[11-2014] Микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики тепловоза ТЭМ7А

[poster333]

Микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики тепловоза ТЭМ7А

Специалисты ООО ПКФ «Полет» (производственное предприятие — резидент Зареченского кластера интеграции технологий, г. Заречный Пензенской обл.) разработали и изготовили опытный образец микропроцессорной системы управления, регулирования и диагностики для тепловоза ТЭМ7А.

В «Программе инновационного развития ОАО “Российские железные дороги” на период до 2015 г.» отмечено, что российские локомотивы успешно работают во всех климатических зонах страны. Они работают при обильных атмосферных осадках в виде ливневых дождей, снегопадов и метелей зимой, при колебаниях температуры окружающего воздуха от минус 40 до плюс 60 °С, в условиях повышенных вибрационных воздействий на промерзающей жесткой путевой структуре, перевалистых профилях железных дорог с затяжными подъемами и т.п. В то же время, имеются существенное отставание отечественной железнодорожной техники и технологий от передового мирового уровня и недостаточный уровень рентабельности.

На сегодняшний день одно из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в области железнодорожного транспорта Российской Федерации — создание интеллектуальных систем управления, навигации и информационного обеспечения локомотивов. Для обеспечения требований, предъявляемых к оборудованию современных тепловозов, специалистами ООО ПКФ «Полет» по техническому заданию одного из ведущих в нашей стране поставщиков железнодорожного транспорта ОАО «Синара - Транспортные машины» в 2013 г. была разработана и изготовлена микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики тепловоза ТЭМ7А (далее — МПСУ). Общий вид системы представлен на рис.1.

МПСУ предназначена для использования на вновь строящихся или модернизируемых маневрово-вывозных тепловозах серии ТЭМ7А и аналогичных ему, управляемых по системе многих единиц с одной или двумя силовыми установками каждая. Система предназначена для управления и регулирования режимами работы основного и вспомогательного оборудования двухсекционных тепловозов, а также выполнения функций бортового диагностического устройства и позиционной навигации. Наибольший экономический эффект применение МПСУ на тепловозах ТЭМ7А, предположительно, даст в районах с тяжелыми условиями работы - при больших массах составов и в зимнее время года.

Назначение, состав и работа МПСУ. В системе реализованы следующие функции управления и диагностики:

• выбор ведущей кабины и ведущей секции тепловоза;

• прокачка топлива и масла;

• запуск и останов дизеля, контроль параметров дизеля;

• управление частотой вращения дизеля по позициям;

• регулирование напряжения и мощности тягового генератора, регулирование тока возбуждения тяговых электродвигателей (ТЭД) в режимах тяги и электродинамического торможения;

• поддержание заданной скорости движения с использованием мощности дизель-генераторной установки (ДГУ), пневматического и электродинамического тормоза;

• управление реверсом электропередачи и электрической схемой локомотива;

• переключение ступеней ослабления поля;

• управление подачей песка;

• защита от боксования и юза;

• управление приводным двигателем компрессора, системой осушки сжатого воздуха, жалюзи и вентиляторами системы охлаждения;

• контроль и регулирование температуры воды и масла дизеля за счет управления вентиляторами и жалюзи во всех режимах;

• сбор, контроль и анализ информации с контрольных датчиков тепловоза, архивирование данных в энергонезависимой памяти;

• диагностирование основных систем и узлов локомотива и системы с выдачей информации машинисту об аварийных ситуациях и о состоянии локомотивного оборудования;

• отображение на дисплейном модуле рабочих параметров в привычном для машинистов виде (рисунки приборов с подвижными стрелками);

• измерение, вычисление и регистрация электроэнергии, скорости, времени работы на каждой позиции дизеля, компрессора и др.;

• определение текущих координат, скорости, текущего времени.

МПСУ состоит из следующих конструктивно законченных функциональных блоков:

■ блок регулирования и контроля БРК-7А;

■ дисплейный модуль ДМ-3732;

■ блок контроллера машиниста БКМ;

■ регулятор электрического тормоза РЭТ-0,8;

■ блок вспомогательной индикации БВИ;

■ блок управления выпрямителем БУВ;

■ блок датчиков напряжения БДН;

■ блок навигационного приемника БНП (рис. 2).

Назначение и работа составных частей МПСУ. В состав блока БРК-7А входят следующие блоки:

■ блок регулирования возбуждения БРВ;

■ блок управления тепловозом БУТ;

■ блок питания ПИТ;

■ блок питания для ноутбука

■ блок вентиляции и обогрева БВО.

Блоки БРВ и БУТ являются микропроцессорными, соединенными между собой и другим внешним оборудованием системы тепловозной (локомотивной) шиной. Используемый в блоках микропроцессор AT90CAN128 — низкопотребляющий 8-битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой, имеющий следующие характеристики: 128 КБ — внутрисистемно программируемая флэш-память, 4 КБ — EEPROM память данных, 4 КБ — SRAM (статическое ОЗУ), 53 линии ввода-вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, CAN-контроллер, часы реального времени.

