CC BY
70
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЕСА
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ДИАГНОСТИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАГОНА
Ю.П. БАТЫРЕВ, доц. каф. ИИС и ТП МГУЛ, канд. техн. наук,
В.Ф. ДАВЫДОВ, академик РАЕН, проф. каф. БЖДМГУЛ, канд. техн. наук, Б.Л. СПИРИН, ст. преп. каф. технической механики МГУЛ
Система контроля диагностируемых параметров пассажирского вагона (ПВ) входит в состав бортового комплекса контроля (БКК) системы динамического мониторинга пассажирского вагона (СДМ ПВ). Она предназначена для сбора, обработки, хранения и протоколирования информации о техническом состоянии основных систем ПВ, влияющих на безопасность движения. Структурная схема системы сбора и обработки диагностируемых параметров пассажирского вагона представлена на рис. 1. В состав схемы входят следующие технические средства:
- устройство сбора и обработки (УСО) в составе:
- АЦП;
- контроллер;
- плата управления и коммутации пе-реполюсовкой питания датчиков температуры и вибрации;
- плата сбора высоковольтных сигналов и гальванической развязки;
- источник питания (в том числе для датчиков);
- средства первичной сигнализации: светодиоды включенного УСО и аварии, звуковой сигнал, кнопки отключения звука и проверки работоспособности звукового сигнала и светодиода аварии;
- радиомодем (опциональный элемент);
- шкаф электрический;
- кабельные линии;
- датчики измерения температуры и вибрации.
По функциональному назначению система измеряет следующие основные параметры:
1) Измерение вибрации/температуры: - Тип датчика - КВТ-01, КТ-01 [1, 2];
batyrev@mgul.ac.ru
- Количество каналов измерения -9;
- Напряжение питания датчика -±24 В ±5 %;
- Значение потребляемого тока - не более 20 мА;
- Выходной интерфейс - «токовая петля» в шкале 4-20 мА;
- Выбор режима работы «вибрация» или «температура» с помощью переполюсов-ки питания одновременно для каналов с 1 по 10;
- Величина сопротивления нагрузки канала измерения Rн -470 Ом;
2) Измерение температуры:
- Тип датчика - КТ-01;
- Количество каналов измерения -1;
- Напряжение питания датчика -±24 В±5 %;
- Значение потребляемого тока - не более 20 мА;
- Выходной сигнал - «токовая петля» в шкале 4-20 мА;
- Величина сопротивления нагрузки канала измерения Rн -470 Ом;
3) Измерение тока генератора:
- Количество измеряемых каналов
- 1;
- Входной диапазон измерения ±150 мВ.;
- Значение частоты среза ФНЧ канала 100 ±20 Гц.
- Диапазон измеряемых токов - от 50 А до 250 А (1ном = 225±10 А);
- Измерение тока с помощью шунта типа 75 ШС 300-0,5 (75 мВ при токе 300 А);
4) Измерение тока заряда/разряда аккумуляторной батареи:
- Количество измеряемых каналов
- 1;
- Входной диапазон измерения ±150 мВ.;
66
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЕСА
Приложение Б
Структурная схема У СО 6 соста&е БКК
УСО
Оснобной отсек
RSA85
USB
RS-232
) Контроллер э V О Система сбора и упрабления УСО =>
RS-232 /
7 \
АЦП кан. 11
АЦП кан. 14
АЦП кан. 12
АЦП кан. 13
АЦП кан. 15
АЦП кан. 16
АЦП кан. 18
АЦП —I
кан.1 _____
6 а
Шкаф электрический 2ПУ.182.УЗ
Измерение бибрации/ температуры
-0-
Измерение
температуры
Измерение переменного напряжения фазы генератора _____^^
Измерение напряжения бортобой сети
Питание УСО
ф
Общий проборI
Измерение тока генератора
Измерение тока заряда разряда батареи
Измерение сигналов ЗПТу/
Рабочий пробод
Контрольный пробод
КВТ-01
Д1
KBT-S
Д9
КТ-81
Д18
Линии
упрабления ЗПТ
А А А
V V V
>§§ |1
Рис. 1. Структурная схема системы контроля состояния диагностируемых параметров вагона
- Значение частоты среза ФНЧ канала 20 ±5 Гц.
- Диапазон измеряемого тока заряда - от 0 до 90 А (1ном = 70±5 А);
- Диапазон измеряемого тока разряда - от 0 до 170 А (1ном = 155±10 А);
- Измерение тока с помощью шунта типа 75 ШС 200-0,5 (75 мВ при токе 200 А);
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
67
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
5) Измерение переменного напряжения фазы генератора:
- Количество измеряемых каналов
- 1;
- Входной диапазон измерения ±200 В.;
- Значение частоты среза ФНЧ канала 1500 ±300 Гц.
