Тема: Организация сетей передачи данных контроля подвижного состава для отделения дороги (КТСМ)

**Admin** · 24.04.2012, 14:44

Организация сетей передачи данных контроля подвижного состава для отделения дороги (КТСМ)

Дипломная работа

Скачать

Цитата:

Содержание.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
2 ОБЗОР И АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 16
2.1 Принцип построения КТСМ-01Д 16
2.2 Система комплексного контроля технического состояния подвижного состава КТСМ-02 22
2.3 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (США) 26
2.4 Аппаратуры обнаружения перегретых букс компании Hawker siddeley dunamies engineering (Англия) 32
2.5 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании CSEE (Франция) 35
2.6 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании Servo Corporation of America (США) 37
2.7 Новые разработки ведущих железнодорожных компаний Западной Европы 39
3 ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 43
3.1 Анализ построения аппаратуры теплового контроля буксовых узлов 43
3.2 Расчёт информационных потоков в сети передачи данных 49
4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 52
4.1 Основные функции АСК ПС 52
4.2 Состав и структура сети передачи данных 54
4.3 Разработка сети передачи данных для АСК ПС 61
4.4 Расчёт информационных потоков в сети передачи данных 63
4.4.1 Расчет времени доставки команд телесигнализации 65
5 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 65

5.1 Разработка испытательного стенда для устройств ДИСК, КТСМ 67
5.1.1 Модуль формирования команд для испытательного стенда 67
5.1.2 Программно-задающее устройство для испытательного стенда 77
6 РАЗРАБОТКА ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ УСТРОЙСТВ ДИСК, КТСМ 83
6.1 Анализ условий труда при обслуживании устройств АСКПС 94
6.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасности при обслуживании устройств АСКПС 94
6.2.1 Общие требования безопасности 94
6.2.2 Требования безопасности при выполнении работ по обслуживанию устройств КТСМ, ДИСК 94
6.2.3 Требования безопасности при нахождении и выполнении работ на станционных путях 94
6.2.4 Требования безопасности при работе с электрооборудованием 94
6.2.5 Требования к освещению 94
6.2.6 Требования к пожарной безопасности 94
6.2.7 Требования к помещениям с ЭВМ 94
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 102

АННОТАЦИЯ

Данный дипломный проект посвящен теме «Организация сетей передачи данных контроля подвижного состава для отделения дороги».
В эксплуатационной части пояснительной записки дипломного проекта произведен обзор зарубежных и отечественных моделей аппаратуры телеметрического контроля подвижного состава, применяемых в настоящее время, а также анализ требований предъявляемых к аппаратуре связи в телеметрических системах контроля букс.
В эксплуатационно-технической части рассмотрен анализ построения аппаратуры теплового контроля буксовых узлов и рассмотрена передача и регистрация данных при автоматическом контроле буксовых узлов.
В технической части рассмотрены требования и функции предъявляемые к программным средствам, применяемым в автоматизированной системе контроля подвижного состава.
В исследовательской части проводится разработка испытательного стенда для проверки работоспособности устройств ДИСК, КТСМ.
Разработана инструкция по охране труда при обслуживании устройств ДИСК, КТСМ.
Технико-экономическая часть посвящена расчету капитальных вложений на внедрение комплекса технических средств КТСМ вместо базовой системы ДИСК.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на железнодорожном транспорте всё больше внимания уделяется обеспечению высокого уровня эксплуатационной надёжности подвижного состава и безопасности движения поездов, что является важнейшим условием повышения эффективности и качества работы железнодорожного транспорта. Но в то же время непрерывно растет тенденция к наиболее рациональному использованию возможностей железнодорожного транспорта, что в свою очередь влечёт за собой удлинение участков безостановочного следования поездов, увеличения скорости движения и нагрузки на ось. В связи с выше сказанным особое значение приобретает сбор информации о состоянии вагонных букс, а точнее о греющихся буксовых подшипниках, перегрев которых может привести к излому шейки оси колёсной пары, возгоранию вагонов, грузов, напольных сооружений.
Это дало толчок к разработке и внедрению средств контроля подвижного состава, что на практике дало ощутимый технический и экономический эффект.
Анализ известных разработок отечественных и зарубежных специалистов в области создания средств контроля подвижного состава показывает, что развитие данной техники и технологии происходит по двум основным направлениям.
К первому относятся технические средства, которые обеспечивают выявление неисправностей подвижного состава, непосредственно угрожающих безопасности движения поездов.
Ко второму - средства контроля, которые позволяют оценить фактическое состояние элементов подвижного состава прибывающего на ПТО вагонов или депо, а информация, полученная от этих приборов, является диагностической и используется в процессе технического обслуживания и ремонта.
При этом каждая система контроля должна передавать свою информацию в общий межсетевой интерфейс в едином формате сообщения. В этих условиях отдельные системы контроля объединяются не базовой аппаратурой, например ДИСК-2Б, а информационно, при соблюдении стандартного стыка и единого протокола сообщения. При выполнении этих условий комплекс устройств контроля открыт для расширения приборами любых разработчиков и изготовителей.
В едином информационном пространстве появляется возможность не только выявлять дефекты деталей и узлов подвижного состава, но и прогнозировать изменение их состояния во времени на этой основе разрабатывать политику технического обслуживания и ремонта. Для этого в базе данных следует иметь информацию, например, об отдельных вагонах и их конструктивных элементах, накопленную при прохождении через несколько пунктов контроля.
Кроме того, при использовании единого информационного поля нет необходимости объединять устройства контроля территориально в одном пункте. Последнее условие имеет большое значение, т.к. для работы отдельных приборов, например для лазерных детекторов дефектов колес, необходимы особые условия эксплуатации. В качестве примеров можно привести: детектор дефектов колес типа WILD (Канада) ДДК (ВНИИЖТ), система измерения колес WIS (США), систему контроля профиля колеса диагностической системы ARGUS (Германия), где используются специально подготовленные измерительные рельсы, и даже крытый павильон.
Требование безусловного обеспечения безопасности движения поездов привело к тому, что наибольшее развитие получили системы контроля, входящие в первую группу и особенно это относится к детекторам перегретых букс.
Для наиболее полного удовлетворения потребностей предприятий железнодорожного транспорта в средствах передачи информации проводится модернизация сети связи на новой технической основе с использованием последних достижений науки и техники. Одним из перспективных направлений этой работы является применение волоконно-оптического кабеля.
Целью дипломного проекта является разработка АРМ для сети информационного обеспечения в системе мониторинга технического состояния подвижного состава.
Задачей дипломного проекта является: изучение состава, структуры, методики проектирования и разработки программных средств АСК ПС, анализ особенностей построения различных моделей аппаратуры контроля буксовых узлов.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

С увеличением скорости движения и веса поездов, расстояний их безостановочного следования, уменьшения интервалов между попутно следующими поездами вопросы обеспечения высокого уровня безопасности движения приобретают первостепенное значение. Решение данной задачи не может быть достигнуто без совершенствования традиционных и разработки новых методов контроля поездов в процессе их движения по участкам безостановочного следования.
В статье [1] и на сайте [2] изложен фактор безопасности движения, его состояние и актуальные задачи.
История развития аппаратуры обнаружения перегретых букс приведена в статье [3].
Для решения стоящих перед железнодорожным транспортом задач предусматривается широкое использование новейших достижений науки и техники, в том числе средств автоматики, вычислительной техники, телемеханики и связи. Одним из важных направлений на железнодорожном транспорте является автоматизация процесса контроля технического состояния подвижного состава в пути следования и особенно его ходовых частей.
В связи с этим, проводится разработка и внедрение аппаратуры контроля наиболее ответственных узлов под¬вижного состава (буксовых узлов, колесных пар, волочащихся деталей и др.)
В книге [4] изложены вопросы теории и практики аппаратурного контроля букс при движении поездов; теплотехнические характеристики букс, проанализированы критерии их аварийности, рассмотрены признаки распознавания греющихся букс, оценена их потенциальная информативность, корреляция с температурой подшипника буксового узла, информативность в условиях действия аддитивных и мультипликативных помех, исследованы методы многопризнакового распознавания греющихся букс, приведены результаты экспериментального исследования помех в линиях и каналах связи, предназначенных для передачи контроля букс, рассмотрены методы передачи телеметрических сигналов и данных контроля, принципы построения отечественных и зарубежных систем контроля букс.
Принципы построения аппаратуры обнаружения перегретых букс, взаимодействие ее составляющих частей, работа функциональных устройств перегонного и станционного оборудования, конструктивное исполнение блоков и узлов изложены в [5].
В книге [6] автор описывает принципы построения системы централизованного сбора и обработки информации при комплексном контроле технического состояния подвижного состава в пути следования.
Создание автономных технических средств для контроля отдельных элементов подвижного состава неизбежно приводит к использованию функционально однотипных узлов, например для передачи, обработки и регистрации сигналов. Это усложняет обработку результатов измерений, увеличивает объем аппаратуры из-за неоправданного дублирования отдельных узлов и усложняет обслуживание. Поскольку контроль состояния отдельных элементов подвижного состава обычно выполняют в одном месте, например на подходах к крупным станциям, то более целесообразно использовать комплексный принцип сбора и обработки информации, реализуя однотипные операции обработки данных при помощи общего комплекта аппаратуры. Различными будут лишь устройства предварительного формирования сигналов, поступающих от соответствующих датчиков. Этот принцип положен в основу комплексной дистанционно-информационной системы обнаружения перегретых букс, неровностей поверхностей колес и волочащихся частей с централизованной обработкой информации, получившей название ДИСК-БКВ-Ц и имеющей в своем составе подсистемы ДИСК-Б, ДИСК-К и ДИСК-В для выполнения указанных измерений и предварительной обработки сигналов, а также ДИСК-Ц для централизации полученных результатов.
Подсистема ДИСК-Б, обнаруживающая перегретые буксы, является законченной, т.е. может функционировать самостоятельно.
В техническом описании [7] приведены состав аппаратуры, основные технические данные аппаратуры ДИСК-Б, ее устройство и принцип работы, описаны устройства и работа напольного, постового и станционного оборудования.
Принципы работы адаптеров для стыковки блоков сопряжения с принтерами для аппаратуры ДИСК-Б изложены в статье [8].
Комплекс технических средств КТСМ-01 предназначен для модернизации (схема электрических соединений для модернизации аппаратуры ДИСК приведена на листе 1 графического материала) находящейся в эксплуатации аппаратуры обнаружения перегретых букс типа ДИСК-Б путем замены электронных блоков в стойке перегонной на технические средства КТСМ-01. При модернизации напольное оборудование и силовой отсек перегонной стойки ДИСК-Б сохраняются. Станционное оборудование модернизированной аппаратуры полностью заменяется и состоит из концентратора информации КИ-6М и комплекта автоматизированного рабочего места (АРМ). Указанный комплект станционного оборудования является составной частью автоматизированной системы контроля подвижного состава АСК ПС.
В [9] приведен состав, основные технические характеристики комплекса технических средств КТСМ-01.
В книге [10] изложено описание систем контроля состояния подвижного состава на ходу поезда.
Автоматизированная система контроля подвижного состава (АСК ПС) предназначена для централизованного контроля нагрева роликовых буксовых узлов подвижного состава по показаниям установок КТСМ, ДИСК-Б, комплекса технических средств модернизации аппаратуры ПОНАБ (КТСМ), установленных в пределах отделения железной дороги.
Контроль осуществляется оператором центрального поста контроля или оператор АСК ПС, размещенного в здании отделения железной дороги на основании информации, поступающей от устройств контроля на средства регистрации и отображения информации автоматизированного рабочего места оператора АСК ПС.
Основные функции АСКПС, ее состав описаны в инструкции [11].
В статье [12] описана элементная база АСКПС.
На базе концентраторов информации КИ-6М построена система передачи данных (СПД).
Она предназначена для применения в составе автоматизированных систем диспетчерского контроля и управления (диспетчерской централизации) на железнодорожном транспорте в качестве распределенной сети сбора информации о функциональном и техническом состоянии объектов контроля, а также передачи команд телеуправления.
Технические и программные средства СПД позволяют создавать распределенные сети передачи данных на базе существующих каналов и линий связи на участках железной дороги большой протяженности.
Концентратор информации КИ-6М может обслуживать до 6 каналов информационной связи. Два канала, как правило, используются для подключения концентратора к сети передачи данных СПД, остальные 4 канала могут использоваться для подключения периферийных контроллеров. В техническом описании [13] приведены структурные схемы сетей передачи данных (СПД) с ячеистой топологией и топологией «шина», изложены состав и структура СПД, описан порядок проектирования СПД.
