特性为：

a)实时监控所辖通风支路

b)内置专家数据库，对风机功耗、风道风速、散热目标温度综合分析

c)LED/LCD指示可选择功能(定制选择)

d)可连接多个监测风路

e)布线简单、体积小巧，安装、维护方便

风路工况监控系统主机通过变送器、风速传感器和轴温传感器采集到的通风支路的风速信息、环境温度和轴承温度，经过运算处理和判定后，把通风支路的健康状态发送给轨道车辆控制系统。轨道车辆控制系统根据通风支路的健康状态和电机的状态可以准确检测轨道车辆的通风系统各个子部件的健康状态，从而达到保证轨道车辆健康运行的目的。

综上所述，本发明实施例提供的轨道车辆风路工况监控系统设置有1个风路工况监控系统主机，并根据监控的通风支路的数量，设置有n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器，其中n为通风支路的数量，n为正整数。

风速传感器用于测量通风支路内的风速信息。变送器上设置有环境温度传感器，用于测量通风支路的风机所处的环境温度。轴温传感器设置于通风支路的风机上，用于测量风机的轴承温度。测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度等经过滤波处理后，通过变送器传输至风路工况监控系统主机，并由风路工况监控系统主机结合从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行数据处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统，实现对风路工况的全面监控。

由于通风支路是一个不规则形状，风机是一个变频风机，也就是说风源、风路都是非固定值，这样就会导致通风支路中紊流的发生，使得对通风支路中风速的准确测量成为一个难题。本发明实施例所采用的专家数据库以及变送器中集成的滤波算法，很好的解决了此问题。

早期在轨道车辆中为了监控风机的运行状况，在通风支路中安装风速开关继电器。为风速开关继电器设置一个阈值，当风力达到阈值时，认为风机工作正常，否则判断为风机异常。这种方法工作原理简单，但随着变频风机的引入，这种方法不再适合。本发明实施例需要根据风机的工作状况、散热体的温度、风道中的风力来综合判断风机是否正常工作，而不能采用简单阈值的方式来进行判断。

由于风速传感器较大，而且安装在通风支路内风机的正上方处，风速传感器和通风支路管壁采用风速传感器支架连接，受重力和轨道车辆长期振动的影响，存在风速传感器脱落掉进通风支路损坏风机的安全隐患。为了解决这个安全隐患，采用了防止风速传感器脱落的方案，在风速传感器和支架上增加防脱落链条，一旦风速传感器脱落，链条能把风速传感器拉住，而不至于造成风速传感器掉落到风机上而发生安全事故。同时，一旦风速传感器脱落，监控主机就会发出风速传感器脱落报警信息，司乘人员可以做出相应的应急处理，从而达到消除风速传感器脱落的安全隐患的目的。

需要说明的是，本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种轨道车辆风路工况监控系统，其特征在于，包括：

1个风路工况监控系统主机、n个变送器、n个风速传感器和n个轴温传感器；n为正整数；

所述变送器上设置有环境温度传感器；所述轴温传感器设置于风机上；

所述风速传感器用于测量通风支路内的风速信息；所述风速传感器为超声波风速传感器；

所述环境温度传感器用于测量所述风机所处的环境温度；

所述轴温传感器用于测量所述风机的轴承温度；

所述变送器将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至所述风路工况监控系统主机；

所述风路工况监控系统主机对接收到的滤波处理后的风速信息、环境温度和轴承温度以及从轨道车辆控制系统中获取的风机工况信息、轨道车辆运行信息进行处理，得到风路工况监控结果，并上报给轨道车辆控制系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在一个所述通风支路中设置有1个变送器、1个风速传感器和1个轴温传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，设置于同一个通风支路中的风速传感器测量风速、方向和强度信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变送器上设置有4芯M12连接器接口，用于连接所述轴温传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变送器按照预设间隔时间读取所述风速传感器测量的风速信息、所述环境温度传感器测量的环境温度和所述轴温传感器测量的轴承温度。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变送器通过RS485总线将测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度进行滤波处理后传输至所述风路工况监控系统主机。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风路工况监控系统主机记录测量得到的风速信息、环境温度和轴承温度得到通风支路历史数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述风路工况监控系统主机通过以太网口或者RS485总线从轨道车辆控制系统获取所述风机的电压、频率和目标温度，将所述风机的电压、频率和目标温度与所述通风支路历史数据进行比较，判断所述通风支路是否工作正常，并将判断结果通过以太网口或者RS485总线传输至轨道车辆控制系统。