Анализ контролируемых параметров и методы их обработки

2.3 Анализ контролируемых параметров и методы их обработки в системах диагностики и контроля устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи

Актуальной технической задачей является разработка систем ТД, отвечающим высоким требованиям надежности и безопасности движения поездов при минимальном составе оборудования, высокой экономической эффективности.

Для решения этого вопроса необходим глубокий анализ параметров эксплуатируемых устройств СЦБ и видов отказов в них, выбор оптимального числа контролируемых параметров, требуется разработка эффективных и надежных методов и алгоритмов идентификации состояния ОД, высокоточных и быстродействующих методов измерения.

Значительная часть объектов контроля не только распределена вдоль железнодорожного полотна и находится на больших расстояниях друг от друга, но и постоянно взаимодействуют друг с другом [6]. При этом не допускают перерывы в их работе. Это требует разработки не только способов и методов передачи информации диагностического характера, определения оптимальной структуры системы контроля, но и разработки методов диагностирования, которые могут быть реализованы в таких системах. Учитывая рассосредоточенность контролируемых объектов,  СК должна иметь высоконадежный канал связи между отдельными уровнями иерархической структуры. Такая структура должна обладать универсальностью, то есть пригодностью для использования при диагностике различных по сложности и выполняемым функциям объектов контроля, что достигается применением реконфигурируемых технических средств.

         Отказы устройств СЦБ могут быть разделены на внезапные и постепенные. Возникающие с определенной вероятностью внезапные отказы не поддаются прогнозированию. При постепенных отказах напротив,  возможно оценить характер изменения параметров ОК и на основании этого прогнозировать его состояние во времени. Согласно статистическим данным, постепенные отказы в устройствах СЦБ составляет 40-50%, а внезапные – 55-60% [8]. Поэтому эффективное использование систем контроля технического состояния и оперативный ремонт в КИПах позволит уменьшить число отказов на 40-50%, сократить время обнаружения неисправности на 25-30%.

Важнейшими характеристиками любой СТД является число и набор контролируемых параметров. Так, при диагностике, необходимо обеспечить непрерывный контроль исправности объекта диагностирования. Минимальное число контролируемых параметров при этом должно быть достаточным для достоверной оценки работоспособности устройств СЦБ.

С другой стороны, к СТД предъявляются определенные требования по надежности, стоимости, потребляемой мощности и т.д. Для полноты контроля следовало бы выбирать максимальное количество контролируемых параметров. Вместе с тем, увеличение числа этих параметров усложняет систему, снижает ее надежность и увеличивает стоимость проектирования и изготовления. Отсюда количество контролируемых параметров не должно превышать число,  которое необходимо для выполнения технических и экономических требований к СТД.

Таблица 2.1

Перечень наиболее частых видов отказа в устройствах СЦБ

Внедрение СТД осуществляющей непрерывный контроль работоспособности устройств обеспечивает прогнозирование работы элементов объекта контроля, характеризующихся постепенными отказами. Данные об отказах, расположенные в порядке возрастания их интенсивности [8], приведены в табл.1.2. Каждый вид устройств СЦБ имеет свой набор контролируемых параметров, которого достаточно для определения технического состояния объекта контроля.

Таблица 2.2

Интенсивности отказов устройств ЖАТ

Подключенный к СТД объект диагноза может оказаться в исправном, работоспособном, работоспособном неисправном, а также в неисправном и неработоспособном состояниях [9]. Так, к примеру, за основной параметр, определяющий техническое состояние рельсовой цепи, берется напряжение на релейном конце. В нормальном режиме работы рельсовая цепь считается исправной, если напряжение на путевом реле находится в установленных пределах для данного типа РЦ. В случае снижения напряжения на путевом реле не ниже напряжения прямого подъема, РЦ все еще будет выполнять свои функции (при занятии и освобождении блок-участка положение путевого реле будет соответствовать фактическому состоянию РЦ). Отсюда ее техническое состояние является неисправным, поскольку напряжение на реле ниже установленных для данной РЦ нормы, но работоспособным.

Обратите внимание на лекцию "5 Особенности развития русских земель и княжеств".

Анализ контролируемых параметров устройств СЦБ показал, что в основном, для контроля их технического состояния, необходимо измерение постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивлений. Измерение же величины тока и сопротивления сводится к измерению напряжения. При этом, амплитудное значение сигнала может меняться от нескольких сотен вольт (питающие фидеры) до десятков милливольт (контрольные точки микроэлектронных устройств).

Для достоверного измерения параметров переменного напряжения требуется априорное знание его частотного диапазона. Для осуществления процесса диагностирования устройств СЦБ, технические средства должны иметь возможность измерения гармонического сигнала с частотой до 20 кГц, т.е. перекрывать весь звуковой диапазон. Согласно теореме Котельникова [10], частота дискретизации при этом должна быть в пределах 50..60 кГц. Специфика работы аппаратуры СЦБ (переходные процессы, броски напряжения) требует от измерительного устройства надежности и продолжения измерительного процесса в неожиданно  изменившемся диапазоне амплитуд. Это происходит вследствие различного рода отказов в аппаратуре служб электроснабжения, СЦБ, пути и др. Так, неисправность стыкового соединителя приводит к асимметрии тягового тока и, как следствие, напряжение на приемном конце рельсовой цепи возрастает в десятки раз.  

Измерение параметров переходного процесса особенно важно при диагностировании релейных блоков ЭЦ и отдельных реле. Это позволяет оценивать параметры реле при отсутствии свободных контактных групп с одновременным снижением затрачиваемого времени.

Согласно требованиям безопасного подключения СТД к действующим устройствам СЦБ, измерительные цепи в любом своем состоянии не должны оказывать влияние на ОД [9]. При измерении контролируемых параметров необходимо обеспечить изоляцию измеряемых цепей от измерительных и измеряемых цепей друг от друга. Главным критерием качества СТД должна являться достоверность контроля. Исходя из этого, можно сделать следующие выводы:

- измерительный тракт должен иметь оптоэлектронную гальваническую развязку входных цепей с оставшейся частью схемы;

- иметь возможность программной реконфигурации своей структуры для согласования своих параметров с параметрами объекта диагноза. Реконфигурация позволяет аппаратно реализовывать различные методы измерения и интерфейсы сопряжения.