CC BY
165
УДК 658.011.54/.56:656.2
СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И УДАЛЕННОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Г. В. Осадчий, ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»
Тел.: (812) 457 8579, e-mail:pgups_at@mail.ru
А. А. Лыков, к. т. н., доцент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»
Тел.: (812) 457 8579, e-mail: bastdrew@mail.ru Петербургский государственный университет путей сообщения
www.pgups.ru
The article discusses remote measuring system based on fiber Bragg gratings, intended for the diagnosis and monitoring of elements of the railway track in real time. This system can also be used in track clear detection systems as a sensor of rolling units location with no restrictions on train speed.
В статье рассматривается дистанционная измерительная система, построенная на основе волоконно-оптических брэгговских решеток, предназначенная для диагностики и мониторинга элементов верхнего строения железнодорожного пути в режиме реального времени, которая также может быть использована в системах интервального регулирования движения поездов как датчик местонахождения подвижных единиц без ограничений по скорости движения поездов.
Ключевые слова: система диагностики и мониторинга, система интервального регулирования движения поездов, брэгговские решетки, волоконно-оптический кабель, путевой датчик.
Key words: diagnostics and monitoring system, train protection systems, Bragg gratings, fiber-optic cable, track clear detectors
Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) играют важнейшую роль в организации качественной, бесперебойной и безопасной работы железнодорожного транспорта. В существующих СЖАТ одним из основных элементов являются датчики оперативной и достоверной информации о местонахождении подвижных единиц, которые являются основой систем интервального регулирования движения поездов (ИРДП) и могут строиться на разных принципах.
На железных дорогах России в качестве таких датчиков наиболее распространены рельсовые цепи (РЦ), представляющие собой электрическую цепь, состоящую из двух ходовых рельсов, имеющую на одном конце источник питания, а на другом - приемник тока. РЦ также позволяют осуществлять контроль излома рельсов [1]. Недостатком этого технического решения является невысокая надежность работы, что обусловлено влиянием изменения сопротивления верхнего строения пути в широких пределах в зависимости от погодных условий, температуры окружающей среды, перевозимых по путям грузов.
С развитием высокоскоростного движения поездов все более ужесточаются требования объектам и устройствам инфраструктуры железнодорожного транспорта: как к качеству определения занятости пути, так и к состоянию рельсовой линии, верхнему строению пути (балласту), от электрических характеристик которых зависят качественные характеристики работы, безопасность и бесперебойность движения поездов все более ужесточаются. Поэтому становится актуальным вопрос альтернативных решений в области совершенствования контроля занятости и особенно автоматизации контроля технического состояния пути.
Такие решения существуют, причем большинство из них направлено на решение задачи контроля местонахождения подвижных единиц. Можно отметить широко распространенные в странах западной Европы системы счета осей [1], основу которых составляют путевые датчики, установленные с наружной и/или внутренней стороны рельсовой колеи. Датчики, принцип действия которых может различаться, подсчитывают проходящие через них колеса или колесные пары подвижного состава. Сумма осей на входе блок-участка сравнивается с суммой на выходе,
по результатам сравнения делается вывод о свободности или занятости пути. Недостатком таких устройств является возможность ложных срабатываний при появлении на путях, в местах установки датчиков, металлических предметов, не подлежащих счету, в т.ч. тормозных колодок электромагнитных тормозов, использования электрических кабелей подверженных коррозии, отдельный тракт для передачи информации и т.д.
Другим примером может являться разветвленная кабельная петлевая РЦ для контроля занятости блок-участка, содержащая систему расположенных поблизости друг от друга кабельных петлевых датчиков контроля занятости блок-участков [3]. Используется кабельный петлевой датчик, состоящий из петли промышленного многожильного кабеля, размещенной между рельсами на поверхности или внутри балластного слоя верхнего строения пути. Датчик имеет приемник и передатчик сигналов, формируемых при взаимодействии металлических корпусов подвижного состава с электромагнитным полем, создаваемым кабелем. Недостатками такого решения являются трудоемкость регулировки и технического обслуживания.
Существует система ИРД11, построенная на определении текущего местоположения подвижного состава, перемещающегося вдоль средства распространения электромагнитных волн [4]. Датчиком местоположения поезда здесь является размещенный параллельно пути коаксиальный кабель с отверстиями, вырезанными в его оболочке и используемыми в качестве щелевых антенн метрового диапазона для излучения и приема радиоволн в направлении, перпендикулярном оси кабеля. Концы кабелей присоединены к приемо-передающим радиостанциям, передающими принятые сигналы на центральный управляющий вычислительный комплекс, обрабатывающий эти сигналы и выдающий команды в цифровом коде на управляемый поезд. Такая система не позволяет контролировать техническое состояние рельсовой линии и верхнего строения железнодорожного пути.
Контроль состояния верхнего строения пути в основном производится путеизмерительными вагонами, предназначенными для сплошного скоростного контроля состояния рельсовой колеи под динамической нагрузкой. Современные путеизмерители представляют сложные компьютеризированные комплексы, позволяющие оценивать состояние пути по множеству параметров. Однако такой контроль не является непрерывным и поэтому не может выявить неисправности.
Итак, применяемые на железных дорогах технические решения в области определения местонахождения подвижных единиц и контроля технического состояния верхнего строения пути обладают рядом недостатков. Задачей, на решение которой направлена данная статья, является создание комплексной надежной системы контроля занятости блок-участков, а также диагностики и мониторинга технического состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути, позволяющей своевременно выявлять предотказные состояния элементов верхнего строения пути в режиме реального времени без ограничений по скорости движения поездов.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в использовании в качестве датчиков контроля свободности и диагностики технического состояния пути волоконно-оптического кабеля (ВОК), включающего в себя датчики температуры, давления и деформации, выполненные с применением технологии волоконно-оптических брэгговских решеток (ВОБР). Датчики 7 (кабель) размещаются вдоль контролируемого участка железнодорожного пути 3 (рис. 1) в теле
призмы земляного полотна 8. Источником света является лазер 1, установленный на станции А. Приемник сигнала - регистрирующий элемент 6, расположенный на станции Б. ВОБР одновременно служит как для измерения параметров верхнего строения пути так и для организации канала передачи полученной информации. Для контроля каждого из путей на двухпутном участке железной дороги устанавливается два независимых ВОБР и два комплекта приемопередающей ап-
Рис. 1. Структурная схема системы диагностики и мониторинга элементов верхнего строения железнодорожного пути и ее
компонентов
паратуры. На перегоне для организации движения поездов могут быть использованы сигналы проходных светофоров 2, управление которыми выполняет система ИРД11. Информация о состоянии блок-участков на перегоне обрабатывается, анализируется и сохраняется в промежуточном концентраторе 5.
Диагностика состояния пути и определение местонахождения подвижных единиц, скорости их движения, веса основаны на явлении интерференции мод в волоконном световоде на основе ВОБР. При деформации оптического кабеля на любом из его участков возникает явление изменения структуры светового потока на выходе из оптического волокна, которое фиксируется специальными методами регистрации и обработки оптического интерференционного сигнала [5]. В качестве чувствительного к деформации элемента используется оптический кабель специальной конструкции, в структуре которого имеются несколько светопроводящих жил, защищенных оболочкой. При пересечении зоны установки оптического кабеля объектом или подвижке элементов верхнего строения пути происходит незначительная деформация кабеля, вызывая изменение картины распределения пятен светового потока на выходе из оптического волокна. Это изменение фиксируется блоком приема и анализируется блоком обработки. Результат передается в систему ИРДП, где формируются сигналы контроля и управления. Оценка состояния рельсовой линии и верхнего строения пути, а также контроль положения подвижных единиц на участке железнодорожного пути, производится в автоматическом режиме по результатам анализа данных, выполняемого программным обеспечением на сервере системы диагностики и удаленного мониторинга железнодорожного пути, расположенном в информационно-вычислительном центре дороги.
Вернемся к рис. 1. Промежуточный концентратор информации 5 соединен посредством каналообразующего устройства 4 с системой передачи данных (СПД) дороги. Информация по СПД передается на головной концентратор железнодорожного участка. В комбинации с отсутствием жестких границ блок-участков это позволяет организовать весьма перспективную систему ИРДП подвижными блок-участками. Задачу по определению необходимой длины блок-участков (а по сути числа датчиков которые необходимо включить в блок-участок) в сложившейся реальной поездной ситуации с учетом скоростей движущихся по перегону составов выполняет программное обеспечение головного сервера, выполняющего функцию автоблокировки.
Построение и принцип действия рассмотренной системы допускает разнообразные модификации и адаптацию к условиям применения на различных объектах железнодорожной структуры. Волоконный чувствительный тракт может устанавливаться под землей, в тоннелях, в бетонных насыпях, опорах мостов и других искусственных сооружений. Важным достоинством при использовании данной технологии является значительная протяженность участка контроля (возможность организации движения на основе технологии подвижных блок-участков).
Система позволяет обнаруживать объекты, движущиеся со скоростями, превышающими 350 км/ч, что невозможно в широко используемых в настоящее время системах ИРДП с релейными РЦ, способными надежно обнаруживать подвижные объекты, движущиеся со скоростями в пределах 200-250 км/ч.
Авторы считают, что в данной работе новыми являются следующие положения и результаты. Технический результат заключается в возможности получения с помощью предлагаемой системы объективной оценки состояния рельсовой линии и верхнего строения пути в режиме реального времени и возможности анализа и выявления сущности причин возникновения аварийных ситуаций для своевременного их предупреждения. Кроме того, важным свойством указанной системы является возможность объективного контроля местоположения подвижных единиц на железнодорожного пути в режиме реального времени для обеспечения надежного ИРДП на контролируемом участке железнодорожного пути.
Литература
1. Котляренко Н. Ф. и др. Путевая блокировка и авторегулировка. - М.: Транспорт, 1983.
2.Railway Signalling & Interlocking. International Compendium / Editors: G. Theeg, S. Vlasenko. Eurailpress, 2009. - 448 с.
3.Самодуров В. И., Кухаренко Т. В., Самодуров Ю. В., Лебедев И. В. Разветвленная кабельная петлевая рельсовая цепь для ограждения блок-участков разветвленных рельсовых путей в системах централизации и автоблокировки автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. / Патент на изобретение № 2340498, заявка № 200710427 от 05.02.2007.
4. Фурнье Д. Устройство для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средства распространения электромагнитных волн.. / Патент на изобретение № 2181680, заявка № 96103153/28 от 20.02.1996.
5. Гармаш В. Б., Егоров Ф. А., Коломиец Л. Н., Неугодников А. П., Поспелов В. И. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении. // Журнал «Фотон-экстпресс», Спецвыпуск «Фотон-экспресс» - наука. 2005, №5. С. 128-140.
УДК 658.58: 681.5: 001.89:5/6
ЗАДАЧИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПЛАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
ОБОРУДОВАНИЯ
А. В. Кизим, к.т.н, докторант Тел.: (919) 980 0256, e-mail: kizim@mail.ru Е. В. Чиков, аспирант кафедры «САПР и ПК»,
Тел.: (905) 333 4777,e-mail: johnchikov@gmail.com
В. Ю. Мельник, аспирант кафедры «САПР и ПК»
Тел.: (917) 841 5771, e-mail: vl_melnik@mail.ru Волгоградский государственный технический университет
www.vstu.ru
The paper summarized the necessity of maintenance and repair automation (MRO). The interrelation of the problems of planning and forecasting for the MRO is described. The stages of MRO work with using of automation are formulated. A set of methods of forecasting equipment values for planning MRO work is offered. To construct the MRO queue the methods of decision-making support based on using non-metric criteria of preferences (unconditional Pareto criterion and conditional lexicographic criterion) are proposed to use.
В статье показана взаимосвязь задач планирования и прогнозирования для проведения технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Сформулированы этапы автоматизированного проведения работ по ТОиР. Для планирования ТОиР предложен набор методов прогнозирования значений характеристик оборудования. Для построения очередей ТОиР предложено использовать методы ППР, основанные на использовании неметрических критериев предпочтения (безусловного критерия Парето и условного лексикографического критерия).
Ключевые слова: техническое обслуживание и ремонт оборудования, ТОиР, очереди ремонта и обслуживания, автоматизация ТОиР, прогнозирование, планирование, поддержка принятия решений.
Keywords: equipment maintenance, repair and maintenance queues, maintenance automation, CMMS, forecasting, planning, decision support.
Обеспечение нормального функционирования производственного оборудования предприятий позволяет выполнять планы производства, избегать незапланированных простоев и сокращает издержки. Для обеспечения непрерывного цикла работ предприятия осуществляется проведение комплекса работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР) оборудования. Увеличение парка оборудования в количественном измерении единиц и моделей оборудования усложняет проведение работ по ТОиР. Для повышения эффективности организации работ ТОиР необходимо применять автоматизированные системы ТОиР. Ранее нами подробно обосновывалась необходимость автоматизации технического обслуживания и ремонта (ТОиР) [1]. В работе [2] и других также приведено описание ряда полученных решений задач поддержки ТОиР. Данная работа посвящена методам планирования и прогнозирования, которые могут применяться для программно-информационной поддержки технического обслуживания и ремонта оборудования.
