Admin

Универсальная программа диагностирования локомотивов по данным бортовых микропроцессорных систем управления

Кандидаты технических наук А.А. АБОЛМАСОВ, И.И. ЛАКИН, главные специалисты ООО «ЛокоТех»

В статье описан опыт диагностирования локомотивов по данным бортовых микропроцессорных систем управления (МСУ), накопленный ООО «ЛокоТех». Выполнен анализ возможности реализации ремонта по фактическому состоянию — предиктивному ремонту.


ИСТОРИЯ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ЛОКОМОТИВОВ

Известно, что ремонт сложной техники по фактическому состоянию сдерживается отсутствием объективных диагностических данных. Именно поэтому основным видом системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) во всем мире остается планово-предупредительная система ремонта (ППР). Частичный переход на ремонт по фактическому состоянию возможен благодаря развитию систем технического диагностирования, которые решают задачи определения технического состояния объекта диагностирования, локализации места отказа и прогнозирования работоспособности.

С появлением электровозов и тепловозов на них стали устанавливаться диагностические устройства, носящие больше характер защитных устройств: от короткого замыкания (в том числе дифференциальные защиты), перенапряжения, боксования и др. Эти устройства позволяли защитить локомотив от опасных режимов, когда они возникали, но неспособны были прогнозировать отказ.

В 1974 г. Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ) начал серийный выпуск первого отечественного электровоза ВЛ80Р с электронной системой управления. Выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП) управлялись с контроллера машиниста (КМЭ) через электронные блоки управления (БУВИП), которые сравнивали задание машиниста с сигналами с датчиков тока, угла коммутации, напряжения в контактной сети и др., формируя импульсы управления на ВИП. Расширенные функции диагностирования позволили обеспечить устойчивую работу ВИП и привода в целом. Диагностическая логика была реализована «жестко» с помощью цифровых микросхем серии 133.

В 1983 г. НЭВЗ наладил серийный выпуск электровозов серии ВЛ85, у которых дополнительно к БУВИП был установлен блок автоматического управления БАУ-002, диагностические функции которого позволяли контролировать наличие боксования, бросков тока и другие аварийные ситуации. Была реализована защита по максимальному току. Прогноза отказов по-прежнему не было. Дополнительная диагностическая логика была реализована «жестко», как у БУВИП, но уже с помощью аналоговых микросхем (операционных усилителей) серии 140.

С 1998 г. начат выпуск электровозов ЭП1, в которых БУВИП-133 и БАУ-002 были заменены на микропроцессорную систему управления (МСУ) и диагностирования (МСУД). В кабине машиниста впервые был установлен блок индикации, который в настоящее время представляет собой промышленный компьютер, выполненный с экраном в одном корпусе (обычно это компьютер компании «Gersys»).

Именно с этого момента появилась возможность накапливать диагностические данные и анализировать их как на локомотиве, так и потом в депо с помощью специального программного обеспечения. При этом логические и математические возможности анализа были существенно расширены, так как реализовывались программно как в самих МСУ, так и в бортовых компьютерах.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Все современные диагностические системы (в том числе и бортовые) имеют один принцип действия.

- В электрических цепях или других узлах локомотива устанавливаются датчики параметров контролируемого узла: устройства, преобразующие измеряемую величину в электрический сигнал низкого напряжения. Например, датчики определяющие уровень топлива в баке, температуру выхлопных газов цилиндров, обороты дизеля или колесных пар, ток тягового двигателя, напряжение в контактной сети и др. Все сигналы датчиков делятся на две большие группы: аналоговые (непрерывно изменяющиеся во времени; например, ток ТЭД) и цифровые, имеющие два значения: 0 и 1 (Включен/ Выключен), например, срабатывание реле.

- Сигналы с датчиков поступают на вход бортовой МСУ в виде электрических сигналов. Аналоговые сигналы обрабатываются с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) и превращаются в двоичный код. По цифровым сигналам фиксируется только время изменения сигнала с 0 на 1 и наоборот.

- Считанная с датчиков информация поступает в микропроцессорный блок МСУ, где анализируется по специально написанной программе. Программа по данным с датчиков и от машиниста формирует сигналы управления приводом локомотива, как это было в БУВИП и БАУ. Одновременно сигнал передается в бортовой компьютер, где используется для отражения информации на экране для машиниста, а также сохраняется на жестком магнитном диске.

- Информацию с жесткого диска бортового компьютера можно впоследствии считать с помощью переносных flash-накопителей и дополнительно проанализировать уже на стационарном компьютере с использованием специальной диагностической программы: автоматизированного рабочего места диагностирования по данным МСУ (АРМ МСУ).

- В современных локомотивах предусматривается передача диагностической информации по радиоканалу в пределах станции или депо по стандарту Wi-Fi или через оператора связи по стандарту GPRS. Последний способ позволяет контролировать техническое состояние локомотива в режиме online.