КИ-6М – микропроцессорная система, состоящая из 8 модулей:
1. Модуль ВИП (вторичный источник питания). Обеспечивает питание модулей концентратора.
2. Модуль ММК (модуль микропроцессорного контроллера). Центральное устройство программного управления концентратором, обеспечивающее управление потоками данных.
3. 6 модулей УПС (модули устройства передачи сигналов). Обеспечивает сопряжение концентратора с каналами последовательной информационной связи. В зависимости от конфигурации каналов есть 2 модификации модулей УПС: УПСЧ (для сопряжения с некоммутируемым каналом тональной частоты или выделенной физической линией методом частотной манипуляции) и УПСТ (для сопряжения с физической линией связи методом «токовая петля 20 мА» или с ООД асинхронным методом передачи по цепям стыка).
Также концентратор имеет внутреннюю системную шину, обеспечивающую взаимодействие модулей. Шина состоит из 8-битной шины данных и линий для выборки модулей, запросов прерываний, адресации внутренних регистров и управления.
В хозяйство железнодорожного транспорта, в том числе и устройства автоматики и связи, ежегодно вкладываются большие средства. Правильно определить их направление, выбрать экономически наиболее целесообразный вариант – задача большой важности. В связи с этим при проектировании новых сооружений и устройств автоматики и связи технико-экономическому обоснованию придается большое значение.
При проектировании любого сооружения или устройства обязательным условием является экономическое обоснование принятых технических решений.
Под технико-экономическим обоснованием понимается рассмотрение всех решаемых вопросов не только с технической стороны, но и сточки зрения их экономической эффективности.
Технико-экономическое обоснование означает во-первых, что проектируемый объект должен отвечать определенным техническим требованиям (нормам, стандартам, специальным указаниям и инструкциям), определяющим нормальную работу объекта в заданных условиях, и, во-вторых, удовлетворять экономическим требованиям по единовременным затратам, эксплуатационным расходам (себестоимости продукции), надежности, потреблению электроэнергии и т. п.
Цель технико-экономических обоснований – доказать целесообразность проектируемого строительства, устройств, аппаратуры, приборов и т. п.
В книге [16] описана методика технико-экономических обоснований при проектировании средств и сооружений связи, рекомендуемые при этом показатели, оценки и методы их расчета.
Под технико-экономическими показателями понимается система показателей, характеризующих объект в целом (комплексно) как с технической, так и с экономической стороны. Наиболее важные из них: экономия капитальных вложений и эксплуатационных расходов (снижение себестоимости продукции), надежность действия, улучшение условий труда и повышение его производительности, улучшение использования оборудования и производственных площадей и т.п. Эффективность проектируемого объекта выявляется путем сравнения его технико-экономических показателей, которые могут быть установлены только по окончании проектирования, с показателями лучших аналогичных объектов и заменяемой техники.
Стоимостная оценка затрат на материалы и запасные части приведена в книге [17].
В статье [18] приведены установленные штатные нормативы при обслуживании устройств КТСМ и ДИСК.
Методика технико-экономического обоснования дипломных проектов, методы оценки экономического эффекта и условия их применения, порядок и последовательность расчета экономического эффекта изложена в пособии [19].
Охрана труда занимается обеспечением безопасности жизнедеятельности человека на производственных предприятиях. Это свод законодательных актов и правил, соответствующих им гигиенических, организационных, технических, и социально-экономических мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда.
При решении задач необходимо четко представлять сущность процессов и отыскать способы (наиболее подходящие к каждому конкретному случаю) устраняющие влияние на организм вредных и опасных факторов и исключающие по возможности травматизм и профессиональные заболевания.
В правилах [20] приведены основные положения правил охраны труда на железнодорожных станциях, требования безопасности к территориям, рабочим местам, производственному оборудованию, технологическим процессам, изложены режимы труда и отдыха, требования к санитарно-бытовому обеспечению.
Меры по пожарной безопасности приведены в инструкции [21].
Безопасность жизнедеятельности – это состояние деятельности, при которой с определенной вероятностью исключаются потенциальные опасности, влияющие на здоровье человека.
Безопасность следует принимать как комплексную систему мер по защите человека и среды его обитания от опасностей формируемых конкретной деятельностью. Чем сложнее вид деятельности, тем более компактна система защиты.
Для обеспечения безопасности конкретной деятельностью должны быть решены две задачи:
1. Произвести полный детальный анализ опасностей формируемых в изучаемой деятельности.
2. Разработать эффективные меры защиты человека и среды обитания от выявленных опасностей. Под эффективными, подразумевается такие меры по защите, которые при минимуме материальных затрат эффект максимальный.
Общие требования безопасности для лиц, обслуживающих устройства обнаружения перегретых букс в проходящих поездах, требования безопасности при работе с электрооборудованием изложены в инструкции [22].
В методических указаниях [23] приведены требования к выбору системы освещения, источникам света.
Перечень профессий и должностей работников, обеспечивающих движение поездов, подлежащих обязательным предварительным, при поступлении на работу, и периодическим медицинским осмотрам описан на сайте [24].
Гражданская оборона – это государственная система органов управления и совокупность общегосударственных мероприятий, проводимых в мирное и военное время в целях защиты населения, объектов хозяйствования и территории страны от воздействия поражающих (разрушающих) факторов современных средств поражения, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
В пособии [27] изложены требования к содержанию и оформлению дипломных проектов.
Приведенный обзор литературных источников дает возможность осуществить разработку дорожной сети передачи данных контроля технического состояния подвижного состава, а также методику выбора оборудования той или иной системы на основе технико-экономических расчетов, позволяет разработать мероприятия по охране труда и гражданской обороне.
2 ОБЗОР И АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
2.1 Принцип построения КТСМ-01Д

Аппаратура предназначена для автоматизации контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда. Применение аппаратуры КТСМ-01Д (структурная схема приведена на листе 2 графического материала) позволяет повысить безопасность движения за счет выявления дефектов ходовой части подвижных единиц.
Аппаратура КТСМ-01Д используется на линейных станциях (через 25-40 км) и на подходах к пунктам технического осмотра вагонов (ПТО).
Аппаратура КТСМ-01Д реализует следующие основные функции:
прием инфракрасного излучения букс движущегося поезда; предварительное усиление и обработка тепловых сигналов; передача информации о повышенном нагреве букс на АРМ ЛПК, размещенной на станции или ПТО; сохранение полученной информации в базе данных на АРМ ЛПК; анализ полученной информации на предмет превышения пороговых значений «Тревога 0», «Тревога 1», «Тревога 2», «Отношение» и формирование соответствующей визуальной и звуковой сигнализации; включение различных внешних устройств сигнализации: речевой информатор, сигнальный световой указатель и т.п.
Кроме того, аппаратура КТСМ-01Д реализует вспомогательные функции:
измерение и передачу значения температуры наружного воздуха на пункте контроля; определение нагрева шкивов в пассажирских вагонах; накопление и хранение информации о проконтролированных поездах при отказе канала связи с дальнейшей передачей накопленной информации после восстановления; восстановление счетчика вагонов в случае сбоя по одному из датчиков счета осей; контроль и передачу наличия напряжения питания на основном и резервном фидерах пункта контроля; автоматическая и по командам диагностика состояния основных модулей и узлов аппаратуры.
Технические средства аппаратуры КТСМ-01Д состоят из напольного оборудования, постового оборудования и станционного оборудования.
Напольное оборудование системы предназначено для считывания исходной информации с элементов подвижного состава.
В состав напольного оборудования данной системы входят:
– напольные камеры (НК) от аппаратуры ДИСК-Б, предназначенные для приема и предварительного усиления сигналов теплового излучения буксовых узлов;
– датчики прохода осей (Д1, Д2, Д3), предназначенные для формирования сигналов прохода каждой колесной пары и выделения номера контролируемой подвижной единицы;
– рельсовая цепь наложения (РЦ), предназначенная для формирования сигнала наличия поезда в зоне контроля.
Постовое оборудование предназначено для управления напольными камерами, обработки сигналов, получаемых от напольных устройств и передачи информации на станцию.
Постовое оборудование состоит из комплекса технических средств КТСМ-01Д, стойки перегонной ДИСК-Б с силовым отсеком, но без электронных блоков.
В состав КТСМ-01Д входит:
– блок ПК-02ПД, предназначенный для согласования напольного и силового оборудования, формирования команд управления напольными камерами, обработки сигналов, получаемых от напольных устройств и передачи информации на станцию;
– пульт технологический ПТ-03, предназначенный для проверки и регулировки напольного и постового оборудования аппаратуры КТСМ-01Д;
– датчик температуры наружного воздуха (ДТНВ);
– устройство контроля электропитания (УКП), предназначенное для непрерывного контроля наличия напряжения питания на основном и резервном фидерах.
Силовой отсек аппаратуры ДИСК-Б предназначен для питания и управления обогревом напольных камер, а также для питания и управления заслонками напольных камер. Станционное оборудование аппаратуры КТСМ-01Д размещается в помещении вагонного оператора или дежурного по станции и предназначено для выполнения следующих функций:
– прием и обработка данных, поступающих от постового оборудования;
– сохранение информации о проконтролированных поездах;
– отображение полученных данных на видеомониторе;
– сигнализация оператора при обнаружении перегретых букс и при срабатывании дополнительных

..............................

Станционное оборудование состоит из программно-аппаратного комплекса «Автоматизированное рабочее место оператора линейного поста контроля» (далее АРМ ЛПК) и концентратора информации КИ-6М.
АРМ ЛПК предназначен для визуального отображения информации о состоянии и параметрах контролируемого поезда, а также для формирования сигналов речевого оповещения и сигнализации с помощью подсистемы ПРОС-1.
КИ-6М предназначен для обеспечения связи между станционным и постовым оборудованием. Кроме того, концентратор информации применяется для включения аппаратуры КТСМ-01Д в состав системы централизованного контроля технического состояния поездов АСК ПС.
Принцип действия аппаратуры КТСМ-01Д основан на измерении энергии теплового излучения от корпусов буксовых узлов при прохождении поезда по участку контроля.
Каждая напольная камера содержит приёмник инфракрасного излучения, который вырабатывает электрические сигналы величиной, пропорциональной перепадам уровня теплового излучения от корпусов букс и других элементов подвижного состава, попадающих в поле зрения болометра.
Электрические сигналы приемных капсул поступают в ПК 02ПД, где происходит их обработка и последующая передача информации по линии связи на станцию.
При заходе поезда на участок контроля ПК-02ПД формирует и передает в линию связи следующие данные:
время захода поезда на участок контроля; порядковый номер контролируемого поезда; значение температуры наружного воздуха; признак направления движения поезда; информацию о результатах самодиагностики напольного и постового оборудования. В АРМ ЛПК для каждого пункта контроля настраиваются пороговые значения тепловых уровней для основных и вспомогательных напольных камер, которые передаются по линии связи в ПК 02ПД при его инициализации.
ПК-02ПД производит сравнение сигналов от НК с пороговыми значениями, принятыми от АРМ ЛПК. В случае превышения этих значений производится передача следующей информации о проконтролированной подвижной единице:
порядковый номер контролируемого поезда; порядковый номер подвижной единицы в поезде; тип подвижной единицы (локомотив (включая ВЛ65 и ВЛ85), грузовой вагон, пассажирский вагон, короткобазный вагон); общее количество осей в подвижной единице; значения тепловых уровней для каждой буксы подвижной единицы.
Непосредственно после освобождения поездом участка контроля КТСМ-01Д формирует и передает в линию связи следующие данные:
порядковый номер проконтролированного поезда; общее количество подвижных единиц в поезде; количество локомотивов в поезде; значение минимальной и максимальной скоростей движения поезда в течение времени контроля; средний тепловой уровень от всех букс по каждой стороне поезда; время окончания контроля поезда; количество осей в поезде, определенное по каждому датчику прохода осей.
Формируемая КТСМ-01Д информация по линии связи поступает на станционное оборудование для последующей обработки, сохранения, отображения и включения устройств сигнализации (при обнаружении перегретой буксы).
В качестве линии связи используем кабельную линию связи. При этом используются четыре жилы кабеля. Одна пара используется для передачи информации о перегретых буксах, а другая – для организации телефонной связи. При организации линии связи необходимо учитывать:
- затухание двухпроводной кабельной линии на частоте 1350 Гц не должно превышать 35 дБ;
- продольная наводимая ЭДС в линии вовремя короткого замыкания провода электротяговой сети на землю не должна превышать 60% испытательного напряжения строительных длин кабеля применяемого типа;
- необходимое качество передачи информации может быть обеспечено, если уровень помех на приёмном конце цепи будет не более 50дБ, что соответствует минимально допустимому превышению сигнала над помехой в этой точке цепи 15 дБ.
С помощью технологического пульта осуществляется проверка и регулировка оборудования. С клавиатуры пульта вводятся команды на выполнение различных операций по диагностике основных узлов КТСМ-01Д и напольного оборудования. Результаты проверки контролируемых параметров технического состояния комплекса выводятся на индикатор пульта.

2.2 Система комплексного контроля технического состояния подвижного состава КТСМ-02

Система комплексного контроля технического состояния подвижного состава КТСМ-02 представляет собой систему автоматического контроля, которая может включать одну или несколько подсистем обнаружения дефектов узлов и деталей подвижного состава (букс, колес, тормозов, габарита и т.д.).Для этих целей она оснащена высокоскоростной локальной линией передачи информации.
Основное назначение комплекса КТСМ-02 заключается в контроле дислокации подвижного состава на удлиненном участке контроля с целью привязки сигналов к конкретным осям, подвижным единицам и контролируемым поездам, а также в координации работы подключенных к нему подсистем и обеспечении информационного взаимодействия через систему централизации и передачи информации (принципиальные схемы модулей связи УПСЧ и УПСТ приведены на листе 3 графического материала).

Достоинством данной системы является возможность ее расширения, так как подсистемы контроля состояния отдельных узлов и деталей подвижного состава объединены информационно, имеют общий сетевой интерфейс, стандартные стыки и единый протокол сообщений.
На линейных пунктах контроля КТСМ-02 предполагается комплектовать подсистемой контроля буксовых узлов и тормозов, а при необходимости – подсистемой контроля волочащихся деталей.
При оснащении сетевых ПТО или аналогичных пунктов контроля КТСМ-02 обеспечивает возможность одновременно подключать до 15 различных подсистем.
Подсистемы контроля состояния буксовых узлов и тормозов КТСМ-02 комплектуются напольными камерами с креплением на рельс, конструкция и функциональные возможности, которых коренным образом отличаются от применяемых в отечественной аппаратуре. Выбор данной конструкции обусловлен необходимостью, исключить основные недостатки, имеющиеся у напольных камер аппаратуры ПОНАБ-3, ДИСК-БТ, ДИСК2БТ.
В настоящее время в приборах обнаружения перегретых букс напольные камеры традиционно устанавливают на фундаментах вблизи ж.д. пути. В этом случае объекты контроля – буксовые узлы и приемники теплового излучения расположены в различных системах координат. Поэтому при движении поезда по контрольному участку под влиянием различных внешних воздействий происходит их перемещение независимо друг от друга и как следствие нарушение ориентации оптической системы.
Однако, стабильность ориентации оптической системы приемников теплового излучения во времени является важнейшим условием эффективного применения средств обнаружения перегретых букс.
Анализ современных детекторов перегретых букс ведущих зарубежных фирм показывает, что предпочтение отдается конструкциям напольных камер с креплением на рельс. Схема ориентации напольной камеры подсистемы обнаружения перегретых букс показана на рисунке 2.3.
Конструкция напольной камеры комплекса КТСМ-02 обеспечивает осмотр нижней и частично задней стенок корпуса буксового узла. При такой ориентации напольная камера и контролируемый буксовый узел перемещаются в одной системе координат, поэтому буксовый узел обязательно попадает в зону осмотра приемника теплового излучения.

Рисунок 2.3 – Схема ориентации напольной камеры.

Актуальность использования рассматриваемых напольных камер резко возрастет при переводе подвижного состава на буксовые узлы «кассетного типа», когда в эксплуатации будут одновременно буксы различных типов. Напольные камеры комплекса КТСМ-02 не потребуют переориентации, а проблемы распознавания типов букс и корректировки критерия браковки решаются на программном уровне.
Эффективность применения рассматриваемых напольных камер для обнаружения перегретых букс «кассетного типа» очевидна и подтверждается многолетним опытом использования аналогичных детекторов на дорогах США, Канады и Европы.
Таким образом, комплекс КТСМ-02 является современным техническим средствам телеметрии, который в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к аппаратуре, обеспечивающей безопасность движения поездов.
Кроме того, КТСМ-02 может применяться и в системах комплексного контроля при оборудовании сетевых ПТО т.к. является открытым для расширения дополнительными подсистемами контроля узлов и деталей подвижного состава (структурные схемы функциональных модулей приведены на листе 3 графического материала).

2.3 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (США)

Аппаратура обнаружения перегретых букс разработана американской компанией General Electric (GE).
В настоящее время на железных дорогах США и Канады эксплуатируется около 800 комплектов этой аппаратуры. В указанной аппаратуре также использован принцип улавливания и преобразования в электрические сигналы энергии ИК-излучения, испускаемой задней стенкой корпуса буксы. При этом температура задней стенки корпуса буксы измеряется на фоне температуры окружающей среды, т.е. измерительный тракт аппаратуры реагирует на превышение температурой корпуса буксы температуры окружающей среды (воздуха). Однако, несмотря на общность принципов, аппаратура компании GE имеет ряд оригинальных отличительных признаков, к которым следует отнести применение высокоскоростного затвора, открывающего приемник ИК-излучения только на время контроля каждой буксы; формирователей тепловых сигналов, делающих аппаратуру инвариантной к скорости
движения поезда; температурной компенсации, уменьшающей влияние темпера¬туры окружающей среды на параметры измерительных сигналов.
В состав напольного оборудования входят два считывающих устройства (напольные камеры) 1 и датчик прохода колесных пар 2.
Особый интерес представляет напольное считывающее устройство этой аппаратуры. Оно объединяет в одном литом корпусе четыре независимых устройства: приемную капсулу с болометром 2, оптиче¬ской системой и предварительным усилителем, высокочастотный затвор 3, защитную заслонку 4 и обогревательные элементы 5.
Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE приведена на рисунке 2.4.
Верхняя крышка напольной камеры защищена тепловым экраном, уменьшающим действие солнечной радиации на температуру внутри напольной камеры.

Рисунок 2.4 – Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE

Аэродинамическая конструкция носового конуса камеры предо¬храняет от снежных заносов входное окно камеры, уменьшает влияние пыли на работу измерительного тракта аппаратуры. Нагревательные элементы, расположенные в носовой части камеры, предохраняют входное окно камеры от обледенения.
Оптическая система состоит из трех германиевых линз, покрытых тонким слоем сернистого цинка с целью улучшения условий пропускания ИК-лучей.
Высокочастотный механический затвор установлен между первой и второй линзами на фокусном расстоянии. Механизм управления затвором обеспечивает его открытие только на мгновение, когда в поле обзора болометра находится букса. Возможность ошибочных показаний, вызванных рассеянным солнечным светом, тормозными колодками и другими греющимися предметами, почти исключается.
Применение высокочастотного затвора имеет еще одно важное достоинство. «Носителем» температуры окружающего воздуха в промежутках между активным сканированием букс является обратная сторона затвора. Это обеспечивает сравнение температуры буксы с более постоянным эталоном и позволяет избежать ошибок в распознавании, когда «носителем» температуры окружающего воздуха является рама вагона.
В качестве датчиков прохода колесных пар в аппаратуре использована магнитная педаль, прикрепляемая к шейке внутренней стороны рельса.
Постовое оборудование аппаратуры включает датчики временных интервалов 7, усилители-формирователи 8, 9 и передающий комплект аппаратуры передачи данных 10.
Датчики временных интервалов по сигналам путевой педали формируют команды на открытие затвора на время контроля каждой буксы, открытие входной заслонки и отключение электропитания на время контроля поезда, включение двигателя самописца станционного оборудования.
Время сканирования каждой буксы определяется временем открытия высокочастотного затвора и будет тем больше, чем медленнее скорость движения поезда.
Для того чтобы тепловые сигналы не зависели от скорости поезда, в усилителях-формирователях происходит их формирование по длительности. Таким образом, тепловые сигналы, поступающие на вход АПД, представляют собой последовательность прямоугольных импульсов постоянной длительности (13мс) с амплитудой, пропорциональной степени нагрева задней стенки корпуса буксы. Для удобства подсчета тепловых сигналов (определения номера оси с перегретой буксой) сигналы с малыми амплитудами заменяются опорным напряжением.
Аппаратура передачи данных представляет собой стандартное многоканальное устройство, передающее сообщения с помощью частотной модуляции в диапазоне звуковых частот (от 935 до 12500 Гц). Ширина одного канала и расстояние между несущими частотами определяются девиацией частоты, которая может принимать 3 значения:
- ±85 Гц (расстояние между несущими частотами 340 Гц),
- ±125 Гц (расстояние между несущими частотами 510 Гц)
- ±240 Гц (расстояние между несущими частотами 1000 Гц)
Для передачи аналоговых сигналов в передатчике и приемнике АПД предусмотрены преобразователи амплитуды тепловых сигналов в ШИМ-сигнал (на передаче) и обратно (на приеме).
В состав станционного оборудования входят двухканальный самописец 13, блок тревоги 12, приемный комплект АПД 11 и устройства сигнализации 16, П.
Каналы самописца 14, 15 регистрируют сигналы от букс левой и правой сторон поезда.
Блок тревоги по одному из признаков распознавания греющихся букс (амплитуда сигнала буксы или разность двух сигналов букс одной колесной пары) сигнализирует (акустическая и оптическая сигнализация) о наличии в поезде перегретой буксы.
Вспомогательное оборудование аппаратуры включает ориентирный угольник, пиковый вольтметр, калибратор.
Ориентирный угольник предназначен для установки и периодических проверок правильности ориентирования оптической оси приемной капсулы.
Пиковый вольтметр предназначен для проверки линейности измерительного тракта, его калибровки, проверки диаграммы напряжений во всех точках аппаратуры.
Калибратор представляет собой переносное устройство, предназначенное для установления однозначности между превышением температуры нагретого тела над температурой окружающего воздуха и амплитудой теплового сигнала на выходе измерительного тракта аппаратуры. Калибратор содержит источник тепла, который может принимать 4 дискретных значения температуры. Это позволяет про¬верять линейность амплитудной характеристики измерительного тракта аппаратуры в широком динамическом диапазоне.
В последние годы компанией General Electric созданы новые устройства, совершенствующие аппаратурный контроль букс и расширяющие функциональные возможности аппаратуры. К числу таких устройств относится вычислительное устройство и устройство преобразования данных.
Вычислительное устройство (ВУ) предназначено для автоматического распознавания греющихся букс по телеметрической информации, поступающей на него с выхода измерительного тракта аппаратуры обнаружения перегретых букс. Цель автоматизации процесса распознавания греющихся букс (уход от необходимости расшифровки лент самописца) – исключение из цепи операций по аппаратурному контролю букс, подверженному фактору усталости человека (оператора), создание предпосылок для выдачи результатов контроля на печать и их передачи на центральный пункт контроля. К особенностям ВУ следует отнести: высокую скорость работы; возможность автоматической оценки состояния букс с точностью, не уступающей высококвалифицированному оператору; небольшую стоимость; возможность распечатки данных, как на месте контроля, так и на любом расстоянии; возможность сопряжения ВУ с аппаратурой обнаружения перегретых букс, выпускаемой компанией GE, а также с любой другой аппаратурой подобного назначения. Алгоритм обработки данных вычислительным устройством составлен по результатам решений оператора при анализе многочисленных лент самописца.
ВУ определяет состояние буксы по трем признакам:
– абсолютному значению амплитуды сигнала буксы,
– отношению амплитуд сигналов букс одной колесной пары по отношению амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению сигналов букс каждой стороны вагона.
При использовании относительных признаков установлены 2 пороговых значения, соответствующих двум разным степеням нагрева букс. Превышение двух порогов по каждому из признаков означает, что букса «горячая», превышение только одного порога – букса «теплая». Превышение сформированным признаком любого из пороговых значений сопровождается акустической и оптической сигнализацией. Применение относительных признаков вместо ранее применявшихся разностных (разность амплитуд сигналов букс колесной пары) улучшает условия распознавания букс при наличии в поезде букс разного типа (роликовых и скольжения), повышает достоверность обнаружения перегретых букс. Применение признака отношения амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению амплитуд сигналов букс одного вагона исключает погрешности при обнаружении перегретых букс, возникающие за счет неодинакового действия на буксы разных сторон поезда таких факторов, как ветер, дождь, солнечная радиация.
Необходимость вычисления среднего значения амплитуд сигналов букс одного вагона требует умения различать сигналы одного вагона от другого. С этой целью в ВУ введено устройство, различающее и размечающее физические подвижные единицы в поезде. Принцип работы устройства отметки вагонов основан на том, что расстояние между тележками разных вагонов меньше расстояния между тележками одного вагона. Логические устройства в отметчике вагонов выполняют операции подсчета, запоминания и сравнения числа осей при проходе одного вагона и выдают отметку (импульс) при проходе каждой физической подвижной единицы. В вычислительном устройстве предусмотрена возможность самоконтроля. Оно может выдавать тревожную сигнализацию в случае потери телеметрической информации в любом из каналов, а также в случае перекрытия каким-либо предметом входного окна напольной камеры.
Устройство преобразования данных (УПД) предназначено для преобразования в стандартный последовательный код (USASCJJ) данным обработки телеметрической информации вычислительным устройством с целью вывода их на цифропечатающее устройство в месте установки УПД или передачи на централизованный пункт контроля. В преобразователе предусмотрен накопитель, способный хранить информацию о четырех буксах на один поезд. Если число перегретых букс больше четырех, то в памяти информация о «теплой» буксе заменяется информацией о «горячей» буксе.
Данные могут передаваться сразу же после прохода поездом участка контроля. При этом УПД может выдать на печать следующую информацию:
– расположение в поезде «теплых» или «горячих» букс с указанием номера вагона и стороны поезда с такой буксой;
– указание, по какому признаку обнаружена «теплая» или «горячая» букса;
– общее число вагонов контролируемого поезда;
– название (или код) станции, перед которой расположено постовое оборудование аппаратуры обнаружения перегретых букс.
Вся указанная информация для большой надежности печатается 3 раза.

2.4 Аппаратуры обнаружения перегретых букс компании Hawker siddeley dunamies engineering (Англия)

Аппаратура компании НSDE (приведена на листе 3 графического материала) построена на принципах аппаратуры телесигнализации [5]. Вся первичная телеметрическая информация обрабатывается постовым оборудованием, а на регистрирующее оборудование поступает лишь информация о целеуказании.
В аппаратуре реализован метод относительного определения температуры корпуса буксы.
В состав напольного оборудования (рисунок 2.5) входят считывающие устройства (напольные камеры 1, 2) и датчики прохода колес 3, 4.

Рисунок 2.5 – Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании HSDE

Напольная камера состоит из приемной капсулы с оптической системой, приемником ИК-излучения и предварительным усилителем тепловых сигналов, устройства обогрева и механизма заслонки. Все оборудование напольной камеры размещено в литом металлическом корпусе с герметично закрывающейся крышкой. Напольные камеры монтируются на специальных фундаментах, установленных в призму железнодорожного полотна.
Датчики прохода колес, действующие на электромагнитном принципе, размещаются попарно на специальной металлической плите-платформе, которая устанавливается у рельса с внутренней стороны пути. Такое размещение датчиков способствует более точной фиксации времени контроля одной буксы. Задняя стенка корпуса буксы скани¬руется под углом 45° к горизонту.
В постовое оборудование входят импульсные усилители 5, 6 и блок обработки телеметрической информации 7.
Усилителями выполняется операция стробирования, исключающая попадание в обработку паразитных сигналов от других нагретых деталей поезда.
Блоком обработки телеметрической информации запоминаются амплитуды сигналов двух букс одной колесной пары, по которым после прохода колесом второго (по ходу движения поезда) датчика прохода колес принимается решение о техническом состоянии буксы. При принятии решения, помимо признака «амплитуда сигнала», формируется признак «сумма амплитуд сигналов» букс одной колесной пары. Последний признак способствует уменьшению ложных показаний при контроле букс с подшипниками качения. Результат обработки телеметрической информации кодируется четырьмя уровнями амплитуды импульсного сигнала и передается к станционному оборудованию по двухпроводной линии связи. На каждую проконтролированную буксу передается импульс, 4 уровня которого означают: 1-й – колесо без нагретой буксы; 2-й – перегретая букса слева; 3-й – перегретая букса справа; 4-й – обе буксы колесной пары перегреты.
Непосредственная передача импульсных сигналов ограничивает дальность передачи, которая не должна превышать 5 км.
В станционное оборудование входит регистратор 8 и телефонный аппарат 10 От импульсов прохода колес начинают работать 4 механических счетчика осей регистратора. По сигналу первой перегретой буксы останавливается первый счетчик, по сигналу второй перегретой буксы – второй счетчик, по сигналу третьей перегретой буксы – третий счетчик. При этом соответствующей лампочкой указывается сторона поезда, на которой обнаружена перегретая букса.
Документальная запись результатов контроля при такой форме регистрации отсутствует, что создает эксплуатационные неудобства.
Служебная связь организуется по отдельной физической цепи с применением аппаратов 9, 10.

2.5 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании CSEE (Франция)

К аппаратуре передачи аналоговых телеметрических сигналов относится аппаратура французской компании CSEE (рисунок 2.4). Аппаратура содержит 3 идентичных разделенных по частоте канала передачи сообщений, в которых для передачи применена амплитудная модуляция с несущими частотами 2460, 2580 и 2700 Гц. Как видно из приведенного ряда, несущие частоты отстоят друг от друга на 120 Гц. Первый и третий каналы используются для передачи нормированных тепловых сигналов от букс. По второму каналу передается сигнал наличия поезда на участке контроля. Этот же сигнал используется для контроля состояния двухпроводной физической цепи, соединяющей передающее и приемное оборудование.
Распределение спектра частот во французской аппаратуре передачи сообщений показано на рисунке 2.6.