摘要：故障检测及安全保护系统是动车组稳定安全运行的重要保障机制。在动车组运行途中，监测系统有时会发出转向架关键部件温度过高的故障报警，根据《动车组途中应急故障处理手册》，在经过相应初步的故障处置后，故障现象仍然存在的情况下，需要立即停车，由随车机械师下车对相应部件进行点温，按相关作业标准进行进一步故障处理。此项应途中急故障处理是动车组机械师必备的一项岗位技能，为了便于对有关人员进行该项技能的培训练习，本系统设计了一种转向架加热系统，该系统可以实现定时定温加热。
关键词：动车组转向架；关键部件；温度加热系统；设计要点
引言
转向架关键部件温度过高是动车组运行中常见的故障报警现象，本文设计了一种动车组转向架加热系统模拟动车组途中应急故障处理中遇到的热轴预警、热轴报警、齿轮箱温度异常、牵引电机轴承过热、联轴节温度过高故障。该系统由计算机控制FX2N-32MR-10AD2DA三菱板式工控板PLC，实现动车组转向架关键部件的定时定温加热。
1目前动车转向架组装检修工艺现状及重难点
我国动车转向架组装检修一般有如下三种形式，分别为地面环形小车、地面直板传送型以及空中悬挂循环工艺线。首先，地面环形所适用的修车规模较小，只能限制在固定的环形轨道上运转，为此检修效率相对低下，而且在检修过程中工位无法变动且需桥式起重机配合。其次，直板传送型检修工艺能够确保与生产步调一致，但是其缺点也不容忽视，很容易导致时间的浪费。最后，采用空中悬挂循环工艺的方式的优缺点也十分鲜明。优点在于机动灵活，缺点在于所需成本较大。随着铁路技术竞争的加剧，对于动车组检修也提出新的要求，这也正是组转向架检修工艺设计的重点和难点。其中不仅需要检修设施能够实现各种兼容，同时还要能够满足批量流水修的需求。如何将设计优化为人性化和流畅的检修线，成为了动车工艺设计工作者面临和解决的重要课题。
2动车组转向架关键部件温度加热系统设计要点
2.1温度采集硬件电路设计
根据系统总体方案，此次设计选用的是Pt100铂电阻温度传感器。但其在实际使用过程中需要解决两个问题，一是消除铂电阻传感器导线线阻，二是消除铂电阻阻值与温度非线性关系的影响。两线制的铂电阻接入电路后，测量结果无法消除导线线阻的影响，故在精密测量场合应用较少，四线制铂电阻在应用中需要高品质恒流源作为电源，将四根导线两两一组，分别作为供电线和测量线，它对电源要求高、且接线多，在工业现场中最常用的是三线制的接法，通过不平衡电桥调零消除导线线阻影响，进而测得连续变化的阻值。下位机温度采集使用三线制Pt100铂电阻温度传感器组成不平衡电桥对关键部件温度进行检测，将电压信号进行差分放大后，送至STM32的12位ADC转换为0X0FFF格式的数字信号，经串口传输给ＲM－04Wi－Fi模块通过车内无线网络发送至上位机。STM32F103单片机的3个ADC均为12位精度，参考电压最高为3。3V，每一位的ADC分辨率为0。0008V，当阻值每变化0。1Ω时，电桥的输出电压变化约为0。001V，STM32单片机ADC的分辨率与输入电压变化单位增量相符，Pt100的变化率为0。3851Ω/℃，系统的理论测量精度为±0。25℃。
2.2下位机软件设计
下位机采集卡软件系统需要实现以下功能，将电桥输出电压信号通过STM32单片机内部的ADC模块转换成数字量，并按照通讯协议进行打包处理后经由Wi－Fi无线网传输至上位机．程序开始运行后，先进行内部中断、定时器及ADC、串口等外设的初始化，初始化完成后，进入ADC转换及通讯的循环程序，循环程序执行条件是否完成一次采样周期，通过设定采样周期标志位，每达到一次采样周期，标志位值翻转，从而进入循环，完成一次各个通道的采样、数据编码和组帧发送，在通讯协议的辅助下，通过对程序进行仿真测试，执行一次循环内采样及数据发送时间为83μs左右，远小于2s的通用采样周期要求，满足系统需求，可将其可以作为面向高速采集的数据采集程序。
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2.3PLC控制模块
