[12-2012] Комплект устройств для выявления боксования и юза электровоза 2ЭС6
 

Комплект устройств для выявления боксования и юза электровоза 2ЭС6

Комплект устройств противобоксовочной защиты (ПБЗ) электровоза 2ЭС6 предназначен для обнаружения боксования и юза колесных пар. Комплект является подсистемой аппаратуры МПСУ и Д и включает в себя блок связи БС-ДПС-БЗС, комплекты датчиков угла поворота ДПС-У и соединительных кабелей и монтажных частей.

Принцип действия ПБЗ основан на измерении скоростей вращения и ускорений каждой из колесных пар электровоза. Обрабатывая сигналы, поступающие от датчиков угла поворота ДПС-У, блок связи БС-ДПС-БЗС вычисляет частоту вращения каждой колесной пары, которая сравнивается с истинной скоростью движения электровоза.

За истинную скорость принимается скорость той колесной пары, которая вращается с самой низкой частотой в режиме тяги или самой высокой частотой во всех остальных режимах движения. В результате сравнения формируются сигналы слабого (при разности скоростей 4 — 10 км/ч) или сильного (при разности скоростей более 10 км/ч) скольжения. Кроме того, скольжение колесной пары выявляется по превышению заданного порога ускорения данной колесной пары.


На основании полученных сигналов о скольжении колесных пар аппаратура МПСУ и Д автоматически подает песок для прекращения скольжения. Если в течение заданного времени скольжение не прекратилось или его величина превысила заданный порог, то автоматически снижается тяговое или тормозное усилие.

Одновременно информация о скольжении передается машинисту в виде индикации на диагностическом мониторе МПСУ и Д. При включенной аппаратуре САУТ-ЦМ/485 информация о скольжении выдается машинисту путем речевых сообщений. Машинист может заблокировать автоматические действия аппаратуры МПСУ и Д по подавлению скольжения, нажав кнопку «Отключение боксования» на пульте управления.


Универсальный датчик угла поворота ДПС-У. Он предназначен для преобразования угла поворота оси колесной пары в пропорциональное число импульсов, используемых в измерительных системах, контролирующих направление движения.

Поскольку световой поток, падающий на фототранзистор, из-за широких диаграмм направленности светового потока светодиода и фототранзистора при вращении диска изменяется плавно, образуются импульсы колоколообразной формы.

Для получения импульсной последовательности со стабильными во времени длительностями импульса и периода служит формирователь фронтов импульсов. Он состоит из транзисторного ключевого каскада и компаратора. Компаратор обеспечивает ограничение импульсной последовательности на уровне порогового напряжения, тем самым предотвращает появление «паразитных» импульсов, которые могут формироваться из-за флюктуаций, возникающих на выходе фототранзистора.

С выхода компаратора импульсная последовательность поступает на формирователь сигналов ДПС, который состоит из двух транзисторных ключевых каскадов. Последний каскад выполнен по схеме «открытый коллектор».

Формирователь обеспечивает при открытом состоянии выходного транзистора пропускание через него тока величиной не менее 150 мА, а при закрытом состоянии — подачу на него напряжения (35

— 75) В для датчиков исполнений ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 или (18 — 30) В для исполнений ДПС-У-04, ДПС-У-10.

Формирователь питающих напряжений при помощи линейных стабилизаторов преобразует напряжение (35 — 75) В в модификациях датчиков ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 в напряжение 24 и 12 В. Напряжение 24 В используется для питания светодиодов, а 12В — всей остальной схемы датчика.

Формирователь питающих напряжений в модификациях датчиков ДПС-У-04 и ДПС-У-10 преобразует напряжение (18 — 30) В в напряжение 15 и 12 В. Напряжение 15 В используется для питания светодиодов, а 12 В — для всей остальной схемы датчика.

Работа датчика. Электрическая принципиальная схема датчика приведена на рис. 3. Оптопара с открытым каналом, световой поток которой модулируется диском, состоит из светодиодов VD5, VD6, фототранзисторов VT3, VT4, резисторов R5, R6, R7 и конденсатора С1. Резистор R5 задает режим работы по току светодиодам, а конденсатор С1 снижает влияние пульсации (выбросов) питающего напряжения на ток, текущий через них. Изменением сопротивления резисторов R6 и R7 (подбором номинала) можно регулировать длительность выходных импульсов датчика.

