长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统、装置及方法与流程

1.本发明涉及一种长钢轨车组技术领域，特别是涉及一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统。


背景技术：

2.长钢轨车组在运行过程中可能会导致动力连接器的电缆接头温度升高，带来较大安全隐患。如果不能够及时发现，极易导致起火或电缆烧损等问题，造成财产损失和运用安全事件的发生，而这些问题具有突发性和不准确性，难以预知，应对这种情况，需要一种手段去解决。我司根据这一现状开发出无线温度在线预警系统，本系统能实时监测动力连接器电缆接头温度，提前预警，以保障生产安全和运用品质。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统、装置及方法。
4.本发明公开了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，包括：n个无线测温传感器、k个中继器和无线网关，所述n、k为正整数，n≥k，n+1为长钢轨车车厢总个数；
5.无线测温传感器用于采集车组动力连接器处设置的电缆接头的温度数据；
6.中继器用于将从无线测温传感器采集到的温度数据发送给无线网关；
7.无线网关用于将从中继器接收到的温度数据或/和无线测温传感器采集的温度数据传输给监测预警中心；监测预警中心发出报警。
8.在本发明的一种优选实施方式中，无线测温传感器判断采集的温度值是否大于或者等于存储在控制器内的预设温度值：
9.若无线测温传感器采集的温度值小于存储在控制器内的预设温度值，则无线测温传感器采集的温度值不传送给中继器或无线网关；
10.若无线测温传感器采集的温度值大于或者等于存储在控制器内的预设温度值，则将无线测温传感器采集的温度值通过中继器、无线网关传输至监测预警中心，或者将无线测温传感器采集的温度值通过无线网关传输至监测预警中心；
11.监测预警中心接收到无线测温传感器采集的温度值后，监测预警中心判断接收到无线测温传感器发送的温度值与存储在监测预警中心内的预设预警温度值的大小关系：
12.若监测预警中心接收到无线测温传感器采集的温度值大于或者等于预设预警温度值，预设预警温度值大于预设温度值，则监测预警中心向设定的手机号码发送报警信息，该报警信息包括动力连接器号、报警温度值、报警温度值所对应的采集的时刻、危险等级之一或者任意组合，其中危险等级包括一级危险等级、二级危险等级和三级危险等级；当其监测预警中心接收到无线测温传感器发送的温度值大于或者等于预设预警第一温度值，则为一级危险等级，当其监测预警中心接收到无线测温传感器发送的温度值小于预设预警第一温度值，且监测预警中心接收到无线测温传感器发送的温度值大于或者等于预设预警第二
温度值，预设预警第二温度值小于预设预警第一温度值，则为二级危险等级，当其监测预警中心接收到无线测温传感器发送的温度值小于预设预警第二温度值，预设预警第二温度值大于预设预警温度值，则为三级危险等级；无需将实时采集的温度值低于预设温度值发送至监测预警中心，只需将实时采集的温度值不低于预设温度值发送至监测预警中心，避免监测预警中心接收一些无用的温度采集值，造成温度数据的堆积。
13.在本发明的一种优选实施方式中，所述无线测温传感器包括矩形状盒体及设置在所述矩形状盒体内用于固定安装pcb电路板的pcb电路板固定安装座，pcb电路板固定安装在pcb电路板固定安装座上，在pcb电路板上设置有控制器、无线传输数据模块和测温模块，无线传输数据模块的数据传输端与控制器的无线数据传输端相连，测温模块的测温控制端与控制器的测温控制端相连；
14.还包括四个温度探头，四个温度探头分别通过测温导线与测温模块相连；在每个温度探头上设置有l型铜鼻子，l型铜鼻子与温度探头可以通过焊接的方式进行连接，便于温度探头安装在螺纹接线柱上。四个温度探头内均设置有热敏电阻、电隔离单元形成电隔离，在测温模块上设置有防雷击单元和防高压单元起到安全保护的作用。
15.在本发明的一种优选实施方式中，无线模块为lora数据传输模块。
16.本发明还公开了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警装置，包括：动力连接器、螺纹接线柱、接线端子、传感器垫片、接线柱底座、无线测温传感器、螺帽、电缆线，
17.动力连接器上设置有接线柱底座，接线柱底座内设置有延伸出接线柱底座的接线柱，接线端子通过电缆线与相邻的动力连接器上的接线端子相连；
18.从下到上依次将所述传感器垫片、无线测温传感器的l型铜鼻子、接线端子和螺帽设置于螺纹接线柱上，通过螺帽将线测温传感器的l型铜鼻子、接线端子固定在螺纹接线柱上。
19.在本发明的一种优选实施方式中，所述接线柱底座在动力连接器上为环周设置，数量为4，分别对应电缆u、v、w、n，其中电缆n相对应的无线测温传感器的l型铜鼻子为孔径12mm温度探头传感器，其余的无线测温传感器均为孔径14mm的温度探头传感器。
20.在本发明的一种优选实施方式中，所述传感器垫片为8mm厚。
21.本发明还公开了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警方法，包括以下步骤：
22.s1，无线测温传感器采集到实时温度数据后执行数据分析对比，判断数据变化量是否小于设定值，若是，执行下一步骤；若否，则将实时数据发送给中继器，并执行步骤s3；
23.s2，是否连续n个测量周期数据无变化或连续n个测量周期数据变化量小于设定值，若是，则下一时刻将n个测量周期采集的温度数据发送给中继器；若否，则进入下一次测量周期；
24.s3，中继器接收到实时温度数据后，将接收到的温度数据发送给无线网关；
25.s4，无线网关收到中继器发送的温度数据后，将其温度数据处理后传输给监测预警中心，监测预警中心对当前温度进行显示，并将温度数据与预设报警值对比，当大于等于报警值时发出危险等级报警信息。
26.在本发明的一种优选实施方式中，还包括：
27.当检测到温度变化后，无线测温传感器自动唤醒，若无温度变化则处于休眠状态，当传感器发送温度数据完成时，程序跳转到定时休眠状态；
28.或/和在步骤s4中，无线网关对接收到的实时温度数据进行处理的方法包括以下步骤：
29.s31，对接收到的实时温度数据执行m次运算，所述m为正整数，分别依次得到的运算值a1、a2、a3、
……
、am；
30.s32，判断得到的所有运算值的长度是否大于或者等于预设长度阈值：
31.若得到的所有运算值的长度大于或者等于预设长度阈值，则执行下一步；所述预设第一长度阈值为接收到的实时温度数据的二进制长度；
32.若得到的所有运算值的长度小于预设第一长度阈值，则对am执行一次运算(md5的摘要算法)，得到a
m+1
；m＝m+1，返回步骤s32；直至得到的所有运算值的长度大于或者等于预设长度阈值为止；
33.s33，将得到的所有运算值对应与本身的运算值连接起来，形成连接值；对连接值执行一次运算，得到最终值；
34.s34，将最终值转换为二进制数据串，并将接收到的实时温度数据转换为二进制的数据串，将两者依次逐位执行异或运算，得到最终二进制的数据串；将最终二进制的字符串转换其他进制，例如六十二进制；
35.s35，将六十二进制的字符串和六十二进制的字符串所对应的实时温度数据传输给监测预警中心。保证实时温度数据的安全传输。
36.在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s31中，运算值的计算方法为：
[0037][0038]
其中，hash《aj》,表示对aj执行一次运算；hash《》表示摘要算法，采用md5的摘要算法；
[0039]aj+1
表示对aj执行一次运算后的运算值；当j＝0，aj为接收到的实时温度数据。
[0040]
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s32中，所有运算值的长度的计算方法：
[0041][0042]
其中，λ表示所有运算值的长度；
[0043]
p为所有运算值的总个数；
[0044]
len[ai]表示ai的长度。
[0045]
监测预警中心对接收到无线网关发送的数据执行以下处理步骤：
[0046]
s31，监测预警中心对接收到的温度接收数据执行m次运算，所述m为正整数，分别依次得到的运算监测值a
′1、a
′2、a
′3、
……
、a
′m；
[0047]
s32，判断得到的所有运算监测值的长度是否大于或者等于预设长度阈值：
[0048]
若得到的所有运算监测值的长度大于或者等于预设长度阈值，则执行下一步；所述预设第一长度阈值为接收到的温度接收数据的二进制长度；
[0049]
若得到的所有运算监测值的长度小于预设第一长度阈值，则对a
′m执行一次运算，得到a
′
m+1
；m＝m+1，返回步骤s32；直至得到的所有运算监测值的长度大于或者等于预设长度阈值为止；
[0050]
s33，将得到的所有运算监测值对应与本身的运算监测值连接起来，形成连接监测
值；对连接监测值执行一次运算，得到最终监测值；
[0051]
s34，将最终监测值转换为二进制数据串，并将接收到的温度接收数据转换为二进制的数据串，将两者依次逐位执行异或运算，得到最终二进制的数据串；
[0052]
s35，将无线网关发送的六十二进制的字符串转换为二进制，得到比较二进制；
[0053]
s36，判断监测预警中心生成的最终二进制的数据串与比较二进制是否一致：
[0054]
若监测预警中心生成的最终二进制的数据串与比较二进制一致，则将接收到的温度接收数据作为无线网关发送的实时温度数据；
[0055]
若监测预警中心生成的最终二进制的数据串与比较二进制不一致，则将接收到的温度接收数据进行忽略，继续接收无线网关发送的数据。
[0056]
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s31中，运算监测值的计算方法为：
[0057][0058]
其中，hash《a
′j》,表示对a
′j执行一次运算；hash《》表示摘要算法，采用md5的摘要算法；
[0059]a′
j+1
表示对a
′j执行一次运算后的运算监测值；当j＝0，a
′j为监测预警中心接收到的温度接收数据。
[0060]
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s32中，所有运算监测值的长度的计算方法：
[0061][0062]
其中，λ
′
表示所有运算监测值的长度；
[0063]
p
′
为所有运算监测值的总个数；
[0064]
len[a
′i]表示a
′i的长度。
[0065]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：
[0066]
能实时在线监测温度参数，避免了由于负载过高发生的事故。
[0067]
采用无线传输方式，传感器独立安装，解决了以往因为空间狭小、不能布线、安装成本高等问题。
[0068]
采用了先进成熟的传感技术和无线传输技术，抗干扰能力强，传输距离远，读数准确，可靠性高。
[0069]
考虑了用户投资的长期效益，本系统在采集端传输时采用开放协议，便于接入用户系统和系统集成，节约成本。
[0070]
传感器采用独特数据采集设计，保证了数据采集实时性前提下，一次投入可长期监测。此外，本发明具有较高的性价比。
[0071]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0072]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0073]
图1是本发明的系统示意图。
[0074]
图2是本发明装置的结构示意图。
[0075]
图3是本发明装置的右视示意图。
具体实施方式
[0076]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0077]
本发明提供了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，如图1所示，包括无线测温传感器、中继器、无线网关；
[0078]
一个中继器与若干个无线测温传感器对应，进行无线传输；一个网关与若干个中继器进行无线传输，或/和若干个无线测温传感器与一个网关进行无线传输。
[0079]
无线测温传感器用于采集温度数据。采用锂亚电池进行供电，低功耗设计单体使用寿命超过5年(超过年限可更换电池)。易安装，独立式设计方便安装，节省安装成本和后期维护费用。无线测温传感器的详细参数如下表所示。
[0080][0081]
中继器用于将从无线测温传感器接收到的实时温度数据，发送给无线网关执行处理、显示、报警等。中继器的详细参数如下表所示。
[0082][0083]
无线网关：可通过液晶显示当前检测温度，方便用户查看信息和设置参数；具有容量大、安装方便的优点，单设备最高可接收120路数据信息，且只需220v电源即可。无线网关的详细参数如下表所示。
[0084]
[0085][0086]
本发明提供了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警装置，如图2、3所示，包括：动力连接器1、螺纹接线柱2、接线端子4、传感器垫片5、接线柱底座6、无线测温传感器7、螺帽3、电缆线8，
[0087]
动力连接器1上设置有接线柱底座6，接线柱底座6内设置有延伸出接线柱底座6的接线柱2，接线端子4通过电缆线8与相邻的动力连接器1上的接线端子4相连；
[0088]
从下到上依次将所述传感器垫片5、无线测温传感器7的l型铜鼻子、接线端子4和螺帽3设置于螺纹接线柱2上，通过螺帽3将线测温传感器7的l型铜鼻子、接线端子4固定在螺纹接线柱2上。
[0089]
其中，所述接线柱底座6在动力连接器1上为环周设置，数量为4，分别对应电缆u(火线)、v(火线)、w(火线)、n(零线)，其中电缆n相对应的无线测温传感器7的l型铜鼻子为孔径12mm温度探头传感器，其余的无线测温传感器7均为孔径14mm的温度探头传感器。所述传感器垫片5为8mm厚。
[0090]
本发明还提供了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警方法，包括以下步骤：
[0091]
s1，无线测温传感器采集到实时温度数据后执行数据分析对比，判断数据变化量是否小于设定值，若是，执行下一步骤；若否，则将实时数据发送给中继器，并执行步骤s3；
[0092]
s2，是否连续n个测量周期数据无变化或连续n个测量周期数据变化量小于设定值，若是，则下一时刻将n个测量周期采集的温度数据发送给中继器；若否，则进入下一次测量周期；
[0093]
s3，中继器接收到实时温度数据后，将接收到的温度数据发送给无线网关；
[0094]
s4，无线网关收到中继器发送的温度数据后，将其温度数据处理后传输给监测预警中心，监测预警中心对当前温度进行显示，并将温度数据与预设报警值对比，当大于等于报警值时发出危险等级报警信息。
[0095]
由于无线测温传感器要求长时间发送数据，会减短电池使用寿命。为延长锂亚电池使用寿命，传感器做定时休眠低功耗设计。当检测到温度变化后，无线测温传感器自动唤醒，若无温度变化则处于休眠状态，休眠时间即n个测量周期。此外，当传感器发送温度数据完成时，程序跳转到定时休眠状态。
[0096]
本发明提出了一整套可行的技术方案，填补现有技术应用空白的现状。设计并非标定制无线温度探头安装形式及零部件，首次采用传感技术和无线传输技术应用到长钢轨车组自动化改造进行中。
