[01-1999] АСУ локомотивом: функция управления и автопрогрев
 

В журнале “Локомотив” №8 за 1998 г. рассказывалось о много­функциональной автоматизированной системе управления и без­опасности (АСУБ) “Локомотив”, разработанной и внедренной на теп­ловозе ТЭП70-316 специалистами Научно-исследовательского ин­ститута тепловозов и путевых машин (ВНИТИ). Система представ­ляет собой мультипроцессорное, программируемое на языке вы­сокого уровня “Pascal 7.0" устройство, управляющее всей работой тепловоза. Около двух лет локомотив успешно эксплуатируется в депо Санкт-Петербург-Варшавский Октябрьской дороги. В публи­куемой статье более подробно освещаются функции управления тепловозом и автопрогрева.

Функция управления локомотивом предназначена для выполне­ния следующих задач: управления пуском и остановкой дизеля; сборки-разборки тяговой и тормозной схем; управления отключе­нием ряда топливных насосов; управления контакторами ослабле­ния возбуждения; ограничения набора позиций дизель-генератора при отключении одного и более тяговых двигателей и других операций. С целью выполнения поставленных задач задействована значи­тельная часть аппаратных ресурсов системы. Исполь­зуются более 100 дискрет­ных входов и 30 дискретных выходов. Это позволяет зна­чительно упростить контак­тную часть электрической схемы локомотива (в част­ности, исключить практически все реле управления, реле време­ни) и свести к минимуму число контактов. Оставшиеся контакты используются в качестве дискретных датчиков с минимальной то­ковой нагрузкой, что полностью исключает их подгар. Дискретные входы центрального блока управления (ЦБУ) выполнены на базе оптопар и служат для приема сигналов от бортовых датчиков (ор­ганов управления, защитных блокировок, температурных реле, реле давления).
Компьютер последовательно выполняет опрос состояния вход­ных цепей, обрабатывает полученную информацию согласно зало­женной в него программе и выдает сигнал управления на транзис­торные ключи. Последние, в свою очередь, подают питание на ка­тушки исполнительных устройств. Данная техническая реализация позволяет осуществить алгоритм управления не только тепловозом, но и электровозом, дизель-поездом, другой тяговой единицей.
Функция управления локомотивом одновременно решает задачу диагностики. Благодаря этому и наличию дисплея на пульте маши­ниста представилось возможным построить работу машиниста с си­стемой в диалоговом режиме. Суть состоит в следующем. При нор­мальной работе тепловоза команды от органов управления выпол­няются автоматически. Когда возникает нештатная ситуация, на дис­плей машиниста выводятся соответствующие сообщения. Например, при опущенном валоповоротном устройстве его блокировка оказы­вается разомкнута, что не удовлетворяет нормальному течению про­цесса, вследствие чего на дисплей машиниста выводится сообще­ние: “Опущено валоповоротное устройство (БВУ)”.
Диагностика срабатывания контакторов и переключателей (ре­версора, тормозного переключателя), имеющих блокировочные кон­такты, происходит по более сложному алгоритму. Он построен на контроле времени переключения аппаратов. При превышении конт­рольного времени с момента подачи управляющего сигнала в зави­симости от ранее зафикси­рованного положения про­исходит выдача сообщений: “КТН не включился", “КТН не отключился", “КТН самопроизвольно от­ключился", “КТН самопро­извольно включился”.
Широко используются возможности диагностичес­кого дисплея (рис. 1), на который, помимо основной информации (температура, давление воды и масла, напряжение и ток генератора), выводятся диагностические сообщения 1, время выполнения 3, а также по­казываются различные режимы работы тепловоза 2 (в данном слу­чае это режим предпусковой прокачки масла). Индицируются так­же режимы “Прокрутка”, “Останов”, “Хол. ход”, “Тяга”, “ЭДТ”. В последних трех случаях на месте индикации времени отображается позиция контроллера машиниста.
С целью контроля цепей управления тепловозом предусмотрена возможность просмотра состояния дискретных входов и выходов посредством вызова соответствующих режимов работы кнопками дисплея “Орг. упр.” 5 и “Диагн.” 6. Данные режимы необходимы при монтаже системы на тепловозе и удобны при последующей его эксплуатации. Кнопка “Квит.” 4 служит для снятия диагности­ческого сообщения.
