CN116337491A - 列车试验台数据采集系统及数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种列车试验台数据采集系统及数据采集方法，涉及列车数据采集技术领域。该列车试验台数据采集系统包括机车、试验货车、工控机、控制器、采集模块和传感器；机车与首个试验货车相连接，试验货车、控制器、采集模块和传感器的数量均为多个，多个控制器均与工控机相连接，每个控制器连接多个采集模块，多个试验货车中设置有多个采集断面，每个采集断面上设置多个传感器，每个采集断面上的多个传感器与其中一个采集模块相连接，每个传感器对应一个采集通道，传感器用于采集试验货车的压力数据，其便于进行扩容，以增加能够采集的数据的通道数量。

Description

列车试验台数据采集系统及数据采集方法

技术领域

本发明涉及列车数据采集技术领域，具体而言，涉及一种列车试验台数据采集系统及数据采集方法。

背景技术

随着传感器技术的飞速发展，数据采集技术逐渐推广至轨道交通行业。

为熟悉了解并掌握列车空气制动系统的各项特性，一般通过数据采集系统对空气制动系统的各项关键参数进行采集，现有的数据采集系统面对大吨位的列车试验台无法进行扩容，使得能够采集的数据的通道数量达不到预期。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种列车试验台数据采集系统，其便于进行扩容，以增加能够采集的数据的通道数量。

本发明的目的还包括，提供了一种数据采集方法，其便于进行扩容，以增加能够采集的数据的通道数量。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种列车试验台数据采集系统，其包括机车、试验货车、工控机、控制器、采集模块和传感器；

所述机车与首个所述试验货车相连接，所述试验货车、控制器、所述采集模块和所述传感器的数量均为多个，多个所述控制器均与所述工控机相连接，每个所述控制器连接多个所述采集模块，多个所述试验货车中设置有多个采集断面，每个所述采集断面上设置多个所述传感器，每个所述采集断面上的多个所述传感器与其中一个所述采集模块相连接，每个所述传感器对应一个采集通道，所述传感器用于采集所述试验货车的压力数据。

可选的，多个所述采集断面均匀间隔地设置于多个所述试验货车中。

可选的，每个所述试验货车上均设置有一个所述采集断面。

可选的，多个所述试验货车呈蛇形排布，多个所述控制器在多个所述试验货车的排布路径上依次设置。

可选的，所述列车试验台数据采集系统还包括交换机，多个所述控制器均与所述交换机相连接，所述交换机与所述工控机相连接。

可选的，所述交换机还连接有多个所述采集模块。

可选的，每个所述试验货车上均设置有列车管、副风缸、制动缸、加速缓解风缸、局减室和紧急室，所述试验货车的压力数据包括列车管压力、副风缸压力、制动缸压力、加速缓解风缸压力、局减室压力和紧急室压力。

可选的，相邻所述试验货车的所述列车管相连接，所述机车上设置有风源系统，所述风源系统与首个所述试验货车的所述列车管相连接。

可选的，每个所述采集通道的采集延时不超过10ms。

本发明的实施例还提供了一种数据采集方法，应用于上述的列车试验台数据采集系统，所述数据采集方法包括：

每个所述采集断面上的多个所述传感器采集单个所述试验货车的压力数据并将压力数据传输至对应的所述采集模块；

多个所述采集模块将多个所述试验货车的压力数据传输至对应的所述控制器；

每个所述控制器将所述试验货车的压力数据进行数模转换后以电信号的形式发送至所述工控机；

所述工控机对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现。

本发明实施例的列车试验台数据采集系统及数据采集方法的有益效果包括，例如：通过每个采集断面上的多个传感器采集单个试验货车的压力数据并将该压力数据传输至对应的采集模块，多个采集模块将多个试验货车的压力数据传输至对应的控制器，每个控制器再将试验货车的压力数据进行数模转换后以电信号的形式汇总至工控机，工控机最后通过软件对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现，在此过程中，若需要增加采集断面的数量，即增加采集通道的数量，只需增加控制器、采集模块和传感器的数量进行扩容即可。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例中数据采集系统的示意图；

图2为本申请实施例中用于展示试验货车排列方式的示意图；

图3为本申请实施例中数据采集方法的流程图。

图标：100-机车；200-试验货车；300-工控机；400-交换机；500-控制器；600-采集模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

