17.10Бортовые мсу

Главный недостаток стационарных и переносных АСТД – отсутствие информации о характере работы локомотива в процессе поездки, достаточно большое время на проведение диагностирования. Системные недостатки стационарных и переносных АСТД можно преодолеть путем использования информации бортовых микропроцессорных систем.

Задача системы технического обслуживания и ремонта – обеспечить максимальное время нахождения подвижного состава в эксплуатации. Поэтому предпочтительным является использование встроенных и бортовых систем технического диагностирования. Диагностирование производится в реальном масштабе времени. На втором после встроенных систем месте - бортовые системы диагностирования, которые осуществляют контроль технического состояния локомотива в целом, обработку, анализ и хранение информации от встроенных систем, взаимодействие с внешними информационно-управляющими системами как в режиме реального масштаба времени (перспективная задача), так и в условиях депо при техническом обслуживании. Только в случае недостаточности функций встроенных и бортовых систем диагностирования следует использовать внешние системы диагностирования: стационарные и переносные.

Встроенные системы являются неотъемлемой частью диагностируемого оборудования, бортовые системы являются внешними по отношению к объекту диагностирования и внутренними по отношению к локомотиву – строятся, как правило, на базе промышленных компьютеров. Бортовые системы технического диагностирования опрашивают микропроцессорные встроенные системы и обычно представляют собой встраиваемый в панель кабины машиниста локомотива стандартный промышленный компьютер.

Главным источником диагностической информации на борту современных отечественных локомотивов являются бортовые микропроцессорные системы управления (МСУ) различного назначения. Техническое исполнение различных МСУ похоже (Рис.5.19): в электрическом шкафу с климат-контролем располагается кросс-оборудование, в которое вставляются сменные модули МСУ – кассеты. В число сменных модулей входят сами микропроцессорные блоки, модули ввода информации, модули управляющих воздействий, источники питания, модули приема-передачи информации и др.

МСУ часто исполняются с резервированием («холодным» и «горячим»). На Рис.5.19а показан МСУЭ с одним комплектом, на Рис.5.19г первый и второй комплекты аппаратуры МСУД расположены не в первом и втором этажах электрического шкафа, а оптимизированы исходя из наилучшей компоновки шкафа.

а - МСУЭ (полукомплект) б - соединение МСУЭ с цепями электровоза

в - МСУ тепловозов GE

(США)

г – МСУД электровозов «Ермак» (2ЭС5К и др.) и ЭП1М

(электрический шкаф со снятой защитной крышкой)

Рисунок 5.19 –Внешний вид МСУ

Рисунок 5.19 д - Комплект аппаратуры МПСУ и МСУД электровозов

а - Пример экранной формы («кадра») бортового компьютера

б - Пример диагностического кадра бортового компьютера

в - бортовые компьютеры в пульте машиниста

г - бортовой компьютера GERSYS д - «упрощенные» бортовые компьютеры зарубежных локомотивов

Рисунок 5.20 –Бортовые компьютеры (блоки индикации)

Наряду с МСУ в отдельную группу следует выделить средства визуализации информации, реализуемые на базе промышленных компьютеров (как правило, стандартных). Эти бортовые компьютеры (Рис.5.20) получают информацию от МСУ, обрабатывают ее, сохраняют и визуализируют – представляют в наглядном виде на экране. Часто бортовые компьютеры выполняют функцию архивирования диагностических данных. Часто их называют «Блок индикации» (БИ).

Блок индикации позволяет выводить диагностическую информацию машинисту как в случае появления неисправности, так и по запросу машиниста. Блок индикации должен иметь систему поддержки принятия решений машинистом, а в идеале – позволять по заданию машиниста собирать аварийные схемы, позволяющие пусть и с потерей мощности, но выехать с перегона. Опыт создания таких систем уже есть, однако большинство блоков индикации работают только в режиме подсказки.

При всём разнообразии решаемых задач все МСУ имеют унифицированный набор функций:

1. Опрос датчиков локомотива (скорости, тока, напряжения, температуры, частоты вращения, давления и др.). Датчик это устройство, преобразующее контролируемый параметр в электрический сигнал, который может быть передан в МСУ как в цифровом, так и аналоговом виде. В качестве датчика могут выступать и рабочие сигналы локомотива, если есть возможность (через гальваническую развязку и аттенюатор) непосредственно вводить из в МСУ. Датчики опрашиваются с определенной периодичностью, информация сохраняется в памяти МСУ и используется для управления. МСУ без датчиков не бывает.