Рассмотрим более подробно выполнение функции на примере пуска дизеля. Датчики и аппараты, участвующие в пуске, изобра­жены на рис. 2. После получения компьютером сигнала от кнопки “Пуск” программа выполняет анализ состояния входов: кнопки “Стоп дизеля” (она должна быть отжата), ключа “Аварийный ос­танов тепловоза” (ВкА), тумблера “Аварийный останов дизеля”, БВУ и газового пожаротушения (БГП), датчиков пожарной сигна­лизации. После анализа происходит включение контакторов мас­ляного и топливного насосов силовыми ключами. Контроль их вклю­чения осуществляется по состоянию блокировочных контактов КМН и КТН в соответствии с вышеописанным алгоритмом. При нормальном включении аппаратов происходит программная вы­держка времени 60 с.
Отсчет выдержки и ее индикация на дисплее (обратным сче­том) начинается после того, как давление масла в контролиру­емой точке достигает величины срабатывания реле давления РДМЗ, сигнал от которого поступает в компьютер. В это же вре­мя включается электромагнит регулятора частоты вращения ко­ленчатого вала дизеля МР6. При отсутствии давления масла в те­чение 15 с после включения контактора масляного насоса на дисплей машиниста выводится сообщение: “Нет начального дав­ления масла (РДМЗ)” (см. рис. 1).
Когда время предпусковой прокачки истечет, включается кон­тактор КД, который подключает стартер-генератор к аккумулятор­ной батарее (так как на тепловозе используется электронный регу­лятор, вентиль ускорения пуска из схемы исключен). Коленчатый вал дизеля начинает вращаться. В это время на дисплей выводится индикация режима “Прокрутка” и обратный отсчет времени (12, И... 0). Во время прокрутки осуществляется контроль частоты вра­щения коленчатого вала и, после того как ее величина достигнет 270 мин-1, происходит отключение пусковых устройств.
Если пуск оказался неудачным, отключение контакторов КД, КМН и КТН произойдет через 12 с. После отключения пусковой аппаратуры включается контактор регулятора напряжения (КРН) и вентиль отключения ряда топливных насосов (ВТН). На этом процесс пуска дизеля заканчивается, а на дисплей выводится указание режима “Хол. ход” и номер (“0”) позиции контролле­ра машиниста.
Как следует из описания процессов пуска дизеля, последова­тельность включения коммутационных аппаратов не отличается от принятой на серийных тепловозах. Это же можно сказать и о дру­гих режимах работы электрической схемы. Процессы остановки дизеля, сборки тормозной и тяговой схем протекают аналогично штатным и подробно описаны в руководстве по эксплуатации. От­метим только некоторые отличия управления тепловозом, обору­дованным системой АСУБ.
Отличительной особенностью управления процессами пуска и остановки дизеля на тепловозе является использование кнопки “Стоп”, наличие которой облегчает управление тепловозом. В ча­стности, она упрощает решение задачи дистанционного пуска и остановки (например, автопрогрева, управления по радиокана­лу), так как не требует дополнительного изменения схемы. Сиг­налы “Стоп” и “Пуск” могут быть сгенерированы другими под­системами.
Изменение частоты вращения осуществляется трехпозиционным контроллером машиниста, имеющим минимальное число контак­тов, небольшие габариты и отвечающим всем эргономическим тре­бованиям. Он представляет собой вертикальную рукоятку, которая перемещается вперед в положение “+” или назад в положение
В исходное положение она возвращается под действием пру­жин. Контроллер вырабатывает три дискретных сигнала (рис. 3). При переводе рукоятки в положение “+” компьютер увеличивает по­зицию на единицу, в положение — уменьшает. Если удержи­вать рукоятку в одном из двух указанных положений, происходит последовательный набор либо сброс с выдержкой времени около двух секунд на позицию.
Для быстрого сброса позиции существует кнопка Кн “0”, уста­навливающая нулевую позицию. Чтобы обеспечить удобство ма­невровой работы, на месте штатной кнопки “Маневр” установлен переключатель Тб “+/— ” с возвратом в нейтральное положение и кнопка Кн “0”, контактная система которых полностью повторяет контроллер. Благодаря такому схемному решению появилась воз­можность использовать не только первую, но и более высокие по­зиции при маневрах.
В режиме тяги задействовали следующие нововведения:
согласно техническому заданию система должна ограничи­вать мощность тягового генератора при отключении одного и бо­лее тяговых двигателей. Это реализовано благодаря ограничению максимальной позиции дизеля;
при сбросе нагрузки автоматически устанавливается нуле­вая позиция;
так как новая реверсивная рукоятка не имеет механической блокировки с контроллером, защита от ошибочных действий ма­шиниста осуществляется программным методом, с выдачей диаг­ностического сообщения;
включение и отключение контакторов ослабления возбуж­дения тяговых двигателей выполняется только автоматически, по­этому тумблеры ручного управления из схемы исключены. Пере­ключение происходит при достижении соответствующей скорос­ти, рассчитанной по электромеханическим характеристикам тяго­вого двигателя.
