Функционирование МСУД-015 в режиме тяги с независимым возбуждением ТЭД. Функциональная схема замкнутой системы авторегулирования тяговым приводом ведомой (головной) или бустерной секции электровоза 2(3)ЭС5К в режиме тяги с независимым возбуждением ТЭД показана на рис. 9. Схема ведомой (головной) или бустерной секции отличается от приведенной на рис. 9 отсутствием связи с КМЭ. Как и в режиме тяги с последовательным возбуждением, функцию «ведущего» выполняет активный МПК блока управления А2 (БУ-006), расположенный в первой по ходу головной секции электровоза.
В режиме с независимым возбуждением ТЭД питание обмоток возбуждения осуществляется от ВУВ. Управление ВУВ осуществляется от активного МПК блока АЗ (БУ-006-01) каждой секции электровоза индивидуально. При этом задействуются дополнительные каналы формирователей импульсов БМК-055 и каналы усилителей импульсов, расположенных на съемном блоке БВУ-047.
Тяговые характеристики привода электровоза в режиме независимого возбуждения более жесткие, по сравнению с режимом последовательного возбуждения ТЭД, в связи с чем и разброс по токам якорей ТЭД значительно больший. Для выравнивания или перераспределения токов якорей ТЭД в схему управления тяговым приводом параллельно обмоткам возбуждения включены шунтирующие тиристоры ШТ. При включении часть тока протекает, минуя обмотку возбуждения ТЭД, через резистор, включенный последовательно с шунтирующим тиристором. При этом общий ток цепи из-за большой индуктивности практически остается неизменным.
Управление открытием шунтирующих тиристоров осуществляется в каждом МПК блоков А2 и АЗ. Фаза открытия шунтирующих тиристоров вычисляется исходя из максимального тока якорей всех ТЭД секции.
Значения заданных величин скорости V3 и ограничения тока 13 от контроллера машиниста электровоза КМЭ подаются на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) БМК-055 МПК1 или МПК2, где преобразуются в коды для дальнейшего использования программой.
На входы АЦП блока А2 от датчиков тока ДТ первой тележки через БАС-088 поступают значения токов ТЭД1 и ТЭД2 (И, 12) и напряжений (U1, U2).
Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС (п1, п2) заводятся на входы таймеров БМК-055 блока А2, где вычисляется реальная скорость перемещения локомотива.
От датчиков напряжения, включенных на входах ВИУ (U1 и U2), сигналы синхронизации иси и слежения исл заводятся на съемные блоки БВС-056, где формируются сигналы полярности полупериода (п/п) и сигнал начального открытия тиристоров а0. Причем сигналы синхронизации (п/п) формируются из напряжения, контролируемого на входе того ВИУ, которым ведется управление (А2 — U1, АЗ — U2). Сигналы напряжения слежения подаются на оба блока управления. Из этих сигналов на элементах ИЛИ-min, расположенных на съемном блоке БВС-056, формируются сигналы а0.
На входы АЦП блока АЗ от датчиков тока ДТ второй тележки через БАС-089 поступают значения токов ТЭДЗ и ТЭД4 (13,14) и напряжений (U3, U4).
Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС (пЗ, п4) заводятся на входы таймеров БМК-055 блока АЗ, где вычисляется реальная скорость перемещения локомотива.
В режиме тяги (при выявлении задания независимого возбуждения) дается команда на переключение контакторов силовой схемы (сбор схемы независимого возбуждения ТЭД) и анализируется, собрана ли схема. При отрицательном результате процессор МПК выполняет подпрограмму инициализации для режима тяги с независимым возбуждением ТЭД. В ходе программы инициализации устанавливаются начальные углы открытия тиристоров ВИУ и ВУВ, сформированные импульсы распределяются для первой зоны ВИУ. После того как схема режима собрана, определяется статус данного МПК («ведущий» или «ведомый»).
Если МПК является «ведущим», то он программно реализует трехконтурную САР. Внешним для САР электровоза является контур регулирования скорости; вторым, по отношению к контуру скорости, формируется контур регулирования токов якорей ТЭД, внутренним является контур регулирования тока возбуждения.
Контур скорости для режима тяги — независимое возбуждение. Он построен аналогично контуру скорости последовательного возбуждения, однако коэффициенты составляющих закона регулирования имеют иные значения. В ходе вычисления определяется задание 1рс для контура регулирования тока.
