列车轴承关键参数长期监测与预警车载端系统设计

陈越

摘要 在列车运行过程中，对轴温、轴承振动、轴承噪声参数进行实时监测和及时预警，能够保证列车的行驶安全。设计车载轴承端参数采集硬件部分和车载终端人机界面综合系统来实现关键参数的采集、传输、分析、保存以及预警功能，为列车的安全运行保驾护航。同时经过长期监测积累的数据可以为列车性能的优化和升级提供重要参考。

【关键词】运行监测 数据采集 人机界面 性能优化

列车运行中的安全问题一直是轨道行业相关人员的关系问题。在列车行驶中由于钢轨与车辆之间的冲击以及列车自身载重的原因，会使得轴承振动发热而造成磨损，严重的话会危害行车安全，所以对于轴承参数的测量是非常重要的。轴承的状况可以结合温度、振动、噪声3种类型参数进行综合分析，从而得知轴承的情况，硬件部分结合3种不同类型传感器对轴承的温度、振动、噪声进行监测，同时进行数据通信将数据传输给车载端监控中心进行记录、分析和处理。

1 传感器和芯片选型

轴温的测量采用DS18820温度传感器，将其放置在软管的探头上伸入轴箱，从而进行温度的准确测量。振动的测量利用传感器MPU6050，该传感器自带A/D转换，直接可以通过I^2 C总线进行单片机通信，可以极大简化电路。噪声的测量采用驻极体传声器，不仅电声性能好，价格低廉，而且抗震能力强。

控制芯片采用STM32F103ZET6，通信上不仅可以兼容CAN/485/232接口，还可以使用USB串口和红外收发等方式。片上512KFlash，64K SRAM可以满足数据存储的要求。综合考虑可以使用作为车载轴承端数据采集芯片。

2 硬件整体设计

硬件装置由STM32模块、通信模块、电源模块、信号条理模块、温度传感器探头、振动传感器探头、传声器探头组成。将STM32等模块置于屏蔽盒中，传感器探头通过接口与STM32相连。如图1所示。

传感器探头通过在轴承箱上开孔将其放置进相应位置进行参数检测，STM32模块用于接收3路传感器的信号，并且将其通过通信模块进行发送。通信模块采用ZigBee无线通信方式，与车载端人机交互界面进行通信。电源模块将DC110V进行降压，从而适用数字电路供电。

3 软件设计

芯片程序利用MDK5进行开发，导入固件库之后就可以利用丰富的库函数进行程序编写和调试。下位机程序运行过程如下：列车运行时上电后，单片机首先要进行自检，判断端口有无连接或者连接是否有错误发生，否则进行正常工作。程序设置每隔一定时间向上位机发送一次数据。

上位机的编写采用C#语言结合SQLServer数据库。前端UI利用相应控件进行设计，后端代码要进行一些数据处理以及逻辑判断，以及利用SQLServer数据库进行数据存取。

如图2所示，登录界面采用用户名和密码结合的登录方式，在SQLServer中存储用户信息，当登陆时输入的用户名和密码与数据库中的相同时，点击登录按钮就会进入主界面。进入主界面的同时自检事件触发，这个事件会对下位机的数据源进行检测，如果没有数据源会发出红灯闪烁警报，如果一切正常则开始读取或者等待读取传感器信息。主界面的Textbox控件与下位机数据源相连，用于实时显示数据。

在算法设计方面，对轴温、振动、噪声3个指标进行逻辑或运算，任何一个指标超出，均会发出警告，3个指标均超出，则发出弹窗报警。

上位机系统可以手动将测值进行数据库保存，若无手动，也会每隔一定时间往SQLServer数据库转存数据。在这期间可能会有些卡顿，可以选择在菜单设置中手动关闭此转存功能。最后可以选择将某一时刻的数据用报表的形式打印出来，方便对异常进行分析处理和上报。

4 结论

列车轴承参数監测系统结合车载轴承端硬件与上位机C#编写人机交互界面对列车运行过程中轴承的状态参数进行实时的监测，并将相关参数进行显示和储存，后进行后台指标运算，若是信号异常，则会发出报警信号。数据可以定时转存在SQLServer上位机数据库中，方便对列车运行中轴承的状态进行长期监测，结合平常行车的情况进行综合分析，可以对列车性能的优化和升级提供重要参考。相比于传统的列车监测设备来说，提供3个指标综合判断轴承状态，范围广，精度高。

参考文献

[1]王士强.CRH3C型动车组转向架轴箱轴承温度检测系统介绍[J]内燃气与配件，2017 （19）.

[2]郑俊飞，翟军勇.基于STM32机车轴温检测装置的设计[J].工业控制计机，2017，30 （11）.

[3]王红，陈功平，数据库开发案例教材[M].北京：清华大学出版社，2013： 26-34.

[4]曹健，陆红燕，基于C#.NET下三层架构数据库应用系统开发分析[J].信息系统工程，2013 （05）.

[5]赵艳瑾，基于Crystal Reports的金融行业报表系统的设计与应用[D].上海交通大学，2012 （05）.