CC BY
14
Анотацн:
Предложен автоматизированный метод диагностики электромагнитного реле, который основан на определении силы трения в его контактах. Использовано явление В-фриттинга в определении коэффициента нестабильности контакта, который предоставляет возможность автоматизировано определить чистоту контактных поверхностей.
Ключевые слова: диагностика реле, чистота контактов.
Запропоновано автоматизований метод дiа-гностування електромагштного реле, який засно-ваний на визначенш сили тертя в його контактах.
Використано явище В-фргтнгу у визначенш кое-фiцieнта нестабiльностi контакту, який надае мож-ливiсть автоматизовано визначити чистоту конта-ктних поверхонь.
Ключовi слова: дiагностування реле, чистота контакпв.
An automated method for diagnostics of electromagnetic relays based upon the determination of friction force in its contacts is suggested. The B-fritting phenomenon in determining the contact instability coefficient providing the ability of automating the purity of contact surfaces is used.
Keywords: relay diagnostics, purity of contacts.
УДК 656.25
РОМАНЦЕВ 1.О., к.т.н., доцент (ДНУЗТ 1меш академша В. Лазаряна).
Вим1р електричних сигнал1в тонального рейкового кола при викорис -танш АЦП серп DAQ
Невiд'eмною частиною тдтвер-дження теоретично отриманих даних е проведения експериментальних тдтвер-джень. Чим бшьше дестабiлiзуючих фак-торiв ураховуеться при формуваннi орга-шзацшно-техшчних заходiв для реалiзацii вимiрiв, тим бшьше буде точнють отриманих даних i час, затрачуваний на вимь ри. При плануваннi експерименту необ-хiдно враховувати особливiсть експлуата-ци об'екта, можливiсть й тимчасового призупинення, мюця включення апарату-ри i 1'х електричнi сигнали (напруги, стру-ми й потужностi). Це все надалi впливае на безпеку вимiрiв i збереження працезда-тного стану вимiрноi апаратури.
Мета роботи
Для вим1ру електричних сигнал1в тонального рейкового кола (ТРК) необ-хщно:
1) визначити мюця тдключення ви-м1рно! апаратури в схемц
2) сформувати схему проведення вим1р1в;
3) урахувати особливосп вим1р1в у р1зних мюцях включення вим1рювально'1 апаратури;
4) проанал1зувати апаратш й программ можливосп вим1рювально'1 апара -тури.
Включення апаратури для проведення вим1р1в
Виходячи з поставлено! ранiше мети з вимiрiв електричних сигналiв у ТРК [13], необхщно иФ контролювати наступнi параметри: напругу на виходi генератора иг, напругу на виходi фшьтра , напругу на входi колшного приймача ипп, напругу на обмотщ колiйного реле ипрл , напру-
гу пульсацп струму електроживлення генератора ипТЕГ, залишкову напругу на входi колшного приймача при накладанш шунта и0ПП, залишкову напругу на обмотщ колшного реле при накладанш шунта и0ПРЛ, напругу кодового трансформатора икт, напругу мережi живлення ипит . Точки шдключення вимiрювальноi апаратури електричних сигналiв тонального рей-кового кола наведеш на рис. 1.
Рис. 1. Мюце включення вимiрювальноi апаратури сигналiв ТРК.
На рисунку 1 прийнят наступнi ско-рочення: Ч3П, Ч5П и Ч7П - 3, 5 i 7 ТРК i 1'хш колiйнi реле парно! колп перегону апаратури непарно! станци; БИ - запобiж-ники; БУ - розрядники; КЯ - колшш ящики; ПТ - живильш трансформатори; Салс - eмностi, з яких подасться живлення автоматично! локомотивно! сигналiза-(АЛС); ГПУ - генератор сигналiв ТРК; КП - колшш приймачь На схемi не наве-дене включення кодово! апаратури. Виходячи iз загального числа вимiрювальних параметрiв ТРК, необхiдно 7 незалежних
каналiв контролю напруги згiдно наведено! вище схеми для контролю одного ТРК, а при контролi декшькох ТРК враховуеть-ся використання загальних живильних кь нцiв i загальне включення апаратури ре-лейних кiнцiв. Економiя жильностi дося-гаеться шляхом використання однакових виводiв для пiдключення вимiрювальноi апаратури. Схема контролю ТРК за наяв-носп сумiжного рейкового кола при зме-ншеннi жильностi включення вимiрюва-льно! апаратури наведена на рисунку 2:
Рис. 2. Спрощена схема включення вимiрювальноï апаратури.