2. Воздействие на цепи локомотива: наряду с функцией опроса датчиков, как правило, есть и управляющие функции. Воздействие на цепи управления локомотива происходит через штатные системы управления локомотива, в т.ч. и микропроцессорные: электрические аппараты, выпрямительно-инверторные установки, релейные цепи и др. Воздействие на цепи управление может носить как характер защитных функций, так и непосредственного управления.

3. Визуализация информации: одной из функций МСУ является наглядное предоставление информации машинисту. Как правило само МСУ информацию не визуализирует – для этого используются бортовые компьютеры промышленного изготовления. Наряду с визуализацией информации можно выделить более сложную функцию – поддержка принятия решений (ППР). Системы ППР (СППР) реализуются, как правило, с использованием бортового компьютера.

4. Аналитика и управление: собственно управление в МСУ реализуется с помощью программного обеспечения, которое записывается в память микропроцессорного модуля МСУ. Именно поэтому МСУ часто называют аппаратно-программными комплексами. Все операции МСУ выполняет исключительно по записанным в него программным алгоритмам.

5. Хранение информации. Любая МСУ для своей работы использует информацию, которая хранится в оперативной памяти. Для сохранения этой информации на более длительное время (в т.ч. и для накопления) используются флешь-память или жесткие магнитные диски. Именно наличие долговременной памяти делает возможным использование большинство МСУ для диагностирования технического состояния локомотива, чему и посвящена настоящая Концепция.

6. Передача информации на стационарный компьютер. Для использования информации для мониторинга технического состояния локомотива важно передать информацию в стационарную информационную сеть. Современные МСУ имеют один или несколько из перечисленных ниже способов передачи данных (Рис.5.21):

• считывание информации непосредственно со встроенной флешь-памяти или жесткого диска МСУ;

• сброс информации на переносную флешь-память (или Notebook) на локомотиве c дальнейшим переносом на стационарный компьютер;

• передача информации по радиоканалу на территории депо или станции по каналу стандарта Wi-Fi;

• передача информации по GPRS-каналу через сотового оператора на сервер стационарной подсистемы (АРМ МСУ).

7. Обработка информации на стационарном рабочем месте. Перенесенная с МСУ информация используется на стационарном персональном компьютере с помощью специального программного обеспечения. Совокупность компьютера с установленным на нем специализированным программным обеспечением в настоящей Концепции будет называться автоматизированным рабочим местом – АРМ МСУ. АРМ МСУ является базовым элементом Системы Мониторинга, на котором реализуются большинство диагностических функций:

• анализ наличия нарушений режимов эксплуатации локомотива;

• выявление предотказных состояний по выходу параметров за допуски и специальным алгоритмам;

• анализ характеристик локомотива в момент отказа;

• формирование отчетных форм, актов и других документов;

• комплексный анализ информации.

а – С помощью переносной флэш-памяти

б – По радиоканалу (пример из проекта ВНИКТИ)

Рисунок 5.21 – Считывание информации с МСУ

8. Централизованное хранение диагностической информации. АРМ МСУ может работать как автономный, так и в распределенной сети данных, что является предпочтительней.

Таким образом, МСУ различного назначения имеют однотипную структуру и функциональность. Наличие долговременной памяти, средств передачи данных и соответствующих АРМ МСУ делает пригодными большинство МСУ для их использования в качестве источников диагностической информации. Таким образом, уже сейчас на отечественных локомотивах имеется ценная диагностическая информация, которую можно использовать для мониторинга технического состояния локомотива и построения системы планово-предупредительных ремонтов с учетом фактического технического состояния локомотивов и отдельных его узлов, агрегатов и оборудования (Рис.5.22).

Рисунок 5.22 – Принцип диагностирования с использованием МСУ

Примечание. Следует отметить, что попытки создания бортовых систем диагностирования при отсутствии микропроцессорного управления не имеют успеха. Главная причина – техническое обслуживание этих систем: возможность эксплуатации локомотива при неработающей системе диагностирования приводит к постепенному выходу ее из строя. Только если система диагностирования является частью системы управления, ее эксплуатация оказывается успешной. Еще лучше, если она включена в технологический процесс технического обслуживания локомотива, является первичным источником информации о техническом состоянии локомотива, наличие неисправностей, сбоев и нарушений режимов эксплуатации.

МСУ для задач диагностирования выполняют следующие функции:

1. Сбор данных (опрос датчиков), обработка и сохранение данных.