Блок БРВ выполняет следующие функции:

♦ регулирование напряжения и мощности тягового генератора тепловоза;

♦ регулирование тока возбуждения тяговых электродвигателей и скважности открытия РЭТ в режиме электродинамического торможения;

♦ управление контакторами ослабления возбуждения ТЭД;

♦ выдача команд на сброс возбуждения в аварийных ситуациях;

♦ контроль сигналов аналоговых, частотных и температурных датчиков и передача информации по локомотивной шине.

Блок БУТ предназначен для управления электрической схемой тепловоза во всех режимах в соответствии с заложенными в программное обеспечение алгоритмами.

Блок питания ПИТ обеспечивает формирование напряжений постоянного тока:

♦ напряжение 5 В (U1) при токе нагрузки до 10 А для питания блока БРВ;

♦ напряжение 5 В (U2) при токе нагрузки до 10 А для питания блока БУТ;

♦ двухполярное напряжение ±24 В (U3) при токе нагрузки до 2 А для питания датчиков, измерительных преобразователей, блоков БДН и БУВ;

♦ напряжение 24 В (U4) при токе нагрузки до 2 А для питания дисплейного модуля ДМ.

Входное напряжение 110 В поступает на блок питания ПИТ от бортовой сети тепловоза. Диапазон изменения напряжения бортовой сети от 70 до 140 В, при этом допускаются временные просадки питающего напряжения до 33 В в течение 12 с во время запуска дизеля.

Блок БВО включает в себя:

♦ вентилятор фирмы «Schroff» — 3 шт.;

♦ обогреватель — 2 шт.;

♦ схемы управления вентиляторами и обогревателем.

Климатическое исполнение блока БРК-7А — У категории 3 по ГОСТ 15150—69, для относительной влажности 80 % при (20±5) 'С, при значениях рабочей температуры — от минус 50 до плюс 60 'С. Общий вид его представлен на рис. 3 Дисплейный модуль ДМ-3732, устанавливаемый в основном пульте машиниста (рис. 4), представляет собой промышленный компьютер типа ВС3732 фирмы «Gersys» (Германия). Данный модуль предназначен для отображения и архивирования параметров тепловоза. Высокая контрастность изображения и цветовая насыщенность сохраняются при больших углах обзора и в широком диапазоне освещенности. Информация отображается в текстовой и графической формах в привычном для машиниста виде (рисунки приборов с подвижными стрелками). ДМ является основным средством, с помощью которого осуществляется диалог между машинистом и системой.

Блок БКМ (рис. 5) предназначен для подачи сигналов управления движением тепловоза: «Больше», «Меньше», «Быстрый сброс», направление движения («Вперед» или «Назад»), режимы «Тяга/Тормоз», а также для индикации номера позиции контроллера машиниста. Данный блок смонтирован в основном и вспомогательном пультах управления тепловоза.

Функционально БКМ состоит из следующих узлов:

* джойстиков для включения позиций «Больше», «Меньше»;

* кнопки «Быстрый сброс»;

* джойстика включения направления движения;

* джойстика переключения режимов «Тяга/Тормоз»;

* индикатора для отображения номера позиции;

* индикаторов подсветки направления и режимов.

Блок РЭТ (рис. 6) обеспечивает функционирование режимов электродинамического торможения тяговых электродвигателей тепловоза. В состав РЭТ входят следующие элементы:

♦ блоки управления БУ-РЭТ-0,8 (левый и правый);

♦ демпферные резисторы типа РЛТ-9115П (4 шт.);

♦ соединительные кабели;

♦ трубопроводы подачи и возврата охлаждающей жидкости.

Блок БВИ предназначен для отображения мнемознаков, расположенных на его лицевой стороне, по сигналам управления от внешнего устройства. Устанавливается во вспомогательном пульте управления.

Блок БУВ предназначен для преобразования слаботочных импульсных сигналов управления в гальванически развязанные сигналы управления тиристорами, а также для преобразования и гальванической развязки синусоидального напряжения возбудителя.

Блок БДН предназначен для преобразования входных напряжений постоянного и переменного тока в гальванически развязанные выходные токовые сигналы величиной от 0 до 25 мА.

Блок БНП предназначен для определения по сигналам глобальных навигационных систем текущих координат (широта, долгота, высота), вектора скорости тепловоза, текущего времени и передачи их по интерфейсу USB в дисплейный модуль. Устанавливается в основном пульте управления.

Работа и конструкция МПСУ. Информационные сигналы о состоянии и режимах работы узлов и агрегатов объектов регулирования тепловоза в виде аналоговых, дискретных и частотных сигналов от датчиков температуры, давления, скорости, частоты вращения дизеля и других датчиков из состава электрического оборудования тепловоза, а также от БНП поступают через периферийные блоки БДН, БКМ, БВИ, РЭТ, выполняющие функции преобразования и согласования уровней сигналов оборудования тепловоза и БРК системы, на устройства ввода аналоговых, ввода/ вывода дискретных и частотных сигналов БРК и ДМ, функционирующих по алгоритму, заданному специальным программным обеспечением.

