Удаленный мониторинг и диагностика локомотивов
Н.И. БЕНЬКОВИЧ, канд. техн, наук, заведующий отделом надежности и диагностики, м.в. Федотов; заведующий лабораторией диагностики отдела надежности и диагностики,
А.И. НЕСТЕРОВ, заведующий сектором удаленного мониторинга отдела надежности и диагностики, АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»), г. Коломна
В эпоху глобальной цифровизации производственных процессов повышение надежности работы локомотивного парка возможно путем внедрения технологий автоматизированного мониторинга и выявления предотказных состояний основных узлов, лимитирующих надежность.
В функционал устанавливаемых в настоящий момент на локомотивы микропроцессорных систем управления (МСУ) в обязательном порядке внедряется бортовая диагностика основных узлов. Перечень контролируемых параметров достаточно большой, но задача бортовой диагностики сводится к локализации отказавшего узла в текущий момент времени. При этом вся телеметрическая информация сконцентрирована на борту, а случаи сбоев в работе оборудования регистрируются машинистом в журнале формы ТУ-152.
Для обеспечения возможности автоматизированного удаленного мониторинга за состоянием локомотивного оборудования и расходованием топливно-энергетических ресурсов в 2009 г. в АО «ВНИКТИ» была разработана автоматизированная система контроля параметров работы дизельного подвижного состава и учета дизельного топлива (АСК) [1]. Данная система входит в комплект поставки МСУ тепловозов ТЭП70БС, 2ТЭ25КМ, 2(3)ТЭ 116У, 2ТЭ25А.
В состав системы АСК входят модуль накопителя, два датчика количества топлива, комплексная антенна, комплект монтажных кабелей (рис. 1). Основным блоком системы является модуль накопителя. По цифровым каналам связи он получает и регистрирует информацию от других блоков и датчиков локомотива.
Система АСК выполняет на локомотиве следующие функции:
ст” непрерывный контроль количества топлива в баке тепловоза — регистрация прихода, расхода в эксплуатации, слива топлива;
if> регистрацию всех диагностических параметров локомотива от систем МСУ-Т, УСТА, МСУД и других на энергонезависимый накопитель (в течение 30 суток с кольцевым обновлением);
передачу накопленной информации по защищенному радиоканалу на сервер баз данных заказчика;
передачу накопленной информации на сервер взаимодействия с подвижным составом (СВПС) ОАО «РЖД» через ремонтнооперативную радиосвязь (РОРС) GSM согласно утвержденному протоколу;
обеспечение автономного питания на 2 ч;
& определение географической координаты и скорости тепловоза через систему GPS/ГЛОНАСС;
контроль вскрытия модуля накопителя и отключения его питания.
В период до 2015 г. было изготовлено 660 комплектов АСК, после чего была проведена глубокая модернизация: в аппаратной части выполнен переход на 32-разрядный процессор с ARM-архитектурой, в программной части выполнен переход на операционную систему Linux [2]. На настоящий момент выпущено более 1100 шт. систем второго исполнения. По параметрам надежности они полностью соответствуют характеристикам, заявленным в технических условиях. Случаев нарушения безопасности движения по причине отказов в работе системы АСК за весь период их эксплуатации зафиксировано не было. В июле 2021 г. система АСК стала победителем конкурса ОАО «РЖД» на лучшее качество подвижного состава и сложных технических систем в номинации «Системы диагностики и управления».
Система функционирует следующим образом. При нахождении локомотива в пути следования непрерывно фиксируются все диагностические параметры бортовой системы, а также количество топлива в баке, скорость движения, географическая координата. Для локомотивов принадлежности ОАО «РЖД» передача информации осуществляется на сервер автоматизированной системы учета и анализа нарушений безопасности движения поездов по результатам автоматической расшифровки кассет регистрации локомотивных устройств АСУТ НБД-2 через ремонтно-оперативную радиосвязь РОРС GSM по утвержденному протоколу. Для обработки информации используется сервер взаимодействия с подвижным составом.
Для локомотивов частных собственников передача информации осуществляется по защищенному VPN-каналу связи на сервер АО «ВНИКТИ». При нахождении локомотива в зоне действия GSM-сети осуществляется передача диагностической информации на FTP-сервер. При отсутствии GSM-связи данные сохраняются во внутренней памяти АСК и передаются на сервер при восстановлении GSM-связи.
Объем ежедневно генерируемой бортовыми МСУ информации достаточно большой и исчисляется сотнями мегабайт. Следующим этапом развития систем диагностики является создание систем автоматизированной обработки телеметрических данных с использованием современных облачных технологий, технологий Big Data, машинного обучения. Следует отметить, что анализ и реализация этих современных решений для задач диагностики и прогнозирования состояния сложного локомотивного оборудования невозможны без участия профильных специалистов, глубоко владеющих пониманием физических принципов функционирования систем.
Для обработки больших объемов телеметрической информации, получаемых с локомотива, повышения глубины и достоверности диагностирования, как уже было сказано, предпочтительно использование диагностических моделей, построенных с использованием методов интеллектуального анализа данных. Такой подход позволит определять текущее техническое состояние оборудования, прогнозировать его дальнейшее изменение в течение ремонтного цикла и осуществлять планирование работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту вплоть до перехода на ремонт и обслуживание «по состоянию» с соответствующим снижением стоимости жизненного цикла.
В настоящее время на сервере АО «ВНИКТИ» реализована полноценная система сбора и обработки телеметрической информации — «Конвертер.ЫЕТ» (рис. 2).
Основной функционал приложения:
- просмотр параметров и тревожных сообщений от систем локомотивов, дислокации локомотивов на карте в режиме реального времени;
- выполнение параметрической диагностики различных групп оборудования локомотивов по уникальным алгоритмам;
- формирование отчетов в формате *.PDF по результатам диагностирования;
- детализированный on-line просмотр телеметрических параметров работы оборудования (рис. 3);
- выгрузка данных бортовых систем за выбранный период для детализированного анализа в специализированном приложении на персональном компьютере.
На текущий момент, исходя из имеющегося набора первичных датчиков, для различных серий локомотивов разработаны
алгоритмы диагностики систем дизеля, тягового и вспомогательного электрооборудования.
Дальнейшее развитие систем диагностики локомотивов должно происходить по пути расширения номенклатуры контролируемых на борту параметров, применения систем автоматической регистрации и удаленной передачи информации на сервер, разработки и внедрения современных методов интеллектуального анализа данных в сочетании с математическими моделями, разработки технической документации, регламентирующей использование результатов диагностики в действующей системе ремонта.
Библиография
1. Расход дизельного топлива — под контроль / Ю.И. Клименко, С.И. Ким, В.В. Грачев, М.В. Федотов, А.И. Нестеров //Локомотив. 2012. № 10. С. 8 — 10.
2. Применение операционной системы Linux в бортовых микропроцессорных локомотивных устройствах / И.П. Подовалов, А.И. Нестеров, М.В. Федотов, Р.С. Василевский // Вестник ВНИКТИ. 2015. № 97. С. 88 — 91.