Формирователи фронтов импульсов выполнены на транзисторах VT5, VT6, резисторах R8, R10, R11 и R9, R12, R13. Диоды VD7 и VD8 в цепях эмиттеров ограничивают импульсы от преобразователя, отсекая наиболее пологую часть по фронту.

Компараторы выполнены на микросхемах DD1 и DD2, Делители на резисторах R14, R15 и R16, R17 формируют опорное напряжение. Резисторы R18, R20 и R19, R21 в цепях обратной связи компараторов формируют релейную характеристику компаратора, что предотвращает «дребезг» на выходе компаратора при сравнении сигналов на входах 2 и 3. Конденсаторы С4 и С5 используются для повышения помехоустойчивости компаратора от «паразитных» колебаний, которые могут возникнуть при стоянке локомотива при колебаниях колесной пары. Резисторы R22 и R23 — нагрузочные, так как выход компаратора типа «открытый коллектор».


Формирователи сигналов датчиков выполнены на транзисторах VT7, VT9, VT11 для одного канала и VT8, VT10, VT12 для другого, транзисторы работают в ключевом режиме. Их тип выбран так, чтобы через выходные транзисторы VT11, VT12 в открытом состоянии мог протекать ток не менее 150 мА, а в закрытом состоянии напряжение на коллекторе было не менее 75 В.

Формирователь питающих напряжений состоит из параметрического стабилизатора на 24 В для ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 (на 15 В для ДПС-У-04, ДПС-У-10), выполненного на стабилитронах VD2, VD3, транзисторах VT1, VT2, резисторе R2, и параметрического стабилизатора на 12 В, выполненного на стабилитроне VD4 и резисторе R4.

От источника напряжения 24 В для ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 (15 В для ДПС-У-04, ДПС-У-10) питаются светодиоды, а от источника питания 12В — вся остальная схема датчика. Стабилизатор на 24 (15) В с транзисторами VT1 и VT2 выбран с целью уменьшения до минимума мощности рассеивания в датчике при питании его от источника напряжения 75 (30) В. При этом сохраняется режим работы стабилитронов VD2, VD3, VD4 и транзисторов VT1, VT2 в условиях повышенной температуры окружающей среды.


Блок связи БС-ДПС-БЗС. Блок предназначен для:

- обработки сигналов, поступающих от датчиков угла поворота ДПС-У;

- измерения текущей скорости движения электровоза, ускорений, подсчета пройденного пути и передачи данной информации в кодовую линию связи RS485;

- обеспечения гальванической развязки между системами, потребителями и ДПС-У;

- контроля работоспособности датчиков с выдачей сигнала «Исправность» по каждому каналу.

Технические характеристики блока связи БС-ДПС-БЗС приведены в табл. 2.

Блок связи БС-ДПС-БЗС включает в себя: О модуль измерения скорости и пройденного пути БС-ДПС 01 Б.01.10.00;

- модуль защиты от скольжения БС-ДПС-БЗС 04Б.09.10.00;

- источник питания «15 В» TEN 3-4813.

Структурная схема модуля БС-ДПС представлена на рис. 4. Модуль БС-ДПС состоит из устройств гальванической развязки по сигналам датчиков В1 — В4, формирователя с гальванической развязкой С1 — С4, логического узла, ключей с гальванической развязкой А1 —А4.

Устройства гальванической развязки В1 — В4 обеспечивают размножение сигналов с датчиков угла поворота на два потребителя, гальваническую развязку между датчиками и потребителями и потребителями между собой. Устройства гальванической развязки выполнены на оптопарах MOCD213.

Формирователи с гальванической развязкой С1 — С4 предназначены для гальванической развязки логической части блока БС от входных сигналов и передачи импульсов датчиков угла поворота в логическую часть. По два импульсных сигнала с каждого датчика подаются на формирователи и через них — на логический блок. Формирователи выполнены на оптроне MOCD213, резисторах, задающих токи в цепях светодиода и выходного транзистора оптрона, а также микросхеме триггера Шмидта MC74AC14D.