На основании анализа заданного значения тока от КМЭ 13 выполняется ограничение вычисленного регулятором скорости задания контуру регулирования тока якоря При выполнении неравенства 1рс > 13 заданием для контура тока якоря является величина 13. Величина 1рт является заданием для всех МПК, включенных в систему посредством передачи ее через последовательные CAN-интерфейсы во все блоки А2 ведомых секций (бустерной и второй головной по межсекционному CAN3/CAN4) и АЗ (БУ-006-01) ведущей секции по внутрисекцион-ному каналу связи CAN1/CAN2. Задание на блоки АЗ ведомых секций передается по внутрисекционным каналам связи CAN1/CAN2 от блока А2 соответствующих секций.
Независимо от того, является МПК «ведущим» или «ведомым», он программно реализует двухконтурную САР. Заданием для контура тока якоря принимается величина 1рр принятая по каналу связи или вычисленная в контуре скорости «ведущего» МПК. В зависимости от условий работы локомотива процессор «ведущего» МПК, как в случае с последовательным возбуждением, может корректировать задания для различных секций электровоза, а также в пределах секции между осями.
По информации от датчиков тока якорей ТЭД определяется величина максимального значения тока контура якоря lmax, вычисляется рассогласование AI между lmax и 1рр по величине Д1 по пропорционально-интегральному закону, реализующему «регулятор тока», вычисляется регулирующее воздействие ар, по такому же закону вычисляется задание для контура тока возбуждения 183.
Вычисленное в контуре тока якоря регулирующее воздействие ар ограничивается по а0 или а0з и распределяется по плечам ВИУ. В качестве виртуальных плеч ВИУ выступают регистры блоков «захват/ сравнение» микроконтроллера БМК-055, настроенные на режим сравнения. В блоках «захват/сравнение» микроконтроллера происходит преобразование кода фазы угла в реальные импульсы а1.1 — а1.8, сфазированные с напряжением сети питающей ВИУ.
Сформированные импульсы для первого моста через выходные усилители БВУ-047 передаются на рейку зажимов Х9 преобразователя U1. Для управления тиристорами второго моста преобразователя 111 процессор МПК величину ар передает через последовательный канал связи CAN1/CAN2 на съемный блок БИВ-065. На БИВ-065 установлен процессор, который, приняв величину ар, корректирует в соответствии с заложенным алгоритмом, ограничивает по а0 или а0з и загружает в регистры «захват/сравнение». Сформированные в регистрах «захват/сравнение» импульсы а2.1 — а2.8 усиливаются ключами на БИВ-065 и передаются на рейку зажимов Х12 U1.
Контур тока возбуждения. По информации от датчика тока возбуждения вычисляется рассогласование Д1В между 1В и 1вз. По величине Д1в по пропорционально-интегральному закону, реализующему «регулятор тока возбуждения», вычисляется регулирующее воздействие ав. Вычисленное в контуре тока возбуждения регулирующее воздействие ае в зависимости от полярности полупериода записывается в регистры блоков «захват/сравнение» микроконтроллера БМК-055. В блоках «захват/сравнение» микроконтроллера происходит преобразование кода фазы угла в реальные импульсы а„1 и а, 2. В Сформированные импульсы через выходные усилители БВУ-047 передаются на рейку зажимов Х1 преобразователя U3.
Регуляторы тока выравнивания нагрузок на основании рассогласования максимального lmax и текущего токов якоря по апериодическому закону формируют углы открытия шунтирующих тиристоров аш1, где i — номер соответствующего шунтирующего тиристора 0 = 1,2,3,4).
Вычисленное регулирующее воздействие аш1 записывается в регистры блоков «захват/сравнение» микроконтроллера БМК-055, где преобразуются из кода фазы в реальные импульсы аш1 и аш2 (А2), аш3 и %4(АЗ).
Сформированные импульсы через выходные усилители БВУ-047 передаются на рейку зажимов панели шунтирующих тиристоров А9 (от А2) или А10 (от АЗ).
После выполнения описанных вычислений процессор выполняет фоновые подпрограммы (например, осуществляет диагностику оборудования электровоза и ожидает прихода очередного фронта сигнала п/п и повторяет весь цикл вычислений).
Функционирование МСУД-015 в режиме рекуперативного торможения. Функциональная схема замкнутой системы авторегулирования тяговым приводом ведущей головной секции электровоза 2(3)ЭС5К в режиме рекуперативного торможения показана на рис. 10. Схема бустерной секции будет отличается от приведенной на рис. 10 отсутствием связи с КМЭ.
Как и в режимах тяги, функцию «ведущего» выполняет активный МПК блока управления А2 (БУ-006), расположенный в первой по ходу головной секции электровоза.
В режиме электрического (рекуперативного) торможения питание обмоток возбуждения по аналогии с режимом «тяга — независимое возбуждение» ТЭД осуществляется от ВУВ. Тяговые характеристики привода электровоза в режиме рекуперативного торможения такие же жесткие, как и режиме с независимым возбуждением ТЭД, а, следовательно, и разброс по токам якорей ТЭД значительный. Для выравнивания или перераспределения токов якорей ТЭД в режиме рекуперативного торможения используются шунтирующие тиристоры ШТ.
Значения заданных величин скорости V3 и ограничения тока 13 от контроллера машиниста электровоза КМЭ подаются на входы АЦП БМК-055 МПК1 или МПК2, где преобразуются в коды для дальнейшего использования программой.
На входы АЦП блока А2 от датчиков тока ДТ первой тележки через БАС-088 поступают значения токов ТЭД1 и ТЭД2 (И, I2) и напряжений (U1, U2).
Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС (п1, п2) заводятся на входы таймеров БМК-055 блока А2, где вычисляется реальная скорость перемещения локомотива.
Сигналы от датчиков углов коммутации Uy заводятся через съемные блоки БВС-056 на БМК-055. На блоке БВС-056 выделяется сигнал у наиболее длительной коммутации. На БМК-055 сигнал у заводится на вход блока «захват/сравнения» микроконтроллера, настроенного на «захват» данных. Этот режим работы блока «захват/сравнение» позволяет измерять длительность приходящих на его вход импульсов.
Отдатчиков напряжения, включенных на входах ВИУ (U1 и U2), сигналы синхронизации UCH заводятся на съемные блоки БВС-056, где формируются сигналы полярности полупериода п/п.
На входы АЦП блока АЗ от датчиков тока ДТ второй тележки через БАС-089 поступают значения токов ТЭДЗ и ТЭД4 (I3,14) и напряжений (U3, U4).
Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС (пЗ, п4) заводятся на входы таймеров БМК-055 блока АЗ, где вычисляется реальная скорость перемещения локомотива.
При выявлении задания режима рекуперативного торможения дается команда на переключение контакторов силовой схемы (сбор схемы рекуперативного торможения) и анализируется, собрана ли схема. При отрицательном результате процессор МПК выполняет подпрограмму инициализации для режима «рекуперативное торможение». В ходе программы инициализации устанавливаются начальные углы открытия тиристоров ВИУ и ВУВ. После того как схема режима собрана, определяется статус данного МПК «ведущий» или «ведомый».
Если МПК является «ведущим», то он программно реализует трехконтурную САР. Внешним для САР электровоза является контур регулирования скорости. Вторым по отношению к контуру скорости формируется контур регулирования токов якорей ТЭД. Внутренним является контур регулирования тока возбуждения.
Контур скорости для режима рекуперативного торможения построен аналогично контуру режима тяги. Однако в режиме рекуперативного торможения расчеты ведутся по максимальному значению скорости Vmax:
- по информации отдатчиков скорости определяется величина ее минимального значения V •
- max'
- вычисляется рассогласование AV между Vmax и V3;
- по величине AV по пропорционально-интегральному закону, программно реализующему «регулятор скорости», вычисляется задание 1рс для контура регулирования тока.
На основании анализа заданного значения тока от КМЭ 13 выполняется ограничение вычисленного регулятором скорости задания регулятору тока якоря Ipp При выполнении неравенства lpc > 13 заданием для контура тока является величина 13. Величина 1рт является заданием для всех МПК, включенных в систему посредством передачи ее через последовательные CAN-интерфейсы во все блоки А2 ведомых секций (бустерной и второй головной по межсекционному CAN3/CAN4) и АЗ (БУ-006-01) ведущей секции по внутрисекционному каналу связи CAN1/CAN2. Задание на блоки АЗ ведомых секций передается по внутрисекционным каналам связи CAN1/CAN2 от А2 соответствующих секций.
Независимо от того, является МПК «ведущим» или «ведомым», он программно реализует двухконтурную САР. Заданием для контура тока якоря принимается величина 1рг принятая по каналу связи или вычисленная в контуре скорости «ведущего» МПК. В зависимости от условий работы локомотива процессор «ведущего» МПК (как в случае с последовательным возбуждением) может корректировать задания для различных секций электровоза, а также в пределах секции между осями.
Контур тока якоря. По информации от датчиков тока якорей ТЭД определяется величина его максимального значения 1тах, вычисляется рассогласование Д1 между 1тах и 1рт, по величине Д1 по пропорционально-интегральному закону, реализующему «регулятор тока», вычисляется регулирующее воздействие ар, по такому же закону вычисляется задание для контура тока возбуждения 1вз.
Вычисленное регулирующее воздействие ар ограничивается по р и распределяется по плечам ВИУ. В качестве виртуальных плеч ВИУ выступают регистры блоков «захват/сравнение» микроконтроллера БМК-055, настроенные на режим сравнения. В блоках «захват/сравнение» микроконтроллера происходит преобразование кода фазы угла в реальные импульсы al.1 — a1.8, сфазированные с напряжением сети питающей ВИУ.
Сформированные импульсы для первого моста через выходные усилители БВУ-047 передаются на рейку зажимов Х9 преобразователя U1. Для управления тиристорами второго моста преобразователя U1 процессор МПК величину ар и (3 передает через последовательный канал связи CAN1/CAN2 на съемный блок БИВ-065. На БИВ-065 установлен процессор, который, приняв величину ар, корректирует в соответствии с заложенным алгоритмом, ограничивает по 3 и загружает в регистры «захват/сравнение». Сформированные в регистрах «захват/ сравнение» импульсы а2.1 — а2.8 усиливаются ключами на БИВ-065 и передаются на рейку зажимов Х12 U1.
Контур тока возбуждения. По информации от датчика тока возбуждения вычисляется рассогласование Д1в между 1в и 1вз, по величине Д1в по пропорционально-интегральному закону, реализующему «регулятор тока возбуждения», вычисляется регулирующее воздействие ав.
Вычисленное регулирующее воздействие ав в зависимости от полярности полупериода записывается в регистры блоков «захват/ сравнение» микроконтроллера БМК-055. В блоках «захват/сравнение» микроконтроллера происходит преобразование кода фазы угла в реальные импульсы ав1 и ав2.
Сформированные импульсы через выходные усилители БВУ-047 передаются на рейку зажимов Х1 преобразователя U3.
Регулятор угла запаса. Регулятор угла запаса на основании длительности коммутации у и формируемого угла опережения [3 вычисляетугол запаса 5 инвертора, который поддерживается около 18 — 21 электрического градуса. Контур регулирования угла запаса программно реализован с использованием интегрального закона с вычислением прогнозируемого угла опережения [3.
Регуляторы тока выравнивания нагрузок на основании рассогласования максимального lmax и текущего токов якоря по апериодическому закону формируют углы открытия шунтирующих тиристоров аш1, где i — номер соответствующего шунтирующего тиристора (i= 1,2, 3,4).
Вычисленное регулирующее воздействие аш! записывается в регистры блоков «захват/сравнение» микроконтроллера БМК-055, где преобразуются из кода фазы в реальные импульсы аш1 и аш2 (А2), аш3 и аш4 (АЗ). Сформированные импульсы через выходные усилители БЕЗУ-047 передаются на рейку зажимов панели шунтирующих тиристоров А9 (от А2) или А10 (от АЗ). После выполнения описанных вычислений процессор выполняет фоновые подпрограммы.
Работа с виртуальным пультом электровоза 2(3)ЭС5К с МСУД-015. Для вызова кадра «Виртуальный пульт» на экране блока индикации необходимо в основном кадре последовательно нажать клавиши «F» и «7». Общий вид кадра «Виртуальный пульт» приведен на рис. 11.
С помощью виртуального пульта можно осуществлять отключение/ включение вспомогательных машин и оборудования, выпрямительноинверторных установок. При вызове кадра «Виртуальный пульт» автоматически устанавливается режим управления вспомогательными машинами и оборудованием.
Для переключения режимов управления необходимо нажать клавишу «3», имеющую подпись в зависимости от текущего выбранного режима управления:
вспомогательные машины и оборудование — подпись «Упр. ВИУ»;
■=> выпрямительно-инверторные установки — подпись «Упр. ВМ».
Управление оборудованием возможно только с блока индикации ведущей секции (в верхней части кадра «Виртуальный пульт» отображена зеленым цветом надпись «Ведущая секция»). На блоке индикации ведомой секции (в верхней части кадра «Виртуальный пульт» отображена красным цветом надпись «Ведомая секция! Управление запрещено!») возможен только просмотр текущего состояния оборудования.
Если оборудование подключено, то соответствующий виртуальный тумблер отображается включенным и подсвечен зеленым цветом. При отключенном оборудовании он отображается отключенным и подсвечен красным цветом. Для выхода из кадра «Виртуальный пульт» необходимо нажать клавишу «1»(основной кадр).
Управление вспомогательными машинами. На кадре «Виртуальный пульт» при выбранном режиме управления вспомогательными машинами и оборудованием отображается текущее состояние виртуальных тумблеров (см. рис. 11): S80 «Вентилятор 1»; S81 «Вентилятор 2»; S82 «Двигатель пусковой»; S83 «Мотор-компрессор»; S84 «Маслонасос»; S85 «Гребнесмазыватель» (только для ведущей секции).
Для включения/отключения определенного оборудования любой из секций электровоза необходимо последовательно:
выбрать номер требуемой секции путем нажатия клавиши «2» (выбор секции) или клавиш «?» или «4<» (при этом текущая выбранная секция будет подсвечена желтым цветом);
переключить состояние виртуального тумблера соответствующей клавишей блока индикации:
- «4» — «Вентилятор 1»;
- «5» — «Вентилятор 2»;
- «б» — «Двигатель пусковой»;
- «7» — «Мотор-компрессор»;
- «8» — «Маслонасос»;
- «9» — «Гребнесмазыватель».
Функционирование МСУД-015 при диагностике оборудования. В режиме «Диагностика и контроль оборудования» МСУД должна обеспечивать сбор, регистрацию и структурирование диагностической информации по трем уровням доступа:
О информация, предоставляемая машинисту;
© информация, предоставляемая ремонтному персоналу;
© информация, предоставляемая разработчику (владельцу) электровоза.
Для контроля и управления всем оборудованием электровоза, независимо от режимов движения, МСУД должна обеспечивать выполнение следующих функций:
- непрерывный автоматический контроль состояния агрегатов и оборудования электровоза, включая главный выключатель, токоприемники, тяговые электродвигатели, сглаживающие реакторы, блок балластных резисторов, вспомогательные машины, аппараты защиты;
- получение и обработка диагностической информации от блоков диагностики ВИУ;
- управление оборудованием электровоза, включая вспомогательные машины, аппараты защиты и другие агрегаты;
- выявление отклонений в работе контролируемого оборудования путем оценки на допустимость значений параметров, полученных от датчиков этого оборудования;
- визуальное и звуковое оповещение, а также по запросу на дисплее о выявленных отклонениях в работе оборудования в штатном и аварийном режимах;
- отображение текущего состояния контролируемых параметров на дисплее;
- сбор диагностической информации в штатном режиме каждые 100 мс (независимо от состояния оборудования) в соответствии с утвержденным «Перечнем диагностируемых параметров электровоза 2ЭС5К (ЗЭС5К) с расширенной системой бортовой диагностики состояния оборудования и дистанционной передачей данных в депо (для изготовления опытного электровоза)»;
- сбор информации в моменты выявления отклонений от нормы в работе оборудования с интервалом времени 10 мс в течение 1 с до и 0,1 с после события и передачу собранной информации в подсистему регистрации Разработка микропроцессорной системы управления с усовершенствованной системой бортовой диагностики, поосным регулированием с применением режимов последовательного и независимого возбуждения, дистанционным мониторингом технического состояния локомотивов 2(3)ЭС5К и передачи данных для сохранения параметров электрических процессов в энергонезависимой памяти для возможности дальнейшего анализа аварийных ситуаций ремонтным персоналом и определения причин их возникновения;
- передачу собранной диагностической информации в подсистему регистрации и передачи данных для хранения ее в энергонезависимой памяти и передачи по беспроводному каналу связи обобщенной информации об электровозе;
- подключение внешнего электронного носителя для считывания данных, зарегистрированных в памяти, для последующей расшифровки и архивирования в депо;
- при соединении двух электровозов или трех секций по системе многих единиц сбор диагностической информации должен осуществляться на всех секциях электровоза (машинисту, находящемуся в головном электровозе, должна предоставляться вся оперативная и диагностическая информация о режимах работы оборудования всех секций);
- при проведении технического обслуживания и ремонта ремонтному персоналу должна быть предоставлена возможность одновременного проведения плановых работ, проверок и настройки оборудования (для доступа к архиву диагностических сообщений на электровозе должна быть обеспечена возможность включения системы управления, просмотра архива аварийных и диагностических сообщений через блок индикации в кабине машиниста или посредством дополнительного технологического оборудования);
- необходимую внутреннюю диагностику своих составных частей
