CC BY
27
УДК 621 : 629.488 Д. В. КАЗАРИН
Омский государственный университет путей сообщения
СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ_____________________________________
В статье изложены некоторые результаты разработки программных модулей диагностики электрических цепей, работающих в составе программного обеспеченна систем комплексной диагностики секций электропоездов, широко используемых на предприятиях ОАО «Российские железные дороги» и перспективных для железнодорожной отрасли в качестве пути повышения надежности, максимально полного использования ресурса оборудования электропоездов при одновременном снижении издержек на ремонты и как средство скорейшей реконструкции системы ремонта на безопасной ресурсосберегающей основе.
Ключевые слова: модель, электропоезд, диагностический признак, диагноз, достоверность.
Электрические цепи (ЭЦ) электропоездов подразделяются на низковольтные цепи управления, высоковольтные силовые и вспомогательные цепи и в общем виде представляют собой сложный, многоэлементный, многосвязный, с наличием контуров I>б ратных связей и большого количества параме тров объект, от надежной работы которого п значи тельной степени зависит безопасность и бесперебойность функционирования железнодорожного транспортного конвейера,
Призванная для поддержания приемлемою уровня надежности подвижного состава система ремонта, основанная па планово-предупредительном принципе, давно исчерпала ресурс дешевой, высококвалифицированной рабочей силы и в настоящее время но способна обеспечивать высокий уровень безопас-ности движения, выполнение графика и повышение качества перевозочного процесса при одновременном снижении издержек (1,2). Отсутствие средств своевременного и достоверного контроля технического состоянии главная причина браков и отказов электропоездов на линии, поданным статистической отчетности ОАО «Российские железные дороги» около 60 % которых приходится на Г)11.
Достижение высокой степени оперативности и достоверности оценки технического состояния сложных объектов возможно на базе средств технической диагностики, разработке и реализации которых предшествуют этапы изучения объекта и синтеза алгоритмов его диагностирования.
ЭЦ могут бы I ь представлены в виде единого дискретного логического устройства, у которого входные, внутренние и выходные сигналы имеют два устойчивых состояния, соответственно, для их анализа целесообразно использовать математический аппарат алгебры логики |3|.
Для части объекта (рис. 1), представленного цепями управления быстродействующим выключа телем. линейным контактором, цепями питания и сигнализации, а также частью высоковольтной цепи, ограниченной контрольными точкам и Л и В, и содер-
жащей силовые контакты указанных аппаратов, функционально-логическая модель может быть представлена в виде логической схемы (рис. 2), относящейся к классу дискретных последовательностных автоматов.
Диагностическая модель, построенная на базе функционально-логической модели, описывает связь между внешними, внутренними и выходными сигналами объекта посредством системы логических уравнений, учитывающих техническое состояние элементов е. с точностью до которых определена глубина диагностики;
2^15“(Х„20л У';„,у )у(А',/22леЛрМ лЛ/Ш)1лс,;;,|(|);
2„20= У„п. л((Х,(22ле„„|;|лХ^.1)у(Х„15ле#ч>||))):
"А,22 = Х„15 л еЛ|,„) л Х„т\л еПг,|
£„60 = ХрбОле,,*,.^; 2„61 = Х„61лги ;
2, =Хил((КидеИ111)л(Клм.71в1 лелм ,М1));
2,2- ((Х„22ле„<1,.1)v(Xlf15ле„г)||(лХ,ш1|)ле,1(,у;
2,4 * Х07л2,5 = Х„20 л елг л е,.я >;
2,6-Х„20 лсцле,мг;
2,9= Х„2лел„у ле№ де Ц|
Упру, я 2,2лспгу; = X,,7лсм „л;
углт = Х„7,П „леи„леМя;
"2,5л леГЛ ;
Уа. = *«, = Уд., V У и, = <***, - Уи„ V уи;
Уцв, - сю, = Г^цт, у У г. п): *лк1-ал, = 2,9 л елк, ;
Улжх А =^ЛК1--<П1,'
где символом /I обозначенотекущее состояние входного сигнала Х„7, а запись Х„7.в.,; соответствует состоянию сигнала па предшествующем интервале функционирования
11а рис. 2 приня т следующие символьные и буквенные обозначения: • — внешний сигнал ручного управления; О — воздействия и сигналы на поезд!них проводах, а также сигналы и реакции в контрольных
1инт«оми/пу« и гиикшэонигтгл 6004 1 * »*Н031 ^нкмгь *и*э«о
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИИОаіДІМИІ OMCOrt НАУЧНЫЙ «СМИК Ni] Лі» МОЄ
%
Рис. I.Электрическая гхсмл объекта
точках силовой цепи; о воздействия и сигналы на
секционных проводах; 0 — внешние не электрические сигналы; 7, и — измеряемые сигналы (реак-
ции}, соответствующие токам и напряжениям, являющимся ортогональными (независимыми) диагностическими признаками (для повторяемости и воспроизводимости результатов, вместо токов используются сопротивлении, вследствие их меньшей чувствительности к колебаниям напряжения сети) (4); X,, - внешние плектрические воздействии, X,, - внешние пневматические воздействия; У - внутренние сигналы (замыкание контакта, передача движения исполнительному устройству или пневматическому приводу аппарата и т.д.)
В соответствии с полученной моделью стратегия диагностирования элек трических цепей электропоездов и поиска дефектов может быть сформулирована следующим образом: путем анализа вектора диагностических признаков, сформированного па основе реакций { 7. } в назначенных выходах (контрольных «очках) на последовательность входных воздействий { X }, необходимо распознать техническое состояние электрических цепей £(, характеризуемое вектором внутренних параметров { У}. Элементами множества Е1 являются исправное (работоспособное) е#и неисправные (неработоспособные) е( (при г*0) состояния объекта, вызванные наличием дефектов в элементах цепи
Син тез алгоритма диагностирования представлен-НО го объекта произведен при помощи таблиц функций неисправностей, моделей одиночных константных неисправностей (фиксаций) и созданных диагностическое моделей. При падании фиксаций учитывалась интенсивность потока отказов элементов и аппаратов ЭЦ и вероятность нахождения объекта в / ом неисправном состоянии (5). Для первого выделенного в соответствии со стандартно принятым правилом декомпозиции ЭЦ элект ропоездов объекта диагноза выбраны следующие, фиксации: е, - типа 0 элемента N9 1. соответствует выходу из строя предохранителя ПрЮ; (' . типа 0 элемента № 2. соот ветствует выходу из строя предохранителя Пр13; е, - типа О элемента №3, соответствует неверной установке переключателя /*20,; е4 - типа 0 элемента № 5. соответствует неисправности обрыву контактов ПРУ/, типа I элемента №5, соответствуетзалинанию контактов ПРУг
При выборе диагностического теста не ставилась цель минимизации его длины, основными задачами были: получение диагностических признаков каждой ветви цепей управлении с целью выявления имеющихся отклонений и локализации неисправностей; отработка коммутационными аппаратами высоковольтных цепей всех возможных комбинаций; выявление и локализации неисправного элемента или блока в высоковольтной цени. Синтезированный алгоритм диагностирования, реализующий выбранный диагностический тест и удовлетворяющий ука-заниымтрсбованиям, представлен на рис. 3.
Па рис. 3 приняты следующие обозначения: серые овалы - внешние воздействия, подаваемые на объект дли стимулирования его реакции и отработки им заданных функций, толстыми линиями обозначена основная последовательность контрольно-измерительных операций, реализуемая при исправном состоянии объекта тонкими обозначены возможные исходы операций - диагнозы, при наличии в объекте неисправностей; (£; особая комбинация внешних сигналов, предназначенная для установки объекта в исходное состояние.
Сравнительная оценка синтезированного алгоритма диагностировании и алгоритма, полученного при использовании метода полного перебора, демонстрирует реализацию возможности обнаружения и различения всех выбранных дефектов в элементах ЭЦ при существенно меньшем количестве контрольно-измерительных операций(для рассмотренного объекта в 310 раз, а для ЭЦ электропоезда в целом более чем в 10’раз).
Созданные алгоритмы, задающие последователь ностъ управляющих воздействий для обеспечении функционировании ЭЦ электропоезда в режиме диагностирования, формирующие вектор диагностических признаков и реализующие правила экспертной системы, исполнены на языке нрограммиро вания и представляют собой прикладные программные модули, работающие в составе программного обеспечения системы диагностики и мониторинга КОМПАКС* |6 - Я)
Более чем трехлетий период-работы разработанных программных модулей в составе систем комплексной диагностики секций электропоездов КОМ-ПАКС®-ЭКСПРР.СС-ТРЗ па ряде предприятий ОАО «Российские железные дороги» показал их высокую эффективность. Так. достоверность диагиостирова ния ЭЦ электропоездов различных серий составила не менее 98 %, что подтверждено своркой показаний системы с результатами проведенных ревизий и ремонтов. полнота выявляемых неисправностей при этом достигла 90 %, что также подтверждено результатами отладки, обкатки и первою периода эксплуатации электропоездов на линии после ремонта (9, 10),
библиографический список
I Костюков ВН. Мониторинг безопасности производства -М. : Машиностроение. 2007. - 224 с
2. КОСТЮКОЙ В.Н , Костюков Л П . С!и.юп С И , Аристов И.П Непрерывный мониторинг состоянии миторчиагоииото подвижного состава//Железнодорожный транспорт — 2008 — Nv6. — С. 41-42
3. Д В. Казарин. Диагностическая моделі. электрических цепей управления тяговым электроприводом электропоезда / Д.В. Казарин, В.І I. Костюков. П.П. Клшкаро» //1 Іаукл. обрллова-ине. бизнес: тезисы докл. Регион, нлуч.-пракг. конф. / Институт радиоэлектроники, сервиса и диагностики. — Омск. 2007 — С 80 - 84.
4. Костюков ВЫ.. Коспокоп А П. Ортогональность параметров нкбрпуекореннм. инброскорости и вибронеремещенкя в задачах вибродиагностнкн // Контроль. Диагностика - 2008. -No II. - С. б - 15.
5. Д В. Казарин. Диагностика СОСТОЯНИЯ электрических цепей электропоездов/ДВ Казарин //І ІорагіруїиЛіоїциАконтроль»n«x-иическоя дна гностика в промышленности:тезисыдокл VIII Меж-дунар. конф. / Москва. 2009. — С. 1Э0 — I э I
6. Свил, о гос. per. прогр. для ЭВМ No 2000 612888 (РФ) Подсистема диагностики электрических циней управлених «КОМ-ПАКСв-ЭКСПРПСС ТРЗ-ПДЭЦУ» / Костюков В.Н.. Костюков А.В.. Казарин ДВ., Кадисов Л.І Заявлено 10 03 2000: Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ. 03.06.2009
7 Спид, о гос. рсг. арогр. для ЭВМ No 2009 012889 (РФ) Подсистема диагностики силовых электрических цепей «КОМ ПЛКС* ЭКСПРЕСС ТРЗ-ПДЭЦС» / Костюков В.И.. Костюков А.В., Казарин Д В , Кадисов Л.Г. Заявлено 10.03.2000, Зарегистрировано п Реестре программ для ЭВМ. 03 Об 2009.
8. Синд, о гос. per. прогр. для ЭВМ №2009 612234 (РФ). Под-система диагностики вспомогательных электрических цепей «КОМГ1АКС*-ЭКСПРЕСС-ТРЗ-Г1ДЭЦВ» / Костюков В.Н., Костюков А.В., Казарин Д В . Кадисов Л.Г. Заявлено 16 03 2000; Зарегистрировано п Реестре программ для ЭВМ. 30.04.2009
Alexey V. Kostyukov. Stationary complex diagnostic system loi electric trains / Alexey V. Kostyukov, Alexandr A. Lagaev, Deni!. V. Kazarin // The Sixth International Conference on Condition Monitoring and Machinery Fail urn Prevention Technologies / Ireland. Dublin. 2009 P. 1105 1109.
10 CyiiAynoaaHA.3pnbyaeA. *ryAPX*. — 2008 — 26ccirr>i0p>t -N* 175.
КАЗАРИН Денис Внктороппч, аспирант кафедры подвижного состава электрических железных дорог
Омского государственного университета нугой сооб-щении, научный сотрудник Научно-производственного центра «Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация» (1ШЦ «Динамика»), г. Омск. Адрес для переписки: e-mail: deniskazarin@gmail. com
Статья поступила п редакцию 24.04.2009 г. © Д. В. Ka iupiui
УДК «9.424 д. М. МИНИТАЕВА
Омский государственный технический университет
АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ___________________________________
В представленной статье рассмотрены методы контроля, учитывающие большое количество факторов, влияющих на технико-экономические и экологические характеристики дизельных двигателей.
Ключевые слова: отработавшие газы, двигатель.
Загрязнение атмосферы выбросами транспорта становится основной проблемой для населения многих городов, поэтому снижение этих выбросов с тало проблемой, над которой сегодня должны работать не только специалисты природоохранных учреждений, но также и специалисты транспортных предприятий, организаций и вузов. Уже более 25 лет мировое дпнга-толестроение занимается, очевидно, не совсем эффек-тивно, системами физико-химической очистки о I ра-ботавших газов от содержащихся в них вредных компонентов 111.
В конце 1990-х годов в странах Пиропы, США и Японии были введены стандарты, возможно, и не совсем обоснованно, заставившие изменить взгляд на необходимость физико-химической обработки отработавших тазов дизеля Стало очевидным, что требования норм «Евро-1» и «Евро-2» засч<ггсовершенствования рабочего процесса и конструкции дизеля выполнить можно, то требования, «Евро-3», а тем более к «Евро-4» без нейтрализатора оксидов азота и фильтра дисперсных частиц не обойтись.
Европейский союз ввел в 2000 г. по экологическим параметрам нормы «Евро-3», кроме того, в которых запланировали снижение выбросов углекислого газа (СО,) на 25 %, чего невозможно достичь без коренного поворота в области транспорта. Очевидно, что выбросы диоксида углерода непосредственно зависят от расхода топлива, так при полном сгорании 1 л бензина образуется 2,32 кг диоксида углерода СО., а 1 л дизельного топлива — 2,63 кг СО,, и никакие ней трализаторы и фильтры тгн цифры не изменят. Нормы «Евро-1» - «Евро-4» устанавливают также предельные; шачения па выброс твердых частиц и
долю бензола в выбросах несгоревших углеводородов. Так, в отработавших газах карбюраторных двигателей она не должна превышать 0,7 %. а в продуктах сгорания дизельных двигателей — 1,9%.
Одним из путей снижения токсичности отработавших тазов дизелей является использование каталитических нейтрализаторов, которые позволяют уменьшить содержание продуктов неполного сгорания топлива на 85— 90%.
Наряду с выполнением норм на выбросы вредных веществ для снижения количества СОг необходимо обеспечить достаточно высокий уровень топливной экономичности, это в еще большей степени усложняет задачу создания экологически чистых двигателей.
Специалисты Иркутс кого ГТ*У предложили математическую модель, характеризующую изменение токсических показателей АТС с дизельным двигателем. Исследования выполняли в условиях стенда и условиях дорожных испытаний.
Полученное в ИГТУ уравнение относительного изменения выбросов твердых частиц в функции от относительного изменения мощности для всех типов дизелей имеет вид:
ктч + 1 .ШК'к^Ые, (1»
где кш - коэффициент учета наличия турбоиаддува; к, - коэффициент учета наличия электрон и о-управляемого ТНВД; Кя - коэффициент учета типа камеры сгорания.
Экологическая математическая модель двигателя, разработанная В. А. Звоновым. Модификация этой