В микропроцессорной части БРК проводятся соответствующая обработка полученной информации и формирование в соответствии с заложенным программным обеспечением алгоритмом дискретных выходных управляющих сигналов, которые подаются на органы управления объектов регулирования тепловоза, БКМ, БУВ, РЭТ, и диагностирующих сигналов, которые поступают на ДМ и БВИ для визуального отображения. Это позволяет проводить управление и регулирование режимов работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза, а также выполнять функции бортового диагностического устройства с возможностью сбора и регистрации информации.

МПСУ обеспечивает прием дискретных сигналов от электрооборудования локомотива по 121 каналу, прием аналоговых сигналов от датчиков и преобразователей по 15 каналам, измерение частотных сигналов по трем каналам, измерение переменного напряжения тягового генератора, а также выдачу управляющих дискретных выходных сигналов по 84 каналам. Это позволяет регулировать режимы работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза, а также выполнять функции бортового диагностического устройства с возможностью сбора и регистрации информации.

Программное обеспечение блока регулирования и контроля БРК и дисплейного модуля ДМ системы имеет несколько модификаций, учитывающих конструктивные особенности различных типов тепловозов. Система выполнена в модульном исполнении, что облегчает выполнение поиска неисправности и ремонта в случае выхода из строя в процессе эксплуатации.

Блок БРК-7А конструктивно выполнен в виде сварного стального корпуса с запирающейся на замок дверцей на передней стенке. Вентиляционные отверстия в корпусе отсутствуют, а теплообмен с окружающей средой осуществляется через металлические стенки корпуса. Снаружи на корпусе установлены элементы его крепления к месту размещения на тепловозе, а также внешние разъемы для подключения кабелей от других блоков системы и от электрической схемы тепловоза.

При открытии дверцы корпуса блока БРК-7А появляется доступ к поворотной раме, в верхней части которой закреплены два алюминиевых каркаса с направляющими, по которым перемещаются съемные платы. Для легкого извлечения плат из каркаса они снабжены экстракторами. В нижней части поворотной рамы размещается съемный блок вентиляции и обогрева (БВО), при помощи которого производится вентиляция внутреннего объема воздуха для равномерного охлаждения через стенки корпуса. При отрицательных температурах дополнительно к вентиляции может быть включен обогрев внутреннего объема блока БРК-7А.

С целью отработки конструкции и программного обеспечения в период с мая по июль 2013 г. два комплекта микропроцессорной системы проходили реостатные и эксплуатационные испытания на тепловозах ТЭМ7А в Ямальском филиале ООО «Газпромтранс» (г. Лабытнанги). Эксплуатация проводилась на участке железной дороги Обская — Карская с поездами средней массы 1300 т. Пробег каждого тепловоза составил около 15000 км. Во время проведения испытаний специалисты ООО ПКФ «Полет» осуществляли техническое сопровождение тепловозов, проводили обучение локомотивных бригад и обслуживающего персонала депо особенностям эксплуатации и обслуживания тепловозов с системой МПСУ.

В процессе испытаний выполнялась регистрация параметров и режимов движения. После детального анализа полученных результатов для повышения удобства работы локомотивных бригад была проведена корректировка программного обеспечения системы.

В настоящее время опытный образец МПСУ установлен на маневровый тепловоз серии ТЭМ7АМ производства ОАО «Людиновский тепловозостроительный завод». Тепловоз успешно прошел реостатные испытания и был отправлен в депо приписки для дальнейшей опытной эксплуатации.

ООО ПКФ «Полет» в соответствии с Руководящим документом «Средства и системы управления железнодорожным подвижным составом и высокоскоростным железнодорожным транспортом. Требования к программному обеспечению», утвержденным старшим вице-президентом ОАО «РЖД» В.А. Гапановичем, проводит сертификацию программного обеспечения МПСУ по Системе сертификации средств защиты информации по требованиям безопасности в Федеральной службе по техническому и экспортному контролю России. Конструкция и программное обеспечение системы защищены патентом на полезную модель.

А.М. ПАЛИЧЕВ, С.В. УСТИМЕНКО, Ю.Г. САРАНЦЕВ,
ООО ПКФ «Полет», г. Заречный Пензенской обл.(www.poletpkf.ru)
Зареченский кластер интеграции технологий (www.cit19.com)

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin

[Alex42]

Если еще актуальна эта тема! Хочется пообщаться с представителями Людиновского завода, а также с кем нибудь из КБ ПКФ Полет! Вопрос по схеме включения двигателей компрессоров ТЭМ-7 с системой МСУД. Буду признателен всем кто согласиться обсудить вопрос!