Анализ качества работы устройств автоматического управления стрелочными электроприводами с электродвигателями переменного тока с СТДМ ЖАТ

Для повышения точности в СТДМ ЖАТ прогнозирования технического состояния устройств управления стрелочными электроприводами с двигателями переменного тока к схеме управления с соблюдением всех требований по безопасности подключается устройство КДУПС или АДСП.


Устройство КДУПС при переводе стрелки измеряет значения напряжений в трех контрольных точках (между фазами AB, AC и ВС) и значения токов в трех контрольных точках (на фазах A, B и C), а специальное программное обеспечение рассчитывает коэффициент мощности cosq [172]. Диагностическая информация выводится на технологическое окно АРМ в графической форме (рис. 4.8). Дальнейший анализ графиков дает возможность определить техническое состояние стрелочного электропривода и, косвенным образом, развиваемое двигателем усилие, передаваемое шиберу, а затем и острякам стрелочного перевода.


Коэффициент мощности cosq показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток относительно приложенного к нагрузке напряжения. Натурные эксперименты показали, что усилие прижатия остряков к рамным рельсам находится в зависимости от коэффициента мощности [61, 172]. При этом погрешность измерений действующих значений токов и напряжений, как отмечалось в разделе 2, не превышает 2,5 %, что меньше погрешности прибора УКРУП, используемого для определения того же параметра вручную.
Сама идея измерительного контроллера, работающего по описанному принципу, естественно, не нова. Инженеры-разработчики использовали опыт разработки средств технического диагностирования известной немецкой фирмы siemens Transportation System (TS). Внедряемая Siemens TS система управления движением поездов Sidis W имеет возможность автоматического контроля тех же параметров при переводе стрелки, а также косвенной оценки усилия перевода стрелки по установленной зависимости между ним и активной мощностью электродвигателя [187].
Измерительный контроллер КДУПС имеет три встроенных датчика напряжения и три датчика тока. Подключение к схеме управления стрелочным электроприводом выполнено безопасно: датчики напряжения подключены через предохранители, исключающие влияние прибора на цепи управления и контроля крайнего положения стрелки, а датчики тока работают с использованием эффекта Холла - по величине индукции магнитного поля определяется протекающий в измерительной цепи ток.


КДУПС собирает диагностические данные и передает их в концентратор информации по его запросу. Реализованы два режима работы КДУПС -при переводе стрелки (в рабочей цепи схемы управления стрелкой) и в режиме ожидания (в контрольной цепи схемы управления стрелкой). Режим выбирается автоматически по наличию фазных токов: если во всех фазах значения токов выше заранее определенного минимального порога, то включается измерительный режим перевода стрелки, если хотя бы в одной из фаз ток не превышает минимального порога 一 режим ожидания. В первом режиме измерения производятся непрерывно с накоплением данных, а во втором установлен некоторый период выборки. По окончании перевода стрелки в первом режиме или по окончании периода выборки во втором сформированный контроллером информационный пакет при инициации концентратором запроса передается для обработки. Связь КДУПС с концентратором данных осуществляется по внешнему интерфейсу RS-485.


В процессе работы схемы управления стрелкой напряжения и токи измеряются с частотой 2,5 кГц. На основе полученных массивов измерений программное обеспечение КДУПС рассчитывает cosq. На рис. 4.9 приведен фрагмент окна АРМ технолога АПК-ДК, на котором в виде графиков показаны осуществляемые КДУПС измерения: на двух нижних графиках изображено по три зависимости токов и напряжений соответственно (они слиты в единую кривую, так как имеют близкие значения), а на верхнем - график зависимости cosq от времени.
Все графики получены при переводе одной стрелки и имеют одинаковые временные оси. На основе полученных зависимостей и сопоставления данных с эталонными значениями определяются отклонения от установленных граничных норм. Программное обеспечение КДУПС позволяет осуществлять это автоматически в режиме реального времени и в случае определения отклонений в нормальной работе стрелочного электропривода формировать соответствующее информационное сообщение (см. рис. 4.9 и 4.10).
На рис. 4.9 для примера показан график коэффициента мощности при работе стрелочного электропривода на фрикцию. Определение данной технологической ситуации в работе стрелочного электропривода происходит по форме графика (она характерна для работы двигателя на фрикцию) и по возросшей сверх нормативной длительности перевода. Большая дисперсия значений cos фи в интервале работы на фрикцию свидетельствует о наличии дребезга, при этом значения напряжений и токов находятся в пределах допустимых норм.
Рисунок 4.10 иллюстрирует особенности контролируемых параметров при ненормальном переводе стрелки. Анализируя график, отметим, что в программном обеспечении системы диагностирования зафиксирован провал значения тока в фазе B ниже нормативного, а также относительно других фаз. Это свидетельствует о возникновении дополнительного сопротивления в линейном проводе фазы B. Однако уровни напряжений остаются в норме, а кривая cosq имеет нормальную форму и продолжительность (5 с).


Научными сотрудниками и преподавателями кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» велась продолжительная работа по установлению зависимости между усилием перевода стрелки и коэффициентом мощности cosq. Проводились исследования и многочисленные эксперименты как в лабораторных условиях, так и в полевых. В [172] описаны результаты экспериментов с КДУПС на стрелках Петербургского метрополитена. Результатом работы стало построение зависимости усилия, передаваемого двигателем, от коэффициента мощности (табл. 4.3 и рис. 4.11).
Полученная в результате экспериментов зависимость легла в основу математической модели работы КДУПС на одиночных стрелочных переводах. Повторные испытания подтвердили корректность выбранного метода определения усилия, развиваемого двигателем. Дальнейшее совершенствование методики диагностирования с помощью КДУПС связано с вариацией схем подключения к объектам контроля, а также расширением числа контролируемых неисправностей. Другими словами, применение для анализа качества функционирования стрелочного электропривода прибора КДУПС позволяет автоматизировать процесс анализа диагностической информации и, как следствие, повысить точность самого процесса мониторинга.

Сегодня приборы КДУПС выполняют автоматизированное диагностирование большого количества объектов ЖАТ, среди которых станция ОАО «РЖД» Гатчина-Товарная-Балтийская и станции «Депо Автово» и «Парнас» Петербургского метрополитена. На станции «Парнас», к примеру, прибор КДУПС контролирует, помимо работы стрелочных электроприводов, электроприводы автостопов [60].

Применение КДУПС совместно с усовершенствованными алгоритмами логической обработки диагностической информации позволяет повысить эффективность функционирования СТДМ ЖАТ. Не следует, однако, оставлять без внимания и другие достижения в области функционального диагностирования и мониторинга стрелочных электроприводов [130, 147, 181, 184, 187, 189].