基于PLC的机车轴温及车顶高压报警装置设计张斌，等基于PLC的机车轴温及车顶高压报警装置设计Design of PLC-based Alarm Device of Axle Temperature and High Voltageon Top for Locomotives张试蔡善乐(兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)摘要：为了提高铁路现行机车轴温报警装置的稳定性，准确性和报警的及时性，并扩展其功能，对铁路机车现有的轴温报警装置的控制部分进行了PC改进，对轴报装置增加了一级预报警功能，并对机车的车顶高压报警进行了研究，设计了一种能够同时实现机车轴温报警和车顶高压报警于一体的多功能监测报警装置，减少机车轴报警装置误报警情况的发生，把轴温故障消除在萌芽状态，更好地保障机车的运行安全和检修人员人身安全。关键词：轴温监测高压检测预报警抗干扰装置中图分类号：TH865文献标志码：AAbstract:To increase the stability,accuracy and promptitude of existing axle temperature alarm device for locomotives,and to expand morefunctions in such devices,the control section in the device is improved based on PLC.In axle temperature alarm,a fore alarm stage is added,and through studying the high top voltage alarm,a multifunctional monitoring device is designed,in which the alamm of axle temperature and highvoltage on top are integrated.As a result,the malfunction of the alarm device is distinctly decreased,the operation of locomotives is safer,andthe safety of operators and maintenance staff are guaranteed.Keywords:Axle temperature monitoring High voltage detection Fore alarm Anti-interference Device0引言等优点。本文试图以PLC为控制手段，在原有机车轴温报警装置的基础上设计出了一套多功能实时报警装铁路机车抱轴轴承、轴箱轴承，是机车走行部分的置，并增加了一级轴温预报警和车顶高压报警功能，供关键性部件，一旦发生轴承烧死、切轴等情况，很容易司机及时识别轴温报警的真伪，以便及早准确地对故造成机车机破、颠覆等重大事故的发生，严重危及旅客障进行处理，达到减少事故发生，保障机车运行安全和安全，并给国家造成重大经济损失，因此机车轴温报警检修人员人身安全的目的。装置对机车的安全运行起到了一定的作用，在机车上1本套装置的硬件设计及工作原理得到了广泛的应用。但在实际运用中存在很多的问题，如轴温误报警动作频繁，造成了严重的噪声污染，1.1装置结构影响司机操作，如果长此以往，司机容易对轴温报警装装置的结构如图1所示。置动作习以为常，不会引起足够重视和警惕，容易发生数码显示器重大事故。另外由于现行机车车顶均无高压报警装置，存在很大的安全隐患，以至雨天空气湿度大，绝缘强度下降，检修人员都不愿意上车顶对车顶设备进行轴温IC卡维护和检修。现行机车使用的轴温报警装置，均以单肌车电源柜通信接口片机进行控制，由于单片机的抗干扰性和可靠性比较差，以至机车轴温报警装置经常发生故障。与单片机Fig.1 Structural block diagram of system控制相比，PLC专为工业环境下的应用而设计，具有抗1.2主要硬件设计干扰能力强、可靠性高、互换性强、编程容易、易于推广L.2.1PLC的选型选择PLC机型的主要依据是：装置所需的输入/修改稿收到日期：2007-03-31。