На рисунку 2 наведене скорочення РЛ - рейкова лЫя. Для зменшення обсягу рисунку не наведена колшна апаратура. Дана схема враховуе максимальне набли-ження до реальних умов контролю електричних параметрiв тонального рейкового кола [4].
Перетворення вшчпрюваних аналогових сигнал1в у цифровий вигляд
Сучасна обчислювальна технiка ви-користовуе цифровий сигнал для необхщ-них перетворень i зберiгання шформацп. 1снуе велика кiлькiсть пристро'1'в, що пере-творять аналоговий сигнал у цифровий. Виходячи з того, що вони працюють по одному принципу (дискретизащя за часом
i квантування по амплпуд^, то при оциф-ровщ електричних сигналiв не настiльки важливий тип аналогово-цифрового пере-творювача (АЦП), як умови експлуатаци об'екта вимiру [4]. Виходячи i3 цього, ТРК повинне безупинно виконувати сво'1' фун-кцп, у тому числi й при проведенш вимь рiв ïï електричних параметрiв.
Заходи щодо тдключення вимiрю-вально'1' апаратури (комплексу) повинш найменшим чином впливати на роботу ТРК щоб уникнути збою. Це вимагае фо-рмування промiжних умов перетворення сигналiв з урахуванням характеристик АЦП [5]. Структурна схема апаратно-програмного перетворення шформацп показана на рисунку 3:
Рис. 3. Структурна схема перетворення шформацп.
На рисунку 3 прийнят таю позна- БЗФ - блок захисних функцш; ФЦН
чення: - фiльтр щльово'1' спрямованостi; ГР - га-
львашчна розвязка аналогового сигналу; ВХК - вхiдний комутатор АЦП; КРП -комутатор режимiв перемикання; УИКу -пiдсилювач зi змiнюваним коефiцieнтом пiдсилення; АЦПб - блок оцифровування сигналу; ПРЛ - програмувальна логiка; ВЧУ - обчислювальний пристрiй АЦП; шИББ - шина передачi даних; ППС - про-грамний перетворювач сигналiв; ИНД -шдикатор вихiдного сигналу; Ainx - вхщ-ний канал "х" АЦП.
У блощ БЗФ реалiзованi функци за-хисту схеми, у якш проводиться вимiр електричного сигналу i узгодження ампль туд напруг, що подаються в подальшу схему на АЦП. Максимальна величина напруги зазначена в техшчнш документа-ц11 на прилад [5]. ФЦН е пристроем обме-ження (пропущення) смуги частот на АЦП, що вщповщае максимальнш частотi дискретизаци (згiдно теореми Котельни-кова). Якщо в комплектi з АЦП постача-льником включенi фiльтруючi елементи, то ФЦН можна не використовувати. Од-нак, використання ФЦН дощльно при ви-користаннi полосо-проникно! фшьтрацп в ТРК, коли виключаються частоти, що не входять у дiапазон 400..800 Гц. Гальваш-чна розв'язка е останшм вузлом, що конструктивно не входить (як правило) до складу аналогово-цифрового перетворю-вача. Через клему «х» аналоговий сигнал надходить на вхщний комутатор (мультиплексор), керування яким здшснюеться вiд ВЧУ. Кiлькiсть входiв АЦП залежить вiд розрядностi ВХК i максимально ста-новить 8-16 одиночних або 4-8 диферен-щальних. Комутатор режимiв перемикання вказуе на 1 з 3 режимiв роботи АЦП: диференщальний (вимiр напруг мiж двома входами), однопровiдний (вимiр напруг
мiж сигнальним проведенням i «землею») i режим заземлення (комутатор дозволяе подати на вхiд АЦП нульова напруга для вимiру фактично'' вхщно'' напруги зсуву нуля АЦП). УИКу дозволяе пщсилити вхiдна напруга низько'' величини. Установка задано'' величини посилення вказуеть-ся через ВЧУ програмно. АЦПб безпосе-редньо проводить квантування аналогово'' напруги в заданий момент часу. За допо-могою ПРЛ оцифрований сигнал переда-еться в буферну пам'ять i далi на обробку через ВЧУ в персональний комп'ютер (ПК) по швидкюнш шинi UBS. Програм-ний перетворювач сигналiв являе собою програму, реалiзовану, як правило, в LabViEW, графiчному середовищу розро-бки додатюв для вимiрiв, тестування й керування [6].
