基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮　笑，李西安

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

?

基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮笑，李西安

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

摘要：為了避免因機(jī)車(chē)軸溫隱患造成行車(chē)事故，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)LabVIEW上位機(jī)對(duì)機(jī)車(chē)軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了車(chē)載與地面系統(tǒng)的雙重監(jiān)測(cè)任務(wù)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，該系統(tǒng)具有操作界面直觀、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析高效等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)軸溫；LabVIEW；單總線；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

引用格式：馮笑，李西安. 基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(12)：93-95.

0引言

圖1　機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

機(jī)車(chē)車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，由于軸承與車(chē)軸間相互摩擦而發(fā)熱容易引起熱軸、燃軸，甚至造成切軸的行車(chē)事故，嚴(yán)重影響了鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩玔1]。及時(shí)、可靠、準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)車(chē)軸溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)及報(bào)警，對(duì)確保列車(chē)安全運(yùn)行具有重大意義。

傳統(tǒng)的軸溫檢測(cè)裝置采用紅外線探測(cè)原理，利用車(chē)輛運(yùn)行中發(fā)熱軸箱發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱來(lái)早期發(fā)現(xiàn)熱軸故障，減輕了過(guò)去使用人工手摸辦法的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度與可靠性。但是由于傳感器的非線性校正和溫度補(bǔ)償因素，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)的離散性大、線性度差[2]。隨著信息化技術(shù)不斷發(fā)展，伴隨著鐵路列車(chē)提速，通過(guò)車(chē)載軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用數(shù)字溫度傳感器對(duì)機(jī)車(chē)軸承溫度信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在PC上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)測(cè)、分析及記錄等，對(duì)于確保安全運(yùn)行及軸溫?cái)?shù)據(jù)分析都顯得尤為重要。然而，目前的監(jiān)測(cè)軟件多采用Visual Basic、Visual C++等語(yǔ)言環(huán)境開(kāi)發(fā)，編程較為復(fù)雜且操作不便，同時(shí)大量數(shù)據(jù)通過(guò)IC卡轉(zhuǎn)存，不利于進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與記錄。

LabVIEW作為一種圖形化的編程語(yǔ)言，具有設(shè)計(jì)界面友好、靈活及便于操作等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集與分析、虛擬儀器、信號(hào)處理及儀器控制方面具有廣泛應(yīng)用[3-4]。本文在單總線機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫的上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)

機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和地面監(jiān)測(cè)中心兩部分，其中車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由溫度傳感器、單總線、單片機(jī)控制系統(tǒng)等組成[5]。車(chē)載軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)單總線的連接方式，在機(jī)車(chē)軸箱、電機(jī)、抱軸等部件掛接數(shù)字溫度傳感器DS18B20，然后由系統(tǒng)微處理器控制實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)采集、硬件報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)及傳輸?shù)裙δ躘6-7]。圖1所示為機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖4　串口測(cè)量程序

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)工作過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)單總線網(wǎng)絡(luò)控制DS18B20實(shí)現(xiàn)軸溫實(shí)時(shí)采集、顯示及報(bào)警，然后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)再由串口方式與PC通信，在上位機(jī)上管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖2　下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖

2.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法和C語(yǔ)言編程，結(jié)構(gòu)化編程使得程序清晰易懂，便于進(jìn)行系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖如圖2所示。其中溫度采集子程序的工作流程采用巡回檢測(cè)方法，完成對(duì)每個(gè)DS18B20傳感器溫度循環(huán)采集。溫度采集主要步驟包括：初始化DS18B20；搜索DS18B20；匹配DS18B20；發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令；讀取溫度值[8]。

2.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)程序，所編寫(xiě)的程序代碼簡(jiǎn)單，而且前面板的操作界面美觀，易于使用。本系統(tǒng)以7 路溫度數(shù)據(jù)采集為例進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，該軟件程序主要包括串口測(cè)量程序、溫度報(bào)警程序、數(shù)據(jù)顯示與處理部分等。在LabVIEW 2013進(jìn)行上位機(jī)程序設(shè)計(jì)的用戶(hù)界面如圖3所示。

圖3　程序前面板

(1)串口測(cè)量程序

機(jī)車(chē)軸溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送至PC上，經(jīng)過(guò)LabVIEW串口測(cè)量程序讀取后實(shí)時(shí)顯示在前面板中。圖4所示的串口測(cè)量程序，主要包括VISA打開(kāi)函數(shù)、VISA讀取函數(shù)及關(guān)閉函數(shù)。VISA是一種用來(lái)與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級(jí)應(yīng)用編程接口，包含于LabVIEW軟件所具有的一套VISA庫(kù)函數(shù)，用于支持串口通信。利用VISA配置串口屬性用于初始化串口，設(shè)置VISA資源名稱(chēng)、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位及停止位等。只有所配置串口的參數(shù)與計(jì)算機(jī)串口的參數(shù)設(shè)置保持一致，串口測(cè)量程序才能正確接收溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)溫度報(bào)警程序

首先通過(guò)溫度數(shù)據(jù)通過(guò)十進(jìn)制數(shù)字字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)將字符串中數(shù)字字符轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制整數(shù)，然后與超溫報(bào)警所要求的機(jī)車(chē)軸位溫度90℃進(jìn)行比較，大于90℃就會(huì)聲光報(bào)警。將轉(zhuǎn)換完的值與前一次測(cè)量的溫度值作比較，大于溫升報(bào)警值12.7℃即進(jìn)行聲光報(bào)警。

(3)數(shù)據(jù)顯示與處理部分

圖5所示為數(shù)據(jù)顯示與處理部分程序段，數(shù)據(jù)顯示部分包括顯示數(shù)值、控件數(shù)值及溫度實(shí)時(shí)變化曲線，數(shù)據(jù)處理部分主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)表格的創(chuàng)建與存儲(chǔ)功能，便于進(jìn)行軸溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。

圖5　數(shù)據(jù)顯示與處理子程序

3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬真實(shí)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的軸溫監(jiān)測(cè)情況來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，通過(guò)上位機(jī)軟件觀察列車(chē)某一軸位6個(gè)軸號(hào)連續(xù)6個(gè)小時(shí)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并保存到Excel文件中。選定測(cè)試日期2015年8月21日，設(shè)定軸承的軸位為1，軸號(hào)為1、2、3、4、5、6，表1所示為系統(tǒng)測(cè)試的部分溫度數(shù)據(jù)記錄信息表。

表1表明，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)符合誤差要求。測(cè)試過(guò)程未見(jiàn)異常情況發(fā)生，監(jiān)測(cè)結(jié)果直接通過(guò)LabVIEW上位機(jī)前面板即可讀取，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軸溫信息與超溫、溫升報(bào)警信息，同時(shí)自動(dòng)生成Excel數(shù)據(jù)記錄表格，便于數(shù)據(jù)篩選、保存與分析。

表1　系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)表

4結(jié)論

本文以單總線數(shù)字式機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)機(jī)車(chē)軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、操作界面直觀、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與分析高效便捷等優(yōu)點(diǎn)，有效地保證了機(jī)車(chē)軸溫的車(chē)載與地面的雙重監(jiān)測(cè)任務(wù)，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患事故、確保列車(chē)安全運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐平,李家武.基于單片機(jī)的機(jī)車(chē)軸溫顯示及報(bào)警裝置[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2010,23(6):108-109.

[2] 王鐵流,張黎,李瞳. LabVIEW在紅外軸溫探測(cè)器自動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用[J]. 測(cè)控技術(shù),2006，25(11): 25-27,31.

[3] 張桐,陳國(guó)順,王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[4] 謝國(guó)善,熊鵬俊.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)研究[J].艦船電子工程,2010，30(10):126-128.

[5] 董海棠,蔣兆遠(yuǎn).機(jī)車(chē)軸溫檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,24(1):37-39.

[6] 劉英華.智能溫度監(jiān)測(cè)及電話語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2009，35(8):89-92.

[7] 余祖俊,許西寧,史紅梅.單總線數(shù)字式機(jī)車(chē)軸溫監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2001,15(3):55-60.

[8] 肖志飛,張鐵肩,孫秋桐.基于DS18B20的單總線溫度巡檢系統(tǒng)[J].信息化研究,2005,31(12):57-59.

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.030

(收稿日期：2016-01-29)

作者簡(jiǎn)介：

馮笑(1987-)，男，碩士研究生，助教，主要研究方向：電子信息工程技術(shù)。

Design of locomotive bearing temperature detection system based on LabVIEW

Feng Xiao, Li Xi′an

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052, China)

Abstract:In order to avoid the train operation accident caused by hidden trouble of locomotive bearing temperature, the locomotive bearing temperature detection system is designed based on LabVIEW in this paper. The system can achieve locomotive bearing temperature real-time detection and alarm, and complete both the on-board and ground system detecting task. The system verified by the test is reliable and practical, and has an intuitive interface , the efficient data storage and analysis function,etc.

Key words:locomotive bearing temperature; LabVIEW; one-wire; real-time detection