CN107364467A - 一种基于轮对振动信号的故障监测装置及方法 - Google Patents

一种基于轮对振动信号的故障监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于轮对振动信号的故障监测装置及方法。该装置包括电源模块、现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元。方法为：现场数据采集单元检测列车到达传感器正上方时，启动振动数据采集模块，采集振动信号数据；远程传输单元将现场数据采集单元采集的信号数据通过RS485通讯线传送到PLC，PLC与工业交换机用网线相连，工业交换机采用光纤将数据传输到数据处理单元；数据处理单元对检测系统上传的现场数据进行存储和分析处理，实时显示处理后的结果，并提供预警、查询、存储和web发布功能。本发明具有方法简单、投入成本低、全天候在线监测的优点。

Description

一种基于轮对振动信号的故障监测装置及方法
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别是一种基于轮对振动信号的故障监测装置及方法。
背景技术
目前国内城市轨道交通检修部门多采用静态检测方法检测车辆轮对踏面，其中，一类是需要卸载定期检修车辆的轮对，由现场工人的测量或者对比踏面与参考平面之间的高度变化检测轮对踏面，对轮对擦伤情况进行定量分析。这种测量方法能够测得较高精度的轮对基本参数，但是由于该方法影响车辆运营时间的安排，并且过程繁琐，检修效率较低。另一类是需要检修人员在维修定检过程中通过眼看、锤敲、耳听等方法进行检查，这种方法受到人为原因、作业条件等因素影响，容易造成漏检漏修现象，同时增加工人的劳动强度。静态检测方法都需要拆卸轮对，增加了劳动量、占用车辆周转时间，这种方法的效率很难满足城市轨道交通的快速发展。
还有一种是车载检测方法，车载检测是指在车辆上安装车轮故障检测系统，需要在车辆的所有车轴上安装相应的检测装置，工程量大，造价较昂贵，且容易受到环境的影响。
发明内容
本发明目的在于提供一种简单快捷、投入成本低、全天候在线监测的基于轮对振动信号的故障监测装置及方法，实现对轮对与轨道的反复冲击造成的踏面机械性的损伤，包括擦伤、裂纹、磨耗等材料脱落的情况进行有效的监测。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于轮对振动信号的故障监测装置，包括电源模块、现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元：
所述电源模块，分别为现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元提供电能；
所述现场数据采集单元，包括车号识别装置、振动传感器、数据采集模块、车轮轴位传感器和PLC；所述振动传感器采集轮对振动信号并通过数据采集模块输出至数据处理单元；车号识别装置对车号进行识别，并将识别结果通过远程传输单元输入至数据处理单元；
所述远程传输单元，包括RS485通讯线、工业交换机和光纤熔接盒；
所述数据处理单元，包括服务器、DCC终端电脑和打印机，数据处理单元对系统上传的现场数据进行存储和分析处理，实时显示处理后的结果。
进一步地，所述现场数据采集单元中：
车号识别装置包括车号识别天线和车号识别主机，车号识别天线将采集到的信号传送到车号识别主机，用于识别列车车号信息；
所述的数据采集模块采用16通道振动采集仪，与振动传感器相连对振动信号完成采集；
所述的车轮轴位传感器数量为4个，中间的两个车轮轴位传感器分别和振动采集仪相连，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别，两端的车轮轴位传感器分别和PLC相连，发送振动采集仪的起始和结束信号。
进一步地，所述远程传输单元，将数据采集模块采集的数据和轴位传感器采集的信号通过RS485通讯线传送到PLC，PLC与工业交换机用网线相连，工业交换机采用光纤熔接盒的光纤口输出，将数据传输到数据处理单元。
进一步地，所述数据处理单元中，服务器负责对检测系统上传的现场数据进行存储和分析处理，并将检测结果存入数据库；DCC终端电脑实时显示处理后的结果，并提供预警、查询、存储、web发布的功能。
进一步地，所述振动传感器的数量为8个、车轮轴位传感器的数量为4个，其中4个振动传感器L1～L4和4个车轮轴位传感器G1～G4沿一侧轨道固定设置，另外4个振动传感器R1～R4固定设置于另一侧轨道；
沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道。
一种基于轮对振动信号的故障监测方法，沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道，具体步骤如下：
步骤1，车号识别装置识别列车到达的时刻，并判断经过的列车车号，将数据发送到数据处理单元；
步骤2，第一车轮轴位传感器G1检测列车到来，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送信号给振动采集仪，开始采集数据；
步骤3，振动采集仪与工业交换机相连，将采集的数据通过光纤传输到数据处理单元，完成对数据的处理、存储、显示和预警；
步骤4，第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3分别记录各车轮通过的起始和结束的时间，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别；
步骤5，第四车轮轴位传感器G4，检测到列车驶过，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送关闭采集系统信号，停止数据采集。
本发明与现有本发明和现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用非接触式测量方式，能够在列车运营过程中动态检测，实现车轮故障在线高精度测量；(2)具有方法简单快捷、投入成本低、全天候在线监测等优点。
附图说明
图1是本发明基于轮对振动信号的故障监测装置的系统流程图。
图2是本发明的设备物理界面图。
图3是本发明的数据处理子系统的结构框图。
图4是本发明的设备布置示意图。
具体实施方式
本发明基于轮对振动信号的故障监测装置，包括电源模块、现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元：
所述电源模块，分别为现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元提供电能；
所述现场数据采集单元，包括车号识别装置、振动传感器、数据采集模块、车轮轴位传感器和PLC；所述振动传感器采集轮对振动信号并通过数据采集模块输出至数据处理单元；车号识别装置对车号进行识别，并将识别结果通过远程传输单元输入至数据处理单元；
所述远程传输单元，包括RS485通讯线、工业交换机和光纤熔接盒；
所述数据处理单元，包括服务器、DCC终端电脑和打印机，数据处理单元对系统上传的现场数据进行存储和分析处理，实时显示处理后的结果。
进一步地，所述现场数据采集单元中：
车号识别装置包括车号识别天线和车号识别主机，车号识别天线将采集到的信号传送到车号识别主机，用于识别列车车号信息；
所述的数据采集模块采用16通道振动采集仪，与振动传感器相连对振动信号完成采集；
所述的车轮轴位传感器数量为4个，中间的两个车轮轴位传感器分别和振动采集仪相连，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别，两端的车轮轴位传感器分别和PLC相连，发送振动采集仪的起始和结束信号。
进一步地，所述远程传输单元，将数据采集模块采集的数据和轴位传感器采集的信号通过RS485通讯线传送到PLC，PLC与工业交换机用网线相连，工业交换机采用光纤熔接盒的光纤口输出，将数据传输到数据处理单元。
进一步地，所述数据处理单元中，服务器负责对检测系统上传的现场数据进行存储和分析处理，并将检测结果存入数据库；DCC终端电脑实时显示处理后的结果，并提供预警、查询、存储、web发布的功能。
进一步地，所述振动传感器的数量为8个、车轮轴位传感器的数量为4个，其中4个振动传感器L1～L4和4个车轮轴位传感器G1～G4沿一侧轨道固定设置，另外4个振动传感器R1～R4固定设置于另一侧轨道；
沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道。
本发明基于轮对振动信号的故障监测方法，沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道，具体步骤如下：
步骤1，车号识别装置识别列车到达的时刻，并判断经过的列车车号，将数据发送到数据处理单元；
步骤2，第一车轮轴位传感器G1检测列车到来，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送信号给振动采集仪，开始采集数据；
步骤3，振动采集仪与工业交换机相连，将采集的数据通过光纤传输到数据处理单元，完成对数据的处理、存储、显示和预警；
步骤4，第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3分别记录各车轮通过的起始和结束的时间，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别；
步骤5，第四车轮轴位传感器G4，检测到列车驶过，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送关闭采集系统信号，停止数据采集。
下面结合附图说明本发明的实施：
实施例1
本发明介绍了一种基于轮对振动信号故障监测装置及方法，包含现场数据采集单元、远程传输单元、数据处理单元。图1是本发明的系统流程图，图2是本发明的设备物理界面图。结合图1、图2对现场数据采集单元进行说明，现场数据采集单元包括振动加速度传感器，轴位传感器、车号识别装置、振动采集仪。L1，L2，L3，L4为安装在轨道左侧的四个振动传感器。R1，R2，R3，R4为安装在轨道右侧的振动传感器。G1，G2，G3，G4为安装在轨道一侧的轴位传感器。车号识别装置包括车号识别天线和车号识别主机，AEI为车号识别天线，车号识别天线将采集到的信号传送到车号识别主机。数据采集模块为选用16通道振动采集仪，放在轨道中间的装置箱里面。当列车进入系统检测区域时，现场采集系统开启，开始采集振动加速度信号、车轮轴位传感器G2、G3信号，采集完成后数据采集装备将信号传输到数据处理中心；当列车离开系统检测区域，现场数据采集单元处于待机状态。车号识别天线将获取的车号信息送入车号识别主机，经车号识别主机分析处理后，通过PLC将结果传送到数据处理中心。车轮轴位传感器G1、G4将振动采集仪的起始和结束信号发送给数据处理中心。
远程传输单元负责将采集的原始数据传输到数据处理中心，主要包括工业以太网交换机和光纤网卡。交换机汇集不同类型的数据，通过光纤输出，最终由光纤网卡实现光信号的接收并将数据传输到数据处理中心，远程传输单元是数据处理中心能够正常进行数据处理分析的关键环节。
图3是本发明的数据处理子系统的结构框图，结合图3对数据处理单元进行说明。数据处理单元主要在设备房中运行，由服务器、DCC终端电脑、打印机组成，是轮对振动检测系统的核心。服务器用于对现场采集单元采集到的数据进行分析计算，并存储现场数据和处理后数据。DCC终端电脑与交换机实现与现场采集单元的通信和对数据处理结果的显示，以供工作人员随时查询，从而实时掌握列车车轮振动的相关数据。
图4表示本发明实施实例的设备布置示意图，结合图四对实例进行说明。在正线运行轨道上选取一段平直的轨道作为监测系统工作区域，要求在工作区域内车速为30～120km/h范围内。车轮振动信号监测系统的硬件主要包括振动加速度传感器、振动采集仪、传感器固定夹具、PLC、车号识别装置、车轮轴位传感器、工业交换机、光纤熔接盒、服务器、信号传输线缆及电源等。振动加速度传感器通过夹具安装固定在轨道上，用于检测列车经过时的振动加速度，振动采集仪与振动加速度传感器和PLC相连实现信号的采集，并将信号通过网线传送至PLC，工业交换机与PLC和光纤熔接盒相连，接收PLC传输的数据，并通过光纤熔接盒把光纤转成光缆输出信号，光缆连接数据处理中心，实现对采集到的数据进行分析计算处理、动态显示检测结果，并将检测结果存入数据库，以供工作人员随时查询，从而实时掌握列车车轮振动的相关数据。