Для АПЦ сери DAQ конструктивно розмщеш в одному блощ вузли ВХК, КРП, УИКу, АЦПб, ПРЛ, ВЧУ й шШВ. Вузли ППС та ИНД реалiзують у програ-мному виконаннi. Однак, при необхщнос-тi iндикатори можна включити на винос-них панелях, що досить просто здiйснити при наявносп цифро-аналогових виходiв. Детально властивосп АЦП сери DAQ описанi в [7].
Особливосп вим1р1в у р1зних м1сцях включения апаратури
У процес роботи вимГрювально'' апаратури необхiдно враховувати особли-востГ електричних сигналiв ТРК, що було зазначено рашше. Так як функци блоив БЗФ, ФЦН i ГР не реалiзуються в складГ АЦП, то була розроблена принципова апаратура, наведена на рисунку 4:
Рис. 4. Схема функщональних вузлГв БЗФ, ФЦН i ГР.
На рисунку 4 наведена схема для подачi напруги з виходу генератора для подальшо'' оцифровки й обчислень. Вна-слщок того, що в АЦП m-DAQ, ADA у рiзних модифiкацiях не мютить у собi елементи захисту вщ перевищення максимально допустимого напруження (е тiльки захист вщ перевищення струмiв), зустрiчно включенi стабштрони VD1 i VD2. Для виключення впливу схеми вимь ру (рисунок 4) на роботу ТРК при пробо'' стабштрошв передбачаеться обмежуючий резистор R1. Разом з R2 вш задае вхщний опiр всiх вимiрювальноi схеми, мЫмаль-на величина якого становить 20 кОм. Практично, чим бшьше буде даний отр, тим менше вплив буде здшснювати вимь рювальна апаратура - це обумовлено вла-стивостями вхiдного опору приладiв ви-мiру напруги [8]. Для виключення негативного впливу високих частот на дискретне перетворення сигналу [9] використаний фшьтр низьких частот (ФНЧ), зiбраний на
елементах Ь1 та С1. Незважаючи на пологу характеристику фшьтра в частот! зрiзу, ФНЧ забезпечуе ютотне загасання високих частот (100 кГц). Це забезпечусться за рахунок того, що для схеми ТРК iз низь-ким або високим дiапазоном частот прак-тичну частоту зрiзу ФНЧ можна встано-вити набагато нижче частоти дискретиза-ц11 сигналу АЦП. Як функцiональний елемент ГР використовуеться трансформатор з коефщентом трансформаци 1, що не передбачено в АЦП. Крiм цього, ГР виключае формування обхiдних кш ТРК через вимiрювальну схему. В протилеж-ному випадку (за вщсутносп ГР) при кожному вимiрi аналогово-цифровим перет-ворювачем всi канали вимiрiв будуть мати один загальний провщ, електрично зв'язаний з мшусовим проводом живлен-ня ПК.
При вимiрi двох напруг в одному мь сцi схеми з одним загальним проведенням схема БЗФ, ФЦН i ГР буде мати вигляд:
Рис. 5. Схема функщональних вузлiв БЗФ, ФЦН i ГР при вимiрi iз загальним проводом.
Наведеш на рисунку 5 елементи Я3, УБ3, УБ4, Ь2, С2 i ТУ2 функцiонально аналогiчнi елементам Я2, УБ1, УБ2, Ь1, С1 i ТУ1. Необхiдно врахувати, що через Я2 i Я3 формуеться обхщний ланцюг ТРЦ, отже, 1хне сумарне значення не по-винне бути менше зазначеним 20 кОм. Загальний вивщ ТУ1 i ТУ2 являе собою за-гальне провщ АЦП (на рисунку 5 не показано).
Опис блоюв ВХК, КРП, УИКУ, АЦПБ, ПРЛ, ВЧУ та шШВ не приводиться, бо детально присутнш в [5, 7] i не е новою розробкою.
Особливост1 включения апаратури АЦП
Вiдповiдно до техшчно! документации АЦП може працювати в одному iз трьох режимiв вимiрювань: однопровщ-ний вимiр потенщалу (див. рисунок 6), диференцiальний вимiр i режим визна-чення зсуву нуля.
Якщо третiй з режимiв використовуеться при настроюваннi апаратури, то ви-бiр першого або другого е принциповим: Якщо при однопровщному вимiрi використовуеться максимальна кшьюсть вимь
рювальних входiв i в 2 рази можна змен-шити кiлькiсть АЦП, то при диференща-льному режимi (див. рисунок 7) зменшу-
еться вплив зовшшшх перешкод наво-дяться на вимiрювальнi проводi.
