程民利

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)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(tǒng)

程民利

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息系，陜西 西安 710014)

摘要：結(jié)合陜西省教育廳創(chuàng)建示范專業(yè)建設(shè)需求，為了加強專業(yè)課程教學(xué)的實踐性和多門課程知識的綜合應(yīng)用，基于FX2N系列PLC設(shè)計了一種高速動車軸溫檢測系統(tǒng)。依據(jù)高速鐵路實際軸溫檢測要求，提出測溫系統(tǒng)的基本功能，設(shè)計了具有溫度顯示、聲光預(yù)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(yīng)用于高速動車軸溫檢測系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)電路設(shè)計。依據(jù)系統(tǒng)功能需求，結(jié)合硬件電路，編寫了高速動車軸溫檢測程序，系統(tǒng)的預(yù)警、報警溫度均可通過程序設(shè)置。系統(tǒng)功能、指標完全能滿足教學(xué)需求。

關(guān)鍵詞：軸溫檢測；高速動車；FX2N-4AD-PT；溫度顯示；預(yù)警報警

近年來，我國高速鐵路的發(fā)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(dǎo)致列車行走部分和齒輪箱的發(fā)熱增多，當(dāng)軸承和大小齒輪發(fā)生磨損或產(chǎn)生缺陷時，非正常發(fā)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(fā)生機車切軸，導(dǎo)致列車顛覆，發(fā)生重大事故[1-2]；因此，在列車運行過程中進行軸溫檢測，發(fā)現(xiàn)異常并及時向司機報警，提醒司機采取相應(yīng)措施對保證列車安全運行具有重大意義。本文設(shè)計了一種教學(xué)用模擬列車測溫系統(tǒng)，供西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道機車、鐵道車輛等專業(yè)教學(xué)使用。

1測溫系統(tǒng)的要求

1.1參數(shù)要求

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

1.2功能要求

測溫系統(tǒng)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(yù)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(tǒng)設(shè)計

高速動車組軸溫檢測系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)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(yōu)點，PT100被廣泛應(yīng)用于軸溫檢測，其可以安裝在轉(zhuǎn)向架各個軸端和齒輪箱內(nèi)部，所以本文選用PT100檢測軸溫?？紤]現(xiàn)有設(shè)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(tǒng)組成

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

圖1　系統(tǒng)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(zhuǎn)換成8421BCD碼，輸出溫度整數(shù)位，同時將檢測到的實時溫度與預(yù)警溫度120 ℃和報警溫度140 ℃比較，產(chǎn)生聲光預(yù)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(jīng)A-D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成12位可讀數(shù)據(jù)，存儲在緩沖存儲器中，供PLC調(diào)用。

顯示電路顯示檢測到的實時軸溫，聲光預(yù)警及報警電路通過蜂鳴器和黃燈(預(yù)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(jié)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(nèi)容見表2。為了減弱隨機噪聲的“穿刺”效應(yīng)，同時又不至于使轉(zhuǎn)換時間過長，本系統(tǒng)采用平均溫度值，但求溫度平均值的采樣次數(shù)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(shù)字，F(xiàn)X2N-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(shù)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(shù)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(tài)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(tài)

2.3硬件電路設(shè)計[5]

硬件電路由PT100、FX2N-4AD-PT、FX2N和顯示預(yù)報警電路組成，F(xiàn)X2N-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(tǒng)中設(shè)有測溫啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2，同時有3位數(shù)溫度顯示及預(yù)警、報警指示燈和蜂鳴器預(yù)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(shù)，PLC輸出3位8421BCD碼，經(jīng)74LS48譯碼后由數(shù)碼管顯示；預(yù)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(shè)計[6]

2.4.1順序功能圖

依據(jù)系統(tǒng)功能要求可設(shè)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(shù)字，轉(zhuǎn)化成對應(yīng)溫度，然后轉(zhuǎn)化成8421BCD碼從Y0～Y13輸出，驅(qū)動顯示電路顯示溫度；同時將從#5讀取的數(shù)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(yù)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(jù)圖3，寫出梯形圖程序(見圖4)。

圖4　梯形圖程序

3結(jié)語

該系統(tǒng)采用FX2N系列PLC與FX2N-4AD-PT測溫模塊相結(jié)合模擬動車軸溫檢測，已作為本學(xué)院多個專業(yè)可編程課程為期一周的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。通過該項目使學(xué)生利用所學(xué)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(shè)計實踐過程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實訓(xùn)積極性和主動性，改善了教學(xué)效果。

參考文獻

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

[2] 哈大雷，等.新型軸溫檢測系統(tǒng)在高速車組上的應(yīng)用[J]. 大連交通大學(xué)學(xué)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(jiān)測報警裝置技術(shù)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(shù)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(yīng)用設(shè)計[J].新技術(shù)新工藝，2015(5):26-29.

[6] 廖常初.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].5版.重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.

責(zé)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(shù)應(yīng)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