PLC是整个系统的大脑，在电脑给PLC下发加热指令后，PLC启动命令后，打开相应的加热通道，启动云母加热模块。对应的热敏电阻随着云母加热模块温度的升高，阻值逐渐降低，随着阻值的降低，逐步接通了两端的通路，给PLC一个反馈信号，然后通过软件，反馈到HMI屏，提醒司机，转向架这个部位的温度过高或者发送故障代码，然后按照途中应急手册的规定来对温度过高的部位进行处理。
2.4焊接工艺的过程控制
在确定了构架焊接的工艺流程之后，需要对每个工艺的过程进行有效控制，从而确保构架生产每个工艺过程的质量可控，其中主要包括以下几点：
（1）WPS模块化规定：在焊接生产过程中，焊接生产实现程序化管理，每台焊机内都输入了各自的焊接WPS相关的焊接程序模块，焊工只能按焊接相关的WPS模块规定进行焊接生产。焊接过程的程序式管理，有利于控制焊接过程。
（2）焊接过程控制：公司焊接质量控制人员在现场按照ＩＳＯ３８３４及EN的要求，对每条焊缝进行严格的焊前、焊中及焊后检查确认。同时，按EN的管理体系的要求，焊接监督人员一直在现场对焊接过程进行监督。
（3）焊接工作试样：在正式生产开始前，根据EN15085的要求，每名焊工都根据其工位特点，进行相关的工作试样考试。工作试样的管理也严格按EN15085的体系要求进行。只有当其具有相关的国际焊工资质，并且焊接工作试样合格后，方可进行正式的生产。
2.5加热模块
在实训转向架相应位置安装加热模块，加热模块电源AC220V，功率200W，包括如下组成部分：
（1）母加热板。云母加热板利用云母板（云母片）良好的绝缘性能和其耐高温性能，它以云母板（片）为骨架和绝缘层，辅以镀锌板或不锈钢板作支持保护，可做成板状、片状、圆柱状、圆锥状、筒状、圆圈状等各种型状的加热器件。可设计的功率高达1000W，可耐温600℃。技术特征：1）耐温高。云母板可耐600℃高温。2）绝缘性能好。绝缘电阻大于100MΩ。3）重量轻，厚度薄。体积小，功率大。4）可根据需要方便、容易地设计成各种型状，成本低。性能指标：1）绝缘电阻：叟100MΩ。2）耐压：1500V/1min。3）耐温：600℃。4）功率偏差范围：±5%。
（2）温度模块。
选用热敏电阻NTC50K，温度范围-50至400℃。NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。NTC热敏电阻在温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。随着温度的升高，NTC热敏电阻值逐渐变小，电阻两端的接线端子逐步接通，温度信号就这样转变为电信号，传递给PLC，提示司机转向架该部位的温度过高。
结束语
本文采用Pt100铂电阻不平衡电桥设计了基于STM32单片机的温度采集电路，通过ＲM－04Wi－Fi模块基于TCP/IP协议栈建立起上下位机之间的通信，设计了PC机UI及手机APP数据处理显示平台，并进行了实验，得到如下结论：（1）系统响应速度快，单次数据采集及发送周期小于83μs，在采样周期为50ms时仍可稳定传输，适用于高速数据采集；（2）系统通信基于TCP/IP协议栈，数据传输稳定可靠，不丢帧；（3）测量精度高，PC机与APP之间测量误差小于0。1℃，系统测量精度可达到±0。25℃。
参考文献：
［1］董锡明．现代高速列车技术［M］．北京：中国铁道出版社，2006：57-64．
［2］钱志鸿，王义君．面向物联网的无线传感器网络综述［J］．电子与信息学报，2013，35（1）：215-224．
［3］朱正中，胡亚非．PT100铂热电阻线制与二次仪表的采集误差［J］．仪表与计量技术，2005（6）：43-45．
论文作者:汪驹畅,侯倩倩,郎雯敏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/24
标签：转向架论文; 温度论文; 车组论文; 系统论文; 模块论文; 云母论文; 部件论文; 《基层建设》2019年第4期论文;