Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6

1 СУществующие системы мониторинга 7

1.1 Микропроцессорной системы управления и диагностики 7

1.2 Комплексного унифицированного локомотивного устройства безопасности 15

1.3 Телемеханическая система контроля бодрствования машиниста 20

1.3.1 Назначение и работа системы ТСКБМ 20

1.4 Система автоматического управления торможением поездов 23

1.5 Автоматическая локомотивная сигнализация 25

1.5.1 Структура АЛСН и общий принцип работы 26

1.6 Комплекс БЛОК 32

1.6.1 Структура, принцип работы комплекса 34

1.7 Коммуникационное оборудование MOXA 40

2 информационная модель 45

3 расчёт объема информационной модели 57

3.1 Диагностические параметры 60

3.2 Расчет объема информации при простейшем потоке 65

3.3 Таблицы маршрутизации 70

4 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ВНЕДРЕНИИ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО МЕТОДА МОНИТОРИНГА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИН 74

4.1 Расчет единовременных капитальных вложений на изготовление установки 76

4.2 Расчет годовой экономии денежных средств, при использовании нового модернизированного мониторинга 79

4.3 Расчет срока окупаемости от внедрения предлагаемых технических решений 82

5 Обеспечение безопасности при установке датчиков 84

Список использованных источников 95

приложение а 97

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все большее внимание со стороны организаций и компаний уделяется вопросам обеспечения безопасности транспортных средств и повышения эффективности использования. Бурное развитие технических средств и технологий, средств создания программного обеспечения и управления базами данных позволяет разрабатывать все новые и совершенствовать старые системы мониторинга. В настоящее время существуют следующие виды систем мониторинга подвижного состава: МСУД, МОХА и т.п.

С момента своего появления системы мониторинга транспорта прошли путь от примитивных и ненадежных устройств, передававших информацию по запросу в коротких текстовых сообщениях или с помощью CSD-соединения, до сложных программно-аппаратных комплексов, максимально автоматизированных и использующих последние достижения микроэлектроники, техники, прикладной математики.

В современных системах мониторинга используется такое понятие как «информационная модель».

Требования к системам мониторинга тягового подвижного состава следующие: это возможность подключения различного дополнительного оборудования для получения отчетов о состоянии режима работы объекта, мониторинг объекта в онлайновом режиме, и конечно же возможность удаленного мониторинга узлов локомотива.

На сегодняшний день, весьма актуальны такие системы. Так как благодаря им стали очевидны экономические выгоды. Технологический прогресс в корне меняет сам подход к вопросам управления. Инновации позволяют: иметь глубоко детализированную, аналитически обработанную информацию и контролировать работу техники. Постоянный доступ к актуальной информации дает возможность ставить задачи и принимать решения быстро и эффективно.

1 СУществующие системы мониторинга

1.1 Микропроцессорной системы управления и диагностики

1.1.1 Назначение и функции системы

Описываемая в данном разделе аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики (МСУД) выполняет автоматическое управление электроприводом и электрическими аппаратами в режиме тяги и электрического (рекуперативного) торможения, диагностики состояния этого оборудования и информировании машиниста о режиме работы электровоза 2ЭС5К.

При этом аппаратура МСУД обеспечивает:

• разгон электровоза до заданной скорости с заданной и автоматически;

• поддерживаемой величиной тока якоря тяговых электродвигателей и последующее автоматическое поддержание заданной скорости;

• рекуперативное торможение до заданной скорости с последующим автоматическим поддержанием заданной скорости на спусках;

• автоматическое плавное торможение с учетом тормозных характеристик до полной остановки электровоза;

• защиту от буксования и юза колесных пар;

• автоматическую непрерывную диагностику состояния электрооборудования электровоза;

• стыковку микропроцессорных контроллеров с блоками АСУ безопасности;

• подключение микропроцессорных контроллеров к IBM PC совместимым персональным компьютерам для отладки рабочих программ и моделирования процесса управления.

Аппаратура МСУД электрооборудования электровоза построена на программных принципах обработки информации, поступающей от датчиков тока, скорости, углов коммутации, а также ряда дискретных сигналов состояния оборудования электровоза.

