Содержание к диссертации
Введение
1. Задачи технической диагностики 12
1.1. Диагностирование как элемент теории познания 12
1.2. Стандарты технической диагностики
1.2.1. Техническая диагностика 13
1.2.2. Надежность в технике 14
1.2.3. Методы измерений 16
1.2.4. Статистические методы управления 17
1.2.5. Менеджмент качества 18
1.2.6. Менеджмент качества ГТ-технологий 19
1.2.7. Выводы 19
1.3. Стандарты на транспорте 19
1.3.1. Автомобильный транспорт 19
1.3.2. Диагностирование локомотивов 20
1.3.3. Менеджмент качества на железнодорожном транспорте 20
1.3.4. Выводы
1.4. Управление надежностью на транспорте 22
1.5. Диагностирование локомотивов 26
1.6. Диагностирование электровозов с вип 27
1.7. Проблемы эксплуатации электровозов с вип 28
1.8. Постановка задачи исследования 31
2. Ретроспективный aha лиз 32
2.1. История электровозов переменного тока 32
2.2. ЦЕХВУ 35
2.3. ВИП
2.3.1. Принцип действия ВИП 36
2.3.2. Типичные неисправности ВИП 38
2.3.3. Поиск неисправных тиристоров и их замена 39
2.3.4. Диагностика тиристоров 40
2.3.5. Выводы 44
2.4. Бувип первого поколения 45
2.4.1. Особенности БУВИП первого поколения
2.4.2. Диагностирование БУВИП 45
2.4.3. АСТД 47
2.4.4. Алгоритмы диагностирования 49
2.4.5. Двухуровневая технология диагностирования 55
2.4.6. Подключение к объекту диагностирования 57
2.4.7. Технология использования АСТД 59
2.4.8. Экспериментальные работы на базе АСТД 59
2.4.9. Эффективность применения АСТД 60
2.4.10. Выводы 62
2.5. Бувип-133 второго поколения 63
2.5.1. Особенности устройства 63
2.5.2. Диагностирование БУВИП-133 65
2.5.3. Таблица функций неисправностей (ТФН) 65
2.5.4. Алгоритмы диагностирования 73
2.6. БАУ 74
2.6.1. Принцип действия 74
2.6.2. Диагностирование БАУ 77
2.6.3. Выводы 81
2.7. Микропроцессорные системы управления (МСУ) 81
2.7.1. МСУД 81
2.7.2. БУВИП-М 82
2.7.3. Диагностирование МСУ четвертого поколения 83
2.8. Тенденции развития систем управления 85
2.9. Диагностирование в мировой практике 85
2.9.1. Отечественный опыт 85
2.9.2. Мировой опыт 87
2.9.3. Тенденции 87
2.10.Системы безопасности 88
2.10.1. Отечественный опыт 88
2.10.2. Зарубежный опыт 88
2.10.3. Выводы 89
2.11.Многоконтурное взаимодействие с тпс 90
2.12.Выводы 94
3. Распределение функций диагностирования 96
3.1. Методологический подход 96
3.2. МСУЭ 96
3.2.1. Структура МСУ 96
3.2.2. Структура аппаратных средств нижнего уровня 100
3.2.3. Структура аппаратных средств верхнего уровня 104
3.2.4. Программное обеспечение МСУЭ 105
3.2.5. Регулятор тока и скорости 109
3.2.6. Регулятор мощности ПО
3.2.7. Принцип конечного автомата
3.3. Встроенные системы диагностирования 114
3.4. Бортовые системы диагностирования 117
3.5. Внешние системы диагностирования
3.5.1. Концепция использования стационарных систем 119
3.5.2. Стенд для диагностирования МСУЭ 119
3.5.3. Функции АСТД МСУЭ 120
3.5.4. Обучающие стенды 122
3.5.5. Выводы 122
3.6. МОДЕРНИЗАЦИЯ ПАРКА ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ80р 123
3.6.1. Актуальность задачи модернизации 123
3.6.2. Ожидаемый экономический эффект от модернизации 124
3.6.3. Дополнительные ожидаемые эффекты 127
3.7. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 130
3.7.1. Встроенные системы диагностирования МСУ: 130
3.7.2. Бортовые системы диагностирования: 131
3.7.3. Стационарные системы диагностирования: 131
3.7.4. Переносные системы диагностирования: 131
3.8. Выводы 131
4. Стандарты IT-обслуживания 133
4.1. IT-Технологии 133
4.2. IT1L
4.2.1. Общая информация 133
4.2.2. Управление Инцидентами 135
4.2.3. Управление Проблемами 135
4.2.4. Управление Конфигурациями 137
4.2.5. Управление Изменениями 137
4.2.6. Управление Релизами 138
4.2.7. Управление Уровнем Сервиса 139
4.2.8. Управление Затратами 140 4.2.9. Управление Мощностью 141
4.2.10. Управление Непрерывностью 141
4.2.11. Управление Доступностью 142
4.2.12. Выводы 1 4.3. COBIT 143
4.4. ISO20000 145
4.5. Swebok 147
4.6. Жизненный цикл по 151
4.7. Системы менеджмента качества 151
4.8. PDCA 153
4.9. Статистические методы управления 155
4.10.Выводы 155
5. Технртческое обслуживание МСУ 156
5.1. методология 156
5.2. требования к центру
5.2.1. Требования со стороны МСУ 156
5.2.2. Требования со стороны технологии работы 157
5.2.3. Требования стандартов
5.3. Разделение ответственности 158
5.4. Опыт сервисного обслуживания
5.4.1. ДЦВ Красноярской ж.д 162
5.4.2. Опыт сервисного технического обслуживания 167
5.4.3. Региональный сервисный центр 167
5.5. Перспективная схема обслуживания 168
Основные результаты и выводы 171
Публикации автора по теме диссертации 174
Литература
- Техническая диагностика
- Поиск неисправных тиристоров и их замена
- Структура аппаратных средств нижнего уровня
- Управление Конфигурациями
Введение к работе
Актуальность проблемы. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями имеют улучшенные тяговые характеристики, позволяют реализовать рекуперативное торможение, но сложное электронное и микропроцессорное оборудование требует соответствующей системы ремонта, технического обслуживания и диагностирования. Необходима научная проработка задачи для ее практического решения. В диссертации обобщен 30-летний научно-практический опыт автора по разработке и внедрению диагностических комплексов и технологий обслуживания и ремонта, решены перспективные задачи диагностирования и организации сервисного обслуживания. Рассмотрены особенности организации технологических процессов в условиях разделения функций эксплуатации (тяги) и ремонта тягового подвижного состава между двумя дирекциями ОАО «РЖД». Тема диссертационного исследования является актуальной как для локомотивного хозяйства, так и для железнодорожного транспорта в целом.
Цель исследования: Повышение эффективности электрической тяги и рекуперативного торможения электровозов переменного тока с тиристорными преобразователями путем разработки модели технического обслуживания и автоматизированного диагностирования их систем управления (СУ).
Методы исследований. В основу исследования положены методологические подходы теории электрической тяги и теории технической диагностики. При определении тенденций развития СУ и систем диагностирования выполнен ретроспективных анализ. При выборе диагностических параметров использованы подходы теории множеств. При разработке алгоритмов диагностирования - аппарат теории алгоритмов и математический аппарат «Конечный автомат». При диагностировании автоматизированных систем использованы подходы теории автоматического управления (ТАУ). Для разработки технологических процессов использованы положения теорий надежности и статистики, управления качеством и менеджмента предприятия, положения международных стандартов в области 1Т-обслуживания.
Объектами исследования в диссертации являются:
системы управления выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП);
системы автоматизированного диагностирования систем управления (СУ);
технология ремонта и технического обслуживания СУ.
Область исследования: системы технической диагностики, технического обслуживания и ремонта систем управления электровозов переменного тока с тиристорными преобразователями, системы автоматизации процессов технического диагностирования.
4 Научная новизна - в диссертации применительно к системам управления отечественных электровозов переменного тока с ВИП на базе тиристоров:
разработана классификация систем управления (СУ) электровозов переменного тока с тиристорными преобразователями (ВИП);
разработана модель диагностирования с распределением функций между встроенными, бортовыми, стационарными и переносными автоматизированными системами технического диагностирования;
разработана модель сервисного технического обслуживания и ремонта СУ с использованием методологических подходов стандартов в области IT-обслуживания, систем управления качеством и менеджмента.
Достоверность научных положений и теоретических результатов диссертационной работы обеспечена последовательным использованием методологии теорий надежности, технической диагностики, ТАУ и др., а также подтверждается большим объемом внедрения результатов исследований на железнодорожном транспорте.
Практическая ценность: по результатам исследований для электровозов переменного тока с ВИП разработаны и внедрены:
стационарные автоматизированные системы технического диагностирования
(АСТД) для настройки, тестовой проверки работоспособности и правильности
функционирования, локализации места отказа как непосредственно на локомо
тиве (дистанционное подключение), так и на стенде для:
блоков управления БУВИП: АСТД БУВИП;
блоков автоматического управления БАУ: АСТД БАУ;
микропроцессорных систем управления МСУЭ: АСТД МСУ;
выпрямительно-инверторных преобразователей: АСТД ВИП;
встроенная система автоматического диагностирования микропроцессорной системы управления ВИП серии МСУЭ для проверки правильности функционирования (реализация функциональности АСТД БУВИП и АСТД БАУ);
бортовая система диагностирования электровозов с МСУЭ на базе промышленного компьютера для проверки правильности функционирования локомотива режимах тяги и рекуперативного торможения, а также для накопления и обработки диагностической информации, поступающей от МСУЭ;
двухуровневая технология обслуживания систем управления электровозов с использованием АСТД и технологии ремонта по фактическому состоянию;
Многофункциональный Сервисный Центр Дорожного центра внедрения (ДЦВ) Красноярской ж.д., работающий по предложенной в диссертации модели сервисного обслуживания.
Разработки автора внедрены в локомотивных депо Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорог, на Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе (ЛВРЗ), в ДЦВ Красноярской ж.д. В депо Абакан Красноярской ж.д. в опытной эксплуатации находятся шесть электровозов серии ВЛ80тк, оборудованных МСУЭ. С 2010 года на полигоне Красноярской ж.д. - филиала ОАО «РЖД» внедрена перспективная система технического обслуживания и ремонта электронных систем управления электровозов серии ВЛ80р, ВЛ80тк, ЭШ.
Результаты исследований использованы в «Руководстве ОАО «РЖД» по техническому обслуживанию и текущему ремонту электровозов переменного тока ВЛ80», вошли в состав трех учебных пособий, использованы при проведении сетевых школ передового опыта ОАО «РЖД».
Апробация работы. Основные результаты доложены, обсуждены и получили одобрение на следующих научно-практических конференциях (НТК): НТК "Безопасность перевозочных процессов" (МИИТ, Москва, 1995); 2-я Межд.НТК "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (МИИТ, 1996); НТК «Новые технологии - железнодорожному транспорту» (ОмГУПС, Омск, 2003); Все-рос.НТК с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (КрИЖТ, Красноярск, 2005); НТК КрИЖТ (Красноярск: 2006, 2007, 2010); Всерос.НТК «Актуальные вопросы охраны интеллектуальной собственности» (ИрГУПС, Иркутск, 2006); Межд.НТК «Информационные технологии на железнодорожном транспорте» (ПГУПС, Санкт-Петербург, 2006, 2007); Межд.НТК «Телекоммуникационные и информационные технологии на транспорте России» (РГУПС, Сочи: 2007, 2008, Ростов-на-Дону: 2010); 5-я Всерос.НТК «Политранспортные системы» (СФУ, Красноярск, 2007); 3-я Всерос.НТК с межд. участием «Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог» (ИрГУПС, 2010); 5-я Межд.НТК «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» - «ТрансЖАТ» (РГУПС, 2010). Материалы диссертации доложены на заседаниях кафедр: «Электрическая тяга» ОмГУПС (2003, 2010), «Электрическая тяга» МИИТ (2003), «Транспортные системы» КрИЖТ (2007, 2010) и «Электроподвижной состав» ИрГУПС (1992, 2010).
Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в 33-х печатных трудах, в т.ч. в 3-х монографиях. Без соавторов - 7 статей. 2 статьи - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 10 - в отраслевых журналах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 189 источников и 4-х приложений. Содержит 173 страницы основного текста, включая 12 таблиц и 45 рисунков. Основной текст содержит 290 тысяч знаков, что соответствует 145 условным страницам текста.
Техническая диагностика
В ОАО «РЖД» создается система автоматизированного учета, служебного расследования и анализа случаев отказов в работе технических средств, используемых для производственной деятельности ОАО «РЖД». Для управления процессом издано Положение о порядке учета, расследования и анализа, случаев отказов в работе технических средств ОАО «РЖД» [120].
Учет, контроль устранения отказов технических средств и анализ их надежности осуществляется с использованием автоматизированной системы, предназначенной для учёта, расследования и анализа отказов технических средств (далее автоматизированная система). Во ВНИИАС разработана общехозяйственная информационная система учета и анализа надежности технических систем-«КАС АНТ» [120].
В Положении введены свои термины, имеющие в своей основе стандартные, но несколько отличающиеся от них [46]. Внешний отказ определен как возникший в результате стихийных бедствий, порч, краж, вандализма, умышленных или неправильных действий организаций или лиц (не относящихся к ОАО «РЖД»). Деградационный отказ определен как обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Конструктивный отказ - как возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушениями установленных правил и (или) нормі проектирования и конструирования.
Введено понятие «Критерий отказа»: признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно -технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Критичность отказа определена как совокупность признаков, характеризующих последствия отказа. Нарушения безопасности движения в поездной и маневровой работе классифицируются на: крушения поездов; аварии; особые случаи брака в.работе; случаи брака1 в работе [12 Г].
Отказ определен в соответствии с ГОСТ как событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Но объектомч определен перевозочный процесс. Поэтому отказ локомотивов может не являться отказом, перевозочного процесса - появляется определенная неточность.
Для определения виновной службы введено понятие «Спорный случай»: случай отказа технического средства является спорным, если в течение 72 часов, с момента.формирования о нём оповещения в автоматизированной, системе не: было принято решение об отнесении ответственности за конкретным филиалом, службой, дирекцией и(или)ч структурным подразделением.
Эксплуатационный отказ определен- согласно ГОСТ как отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации [46]. В зависимости от последствий отказов введена их следующая классификация по родам: Отказ 1 -го рода: отказы, приведшие к задержке пассажирского или пригородного поезда на 6 минут и более, грузового поезда на перегоне (станции) на 1 час и более или приведшие к случаям нарушения безопасности движения в поездной или маневровой работе (согласно приказу МПС РФ от 08.01.94 №1Ц) [121]; Отказ 2-го рода: отказы, приведшие к задержке грузового поезда на перегоне (станции) продолжительностью от 6 минут до 1-го часа, или когда оказанное воздействие привело к ухудшению эксплуатационных показателей, исключая задержки поездов относящие к отказам 1-го рода; Отказ 3-го рода: отказы, не имеющие последствий, относящихся к отказам 1-го и 2-го рода; учет данных отказов производится в рамках автоматизированных систем управления хозяйств.
По локомотивному хозяйству отказом является неисправность локомотива (его сборочных единиц и деталей), заключающаяся в нарушении его работоспособности, вследствие чего требуется восстановление или замена сборочных единиц и деталей, или регулировка их характеристик в период между плановыми видамитехнического обслуживания и ремонта или на них, если это восстановление (замена, регулировка) не входят в объем обязательных работ и если необходимое для их выполнения время или трудоемкость превышает нормы, установленные для ремонта локомотивов, а также неправильное пользование техническими средствами работниками локомотивного хозяйства. Критерием отказа в локомотивном хозяйстве, является любое из следующих событий: невыполнение графика движения поездов (масса, скорость, время хода по участкам и стоянок за одну поездку); восстановления работоспособности локомотива (его сборочных единиц и деталей) локомотивной бригадой в пути следования без нарушения графика движения поездов; необходимость выполнения непланового ремонта; превышение установленного объема работ (восстановление, замена, регулировка) любой сборочной единицы локомотива на плановом техническом обслуживании или ремонте, вызывающее превышение нормы простоя или трудоемкости ремонта локомотивов, если это восстановление, замена регулировка не входит в объем обязательных работ.
Поиск неисправных тиристоров и их замена
При выходе из строя тиристора в одном из плеч ВИП загорается сигнальная лампа данного ВИП на пульте управления в кабине машиниста.
Отказавший тиристор можно обнаружить переносными средствами диагностирования, «прозвонить» тестером последовательно включенные тиристоры плеча. Ряд параллельных тиристоров плеча, в котором находится пробитый тиристор, будет иметь сопротивление, близкое к нулю. Затем следует отсоединить анодные или катодные выводы тиристоров данного ряда от остальной части плеча, и определить тестером пробитый тиристор.
