基于FX2N-4AD-PT的高速動車組軸溫檢測系統

程民利

(西安鐵路職業技術學院 電子信息系，陜西 西安 710014)

基于FX2N-4AD-PT的高速動車組軸溫檢測系統

程民利

(西安鐵路職業技術學院 電子信息系，陜西 西安 710014)

摘要：結合陜西省教育廳創建示范專業建設需求，為了加強專業課程教學的實踐性和多門課程知識的綜合應用，基于FX2N系列PLC設計了一種高速動車軸溫檢測系統。依據高速鐵路實際軸溫檢測要求，提出測溫系統的基本功能，設計了具有溫度顯示、聲光預警報警功能的硬件電路。分析了FX2N-4AD-PT的性能指標、緩存器分配及讀寫指令，將FX2N-4AD-PT應用于高速動車軸溫檢測系統，簡化了系統電路設計。依據系統功能需求，結合硬件電路，編寫了高速動車軸溫檢測程序，系統的預警、報警溫度均可通過程序設置。系統功能、指標完全能滿足教學需求。

關鍵詞：軸溫檢測；高速動車；FX2N-4AD-PT；溫度顯示；預警報警

近年來，我國高速鐵路的發展日新月異，列車運行速度已達350 km/h，列車運行速度的提高，導致列車行走部分和齒輪箱的發熱增多，當軸承和大小齒輪發生磨損或產生缺陷時，非正常發熱增大，影響列車的安全運行。非正常軸溫的升高，輕則造成機破，重則發生機車切軸，導致列車顛覆，發生重大事故[1-2]；因此，在列車運行過程中進行軸溫檢測，發現異常并及時向司機報警，提醒司機采取相應措施對保證列車安全運行具有重大意義。本文設計了一種教學用模擬列車測溫系統，供西安鐵路職業技術學院鐵道機車、鐵道車輛等專業教學使用。

1測溫系統的要求

1.1參數要求

根據TB/T 3057—2002《機車軸承溫度監測報警裝置技術條件》和TB/T 2226—2002《鐵道客車用集中軸溫報警器技術條件》，軸溫報警器性能參數應符合在-15～105 ℃時，系統測量誤差≤±2 ℃，而在<-15 ℃或>105 ℃時，系統測量誤差≤±4 ℃[3-4]。

1.2功能要求

測溫系統功能要求如下。

1)列車軸承溫度>120 ℃時，黃燈閃爍，同時蜂鳴器鳴叫預警；軸承溫度>140 ℃時，紅燈閃爍，同時蜂鳴器鳴叫報警。

2)顯示實時軸溫。

2測溫系統設計

高速動車組軸溫檢測系統用于轉向架軸端溫度和齒輪箱溫度的檢測。因為具有測量準確度高、測量范圍大、可靠性高和抗干擾能力強等優點，PT100被廣泛應用于軸溫檢測，其可以安裝在轉向架各個軸端和齒輪箱內部，所以本文選用PT100檢測軸溫。考慮現有設備及課程之間的融合，以FX2N系列PLC為核心，通過PT100型溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT檢測軸溫。

2.1系統組成

測溫系統由FX2N系列PLC、FX2N-4AD-PT、溫度顯示及預警報警電路組成(見圖1)。

圖1　系統組成

FX2N系列PLC從特殊功能模塊FX2N-4AD-PT的緩沖存儲器BFM中讀取檢測到的軸溫，并將讀取的溫度轉換成8421BCD碼，輸出溫度整數位，同時將檢測到的實時溫度與預警溫度120 ℃和報警溫度140 ℃比較，產生聲光預警報警信號。

FX2N-4AD-PT將來自PT100鉑溫度傳感器的信號放大后，經A-D轉換，轉換成12位可讀數據，存儲在緩沖存儲器中，供PLC調用。

顯示電路顯示檢測到的實時軸溫，聲光預警及報警電路通過蜂鳴器和黃燈(預警)、紅燈(報警)閃爍提醒司機軸溫過高。

2.2FX2N-4AD-PT特殊功能模塊介紹

FX2N-4AD-PT能同時對4個通道的溫度進行檢測，并將檢測結果處理后存儲在固定的緩存器中，可用分辨率為0.2～0.3 ℃。

2.2.1FX2N-4AD-PT的性能指標

FX2N-4AD-PT的性能指標見表1。

表1　FX2N-4AD-PT性能指標

2.2.2緩沖存儲器(BFM)的分配

FX2N-4AD-PT緩存器的分配內容見表2。為了減弱隨機噪聲的“穿刺”效應，同時又不至于使轉換時間過長，本系統采用平均溫度值，但求溫度平均值的采樣次數選擇4，而不是缺省值8；因此，PLC讀取溫度時讀取的是緩沖存儲器#5～#8中的數字，FX2N-4AD-PT中4個通道該項的缺省值均8分別存放在緩沖寄存器#1～#4中，可通過TO指令將此值修改為4，通過FROM指令讀取#5～#8中的數字。在使用該模塊時，先識別模塊，即檢查緩沖寄存器#30中的數字是否是FX2N-4AD-PT的單元識別標K2040，然后通過緩沖寄存器#29的b0、b10、b11三位的狀態診斷錯誤。緩沖寄存器#29中每位為0，表示正常工作，無錯；有1，表示有錯，錯誤類型見表3。

表2　緩存器分配

表3　#29錯誤狀態

2.3硬件電路設計[5]

硬件電路由PT100、FX2N-4AD-PT、FX2N和顯示預報警電路組成，FX2N-4AD-PT裝配在PLC模塊的右邊第1個模塊，編號為0。PT100連接FX2N-4AD-PT的CH1通道，為防止電器干擾，PT100采用三線制，用電纜或雙絞線屏蔽電纜與FX2N-4AD-PT連接，且與電源線隔開。

2.3.1I/O分配

本測溫系統中設有測溫啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2，同時有3位數溫度顯示及預警、報警指示燈和蜂鳴器預報警，其I/O分配詳見表4。

表4　I/O分配

2.3.2顯示報警電路

溫度顯示電路(見圖2)顯示3位數，PLC輸出3位8421BCD碼，經74LS48譯碼后由數碼管顯示；預警、報警分別通過Y14、Y15控制黃燈，紅燈以1 Hz的頻率閃爍，用Y16控制蜂鳴。

圖2　溫度顯示電路

2.4軟件設計[6]

2.4.1順序功能圖

依據系統功能要求可設計出順序功能圖(見圖3)。在圖3中，PLC通電，M8002為1，進入S0，此時，檢查FX2N-4AD-PT的識別碼，識別碼正確(M1=1)，此時按下測溫啟動按鈕X1，則進入S20。在S20，檢查FX2N-4AD-PT模塊有無錯誤，如沒有錯誤(M30=0)，進入S21。在S21，讀取FX2N-4AD-PT的緩沖期存器#5的數字，轉化成對應溫度，然后轉化成8421BCD碼從Y0～Y13輸出，驅動顯示電路顯示溫度；同時將從#5讀取的數字與1 200、1 400比較，如果<1 200，則顯示溫度值，如果為1 200～1 400，預警，則黃燈閃爍，蜂鳴器鳴叫；如>1 400，報警，則紅燈閃爍，蜂鳴器鳴叫。如按下停止測溫按鈕SB2，則停止測溫。

圖3　順序功能圖

2.4.2梯形圖程序

依據圖3，寫出梯形圖程序(見圖4)。

圖4　梯形圖程序

3結語

該系統采用FX2N系列PLC與FX2N-4AD-PT測溫模塊相結合模擬動車軸溫檢測，已作為本學院多個專業可編程課程為期一周的實訓教學內容。通過該項目使學生利用所學知識解決工作中的實際問題，并完成一個從硬件到軟件的完整設計實踐過程，激發了學生的學習興趣、實訓積極性和主動性，改善了教學效果。

參考文獻

[1] 楊四清.機車軸溫報警裝置及抗干擾設計[J] . 機車電傳動，2005(6):47-50.

[2] 哈大雷，等.新型軸溫檢測系統在高速車組上的應用[J]. 大連交通大學學報，2013，34(1):89-94.

[3] 中華人民共和國鐵道部．TB/T 3057—2002機車軸承溫度監測報警裝置技術條件[S]．北京: 中國鐵道出版社，2002．

[4] 中華人民共和國鐵道部．TB/T 2226—2002鐵道客車用集中軸溫報警器技術條件[S]．北京: 中國鐵道出版社，2002．

[5] 程民利.基于PLC的傳感器應用設計[J].新技術新工藝，2015(5):26-29.

[6] 廖常初.可編程控制器應用技術[M].5版.重慶：重慶大學出版社，2008.

責任編輯彭光宇

High Speed Bullet Trainsaxle Temperature Detecting System based on FX2N-4AD-PT

CHENG Minli

(Xi’an Railway Vocational and Technical College, Xi’an 710014, China)

Abstract：In order to meet the requirement of specialty construction by Shaanxi department of education, we design a locomotive temperature detection system based on FX2Nsystem PLC to strengthen practical teaching and synthesis application of knowledge. According to the requirements of high-speed train temperature detection, we develop the basic function of detection system, and design hardware circuit with the function of temperature readings and sound light alarm. We analyze the performance index of FX2N-4AD-PT, cache allocation and read-write operations, then apply the FX2N-4AD-PT to the system of locomotive temperature detection and simplify the circuits .In addition,we write temperature detection programs which have the function of early warning and temperature reading. The function and performance index of the system fully satisfy the teaching requirement.

Key words:axle temperature detecting， high speed bullet train， FX2N-4AD-PT， temperature display， warning alarm

收稿日期：2015-04-02

作者簡介：程民利(1965-)，女，教授，碩士，主要從事電子技術應用、自動控制和傳感檢測等方面的研究。

中圖分類號：TP 29

文獻標志碼:A