CN1920515A - 轴温报警器综合试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轴温报警器综合试验台，以处理器U1为控制核心，U1通过I/O控制信号S20控制电源模块U2输出DC36V～DC138V的范围内的电压，待测轴温报警器U3将此时的自身的供电电压信号S2和电流信号S1分别通过电压互感器U13和电流互感器U12转换成模拟电压信号S4和模拟电压信号S3传给微处理器U1，U1通过内部集成的AD对S3和S4采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上。本发明具有以下功能：(1)报警器电源功耗检测、恒流源精度检测、轴温精度检测、报警温度检测、通讯检测。(2)传感器精度检测功能。(3)绝缘电阻检测功能。(4)轴温记录仪发送和接收检测功能。(5)检测数据管理功能。(6)机车行车轴温数据IC卡数据管理功能。
Description
所属领域：本发明涉及一种轴温报警器试验台。
背景技术：铁路作为国民经济的大动脉和大众化交通工具，其安全运行是铁路运输的永恒主题。而热轴、切轴是危及铁路运输安全的重大事故因素之一。铁道车辆在运行过程中，轴承会因为摩擦而发热，当轴承技术状态良好时，有一定的温升是正常的。当有异常升温时，则说明轴承工作条件恶化，润滑条件变坏，造成轴承零件变形，工作间隙发生变化，摩擦磨损加剧，更有甚者造成列车燃轴事故，如不及时发现处理，会导致严重的行车事故，因此，必须对轴温进行实时监测，发现问题及时报警让工作人员及时采取措施，以确保列车的行车安全。所以，目前我国铁路客车采用集中轴温报警器对客车轴温进行检测并对异常情况进行报警。
铁路客车轴温巡测报警器是铁路客车运行中能自动巡回检测车辆轴温状况的装置，可预报热轴，防止切轴，保证旅客列车运行安全。轴温报警器使用以来，先后推出了多种型号，老型包括TKZW、LZW、ZB1型，新型包括KZSM-I、KZSM-II型。他们在预报客车热轴，防止切轴方面发挥了重要作用。但在轴温报警系统中，由于客车上安装传感器9个/节，连接线路复杂、干扰大、运行环境多变、报警系统设计本身的误差缺陷等原因，常出现误报、漏报的情况。因此，为了检测轴温报警器的工作状态是否正常，国内一些厂家推出了铁路客车轴温报警器检测系统。
由于目前我国铁路客车上安装的轴温报警器包括无通讯功能的老型和有通讯功能的新型等多种，并且生产者有南京铁路仪表厂、南京紫台星河仪器厂等厂家，使得轴温报警器的检测多样化，复杂化，相应的出现了几种检测台可以检测新型或老型的轴温报警器。但尚未有一种检测台能够检测全部型号的轴温报警器，即缺乏兼容性。铁路部门欲检测全部型号的轴温报警器则需重复投资，且老型轴报器检测台手动操作程序复杂，自动化程度低，检测过程需人工全程监控。
目前的试验台主要存在以下问题：
(1)仅能检测新型轴温报警器或老型轴温报警器，而不能够检测所有的轴温报警器，缺乏兼容性。
(2)传感器检测利用电阻丝加热水槽式恒温箱来改变温度，工作周期较长，且不能够制冷并设置零下温度。据《中华人民共和国铁道行业标准》(简称铁标)，温度传感器的工作环境温度为-45℃～125℃，将温度传感器放入-45℃的恒温箱内，恒温4小时后检测温度传感器有无损坏。因此不能制冷将使该项检测无法进行。
电控部分大都由分离元件组成，致使系统存在体积庞大，控制逻辑复杂，集成度不高，不易改变等缺点。
(3)据铁标规定，传感器500V电压下的绝缘电阻不得小于10MΩ，而目前现有的检测试验台台均缺少该项检测。
鉴于目前试验台存在的以上兼容性差，传感器检测温度范围窄，模块集成度不高，绝缘电阻检测项目缺少等缺点，设计了ZBST-I轴温报警器综合试验台。旨在兼容检测各新、老型轴报，扩大传感器检测的温度范围，增加制冷功能和绝缘电阻检测功能，提高检测精度以及模块集成度，实现检测过程的全自动化。
发明内容：本发明的目的是提供一种高可靠性和高精度的铁路客车轴温报警器综合检测装置。本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为一种轴温报警器综合试验台，以处理器U1为控制核心，微处理器U1接收来自键盘U6的控制信号S12，微处理器U1通过232转换芯片将来自上位机U7的指令转换成微处理器可以接受的TTL电平信号S13，微处理器U1通过I/O控制信号S20控制电源模块U2输出DC36V～DC138V的范围内的电压，并以模拟电压S21的形式给待测轴温报警器U3供电，待测轴温报警器U3将此时的自身的供电电压信号S2和电流信号S1分别通过电压互感器U13和电流互感器U12转换成模拟电压信号S4和模拟电压信号S3传给微处理器U1，U1通过内部集成的AD对S3和S4采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，待测轴温报警器U3通过采样电路将内部恒流源的电流值转换成模拟电压S5，微处理器U1通过内部集成的AD对S5进行采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；微处理器U1通过内部集成的DA输出电压信号S6，接到待测轴温报警器U3的9路传感器接口，同时轴温报警器U3将此时的9路轴温状态信号S7通过U3内部的FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1通过内部的FSK解调电路将该载波信号S8解调，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，微处理器U1通过串口发出TTL信号S10来控制2051单片机阵列模块U4来模拟9路18B20数字传感器的时序，该时序信号以S9的形式连接到待测轴温报警器U3的传感器接口，待测轴温报警器U3将此时的9路轴温状态S7通过FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1将该载波信号解调，然后将数字轴温精度检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；电源模块U2通过模拟电压信号S9给待测传感器U11提供500V直流电压，该500V直流电压的正负端分别接在待测传感器U11的外壳和数据线上，待测传感器U11又通过绝缘电阻检测电路将此时流过自身的电流转换成模拟电压信号S18，微处理器U1通过内部集成的AD对模拟电压信号S18进行采样，然后U1将绝缘电阻检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；检测传感器精度时，将待测传感器U11放入恒温箱U5中，微处理器U1串口发出的信号转换成485协议的电平信号S11来设定恒温箱U5的温度，U5同时把实际温度也通过485电平信号S11传给微处理器U1进行判断和显示，待测传感器U11若是模拟传感器则通过恒流源电路将此时温度转换的电压信号S17，微处理器通过AD对该电压信号采样再回算成温度值，若是数字18B20传感器则以TTL电平信号S16的形式将此时温度数据直接发送给微处理器U1，待恒温箱设定的温度稳定后，微处理器U1将传感器精度检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；读卡器U9将IC卡中提供的机车轴温和报警数据以232电平信号S15的形式传给微处理器U1保存；待检测的轴温记录仪U8通过FSK载波信号S14与微处理器U1通讯，U1以此来检测轴温记录仪U8的发送和接收数据的功能，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上。本发明具有以下功能：(1)报警器电源功耗检测、恒流源精度检测、轴温精度检测、报警温度检测、通讯检测。(2)传感器精度检测功能。(3)绝缘电阻检测功能。(4)轴温记录仪发送和接收检测功能。(5)检测数据管理功能。(6)机车行车轴温数据IC卡数据管理功能。
附图说明：
图1为轴报实验台系统原理框图
具体实施方式：
在本实施例中：微处理器U1的型号为C8051F020
电源模块U2的型号为：15W 220V变压器；欧姆龙12V双触点继电器
待测轴温报警器U3的型号为KZSM-I/II型、LZW型、TKZW型、ZB1型
微处理器阵列U4的型号为AT89C2051单片机
恒温箱U5的型号为台湾产ZW4-A型PID调节恒温箱
液晶键盘U6的型号为240*128点阵背光液晶和普通四脚键盘
上位机U7的型号为CPU：P4-3.0512RAM OS：windows2000
记录仪U8的型号为KZSM-I-J轴温报警记录仪
IC读卡器U9的型号为AT45D041外置式IC读卡器
恒流源模块U10的型号为ZF430传感器专用恒流源模块
待测传感器U11的型号为PT100模拟传感器/数字式18B20传感器，电流互感器U12的型号为科海TZ-A01A电流互感器
电压互感器U13的型号为科海TZ-U200A电压互感器，FSK通讯模块U14的型号为ST7537电力线载波调制解调处理器。
具体信号名称如下，请参照：
S1：为电流信号；
S2，S3，S4，S5，S6：为模拟电压信号；
S7，S8，S9：串行二进制脉冲信号；
S10：为232协议电平信号；
S11：为485协议电平信号；
S12：为TTL电平信号；
S13：TTL电平信号；
S14：FSK高频载波信号；
S15：为232协议电平信号；
S16：为TTL电平信号；
S17，S18：为模拟电压信号；
如图1所示，本发明以处理器U1为控制核心，微处理器U1接收来自键盘U6的控制信号S12，微处理器U1通过232转换芯片将来自上位机U7的指令转换成微处理器可以接受的TTL电平信号S13，微处理器U1通过I/O控制信号S20控制电源模块U2输出DC36V-DC138V的范围内的电压，并以模拟电压S21的形式给待测轴温报警器U3供电，待测轴温报警器U3将此时的自身的供电电压信号S2和电流信号S1分别通过电压互感器U13和电流互感器U12转换成模拟电压信号S4和模拟电压信号S3传给微处理器U1，U1通过内部集成的AD对S3和S4采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，重复此操作，可以进行多档电压范围下的轴温报警器功耗检测；待测轴温报警器U3通过采样电路将内部恒流源的电流值转换成模拟电压S5，微处理器U1通过内部集成的AD对S5进行采样，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，；微处理器U1通过内部集成的DA输出电压信号S6，接到待测轴温报警器U3的9路传感器接口，同时轴温报警器U3将此时的9路轴温状态信号S7通过U3内部的FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1通过内部的FSK解调电路将该载波信号S8解调，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；微处理器U1通过串口发出TTL信号S10来控制2051单片机阵列模块U4来模拟9路18B20数字传感器的时序，该时序信号以S9的形式连接到待测轴温报警器U3的传感器接口，待测轴温报警器U3将此时的9路轴温状态S 7通过FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1将该载波信号解调，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；电源模块U2通过模拟电压信号S9给待测传感器U11提供500V直流电压，该500V直流电压的正负端分别接在待测传感器U11的外壳和数据线上，待测传感器U11又通过绝缘电阻检测电路将此时流过自身的电流转换成模拟电压信号S18，微处理器U1通过内部集成的AD对模拟电压信号S18进行采样，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；检测传感器精度时，将待测传感器U11放入恒温箱U5中，微处理器U1串口发出的信号转换成485协议的电平信号S11来设定恒温箱U5的温度，U5同时把实际温度也通过485电平信号S11传给微处理器U1进行判断和显示，待测传感器U11若是模拟传感器则通过恒流源电路将此时温度转换的电压信号S17，微处理器通过AD对该电压信号采样再回算成温度值，若是数字18B20传感器则以TTL电平信号S16的形式将此时温度数据直接发送给微处理器U1，待恒温箱设定的温度稳定后，微处理器U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，本检测可重复设置进而对多个温度点的传感器精度进行测试；读卡器U9将IC卡中提供的机车轴温和报警数据以232电平信号S15的形式传给微处理器U1保存；待检测的轴温记录仪U8通过FSK载波信号S14与微处理器U1通讯，U1以此来检测轴温记录仪U8的发送和接收数据的功能，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上。
各个部分完成的功能：通过对C8051F020微处理器进行软件编程，对整个轴温报警器检测装置的正常运行进行实时控制。操作人员通过U6控制键盘按键或者U7上位计算机鼠标点击，将操作信息传递给U1进行处理，U1在内部程序的驱动下执行相应项目的检测操作。
1.轴温报警器功耗检测：微处理器U1控制电源模块U2上的继电器阵列切换输出一种直流电压，该电压给待测报警器U3供电，此时U3的电源线连接到电压互感器U13和电流互感器U12上，这样U3的供电电压和工作电流就分别转换成一个0-5V的电压送给微处理器U1的AD采样，U1通过程序将两个电压值分别回算成轴温报警器U3的供电电压和工作电流值，将二者相乘，即得到轴温报警器U3在这个电压下的功率。重复此操作，可以进行多档电压范围下的轴温报警器功耗检测。
2.轴温报警器内部恒流源精度检测：将待测轴温报警器U3的传感器接口接到恒流源检测电路上，使其恒流通过一个精密电阻，微处理器U1对该精密电阻两端电压进行AD采样，将采样得到的电压除以精密电阻的阻值，即得到被测恒流源的电流值，检测结果显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。
3.模拟传感器轴温精度检测：按照P-N结传感器的温度和电压的曲线关系，微处理器U1通过内部集成的DA发出一定的电压来模拟一个温度，该电压信号被接到轴温报警器U3的传感器接口，U3能自动识别传感器类型并对该电压进行温度转换，然后U3将转换后的温度值通过FSK通讯模块U14传给U1，U1将该信号解调后得到U3实际显示的温度值，误差检测结果将显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。
4.数字传感器轴温精度检测：微处理器U1发出控制信号给2051单片机阵列，控制其模拟9路18B20数字温度传感器的一个温度信号，这9路信号接到轴温报警器U3的传感器接口，U3自动识别出数字传感器后将进行温度转换，然后U3将转换后的温度值通过FSK通讯模块U14传给U1，U1将该信号解调后得到U3实际显示的温度值，误差检测结果将显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。
5.传感器绝缘电阻检测：电源模块U2为待测传感器U11提供DC500V电源，正负分别接U11的外壳和内部数据线，将此时流过U11的电流通过检测电路转换成电压，微处理器U1对该电压进行AD转换，再通过程序回算成流过U11的电流值，被500V除后得到传感器U11的绝缘电阻，U1判将检测结果显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。
6.传感器测温精度检测：将待测传感器U11放入恒温箱U5中，微处理器U1将待测温度点的温度值发给U5，使U5在该温度值下达到恒温，若此时U11是P-N结模拟传感器，U1通过恒流源模块U10将此时U11所测的温度采回并与设定温度比较，依此来判断模拟传感器的测温精度，若U11是数字式18B20传感器，则待恒温箱U5温度稳定后，U1直接读取U11所测温度并检测结果将显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。该过程可以设置的温度点范围为零下40度到零上90度。
7.记录仪检测功能：将待测轴温记录仪U8的通讯接口连接到微处理器U1的FSK解调电路上，U1发送一个时间数据到U8上，U8显示该时间后将该时间返回给U1，U1判断是否与发送一致并将结果显示在U6液晶屏幕或U7上位机人机界面上。
8.IC卡数据管理功能：将机车行车轴温数据IC卡插到读卡器U9中，U1将控制U9读取IC卡中信息，并可传到上位机U7保存、打印、管理。
Claims (1)
1、一种轴温报警器综合试验台，其特征是：以处理器U1为控制核心，微处理器U1接收来自键盘U6的控制信号S12，微处理器U1通过232转换芯片将来自上位机U7的指令转换成微处理器可以接受的TTL电平信号S13，微处理器U1通过I/O控制信号S20控制电源模块U2输出DC36V～DC138V的范围内的电压，并以模拟电压S21的形式给待测轴温报警器U3供电，待测轴温报警器U3将此时的自身的供电电压信号S2和电流信号S1分别通过电压互感器U13和电流互感器U12转换成模拟电压信号S4和模拟电压信号S3传给微处理器U1，U1通过内部集成的AD对S3和S4采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，待测轴温报警器U3通过采样电路将内部恒流源的电流值转换成模拟电压S5，微处理器U1通过内部集成的AD对S5进行采样，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；微处理器U1通过内部集成的DA输出电压信号S6，接到待测轴温报警器U3的9路传感器接口，同时轴温报警器U3将此时的9路轴温状态信号S7通过U3内部的FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1通过内部的FSK解调电路将该载波信号S8解调，然后U1将检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上，微处理器U1通过串口发出TTL信号S10来控制2051单片机阵列模块U4来模拟9路18B20数字传感器的时序，该时序信号以S9的形式连接到待测轴温报警器U3的传感器接口，待测轴温报警器U3将此时的9路轴温状态S7通过FSK通讯模块U14以载波S8的形式传给微处理器U1，U1将该载波信号解调，然后将数字轴温精度检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；电源模块U2通过模拟电压信号S9给待测传感器U11提供500V直流电压，该500V直流电压的正负端分别接在待测传感器U11的外壳和数据线上，待测传感器U11又通过绝缘电阻检测电路将此时流过自身的电流转换成模拟电压信号S18，微处理器U1通过内部集成的AD对模拟电压信号S18进行采样，然后U1将绝缘电阻检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；检测传感器精度时，将待测传感器U11放入恒温箱U5中，微处理器U1串口发出的信号转换成485协议的电平信号S11来设定恒温箱U5的温度，U5同时把实际温度也通过485电平信号S11传给微处理器U1进行判断和显示，待测传感器U11若是模拟传感器则通过恒流源电路将此时温度转换的电压信号S17，微处理器通过AD对该电压信号采样再回算成温度值，若是数字18B20传感器则以TTL电平信号S16的形式将此时温度数据直接发送给微处理器U1，待恒温箱设定的温度稳定后，微处理器U1将传感器精度检测结果显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上；读卡器U9将IC卡中提供的机车轴温和报警数据以232电平信号S15的形式传给微处理器U1保存；待检测的轴温记录仪U8通过FSK载波信号S14与微处理器U1通讯，U1以此来检测轴温记录仪U8的发送和接收数据的功能，检测结果将显示在下位机液晶U6的屏幕上和PC机U7的软件界面上。
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