В некоторых случаях не удается тестером определить пробитый тиристор в плече, так как он еще выдерживает напряжение порядка нескольких десятков вольт. В таких случаях рекомендуется использовать батарею электровоза, подключая ее через токоограничивающий резистор (ПЭВ, 100 Вт, 50 Ом) к каждому ряду тиристоров плеча согласно Рис. 2.4. При наличии пробитого тиристора в данном ряду через резисторы связи R161 и R168 будет протекать постоянный ток. Это можно зафиксировать, подключая тестер поочередно ко всем резисторам связи тиристоров данного ряда, установив предварительно предел измерения
В случае снижения класса тиристора Т2-320, например с 15-го до 12-го, обнаружить такой тиристор с помощью тестера или батареи электровоза трудно. Можно применить переносный прибор для проверки повторяющегося напряжения тиристоров (например, завода «Электровыпрямитель»). Новый тиристор должен иметь такие же средние прямые падения напряжения Аи320 и Аи80. Если тиристор с точно такими прямыми падениями подобрать не удается, следует выяснить сумму прямых падений напряжений для тиристоров всех параллельных ветвей данного плеча (она указывается в формуляре ВИП) и подобрать в плечо такой тиристор, чтобы разброс по суммарному значению прямых падений напряжения Ди320 и Ди80 во всех параллельных ветвях плеча не превышал значения 0,02Хп, В, где п — число последовательно включенных тиристоров в плече. При замене тиристоров в плечах ВИП необходимо помнить, что охладители у устанавливаемых тиристоров должны быть точно такие же, как и у снятых.
Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой p-n-p-n-типа, имеющий нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ) [18]. Вид тиристоров электровоза ВЛ80р показан на Рис. 2.5.
Опыт эксплуатации ВИП показал, что основным и самым эффективным способом обеспечения надежной работы электронных преобразователей является входной контроль самих тиристоров, подбор характеристик с минимальным разбросом, прежде всего: статические параметры токов и напряжений в закрытом и открытом состояниях, параметры цепей управления и динамические параметры процесса включения и выключения.
Рисунок 2.5 - Силовые тиристоры с охладителями, применяемые на электровозах ВЛНОр. І ТЛ2-200, 2 12-320, З Т2-320 с экструзивным охлаждением, 4 -Т2-320 с охладителем типа «елочка», 5 - Т500 с медным ленточным охлади/?ге-лем,6 Т353-Н00[1Н1 Потребность в подборе существует не только на этапе изготовления ВИП, но и в эксплуатации Использование специального измерительного оборудования для технической диагностики параметров тиристоров обеспечивает уменьшение числа их отказов и повышение надежности ВИП в целом
Диагностика тиристоров - большая и комплексная задача [9]. Сложность физических процессов, происходящих в тиристоре, создает сложности и для задачи диагностирования и подбора тиристоров. В этом направлении велись и ведутся большие научные исследования. Наиболее известными из них на железнодорожном транспорте являются работы Мордовского государственного университета им. Н П.Огарева (кафедра автоматики факультета электронной техники), где уже более 30 лет изучаются свойства тиристоров. На базе НПЦ «Альфа-Ритм» выпускаются соответствующие диагностические приборы типа «АДИП» [130]. В работе также участвуют Межфакультетский Научно-инженерный центр «Электронное приборостроение» и НПО «Электронная техника - МГУ».
Комплекс АДИП состоит из устройств для измерения статических параметров тиристоров в закрытом (обратном) и в открытом состоянии, динамических параметров силовых тиристоров при включении, а также параметров цепи управления тиристора АДИП являются одними из лучших отечественных приборов по электрическим, конструктивным и метрологическим характеристикам и в сочетании с относительно малыми массогабаритными показателями, выполнены на уровне мировых аналогов.
