基于FX2N-4AD-PT的高速动车组轴温检测系统

程民利

(西安铁路职业技术学院 电子信息系，陕西 西安 710014)

基于FX2N-4AD-PT的高速动车组轴温检测系统

程民利

(西安铁路职业技术学院 电子信息系，陕西 西安 710014)

摘要：结合陕西省教育厅创建示范专业建设需求，为了加强专业课程教学的实践性和多门课程知识的综合应用，基于FX2N系列PLC设计了一种高速动车轴温检测系统。依据高速铁路实际轴温检测要求，提出测温系统的基本功能，设计了具有温度显示、声光预警报警功能的硬件电路。分析了FX2N-4AD-PT的性能指标、缓存器分配及读写指令，将FX2N-4AD-PT应用于高速动车轴温检测系统，简化了系统电路设计。依据系统功能需求，结合硬件电路，编写了高速动车轴温检测程序，系统的预警、报警温度均可通过程序设置。系统功能、指标完全能满足教学需求。

关键词：轴温检测；高速动车；FX2N-4AD-PT；温度显示；预警报警

近年来，我国高速铁路的发展日新月异，列车运行速度已达350 km/h，列车运行速度的提高，导致列车行走部分和齿轮箱的发热增多，当轴承和大小齿轮发生磨损或产生缺陷时，非正常发热增大，影响列车的安全运行。非正常轴温的升高，轻则造成机破，重则发生机车切轴，导致列车颠覆，发生重大事故[1-2]；因此，在列车运行过程中进行轴温检测，发现异常并及时向司机报警，提醒司机采取相应措施对保证列车安全运行具有重大意义。本文设计了一种教学用模拟列车测温系统，供西安铁路职业技术学院铁道机车、铁道车辆等专业教学使用。

1测温系统的要求

1.1参数要求

根据TB/T 3057—2002《机车轴承温度监测报警装置技术条件》和TB/T 2226—2002《铁道客车用集中轴温报警器技术条件》，轴温报警器性能参数应符合在-15～105 ℃时，系统测量误差≤±2 ℃，而在<-15 ℃或>105 ℃时，系统测量误差≤±4 ℃[3-4]。

1.2功能要求

测温系统功能要求如下。

1)列车轴承温度>120 ℃时，黄灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫预警；轴承温度>140 ℃时，红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫报警。

2)显示实时轴温。

2测温系统设计

高速动车组轴温检测系统用于转向架轴端温度和齿轮箱温度的检测。因为具有测量准确度高、测量范围大、可靠性高和抗干扰能力强等优点，PT100被广泛应用于轴温检测，其可以安装在转向架各个轴端和齿轮箱内部，所以本文选用PT100检测轴温。考虑现有设备及课程之间的融合，以FX2N系列PLC为核心，通过PT100型温度传感器用模拟量输入模块FX2N-4AD-PT检测轴温。

2.1系统组成

测温系统由FX2N系列PLC、FX2N-4AD-PT、温度显示及预警报警电路组成(见图1)。

图1　系统组成

FX2N系列PLC从特殊功能模块FX2N-4AD-PT的缓冲存储器BFM中读取检测到的轴温，并将读取的温度转换成8421BCD码，输出温度整数位，同时将检测到的实时温度与预警温度120 ℃和报警温度140 ℃比较，产生声光预警报警信号。

FX2N-4AD-PT将来自PT100铂温度传感器的信号放大后，经A-D转换，转换成12位可读数据，存储在缓冲存储器中，供PLC调用。

显示电路显示检测到的实时轴温，声光预警及报警电路通过蜂鸣器和黄灯(预警)、红灯(报警)闪烁提醒司机轴温过高。

2.2FX2N-4AD-PT特殊功能模块介绍

FX2N-4AD-PT能同时对4个通道的温度进行检测，并将检测结果处理后存储在固定的缓存器中，可用分辨率为0.2～0.3 ℃。

2.2.1FX2N-4AD-PT的性能指标

FX2N-4AD-PT的性能指标见表1。

表1　FX2N-4AD-PT性能指标

2.2.2缓冲存储器(BFM)的分配

FX2N-4AD-PT缓存器的分配内容见表2。为了减弱随机噪声的“穿刺”效应，同时又不至于使转换时间过长，本系统采用平均温度值，但求温度平均值的采样次数选择4，而不是缺省值8；因此，PLC读取温度时读取的是缓冲存储器#5～#8中的数字，FX2N-4AD-PT中4个通道该项的缺省值均8分别存放在缓冲寄存器#1～#4中，可通过TO指令将此值修改为4，通过FROM指令读取#5～#8中的数字。在使用该模块时，先识别模块，即检查缓冲寄存器#30中的数字是否是FX2N-4AD-PT的单元识别标K2040，然后通过缓冲寄存器#29的b0、b10、b11三位的状态诊断错误。缓冲寄存器#29中每位为0，表示正常工作，无错；有1，表示有错，错误类型见表3。