2. Визуализация информации машинисту.

3. Поддержка принятия решений машиниста.

4. Передача информации на АРМ МСУ (через флэш-память, Wi-Fi, GPRS и/или другим способом).

5. Анализ данных на АРМ МСУ.

МСУ позволяют контролировать нарушения режимов эксплуатации локомотивов (эксплуатационные отказы) по вине следующих групп работников транспорта:

• Машинисты: неправильное управление локомотивом, нарушение регламента включения, выключения и езды на локомотиве, несоблюдение токового режима работы тяговых электродвигателей (ТЭД) и главных генераторов дизель-генераторной установки), многократное восстановление защиты (более трех раз), боксование и юз, необоснованное отключение автоматики и др.;

• Поездные диспетчеры: неправильное планирование графика движения поездов, нарушение или необоснованная установка массы поезда («весовой нормы»), необоснованный выбор параметров движения на руководящем подъеме, остановка у входного светофора, протягивание и др.;

• Энергоснабжение: пониженное или повышенное напряжение в контактной сети, броски напряжения, аварийное отключение напряжения;

• СЦБ: сбои в работе автоматической локомотивной сигнализации с последующим срабатыванием защитной автоматики локомотива.

По экспертной оценке число эксплуатационных отказов локомотива составляет не менее 20% от их общего числа. Таким образом, выявление случаев нарушения режимов эксплуатации по данным МСУ с последующим разбором и устранением причин нарушений позволяет существенно повысить надежность локомотивов. При этом основными диагностическим операциями будут являться следующие контрольные функции:

• соблюдение температурных режимов тепловозов при включении, выключении и прогреве дизель-генераторной установки (ДГУ);

• соблюдение частоты вращения дизеля;

• соблюдение интервалов езды с часовыми, длительными и пусковыми (пятиминутными) токами ТЭД;

• ограниченное число срабатывания аппаратов защиты;

• отсутствие боксования и юза;

• ограниченный темп набора позиций управления ДГУ;

• соблюдение скоростного режима;

• другие нарушения регламентов эксплуатации локомотивов.

Таким образом, мониторинг наличия нарушений в процессе эксплуатации локомотивов – относительно простой, но эффективный способ повышения надежности локомотивов с использованием МСУ. Второй достаточно простой способ использования диагностической информации МСУ – контроль фиксируемых в МСУ параметров на их соответствие допускам. В данном случае после ввода данных в АРМ МСУ формируется отчет о наличие и времени возникновения выхода указанного параметра за допуск. Например:

• заниженные или завышенные обороты дизеля;

• выход температуры масла или воды за допуски;

• разность токов тяговых двигателей;

• разность мощностей секций локомотива;

• срабатывание защиты;

• др.

Отличие от предыдущей функции (контроля режима эксплуатации) алгоритм принятия решения о причине выхода параметра за допуски более разветвленный и не формализованный. Возможны следующие действия:

• дополнительный просмотр осциллограмм;

• дополнительный осмотр во время технического обслуживания или ремонта;

• дополнительное диагностирование при помощи стационарных или переносных систем;

• предупредительная замена подозреваемого в скрытом отказе модуля.

Наряду с простой проверкой параметров на их соответствие допускам необходимы сложные алгоритмы, позволяющие путем сравнения двух и более параметров диагностировать отказные и предотказные состояния локомотива, а также наличие нарушений режимов эксплуатации. Эти алгоритмы диагностирования наиболее важны, но требуют интеллектуальных затрат времени на их разработку. Как правило алгоритмы диагностирования нарабатываются в процессе эксплуатации и накопления опыта разбора сложных случаев отказов. Несмотря на свою сложность, рекомендации (в отличие от предыдущего вида диагностирования) достаточно просты.

Вопрос о выборе всех необходимых для мониторинга технического состояния параметров по-прежнему остается открытым. С одной стороны, согласно теории технической диагностики для контроля работоспособности системы (в т.ч. локомотива) достаточно т.н. «основных диагностических параметров», которыми являются входные и выходные параметры системы. С другой стороны, для прогнозирования предотказных состояний, локализации места отказа, выявления нарушений желательно иметь «дополнительные диагностические сигналы» - параметры внутренних цепей. Но при этом растет стоимость системы, понижается ее надежность.

При использовании МСУ проблема выбора контролируемых сигналов не стоит: используются все те сигналы, накопление информации от которых заложено в конструкцию и программу той или иной МСУ.