Аппаратура МСУД состоит из трех контроллеров (рисунок 1.2): центрального и двух технологических с разделенными функциями управления электрооборудованием, диагностики и возможностью передачи управления друг другу

при реконфигурации в случае повреждения одного из контроллеров, а также

двух блоков индикации на пультах машиниста.

Центральный микропроцессорный контроллер (ЦМК) обеспечивает обмен информацией между всеми контроллерами управления и пультом машиниста по дублированному интерфейсу RS-485, диагностику состояния электрооборудования и связь с приборами АСУ безопасности по интерфейсу RS-232.

Технологический микропроцессорный контроллер управления (МПК) последовательно опрашивает различные датчики, принимает дискретные сигналы состояния оборудования электровоза. Он же вычисляет значения выходных управляющих воздействий по программе, соответствующей алгоритму управления, и выдает фазовые импульсы управления выпрямительно-инверторными преобразователями, фазовые импульсы управления выпрямительными установками возбуждения и дискретные сигналы управления силовыми реле и пневмовентилями.

В аппаратуре МСУД реализовано резервирование технологических контроллеров с так называемым «холодным» резервом. При возникновении неисправности в рабочем комплекте он отключается от объекта управления и в работу включается другой комплект.

Блок индикации (рисунок 1.1), расположенный на пульте машиниста, обеспечивает вывод текущей информации о скорости движения, состоянии электрооборудования, заданных режимах на плоскопанельный дисплей фирмы Planar, вывод речевых сообщений на встроенный громкоговоритель, ввод параметров движения и контроля с многофункциональной клавиатуры.

Технологическая информация отображается в виде графических образов (стрелочных индикаторов, гистограмм) и в цифровом виде (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 – Внешний вид блока ввода информации и индикации БИ1

Рисунок 1.2 – Структурная схема МСУД

Условные обозначения:

• ЦМК — центральный микропроцессорный контроллер,

• ПКУ — приемно-контактирующее устройство,

• САУТ — система автоматического управления торможением;

• МК — ячейка микропроцессорного контроллера;

• ДИ — ячейка ввода дискретных сигналов;

• УД — ячейка вывода дискретных сигналов;

• СН — ячейка вторичных источников питания;

• РМ — ячейка резервированной магистрали;

• МПК — технологический микропроцессорный контроллер;

• АЦ — ячейка аналого-цифрового преобразователя;

• ИС — ячейка ввода импульсных сигналов;

• ВС — ячейка ввода аналоговых сигналов;

• ФС — ячейка фазовой синхронизации;

• ПТ — ячейка программируемых таймеров;

• УВ — ячейка выходных усилителей;

• ВФ — ячейка входного фильтра;

• БИ1 — блок индикации и ввода команд.

1.1.2 Используемые технические и программные средства

При выборе элементной базы предпочтение было отдано контроллерам фирмы Octagon Systems, благодаря сочетанию относительно невысокой стоимости и возможности работать в экстремальных условиях при температуре от –40 до +70° C.

Программное обеспечение для контроллеров, функционирующее под управлением DOS, разработано с использованием языков программирования ассемблер и С++. Для отработки алгоритмов управления электроприводом и электрическими аппаратами электровоза в плате 6010 фирмы Octagon Systems работает специальное программное обеспечение, управляющее электроприводом.

1.1.3 Описание функционирования системы

Рассмотрим подробнее устройство и работу составных частей аппаратуры МСУД (рисунок 3). Центральный контроллер служит для обеспечения обмена информацией и диагностики состояния электрооборудования и содержит: микропроцессорный контроллер 6010 фирмы Octagon Systems, включающий в себя 25/40 МГц процессор 386СХ фирмы Intel, последовательные порты COM1 (RS-232) и COM2 (RS-232), параллельный порт LPT1, DOS в ПЗУ, 4 Мбайт динамической оперативной памяти, 128 кбайт статического ОЗУ и 1 Мбайт флэш-памяти.

Аппаратура реализует возможность подключения блоков системы автоведения АСУ безопасности. Для этого используется плата расширения последовательных портов 5554 фирмы Octagon Systems, которая имеет четыре последовательных порта COM4-COM7 (RS-232).

Центральный контроллер также включает в себя ячейки ввода в контроллер сигналов от дискретных датчиков, ячейки вывода релейных сигналов для выдачи управляющих воздействий на исполнительные дискретные механизмы, ячейки питания — источники стабилизированного напряжения для питания цифровых и аналоговых узлов аппаратуры.

