馮笑，李西安

　　（鄭州鐵路職業技術學院，河南 鄭州 450052）

　　摘要：為了避免因機車軸溫隱患造成行車事故，設計了一種基于LabVIEW的機車軸溫監測系統。本系統通過LabVIEW上位機對機車軸溫進行實時監測報警，實現了車載與地面系統的雙重監測任務。經過系統測試驗證了該系統的可靠性和實用性，該系統具有操作界面直觀、數據存儲與分析高效等特點。

　　關鍵詞：機車軸溫；LabVIEW；單總線；實時監測

0引言

　　圖1機車軸溫監測系統結構框圖機車車輛在運行過程中，由于軸承與車軸間相互摩擦而發熱容易引起熱軸、燃軸，甚至造成切軸的行車事故，嚴重影響了鐵路交通運輸的安全［1］。及時、可靠、準確地對機車軸溫進行監測及報警，對確保列車安全運行具有重大意義。

　　傳統的軸溫檢測裝置采用紅外線探測原理，利用車輛運行中發熱軸箱發射紅外線的強弱來早期發現熱軸故障，減輕了過去使用人工手摸辦法的勞動強度，增加了監測的準確度與可靠性。但是由于傳感器的非線性校正和溫度補償因素，使得檢測數據的離散性大、線性度差［2］。隨著信息化技術不斷發展，伴隨著鐵路列車提速，通過車載軸溫監測系統，利用數字溫度傳感器對機車軸承溫度信號實時監測，在PC上位機進行數據集中監測、分析及記錄等，對于確保安全運行及軸溫數據分析都顯得尤為重要。然而，目前的監測軟件多采用Visual Basic、Visual C++等語言環境開發，編程較為復雜且操作不便，同時大量數據通過IC卡轉存，不利于進行數據的分析與記錄。

　　LabVIEW作為一種圖形化的編程語言，具有設計界面友好、靈活及便于操作等優點，在數據采集與分析、虛擬儀器、信號處理及儀器控制方面具有廣泛應用［3-4］。本文在單總線機車軸溫監測報警裝置的基礎上，設計開發了基于LabVIEW的機車軸溫的上位機監測系統。

1機車軸溫監測硬件系統

　　機車軸溫監測系統主要包括車載監測系統和地面監測中心兩部分，其中車載監測系統主要由溫度傳感器、單總線、單片機控制系統等組成［5］。車載軸溫監測系統通過單總線的連接方式，在機車軸箱、電機、抱軸等部件掛接數字溫度傳感器DS18B20，然后由系統微處理器控制實現溫度的實時采集、硬件報警、數據顯示、存儲及傳輸等功能［6-7］。

2系統軟件設計

　　系統軟件設計包括下位機與上位機軟件設計兩部分。系統工作過程如下：單片機通過單總線網絡控制DS18B20實現軸溫實時采集、顯示及報警，然后通過傳輸網絡再由串口方式與PC通信，在上位機上管理監測數據。　

　　2.1下位機軟件設計

　　系統下位機軟件設計采用模塊化設計方法和C語言編程，結構化編程使得程序清晰易懂，便于進行系統功能的進一步擴展。系統下位機軟件設計總體流程圖如圖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傳感器溫度循環采集。溫度采集主要步驟包括：初始化DS18B20；搜索DS18B20；匹配DS18B20；發送溫度轉換命令；讀取溫度值［8］。

　　2.2上位機軟件設計

　　上位機采用LabVIEW圖形化編程語言來設計程序，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。本系統以7 路溫度數據采集為例進行上位機軟件設計，該軟件程序主要包括串口測量程序、溫度報警程序、數據顯示與處理部分等。在LabVIEW 2013進行上位機程序設計的用戶界面如圖3所示。　

　　（1）串口測量程序

　　機車軸溫數據通過串口發送至PC上，經過LabVIEW串口測量程序讀取后實時顯示在前面板中。圖4所示的串口測量程序，主要包括VISA打開函數、VISA讀取函數及關閉函數。VISA是一種用來與各種儀器總線進行通信的高級應用編程接口，包含于LabVIEW軟件所具有的一套VISA庫函數，用于支持串口通信。利用VISA配置串口屬性用于初始化串口，設置VISA資源名稱、波特率、數據位、奇偶校驗位及停止位等。只有所配置串口的參數與計算機串口的參數設置保持一致，串口測量程序才能正確接收溫度監測數據。

　　（2）溫度報警程序

　　首先通過溫度數據通過十進制數字字符串至數值轉換函數將字符串中數字字符轉化為十進制整數，然后與超溫報警所要求的機車軸位溫度90℃進行比較，大于90℃就會聲光報警。將轉換完的值與前一次測量的溫度值作比較，大于溫升報警值12.7℃即進行聲光報警。

　　（3）數據顯示與處理部分

　　圖5所示為數據顯示與處理部分程序段，數據顯示部分包括顯示數值、控件數值及溫度實時變化曲線，數據處理部分主要負責數據表格的創建與存儲功能，便于進行軸溫數據實時監測與分析。

3系統測試結果

　　在實驗室環境中模擬真實列車運行過程中的軸溫監測情況來進行系統測試，通過上位機軟件觀察列車某一軸位6個軸號連續6個小時的系統監測數據，并保存到Excel文件中。選定測試日期2015年8月21日，設定軸承的軸位為1，軸號為1、2、3、4、5、6，表1所示為系統測試的部分溫度數據記錄信息表。

　　表1表明，系統測試數據符合誤差要求。測試過程未見異常情況發生，監測結果直接通過LabVIEW上位機前面板即可讀取，能夠實時監測軸溫信息與超溫、溫升報警信息，同時自動生成Excel數據記錄表格，便于數據篩選、保存與分析。

4結論

　　本文以單總線數字式機車軸溫監測報警系統為基礎，設計了基于LabVIEW的機車軸溫監測系統。通過上位機系統對機車軸溫進行實時監測報警，具有開發簡單、操作界面直觀、數據處理、存儲與分析高效便捷等優點，有效地保證了機車軸溫的車載與地面的雙重監測任務，對于及時發現隱患事故、確保列車安全運行具有重要意義。

參考文獻

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　　［2］ 王鐵流,張黎,李瞳. LabVIEW在紅外軸溫探測器自動測試中的應用［J］. 測控技術,2006，25(11): 2527,31.

　　［3］ 張桐,陳國順,王正林.精通LabVIEW程序設計［M］. 北京：電子工業出版社,2008.

　　［4］ 謝國善,熊鵬俊.基于LabVIEW的虛擬儀器設計研究［J］.艦船電子工程,2010，30(10):126128.

　　［5］ 董海棠,蔣兆遠.機車軸溫檢測裝置的設計［J］.蘭州交通大學學報（自然科學版）,2005,24(1):3739.

　　［6］ 劉英華.智能溫度監測及電話語音報警系統［J］.電子技術應用,2009，35(8):8992.

　　［7］ 余祖俊,許西寧,史紅梅.單總線數字式機車軸溫監測報警裝置［J］.電子測量與儀器學報,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［J］.信息化研究,2005,31(12):5759.