Рис. 6. Схема включення джерела напруги при однопровiдному вимiрi
На рисунку 6 показано: Ш..И8 - "земля" АЦП; 1..25 - клеми стандартного джерела напруги, AI0..AI7 - входи вхщ- рознiмання DB25F для пiдключення зов-ного комутатора АЦП; АОКО - аналогова шшшх пристрош до АЦП.
Рис. 7. Схема включення джерела напруги при диференщальному вимiрi.
Таким чином, при першому вклю-ченнi схеми вимiрiв необхiдно визначити-ся з тим, чи е допустимим спiввiдношення сигнал/перешкода при однопровщному включеннi АЦП, i вибрати режим роботи перетворювача.
Висновки.
У робот наведене включення апара-тури АЦП для вимiру електричних напруг ТРЦ iз урахуванням особливостi й роботи. Опис схеми вимiрiв дае можливють пода-льшо'1 роботи iз програмною частиною
перетворювачiв m-DAQ i ADA при вико-ристаннi стандартного забезпечення або набору бiблiотек для автоматичного керу-вання потоками даних.
Лггература
1. Романцев И. О. Определение параметров и критериев для системы автоматического контроля состояния тональных рельсовых цепей [Текст] / И. О. Романцев// Електромагнггна сумюшсть та без пека на залiзничному транспорт. -2011. - Вип. 1. - С. 37-43.
2. Пат. 61018 Укра'на МПК B61L 25/00. Споаб визначення первинних па-раметрiв кабельних та рейкових лiнiй рейкових кш при центральному розмь щеннi апаратури [Текст] / Гаврилюк В. I., Романцев I. О.; заявник та патентовласник Дншропетровський нащональний ушвер-ситет залiзничного транспорту iменi ака-демша В. Лазаряна. - заявлено 08. 11. 2010; опублковано 11. 07. 2011, Бюл. №13.
3. Пат. 50742 Укра'на МПК B61L 25/00. Споаб вимiрювання параметрiв кодового струму в рейкових колах без iзо-люючих стиив [Текст] / Гаврилюк В. I., Романцев I. О.; заявник та патентовласник Дншропетровський нащональний ушвер-ситет залiзничного транспорту iменi ака-демiка В. Лазаряна. - заявлено 4. 12. 2009; опублковано 25. 06. 2010, Бюл. №12
4. Пристро'' сигналiзацii, централiза-цй та блокування. Технологiя обслугову-вання. ЦШ0042. [Текст] / Гол. Розробник Кузьменко Д. М. Затв. наказом Державно'' адмшютраци залiзничного транспорту Укра'ни вiд 26 квiтня 2006р. №347-ЦЗ. -Х.: Залiзничавтоматика, 2006. - 461 с
5. Микросистема сбора данных m-
DAQ12 - Руководство пользователя [Текст] / ХОЛИТ Дэйта Системс. - К., 2012. - 32 с.
6. О LabVIEW [Електрон. ресурс] / National Instrumenst: LabVIEW. - Режим доступу: http://www.labview.ru/labview/
7. АЦП/ЦАП с USB [Електрон. ресурс] / ХОЛИТ Дэйта Системс. - К., 2012.
- Режим доступу: http://holit.com.ua/index.php7page =shop.browse&category_id=16&option= com_virtuemart&Itemid=71 &lang=ru
8. Метрология и радиоизмерения: учеб. для вузов [Текст] / под ред. В. И. Нефедова. - М.: Высш. шк., 2006. - 526 с.
9. Основы цифровой обработки сигналов [Текст] / под ред. А. И. Солониной.
- СПб: БВХ-Петербург, 2005. - 786 с.
Анотацн:
В работе приведен метод включения измерительной аппаратуры для проведения электрических измерений тональной рельсовой цепи с помощью аналогово-цифрового преобразователя.
Ключевые слова: тональная рельсовая цепь, аналогово-цифровой преобразователь, технологические измерения.
Connectivity measurement equipment method of electrical measurements railway tone circuits is in article within using an analog-to-digital converter.
Key words: railway circuit of tonal frequency, analog-digital converter, technological measurements.
Анотаци: в робот приведений метод вклю-чення вимiрноi апаратури для проведення елект-ричних вимiрiв тонального рейкового кола за до-помогою аналого-цифрового перетворювача.
Ключов1 слова: тональне рейкове коло, аналогово-цифровий перетворювач, технолопчш вишри.Вступ