Технологический контроллер обеспечивает управление электроприводом, последовательно обрабатывая сигналы от объекта управления и вычисляя значения выходных управляющих воздействий по программе, соответствующей алгоритму управления.

В состав технологического контроллера входит ячейка микропроцессорного контроллера МК с управляющей платой 6010 фирмы Octagon Systems. В ячейку так же входит плата резервированной магистрали (РМ), которая преобразует последовательные порты СОМ1 и СOM2 платы 6010 в сигналы интерфейса RS-485 для передачи в гальванически развязанную резервированную магистраль. Параллельный порт платы 6010 используется для контроля источников питания и управления семисегментным индикатором для выдачи контрольной информации без обращения к блоку индикации, расположенному на удалении в кабине машиниста.

Для оцифровки аналоговых сигналов служат ячейки аналого-цифрового преобразователя (АЦ), каждая из которых содержит восемь интегрирующих преобразователей аналогового сигнала в параллельный 10-разрядный код.

Применение интегрирующих преобразователей вызвано особенностями формы сигналов, например, провалами и выбросами напряжения контактной сети при переходе фазы через ноль. Ввод дискретных сигналов осуществляют ячейки ДИ с гальванической развязкой и контролем состояний входов. Требование обтекания контактов током в 0,1 A при считывании их состояния обусловило применение динамического опроса дискретных сигналов для уменьшения тепловой нагрузки аппаратуры.

Ячейки ИС обеспечивают ввод с гальванической развязкой импульсных сигналов, поступающих от датчиков частоты вращения колесных пар. Переключение режима работы таймеров служит для выбора способа расчета скорости путем вычисления длительности периода поступающих сигналов или их частоты для получения достаточной точности расчета скорости во всем диапазоне скоростей от 0 до 160 км/ч.

Наличие шести каналов гарантирует не только определение направления движения локомотива, но и получение информации от разных осей для выполнения функций защиты от буксования и юза колесных пар.

Для синхронизации процедур ввода-вывода и обработки информации микропроцессорным контроллером ячейка фазовой синхронизации (ФС) формирует с помощью ведомого сетью синхронизатора сигнал в момент перехода первой гармоники сетевого напряжения через ноль. Ячейки программируемых таймеров и распределения углов по плечам преобразователя (ПТ) формируют физические углы сдвига фаз импульсов «зажигания» тиристоров силовых устройств электропривода относительно момента начала каждого полупериода напряжения контактной сети.

Вывод дискретных сигналов обеспечивают ячейки УД с выходным током по каждому каналу до 1,5 A с гальванической развязкой и контролем состояний выходов. Ячейки выходных усилителей УВ имеют гальваническую развязку, осуществляют усиление импульсов ячеек ПТ и управление тиристорными силовыми устройствами электровоза. Это два выпрямительно­инверторных восьмиплечевых преобразователя ВИП 5500, питающих якорные цепи тяговых электродвигателей трех тележек электровоза, выпрямительная двухплечевая установка возбуждения ВУВ-24, питающая обмотки возбуждения всех шести тяговых электродвигателей трех тележек, соединяемых в режиме рекуперации последовательно, и шесть шунтирующих тиристоров.

Ячейки источников вторичного питания (СН), выполненные на DC/DC конверторах фирмы Artesyn, преобразуют напряжение бортовой сети в диапазоне от 35 до 70 B постоянного тока в гальванически развязанные напряжения для питания аппаратуры и аналоговых датчиков.

Блок индикации, расположенный на пульте машиниста (рисунок 1.3), предназначен для выдачи на восьмицветный матричный электролюминесцентный дисплей EL640.480_AA1 фирмы Planar алфавитно-цифровой и графической информации с разрешением 640·480 точек. При помощи звуковой платы фирмы Diamond Systems осуществляется выдача через встроенные громкоговорители речевых сообщений о режимах работы. Ввод команд обеспечивает технологическая клавиатура на кнопках фирмы Grayhill с подсветкой в режиме «Ночь» сверхъяркими отечественными светодиодами фирмы «Планета». Блок индикации также содержит ячейку РМ связи со шкафом МСУД и интерфейсные микросхемы резервированной магистрали RS-485.