Claims (6)

1.一种基于轮对振动信号的故障监测装置，其特征在于，包括电源模块、现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元：
所述电源模块，分别为现场数据采集单元、远程传输单元和数据处理单元提供电能；
所述现场数据采集单元，包括车号识别装置、振动传感器、数据采集模块、车轮轴位传感器和PLC；所述振动传感器采集轮对振动信号并通过数据采集模块输出至数据处理单元；车号识别装置对车号进行识别，并将识别结果通过远程传输单元输入至数据处理单元；
所述远程传输单元，包括RS485通讯线、工业交换机和光纤熔接盒；
所述数据处理单元，包括服务器、DCC终端电脑和打印机，数据处理单元对系统上传的现场数据进行存储和分析处理，实时显示处理后的结果。
2.根据权利要求1所述的基于轮对振动信号的故障监测装置，其特征在于，所述现场数据采集单元中：
车号识别装置包括车号识别天线和车号识别主机，车号识别天线将采集到的信号传送到车号识别主机，用于识别列车车号信息；
所述的数据采集模块采用16通道振动采集仪，与振动传感器相连对振动信号完成采集；
所述的车轮轴位传感器数量为4个，中间的两个车轮轴位传感器分别和振动采集仪相连，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别，两端的车轮轴位传感器分别和PLC相连，发送振动采集仪的起始和结束信号。
3.根据权利要求1所述的基于轮对振动信号的故障监测装置，其特征在于，所述远程传输单元，将数据采集模块采集的数据和轴位传感器采集的信号通过RS485通讯线传送到PLC，PLC与工业交换机用网线相连，工业交换机采用光纤熔接盒的光纤口输出，将数据传输到数据处理单元。
4.根据权利要求1所述的基于轮对振动信号的故障监测装置，其特征在于，所述数据处理单元中，服务器负责对检测系统上传的现场数据进行存储和分析处理，并将检测结果存入数据库；DCC终端电脑实时显示处理后的结果，并提供预警、查询、存储、web发布的功能。
5.根据权利要求2所述的基于轮对振动信号的故障监测装置，其特征在于，所述振动传感器的数量为8个、车轮轴位传感器的数量为4个，其中4个振动传感器L1～L4和4个车轮轴位传感器G1～G4沿一侧轨道固定设置，另外4个振动传感器R1～R4固定设置于另一侧轨道；
沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道。
6.一种基于轮对振动信号的故障监测方法，其特征在于，沿着列车行进方向顺次设置第一车轮轴位传感器G1、车号识别天线、第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3、第一～四左振动传感器L1～L4、第四车轮轴位传感器G4，第一～四右振动传感器R1～R4与第一～四左振动传感器L1～L4对称地固定设置于另一侧轨道，具体步骤如下：
步骤1，车号识别装置识别列车到达的时刻，并判断经过的列车车号，将数据发送到数据处理单元；
步骤2，第一车轮轴位传感器G1检测列车到来，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送信号给振动采集仪，开始采集数据；
步骤3，振动采集仪与工业交换机相连，将采集的数据通过光纤传输到数据处理单元，完成对数据的处理、存储、显示和预警；
步骤4，第二车轮轴位传感器G2、第三车轮轴位传感器G3分别记录各车轮通过的起始和结束的时间，实现对列车各车轮所对应数据信号的识别；
步骤5，第四车轮轴位传感器G4，检测到列车驶过，发送信号给PLC，传送到数据处理单元，数据处理单元发送关闭采集系统信号，停止数据采集。
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