Комплектами приборов АДИП оснащены служба электроснабжения Московского метрополитена, депо Новосибирского и Самарского метрополитенов, локомотивные депо станций Боготол Красноярской ж.д, Батайск Северо-Кавказской ж.д , Смоляниново Дальневосточной ж.д., Кандалакша Октябрьской ж.д., Петров Вал и Саратов Приволжской ж.д. и др, ВЭлНИИ, НЭВЗ, Омский государственный университет путей сообщения, Курская, Калининская и Ленинградская атомные электростанции, НПО «Энергия», Таллиннский электротехнический завод (Эстония), «Электровыпрямитель (г. Саранск), Братский, Ижевский и Череповецкий металлургические заводы, локомотиворемонтные заводы в городах Улан-Удэ и Уссурийск, предприятия ОАО «Транснефть» в Брянске, Ухте и Самаре, а также ряд других предприятий. Аппаратура аттестуется Мордовским Центром сертификации и метрологии. НПП «Электронная техника - МГУ» является официальным- поставщиком аппаратуры.; АДИШ предприятиям ОА «РЖД», которая кроме. ВИН используются; прж диагностировании? локомотивов
Опыт применения; АДИШ показал, что пршправильно; организованной-методической работе возможно существенно повысить надежность ВИП и снизить затраты на их обслуживание и ремонт за счет предварительного индивидуального подбора тиристоров по критерию идентичности значений их параметров, а также выявления потенциально ненадежных тиристоров.
Исследования в области надежности работы тиристоров продолжаются. ВІ частности, НЫ.Беспаловым [9] выдвинута гипотеза; что на; надежность .тиристора существенное влияние оказывают характеристики управляющего сигнала:. предлагаются специально разработанные драйверы для- формирования импуль-сов-тока управления силовыми тиристорами с требуемыми для:их надежной «работы значениями амплитуды, скорости нарастания и длительности при: заданной частоте повторения. Драйвер выполнен на основе управляемого источника тока, формирующего импульсы тока управления с оптимальными? для: надежного включения тиристоров в режимах с повышенными значениями скорости нарастания тока в открытом состоянии амплитудой больше 1 А и скоростью нарастания больше 1 А/мкс.
Структура аппаратных средств нижнего уровня
Наряду с разработкой аппаратно-программных средств был разработан новый подход к организации ремонта. Согласно идеологии планово-предупредительных ремонтов, первоначально производился демонтаж кассет БУВИП с их проверкой на специализированном стенде. Также был контроль системы управления на ТО-2. Внедрение АСТД позволило принципиально поменять порядок технического обслуживания, сохранив при этом привязку к существующей системе ТО и ТР.
Опыт создания и эксплуатации систем диагностирования показал, что наиболее целесообразной оказалась двухуровневая система технического диагностирования и текущего ремонта БУВИП и БАУ с применением АСТД.
Первый уровень характеризуется использованием АСТД для проверки работоспособности электронного оборудования непосредственно на электровозе перед постановкой его на текущий ремонт (ТР-1). Проверка осуществлялась при дистанционном подключении АСТД к электровозу (Рис.2.10). Обнаруженные неработоспособные кассеты заменялись исправными из запаса (из «перехода»). Диагностирование 1-го уровня производится в цехе при постановке электровоза на ремонт (плановый или неплановый) до начала работ.
К выходному разъему жгута подключается переходной жгут, который соответствует типу диагностируемого БУВИП. На первом этапе часть информа ционно управляющих цепей БУВИП бралась с клемм кассет (см.п.2.4.6). На вновь выпускаемых локомотивах все необходимые для диагностирования точки выведены на диагностический разъем, что сделано по заказу ЦТ МПС по результатам опытной эксплуатации АСТД.
Схема подключения АСТД к локомотиву ВЛНОр Второй уровень диагностирования позволяет осуществлять ремонт и настройку кассет на специальном автоматизированном стенде.
При неработоспособном состоянии оборудования на основании полученной диагностической информации обслуживающий персонал АСТД по критерию объема предстоящих работ принимает решение о возможности устранения дефекта собственными силами. В случае положительного решения производится замена дефектного узла и повторное диагностирование. При невозможности устранения дефекта собственными силами производится отключение переносного диагностического кабеля от электровоза и составляется план работ, который передается мастеру ремонтного цеха. В этом случае ремонт выполняется в течение рабочей смены, когда выполняется текущий ремонт остальных подсистем электровоза - второй уровень диагностирования.
АСТД обслуживал персонал в составе двух человек. Проверка работоспособности оборудования начинается с начального диалога оператора с ЭВМ, в ходе которого оператор вводит в ЭВМ необходимую информацию.
На втором уровне диагностирования оператор в диалоговом режиме производит наладку и ремонт кассет. На экран компьютера выводится вся необходимая справочная и инструкционная информация. Такой подход к организации второго уровня позволяет максимально облегчить процесс настройки и ремонта электронных кассет аппаратуры управления. Двухуровневая организация диагностирования и ремонта БУВИП и БАУ позволяет, с одной стороны, определить фактическое состояние аппаратуры управления и требуемый объем ремонтно-настроечных операций! перед постановкой электровоза на.текущий ремонт, а с другой, - избежать в случае работоспособного состояния оборудования непроизводительных операций по демонтажу и проверке кассет блоков на стенде.