Управление электродинамическим тормозом (ЭДТ) может осу­ществляться тем же контроллером, а также поездным краном ма­шиниста. Схема тормоза собирается при включении тумблера “ЭДТ” и установке первой тормозной позиции (при этом дизель выводит­ся на вторую позицию). Для совместного использования ЭДТ и автоматических тормозов состава необходимо включить тумблер “Совместное торможение”. Следует отметить, что жалюзи ЭДТ от­крываются и закрываются автоматически при сборке и разборке тормозной схемы.
При возникающих неисправностях происходит замещение элек­тродинамического тормоза пневматическим. Еще одна особенность работы — отсутствие замещения по скорости, что сделало ЭДТ более простым и надежным в эксплуатации. С целью увеличения плавности движения поезда при быстром переходе из режимов тяги и ЭДТ в режим холостого хода введено плавное снижение возбуж­дения тягового генератора при установке нулевой позиции кон­троллера машиниста перед разборкой схемы.
Чтобы обеспечить безаварийную работу силового оборудова­ния, систему дополнили сторожевым таймером (рис. 4), кото­рый подключается к одному из силовых ключей, а его блокиро­вочные контакты — в цепь ответственных исполнительных уст­ройств. Работает таймер следующим образом. Устойчивое выпол­нение программного обеспечения приводит к переключению транзистора силового ключа и подаче импульсов напряжения 110 В на сторожевое устройство. Импуль­сы, проходя через конденсатор С и вып­рямитель VD2, поддерживают во вклю­ченном состоянии реле К.
Резистор R2 служит для разрядки кон­денсатора С при закрытом состоянии си­лового ключа ЦБУ. В случае «зависания» компьютера, силовой ключ остается либо в закрытом, либо в открытом состоянии. Это приводит к прекращению подачи на­пряжения на катушку К. В результате бло­кировочные контакты сторожевого тайме­ра разрывают соответствующие цепи, пре­кращая прохождение тока к исполнитель­ным устройствам. Кроме того, отключая электромагнит МР5, таймер подключает резервный регулятор дизеля. В дальнейшем планируется сделать сторожевое устройство встроенным в ЦБУ.
Применение микропроцессорной си­стемы управления позволяет легко, без дополнительных затрат осуществлять любые нововведения. Наиболее яркой демонстрацией отмеченного является функция автопрогрев. Отсутствие воз­можности в холодное время года поста­вить тепловоз в отапливаемое помеще­ние, недостаточный опыт эксплуатации системы работниками депо, а также ча­стые маневры на территории подтолк­нули разработчиков к созданию и вне­дрению программного обеспечения, ав­томатизирующего процесс прогрева ди­зеля. Инициализация функции произво­дится тумблером “Автопрогрев”, распо­ложенным на лицевой панели высоко­вольтной камеры.
Но предварительно должны быть соблю­дены следующие условия: тепловоз должен быть подготовлен к пуску дизеля; отклю­чены тяговые двигатели тумблерами ОМ1 — ОМ6 и автомат компрессора. При соблю­дении перечисленных условий в нижней ча­сти дисплея выводится надпись “Включен автопрогрев”. Ситуация — включен авто­прогрев, но выключен рубильник аккуму­ляторной батареи — недопустима.
Постановку тепловоза на автопрогрев можно осуществлять как при остановлен­ном, так и при работающем дизеле. Рас­смотрим первый случай. При снижении температуры воды на выходе из дизеля до 40 °С функция управления тепловозом получает команду и производит пуск. Пос­ле этого дизель выводится на вторую по­зицию и осуществляется контроль степе­ни заряженности аккумуляторной батареи. Как только зарядный ток уменьшится до необходимой величины, выполняется последовательный перевод дизеля на восьмую позицию, на которой и проис­ходит дальнейший прогрев. После дости­жения температуры воды 69 — 70 °С фун­кция последовательно переводит дизель на нулевую позицию и генерирует коман­ду на его остановку. Далее цикл пуск-ос­тановка повторяется. Своевременные пус­ки-остановки дизеля и автономность си­стемы — это не только дополнительное удобство при эксплуатации, но и эконо­мия топлива.

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin