CN111417085A - 一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于：所述温度监控系统主要包括无线温度便携采集终端、无线数据接收终端、TCP/IP转换器、数据云平台和监控预警上位机；所述温度采集终端采用磁吸式温度传感器、ZigBee无线传输，实现数据脱车；所述接收终端连接TCP/IP转换器，将数据接入局域网；所述上位机与云平台数据互联，现场服务器接收数据，进行温度补偿、实时显示、数据存储等，同时移动终端也可远程监控。本发明设计的温度监控系统代替原有的人工操作，解决了传统监控系统布线困难、灵活性不足的问题，在上位机中对传热损失建模，提高了温度监测精度，同时移动终端实现了远程监控，极大的提高整备场内燃机车整备管控。
Description
技术领域
本发明属于内燃机车整备管控自动监测的技术领域，更具体地，涉及一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统。
背景技术
随着社会需求以及要求的不断增高，现代铁路的发展对铁路运输和管理提出了更高的要求，采用智能化设备代替原生产模式，降低能耗，逐步实现产业转型已经是一项迫不及待的任务。当前，围绕节能、减排的各种基础研究和应用技术研究正积极展开，促使铁路相关技术达到一个新的水平。
目前，国内铁路运输机车牵引方式主要是内燃机车牵引，冬季内燃机车入段后，因整备停留时间较长，为保证机车正常的油水温度，需进行打温防冻处理。当前，机务段主要采用的是人工“足量、定时打温法”，受环境温度影响，打温用油分配不合理，造成了打温效率低及燃油浪费；冬季，纯人工定时上车查看温度，存在着巨大的安全隐患和人员浪费。
因此，研究一种新的整备监控系统，解决目前内燃机车整备过程中存在的人力浪费、燃油浪费、整备监测管理困难及监测精度低的问题是非常迫切的。
发明内容
本发明的目的是提供一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，代替原有的人工操作，用于解决目前内燃机车整备过程中存在的人力浪费、燃油浪费、整备监测管理困难及监测精度低的问题，实现了内燃机车整备过程中高精度温度监测预警，同时云平台和移动终端实现了智能整备分配、远程监控，极大的影响整备场内燃机车整备管控。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，所述温度监控系统主要由无线温度便携采集终端、无线数据接收终端、TCP/IP转换器、数据云平台和监控预警上位机组成；所述无线温度便携采集终端采用磁吸式温度传感器，吸附在内燃机车管壁进行温度采集，以ZigBee无线网络为架构，实现数据脱车；所述无线数据接收终端与TCP/IP转换器连接，将接收数据接入局域网；
所述监控预警上位机与数据云平台进行数据互联，监控预警上位机包括现场服务器监控和移动终端监控两种方式，现场服务器接收数据，进行温度补偿、实时显示、监控预警及数据存储，同时上传到数据云平台，实现移动终端数据查看和监控预警。
作为优选，温度监控系统工作流程主要包括以下步骤：
S1、将无线温度便携采集终端打开，长按测试按钮进行数据收发测试，测试完成后，重新启动设备；将磁吸式温度传感器探头吸附在所需监测的机车管壁，并将设备壳体吸附在监测点附近机车壁；
S2、所述无线温度便携采集终端采集温度数据，通过无线发射端每3分钟发送一次信号到所述无线接收端，并接收上位机通过无线终端发出的休眠信号，进入休眠；
S3、所述无线接收端与TCP/IP转换器结合，将接收数据直接接入局域网，方便所述现场服务器监控和移动终端监控平台的进一步数据调用、处理和存储；
S4、所述现场服务器监控和移动监控平台从局域网中提取数据，同时发送休眠信号到所述无线温度便携采集终端使其进入休眠；上位机对机车管壁温度的传热损失建模，进行温度数据误差补偿，将补偿后的精确数据在人机交互界面实时显示，并可进行温度预警、温度曲线查看、数据存储和历史数据查看等；同时上传数据到云平台，利用移动终端APP也可查看实时温度及监控预警。
作为优选，上述无线温度便携采集终端包括传感器模块、控制模块、无线收发模块和电源模块，具体特征有：