Время выполнения основных операций технологического процесса диагностирования комплекта оборудования одного электровоза составляет 15-30 минут в зависимости от типа оборудования и наличия неисправностей.
Опыт создания АСТД показал целесообразность реализации двухуровневой технологии диагностирования электронного оборудования Привязка к существующей системе ТО и ТР осуществляется путем кратного увеличения-пробега аппаратуры без проверки (на каждом ТР-1 проверялся комплект аппаратуры одной секции электровоза, проверка на ТО-2 была отменена). Демонтаж кассет оставлен на ремонтах ТР-2 для чистки кассет и контактов разъемов, визуального контроля и проверки на АСТД, в т.ч. с климатическими испытаниями.
БУВИП имеет несколько модификаций. Первая модель - БУВИП-80 -имела много технологических и конструктивных недостатков и скоро была заменена следующей моделью - БУВИП-100. Опыт эксплуатации электровозов ВЛ80р привел к созданию блока БУВИП-113, являющегося последним в своем поколении. Электровозы ВЛ85 сразу стали выпускаться с БУВИП-133, являющимся следующим поколением БУВИП, выполненным на базе цифровых и аналоговых микросхем. До ближайшего времени БУВИП-80 и БУВИП-100 оставались только в локомотивном депо Боготол Красноярской ж д. Постепенно устаревшие модели заменены более современными БУВИП-113 и БУВИП-133. Несмотря на новые технические решения в БУВИП-133, его структура во многом схожа с БУВИП-113, что позволяет использовать единый пакет программ.
БУВИП имеют диагностические разъемы. Однако самодостаточный -только БУВИП-133, т.к. он доработан по результатам опытной эксплуатации АСТД. Для использования общих линий связи для всех видов БУВИП автором разработан проект подключения к БУВИП (в ДКТБ Красноярской ж.д.).
Управление Конфигурациями
БСИ, БФИ, БФА имеют в своем составе два независимых канала приема и обработки информации. Информация обеих каналов поступает на цифровой (БСИ, БФИ) или аналоговый (БФА) коммутаторы, управление которыми производится от работающего в данный момент БМК. БМК сам выбирает, от какого входного устройства принять сигнал. Если БМК определяет, что входная цепь неисправна (определяется программной логикой), БМК выбирает другой канал входных сигналов. Это позволяет любому БМК принимать входные сигналы от любого канала входа и достигается многократное резервирование.
БСИ принимает входные напряжения от трансформаторов напряжения и формирует сигналы полупериода, знака полупериода Ф±, блокировки на время переключения питания, ао, а0з, и ап- БФИ выполняет следующие функции: принимает сигналы датчиков углов коммутации, выделяет сигнал Y пропорциональный длительности коммутации в силовых цепях. осуществляет функции гальванической развязки датчиков скорости с цепями микроконтроллера.
МСУЭ-БУ является самой ответственной подсистемой МСУЭ, поэтому в нем предусмотрено резервирование всех элементов. В предшествующих МСУ была принята следующая схема резервирования (Рис.3.5). Блок Блок 2 Рисунок 3.5 - Схема резервирования МСУД-Н Входные, выходные цепи и сам микропроцессорный блок рассматривались как единое целое. В случае отказа происходит переход на вторую систему, находящуюся в холодном резерве. В этом случае: Р = Р1+Р2(1-Р1), где: /3.1/ Р - вероятность исправности системы в целом за заданный период времени; Р1 - вероятность работоспособности блока 1; Р2 - вероятность работоспособности блока 2.
Вероятность работоспособности каждого из блоков определяется произведением вероятностей работоспособности каждого из узлов, т.к. схема их включения последовательная (Рис.3 6): Р1=Р2 = А В С, где /3.2/ А, В, С - вероятности выхода из строя соответственно входных цепей, микропроцессорного блока и выходных цепей.
