动车传动系统的在线监控装置的设计和实现.pdf

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1、《仪器仪表与分析监测》2016年第2期动车传动系统的在线监控装置的设计和实现DesignandImplementationofEMUDrivingSystemon-lineMonitoringDevice刘亚陆林建辉伍川辉(西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031)【摘要]为了对动车组的传动系统进行在线故障诊断而开发设计了车栽传动系统监控装置，分析了该装置的整体结构、硬件设计方案和软件开发方案，详细描述了各个功能板卡的设计和注意事项。此外，介绍了整个装置的传感器和主机箱在动车传动系统中的安装、调试．

2、说明了主机箱整体和各个电路板的调试及整机功能测试配置方法。[关键词】传动监控；在线监测；DSP；FPGA；MVB[中图分类号】TP216+．3[文献标识码】A引言高速动车的安全性和可靠性．一直以来都是轨道交通中非常关键的问题。传动系统作为动车上的核心组成成分，对其运行状态和关键参数进行实时在线监测是非常必要的。作为动车正常运行的核心组成部分，传动系统主要由齿轮箱、万向轴、安全装置和电机组成。传动系统的万向轴由输入轴、中间轴和输出轴3部分组成，通过十字万向铰连接．当万向轴的传动扭矩超过安全阈值后．会严重磨损万向铰造成

3、整个传动系统出现故障．导致列车无法继续运行。由于动车传动系统结构比较复杂，所处的环境比较恶劣，非常容易出现故障。因此，设计一套能够实时监控传动系统运行状态的在线监控系统。及时发现列车运行时传动系统的故障并作出预警，对于保证整个列车安全运行、减少列车运行事故具有非常重要的意义。一6—1动车传动监控装置系统介绍本套传动系统监控装置主要实现的功能是：实时监测动车传动系统中的异常振动信号和温度变化，并及时进行信号处理和故障诊断，监测到故障信号时立刻反应到司机监视屏上并提醒列车司机及时处理，从而避免动车因传动系统异常或故障而

4、引起的危险。传动系统监控装置组成如图1所示。齿轮箱传感器信号由振动温度二合一传感器传输至传动系统监控装置主机，每个齿轮箱安装一个振动温度传感器；牵引电机传感器信号由振动传感器传输至主机，每个牵引电机安装一个振动传感器；相应动车车上电气柜安装一个监控主机。系统将故障诊断信息通过MVB总线传送到列车控制与管理系统并控制司机显示屏报警。由于列车通信的独特性，国际电工技术委员会(IEC)为了保障高速列车控制的安全性和有效性而专门制定了列车通信网络(TCN)标准。动车传动系统的在线监控装置的设计和实现刘亚陆。等多功能车辆总线

5、MVB正是TCN标准协议中的一部分，是特定用于车厢或固定车组进行设备到列车通信网络之间数据传递的车厢总线。本装置中通信板卡的功能主要依赖MVB总线来实现。F_卜一(]4卜⋯1：传动系统监控装置主机3：振动传感器2：列车控制与管理系统4：振动温度传感器图1传动系统监控装置整体框图2监控装置的设计2．1系统整体结构设计系统的简要结构如图2所示。系统由2个振动温度传感器、2个振动传感器和1个传动系统监控装置主机构成。司机监控室；．=墨二-j医而l·2它qlt#盈I型主婪制}·}—叫素嶷监择管理系统：MVBl。装置。⋯。r

6、⋯。—TDC一24V电源速度信号’位转向架I黼l安装于齿轮箱l传感器l冀蓑丁西托相l懈l安装于电机l传感器I“4’’”2位转向架l电热握尹I安装于电机l传感器l。“⋯⋯“l黼l安装于齿轮箱l传感器l虿瑕丁囚}E相图2传动监控装置系统的简要结构图表1传感器主要参数由安装在齿轮箱的振动温度传感器监测齿轮箱振动温度信号及万向轴振动信号：由监控装置进行“异常”或“正常”的判断．然后将结果信息通过MVB总线传输到列车控制与管理系统进一步处理。其中振动温度传感器，又叫齿轮箱传感器，是集测量振动和温度信号为一体的传感器：而振动传

7、感器(或称电机传感器)则负责将电机上的振动加速度转换成电信号并向后传输，两种传感器的各种主要参数如表1所示。2．2主要硬件部分设计在这个系统中，我们主要使用模块化设计方式，即整个系统由电源、数据采集处理和通信三大功能模块组成。监控装置是以U箱为主体结构，分别把每个功能模块按PCB板卡的形式来设计，并用一个包括了电源板卡、数据采集处理板卡、通信板卡和安装所有功能板卡接口的背板来支撑．而且背板的接口设计是通用的．以避免出现板卡差错而烧坏的问题，同时还能使用备用卡槽以便日后的功能拓展使用。本装置结构外形如图3所示。图3系

8、统装置结构图本监控装置的电源板卡是由车下设备舱的辅助蓄电池(电压DCll0V)来供电的，而实现数振动温度传感器(齿轮箱传感器)振动传感器：电机传感器)项目参数项目参数传感器供电电流<10mv恒定电流2-20mA温度传感器电源DC18～36V．2～20mA恒流源激励电压18～30VDC振动传感器电源DC<3V．1mA恒流源输出偏压8～12VDC振动信号零点输出