CN112896237A - 一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其包括：多通道信息采集单元、主机以及列车网络控制系统；所述多通道信息采集单元包括若干被置于动车组转向架不同监测位置的多种类型的信息采集单元，所述主机包括主处理单元、多个从采集处理单元；所述主处理单元分能够进行平台的电源输入/转换/分配管理、总线管理管理、对外通信管理、数据记录管理以及进行综合诊断；所述从采集处理单元包括第一轴温采集处理单元、第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元和轴箱振动采集处理单元、齿轮箱振动采集处理单元；本发明具有转向架状态信息综合采集功能，以从多角度对转向架实时运行状态进行诊断。
Description
技术领域
本发明涉及涉及轨道交通车辆安全监测领域，尤其涉及动车组转向架综合安全监测系统硬件平台。
背景技术
轨道交通运输设备的维护对保证旅客和货物的运输安全来说是至关重要的，一般的运输设备采用定期和定公里数的检修模式，尽管这种检修方式可以增强各设备的安全性，但从另一方面来看该模式对于劳动力需求大，所需成本相对较高且存在时间和花费上的不经济性，在此情况下就需要一种实时的状态监控系统来弥补这一缺陷。这种系统相比于定期和定公里数检修既能保证安全性也能保证检修效率和提高检修经济性。
现有对转向架状态监测的方法多为静态的针对单项指标进行检测判断，无法进行多通道的信息采集综合判断并从多角度对转向架实时运行状态进行诊断。
发明内容
基于此，特提出了一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，以提供一种具有对动车组转向架运行情况进行预判断和在线诊断的综合监控系统产品。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，其包括：多通道信息采集单元、主机以及列车网络控制系统；其中，所述多通道信息采集单元包括若干被置于动车组转向架不同监测位置的多种类型的信息采集单元，所述信息采集单元至少包括温度传感器、失稳加速度传感器、平稳加速度传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱加速度传感器；温度传感器与第一/第二轴温采集处理单元连接，用于采集轴箱、齿轮箱、牵引电机温度数据以进行轴温检测；失稳加速度传感器安装于转向架，与失稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行转向架失稳检测；平稳加速度传感器安装于车体，与平稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行车辆平稳性检测；轴箱复合传感器安装于轴箱，与轴箱振动采集处理单元连接，用于采集横向、垂向振动加速度和温度以进行振动、温度检测；齿轮箱加速度传感器安装于齿轮箱电机侧，与齿轮箱振动采集处理单元连接，用于采集垂向振动加速度以进行振动检测；
所述主机置于机箱内，其包括主处理单元、多个从采集处理单元；所述主处理单元分别与多个从采集处理单元相连接，其能够进行平台的电源输入/转换/分配管理、总线管理、对外通信管理、数据记录管理以及基于从采集处理单元上传的数据进行综合诊断；所述综合诊断包括系统诊断过程、采集通道诊断过程以及网络通信诊断过程；系统诊断过程包括冗余电源状态诊断过程、冗余控制单元状态诊断过程；采集通道诊断过程包括轴温采集通道短路/开路故障诊断过程、传感器故障诊断过程；网络通信诊断过程包括车辆网络通信接口故障诊断过程；所述从采集处理单元包括第一轴温采集处理单元、第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元和轴箱振动采集处理单元、齿轮箱振动采集处理单元；第一/第二轴温采集处理单元，用于实现温度信号的采集处理、超温预/报警判断过程；平稳采集处理单元，用于实现车体横向、垂向、纵向振动信号的采集处理、车体平稳性评估及异常冲击判断过程；失稳采集处理单元，用于实现转向架横向振动信号的采集处理、失稳、脱轨判定及报警过程；轴箱振动采集处理单元，用于实现轴箱横向、垂向振动信号和温度信号的采集处理，脱轨、异物冲击、车轮多边形检测以及脱轨趋势判定和轴承故障诊断过程；齿轮箱振动采集处理单元，用于实现齿轮箱电机侧垂向振动信号的采集处理，结合第一/第二轴温采集处理单元反馈的齿轮箱电机侧双温度数据，实现齿轮箱振动检测和故障诊断过程。