S1、传感器模块采用带有保温层的磁吸式数字温度传感器DS18B20，直接吸附在测量管壁外侧进行温度测量；所述传感器外面安装保温层封装，避免外界环境温差影响，提高测量精度；
S2、所述控制模块主要包括复位电路、时钟电路、微控制器、信号指示灯控制、频率调节控制、温度传感器控制、充电电路和无线发射接收控制，打开无线温度便携采集终端，微控制器接收信号，指示灯亮，温度传感器工作，测量待测点温度，并将温度信号通过无线收发模块发射出去；
所述微控制器采用定时休眠工作方式，每3分钟醒来测量温度信号并发送，大大降低功耗，保证便携采集终端长时间稳定工作；
S3、所述无线收发模块采用ZigBee无线传输方式，低功耗设计，将便携终端采集的温度信号以及设备的电压信号等按照预设协议通过该模块发送给无线接收终端，并接收上位机通过无线终端发送的休眠信号，控制温度采集终端进入休眠。
作为优选，所述无线温度便携采集终端在保证不更改机车原有设备原则上，将数据采集、处理和传输整合在一个壳体内，随取随用，壳体外带有磁铁，数据采集时，将终端设备吸附在机车上，整备完成后取下。
作为优选，所述无线温度便携采集终端采集设备电压信号并发送，上位机低电压报警，设备自带充电孔，锂电池可充电。
作为优选，所述无线温度便携采集终端传输信号强度智能可调，设有频率调节按钮，长按后可提高信号发射频率由3分钟发射一次到1s发射一次，进行设备测试；在未收到休眠信号时，将重新采集温度信号并增大发射频率发送，提高监测精度和数据稳定性。
作为优选，所述温度监控系统中的数据传输过程利用整备场原有网络布线，通过无线接收端与TCP/IP转换器结合，将接收数据直接接入局域网，远距离、大范围传输，不需要重新布线。
作为优选，机车管壁温度传热过程属于径向非稳态传热，在监控预警上位机中建立传热损失模型，所述温度便携采集终端传感器采集温度为T1，监测点管壁温度为T2，管壁内流体实际温度为T，满足如下关系：
其中，i＝1,2为温度传感器、监测点管壁；t为时间；ρ为材料密度；C为材料热容系数；λ为材料导热系数；φ为内热源项；
作为优选，温度传感器参数ρ1＝7.9×103kg/m3、λ1＝45～50W/(m·℃)、C1＝(0.45～0.47)×103J/(kg·℃)。
作为优选，所述监控预警上位机包括现场服务器监控和移动终端监控两种监控方式，主要功能包括：发送命令、接受数据、审核数据、温度补偿、数据存储、实时温度显示、查询历史数据、温度曲线调用显示、监控预警和人员管理。
有益效果：
1、本发明设计合理，无线温度采集终端采用便携设计，无需改动内燃机车上的装置，同时无需铺设电源线路，安装和运营维护都很方便；
2、本发明所设计的无线温度便携采集终端采用ZigBee无线传输方式，功耗低，信号传输不易受到机车铁皮和整备场高压线路等的干扰，可靠性、安全性高，同时不需要建立信号基站，管理维护方便；
3、本发明采用终端点对点测量，可调数据传输强度，测量精度稳定性高；
4、本发明通过无线接收端与TCP/IP转换器结合，利用整备场原有网络布线，将接收数据直接接入局域网，实现了远距离、大范围传输，同时避免了重新布线；
5、本发明在监控预警上位机中，针对测量温度误差问题，建立传热损失模型，提高了温度监测精度并可以进行温度预警。
6、本发明所设计无线温度监控系统提供了一种整备场内燃机车整备监测的全新途径，代替原有的人工操作模式，实现在上位机上就能准确监测到机车的整备情况并合理控制内燃机工作，解决了原铁路机车整备过程中存在的人力浪费、燃油浪费、以及整备监测管理困难的问题，降低了整备能耗和运行维护成本。
7、本发明通过云平台和移动终端实现了智能整备分配、远程监控，提高了系统的灵活性。
附图说明
图1为整备场内燃机车无线温度监控系统结构图
图2为整备场内燃机车无线温度监测系统工作流程图
图3为无线温度便携采集终端设备截面图
图4为无线便携采集终端监测点管壁结构示意图
图5为无线温度便携采集终端工作流程图
图6为整备场内燃机车无线温度监测系统上位机监控系统功能图
图中：1、电池模块，2、磁吸装置，3、无线发射模块，4、调频按钮，5、信号指示灯，6、开关按钮，7、充电模块，8、传感器控制器，9、保温装置，10、磁吸式数字温度传感器，11、设备壳体，12、监测点管壁，13、管壁内流体
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合实施例和相应附图对发明内容及工作过程做进一步详细说明。值得说明的是，所述实施例说明的具体实施方式仅用于说明和解释本实施例，并不用于限制本发明实施例，且实施例中对于具体元件、电路等未做详细描述，以便于凸显本发明的重点。
如上所述，铁路运输内燃机车在冬季机车进入整备机务段后，因整备停留时间较长，为保证机车正常的油水温度，需进行打温防冻处理。当前，机务段主要采用的是人工“足量、定时打温法”，受环境温度影响，打温用油分配不合理，造成了打温效率低及燃油浪费；冬季，纯人工定时上车查看温度，存在着巨大的安全隐患和人员浪费。本发明设计一种整备场内燃机车整备监测的全新无线温度监控系统，代替原有的人工操作模式，实现在上位机系统中就能准确监测到机车的整备情况并合理控制内燃机工作，并通过云平台和移动终端实现了智能整备分配、远程监控，提高了系统的灵活性。
下面，将对本发明的无线温度便携采集终端和温度监控系统的具体实施方式进行详细说明。
参见图1所示，本实施例公开的一种整备场内燃机车无线温度监控系统，主要包括无线温度便携采集终端、无线数据接收终端、TCP/IP转换器、数据云平台和监控预警上位机，其中监控预警上位机包括现场服务器监控和移动终端监控两种监控方式。
作为优选，温度监控系统工作流程参见图2所示，主要包括以下步骤：
S1、首先将无线温度便携采集终端打开，长按测试按钮进行数据收发测试，测试完成后，重新启动设备；将磁吸式温度传感器探头吸附在所需监测的机车管壁，并将设备壳体吸附在监测点附近机车壁；
S2、上述无线温度便携采集终端采集温度数据，通过无线发射端每3分钟发送一次信号到所述无线接收端，经上位机校验接收数据正确，则接收到上位机通过无线终端发出的休眠信号，进入休眠；当接收数据校验错误，则无线温度便携采集终端重新检测温度，增强信号发送频率发送。
S3、所述无线接收端与TCP/IP转换器结合，将接收数据直接接入局域网，方便所述现场服务器监控和移动终端监控平台的进一步数据调用、处理和存储；
S4、所述现场服务器监控和移动监控平台从局域网中提取数据，同时发送休眠信号到所述无线温度便携采集终端使其进入休眠；上位机对机车管壁温度的传热损失建模，进行温度数据误差补偿，将补偿后的精确数据在人机交互界面实时显示，并可进行温度预警、温度曲线查看、数据存储和历史数据查看等；同时上传数据到云平台，利用移动终端APP也可查看实时温度及监控预警。
该系统提供了一种整备场内燃机车整备监测的全新途径，代替原有的人工操作模式，实现在上位机上就能准确监测到机车的整备情况并合理控制内燃机工作，通过云平台和移动终端实现了智能整备分配、远程监控，提高了系统的灵活性。
作为优选，上述温度监控系统中的无线温度便携采集终端截面图参见图3所示，该系统中的无线温度便携采集终端主要包括传感器模块(8,9,10)、控制模块、无线收发模块3和电源模块1。具体特征有：
S1、传感器模块采用带有保温层9的磁吸式数字温度传感器10，直接吸附在测量管壁外侧进行温度测量；所述传感器外面安装保温层封装，避免外界环境温差影响，提高测量精度；
S2、所述控制模块主要包括复位电路、时钟电路、微控制器、信号指示灯控制、频率调节控制、温度传感器控制、充电电路和无线发射接收控制，打开无线温度便携采集终端，微控制器接收信号，指示灯5亮，温度传感器工作，测量待测点温度，并将温度信号通过无线收发模块3发射出去；
所述微控制器采用定时休眠工作方式，每3分钟醒来测量温度信号并发送，大大降低功耗，保证便携采集终端长时间稳定工作；
S3、所述无线收发模块将便携终端采用ZigBee无线传输方式，将采集的温度信号以及设备的电压信号等按照预设协议通过该模块发送给无线接收终端，并接收上位机通过无线终端发送的休眠信号，控制温度采集终端进入休眠。
进一步优选，所述无线温度便携采集终端采用带有保温层9的磁吸式数字温度传感器10，将温度传感器直接吸附在测量管壁12外侧，传感器外面安装保温层9封装，避免外界环境温差影响，提高测量精度。
进一步优选，所述无线温度便携采集终端的无线发射模块3采用ZigBee无线传输方式，低功耗，信号传输不易受到机车铁皮和整备场高压线路等的干扰，可靠性、安全性高，同时不需要建立信号基站，管理维护方便。
进一步优选，所述无线温度便携采集终端在保证不更改机车原有设备原则上，将数据采集、处理和传输整合在一个壳体11内，随取随用，壳体外带有磁铁2，数据采集时，将终端设备吸附在机车上，整备完成后取下。
进一步优选，所述无线温度便携采集终端采集设备电压信号并发送，上位机低电压报警，设备自带充电孔7，锂电池1可充电。
进一步优选，所述无线温度便携采集终端传输信号强度智能可调，设有频率调节按钮4，长按后可提高信号发射频率由3分钟发射一次到1s发射一次，进行设备测试；在未收到休眠信号时，将重新采集温度信号并增大发射频率发送，提高监测精度和数据稳定性。
作为优选，参见图4所示，机车管壁温度传热过程属于径向非稳态传热，在监控预警上位机中建立传热损失模型，所述温度便携采集终端传感器10采集温度为T1，监测点管壁11温度为T2，管壁内流体12实际温度为T，满足如下关系：
其中，i＝1,2为温度传感器、监测点管壁；t为时间；ρ为材料密度；C为材料热容系数；λ为材料导热系数；φ为内热源项；
进一步优选，温度传感器10参数ρ1＝7.9×103kg/m3、λ1＝45～50W/(m·℃)、C1＝(0.45～0.47)×103J/(kg·℃)。
作为优选，上述无线温度便携采集终端在实际实施中主要工作步骤参见图5，具体为：
S1、将带有保温层9的磁吸式数字温度传感器10直接吸附在测量管壁11外侧；
S2、打开无线温度便携采集终端，微控制器接收信号，指示灯5亮，温度传感器8工作，测量待测点温度，得到含有一定温度误差的测量信号，并将温度信号以及设备的电压信号通过无线收发模块3发射出去；
S3、接收上位机通过无线数据接收端发送的休眠信号。当接收到休眠信号时，控制温度采集终端进入休眠；当未收到休眠信号时，则重新采集温度信号并增大发射频率发送；
S4、微控制器采用定时休眠工作方式，休眠3分钟之后，控制器控制设备醒来测量温度信号并发送，大大降低功耗，保证便携采集终端长时间稳定工作。
作为优选，实施例中无线温度监控系统中的数据传输过程利用整备场原有网络布线，通过无线接收端与TCP/IP转换器结合，将接收数据直接接入局域网，实现了远距离、大范围传输，同时避免了重新布线。
作为优选，所述监控预警上位机包括现场服务器监控和移动终端监控两种监控方式，参加图6所示，主要功能包括：发送命令、接受数据、审核数据、温度补偿、数据存储、实时温度显示、查询历史数据、温度曲线调用显示、监控预警和人员管理。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于：
所述温度监控系统主要由无线温度便携采集终端、无线数据接收终端、TCP/IP转换器、数据云平台和监控预警上位机组成；所述无线温度便携采集终端采用磁吸式温度传感器，吸附在内燃机车管壁进行温度采集，以ZigBee无线网络为架构，实现数据脱车；所述无线数据接收终端与TCP/IP转换器连接，将接收数据接入局域网；
所述监控预警上位机与数据云平台进行数据互联，监控预警上位机包括现场服务器监控和移动终端监控两种方式，现场服务器接收数据，进行温度补偿、实时显示、监控预警及数据存储，同时上传到数据云平台，实现移动终端数据查看和监控预警。
2.如权利要求1所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述无线温度便携采集终端包括传感器模块、控制模块、无线收发模块和电源模块，传感器模块采用带有保温层的磁吸式数字温度传感器DS18B20，直接吸附在测量管壁外侧进行温度测量；
控制模块主要包括复位电路、时钟电路、微控制器、信号指示灯控制、频率调节控制、温度传感器控制、充电电路和无线发射接收控制，微控制器采用定时休眠工作方式，每3分钟醒来测量温度信号并发送；
无线收发模块采用ZigBee无线传输方式，低功耗设计，将便携终端采集的温度信号以及设备的电压信号等按照预设协议通过该模块发送给无线接收终端，并接收上位机通过无线终端发送的休眠信号，控制温度采集终端进入休眠。
3.根据权利要求2所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述无线温度便携采集终端在保证不更改机车原有设备原则上，将数据采集、处理和传输整合在一个壳体内，随取随用，壳体外带有磁铁，数据采集时，将终端设备吸附在机车上，整备完成后取下。
