馮笑，李西安

　　（鄭州鐵路職業(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(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過LabVIEW上位機(jī)對(duì)機(jī)車軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了車載與地面系統(tǒng)的雙重監(jiān)測(cè)任務(wù)。經(jīng)過系統(tǒng)測(cè)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(chǔ)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(shí)監(jiān)測(cè)

0引言

　　圖1機(jī)車軸溫監(jiān)測(cè)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(shí)、可靠、準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)車軸溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)及報(bào)警，對(duì)確保列車安全運(yùn)行具有重大意義。

　　傳統(tǒng)的軸溫檢測(cè)裝置采用紅外線探測(cè)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(dòng)強(qiáng)度，增加了監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)，利用數(shù)字溫度傳感器對(duì)機(jī)車軸承溫度信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在PC上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)測(cè)、分析及記錄等，對(duì)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(cè)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(shí)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(hào)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。

1機(jī)車軸溫監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)

　　機(jī)車軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和地面監(jiān)測(cè)中心兩部分，其中車載監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)采集、硬件報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過單總線網(wǎng)絡(luò)控制DS18B20實(shí)現(xiàn)軸溫實(shí)時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)。　

　　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(cè)方法，完成對(duì)每個(gè)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(jiǎn)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(cè)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>

　　（1）串口測(cè)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(cè)量程序讀取后實(shí)時(shí)顯示在前面板中。圖4所示的串口測(cè)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(jí)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(cè)量程序才能正確接收溫度監(jiān)測(cè)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(huì)聲光報(bào)警。將轉(zhuǎn)換完的值與前一次測(cè)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(shí)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(chǔ)功能，便于進(jìn)行軸溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。

3系統(tǒng)測(cè)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(cè)情況來進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，通過上位機(jī)軟件觀察列車某一軸位6個(gè)軸號(hào)連續(xù)6個(gè)小時(shí)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并保存到Excel文件中。選定測(cè)試日期2015年8月21日，設(shè)定軸承的軸位為1，軸號(hào)為1、2、3、4、5、6，表1所示為系統(tǒng)測(cè)試的部分溫度數(shù)據(jù)記錄信息表。

　　表1表明，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)符合誤差要求。測(cè)試過程未見異常情況發(fā)生，監(jiān)測(cè)結(jié)果直接通過LabVIEW上位機(jī)前面板即可讀取，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軸溫信息與超溫、溫升報(bào)警信息，同時(shí)自動(dòng)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。通過上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)機(jī)車軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，具有開發(fā)簡(jiǎn)單、操作界面直觀、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)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(cè)任務(wù)，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患事故、確保列車安全運(yùn)行具有重要意義。

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