进一步的，所述主处理单元包括电源模块、DIO模块、互为冗余的第一/第二控制通信模块、记录模块、交换模块、主机背板；其中，所述电源模块内部具有电源输入、电源转换、供电输出全冗余结构的两组电源系统；所述DIO模块用于实现DC 110V数字输入、输出功能；第一/第二控制通信模块均用于以冗余形式进行通信控制管理、背板总线管理及数据通信管理、综合诊断分析及输出管理、DIO管理、网络通信管理以及数据记录管理；所述记录模块用于实现对整个平台内的数据管理和记录功能，即其与内部的存储处理器直接通信，收集各从采集单元的原始数据便于第一/第二控制通信模块进行综合诊断判断、分析，并将诊断结果反馈控制通信模块：所述交换模块具有两个物理分离的非管理型交换机，以实现本地以太网控制/存储通信过程；所述主机背板具有异构冗余总线；所述异构冗余总线包括内部总线、外部总线、局部总线。
进一步的，所述内部总线，用于完成冗余控制通信和存储通信过程，其采用以太网+CAN总线异构冗余结构，其中，以太网总线异构冗余结构部分以非管理型交换机为中心，分别与第一/第二控制通信模块以及各个从采集处理单元相连；所述CAN总线总线异构冗余结构部分采用链式拓扑结构，分别与第一/第二控制通信模块、DIO模块、记录模块、各个从采集处理单元相连接。
进一步的，所述外部总线采用以太网总线；所述局部总线用于实现单元内一定范围内的通信过程，其采用RS485/RS422通信形式。
进一步的，所述机箱包括风冷单元，风冷单元位于机箱底部。
本发明的有益效果在于：
本发明具有转向架状态信息综合采集功能，其能够采集动车组走行部轴承温度、加速度以及轴箱振动情况、齿轮箱振动情况和车体振动情况数据并对其进行进一步分析和诊断最后将诊断结果传送至列车TCMS网络，以从多角度对转向架实时运行状态进行诊断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中本发明所述平台的组成框图；
图2为一个实施例中本发明所述平台的结构示意图；
图3为一个实施例中机箱主视图；
图4为一个实施例中机箱的风扇层外观示意图；
图5为一个实施例中机箱的外部结构示意图；
图6a-图6b均为图3中机箱外观尺寸示意图；
图7为图6中机箱各控制板的PCB板示意图；
图8a、图8b均为图6中机箱各控制板外观示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
在本实施例中，特提出了一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，如图1-8所示，其包括：多通道信息采集单元、主机以及列车网络控制系统；其中，所述多通道信息采集单元包括若干被置于动车组转向架不同监测位置的多种类型的信息采集单元，所述信息采集单元至少包括温度传感器、失稳加速度传感器、平稳加速度传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱加速度传感器；温度传感器与第一/第二轴温采集处理单元连接，用于采集轴箱、齿轮箱、牵引电机温度数据以进行轴温检测；失稳加速度传感器安装于转向架，与失稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行转向架失稳检测；平稳加速度传感器安装于车体，与平稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行车辆平稳性检测；轴箱复合传感器安装于轴箱，与轴箱振动采集处理单元连接，用于采集横向、垂向振动加速度和温度以进行振动、温度检测；齿轮箱加速度传感器安装于齿轮箱电机侧，与齿轮箱振动采集处理单元连接，用于采集垂向振动加速度以进行振动检测；所述主机置于机箱内，其包括主处理单元、多个从采集处理单元；所述主处理单元分别与多个从采集处理单元相连接，其能够进行平台的电源输入/转换/分配管理、总线管理管理、对外通信管理、数据记录管理以及基于从采集处理单元上传的数据进行综合诊断；所述综合诊断包括系统诊断过程、采集通道诊断过程以及网络通信诊断过程；系统诊断过程包括冗余电源状态诊断过程、冗余控制单元状态诊断过程，即本过程并不只针对单独的电源和控制单元状态进行状态诊断而是对各冗余结构均进行诊断即对冗余系统进行监测，如判断电源的输出信号(是否为零一)和对控制单元的生命信号进行监测；采集通道诊断过程包括轴温采集通道短路/开路故障诊断过程、传感器故障诊断过程；网络通信诊断过程包括车辆网络通信接