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Возможности диагностирования при наличии исходных данных МСУ и методов их обработки теоретически безграничны. Еще в Древнем Риме была пословица «Вепе dignoscitur, bene curatur» (Хорошо распознается, хорошо лечится), а применительно к локомотивам можно перевести как «Что хорошо диагностируется, то хорошо ремонтируется». Современные математические методы и возможность обрабатывать большие объемы данных действительно позволяют предположить, что в ближайшем будущем можно перейти на ремонт по фактическому состоянию (предиктивный ремонт) с отказом от планово-предупредительной системы ремонта. Но, к сожалению, предиктивный ремонт в ближайшее время неисполним.

Возможности диагностирования локомотивов на практике ограничиваются следующими обстоятельствами:

- наличием датчиков и их точностью;

- наличием вычислительных ресурсов у бортового компьютера;

- наличием алгоритмов и математического аппарата вычисления и прогнозирования технического состояния узла по имеющейся с датчиков информации.

Первая задача диагностирования — контроль соблюдения режимов эксплуатации и наличия нарушений режимов эксплуатации (НРЭ). Эта функция реализуема практически на всех МСУ, так как для этого достаточно тех сигналов, которые видит машинист с помощью приборов в кабине машиниста и на экране диагностического компьютера: алгоритмы контроля наличия НРЭ полностью повторяют действия машиниста. Например, осуществляют контроль соблюдения скоростного режима, правильный запуск дизеля с переходом на силовые позиции только после прогрева системы, остановка дизеля только после охлаждения системы, неприменение вспомогательного тормоза в тяге для борьбы с боксованием, отсутствие запуска дизеля без прокачки масла и многое другое.

Вторая задача диагностирования — контроль работоспособности тягового подвижного состава: способности локомотива выполнять свои функции. Согласно теории, для этого достаточно так называемых «основных диагностических сигналов объекта диагностирования» — входных и выходных сигналов. Входными сигналами являются задания машиниста с контроллера, с пульта и других органов управления. Выходными — тяга поезда, определяемая двумя параметрами: скорость и сила тяги, которую можно контролировать по току тяговых двигателей (ТЭД). При торможении дополнительно следует контролировать давление в тормозных цилиндрах. Эти параметры контролируются всеми видами МСУ с помощью соответствующих датчиков.

Таким образом, контроль работоспособности возможен на всех современных локомотивах. Единственное ограничение на такую диагностику — это отсутствие работы локомотива в том или ином режиме, например в рекуперации. Также невозможно про-диагностировать срабатывание защит, если за поездку не было аварийных режимов. Таким образом, применительно к бортовой диагностике вернее говорить о проверке правильности функционирования, а не о проверке работоспособности.

Третья задача диагностирования — контроль исправности: соответствия оборудования и локомотива в целом всем требованиям их технических условий (ТУ). То есть исправное состояние предполагает отсутствие каких-либо дефектов, даже если узел работоспособен. Для этого в цепях и узлах локомотива должны быть установлены дополнительные датчики, позволяющие более глубокое диагностирование. Например, применяются датчики температуры выхлопа газов цилиндров, температуры охлаждающих контуров, времени срабатывания реле и др. Чем больше датчиков в цепях локомотива, тем глубже можно проверить его исправность.

В общем виде задача проверки исправности нерешаема из-за того, что как бы внимательно и глубоко мы ни проверяли оборудование, всегда остается вероятность необнаружения скрытого дефекта. Таким образом, при создании системы бортового диагностирования следует найти компромисс между глубиной проверки исправности и ее целесообразностью.

В ООО «ЛокоТех» введен удобный термин «Предотказ» — состояние, характеризующееся наличием неисправности при наличии работоспособности. Выявление предотка-зов — одна из главных функций бортовой диагностики. При этом сервисная компания устраняет предотказы даже при отсутствии замечаний со стороны эксплуатации.

Четвертая задача диагностирования — локализация места отказа. При обнаружении предотказа желательно определить как можно точнее место дефекта для сокращения объема ремонта. Например, при обнаружении пониженной мощности дизеля причиной может быть как неисправность форсунки, так и неисправность топливной аппаратуры. А повышенная частота срабатывания защит может быть по самым разнообразным причинам.

В «ЛокоТех» введено понятие «Проявление отказа» — это то, что регистрируют бортовые МСУ. Сам отказ определяется в результате ремонта. Накопление статистики по проявлениям отказов и предотказам, причин их появления (непосредственно неисправностей) позволяет сокращать затраты времени и ресурсов на устранение инцидента. Для этого создается компьютерная так называемая система поддержки принятия решений (СППР).

Пятая задача диагностирования — прогнозирование работоспособности оборудования локомотива, вычисление остаточного ресурса. Именно решение этой задачи позволило бы перейти на ремонт локомотива по фактическому состоянию — на «предиктивный ремонт». В общем виде для существующих локомотивов — эта задача нерешаема.

По большинству узлов локомотива в силу отсутствия датчиков невозможно прогнозировать остаточный ресурс узла. Например, не представляется возможным диагностировать остаточный ресурс изоляции электрических машин, износ поршней цилиндров дизеля и др. Можно теоретически установить датчики износа электрических щеток тяговых машин, износа тормозных колодок, уровня и качества смазки механических узлов, но это требует существенной доработки конструкции локомотива. А возможность контроля температуры обмотки якоря является скорее теоретической.

Несмотря на невозможность предиктивного ремонта, внедрение его элементов возможно уже сейчас. Например, по износу бандажей можно с определенной точностью прогнозировать время их обточки, по трен

ду температуры выхлопа газов цилиндров прогнозировать время потери работоспособности цилиндра.

Департаментом развития систем мониторинга технического состояния локомотивов ООО «ЛокоТех» дополнительно выполнен анализ возможности отказаться от цикловых работ, выполняемых при плановом обслуживании ТО-3, ТР-1, ТР-2 и др., при наличии бортовой диагностики. Оказалось, что можно отказаться только от 12 — 20 % этих работ: остальные все равно следует выполнять. Таким образом, предиктивный ремонт невозможен даже теоретически.

УНИФИЦИРОВАННЫЙ АРМ ЛОКОТЕХ

Для решения задач диагностирования по данным бортовых МСУ в сервисных локомотивных депо в период с 2012 по 2015 гг. созданы группы диагностики. Группа состоит из трех человек: старшего группы (работает на пятидневке) и двух специалистов (работают через день в смену по 12 ч.). В обязанности специалистов входят функции считывания данных с МСУ локомотивов и их расшифровки для решения указанных выше пяти задач. Старший группы диагностики взаимодействует с подразделениями сервисного депо по устранению предотка-зов и с эксплуатационными депо по нарушениям режимов эксплуатации. Опыт работы групп диагностики показал их высокую эффективность.



В своей работе указанные специалисты первоначально использовали АРМ МСУ, поставляемые разработчиками МСУ для просмотра данных поездок:

- АРМ МСУ компании ЗАО «ЛЭС» для электровозов производства НЭВЗ;

- ВНИКТИ для тепловозов;

- «АВП Технология» для систем автоведения и других систем ресурсосбережения;

- Научно исследовательского института технологии контроля и диагностики железнодорожного транспорта (НИИТКД) для МСУ типа АПК «Борт»;

- ЗАО «Дорожный центр внедрения Красноярской железной дороги» для систем МСУЭ.

Все АРМ МСУ достаточно похожи. С их помощью с 2012 г. в ООО «ЛокоТех» накоплен уникальный опыт диагностирования.

Для унификации работы с данными бортовых МСУ в группе компаний «ЛокоТех» принято решение разработать единый централизованный АРМ МСУ, который бы вобрал в себя достоинства всех систем, а также обобщил накопленный опыт диагностирования. Новый АРМ должен обладать следующими достоинствами:

- единое хранилище данных для всех МСУ;

- единый интерфейс;

- унифицированные алгоритмы диагностирования;

- наличие сервиса для контроля эффективности работы диагностов;

- дистанционный контроль работы групп диагностики;

- автоматизированная передача результатов диагностирования в систему управления ремонтами АСУ «Сетевой график»;

- автоматизация фиксации предотказов в электронном журнале формы ТУ-28.

По результатам конкурса в 2016 г. в качестве разработчика была выбрана компания «Кловер Групп», которая назвала свою программу диагностирования АРМ «Умный локомотив» (АРМ УЛ).

Основное окно АРМ УЛ отображает последние 100 загруженных файлов с МСУ в хронологическом порядке (рис. 1), где каждая строка является одним файлом поездки по одной секции локомотива, загруженным в программу.

Окно «История» (рис. 2) позволяет отобразить все загруженные файлы поездок по всем локомотивам или по одной секции в частности.

В окне «Графики» (рис. 3) цветом отображаются найденные в автоматическом режиме инциденты (аномалии) по заранее заложенным алгоритмам. Окно «Графики» разделено на три части, в каждой из которых возможно вывести до 1 б как дискретных, так и аналоговых параметров.


АРМ УЛ также позволяет в автоматизированном режиме вывести отчеты по основным параметрам на экран (рис. 4) с дальнейшей возможностью вывода на печать.

В настоящее время АРМ «Умный локомотив» внедрен в опытную эксплуатацию в 20 сервисных локомотивных депо для диагностирования тепловозов 2ТЭ116У, ТЭП70БС, 2ТЭ25КМ по данным их МСУ. Проходит тестирование диагностики электровозов 2ЭС5К, 2ЭС4К. Планируются работы по диагностированию по данным систем ресурсосбережения (РТС) — учета топлива и автоведения.

АРМ «Умный локомотив» до конца 2018 г. будет внедрен во всех сервисных локомотивных депо группы компаний «ЛокоТех». Данная программа диагностирования при совместной работе с АСУ «Сетевой график» позволит повысить автоматизацию регистрации предотказных состояний для их последующего устранения во время планово-предупредительных ремонтов.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com