17.11 Основные виды мсу локомотивов

МСУД электровозов переменного тока. Первые отечественные локомотивы, имевшие полностью электронную систему управления были грузовые электровозы переменного тока с выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП) серии ВЛ80р (годы выпуска 1975 – 1986, выпущено 373 локомотива). Управление осуществлялось с помощью электронных блоков серии БУВИП-80, БУВИП-100, БУВИП-133 и др. В настоящее время эти морально и физически устаревшие блоки заменяются на микропроцессорные: БУВИП-199 и МСУЭ.

С 1983 по 1994 год выпускался электровоз серии ВЛ85 (электрическая схема аналогична ВЛ80р), на которых наряду с БУВИП устанавливался блок автоматического управления БАУ-002, реализованный на жесткой логике с использованием операционных усилителей. В настоящее время БУВИП и БАУ заменяются на МСУ типа БАУВИП. Аналогичный, но в односекционном исполнении) с 1992 по 1998 год выпускался пассажирский электровоз ВЛ65.

Перечисленные локомотивы и их системы управления стали прообразом современных электровозов переменного тока: пассажирских ЭП1, ЭП1М, ЭП1П и грузовых 2ЭС5К, 3ЭС5К, ЭС5К. Все эти электровозы имеют МСУ типа МСУД («Микропроцессорная система управления и диагностики») различных модификаций. МСУД выполняет автоматическое управление электроприводом и электрическими аппаратами электровоза в режимах тяги и торможения. В состав МСУД входят блоки индикации (БИ) – промышленные компьютеры, устанавливаемые в каждой из кабин машиниста (связь с МСУД по каналу RS-485). На БИ отражается диагностическая информация, идет ее сбор и хранение.

МСУД в процессе управления контролирует все основные сигналы локомотива: скорость, ток, напряжение, режим работы, срабатывание аппаратов защиты и др. – всего 72 дискретных, 24 аналоговых и 24 импульсных сигнала. МСУД осуществляет непрерывное (с дискретностью в 10 мс) диагностирование.

Рисунок 5.23 – Кабина машиниста современного электровоза с ВИП

Таким образом, МСУД - наиболее распространенная бортовая система диагностирования на электровозах переменного тока.

МСУЭ электровозов переменного тока ВЛ80р. МСУЭ («Микропроцессорная система управления и диагностирования электровозов») является функциональны аналогом МСУД. МСУЭ разработан по заданию ОАО «РЖД» для автоматизации управления электровозов ВЛ80р. В настоящее время в эксплуатации находится 50 электровозов с МСУЭ. МСУЭ также имеет блок индикации (БИ) – по одному в каждой кабине машиниста. Накопитель информации находится в БИ. Порядок использования МСУЭ для диагностирования аналогичен использованию МСУД.

МСУД электровозов постоянного тока 2ЭС4К. Длительное время электровозы переменного тока с ВИП были единственными с полностью электронной, а позже – микропроцессорной системой управления. На новых локомотивах серии 2ЭС4К в системе управления появились МСУД («Микропроцессорная система управления и диагностики» МСУД-001). Система предназначена для управления общеэлектровозной аппаратурой, контакторной аппаратурой цепей тяговых двигателей и цепей собственных нужд, сбора и обработки информации с органов управления и датчиков (контроллер машиниста, выключатели, блокировки реле и контакторов, датчики температуры и т.д.) электровоза 2ЭС4К, выдачи заданий преобразователям собственных нужд (ПСН) и возбуждения (ПВ), реализации режима автоведения, а также для диагностирования состояния оборудования электровоза с выполнением функций его защиты, выдачи соответствующей информации на дисплей и записи ее в съемный энергонезависимый накопитель.

Рисунок 5.24 – Кабина электровоза 2Э4К и ЭП2К

Аппаратные средства МСУД-001 построены по модульному принципу с использованием программных принципов обработки информации и имеют открытую архитектуру, что позволяет подключать дополнительные объекты контроля и управления электровозом, а также объединять системы управления нескольких электровозов в общую систему. При этом изменяется и дополняется только программное обеспечение отдельных модулей системы. В кабине машиниста имеется блок индикации.

Таким образом, МСУД электровозов постоянного тока также подходят для их использования в системе мониторинга.

МПСУ электровозов постоянного тока ЭП2К. На новых пассажирский электровозах постоянного тока серии ЭП2К устанавливаются микропроцессорные системы управления и диагностики оборудования МПСУ-007. Система также имеет индикацию (блок BC3641 фирмы «GERSYS», диагональ 10,4”). Принципиальные технические решения аналогичны МСУД.

МПСУ контролирует 64 дискретных и 12 аналоговых сигналов. МПСУ выполняет самодиагностику и диагностику цепей и оборудования электровоза. Диагностическая информация выводится на экран монитора в кабине машиниста. Имеется несколько экранных форм, переключение между которыми возможно с использованием клавиш экрана.

Таким образом, МПСУ, как и МСУД, электровозов постоянного тока ЭП2К также подходят для их использования в Системе Мониторинга.

МСУ-Т тепловозов. Выше рассмотрены МСУ электровозов. Аналогичные МСУ разработаны в ЗАО «ВНИКТИ» и для современных тепловозов: 2ТЭ116У, 2ТЭ25А и ТЭП70БС. Для каждой серии тепловоза имеется своя модификация МСУ-Т («Микропроцессорная система управления и диагностики»): МСУ-ТП, МСУ-ТЭ и др.

По принципу действия МСУ-Т аналогичны МСУД. Число контролируемых параметров – 250. Считывание информации – с помощью переносных флешь-накопителей или Notebook.

Рисунок 5.25 – Кабины машиниста 2ТЭ116У и ТЭП70БС

Для анализа диагностической информации МСУ-Т разработан АРМ «Осциллограф». АРМ «Осциллограф» в принципе позволяет решать задачи системы Мониторинга. Для практической реализации технологического процесса ремонта и технического обслуживание тепловозов с использованием АРМ «Осциллограф» необходима доработка программного обеспечения АРМ «Осциллограф».

Таким образом, МСУ-Т всех модификаций, как другие рассмотренные МСУ, подходят для их использования в Системе Мониторинга.

УСТА И УПУ. До перехода на МСУ типа МСУ-Т ВНИКТИ разрабатывало и поставляло микропроцессорное оборудование типа УСТА (приведено на рисунке 5.26). УСТА управляет дизель-генераторной установкой (ДГУ) аналогично МСУ-Т, но не имеет накопителя информации, что исключает возможность ее использования в системе Мониторинга. Ситуация меняется при модернизации тепловозов универсальными пультами управления – УПУ, устанавливаемые на тепловозы ТЭМ18ДМ и 2ТЭ10М(У) при проведении МЛП. УПУ имеет возможность сохранять 162 эксплуатационных параметра тепловоза. Для использования УПУ в системе Мониторинга необходима незначительная доработка программного обеспечения блока индикации, реализованного на базе блока ВС4101 фирмы «GЕRSYS». При этом в качестве АРМ МСУ также следует использовать АРМ «Осциллограф» производства ВНИКТИ.

а – кабина управления ТЭМ18 б – блок УСТА

Рисунок 5.26 – Тепловозы с УСТА

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЖЕНИЕМ ПОЕЗДА (СУТП) ведется специалистами НТЦ «Вагон-Тормоз» – филиала ОАО «РЖД» с 2004 г. по заданию ОАО «РЖД» при участии ВНИИАС и ОАО «ИРЗ», радиомодем которого был принят для использования в СУТП.

СУТП предназначена для управления торможением длинносоставных (более 100 вагонов) и тяжеловесных (9000 т) поездов с исключением опасной продольной динамики за счет синхронного управления процессом торможения поезда с головы и хвоста поезда. При разработке системы использованы результаты компьютерного имитационного моделирования динамики поезда. В 2005 году оснащено 10 локомотивов, система проходит опытную эксплуатацию.

Система состоит из комплекта локомотивного оборудования (включающего источник питания, регулятор локомотивного торможения, блок индикации и ввода данных, радиомодем, дуплексный фильтр, антенну, комплект радиочастотных и сигнальных кабелей) и блока хвостового вагона (имеющего автономное питание и радиомодем). Однако применение системы для задач диагностирования крайне ограничено.

СИСТЕМЫ УЧЕТА ТОПЛИВА. Наиболее перспективным в Системе Мониторинга является использование в качестве исходного источника информации бортовых микропроцессорных систем управления, непосредственно включенных в управление приводом локомотива: МСУД, МСУЭ, МПСУ, МСУ-Т и др. Однако такие МСУ есть только на относительно новых и вновь выпускаемых локомотивах, в то время как основные проблемы с надежностью имеются с локомотивами более ранних годов выпуска. Реализация Системы Мониторинга на этих локомотивах возможна за счет установленных на них при модернизации вспомогательных МСУ. Один из основных видов таких МСУ – системы учета топлива (Рис.5.27). Эти системы устанавливаются на локомотив по программе «ресурсосбережение» ОАО «РЖД» и позволяют экономить расход дизельного топлива за счет исключения случаев хищения. При этом одновременно появляется возможность использовать эти системы как диагностические, т.к. каждая из них реализована по принципам МСУ и имеет в своем составе накопитель информации. Далее рассмотрены основные виды МСУ учета топлива.

Аппаратно-программный комплекс «Борт» разработки ЗАО «НИИТКД» - старейшая и наиболее массовая система учета топлива, установленная на более чем 2000 секциях тепловозов. АПК «Борт» контролирует более 20 параметров, имеет накопитель информации, связь с которым на разных версиях АПК «Борт» возможна следующим образом:

• путем снятия внутренней флэш-памяти;

• путем скачивания информации из АПК «Борт» на внешнюю флэш-память;

• по каналу стандарта Wi-Fi;

• по каналу стандарта GPRS через сотового оператора связи.

Для обработки данных АПК «Борт» в НИИТКД разработан сетевой Web-портал «Солярис», в состав которого входит программный модуль АРМ «Борт», реализующий функции АРМ МСУ.

Имеется опыт использования АРМ «Борт» для мониторинга технического состояния тепловозов – в ТЧР Московка проходит эксперимент, получены положительные результаты: повышена надежность локомотивов, снижены расходы на их содержание. Аналогичный эксперимент начат в ТЧР Карасук.

Аналогом АПК «Борт» является система РПДА-Т (первые модели выходили под названием РПРТ). Система имеет меньшее чем у АПК «Борт» распространение, однако может быть аналогичным образом использована при диагностировании. Считывание информации в РПДА-Т предусмотрено только через штатный накопитель информации.

АСК ВИС – аналог АПК «Борт» и РПДА-Т. Система внедряется на тепловозах полигона Октябрьской ж.д. Имеется опыт использования диагностических данных АСК ВИС.

Рисунок 5.27.а - Размещение аппаратных средств системы учета топлива на тепловозе

б – аппаратные средства

в - система сбора данных АПК «Борт»

Рисунок 5.27 – Система учета топлива АПК «Борт»

Последний представитель систем учета топлива на отечественных тепловозах – система АСК производства ВНИКТИ. В настоящее время установлена на новых тепловозах серии 2ТЭ25А. АСК аналогична предыдущим системам учета топлива и также может быть успешно использована для диагностирования. Передача информации возможна по GPRS-каналу. В качестве АРМ МСУ возможно использование АРМ «Осциллограф» (как и для МСУ-Т и УПУ).

Таким образом, на отечественных тепловозах в качестве дополнительного технического средств бортового диагностирования возможно применения микропроцессорных систем учета топлива.

СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ УСАВП. На железных дорогах России успешно внедряются микропроцессорные системы автоведения поезда типа УСАВП (Рис.5.28). Внедрение УСАВП идет по программе «Ресурсосбережение» ОАО «РЖД», т.к. эти системы за счет оптимизации графика движения поезда позволяют экономить электрическую энергию на электропоездах и электровозах и дизельное топливо на пассажирских тепловозах. УСАВП по принципу построения аналогичны другим видам бортовых МСУ. В своем составе все УСАВП имеют накопитель информации типа РПДА, что сразу делает возможным их применение в Системе Мониторинга. УСАВП всех модификаций также могут быть использованы в системе Мониторинга.

Рисунок 5.28 – Аппаратура УСАВП в кабине локомотива

На базе УСАВП разработана Интеллектуальная система автоматизированного вождения поездов повышенной массы и длины с распределенными по составу локомотивами (ИСАВП-РТ). Работа системы ИСАВП-РТ направлена на комплексное решение проблемы вождения грузовых поездов повышенной массы и длины. ИСАВП-РТ производит расчет и реализацию энергооптимальной и безопасной по продольным динамическим усилиям траектории движения, обеспечивающей выполнением графика и соблюдение норм безопасности движения.

ИСАВП-РТ позволяет добиться повышения производительности труда локомотивных бригад в 1,5-2 раза, экономии электроэнергии до 8-10% за счет оптимального выбора режимов движения поезда, сокращения оборота парка подвижного состава на 20%, снижения продольно-динамических усилий в автосцепках и вероятности разрыва поездов повышенной массы и длины, повышения провозной способности железных дорог на 4-6%.

Система ИСАВП-РТ изначально предназначена для использования в условиях российских железных дорог и не требует значительных доработок для привязки к местным условиям. Одновременно со своей основной функцией - как и УСАВП - система ИСАВП-РТ может быть использована как бортовая диагностическая система.

ПРИБОРЫ БЕЗОПАСНОСТИ. Современные приборы безопасности теоретически могут быть использованы в Системе Мониторинга, т.к. принцип их построения аналогичен любой другой бортовой МСУ. Сложность их использования связана с необходимостью соблюдения условий безопасного ведения поезда. Основные устройства безопасности локомотивов на базе МСУ – это комплексное устройство безопасности «КЛУБ-У» (Рис.5.23(а)) и система управления тормозами «САУТ-ЦМ». В НПО «САУТ» для локомотивов серий 2ЭС6 и 2ЭС10 (производства «Уральские локомотивы») разработана система «БЛОК», объединяющая в себе системы КЛУБ-У и САУТ-ЦМ. «БЛОК» (Рис.5.29(б)) имеет систему передачи диагностических данных по каналу GPRS. Создана централизованная база данных, доступ к которой возможен через Web-портал.

По данным КЛУБ-У в эксплуатационных локомотивных депо созданы группы расшифровки скоростемерных лент, которых анализируется наличие нарушений при ведении машинистом поезда: правильность применения и проверки тормозов, соблюдение скоростного режима, правильное проследование светофоров и др. Таким образом, в настоящее время имеется большое число МСУ, использование которых возможно в системе управления надежностью.

а

в – Структура приборов безопасности по http://scbist.com

(ТС КБМ – телемеханическая система контроля бодрствования машиниста; РПДА – регистратор параметров движения автоматический; УККНП – устройство корректировки координаты нахождения поезда; МАЛС – маневровая АЛС; ГАЛС – горочная АЛС)

Рисунок 5.29 – Приборы безопасности

- КЛУБ-У в автономном исполнении

б - БЛОК (МСУ + КЛУБ-У + САУТ-ЦМ и др.) электровоза 2ЭС10