口故障诊断过程；所述从采集处理单元包括第一轴温采集处理单元、第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元和轴箱振动采集处理单元、齿轮箱振动采集处理单元；第一/第二轴温采集处理单元，用于实现温度信号的采集处理、超温预/报警判断过程(如与阈值进行比较，超限则报警)；平稳采集处理单元，用于实现车体横向、垂向、纵向振动信号的采集处理、车体平稳性评估及异常冲击判断过程(其判断过程是将安装在车体各部分的加速度传感器所采集的车体各部分加速度数值与车体正常振动加速度数值进行比对，其差值的绝对值若在规定区间范围内则判定车体运行正常，若在规定区间之外则会进行异常报警)；失稳采集处理单元，用于实现转向架横向振动信号的采集处理、失稳、脱轨判定及报警过程(其判断过程是将安装在轴箱各部分的加速度传感器所采集的轴箱各部分加速度数值与车体正常振动加速度数值进行比对，其差值的绝对值若在规定区间范围内则判定车体运行正常，若在规定区间之外则说明车体有脱轨趋势或遭到异物冲击或发生车轮变形，进而产生报警信号)；轴箱振动采集处理单元，用于实现轴箱横向、垂向振动信号和温度信号的采集处理，脱轨、异物冲击、车轮多边形检测以及脱轨趋势判定和轴承故障诊断过程(对正常工作的轴箱进行平稳性判断，其判断过程是将安装在轴箱各部分的加速度传感器所采集的轴箱各部分加速度数值与车体正常振动加速度数值进行比对，其差值的绝对值若在规定区间范围内则判定车体运行正常，若在规定区间之外则说明车体有脱轨趋势或遭到异物冲击或发生车轮变形，进而产生报警信号)；齿轮箱振动采集处理单元，用于实现齿轮箱电机侧垂向振动信号的采集处理，结合第一/第二轴温采集处理单元反馈的齿轮箱电机侧双温度数据，实现齿轮箱振动检测和故障诊断过程。
其中，在一些具体的实施例中，所述温度传感器的布设为：每节车厢安装多个传感器，采集轴箱、齿轮箱、牵引电机温度，用于轴温检测；进一步的，温度传感器采用两线制PT100双通道传感器(经布线转接，与轴温处理单元三线制采集接口)，检测范围-40℃～200℃、短时250℃；所述加速度传感器(失稳)的布设为：每节车厢配置多个，安装于转向架，采集横向振动加速度，用于转向架失稳检测。采用单轴加速度传感器，检测范围±10g；所述加速度传感器(平稳)的布设为：每节车厢配置至少2个，安装于车体，采集横向、垂向、纵向振动加速度，用于车辆平稳性检测；采用三轴加速度传感器，检测范围±20m/s2。所述复合传感器(轴箱)的布设为：每节车厢配置多个，安装于轴箱，采集横向、垂向振动加速度和温度，用于振动、温度检测，该复合传感器包括双轴加速度(横向和垂向)、双路两线制PT1000温度传感器(与轴箱处理单元两线制采集接口)，振动检测范围±500g，温度检测范围-50℃～200℃。所述加速度传感器(齿轮箱)的布设为：每节车厢配置多个，安装于齿轮箱电机侧，采集垂向振动加速度，用于振动检测。包括单轴加速度，振动检测范围±500g，双路两线制PT100温度传感器(经布线转接，双路温度分别与轴温理单元三线制采集接口)、温度检测范围-50℃～200℃。
其中，在一些具体的实施例中，所述主处理单元包括电源模块、DIO模块、互为冗余的第一/第二控制通信模块、记录模块、交换模块、主机背板；其中，所述电源模块内部具有电源输入、电源转换、供电输出全冗余结构的两组电源系统；优选的，所述电源模块集成在电源板上，其面板上上下各放置多个LED灯显和1个D-Sub 2芯电源接口；其背板：采用双48芯欧式连接器，内部冗余电源及信号分别由上下连接器输出，接口包括各1路DC24V等电源输出；采用电源板上采用冗余设计，其包含电源输入、电源转换、供电输出全冗余的两组电源系统：所述电源输入电路采用2路独立的DC 110V电源输入电路，其输入范围DC 70V～DC137.5V，具备输入过流、过压、防反接保护功能；并通过电源转换电路与电源输出电路连接，且每组电源的输出功率不低于170W，均输出DC24V等电源，通过背板上下连接器分别送主机各单元/单板并联使用。优选的，所述DIO模块用于实现DC 110V数字输入、输出功能；所述DIO模块具有DIO板，其面板：上下分别放置多个LED灯显、上半部放置1个8芯DI输入接口，下半部放置1个16芯DO输出接口；其背板：采用双64芯欧式连接器、上下放置，接口包括2路冗余电源接口，1路CAN总线接口。DIO板具体要求为其冗余电源并联输入，使其具备输入过流短路防护；各路DC 110V数字量输入接口，采用光耦隔离，输入电流不小于10mA，通过背板CAN总线(CAN2.0B协议/1Mbps)送两个控制通信板采集；并采用继电器干触点输出形式，通过背板CAN总线接收两个控制通信板指令来控制开关继电器。