Вероятностная модель МСУЭ В этом сл чае получаем: Р» = (А+А(1-А)) (В+В(1-В)) (С+С(1-С)) = АВС(2-А)(2-В)(2-С), /3.4/ где Р - аналогично Р для предлагаемого варианта. Если принять вероятность выхода из строя входных и выходных цепей и самого микропроцессорного блока примерно одинаковыми А = В = С, тогда: Р = А3(2-А3); Р = А3(2 - А)3; РТР = А3(2 - А)3 / А3(2 - А3) = (2 - А)3 / (2 - А3). /3.5/ В Табл.3.1 приведены расчеты повышения надежности МСУЭ при применении предлагаемой схемы резервирования МСУЭ-БУ для различных интенсив-ностей отказов узлов системы управления. В качестве расчетного периода выбран пробег локомотива в 1 млн. км. Закон распределения случайной величины принят экспоненциальным. Расчеты показали, что в зависимости от интенсивности отказов, предлагаемая схема резервирования дает повышение надежности работы в 1.5-4 раза. При наработке на отказ узла в 25 тыс часов интенсивность отказов составит примерно 2 отказа на млн км. В этом случае предлагаемая схема резервирования повышает надежность в три раза.
Аппаратно верхний уровень управления МСУЭ представляет собой бортовой компьютер (БК) реализованный на базе промышленного компьютера типа INC фирмы Pixy AG (Швейцария)- Рис 3 8 Системы визуализации фирмы Pixy разработаны специально для использования на транспорте [175]. Используются в европейских системах управления безопасностью, на финских электропоездах, китайских локомотивах и многих других локомотивах. Фирма поставляет свою продукцию более чем в 30 стран. В том числе на электровозах серии 2ЭС5К используется компьютер типа INC50.06. Более предпочтительным является вариант использования промышленного компьютера типа I NC70.xx той же фирмы как имеющего большие вычислительные ресурсы При одинаковых габаритах и климатических условиях эксплуатации 1NC70 имеет существенно большие вычислительные ресурсы и возможности.
Практически во всех современных системах управления принято разбиение системы управления как минимум на два уровня — микропроцессорный непосредственного управления и стратегического управления и диагностирования на базе промышленного компьютера. Часто ставят даже два компьютера, разделяя функции диагностирования и управления движением поездов.
Концептуально суть подхода к разработке программного обеспечения (ПО) заключается в следующем: микропроцессорная часть системы управления выполняет быстродействующие операции, связанные непосредственно с управлением ВИП и ВУВ. Задачи автоматического управления и индикации выполняет промышленный компьютер (бортовой компьютер - БК) типа PIXY 50.хх или 70.хх, интеллектуальные функции которого будут со временем расширяться и усложняться.
ПО состоит из нескольких уровней и подсистем (Рис.3.9), на каждом из которых решается одна или несколько функций подчиненного регулирования. Входными данными для ПО являются сигналы с датчиков и с контроллера машиниста, поступающие на вход МСУЭ, обрабатываемые и представляемые в цифровом виде: задание тока Із; задание скорости Уз; сигналы с датчиков тока її .... Ь; сигналы с датчиков скорости вращения колесных пар пі ... п4; сигналы с датчиков угла коммутации Yi ... Y-» и другие входные сигналы МСУЭ.
Входные сигналы программно обрабатываются в модуле "Чтение портов" (ЧП), после чего модуль "Формирование нерегулируемых углов" (ФНУ) формирует углы ао , а )з и соответствующие им переменные.
Входные сигналы также передаются в центральный микропроцессорный блок, откуда они поступают в БИ в кабину машиниста. В центральном компьютере ведущей кабины машиниста по полученным исходным данным, а также по ранее полученным данным формируются законы регулирования по скорости и току - модуль "Регулятор тока и скорости" (РТС).
Затем производиться уточнение нагрузки каждого из двигателей в модуле "Регулятор мощности" (РМ). Модуль вычисляет степень ослабления поля для каждой пары двигателей, в зависимости от наличия буксования.
Результаты расчета возвращаются в микропроцессорный блок. Одновременно производится запись результатов в диагностический блок.
Задание \Уз с входными сигналами поступает в модуль "Блок защиты" (БЗ), в котором осуществляется защита от буксования в тяге и юза в рекуперации (если не помогла "мягкая" защита модуля РМ), а также защита по току. Соответственно корректируется задание \Уз в сигнал управления W, а также \зв в WB В рекуперации. В случае ручного режима управления входной сигнал Із автоматически преобразуется в сигнал W без корректировки защиты от буксования.