本申请的发明人发现，现有的数据采集系统面对大吨位的列车试验台无法进行扩容，使得能够采集的数据的通道数量达不到预期。本实施例提供了一种列车试验台数据采集系统，至少用于解决该技术问题。

请参考图1、图2，本实施例提供的列车试验台数据采集系统包括机车100、试验货车200、工控机300、控制器500、采集模块600和传感器（图中未示出）；机车100与首个试验货车200相连接，试验货车200、控制器500、采集模块600和传感器的数量均为多个，多个控制器500均与工控机300相连接，每个控制器500连接多个采集模块600，多个试验货车200中设置有多个采集断面，每个采集断面上设置多个传感器，每个采集断面上的多个传感器与其中一个采集模块600相连接，每个传感器对应一个采集通道，传感器用于采集试验货车200的压力数据。

需要指出的是，多个试验货车200依次连接组成列车，机车100连接于列车的头部，即与首个试验货车200相连接；多个控制器500之间通过网线并联，且其中一个控制器500与工控机300通过网线进行数据传输；多个采集断面在多个试验货车200的排布路径上依次设置，每个采集断面对应一个试验货车200，传感器与列车试验台台架预留接口相连接，每个采集断面上的多个传感器采集对应试验货车200的压力数据，并通过带霍斯曼接头的屏蔽线缆将所采集的压力数据传输至对应的采集模块600；工控机300上安装有数据采集软件和分析软件，工控机300通过软件对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现在显示器上便于技术人员分析试验特性；另外，该数据采集系统与仿真软件、PLC软件等进行关联互通，例如，数据采集软件与仿真软件之间具备数据传输通道，通过采集软件获取的压力数据，不仅可用来进行数据分析，也可以传输至仿真软件用于动力学分析，在仿真软件上输入减压指令，通过数据采集软件监测列车试验台的减压量，PLC软件控制机车100操作台的电磁阀进行排气，可以实现高精度的精准减压。

通过每个采集断面上的多个传感器采集对应的单个试验货车200的压力数据并将该压力数据传输至对应的采集模块600，多个采集模块600将多个试验货车200的压力数据传输至对应的控制器500，每个控制器500再将试验货车200的压力数据进行数模转换后以电信号的形式汇总至工控机300，工控机300最后通过软件对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现在显示器上，在此过程中，若需要增加采集通道的数量，只需增加控制器500、采集模块600和传感器的数量进行扩容，增加的控制器500与原有的控制器500之间通过网线并联，由于增加的控制器500连接有新的多个采集模块600，新的采集模块600又连接有新的多个传感器，从而能够大大增加传感器的数量，相应的，采集通道的数量随之增加。另外，采用有线的方式对压力数据进行连接传输，抗干扰能力强，控制器500与工控机300通过网线进行连接，数据传输效率高，丢包率小，稳定可靠。工控机300可将数据转存为TDMS、JEPG、XLSX、DOCX、TXT等格式，实现数据存储方式多样化。

此外，数据采集系统的硬件使用NI的控制器500、采集模块600等，在不影响功能情况下也可选择其他硬件型号。采集软件使用Labview进行开发，也可使用C语言等方式进行开发。数据采集系统采取分布式采集，传感器至控制器500使用屏蔽线缆连接，控制器500与工控机300通过网线连接，也可采取无线传输的方式。

在可选的实施方式中，相邻试验货车200的列车管相连接，机车100上设置有风源系统，风源系统与首个试验货车200的列车管相连接。

需要说明的是，风源系统用于向试验货车200的列车管内通风以实现列车的制动、缓解和保压；列车制动是通过列车管与副风缸减压，制动缸升压来实现；列车保压是平衡列车管与副风缸压力，切断与制动缸的通路来实现；列车缓解是通过列车管、副风缸升压，制动缸通过减压来实现，期间加速缓解风缸起列车管增压作用；紧急制动是通过列车管、紧急室快速减压来实现；每个试验货车200通过滑阀、截止阀、滑阀套之间的配合及动作，控制自身管路间通道的连通与切断。

列车制动系统的制动、缓解、保压等功能实际上是通过切换关键管路间的相互匹配及压力关系来实现相应功能。因此，将列车管压力、副风缸压力、制动缸压力、加速缓解风缸压力、局减室压力、紧急室压力等选定为关键监测点，在列车试验时通过传感器对关键压力监测点进行压力数据实时同步采集，即可满足列车制动系统各工况的测试要求。通过分析各关键压力监测点的压力数据的变化情况及其相互关系，即可对列车制动系统的功能、状态、故障情况等进行评价。