Логический блок модуля БС-ДПС представляет собой блок анализа сигналов датчиков угла поворота, состоящий из двух полукомплектов. Каждый из полу-комплектов состоит из микропроцессора AT90S8535-8AI. Обмен по кодовой линии связи ведут оба микропроцессора через приемопередатчик RS485 на микросхеме DD4 ADM485AR.

Через объединенные выходы двух полукомплектов (сигналы MOSI, MISO, SCK, RST1, RST2) возможно перепрограммирование памяти программ соседнего полу-комплекта по данным, получаемым с линии связи RS485.

Импульсные сигналы всех четырех каналов обоих ДПС после формирования поступают на порты С микроконтроллеров DD1 и DD3 двух полукомплектов, которые ведут непрерывную их программную обработку. Скорость и ускорение вычисляются для каждого датчика, но в линию связи RS-485 эта информация поступает от того устройства, которое выбрано в данный момент по условиям движения: в режиме тяги — от датчика с минимальной частотой вращения, в режиме торможения или выбега — от датчика с максимальной частотой вращения.


Кроме того, в линию связи непрерывно передаются данные о пройденном пути в виде состояния счетчика, объем которого составляет 6554 м. Инкремент счетчика осуществляется через каждые 0,1 м пути. Для вычисления параметров движения используются диаметры бандажей обеих колесных пар, которые записываются в БС-ДПС с помощью БПрУ-САУТ-ЦМ, а также на стенде КПА.

БС-ДПС также вычисляет и передает в линию связи данные о направлении вращения обоихДПС, сигналы исправности по каждому каналу и номер выбранного в данный момент датчика. Программа обработки непрерывно анализирует исправности каналов обоих датчиков.

Ключи с гальванической развязкой А1

— А4 предназначены для выдачи сигналов исправности системам-потребителям. Ключи реализованы на оптронах MOCD213 и транзисторах КТ665Б9. Открытому состоянию выходного ключа соответствует состояние «Исправен», закрытому — «Неисправен».

Структурная схема модуля БС-ДПС-БЗС приведена на рис. 5. Модуль защиты от скольжения предназначен для обработки сигналов, поступающих отдатчиков угла поворота ДПС-У, выявления скольжения колесных пар и передачи результатов обработки в аппаратуру МПСУ и Д. Устройство выполнено на основе двух однокристальных микроконтроллеров DD1 и DD2. Каждый из микроконтроллеров подключен к одной из линий связи RS485 аппаратуры МПСУ и Д через преобразователи интерфейса DD3 и DD4.

Сигналы от датчиков угла поворота поступают на входы формирователей входных сигналов, выполненных на основе элементов DA1 — DA4. Оптопары DA1 и DA2 обеспечивают гальваническую развязку между цепями датчиков ДПС-У и модулем защиты от скольжения. Сигнал с выходов оптопар через помехоподавляющие RC-цепи поступает на входы компараторов DA3 и DA4. Компараторы имеют цепь обратной связи, определяющую гистерезис порогов переключения, что в сочетании с интегрирующей RC-цепью обеспечивает подавление импульсных помех.

Фильтрованный сигнал с выходов формирователей поступает на входы микроконтроллеров DD1 и DD2. Каждый из микроконтроллеров обрабатывает сигналы от двух датчиков ДПС-У. Результаты обработки пересылаются от микроконтроллера DD1 к микроконтроллеру DD2 и, наоборот, через линию межпроцессорного обмена стандарта SPI (цепи SS, MOSI, MISO, SCK, INT).

В результате такого обмена данными каждый из микроконтроллеров получает полный набор данных о скорости вращения и ускорении всех колесных пар тягового подвижного состава. Обработав эти данные, микроконтроллеры формируют сигналы о наличии скольжения колесных пар, которые поступают в линии связи аппаратуры МСУЛ. Технологический разъем Х1 служит для первоначального программирования микроконтроллеров после изготовления модуля или в случае замены микроконтроллера.


Конструкция блока БС-ДПС-БЗС показана на рис. 6. Блок состоит из корпуса, крепежных планок и передней панели. На корпусе установлены блочные части соединителей для внешних потребителей: для подключения датчиков угла поворота, для подачи напряжения питания, линии САУТ, МПСУ и Д. В верхней части корпуса размещена кнопка сброса неисправностей. На переднюю панель выведены индикаторы исправности двух ДПС.

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin