一种地铁列车烟雾报警与轴承故障诊断组合装置的制作方法

1.本发明涉及传感器及故障诊断的技术领域，具体是地铁列车烟雾报警与轴承故障诊断组合装置。


背景技术：

2.地铁列车烟雾报警与轴承故障监测直接关系到地铁列车运行的安全性、稳定性、可靠性、舒适性以及列车运行速度等。随着我国城市轨道交通建设的快速发展，地铁列车以其独特的载客量大、速度快、无污染、充分利用空间、方便快捷、一般不受气候条件影响等优势越来越受到国家城市运输发展的重视。但由于地铁列车车厢人员密度大、活动空间小、运输线路封闭，列车处于高速移动状态，一旦发生火灾，或者轴承故障未采取及时的处理措施，极易造成事故，且施救工作非常困难，造成不可挽回的人员伤亡和巨大的经济损失。如何加强地铁列车的火灾监测及其轴承故障检测，保证列车安全、平稳运行，保障旅客安全舒适出行，是摆在我们面前的新课题。
3.目前，国内地铁列车上配置的火灾探测系统都是国外进口产品，由于知识产权的限制，其火灾检测装置不但价格昂贵，而且系统的维护和故障诊断维修均需要外国技术人员的帮助，这使我们在产品的利用和维护方面遇到众多的限制和不便。此外，国内先有的列车火灾报警系统功能单一、可靠性低、报警不及时，无法实现智能化，且国内未见有火灾报警检测与轴承故障诊断的组合装置。因此地铁列车烟雾报警和轴承故障诊断系统的创新研究，不但能够实时监测列车运行状况，通过检测到的数据智能分析并指导列车更好运行，而且有利于打破国外技术垄断，提升列车运行自动化和舒适度。随着我国快速发展的需要，城际轨道交通车辆的需求不断加大，因此具有较好的应用前景。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对国内现有地铁列车烟雾报警与轴承故障诊断装置技术方面的不足，提出了一种专门针对地铁列车烟雾报警与轴承故障诊断的组合装置，主要应用于地铁列车车厢动态监测、火警监测、轴承振动动态监测以及相应的故障诊断，实现了列车全程监控、温烟信息采集与智能处理、轴承振动数据的采集、分析、处理及故障自诊断等功能。即可以单独应用，也可以以模块的形式插入机箱。
5.一种地铁列车烟雾报警与轴承故障诊断组合装置，装置包括控制系统和与其分别连接的火灾监测模块、轴承振动监测模块、车厢状态监控模块、led指示灯模块、报警模块，所述控制系统还连接列车运行智能指导模块，列车运行智能指导模块为安装在列车上的用于控制列车运行的系统；
6.所述火灾监测模块，用于检测温度或烟雾数值发送给控制系统；
7.所述轴承振动监测模块，用于检测轴承振动数据发送给控制系统；
8.所述车厢状态监控模块，为监控摄像头，用于车厢内部动态图像监测；
9.所述控制系统包括控制器、eeprom模块和时钟模块；所述控制器中包括控制器芯
片和以下程序模块：数据采集模块、数据处理模块、控制模块；数据采集模块用于列车速度和位移数据、车厢内部温度或烟雾数据的采集；数据处理模块将采集到的数据分类分析、处理，获取温烟检测数据和轴承振幅数据传送到控制模块；控制模块输出温烟指令或轴承运行指令给智能指导模块从而控制列车稳定运行；
10.所述led指示灯模块，用于控制系统、显示火灾监测模块、轴承振动监测模块、车厢状态监控模块的工作状态的指示功能；
11.所述报警模块，用于当检测到烟雾、温度过高或者轴承故障时，led显示灯和蜂鸣器进行报警提示。
12.所述火灾监测模块包括感温、感烟、温烟复合传感器中的至少一种，用于列车车厢内或配套电控柜体内的火灾监测；在地铁车厢布置感烟传感器，在车厢设备柜、低压柜和继电器柜布置温烟复合传感器。
13.所述轴承振动监测模块包括设置在列车轴承处的位移传感器、速度传感器，用于列车轴承振动的实时监测。
14.所述数据处理模块是根据一段时间内的列车速度和位移数据计算的轴承振幅数据。
15.所述控制模块包括以下子程序模块：主控制单元、报警判断模块、故障诊断模块、辅助模块、中断相关模块；所述报警判断模块中存储有温度或烟雾数据、轴承振幅数据的工作阈值，用于判断是否超限；所述故障诊断模块用于根据轴承振幅数据实时绘制故障波形，并与故障波形数据库进行比对，从而判断轴承的故障类型输出轴承运行指令；主控制单元协调各个子程序模块工作。
