CC BY
2
Тел.:+7 (3952)41-33-93.
E-mail: [email protected]
Крюков Андрей Васильевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 674039, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетика транспорта», ИрГУПС.
Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ).
Лермонтова ул., д. 83, г. Иркутск, Российская Федерация
Профессор кафедры электроснабжения и электротехники, ИРНИТУ.
Тел :+7 (3952) 59-78-87
E-mail: [email protected]
Воронина Екатерина Викторовна
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 674039, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроэнергетика транспорта», ИрГУПС.
Тел :+7 (902) 545-88-48.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Phone: +7 (3952)41-33-93.
E-mail: zakar49@mail ru
Kryukov Andrey Vasil'evich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
Chernyshevsky St., 15, Irkutsk, 674039, Russian Federation
Doctor of Sciences in Engineering, Professor of the Department of Electric Power Engineering of Transport 1STU.
Irkutsk National Research Technical University (TNRTU).
Lermontova str, 83, Irkutsk, Russian Federation
Professor of the Department of Electrical Supply and Electrical Engineering, INRTU.
Phone: +7 (3952) 59-78-87.
E-mail: [email protected]
Voronina Ekaterina Viktorovna
Irkutsk State Transport University (ISTU).
Chernyshevsky St., 15, Irkutsk, 674039, Russian Federation.
Postgraduate student at the Department of Electric Power Engineering of Transport Ports, ISTU.
Phone: +7 (902) 545-88-48.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Закарюкин, В П. Моделирование электромагнитных полей тяговой сети 25 кВ с учетом металлических конструкций портального типа / В П. Закарюкин, А. В. Крюков, Е. В. Воронина. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2024. -№ 1 (57).-С. 131 - 141.
Zakaryukin V P., Kryukov A V., Voronina E.V. Simulating electromagnetic fields of a 25 kV traction network near portal-type metal structures. Journal of Transsib Railway Studies, 2024, no. 1 (57), pp. 131-141 (In Russian).
УДК 621.316:621.317
II. Ю. Худяков1, А. Ю. Киселышков', И. М. Старцев1'2
'Технический университет УГМК (ТУ УГМК), г. Верхняя Пышма, Российская Федерация; 2Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), г. Екатеринбург, Российская Федерация
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ВАНН
Аннотация. В статье рассмотрен один из способов повышения коэффициента использования тока при проведении электролитического рафинирования цветных металлов в промышленных объемах, а именно точная и своевременная идентификация наличия коротких замыкании между анодами и катодами в электролизной ванне. Отмечено, что иные методы идентификации имеют ряд недостатков, которые снижают общую эффективность процесса электролиза. Описаны особенности разработки программно-аппаратного комплекса измерения токов анодов и катодов электролизной ванны. Разработан опытный образец измерительной части системы, для которого были проведены стендовые испытания с использованием реальной уравнительной тины и изолятора. Используемые токовые нагрузки при проведении исследований были сопоставимы с реальными нагрузками при электролизе меди в условиях цеха. Показано, что для выбранного варианта размещения чувствительного элемента сохраняется линейная зависимость между величиной тока, протекающего через
ШЦВ7) —мал gg= ИЗВЕСТИЯ Транссиба 141
= -
анод и интенсивностью магнитного поля электрода. При этом влияние полей токов уравнительной шины на результаты измерения является незначительным. Рассмотрены вопросы аппаратной реализации системы передачи данных для датчика длиной 6 м и более с количеством анодов не менее 64 штук, в качестве наиболее помехозащищенного варианта выбран интерфейс RS4S5. Предложен способ интеграции в стационарную систему мониторинга параметров и идентификации коротких замыканий при электрическом рафинировании меди с использованием беспроводной сети передачи данных ZigBee с малым электропотреблением конечного узла. Приведен способ организации электропитания оборудования от уравнительных шин ванны с разностью напряж ения от 0,5 В и выше. Разработана структурная схема верхнего уровня системы.