第一作者张城，男，981年生，现为兰州理工大学机电工程学院在读输出点数、循环扫描的周期及用户程序的容量等，而扫描周期主要取决于程序的执行时间。本装置结构简60基于PLC的机车轴温及车顶高压报警装置设计张斌，等单、程序小、输人/输出点数少，选用欧姆龙(OMRON)系统其他硬件的选用，均可沿用现有轴温报警装公司的C20p型号的PIC足以胜任控制要求。置的硬件。这样在对现有轴温装置进行升级改进时，1.2.2温度传感器将可以大大节省硬件成本，有利于现有装置的升级换选用美国DALLAS半导体公司的DSI8B20数字代。温度传感器。它能在检测点就把轴温模拟温度值转化1.3装置的工作原理为数字值，因此具有很强的抗干扰能力，这一点对处于机车轴温及车顶高压报警装置是一种通过数字温强电磁干扰中的车载电子设备是很重要的。每一片度传感器和霍尔传感器实时测量机车轴箱和抱轴上温DS18B20传感器具有全球唯一的编号，且安装之前用度及车顶高压，并进行显示和报警的装置。该装置的编程器输人了轴位号，以供装置识别。同一时间内，仅核心是PC控制器，外围电路主要由数字温度传感有一位传感器能与PLC进行通信，以避免CPU的访问器、霍尔传感器、数码管及驱动芯片、蜂鸣器、通信芯冲突。片、轴温IC卡和编程器等几个部分组成。PILC的CPU1.2.3霍尔传感器单元按原先设定好的程序，先进行设备自检，搜索所有本装置要求机车在运行途中刮弓或回库检修时在线连接的传感器，判断传感器是否存在编码错误、开(尤其是雨天检修)，司机或检修人员能够准确地判断路等现象，如果存在，系统提示出错信息，然后依次对车顶是否存在高压，以保障工作人员的人身安全，而这各个传感器的输人信号进行处理，比较和判断是否存正是通过霍尔传感器的检测来实现的。根据电磁学的在超温超压现象，以决定是否报警。通信接口采用有关知识，有电流变化就有磁场，且磁场的强度与电流PLC自带的RS-485异步串行通信口，用于机车两端司变化的大小成正比。在磁场的作用下，霍尔传感器将机室主机和副机之间的数据交换和通信，编程器用来输出一感应电势，其大小正比于磁场强度。蛋尔传感对PLC的存储器和各连接的传感器进行编程编码，以器将感应电势通过PC的模拟量输入/输出模块送至便系统识别。轴温IC卡用来全程记录轴温的变化过CPU进行处理并输出给数码管进行显示，当感应电势程（温度每变化2℃记录一次）和传感器的工作状态，超出一定值时，发出报警。本装置选用西安新敏电子以便为本装置的维护和故障分析提供依据。数字温度有限公司的CS5000H系列霍尔电流传感器。该传感传感器用来测量各轴位的温度和环境温度，经机车端器能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不子排送PLC处理。霍尔传感器用来测量车顶的感应规则波形的电流)]，具有安全性好、接线简单、测量范电势，以判断车顶是否存在高压。当超温超压时蜂鸣围大、精度高等优点。器就会呼叫报警，数码管屏幕闪烁，提醒司机及时进行1.2.4数码管显示器的驱动装置处理。选用MAXIM公司的MAX7219芯片作为数码管2控制系统软件设计的驱动芯片。MAX7219是一种紧凑型串行输人串行输出的共阴极新型L,ED显示驱动器，它的一片芯片可2.1系统的控制要求同时驱动多达8位7段LED显示器，内部有可存储显对控制系统软件设计时有如下要求：示信息的8×8点阵静态RAM动态扫描驱动电路)。①与现行的轴温报警装置相比，本装置增加一级与同类产品相比，具有接口简单，占用PLC的CPU接预报警功能。由于通风机经硅整流柜排出的热风的影口少（只有三根/0线），可进行多片级联、低功耗等响，位于二轴，五轴的三位、四位传感器的温度应该比优点。可直接和PLC的输出接口连接，它与PIC和数其他轴温上传感器的温度高。如果其他轴位上传感器码管的接线如图2所示。的温度超过了这几个轴位的温度，说明这些轴位的温度可能存在异常，虽然此时装置还没有达到温升报警MAXIMMAX7219或超温报警要求，装置也将发出预报警，提醒司机注意DIN数码管显示CLK报警点指示灯或提前进行处理，防患于未然。LOAD SEGA-G②温升报警。当某一位传感器的当前温度与环GNDSEGDP境温度相比超出55℃以上，装置报警，蜂鸣器就会呼叫，屏幕闪烁。