[12-1997] Микропроцессорная система управления электропередачей тепловозов

[Admin]

Микропроцессорная система управления электропередачей тепловозов

Анализ состояния аппаратуры управления и регулирования электропередачи тепловозов различных серий, находящихся в эксплуатации, а также проблем, возникающих при обслуживании электрооборудования, дает основание сделать ряд выводов. Каждой серии локомотивов с электропередачей присущ свой набор морально и физически устаревших электроаппаратов большой номенклатуры. Требуемые характеристики электропередачи, имеющей штатный комплект аппаратуры высоковольтной камеры, обеспечиваются обязательными регулировками и настройками параметров при проведении всех видов ремонтов или профилактических работ. При этом следует отметить сложность настройки и взаимное влияние настраиваемых параметров.

Практика также подтверждает, что настройка тепловозной характеристики локомотивов, располагающих объединенным регулятором частоты вращения и мощности с индуктивным датчиком, в условиях эксплуатации в большинстве случаев не осуществляется из-за ее сложности и несоблюдения правил обслуживания топливной аппаратуры и собственно дизеля. Наконец, для обслуживания и ремонта аппаратуры регулирования в условиях депо и локомотиворемонтных заводов требуется большая номенклатура стендов и других приспособлений.

В то же время развитие полупроводниковой и микроэлектронной техники, в частности, освоение отечественной
промышленностью микропроцессоров, настоятельно требует широкого применения последних для тягового подвижного состава, в том числе тепловозов. Микропроцессорная техника принципиально меняет подход к построению системы регулирования электропередачи тепловоза, позволяя реализовать все необходимые (а также и перспективные) его функции на программном уровне.

Коренным отличием программной реализации алгоритмов управления и регулирования от применяющейся до сих пор аппаратной является то, что все логические связи между состоянием входов и выходов создаваемых систем организуются на уровне управляющей программы. При этом любое изменение или дополнение в выполняемых функциях не требует никаких изменений в схеме управления тепловозом, что в случае аппаратной реализации обязательно потребовало бы включения в схему дополнительных аппаратов, проводов и соответствующих изменений в монтаже.

Специалисты Научно-исследовательского института тепловозов и путевых машин (ВНИТИ) уже в течение ряда лет работают над внедрением современных средств микроэлектроники для построения систем регулирования электропередачи тепловозов. Сюда можно отнести создание цифровых систем регулирования тягового генератора, микропроцессорной системы контроля, управления и технической диагностики тепловозов (МСКУ-1), автоматизированной системы управления и обеспечения безопасности тягового подвижного состава (АСУБ «Локомотив»), В процессе создания этих систем удалось отработать основные алгоритмические и структурные решения в построении системы регулирования электропередачи тепловозов, улучшающей их противобоксовочные свойства, повышающей экономичность работы дизель-генератора. На основании приобретенного опыта по заказу Департамента локомотивного хозяйства МПС РФ в 1994 — 1997 гг. специалисты ВНИТИ разработали унифицированную микропроцессорную систему управления электропередачей и электроприводом тепловозов (УСТА).

Конструктивно система УСТА состоит из микропроцессорного блока регулирования и комплекта измерительных преобразователей, изготовление которых освоил один из российских приборостроительных заводов (г. Заречный Пензенской обл.). Блок регулирования УСТА (рис. 1) включает в себя платы процессора и питания, а также набор модулей связи с внешними устройствами: плата аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), плата гальванических развязок (ГР), плата дискретных выходов (ВЫХ), две платы силовых широтно-импульсных (ШИМ) регуляторов.

В соответствии с управляющей программой опрашиваются все входные каналы (дискретные и аналоговые), связанные с параметрами электрической передачи тепловоза — положение кулачков контроллера машиниста, контактора возбуждения, напряжения и тока тягового генератора, напряжения вспомогательного (стартер) генератора, положение реек топливных насосов высокого давления (ТВД) и др. Затем в плате процессора вырабатываются сигналы для управления током возбуждения электрических машин (платы ШИМ), дискретными выходами, обеспечивая этим требуемый алгоритм управления и регулирования электрооборудования тепловоза.