Ключевые слова: электролизная ванна, датчик Холла, короткое замыкание, электролитическое рафинирование меди, анализ данных.
Pavel Yu. Khudyakov1, Andrey Yu. Kiselnikov1, Ivan M. Startsev1,2
'UMMC Technical University (TU UMMC), Verkhnyaya Pyshma, the Russian Federation;
2Ural State University of Railway Transport (USURT), Yekaterinburg, the Russian Federation
DEVELOPMENT OF THE SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR MEASURING ELECTRODE CURRENTS FOR THE STATIONARY MONITORING SYSTEM OF THE BASIC OPERATION PARAMETERS OF ELECTROLYSIS BATHS
Abstract The paper discusses one of the ways for increasing of the cur rent utilization factor when carrying out electrolytic refining of non-ferrous metals on an industrial scale, specifically accurate and timely identification of the presence of short circuits between anodes and cathodes in the electrolysis bath. It is noted that other identification methods have a number of disadvantages, which reduce the overall efficiency of the electrolysis process. The features of the development of a hardware and software complex for measuring currents of anodes and cathodes of an electrolysis bath are described. The prototype of the measuring part of the system was developed, for which bench tests were carried out using a recti equalizing bus and an insulator. The current loads used during the research were comparable to real loads during copper electrolysis in a workshop environment. It is shown that for the selected placement of the sensitive element, a linear relationship between the magnitude of the current flowing through the anode and the intensity of the magnetic field of the electrode is maintained. At the same time, the influence of the equalizing bus current fields on the measurement results is insignificant. The issues of hardware implementation of a data transmission system for a sensor 6 or more meters long with a number of anodes of at least 64 pieces are considered; the RS4H5 interface is selected as the most noise-resistant option. The method has been proposed for integration into a stationary system for monitoring parameters and identifying short circuits during electrical copper refining using a ZigBee wireless data network with low power consumption ofthe end node. The method is given for organizing the power supply of the device from the equalizing busbars of the bath with a voltage difference of 0.5 V and above. A block diagram of the upper level of the system has been developed.
Keywords: electrolysis bath, Hall effect sensor, short circuit, copper electrorefming, data analysis.
Электролитическое рафинирование цветных металлов является неотъемлемой частью технологической цепочки при производстве меди и цинка. При этом большие объемы производства металла и большое количество ванн, а также высокая плотность тока вызывают ряд серьезных проблем в части возникновения коротких замыканий в процессе электролиза [1 - 6]. Применение подходов, используемых при электролизе редкоземельных металлов, и диагностика тока по каждой конкретной цепи для идентификации случаев коротких замыканий связаны с высокими капитальными затратами и аппаратными сложностями. В результате указанных выше факторов было принято решение выполнить разработку программно-аппаратного комплекса измерения величины токов анодов и катодов электролизной ванны, а также прототипа стационарной системы мониторинга параметров электролизной ванны (напряжение на уравнительных шинах, температура электролита, токи катодов) для повышения качества и энергоэффективности процесса электролиза.
Перейдем к описанию процесса работы электролизной ванны как электрической цепи. Схема замещения (рисунок 1) включает в себя контактное сопротивление анода Rca, сопротивление электролита /?<-, включенное последовательно с возникающей в электролите противоэлекгродвижущей силой £V, а также контактное сопротивление катода Rdc
142 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ШЦН №(57 —2024- I
== ■
_
¡н А г!
Ег
Е, + Ег
Ег
гТ+ Е^
К
Рисунок I -Электрическая схема замещения электролизной ванны при электролитическом рафинировании меди
Исходя из приведенной схемы сопротивления между парой «анод - катод» (точки на схеме А и К) могут различаться из-за разного положения электродов, состава и температуры электролита, контактного сопротивления между электродами и шиной.