- Диапазон изменения частот - от 50 Гц до 550 Гц;
- Величина измеряемого сигнала - от 0 В (отсутствие сигнала с генератора) до 95 В (Ампл.);
6) Измерение напряжения бортовой
сети:
- Количество измеряемых каналов
- 1;
- Входной диапазон измерения ±200 В.;
- Значение частоты среза ФНЧ канала 20 ±5 Гц.;
- Диапазон измерения постоянного напряжения - от 50 до 170 В;
- Измерение между линиями ввода основного питания внутри УСО;
7) Измерение сигналов управления электропневмотормозом (ЭПТ):
- Количество измеряемых каналов
- 2;
- Входной диапазон измерения ±200 В.;
- Значение частоты среза ФНЧ каналов 2000 ±400 Гц.
- Диапазон измерения постоянного напряжения - от минус 100 В до плюс 100 В;
- Диапазон измерения переменного напряжения - от 0 до 100 В (Ампл.);
- Частота измеряемого сигнала -625±35 Гц;
- Измерение между рабочей линией управления ЭПТ и корпусом вагона (1 канал) и между контрольной линией управления ЭПТ и корпусом вагона (2 канал)
Блоки контроля состояния вагонных букс располагаются на электрическом щите в служебном помещении вагона. Они являются составной частью штатной измерительной системы контроля состояния диагностируемых параметров вагона, которая включает
также датчики температуры, устанавливаемые в стандартное гнездо буксы (датчики типа 005 или 015). Блок контроля перегрева букс типа БКПБ 056 осуществляет контроль состояния датчиков перегрева букс. К блоку по двухпроводной линии электропитания подключено 10 автономных датчиков, по два датчика на каждую вагонную ось (8 букс) и два датчика на буксы приводов вагонных генераторов. Блок предназначен для сигнализации о разогреве корпуса буксы до опасных пределов в результате неисправности роликового подшипника, а также неисправностей в электрических цепях датчиков и изменения их сопротивления. Термодатчики работают на основе термочувствительного элемента - позистора типа СТ14-1Б.ОЖО 468.130 ТУ или СТ14-2А-105.ОЖО 468.165 ТУ
Недостатком этого датчика является сигнальный режим работы, что делает невозможным диагностирование ранних признаков неисправности букс.
Существует также «Устройство контроля нагрева букс», МЛ 520/521 [5]. Конструктивно устройство состоит из последовательно соединенных (до 8 шт.) датчиков нагрева букс (ДНБ) мод. МЛ 110, которые устанавливаются непосредственно на буксах вагонных тележек, и прибора контроля и сигнализации (ПКС) мод. МЛ 520, который устанавливается в приборном отделении вагона. ПКС подключается к существующей системе электроснабжения вагона и элементам контроля и управления на передней панели электрошкафа.
Датчики обеспечивают непрерывный контроль температуры путем изменения электрического сопротивления чувствительного элемента. Устройство обеспечивает контроль изменения суммарного сопротивления последовательно подключенных к входу ПКС датчиков температуры, причем прибор вырабатывает непрерывный сигнал управления звуковой и световой сигнализацией «перегрев» при увеличении сопротивления одного из датчиков до порогового значения и снимает его после устранения причины и кратковременного отключения питания.
Недостатками рассмотренной системы являются:
68
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
Рис. 2. Функциональная схема системы контроля
Рис. 3. Общий вид места установки двухпараметрического датчика в стандартном узле буксы
- невозможность точной идентифика- - ограниченные функциональные воз-
ции неисправной буксы из-за последователь- можности и невозможность диагностирова-ного соединения в цепь всех датчиков; ния ранних признаков неисправности буксы,
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
69
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
б) режим измерения температуры
Рис. 4. Вид сигнала в токовой измерительной цепи датчика: а) режим измерения вибрации; б) режим измерения температуры
в том числе нарастающих значений виброперегрузок.
Задача, решаемая системой, разработанной авторами, состоит в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей системы контроля функциями системы диагностики. Это достигается путем поочередного во времени контроля температуры и дополнительного контроля виброперегрузки в буксовом узле с обеспечением режима текущего диагностирования без изменения конструкции узла крепления датчиков и двухпроводной линии их питания, что является важным с точки зрения упрощения замены старой системы на новую без прокладки дополнительных линий связи.
Функциональная схема системы контроля диагностируемых параметров пассажирского вагона (рис. 2) содержит комплект первичных двухпараметрических датчиков
1, двухпроводную линию электропитания 2 каждого датчика, образующую токовую измерительную цепь 3 контролируемого параметра с нагрузочным сопротивлением каждой цепи 4 и параллельным подключением к нагрузочному сопротивлению 4 в каждом канале аналого-цифрового преобразователя 5. Темп дискретных измерений температуры или виброперегрузки с выхода двухпараметрического датчика 1 задает блок переполюсовки питания 6, программно управляемый контроллером 7, подключенным к блоку 8 (буферное запоминающее устройство сбора, обработки, хранения и протоколирования информации технического состояния вагонов).
Сигналы измерений контролируемых параметров в цифровом виде записывают в буферное запоминающее устройство блока 8, откуда они считываются контроллером 7 для програм-
70
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
мной обработки и диагностирования. Результат программной обработки сигнала передается в блок индикации 9. Контроллер 7 обеспечивает возможность передачи диагностируемых параметров через радиомодем 10. Питание элементов системы осуществляется от блока 11.
В системе использованы двухпараметрические датчики (типа КВТ-1), которые устанавливаются в стандартное гнездо вагонной буксы путем ввинчивания, как это иллюстрируется фотоснимком рис. 3.
Двухпроводное электропитание системы каждого вагона осуществляется от локомотивной аккумуляторной батареи +24 В, включаемой контроллером крана машиниста после стыковки с вагонным составом. В исходном состоянии при неподвижном составе осуществляется запитка датчиков измерения температуры. Выходной интерфейс датчиков - токовая петля в шкале 4-20 ma, величина сопротивления нагрузки канала измерений -470 Ом. Вид сигнала в измерительной шкале датчика иллюстрируется графиком рис. 4.
На передней панели блока индикации 9 имеются средства первичной сигнализации: светодиод включенной цепи питания зеленого цвета («Состояние»). При нажатии на кнопку «Проверка» все трехцветные светодиоды горят желтым цветом, а общий светодиод «Состояние» горит красным цветом. При достижении определенной скорости состава (поступлении метки от скоростемера в контроллер) осуществляется программное включение режима измерения вибрации путем программной перепо-люсовки (блок 6) питания одновременно всех датчиков. После записи массива измерений на интервале ~ 20 сек. в буферное запоминающее устройство (блок 8) система программно переводится в режим мониторинга температуры. Контроллер 7 осуществляет обработку записанных данных с выдачей результатов диагностирования на блок индикации 9.
При диагностировании используют простейший алгоритм обработки - вычисление математического ожидания сигнала измеряемого параметра на дискретном интервале измерения и сравнения его с пороговой величиной. Пороговая величина предварительно 5 вводится в ячейку памяти.
В случаях аварийных значений отслеживаемых параметров блок индикации оповещает проводника вагона сигналом светодиода и звуковым прерывистым сигналом. Звуковой сигнал отключается клавишей «Звук» на передней панели блока индикации.
Во время остановки вагона на станции, оборудованной соответствующей аппаратурой, выборка передается по радиоканалу на стационарный компьютер для передачи в базу данных и возможной обработки специа-листом-диагностом с использованием экспертной программы.
Имеется возможность после завершения рейса бригадиру поезда переписать накопленную информацию из запоминающего устройства на внешний носитель для передачи в централизованную базу данных подвижного состава железнодорожного узла приписки.
Поскольку тепловые процессы более инерционны, чем вибрационные, то использование режима измерений «виброперегрузка» обеспечивает большую чувствительность, чем известные аналоги. Эффективность системы контроля обеспечивается также непрерывным текущим диагностированием в процессе движения и возможности обнаружения скрытых дефектов букс на ранней стадии разрушения подшипников путем последующей обработки массивов записанной информации в централизованных базах.
Библиографический список
1. Давыдов В.Ф. Измеритель параметров вагонной буксы / В.Ф. Давыдов, Ю.П. Батырев, В.П. Дунаевский, Д.Г. Кряжев и др. // Патент РФ на изобретение № 2356771.
2. Батырев Ю.П. Измеритель параметров вагонной буксы / Ю.П. Батырев, Н.П. Полуэктов, В.Н. Харченко, Ю.П. Царьгородцев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 7 (76). - С. 124-127.
3. Гридина Е.Г. Алгоритм обработки информации для микропроцессоров и микроконтроллеров / Е.Г. Гридина, В.Г. Домрачев, В.А. Гавриков, Ю.Т. Котов. // Вестник МГУЛ - Лесной вестник// Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2012. - № 6 (89). - С. 82-84. http://tump. dnpp .dep. mo s. ru/company/kata -log/3542/54.html
http://microlog.km.ua/?ct = detail&prod = 25&parent
= 69.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
71