16.所述故障波形数据库中的故障波形为预先采集的，故障类型包括内圈故障、外圈故障、疲劳磨损、温度过高、裂纹、断裂、振动噪声增大，并且故障类型按设定阈值分为各自类型下的高、低等级。
17.当各自故障类型下低等级时，所述的轴承运行指令为列车继续行驶至下一站点或维修地点并行驶过程中实时监测故障状态；当各自故障类型下高等级时，所述的轴承运行指令为列车制动停车并原地等待检修。
18.所述中断相关模块包括异步串行通信模块、1ms定时模块、a/d采样模块；所述a/d采样模块连接数据采集模块用于对采集的数据进行a/d转换；所述异步串行通信模块连接列车运行智能指导模块用于与其进行通信；所述1ms定时模块连接时钟模块用于设定采样频率。
19.所述eeprom模块用于配置交换芯片内寄存器设置。
20.本发明具有以下有益效果及优点：
21.1.该装置融合速度、位移、感温、感烟、微型监控摄像头等多种高性能传感器，实现了地铁列车状态监测、自诊断、数据拟合、综合分析功能，克服了传统车载报警系统功能单一、可靠性低，报警不及时的缺点。
22.2.该装置实现人工控制与智能控制相结合的轴承故障监测与故障诊断方式，提高列车控制准确度，降低事故概率。
23.3.该装置既可以在列车上单独使用，又可以作为列车上某一系统的插件置于机箱应用，符合城市轨道交通车辆车载装置的可靠性和信息化要求。
附图说明
24.图1是本发明火灾监测系统连接图。
25.图2是本发明控制模块结构原理图。
26.图3是本发明轴承振动监测流程图。
27.图1中：火灾监测模块101、轴承振动监测模块102、车厢实时监控模块103、数据采集模块104、数据处理模块105、控制模块106、eeprom模块107、智能指导模块108、报警模块109、led指示灯模块110、时钟模块111、b2型地铁列车112。
28.图2中：主控制单元201、报警判断模块202、故障诊断模块203、辅助模块204、中断相关模块205。其中，中断相关模块205包括：异步串行通信模块206、1ms定时模块207、a/d采样模块208。
具体实施方式
29.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
30.为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，下面以b2型地铁列车为例说明本发明的相关实现方法。
31.本发明结构及原理如图1、图2、图3所示。
32.图1所示，时钟模块111接收到控制模块106或者智能指导模块108的控制信号，确定数据采集模块104的数据采集频率，数据采集模块104接收到数据采集频率后，控制火灾监测模块101(内含感烟、感温、温烟传感器)、轴承振动监测模块102(内含速度、位移传感器)、车厢动态监控模块103(内含微型监控摄像头)实现地铁列车实时数据的采集，并将采集到的数据传送到数据处理模块105，数据处理模块经过对采集到的数据进行分析、拟合、诊断后，将信号信息传送到控制模块106和智能指导模块108，控制模块106和智能指导模块108根据数据分析后的类型，完成相应的报警、指示灯显示、自动寻找故障源、改变数据采集频率、列车制动、急停、继续行驶等一系列控制指令。其中控制模块106和智能控制模块108相结合，对发生火灾报警的传感器模块，系统自动调用相应车厢内的微型摄像头寻找报警原因，人工确认后作出相应处理，避免烟雾报警后列车即采取紧急制动造成乘客的恐慌，装置已导入的轴承故障波形数据库会与传感器监测到的轴承振动波形自动匹配，并自动做出相应的处理信号指导列车运行，实现人工与智能控制相结合的控制模式，相比以往车载系统，本系统更加智能和自动化。
33.图2所示为控制模块结构原理图，包括主控制单元201、报警判断模块202、故障诊断模块203、辅助模块204、中断相关模块205组成，中断相关模块205由1ms定时模块207、a/d采样模块208、异步串行通信模块206组成。所述报警判断模块202中存储有温度或烟雾数据、轴承振幅数据的工作阈值，用于判断是否超限；所述故障诊断模块203用于根据轴承振幅数据实时绘制故障波形，并与故障波形数据库进行比对，从而判断轴承的故障类型；主控制单元201协调各个子程序模块工作。所述a/d采样模块208连接数据采集模块104用于对采集的数据进行a/d转换；所述异步串行通信模块206连接列车运行智能指导模块108用于与其进行通信；所述1ms定时模块207连接时钟模块111用于设定采样频率；所述时钟模块用于控制数据采集的频率。异步串行通信模块206采用车载以太网、rs485通信。