[0097]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，其特征在于，包括：n个无线测温传感器、k个中继器和无线网关，所述n、k为正整数，n≥k，n+1为长钢轨车车厢总个数；无线测温传感器用于采集车组动力连接器处设置的电缆接头的温度数据；中继器用于将从无线测温传感器采集到的温度数据发送给无线网关；无线网关用于将从中继器接收到的温度数据或/和无线测温传感器采集的温度数据传输给监测预警中心；监测预警中心发出报警。2.根据权利要求1所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，其特征在于，无线测温传感器判断采集的温度值是否大于或者等于存储在控制器内的预设温度值：若无线测温传感器采集的温度值小于存储在控制器内的预设温度值，则无线测温传感器采集的温度值不传送给中继器或无线网关；若无线测温传感器采集的温度值大于或者等于存储在控制器内的预设温度值，则将无线测温传感器采集的温度值通过中继器、无线网关传输至监测预警中心，或者将无线测温传感器采集的温度值通过无线网关传输至监测预警中心。3.根据权利要求1所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，其特征在于，所述无线测温传感器包括矩形状盒体及设置在所述矩形状盒体内用于固定安装pcb电路板的pcb电路板固定安装座，pcb电路板固定安装在pcb电路板固定安装座上，在pcb电路板上设置有控制器、无线传输数据模块和测温模块，无线传输数据模块的数据传输端与控制器的无线数据传输端相连，测温模块的测温控制端与控制器的测温控制端相连；还包括四个温度探头，四个温度探头分别通过测温导线与测温模块相连；在每个温度探头上设置有l型铜鼻子，便于温度探头安装在螺纹接线柱(2)上。4.根据权利要求3所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统，其特征在于，无线模块为lora数据传输模块。5.一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警装置，其特征在于，包括：动力连接器(1)、螺纹接线柱(2)、接线端子(4)、传感器垫片(5)、接线柱底座(6)、无线测温传感器(7)、螺帽(3)、电缆线(8)，动力连接器(1)上设置有接线柱底座(6)，接线柱底座(6)内设置有延伸出接线柱底座(6)的接线柱(2)，接线端子(4)通过电缆线(8)与相邻的动力连接器(1)上的接线端子(4)相连；从下到上依次将所述传感器垫片(5)、无线测温传感器(7)的l型铜鼻子、接线端子(4)和螺帽(3)设置于螺纹接线柱(2)上，通过螺帽(3)将线测温传感器(7)的l型铜鼻子、接线端子(4)固定在螺纹接线柱(2)上。6.根据权利要求5所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警装置，其特征在于，所述接线柱底座(6)在动力连接器(1)上为环周设置，数量为4，分别对应电缆u、v、w、n，其中电缆n相对应的无线测温传感器(7)的l型铜鼻子为孔径12mm温度探头传感器，其余的无线测温传感器(7)均为孔径14mm的温度探头传感器。7.根据权利要求6所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警装置，其特征在于，所述传感器垫片(5)为8mm厚。8.一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，无线测温传感器采集到实时温度数据后执行数据分析对比，判断数据变化量是否
小于设定值，若是，执行下一步骤；若否，则将实时数据发送给中继器，并执行步骤s3；s2，是否连续n个测量周期数据无变化或连续n个测量周期数据变化量小于设定值，若是，则下一时刻将n个测量周期采集的温度数据发送给中继器；若否，则进入下一次测量周期；s3，中继器接收到实时温度数据后，将接收到的温度数据发送给无线网关；s4，无线网关收到中继器发送的温度数据后，将其温度数据处理后传输给监测预警中心，监测预警中心对当前温度进行显示，并将温度数据与预设报警值对比，当大于等于报警值时发出危险等级报警信息。9.根据权利要求8所述的一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警方法，其特征在于，还包括：当检测到温度变化后，无线测温传感器自动唤醒，若无温度变化则处于休眠状态，当传感器发送温度数据完成时，程序跳转到定时休眠状态。

技术总结
本发明提出了一种长钢轨车组动力连接器在线监测预警系统、装置及方法，该预警系统包括：无线测温传感器、中继器和无线网关；无线测温传感器用于采集车组动力连接器处设置的电缆接头的温度信号；中继器用于将从无线测温传感器接收到的温度数据发送给无线网关；无线网关用于将从中继器接收到的数据传输给监测预警中心；监测预警中心发出报警。监测预警中心发出报警。监测预警中心发出报警。


技术研发人员：杨洋 于开寅 张璿 朱华锋
受保护的技术使用者：中车沈阳机车车辆有限公司设备分公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/5/9