优选的，第一/第二控制通信模块均用于以冗余形式进行通信控制管理、背板总线管理及数据通信管理、综合诊断分析及输出管理、DIO管理、网络通信管理以及数据记录管理；第一控制通信模块具有控制通信板A，第二控制通信模块具有控制通信板B，控制通信板A/B的面板：上半部放置多个LED灯显、1个控制以太网接口(M12 D型编码)，下半部放置2个D-Sub 9芯MVB接口(上公下母)；其背板：采用双64芯欧式连接器、上下放置，接口包括2路冗余电源接口，1路CAN总线接口，2路以太网接口。控制通信板A/B集成有：并联输入的冗余电源(具备输入过流短路防护)；内部放置2路16位的拨码开关，用于主机地址设置；设置车载网络通信结构，包括1路控制以太网通信接口(TRDP协议/100Mbps)、1路MVB(EMD)通信接口；且所述背板总线管理及数据通信管理过程包括与各单元/单板内部异构冗余总线(以太网、CAN)控制通信(UDP协议/100Mbps，CAN2.0B协议/1Mbps)，与交换板外网交换机的外部以太网服务通信(UDP协议/100Mbps)，与记录板的内部以太网存储通信(UDP协议/100Mbps)；具备控制单元数据存储功能。优选的。所述记录模块用于实现对整个平台内的数据管理和记录功能，即其与内部的存储处理器直接通信，收集各从采集单元的原始数据便于第一/第二控制通信模块进行综合诊断判断、分析，并将诊断结果反馈控制通信模块：所述记录模块具有记录板，其面板：上半部放置多个LED灯显，1个备用数据下载口(以太网或USB)，下半部放置可插拔卡架；其背板：采用双64芯欧式连接器、上下放置，接口包括2路冗余电源接口，2路以太网接口、1路CAN接口；所述记录板集成有：并联输入的冗余电源(具备输入过流短路防护)；以太网通信电路其采用以太网通信搜集各单元/单板数据(UDP协议/100Mbps)；采用大容量存储介质(如固态盘)，各单元数据分类、独立文件夹存储,硬盘采用SATA接口，支持拔卡下载数据和加锁功能；并支持综合诊断模块接入(独立子板，采用高性能数字信号处理器)。优选的，所述交换模块具有两个物理分离的非管理型交换机，以实现本地以太网控制/存储通信过程；所述交换模块具有交换板，其面板：上下各放置多个LED灯显，上下各放置1路以太网接口(M12 D型编码)；背板：采用双64芯欧式连接器、上下放置，接口包括2路冗余电源接口，多个内网和外网交换机以太网接口；交换板用于主要实现两个物理分离的非管理型交换机功能，UDP协议，100Mbps：如其采用冗余电源(具备输入过流短路防护)并联输入，如采用独立交换机，实现系统内部各单板/单元本地以太网控制/存储通信功能。优选的，所述主机背板具有异构冗余总线；所述异构冗余总线包括内部总线、外部总线、局部总线。具体的，所述主机背板内部总线采用以太网+CAN总线异构冗余，贯穿主从各单元，完成冗余控制通信和存储通信；以太网由交换板内网交换机(非管理型交换机)实现，与控制通信板A/B、记录板和各采集处理单元相连，通信速率100Mbps、采用UDP协议；CAN总线采用链式拓扑结构，与控制通信板A/B、DIO板、记录板、各采集处理单元相连，通信速率1Mbps、CAN 2.0B协议；系统控制通信由控制通信板A/B管理，以太网和CAN总线同时传输；系统存储通信由记录板进行管理，仅依托以太网总线进行数据交互。外部总线采用以太网总线设计，完成系统各项服务功能，由交换板外网交换机(非管理型交换机)实现，通信速率100Mbps，采用UDP协议；局部总线用于单元内小范围通信，包括：轴温采集处理单元两组间的RS485/RS422通信(背板预留两组差分对，差分阻抗100欧姆，不带终端匹配)。
其中，在一些具体的实施例中，所述从采集处理单元包括第一轴温采集处理单元、第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元和轴箱振动采集处理单元、齿轮箱振动采集处理单元；第一/第二轴温采集处理单元，用于实现温度信号的采集处理、超温预/报警判断过程；第一/第二轴温采集处理单元均由轴温采集与处理板组成，实现三线制PT100温度信号的采集处理、超温预/报警判断等功能；期采用内部采集控制冗余设计，包含A、B两组子单元，分别对应各位置双通道温度传感器中的一路；每组轴温检测子单元又包含内部的控制通信模块和采集模块，两者电气隔离。控制通信模块实现轴温数据处理、超温预/报警判断以及背板通信、数据存储等功能；采集模块经布线转接与两线制PT100温度传感器连接，实现轴温信号的隔离采集、预处理等功能。优选的，其配置多个48芯采集接口(内部轴温检测子单元各配置若干个)，每个采集接口均配置10路三线制PT100温度信号采集通道，各通道采用隔离采集，温度采集范围-40℃～200℃、短时250℃。且支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，从节点，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps，具体通信协议待定；支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过预置服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载等功能。所述平稳采集处理单元，用于实现车体横向、垂向、纵向振动信号的采集处理、车体平稳性评估及异常冲击判断过程；所述平稳处理单元由信号采集与处理板组成，实现车体横向、垂向、纵向振动信号的采集处理、车体平稳性评估及异常冲击判断等功能。平稳采集处理单元内部包含内部的控制通信和采集模块，两者电气隔离。控制通信模块实现加速度数据处理、平稳性指标评估和异常冲击判断、传感器自检及背板通信、数据存储等功能；采集模块与平稳加速度传感器信号连接，实现车体振动加速度信号的隔离采集、预处理及传感器供电功能；优选的，其配置2个D-Sub 9芯接口，每个接口包括三路加速度信号(垂向、纵向、横向)，各通道隔离，加速度信号采集范围±20m/s2、采样频率512Hz、0.5-40Hz带通滤波，接口具备隔离、浪涌防护、传感器供电及自检等功能；支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，从节点，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps。支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载功能。所述失稳采集处理单元，用于实现转向架横向振动信号的采集处理、失稳、脱轨判定及报警过程；轴箱振动采集处理单元，用于实现轴箱横向、垂向振动信号和温度信号的采集处理，脱轨、异物冲击、车轮多边形检测以及脱轨趋势判定和轴承故障诊断过程；
所述失稳处理单元由信号采集与处理板组成，实现转向架横向振动信号的采集处理、失稳、脱轨判定及报警等功能。所述失稳采集处理单元内部包含内部控制通信模块和采集模块，两者电气隔离。控制通信模块实现转向架加速度信号处理、转向架失稳监控、传感器自检及背板通信、数据存储等功能；采集模块与失稳加速度传感器连接，实现转向架振动加速度信号的隔离采集、预处理及传感器供电功能。优选的，其配置多个D-Sub 9芯接口，每个接口包括1路加速度信号，各通道采用隔离采集，加速度信号采集范围±100m/s2、采样频率125Hz、2-10Hz带通滤波，接口具备隔离、浪涌防护、传感器供电及自检等功能；支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，从节点，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps，具体通信协议待定；支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载功能。
所述齿轮箱振动采集处理单元，用于实现齿轮箱电机侧垂向振动信号的采集处理，结合第一/第二轴温采集处理单元反馈的齿轮箱电机侧双温度数据，实现齿轮箱振动检测和故障诊断过程。所述齿轮箱振动采集处理单元由信号采集与处理板组成，实现齿轮箱电机侧垂向振动信号的采集处理，结合轴温处理单元反馈的齿轮箱电机侧双温度数据，实现齿轮箱振动检测和故障诊断功能。其内部包含控制通信模块和采集模块，两者电气隔离；控制通信模块实现齿轮箱振动、温度数据(轴温单元反馈)的融合处理、齿轮箱状态监控及背板通信、数据存储功能；采集模块与振动传感器信号接口，实现齿轮箱振动加速度信号的隔离采集、预处理功能。优选的，前面板配置8个D-Sub 9芯接口，每个采集接口包括1路加速度信号，各通道采用隔离采集，振动信号采集范围±500g、采样频率10kHz，接口具备隔离、浪涌防护功能；支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，从节点，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps；支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载功能。所述轴箱振动处理单元由信号采集与处理板组成，实现轴箱横向、垂向振动信号和温度信号的采集处理，脱轨、异物冲击、车轮多边形检测以及脱轨趋势判定和轴承故障诊断等功能。轴箱振动采集处理单元内部包含内部的控制通信模块和采集模块，两者电气隔离。控制通信模块实现轴箱振动/温度数据处理、轴箱状态监控及背板通信、数据存储等功能；采集模块与振动温度复合传感器信号接口，实现轴箱振动加速度信号和两线制PT1000温度信号的隔离采集、预处理等功能。优选的，配置多个D-Sub 9芯接口，每个采集接口包括2路加速度信号、2路两线制PT1000温度信号，各通道采用隔离采集，振动信号采集范围±500g，温度采集范围-50℃～200℃，采样频率10Hz，接口具备隔离、浪涌防护功能；支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，从节点，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps；支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载功能。
在一些具体的实施例中，所述机箱包括风冷单元，风冷单元位于机箱底部。其中，所述机箱及面板采用铝型材，外表面阳极氧化、内表面采用导电氧化，机箱面板侧边安装导电簧片进行电磁屏蔽，使用前面板进出接线。所述机箱绝缘性能按照GB/T 25119-2010中12.2.9.1要求执行绝缘耐压；所述机箱人机接口包括拨码开关、LED灯显；a)拨码开关位于主处理单元控制通信板印制板内，采用2个16位拨码，用于主机地址设置；面板灯显采用导光柱，除轴温采集处理单元不作要求外其他单板均放置LED灯，灯显定义如下(显示颜色原则为正常指示用绿色、故障指示用黄色，建议程序运行指示采用秒闪)；所述风冷单元采用风扇结构，其用于为机箱各提供强迫风冷，保证各单元正常工作环境温度。
在一些具体的实施例中，所述系统还包括车载系统电源，其用于主机提供控制电源，其采用DC 110V供电，优选的，车载系统电源采用单电源板内部冗余、背板双路总线式配电、多级过流保护设计；如电源板内部包含两套独立电源系统，电源输入/隔离转换/输出环节全冗余，互不影响；每套电源均具备输入过流、防反接保护；背板双路总线式配电：如电源板通过背板向主处理单元、各从采集处理单元提供双路24V电源，相互电气隔离；多级过流保护设计：主处理单元各板卡内外电源隔离，双路电源进入单板后通过过流防护、隔离转换、再并联作为内部电源使用，单板过流/短路不影响系统供电。各从采集处理单元内外电源隔离，双路电源进入单元后通过过流防护、隔离转换、再并联作为内部电源(包括CAN通信接口电源，轴温采集处理单板各取一路电源使用，单元电路过流/短路时不影响系统供电。
在一些具体的实施例中，所述主处理单元的网络通信为：具备双份实时以太网和MVB(EMD)控制通信接口(与主机控制通信冗余匹配)，实现与列车网络控制系统的冗余控制通信，具备一路以太网服务通信接口，实现系统/各单元服务功能、硬件和软件方式设置主机地址功能(如内部拨码开关、配置文件等)，实现便捷互换；且主处理单元集成实时时钟电路，为系统提供日历功能，同时，通过接收整车网络系统时间进行内部系统的校时、对时。优选的，所述主处理单元具备自诊断功能，通过通信接口(继电器硬线或者以太网、MVB通信接口)将故障信息传输给车辆显示屏进行显示，同时在面板灯显进行故障提示。所述自检功能包括以下：1)系统诊断，如冗余电源状态、冗余控制单元状态等诊断；2)采集通道诊断，如轴温采集通道短路/开路故障，传感器故障等；3)网络通信诊断，如车辆网络通信接口故障。优选的，作为所述主处理单元的载体的主机采用标准机箱架构，由主处理单元和5个从采集处理单元(轴温采集处理、平稳采集处理、失稳采集处理和轴箱振动采集处理、齿轮箱振动采集处理)组成。各单元之间以及主从单元之间设置电气隔离(电源隔离、通信隔离)。其接口包括：2路供电电源接口，2路实时以太网接口(M12型)，2组MVB(EMD)接口、1路服务以太网接口(M12型)、多路内部主机地址拨码接口、多路DC 110V DI接口、多路DC 110V DO接口，以及数据存储器等。优选的，所述主机包括主机DI接口以及主机DO接口；主机DI接口提供多路110V DI接口，与整车系统DO接口/设备连接，实现外部数字量信号输入。主机DO接口提供多路110V DO接口，与整车系统DI接口或设备连接，实现110V数字量的输出，采用继电器触点输出。
在一些具体的实施例中，所述平台的列车网络控制系统采用实时以太网和MVB冗余通信，整车系统提供功能、接口完全相同的两组以太网接口和MVB接口给主机，另外提供1路服务以太网接口供主机内部各单元用。
基于上述方案可知，本发明可通过每节车厢走行部安装的温度传感器采集动车组走行部轴箱、齿轮箱、牵引电机温度；通过每节车厢转向架配置的单轴加速度传感器采集转向架横向振动加速度用于转向架失稳检测；通过每节车厢车体配置的个三轴加速度传感器采集车体横向、垂向、纵向振动加速度用于车辆平稳性检测；通过每节车厢轴箱配置的复合传感器采集轴箱横向、垂向振动加速度和温度用于轴箱振动、温度检测；通过每节车厢齿轮箱配置的复合传感器采集齿轮箱垂向振动加速度，用于振动检测；同时各状态信息采集后分别上传至第一/第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元、轴箱振动采集处理单元和齿轮箱振动采集处理单元进行进一步分析和诊断最后将诊断结果传送至列车网络控制系统，进而建构一种具有对动车组转向架运行情况进行预判断和在线诊断的综合监控功能。本发明还采用主机内部关键功能/电路冗余设计，即系统控制及对外通信冗余、背板总线异构冗余以及轴温检测/采集/处理冗余设计，具体的，系统控制及对外通信冗余：其背板总线管理及数据通信，包括与各单元/单板内部异构冗余总线(以太网、CAN)控制通信(UDP协议/100Mbps，CAN2.0B协议/1Mbps)，与交换板外网交换机的外部以太网服务通信(UDP协议/100Mbps)，与记录板的内部以太网存储通信(UDP协议/100Mbps)。背板总线异构冗余：内部总线采用以太网+CAN总线异构冗余，贯穿主从各单元，完成冗余控制通信和存储通信；以太网由交换板内网交换机(非管理型交换机)实现，与控制通信板A/B、记录板和各采集处理单元相连，通信速率100Mbps、采用UDP协议；CAN总线采用链式拓扑结构，与控制通信板A/B、DIO板、记录板、各采集处理单元相连，通信速率1Mbps、CAN 2.0B协议；系统控制通信由控制通信板A/B管理，以太网和CAN总线同时传输；系统存储通信由记录板进行管理，仅依托以太网总线进行数据交互。轴温检测/采集/处理冗余：支持背板异构冗余总线通信(1路以太网接口和1路CAN接口)，以太网采用UDP协议、通信速率100Mbps，CAN采用CAN2.0B协议、通信速率1Mbps；支持背板服务以太网通信(1路以太网接口)，通过服务软件可实现单元状态查询、参数设置、软件更新以及记录数据下载等功能。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，其包括：多通道信息采集单元、主机以及列车网络控制系统；其中，所述多通道信息采集单元包括若干被置于动车组转向架不同监测位置的多种类型的信息采集单元，所述信息采集单元至少包括温度传感器、失稳加速度传感器、平稳加速度传感器、轴箱复合传感器、齿轮箱加速度传感器；温度传感器与第一/第二轴温采集处理单元连接，用于采集轴箱、齿轮箱、牵引电机温度数据以进行轴温检测；失稳加速度传感器安装于转向架，与失稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行转向架失稳检测；平稳加速度传感器安装于车体，与平稳采集处理单元连接，用于采集横向振动加速度以进行车辆平稳性检测；轴箱复合传感器安装于轴箱，与轴箱振动采集处理单元连接，用于采集横向、垂向振动加速度和温度以进行振动、温度检测；齿轮箱加速度传感器安装于齿轮箱电机侧，与齿轮箱振动采集处理单元连接，用于采集垂向振动加速度以进行振动检测；
所述主机置于机箱内，其包括主处理单元、多个从采集处理单元；所述主处理单元分别与多个从采集处理单元相连接，其能够进行平台的电源输入/转换/分配管理、总线管理、对外通信管理、数据记录管理以及基于从采集处理单元上传的数据进行综合诊断；所述综合诊断包括系统诊断过程、采集通道诊断过程以及网络通信诊断过程；系统诊断过程包括冗余电源状态诊断过程、冗余控制单元状态诊断过程；采集通道诊断过程包括轴温采集通道短路/开路故障诊断过程、传感器故障诊断过程；网络通信诊断过程包括车辆网络通信接口故障诊断过程；所述从采集处理单元包括第一轴温采集处理单元、第二轴温采集处理单元、平稳采集处理单元、失稳采集处理单元和轴箱振动采集处理单元、齿轮箱振动采集处理单元；第一/第二轴温采集处理单元，用于实现温度信号的采集处理、超温预/报警判断过程；平稳采集处理单元，用于实现车体横向、垂向、纵向振动信号的采集处理、车体平稳性评估及异常冲击判断过程；失稳采集处理单元，用于实现转向架横向振动信号的采集处理、失稳、脱轨判定及报警过程；轴箱振动采集处理单元，用于实现轴箱横向、垂向振动信号和温度信号的采集处理，脱轨、异物冲击、车轮多边形检测以及脱轨趋势判定和轴承故障诊断过程；齿轮箱振动采集处理单元，用于实现齿轮箱电机侧垂向振动信号的采集处理，结合第一/第二轴温采集处理单元反馈的齿轮箱电机侧双温度数据，实现齿轮箱振动检测和故障诊断过程。
2.根据权利要求1所述的动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，所述主处理单元包括电源模块、DIO模块、互为冗余的第一/第二控制通信模块、记录模块、交换模块、主机背板；其中，所述电源模块内部具有电源输入、电源转换、供电输出全冗余结构的两组电源系统；所述DIO模块用于实现DC 110V数字输入、输出功能；第一/第二控制通信模块均用于以冗余形式进行通信控制管理、背板总线管理及数据通信管理、综合诊断分析及输出管理、DIO管理、网络通信管理以及数据记录管理；所述记录模块用于实现对整个平台内的数据管理和记录功能，即其与内部的存储处理器直接通信，收集各从采集单元的原始数据便于第一/第二控制通信模块进行综合诊断判断、分析，并将诊断结果反馈控制通信模块：所述交换模块具有两个物理分离的非管理型交换机，以实现本地以太网控制/存储通信过程；所述主机背板具有异构冗余总线；所述异构冗余总线包括内部总线、外部总线、局部总线。
3.根据权利要求2所述的动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，
所述内部总线，用于完成冗余控制通信和存储通信过程，其采用以太网+CAN总线异构冗余结构，其中，以太网总线异构冗余结构部分以非管理型交换机为中心，分别与第一/第二控制通信模块以及各个从采集处理单元相连；所述CAN总线总线异构冗余结构部分采用链式拓扑结构，分别与第一/第二控制通信模块、DIO模块、记录模块、各个从采集处理单元相连接。
4.根据权利要求3所述的动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，
所述外部总线采用以太网总线；所述局部总线用于实现单元内一定范围内的通信过程，其采用RS485/RS422通信形式。
5.根据权利要求1所述的动车组转向架综合安全监测系统硬件平台，其特征在于，
所述机箱包括风冷单元，风冷单元位于机箱底部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110298316.3A CN112896237A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110298316.3A CN112896237A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112896237A true CN112896237A (zh) | 2021-06-04 |
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ID=76105740
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110298316.3A Pending CN112896237A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种动车组转向架综合安全监测系统硬件平台 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112896237A (zh) |
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2021
- 2021-03-19 CN CN202110298316.3A patent/CN112896237A/zh active Pending
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