Хранение всех таблиц и коэффициентов в постоянной памяти системы УСТА создает условия для стабильности всех характеристик электропередачи, что, например, позволяет свести реостатные испытания тепловоза с такой системой регулирования исключительно к контролю нескольких основных параметров (мощность генератора, отсечки
тока и напряжения, включение и выключение контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей). Подключение обычного персонального компьютера к имеющемуся в системе УСТА каналу последовательной связи в стандарте RS232C обеспечивает оперативную регистрацию и обработку всех необходимых параметров электропередачи без использования каких-либо дополнительных измерительных средств.

Одновременно с заменой устаревшей аппаратуры применение системы УСТА позволяет успешно решить проблемы улучшения противобоксовочных свойств тепловоза, его плавного трогания с составами любой массы и длины. При этом за счет плавного нагружения дизель-генератора и опережающего сброса нагрузки при снижении частоты вращения коленчатого вала обеспечивается улучшение режимов работы турбокомпрессора, исключается пом-паж, уменьшается нагарообразование в выхлопном тракте, что в конечном итоге увеличивает срок службы турбокомпрессора и дизеля в целом.

Использование в системе регулирования датчика положения реек ТНВД позволяет формировать требуемые законы регулирования мощности тягового генератора в соответствии со свободной мощностью дизеля. А это обеспечивает работу дизеля в зоне наибольшего коэффициента полезного действия, что повышает общую экономичность работы тепловоза в целом.

Кроме того, перенос контура регулирования мощности тягового генератора из гидромеханического объединенного регулятора в микропроцессорную систему регулирования позволяет уменьшить влияние на его работу различных эксплуатационных факторов, повысить стабильность характеристик, существенно упростить регулировку при реостатных испытаниях и исключить какие-либо настройки в процессе эксплуатации. Штатный регулятор дизеля при этом выполняет только функцию регулирования частоты вращения коленчатого вала.

Все теми же программно-защитными средствами реализуются функции регулирования напряжения бортовой сети тепловоза (регулятор напряжения), управления контакторами ослабления возбуждения тяговых двигателей (реле перехода), сборки тяговой и тормозной схем, защиты тяговых электрических машин и др. Штатный регулятор напряжения при этом в схеме тепловоза остается в качестве резервного.

Для пояснения принципа работы системы в целом подробнее остановимся на контуре регулирования положения реек ТНВД для тепловоза 2ТЭ116 и его реализации при использовании программно-аппаратных средств системы УСТА. При установке контроллера машиниста на тяговую позицию (выше 3-й) в блок регулирования поступает информация о положении контроллера машиниста (NnKM), информация с датчиков тока (Jd) и напряжения (Ud) на выходе выпрямительной установки, сигнал о положении реек ТНВД (Lp) с соответствующего датчика, и, в зависимости от рассогласования заданного для данной позиции контроллера (Lpz) и измеренного (Lp) положения реек ТНВД, микропроцессором осуществляется корректировка задания по мощности тягового генератора (PdZ).

Если сигнал о положении реек ТНВД меньше заданного, то задание по мощности тягового генератора увеличивается, и наоборот. Далее вычисленное значение заданной мощности тягового генератора (Pdz) сравнивается с фак-
тической мощностью тягового генератора (точнее, на выходе выпрямительной установки Рр = Jd Up), определяются величина и знак рассогласования по мощности, и по этим параметрам производится корректировка задания для программного контура регулирования напряжения выпрямительной установки UdZ'

В контуре регулирования напряжения выпрямительной установки по величине рассогласования заданного и измеренного значений All = Udz - Ud вычисляется скважность модулирующего импульса, этот сигнал усиливается силовым ключом ШИМ блока регулирования УСТА и подается на обмотку возбуждения возбудителя. Упрощенная структура контура регулирования электропередачи тепловоза при использовании системы УСТА представлена на рис. 2.

Отдельно необходимо рассмотреть вопрос унификации аппаратуры регулирования электропередачи по разным сериям тепловозов. В табл. 1 дана информация по основным аппаратам высоковольтной камеры различных тепловозов с электропередачей, исключаемых при использовании системы УСТА. Взамен в высоковольтной камере тепловозов устанавливается блок регулирования УСТА, единый для всех типов тепловозов, а также комплект измерительных преобразователей с унифицированными входными и выходными параметрами. Перечень устанавливаемого оборудования приведен в табл. 2.

Как видно из таблицы, использование системы УСТА позволяет достичь практически полной унификации аппаратуры управления и регулирования для всех типов тепловозов, эксплуатируемых на железных дорогах России и вновь выпускаемых. В табл. 1 не приведены данные по широко распространенным тепловозам типа ЧМЭЗ и ТЭМ2 ввиду особенностей построения их систем регулирования (элек-тромашинное регулирование). Тем не менее, использование системы УСТА на этих тепловозах позволяет обеспечить стабильность характеристик электропередачи, улучшить тяговые свойства. На тепловозах ЧМЭЗ с системой УСТА реализованы функции регулирования напряжения бортовой сети (взамен ненадежного вибрационного регулятора), управления и регулирования электропередачи в режимах тяги и реостатного тормоза.

В июне 1997 г. унифицированная микропроцессорная система управления электропередачей и электроприводом тепловоза принята межведомственной комиссией. В настоящее время системой УСТА оборудован и находится в опытной эксплуатации ряд локомотивов в различных регионах России. Это тепловозы 2ТЭ116-1089, 1090 и 1068 в депо Волховстрой, 2ТЭ116-1528 в депо Дно и 2ТЭ116-687 в депо Ржев Октябрьской дороги, 2ТЭ116-628 в депо По-ворино Юго-Восточной, 2ТЭ10У-219 в депо Моршанск Куйбышевской, 2ТЭ10УТ-080 в депо Сольвычегодск, ЧМЭЗ-1026 в депо Ярославль, ЧМЭЗ-2817 и 2542 в депо Иваново, ЧМЭЗ-2345 и 2535 в депо Воркута Северной.

Кроме того, специалисты ВНИТИ. совместно с работниками ОАО «Коломенский завод» осуществляют модернизацию тепловозов 2ТЭ10 и 2М62 с заменой двухтактных двигателей на дизели ЧН26/26. При этом система регулирования электропередачи этих тепловозов построена на основе системы УСТА. Уже завершена модернизация тепловоза 2М62-687 приписки депо Великие Луки Октябрьской дороги, проведены все необходимые испытания, локомотив принят межведомственной комиссией и подготавливается к передаче в эксплуатацию.

Начато комплексное усовершенствование тепловозов 2М62У на Мичуринском локомотиворемонтном заводе. В этом году будут завершены подобные работы на тепловозе 2ТЭ10В-4481 приписки депо Сольвычегодск Северной дороги. По заказу Октябрьской дороги ведется модернизация системой УСТА тепловозов 2ТЭ116 при ремонтах ТР-3 в депо Дно и капитальных ремонтах на Воронежском тепловозоремонтном заводе.

Кратко остановимся на технологическом обеспечении эксплуатации и обслуживании системы. С этой целью одновременно с системой разработана контрольно-проверочная аппаратура (КПА УСТА), обеспечивающая проверку всей аппаратуры и программного обеспечения системы. Данная аппаратура представляет собой программно-технологический комплекс, позволяющий оперативно диагностировать состояние блока регулирования УСТА как в целом, так и по модулям с выдачей оператору рекомендаций по ремонту и обслуживанию, а также проверить логику работы системы УСТА для конкретного тепловоза.

Важно отметить то, что аппаратура КПА так же, как система УСТА, унифицирована для всех типов тепловозов, что в условиях депо, а также локомотиворемонтных и локомотивостроительных заводов позволяет обойтись одним комплектом технологической аппаратуры для всех типов тепловозов, исключить большое количество разнородных регулировочных стендов. Применение КПА для контроля и диагностики микропроцессорной аппаратуры УСТА с использованием персонального компьютера и специализированного программного пакета не требует от обслуживающего персонала специальной подготовки. Но одновременно с этим позволяет повысить общий технический уровень обслуживания и эксплуатации электронной аппаратуры регулирования и управления тепловоза в целом.

Накапливаемый опыт эксплуатации тепловозов с системой УСТА, освоение промышленностью производства всех компонентов системы, позволяют осуществить модернизацию эксплуатируемого парка тепловозов на железных дорогах России в кратчайшие сроки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы УСТА на тепловозах серии 2ТЭ116 по расчетам, проведенным специалистами ВНИТИ, составит 76 млрд. руб. со сроком окупаемости 2,32 года.

С.И. КИМ, Ю.В. БАБКОВ, сотрудники ВНИТИ
А.С. КУЛАБУХОВ, ведущий специалист Департамента локомотивного хозяйства МПС

[stoun]

почему то не дает скачать ??? кто не будь скажет????

[Admin]

нажми Ctrl + S на клавиатуре

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin