馮笑,李西安
?。ㄠ嵵蓁F路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州 450052)
摘要:為了避免因機(jī)車軸溫隱患造成行車事故,設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過LabVIEW上位機(jī)對機(jī)車軸溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測報(bào)警,實(shí)現(xiàn)了車載與地面系統(tǒng)的雙重監(jiān)測任務(wù)。經(jīng)過系統(tǒng)測試驗(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)存儲與分析高效等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:機(jī)車軸溫;LabVIEW;單總線;實(shí)時監(jiān)測
0引言
圖1機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖機(jī)車車輛在運(yùn)行過程中,由于軸承與車軸間相互摩擦而發(fā)熱容易引起熱軸、燃軸,甚至造成切軸的行車事故,嚴(yán)重影響了鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩?]。及時、可靠、準(zhǔn)確地對機(jī)車軸溫進(jìn)行監(jiān)測及報(bào)警,對確保列車安全運(yùn)行具有重大意義。
傳統(tǒng)的軸溫檢測裝置采用紅外線探測原理,利用車輛運(yùn)行中發(fā)熱軸箱發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱來早期發(fā)現(xiàn)熱軸故障,減輕了過去使用人工手摸辦法的勞動強(qiáng)度,增加了監(jiān)測的準(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,伴隨著鐵路列車提速,通過車載軸溫監(jiān)測系統(tǒng),利用數(shù)字溫度傳感器對機(jī)車軸承溫度信號實(shí)時監(jiān)測,在PC上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)測、分析及記錄等,對于確保安全運(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)測軟件多采用Visual Basic、Visual C++等語言環(huán)境開發(fā),編程較為復(fù)雜且操作不便,同時大量數(shù)據(jù)通過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)車軸溫監(jiān)測報(bào)警裝置的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開發(fā)了基于LabVIEW的機(jī)車軸溫的上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。
1機(jī)車軸溫監(jiān)測硬件系統(tǒng)
機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)主要包括車載監(jiān)測系統(tǒng)和地面監(jiān)測中心兩部分,其中車載監(jiān)測系統(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]。車載軸溫監(jiān)測系統(tǒng)通過單總線的連接方式,在機(jī)車軸箱、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)時采集、硬件報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示、存儲及傳輸?shù)裙δ埽?-7]。
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)工作過程如下:單片機(jī)通過單總線網(wǎng)絡(luò)控制DS18B20實(shí)現(xiàn)軸溫實(shí)時采集、顯示及報(bào)警,然后通過傳輸網(wǎng)絡(luò)再由串口方式與PC通信,在上位機(jī)上管理監(jiān)測數(shù)據(jù)?!?/p>
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方法,完成對每個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圖形化編程語言來設(shè)計(jì)程序,所編寫的程序代碼簡單,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)的用戶界面如圖3所示?!?/p>
?。?)串口測量程序
機(jī)車軸溫?cái)?shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC上,經(jīng)過LabVIEW串口測量程序讀取后實(shí)時顯示在前面板中。圖4所示的串口測量程序,主要包括VISA打開函數(shù)、VISA讀取函數(shù)及關(guān)閉函數(shù)。VISA是一種用來與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級應(yīng)用編程接口,包含于LabVIEW軟件所具有的一套VISA庫函數(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、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,串口測量程序才能正確接收溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)。
?。?)溫度報(bào)警程序
首先通過溫度數(shù)據(jù)通過十進(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)車軸位溫度90℃進(jìn)行比較,大于90℃就會聲光報(bào)警。將轉(zhuǎn)換完的值與前一次測量的溫度值作比較,大于溫升報(bào)警值12.7℃即進(jìn)行聲光報(bào)警。
?。?)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)建與存儲功能,便于進(jìn)行軸溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測與分析。
3系統(tǒng)測試結(jié)果
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬真實(shí)列車運(yùn)行過程中的軸溫監(jiān)測情況來進(jìn)行系統(tǒng)測試,通過上位機(jī)軟件觀察列車某一軸位6個軸號連續(xù)6個小時的系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù),并保存到Excel文件中。選定測試日期2015年8月21日,設(shè)定軸承的軸位為1,軸號為1、2、3、4、5、6,表1所示為系統(tǒng)測試的部分溫度數(shù)據(jù)記錄信息表。
表1表明,系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)符合誤差要求。測試過程未見異常情況發(fā)生,監(jiān)測結(jié)果直接通過LabVIEW上位機(jī)前面板即可讀取,能夠?qū)崟r監(jiān)測軸溫信息與超溫、溫升報(bào)警信息,同時自動生成Excel數(shù)據(jù)記錄表格,便于數(shù)據(jù)篩選、保存與分析。
4結(jié)論
本文以單總線數(shù)字式機(jī)車軸溫監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的機(jī)車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。通過上位機(jī)系統(tǒng)對機(jī)車軸溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測報(bào)警,具有開發(fā)簡單、操作界面直觀、數(shù)據(jù)處理、存儲與分析高效便捷等優(yōu)點(diǎn),有效地保證了機(jī)車軸溫的車載與地面的雙重監(jiān)測任務(wù),對于及時發(fā)現(xiàn)隱患事故、確保列車安全運(yùn)行具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
?。?] 歐平,李家武.基于單片機(jī)的機(jī)車軸溫顯示及報(bào)警裝置[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2010,23(6):108109.
[2] 王鐵流,張黎,李瞳. LabVIEW在紅外軸溫探測器自動測試中的應(yīng)用[J]. 測控技術(shù),2006,25(11): 2527,31.
?。?] 張桐,陳國順,王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2008.
?。?] 謝國善,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):126128.
?。?] 董海棠,蔣兆遠(yuǎn).機(jī)車軸溫檢測裝置的設(shè)計(jì)[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,24(1):3739.
?。?] 劉英華.智能溫度監(jiān)測及電話語音報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2009,35(8):8992.
?。?] 余祖俊,許西寧,史紅梅.單總線數(shù)字式機(jī)車軸溫監(jiān)測報(bào)警裝置[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào),2001,15(3):5560.
?。?] 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):5759.