风源系统由机车100提供，机车100为相邻试验货车200优先补风，离机车100越远的试验货车200补风响应时间越长，因此各位置试验货车200的制动系统状态存在一定的差异性。为满足每辆车试验、相邻车试验等特殊试验需求，将数据采集系统设为常规采集与全类型采集两种模式。

在可选的实施方式中，多个采集断面均匀间隔地设置于多个试验货车200中。

需要说明的是，多个采集断面均匀间隔地设置于多个试验货车200的情况下，数据采集系统设定为常规采集模式，在该常规采集模式下，采集断面的数量小于试验货车200的数量。每个试验货车200上均设置有列车管、副风缸、制动缸、加速缓解风缸、局减室和紧急室，试验货车200的压力数据包括列车管压力、副风缸压力、制动缸压力、加速缓解风缸压力、局减室压力和紧急室压力。

例如，对于四万吨列车试验台，在常规采集模式下，将每万吨列车的头车、尾车、每五辆车设置一个采集断面，每个采集断面处设置五个传感器，分别采集列车管压力、副风缸压力、制动缸上游压力、制动缸下游压力和加速缓解风缸压力，非采集断面对应的试验货车200上设置一个传感器，采集制动缸压力，总的采集通道数量大约为八百个，该八百个采集通道能够满足日常试验的需求。

可以理解的是，采集断面的数量和位置、每个采集断面处的传感器的数量以及采集的压力类型可以依据实际工况而定，例如，头车、尾车、每四辆车设置一个采集断面，此时总的采集通道数量相应变化；传感器也可以采集局减室压力和紧急室压力。

在可选的实施方式中，每个试验货车200上均设置有一个采集断面。

需要说明的是，每个试验货车200上均设置有一个采集断面的情况下，数据采集系统设定为全类型采集模式，在该全类型采集模式下，采集断面的数量等于试验货车200的数量。

例如，每个采集断面处设置五个传感器，分别采集列车管压力、副风缸压力、制动缸上游压力、制动缸下游压力和加速缓解风缸压力；总的采集通道数量为两千多个，该两千多个采集通道能够覆盖所有的试验货车200，通过增加控制器500、采集模块600和传感器的数量进行扩容即可实现。

在可选的实施方式中，多个试验货车200呈蛇形排布，多个控制器500在多个试验货车200的排布路径上依次设置。

需要指出的是，每个控制器500对应连接多个采集模块600，与每个采集模块600连接的多个传感器采集对应位置的试验货车200的压力数据，多个控制器500分布于试验货车200的排布路径上。

例如，对于四万吨列车试验台，包含了432辆试验货车200，432辆试验货车200蛇形排布成八列，每列试验货车200的数量为54个，控制器500的数量为16个，每万吨列车试验台即两列试验货车200的一侧布置两个控制器500，实现采集断面的全覆盖。

将控制器500进行分布式布置，减少了线缆长度，解决了线路情况冗杂等问题，便于检修，且各个控制器500相互独立，单个控制器500出现故障并不影响整个数据采集系统的正常运转。

在可选的实施方式中，列车试验台数据采集系统还包括交换机400，多个控制器500均与交换机400相连接，交换机400与工控机300相连接。

需要说明的是，交换机400能够起到数据汇总的作用，对多个控制器500传输的信号打包发送至工控机300。

在可选的实施方式中，交换机400还连接有多个采集模块600。

需要指出的是，交换机400连接的每个采集模块600也连接有多个传感器，通过在交换机400上连接多个采集模块600，能够对数据采集系统进行进一步扩容，增加采集通道的数量。

此外，每个采集通道的采集延时不超过10ms。

需要说明的是，目前铁路货车因车型不同，铁路货车的平均长度为13.5m左右；若列车采用空气制动系统，按空气制动系统传播速度330m/s计算，当设定各采集通道的采集延时为10ms时，传播距离为3.3m。若列车采用电空制动系统，按电空制动系统传播速度1000m/s计算，当设定各采集通道的采集延时为10ms时，传播距离为10m。

因列车制动系统的制动和缓解指令的传播是从机车100传到首车再传到后续车辆，单一车辆长度大于10m，采用上述的数据采集系统，便能够将采集延时控制在10ms以内，10ms以内的采集延时造成的误差将不超过一辆车的长度，不易出现先采后一辆车再采前一辆车的情况，因此不会对列车制动系统的试验分析造成影响。

请参考图3，本实施例还提供了一种数据采集方法，应用于上述的列车试验台数据采集系统，该数据采集方法包括：

步骤S1、每个采集断面上的多个传感器采集单个试验货车200的压力数据并将压力数据传输至对应的采集模块600。

需要说明的是，单个采集模块600采集单个采集断面上的对应试验货车200的压力数据，该单个采集模块600通过连接于自身的多个传感器分别采集相应的压力数据。

步骤S2、多个采集模块600将多个试验货车200的压力数据传输至对应的控制器500。

需要说明的是，每个采集模块600将相应的压力数据采集上来后传输至与自身连接的控制器500。

步骤S3、每个控制器500将试验货车200的压力数据进行数模转换后以电信号的形式发送至工控机300。

需要说明的是，每个控制器500将与自身连接的多个采集模块600传输的压力数据进行数模转换后以电信号的形式通过交换机400汇总后发送至工控机300。

步骤S4、工控机300对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现。

在此步骤中，工控机300通过软件对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现在显示器上便于技术人员分析试验特性。使用工控机300作为汇总上位机，对数据采集软件进行同步授时，确保了各监测点所收集压力数据的时间一致性，从而实现列车试验台的压力数据实时采集。

综上所述，本申请的实施例提供了一种列车试验台数据采集系统及数据采集方法，通过此套数据采集系统，可以实现列车试验台的数据采集与分析功能。因软件的时钟同步，不同采集点的压力曲线可以同步进行显示，满足列车级试验的数据采集功能。通过比对分析各关键参数在不同操作下、同一时间的相互关系，可以对空气制动系统的各项特性进行深入分析。通过分布式布置、网线级联的方式布置硬件设施，减少线缆使用，线路相对简洁，方便检修，且单一控制器500模块故障不影响整个系统的使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种列车试验台数据采集系统，其特征在于，包括机车、试验货车、工控机、控制器、采集模块和传感器；

所述机车与首个所述试验货车相连接，所述试验货车、控制器、所述采集模块和所述传感器的数量均为多个，多个所述控制器均与所述工控机相连接，每个所述控制器连接多个所述采集模块，多个所述试验货车中设置有多个采集断面，每个所述采集断面上设置多个所述传感器，每个所述采集断面上的多个所述传感器与其中一个所述采集模块相连接，每个所述传感器对应一个采集通道，所述传感器用于采集所述试验货车的压力数据。

2.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，多个所述采集断面均匀间隔地设置于多个所述试验货车中。

3.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，每个所述试验货车上均设置有一个所述采集断面。

4.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，多个所述试验货车呈蛇形排布，多个所述控制器在多个所述试验货车的排布路径上依次设置。

5.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，所述列车试验台数据采集系统还包括交换机，多个所述控制器均与所述交换机相连接，所述交换机与所述工控机相连接。

6.根据权利要求5所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，所述交换机还连接有多个所述采集模块。

7.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，每个所述试验货车上均设置有列车管、副风缸、制动缸、加速缓解风缸、局减室和紧急室，所述试验货车的压力数据包括列车管压力、副风缸压力、制动缸压力、加速缓解风缸压力、局减室压力和紧急室压力。

8.根据权利要求7所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，相邻所述试验货车的所述列车管相连接，所述机车上设置有风源系统，所述风源系统与首个所述试验货车的所述列车管相连接。

9.根据权利要求1所述的列车试验台数据采集系统，其特征在于，每个所述采集通道的采集延时不超过10ms。

10.一种数据采集方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的列车试验台数据采集系统，所述数据采集方法包括：

每个所述采集断面上的多个所述传感器采集单个所述试验货车的压力数据并将压力数据传输至对应的所述采集模块；

多个所述采集模块将多个所述试验货车的压力数据传输至对应的所述控制器；

每个所述控制器将所述试验货车的压力数据进行数模转换后以电信号的形式发送至所述工控机；

所述工控机对电信号进行识别转换，并以曲线的形式呈现。

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