4.根据权利要求2所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述无线温度便携采集终端采集设备电压信号并发送，上位机低电压报警，设备自带充电孔，锂电池可充电。
5.根据权利要求2所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述无线温度便携采集终端传输信号强度智能可调，设有频率调节按钮，长按后可提高信号发射频率由3分钟发射一次到1s发射一次，进行设备测试；在未收到休眠信号时，将重新采集温度信号并增大发射频率发送。
6.根据权利要求1所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述温度监控系统中的数据传输过程利用整备场原有网络布线，通过无线接收端与TCP/IP转换器结合，将接收数据直接接入局域网，远距离、大范围传输，不需要重新布线。
7.根据权利要求1所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，机车管壁温度传热过程属于径向非稳态传热，在监控预警上位机中建立传热损失模型，所述温度便携采集终端传感器采集温度为T1，监测点管壁温度为T2，管壁内流体实际温度为T，满足如下关系：
其中，i＝1,2为温度传感器、监测点管壁；t为时间；ρ为材料密度；C为材料热容系数；λ为材料导热系数；φ为内热源项。
8.根据权利要求7所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，温度传感器参数ρ1＝7.9×103kg/m3、λ1＝45～50W/(m·℃)、C1＝(0.45～0.47)×103J/(kg·℃)。
9.根据权利要求1所述的一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统，其特征在于，所述监控预警上位机主要功能包括：发送命令、接受数据、审核数据、温度补偿、数据存储、实时温度显示、查询历史数据、温度曲线调用显示、监控预警和人员管理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010361840.6A CN111417085A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统 |
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| CN202010361840.6A CN111417085A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种整备场内燃机车无线温度便携采集终端及温度监控系统 |
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| CN111417085A true CN111417085A (zh) | 2020-07-14 |
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ID=71493827
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112710435A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-27 | 张家港宏昌钢板有限公司 | 一种电气柜冷却水渗漏检测系统 |
| CN114018321A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-08 | 中国国家铁路集团有限公司 | 一种动车组防寒打温远程自动在线监测系统和方法 |
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2020
- 2020-04-30 CN CN202010361840.6A patent/CN111417085A/zh active Pending
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