表2　缓存器分配

表3　#29错误状态

2.3硬件电路设计[5]

硬件电路由PT100、FX2N-4AD-PT、FX2N和显示预报警电路组成，FX2N-4AD-PT装配在PLC模块的右边第1个模块，编号为0。PT100连接FX2N-4AD-PT的CH1通道，为防止电器干扰，PT100采用三线制，用电缆或双绞线屏蔽电缆与FX2N-4AD-PT连接，且与电源线隔开。

2.3.1I/O分配

本测温系统中设有测温启动按钮SB1和停止按钮SB2，同时有3位数温度显示及预警、报警指示灯和蜂鸣器预报警，其I/O分配详见表4。

表4　I/O分配

2.3.2显示报警电路

温度显示电路(见图2)显示3位数，PLC输出3位8421BCD码，经74LS48译码后由数码管显示；预警、报警分别通过Y14、Y15控制黄灯，红灯以1 Hz的频率闪烁，用Y16控制蜂鸣。

图2　温度显示电路

2.4软件设计[6]

2.4.1顺序功能图

依据系统功能要求可设计出顺序功能图(见图3)。在图3中，PLC通电，M8002为1，进入S0，此时，检查FX2N-4AD-PT的识别码，识别码正确(M1=1)，此时按下测温启动按钮X1，则进入S20。在S20，检查FX2N-4AD-PT模块有无错误，如没有错误(M30=0)，进入S21。在S21，读取FX2N-4AD-PT的缓冲期存器#5的数字，转化成对应温度，然后转化成8421BCD码从Y0～Y13输出，驱动显示电路显示温度；同时将从#5读取的数字与1 200、1 400比较，如果<1 200，则显示温度值，如果为1 200～1 400，预警，则黄灯闪烁，蜂鸣器鸣叫；如>1 400，报警，则红灯闪烁，蜂鸣器鸣叫。如按下停止测温按钮SB2，则停止测温。

图3　顺序功能图

2.4.2梯形图程序

依据图3，写出梯形图程序(见图4)。

图4　梯形图程序

3结语

该系统采用FX2N系列PLC与FX2N-4AD-PT测温模块相结合模拟动车轴温检测，已作为本学院多个专业可编程课程为期一周的实训教学内容。通过该项目使学生利用所学知识解决工作中的实际问题，并完成一个从硬件到软件的完整设计实践过程，激发了学生的学习兴趣、实训积极性和主动性，改善了教学效果。

参考文献

[1] 杨四清.机车轴温报警装置及抗干扰设计[J] . 机车电传动，2005(6):47-50.

[2] 哈大雷，等.新型轴温检测系统在高速车组上的应用[J]. 大连交通大学学报，2013，34(1):89-94.

[3] 中华人民共和国铁道部．TB/T 3057—2002机车轴承温度监测报警装置技术条件[S]．北京: 中国铁道出版社，2002．

[4] 中华人民共和国铁道部．TB/T 2226—2002铁道客车用集中轴温报警器技术条件[S]．北京: 中国铁道出版社，2002．

[5] 程民利.基于PLC的传感器应用设计[J].新技术新工艺，2015(5):26-29.

[6] 廖常初.可编程控制器应用技术[M].5版.重庆：重庆大学出版社，2008.

责任编辑彭光宇

High Speed Bullet Trainsaxle Temperature Detecting System based on FX2N-4AD-PT

CHENG Minli

(Xi’an Railway Vocational and Technical College, Xi’an 710014, China)

Abstract：In order to meet the requirement of specialty construction by Shaanxi department of education, we design a locomotive temperature detection system based on FX2Nsystem PLC to strengthen practical teaching and synthesis application of knowledge. According to the requirements of high-speed train temperature detection, we develop the basic function of detection system, and design hardware circuit with the function of temperature readings and sound light alarm. We analyze the performance index of FX2N-4AD-PT, cache allocation and read-write operations, then apply the FX2N-4AD-PT to the system of locomotive temperature detection and simplify the circuits .In addition,we write temperature detection programs which have the function of early warning and temperature reading. The function and performance index of the system fully satisfy the teaching requirement.

Key words:axle temperature detecting， high speed bullet train， FX2N-4AD-PT， temperature display， warning alarm

收稿日期：2015-04-02

作者简介：程民利(1965-)，女，教授，硕士，主要从事电子技术应用、自动控制和传感检测等方面的研究。

中图分类号：TP 29

文献标志码:A