Под действием постоянного напряжения №пт источника постоянного тока ИПТ, подводимого к аноду и катоду, по цепи электрохимической системы «анод - электролит -катод» протекает постоянный ток Л/с. В результате электрохимических процессов, вызванных протеканием тока Ьк в электролизере, на аноде происходит процесс растворения меди:
,2+
Си - 2е-+Си'
(1)
Процесс сопровождается образованием примеси, переходящей в электролит и анодный шлам, а на катоде происходит процесс выделения меди:
Си2' + 2е—» Си.
(2)
Масса меди /?;, выделившаяся на катоде при электролизе, согласно первому закону Фарадея пропорциональна количеству электричества подведенному к электролизеру и электрохимическому эквиваленту к™.
т = кж-0. (3)
Электрохимический эквивалент к к численно равен массе меди, выделяющейся на катоде при прохождении единицы количества электричества (—-).
В соответствии со вторым законом Фарадея электрохимический эквивалент меди пропорционален его химическому эквиваленту к\.
= (4)
,, 1 Гг-экв,
где С — - постоянная для всех веществ, [——];
у/ Кл
Кл
= 96500. Г—- число Фарадея.
моль
Число Фарадея определяет неизменное по величине количество электричества 96500 Кл, необходимое для выделения любого вещества при электролизе, по величине равного химическому эквиваленту кх.
Масса меди, осаждаемая на катоде при протекании постоянного тока через электрохимическую систему, может быть рассчитана по формуле:
т = к -1-1,
(5)
где / -силатока, протекающего через пару «анод- катод», А;
/ - время протекания тока через электролизную ванну (продолжительность электролиза), ч.
Фактически масса выделившегося металла тф меньше теоретического значения, определенного с использованием законов Фарадея. Эта особенность характеризуется показателем «выход металла при электролизе по току»:
'"ф У =—• т
(6)
Чем ближе величина полученного при элекгролизе металла к величине расчетного значения т, тем выше оценивается ведение технологического процесса, т. е. его эффективность или коэффициент использования тока.
Согласно уравнению Максвелла ток, протекающий через проводящую среду, создает магнитное поле в перпендикулярном направлении движения заряда. Напряженность этого магнитного поля зависит от вектора плотности тока 1 и изменения плотности электрического поля О в любой заданной точке:
д1
(7)
Электролитические процессы, протекающие при электролизе меди, характеризуются длительными циклами (до недели). Скорость изменения (нарастания) тока невелика, поэтому ток, протекающий через катоды, можно определить путем измерения магнитного поля вблизи уравнительных шин.
Как показали ранее проведенные исследования [2,3,7], использование переносных систем диагностики или тепловизионных систем не позволяет в полной мере реализовать концепцию мониторинга комплекса параметров и быстрого устранения замыканий. Попытки же использовать метод измерения напряжения на уравнительных шинах также не дают ощутимого результата. Количество катодов в ванне составляет от 60 штук для медного производства, а напряжение на ванне не превышает 1 В и чаще находится в пределах 0,35 0,5 В. В случае возникновения короткого замыкания между анодом и катодом ток через данную пару возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с номинальным, а замыкание не приводит к значительному уменьшению напряжения на ванне из-за большого количества ячеек. По этой причине отсутствуют методы идентификации наличия замыкания в электролизной ванне с высокой достоверностью, основанные только на измерении напряжения уравнительных шин. Нерешенной остается и проблема определения конкретной пары «анод - катод» в ванне с наличием замыкания. Однако основной мировой производитель электролизных ванн рекомендует именно этот метод идентификации [8|.
В результате анализа указанных выше недостатков был предложен вариант измерения величины тока конкретного анода (катода) вблизи уравнительной шины. Концептуально идея состояла в том, чтобы расположить датчики магнитного поля, работающие на эффекте Холла, под анодами со стороны ванны (рисунок 2). Использование датчиков магнитного поля с верхней стороны катодов дало положительный эффект при поиске случаев коротких замыканий с использованием переносных методов, при этом уменьшение расстояния до точки контакта шины и катода должно было позволить получить большую чувствительность.
144 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ШЦН ЯШ (57 ДПЗА I
—= ■
Рисунок 2 - Линии тока и магнитного поля при взаимодействии с датчиком: 1 - уравнительная шина; 2 - катод; 3 - датчик магнитного поля
Выбор места установки датчика был обусловлен необходимостью снижения механических нагрузок при перегрузке электродов из ванны и особенностями текущей эксплуатации ванн. В существующей конструкции цеха электролиза, для которого проводились исследования, использование современного крана и системы позиционирования практически полностью исключает задевания электродом датчика при установке и выгрузке из ванны. При деформации шины или изолятора датчик за счет конструкции и наличия люфта остается в безопасном состоянии с точки зрения механической целостности.
Для проверки работоспособности системы был собран экспериментальный стенд, приведенный на рисунке 2. Конструкция состояла из отрезка уравнительной шины и грех медных пластин, установленных на расстоянии, равном расстоянию между электродами в цехе.
Под каждым электродом, имитирующим катод, был установлен датчик магнитного поля с аналоговым выходом, который далее был подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП). Задание токовой нагрузки проводилось источником постоянного тока в диапазоне от 50 до 190 А на катод, что сопоставимо с токовыми нагрузками цеха (до 670 А). Дополнительно ток через каждый электрод контролировался токовыми клещами. Результаты измерений для серии экспериментов приведены на рисунке 3.
130
120 110
100 90 80 70 60 50 40 30
50
70
90
110
130
Ток катода, А
150
170
190
Рисунок 3 - График зависимости магнитного поля катода от величины тока
Из графика, приведенного на рисунке 3, видно, что несмотря на близкое расположение уравнительной шины к месту установки датчика существует явная линейная зависимость
между величиной тока катода и магнитным полем, что соответствует теоретическим аспектам. При этом перетоки электрической энергии по уравнительной шине не оказывают значительного влияния на результаты измерения.
Следующим шагом при разработке системы была проработка варианта сбора данных с 64 датчиков электролизной ванны, именно такое количество катодов используется в текущей конструкции ванны. Использование длинных линий связи и АЦП не представлялось возможным из-за низкой помехозащищенности, при этом отсутствуют датчики магнитного поля с цифровым интерфейсом для передачи, который можно использовать для указанного количества устройств и с необходимым уровнем помехозащищенности. Как правило, датчики Холла с цифровым выходом производятся с интерфейсом ПС или SPI. Указанный на структурной схеме набор устройств позволяет опросить два датчика магнитного поля на один микроконтроллер и передать данные по интерфейсу RS485, что дает возможность получить высокую помехозащищенность шины при передаче данных мастеру. Структурная схема измерительной части системы приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Структурная схема измерительной части системы
Попытки использования иных интерфейсов передачи данных не позволили получить высокую стабильность работы, в итоге разработчики остановились на более дорогом и более надежном варианте. Прототип измерительной части был собран и протестирован как на стенде, так и на элементе шин реальной ванны.
Для полноценной реализации системы на каждую из ванн устанавливается линейка датчиков, которые сводятся в один шкаф сбора и передачи данных на три ванны. Питание системы осуществляется от уравнительных шин. Разности потенциалов двух удаленных уравнительных шин на двух ваннах достаточно для обеспечения системы электрической энергией (рисунок 5).
гм (N m
I I I I X
3 п а» 3 о 3
ft £ й £ й
I $ i £ i а
s S & X ч ь
s I е- S I а. £ S X
§ <и м § <ы й 1
1Ж
Мастер сети
RS485/ ZigBee-узвл
- сеть RS485;
— цепи питания и измерения напряжения
Рисунок 5 - Структурная схема кабельных связей ванн и измерительной части системы
Передача данных в систему сбора осуществляется по сети Zigbee, которая также на протяжении нескольких лет успешно эксплуатируется в условиях цеха электролиза меди.
Таким образом, использование системы мониторинга парамегров работы электролизных ванн позволяет не только оперативно идентифицировать наличие коротких замыканий и своевременно их устранять, но и производить анализ при наличии архивов с большой глубиной выборки и выстраивать корреляцию с другими параметрами работы цеха, в том числе установить связь с исходным сырьем и примесями. Наибольшего экономического эффекта можно достигнуть при внедрении подобных систем для цехов с коэффициентом использования тока менее 95 %, в этом случае сроки окупаемости системы будут сопоставимы с внедрением переносных систем идентификации, а также будут достигнуты дополнительные эффекты от внедрения систем анализа данных.
Список литературы
1. Бледнов, Б. П. Электролитическое рафинирование меди и никеля / Б. П. Бледнов. -Красноярск : Красноярская государственная академия цветных металлов, 2000. -81с. - Текст : непосредственный.
2. О применении системы поддержки принятия решений в гидрометаллургии меди / Д. Н. Гронь, Е. А. Гронь, О. В. Кирякова [и др.]. - Текст: электронный // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2-2. - URL: http://www.science-education.ru/ ru/article/view?id=22721 (дата обращения: 25.01.2024).
3. Хоанг, Н. X. Совершенствование системы контроля и управления параметрами электролитического рафинирования меди / Н. X. Хоанг, В. Ю. Бажин. - Текст : электронный // Известия вузов. Цветная Металлургия. - 2023. - Т. 29. -№ 3. - С. 5-16.
4. Wiechmann Е.Р., Munoz L.G., Aqueveque Р.Е., Henriques J.A., Vidal G.A. Triple segmented intercell bar: a contribution in cooper electrowinning. Towards Clean Metallurgical Processing for Profit, Social and Environmental Stewardship. Proceedings of the 51s' Annua! conference of the Metallurgists ofClM (COM 2012), 2012, pp. 211 -220.
5. Forner E.L., Miller G.M., Scheepers J., du Toit A.J. Copper electrowinning circuit design: optimised costing as a function of cell arrangement, productivity, rectiformer size and throughput. Proceedings of Copper Cobalt Africa, Southern A frican Institute of Mining and Metallurgy, 2018, pp. I 141-1148.
6. Wiechmann E.P., Morales A.S., Aqueveque P.E., Burgos R.P. Measurement of Cathodic Currents in Equipotential Inter-cell Bars for Copper Electrowinning and Electrorefining Plants. Industry Applications Conference, 2007. 42nd IAS Annual Meeting, 2007, pp. 2074-2079.
7. Автоматическая система идентификации коротких замыканий в электролизных ваннах / П. Ю. Худяков, С. В. Федорова, А. Ю. Симонов [и др.]. - Текст : непосредственный //Датчики и системы. - 2020. - № 9-10 (251). - С. 61-66.
8. CSS001 CellSensorTM User Manual Outotec Oyj // https://fccid.io : сайт. - Текст : электронный. - URL: https://fccid.io/VTD-CSS001/User-Manual/User-manual-908646 (дата обращения: 19.01.2024).
References
1. Blednov В.P. Elektroliticheskoe rafmirovanie medi i nikelya [Electrolytic refining of copper and nickel], Krasnoyarsk: Krasnoyarsk State Academy ofNon-Ferrous Metals Publ., 2000,81 p. (In Russian).
2. Gron D.N., Gron Ye.A., Kiryakova O.V., Lapina L.A., Zharinova N. Yu. About application of system decision support in hydrometallurgy copper. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia -Modern problems of science and education, 2015, no. 2-2. Available at: http://www.science-education. ш/ ru/article/view?id=22721 (accessed 25.01.2024).
3. Hoang N.H., Bazhin V.Yu. Improvement of monitoring and control system for copper electrolytic refining parameters. Izvestiia vuzov. Tsvetnaia Metallurgiia - /zvestiva. Non-ferrous metallurgy, 2023, vol. 29, no. 3, pp. 5-16 (In Russian).
ШЦВ7) —ДП и gg= ИЗВЕСТИЯ Транссиба 147
= -
4. Wiechmann E.P., Munoz L.G., Aqueveque P.E., Henriques J.A., Vidal G.A. Triple segmented intercell bar: a contribution in cooper electrowinning. Towards Clean Metallurgical Processing for Profit, Social and Environmental Stewardship. Proceedings of the 51s' Annual conference of the Metallurgists of CIM (COM 2012), 2012, pp. 211-220.
5. Forner E.L., Miller G.M., Scheepers J., du Toit A.J. Copper electrowinning circuit design: optimised costing as a function of cell arrangement, productivity, rectiformer size and throughput. Proceedings of Copper Cobalt Africa, Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2018, pp. 1141-1148.
6. Wiechmann E.P., Morales A.S., Aqueveque P.E., Burgos R.P. Measurement of Cathodic Currents in Equipotential Inter-cell Bars for Copper Electrowinning and Electrorefining Plants. Industry Applications Conference, 2007. 42nd IAS Annual Meeting, 2007, pp. 2074-2079.
7. Khudyakov P. Yu., Fedorova S. V., Simonov A.Yu., Startsev I.M., Laptev V.A. Automatic short circuit identification system in electrolysis baths. Datchiki i sistemy - Sensors & Systems, 2020, no. 9-10 (251), pp. 61 -66 (In Russian).
8. CSS001 CellSensorTM User Manual Outotec Oyj. Available at: https://fccid.io/VTD-CSS001 /User-Manual/User-manual-908646 (accessed: 19.01.2024).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Худяков Павел Юрьевич
Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования «Технический университет УГМК» (НЧОУ ВО «ТУ У ГМК»),
Успенский пр., д. 3, г. Верхняя Пышма, 624091, Российская Федерация.
Кандидат физ.-мат. наук, заведующий кафедрой «Автоматизация технологических процессов и производств», НЧОУ ВО «ТУ УГМК».
Тел.:+7 (34368) 78-362.
E-mail: Iumen_xp@mail ru
Кисельников Андрей Юрьевич
Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования «Технический университет УГМК» (НЧОУ ВО «ТУ УГМК»).
Успенский пр., д. 3, г. Верхняя Пышма, 624091, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств», НЧОУ ВО «ТУ УГМК».
Тел.: +7 (34368) 78-362.
E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Khudyakov Pavel Yur'evich
UMMC Technical University (TU UMMC).
3, Uspenskiy st., Verhnyaya Pyshma, 624091, the Russian Federation.
Ph. D., head of the department «Automation of the technological processes and production», TU UMMC.
Phone: +7 (34368) 78-362. E-mail: [email protected]
Kiselnikov Andrey Yur'evich
UMMC Technical University (TU UMMC).
3, Uspenskiy St., Verhnyaya Pyshma, 624091, the Russian Federation.
Ph. D., associate professor of the department «Automation of the technological processes and production», TU UMMC.
Phone: +7 (34368) 78-362. E-mail: [email protected]
Старцев Иван Михайлович
Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования «Технический университет УГМК» (НЧОУ ВО «ТУ УГМК»),
Успенский пр., д. 3, г. Верхняя Пышма, 624091, Российская Федерация.
Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Доцент кафедры «Энергетика» НЧОУ ВО «ТУ УГМК», старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС.
Тел.:+7 (912) 272-68-44.
E-mail: startsevivan@mail ru
Startsev Ivan Mihaiiovich
UMMC Technical University (TU UMMC).
3, Uspenskiy St., Verhnyaya Pyshma, 624091, the Russian Federation.
Ural State University of Railway Transport (USURT).
66, Kolmogorova St., Ekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Ph D, associate professor of the department «Energetics», TU UMMC, senior Lecturer of the department «Power supply for transport», USURT.
Phone: +7 (912) 272-68-44.
E-mail: [email protected]
Транссибу ЯШ (57 —2024- 1
- 1
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Худяков, П. Ю. Разработка программно-аппаратного комплекса измерения токов электродов для стационарной системы мониторинга основных параметров работы электролизных ванн / П Ю. Худяков, А. Ю. Кисельников, И. М Старцев. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2024.-№ 1 (57).-С. 141 - 149.
Khudyakov P.Yu., Kiselnikov A.Yu., Startsev l.M. Development of the software and hardware complex for measuring electrode currents for the stationary monitoring system of the basic operation parameters of electrolysis baths. Journal of Transsib Railway Studies, 2024, no. 1 (57), pp. 141-149 (In Russian).
УДК: 629.4
И. И. Лакни
Инжиниринговый центр железнодорожного транспорта, г. Москва, Российская Федерация
УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ НАСТУПЛЕНИЯ ОТКАЗОВ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ
Аннотации. Предметом рассмотрения являются современные автоматизированные системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава с использованием предлагаемых методов управления на базе теории нечетких множеств с целью повышения качества прогнозов остаточного ресурса оборудования локомотивов при проведении их сервисного обслуживания и ремонта. Система ремонта должна строиться как киберфизическая производственная система (CPPSJ, в основе которой лежат объединенные в единую информационную систему аппаратно-программные комплексы, алгоритмы, которые строятся по правилам формальной логики, дающей точные, но ограниченные результаты. Для расширения функциональных возможностей алгоритмов необходимо применение индуктивных и диалектических логических методов управления, но и они ограничены применением четких множеств, что на практике приводит к неточным выводам. Понятия « Тяжеловесный состав», «Допустимая масса поезда» и другие при четком задании границ не позволяют видеть проблемы при приграничных значениях. Напротив, в теории нечетких множеств, где принадлежность к множеству носит вероятностный характер, существенно расширяются возможности автоматического анализа, в том числе при управлении рискакми наступления отказов. Целью статьи является разработка перспективной системы управления надежностью и техническим состоянием тягового подвижного состава с использованием данных бортовой системы технического диагностирования. Предложен алгоритмический математический метод разработки системы управления надежностью подвиж ного состава с использованием как «классических» логических методов, так и новых на базе теории нечетких множеств, позволяющих устранить логические проблемы. Предложен метод опредеяния формы переходной функции принадлежности. На основании разработанного метода определения риска наступления отказов создано программное обеспечение на алгоритмическом языке Visual Basic for Applications (VBA) в среде MS Excel. Результатом работы является разработка методического подхода к решению задач управления надежностью тягового подвижного состава, который используется автором в его дальнейших исследованиях.
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, тяговый подвижной состав, надежность, автоматизированное управление рисками наступления отказов.
Igor I. Lakin
Railway Engineering Center, Moscow, the Russian Federation
TRACTION ROLLING STOCK FAILURES RISK MANAGEMENT USING THE FUZZY SETS THEORY METHODS
Abstract. The subject of consideration is modern automated maintenance and repair systems of traction rolling stock using the proposed control methods based on the fuzzy sets theory in order to improve the quality of forecasts of the residual life of locomotive equipment during their maintenance and repair. The repair system should be built as a cyberphysical production system (CPPS), which is based on hardware and software complexes combined into a single information system, algorithms that are built according to the rules of formal logic, giving accurate but limited results. To expand the functionality of the algorithm, it is necessary to apply inductive and dialectical logical control methods, but they are also limited by the use of dear sets, which in practice leads to inaccurate conclusions. The concepts of «Heavy train», «Permissible train weight» and others, with a dear definition of boundaries, do not allow you to see