34.图3所示为轴承振动监测流程图，模块与智能指导模块原理图，包括以下步骤：
35.1)监测轴承振动数据；
36.数据处理模块104根据监测的轴承速度及位置数据计算承振幅数据；
37.2)控制模块根据振幅数据实时绘制轴承振动波形；
38.3)控制模块与故障波形数据库比对；
39.4)控制模块给出振动故障类型，并输出轴承运行指令；故障类型包括内圈故障、外圈故障、疲劳磨损、温度过高、裂纹、断裂、振动噪声增大、其他故障。当各自故障类型下低等级时，所述的轴承运行指令为列车继续行驶至下一站点或维修地点并行驶过程中实时监测故障状态；当各自故障类型下高等级时，所述的轴承运行指令为列车停止行驶并原地等待检修。
40.5)列车运行智能指导模块根据轴承运行指令，调整运行速度或停机检修。
41.各模块连接关系：控制模块106分别与智能指导模块108、数据处理模块105、报警模块109、eeprom模块107、led指示灯模块110、时钟模块111连接；数据采集模块104分别与火灾监测模块101、轴承振动监测模块102、车厢动态监测模块103、时钟模块111连接；数据处理模块105分别与数据采集模块104、led指示灯模块110连接；智能指导模块108与led指示灯模块110、报警模块109、eeprom模块107、时钟模块111连接；报警模块109与led指示灯模块110连接。
42.上述各模块的功能作用如下：火灾监测模块101主要有报警控制器，温烟复合传感器及感烟传感器等设备组成，在地铁车厢布置感烟传感器，在车厢设备柜、低压柜和继电器柜布置温烟复合传感器，传感器工作状态和检测信号均可通过系统火灾报警模块直观观察。车厢动态监测模块103主要由微型摄像头组成，当温烟传感器检测到火灾并报警时，司机可通过系统调动相应车厢录像，寻找报警源并迅速做出反应，一定时间后仍寻找不到报警源时，系统将自动强制列车制动停车。控制模块106和智能指导模块108为该装置的核心模块；eeprom模块107用于配置交换芯片内寄存器设置；数据采集模块104实现列车速度、轴承振动、车厢内部动态等数据的采集；数据处理模块105将采集到的数据分类分析、处理，并将结果传送到控制模块106和智能指导模块108；控制模块106和智能指导模块108相辅相成，采用以智能操作为主，人工识别为辅的操作方式，根据数据处理结果对列车运行进行相应的控制；时钟模块111用于控制数据采集的频率；led指示灯模块110用于实现不同模块状态的指示功能；报警模块109实现报警功能，当检测到烟雾、温度过高或者轴承故障时，led显示灯和蜂鸣器会作用。
43.控制模块106和智能指导模块108采用以西门子公司s7
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200型plc为核心控制电路，西门子s7
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200型中央处理单元采用cpu226，具体型号为：6es7216
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2bd23
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0xb0，协调控制与其连接的各个模块的工作。led指示灯模块110含有50个led显示灯和3个液晶显示屏，用于指示传感器状态、控制按钮状态以及车厢监控影像。eeprom模块107由atmel公司的at24c02芯片和公知外围电路组成，用于配置控制芯片内寄存器设置。时钟模块111由25mhz晶体振荡器及公知外围电路组成，用于提供基本的时钟信号。轴承振动监测模块102中由双通道霍尔转速传感器、entran振动传感器及其外围电路组成。火灾监测模块101由车载温度传感器、温烟传感器及其外围电路组成。车厢动态监控模块103由车载微型摄像头及其外围电路组成。