困2显示器驱动装置接线图③超温报警。当某一位传感器的绝对温度达到Fig.2 Connections of display drive device90℃时，装置报警。《自动化仪表》第28卷第9期2007年9月61基于PC的机车轴温及车顶高压报警装置设计张斌，等④当车顶存在高压时，霍尔传感器将输出与磁场②PC内部采用监视电路，即看门狗指令强度成比例的感应电势，装置发出高压报警信号。(WDT),用于监视PLC的扫描时间，超时WDT将发出⑤轴温正常，车顶无高压时，装置数码管能循环报警信号，复位重新进行程序扫描，防止程序丢失，造显示各轴位的温度及环境温度。成系统失控。2.2控制系统程序③尽量选用数字式传感器，传感器的网络线，总本装置共分为主机和副机两个部分，分别置于机线，各外围设备间的通信线均采用屏蔽线，以抑制电磁车两端司机室的司机台上。主副机之间的通信是通过干扰。PLC自带RS-485通信口来实现。开机之后PLC首先④将装置外壳接地，保证机壳和大地等电位，以进行自检和初始化，然后搜索所有接入的传感器，并读保障设备安全，抑制干扰。取轴位号，检测是否存在重号、开路等现象，如果存在，⑤使MAX7219与数码管之间的距离和接线最装置报警并显示出故障的轴位号，方便维修人员对故短，减少干扰信号的串入。在芯片的V+与GND管脚障部位进行处理。故障排除后，装置启动数据转换，读间加大电容，LOAD与GND管脚间加大电阻，以吸收取温度或感应电势，并判断是否存在超温超压现象，如串入的干扰信号，抑制外界的电磁干扰)。存在，装置报警并显示故障位置，提醒司机及时进行处4结束语理。温度值和感应电势值同时送两端司机室的主副机进行显示。PLC是专为工业环境下的应用而设计的，编程简单、抗干扰能力强，具有很多单片机控制不可比拟的优3系统抗干扰点，用其对现行机车轴温报警装置进行控制，将会极大机车在高电压强磁场的环境下运行，车载电子电地减少机车轴报装置的误动作频率。另外，本装置还器设备很多，存在多种干扰源，这就要求本装置必须具增加了一级轴温预报警及车顶高压报警功能，使司机备强的抗干扰能力，这样一方面可以诚小其他设备对能及早准确地判断故障，及时做出处理，能更好地保障本装置的干扰：另一方面也可减少本装置对其他车载铁路机车的运行安全和检修人员的人身安全，减少事设备的影啊（尤其是机车监控系统等），以保障机车的故的发生。本装置对现行铁路机车轴报装置的升级改运行安全。硬件抗干扰技术是系统设计的首选措施，进具有一定的参考价值。它能有效地抑制干扰源，阻碍干扰传输的通道4。当参考文献然，软件抗干扰技术也应该得到足够的重视。本设计1余雷声，方宗达.电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版中从软件抗干扰和硬件抗干扰两方面出发，采用了以社，1996：88-90.2西安新敏电子有限公司，CS5000H系列霍尔电流传感器[EB/下抗干扰措施：OL].[2007 -02-22].http://www.dzdl.com.①PLC主机的输入输出电源相互独立，避免了电3刘汉民.IED显示职动器MAX7219的单片机接口技术及编源间的相互干扰；输入采用了光电耦合电路，防止电磁程[J].仪表技术与传感器，2002，(4)：30-31.干扰进入PLC内部，输出接口电路也采用了光电隔4郝久清，肖立.PLC控制系统的可靠性设计[J].自动化仪表，离，提高了抗干扰能力。2005,26(11):22行业信息第一届“三菱电机自动化”杯大学生自动化科技创新设计大赛成功落幕盛夏8月，由三菱电机自动化（上海）有限公司举办的第一届“三菱电机自动化”杯大学生自动化科技创新大赛在南京工程学院成功落幕。创新设计大赛由江苏省自动化学会主办，江苏省电工技术学会协办，以“应用·创新·实践”为宗旨，倡导培养大学生的实际应用能力，鼓励大学生的创新精神和团队合作精神，体现“学以致用”的理念，加强校际交流和产、学，研合作。自2007年6月至2007年8月，整个活动历时2个月，吸引了近十所院校36个参赛队参加，最终落幕于南京工程学院。大赛得到了社会各方的大力支持。通过此次大赛，三菱电机自动化与中国高校的合作更进了一步，三菱电机自动化今后将继续组织多种形式的活动，致力于未来人才的培养。62