Содержание к диссертации
Введение
1. Функционирование тональных рельсовых цепей автоблокировки 10
1.1 Примо-передающая аппаратура тональных рельсовых цепей 10
1.2 Современное состояние диагностики аналоговых устройств 14
1.3. Современное состояние диагностики тональных рельсовых цепей 19
1.4.Формулировка задачи исследования 24
2. Моделирование процесса диагностирования путевого приемника тональной рельсовой цепи 26
2.1 Общие сведения 26
2.2. Модель путевого приемника тональной рельсовой цепи 28
2.3. Метрологические характеристики оценивания параметров спектров и их применение в задаче диагностирования 29
2.4. Методы анализа сигналов на выходе путевого приемника тональной рельсовой цепи 34
2.4.1. Корреляционный анализ сигналов в диагностике аппаратуры ТРЦ 34
2.4.2. Идентификационные измерения сигналов 37
2.4.3. Сигнатурный анализ 38
2.5. Особенности диагностики путевых приемников ТРЦ 39
2.6. Моделирование неисправностей элементов ПП ТРЦ 44
2.7. Выводы по главе 59
3. Программно-аппаратная реализация тестового метода диагностирования 60
3.1 Общие сведения 60
3.2 Конструкция стенда 61
3.3 Программное обеспечение 69
3.4 Выводы по главе 83
4. Экспериментальные исследования 84
4.1. Общие сведения 84
4.2. Физическая имитация отказов элементов и узлов ПП ТРЦ 85
4.3. Анализ откликов сигналов на выходе контрольных точек путевого приемника ТРЦ 92
4.3.1. Планирование эксперимента 92
4.3.2. Отклики сигналов на выходе контрольных точек путевого приемника ТРЦ 93
4.4. Определение неисправных узлов и элементов в путевом приемнике тональной рельсовой цепи 108
4.5. Выводы по главе 115
Заключение 116
Список литературы 117
Приложения 125
- Современное состояние диагностики тональных рельсовых цепей
- Корреляционный анализ сигналов в диагностике аппаратуры ТРЦ
- Программное обеспечение
- Отклики сигналов на выходе контрольных точек путевого приемника ТРЦ
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Железнодорожный транспорт, представляющий сложную
территориально рассредоточенную систему большого числа технологических
подразделений и технических средств, обеспечивает перевозку пассажиров и
грузов. Главная задача его на современном этапе – возможность с
гарантированной безопасностью движения, максимальной
производительностью и эффективностью, минимальной себестоимостью обеспечить перевозочный процесс. Эта задача требует постоянного совершенствования систем управления движением поездов.
Новые технологии, внедряемые в системы управления движением поездов, позволяют повысить безопасность перевозочного процесса и пропускную способность железнодорожных линий и, следовательно, увеличить эффективность перевозочного процесса в целом. К новым технологиям относятся, в частности, современные системы железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), выполненные на микроэлектронной элементной базе.
В настоящее время на железных дорогах РФ широко эксплуатируются системы автоблокировки (АБ) с тональными рельсовыми цепями (ТРЦ), приемо-передающая аппаратура которых выполнена на микроэлектронной элементной базе в неразборных блоках. Относительно низкий профессиональный уровень персонала, обслуживающего ТРЦ, и отсутствие технических средств в контрольно-измерительных пунктах дистанций автоматики и телемеханики вызывают трудности в обслуживании приемопередающей аппаратуры. Поэтому требуется значительное время на выявление и устранение неисправности и на ремонт, а это – дополнительные экономические затраты.
В этой связи одним из направлений совершенствования функционирования устройств ЖАТ является модернизация методов и средств диагностики аппаратуры.
Степень разработанности проблемы.
Значительный вклад в развитие теории и создание систем управления движением поездов внесли известные ученые А.М. Брылеев, П.Ф.
Бестемьянов, И.В. Беляков, М.Н. Василенко, А.В. Горелик, И.Е. Дмитренко, В.С. Дмитриев, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, Н.Ф. Пенкин, Е.Н. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, А.А. Шишляков и другие.
Целью исследования является разработка и исследование тестового метода диагностирования аппаратуры ТРЦ, позволяющего устанавливать диагноз без вскрытия диагностируемых блоков на основе сигнатурного анализа параметров контрольных откликов сигналов, посредством оригинального автоматизированного стенда диагностики приемной аппаратуры ТРЦ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ методов диагностирования и основных отказов в работе путевого приемника (ПП) ТРЦ;
-
Разработать метод тестового диагностирования аппаратуры ТРЦ путем автоматизации получения параметров контрольных откликов сигналов и их последующего сравнения с помощью сигнатурного анализа;
-
Установить параметры откликов сигналов на выходе контрольных точек ПП ТРЦ при неисправном состоянии элементов;
4. Создать базу данных параметров откликов сигналов с выходов
контрольных точек ПП при исправной и неисправной работе его элементов;
5. Разработать стенд, реализующий метод тестового диагностирования.
Объектом исследования является приёмо-передающая аппаратура
ТРЦ, предметом – методы и средства диагностирования аппаратуры ТРЦ.
Научная новизна результатов исследования, полученных автором диссертации, состоит в следующем:
1. Разработана методика, позволяющая определять глубину
диагностирования ПП ТРЦ на основании вычисления коэффициента глубины
поиска дефекта;
-
Получены зависимости параметров откликов сигналов с выходов контрольных точек ПП ТРЦ от конкретного вида неисправности;
-
Разработан тестовый метод диагностирования состояния аппаратуры ТРЦ, основанный на автоматическом определении технического состояния
объекта диагностирования при детерминированном наборе контрольных точек и заданном значении глубины поиска дефекта;
4. Разработан алгоритм диагностирования ПП ТРЦ и его программно-аппаратная реализация, позволяющий устанавливать диагноз и указывать место локализации неисправности.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Установлена глубина поиска дефекта ПП ТРЦ при проведении
тестового диагностирования.
2. Разработанный метод позволяет производить автоматическое
диагностирование блока ПП без его вскрытия на основании идентификации
параметров откликов сигнала на выходе имеющихся контрольных точек в
условиях контрольно-измерительных пунктов (КИП) дистанций автоматики
и телемеханики.
3. Стенд, разработанный для диагностики ПП ТРЦ, применяется в
учебном процессе в СамГУПС.
4. Основные результаты, полученные в диссертационном
исследовании, использованы в Проектном-конструкторском-
технологическом бюро железнодорожной автоматики и телемеханики ОАО
«РЖД» при разработке системы диагностики и мониторинга состояния
технических средств в хозяйстве автоматики и телемеханики, а также для
совершенствования процесса диагностики путевых приемников тональных
рельсовых цепей в ОАО «Объединенные электротехнические заводы» (ОАО
«ЭЛТЕЗА»).
Методология и методы исследований. В работе использованы цифровая обработка сигналов, методы физического и математического моделирования, численные методы расчета и анализа, натурные испытания.
Положения, выносимые на защиту.
1. Разработанный метод тестового диагностирования блока ПП ТРЦ,
позволяющий существенно упростить процесс диагностирования аппаратуры
в условиях КИП дистанций автоматики и телемеханики;
2. Методика экспериментального моделирования и исследования
неисправностей, возникающих в аппаратуре ТРЦ с помощью имитатора
отказов ПП;
3. Программно-аппаратная реализация метода тестового
диагностирования, позволяющая осуществлять автоматическое
диагностирование без разбора исследуемого блока.
Достоверность научных положений подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований и испытаниями в лабораторных условиях разработанных технических решений, результатами практического применения тестового метода диагностирования аппаратуры ТРЦ.
Личный вклад соискателя. Все результаты теоретических и экспериментальных исследований, приведенных в работе, получены автором самостоятельно. Статья [3] опубликована единолично. В работах опубликованных в соавторстве, личный вклад заключается в следующем: в статье [1, 7, 9, 10, 11, 12] предложен метод диагностики, разработана функция вычисления непараметрического коэффициента корреляции Спирмена для системы MATLAB, получены графики сигналов с выходов контрольных точек путевого приемника ТРЦ, произведена оценка адекватности вычисления коэффициента. В статье [2] произведен анализ отказов возникающих в путевом приемнике ТРЦ, определено значение коэффициента глубины поиска неисправности при различном уровне деления исследуемого объекта диагностирования. В работах [4, 8] предложен способ реализации физического моделирования неисправностей в путевом приемнике ТРЦ с помощью имитатора отказов и применении машинной модели. В статьях [5, 6, 13] реализован метод обработки сигналов на выходе аппаратуры ТРЦ в системе MATLAB.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры «Автоматика, телемеханика и связь» СамГУПС и «Автоматика, телемеханика и связь» Московского государственного университета путей сообщении (МИИТ), на XXXVIII научной конференции студентов и аспирантов СамГУПС в г. Самара, научной конференции «Методы идентификации сложных технических систем» кафедры «Мехатроника автоматизированных производств» СамГУПС, I региональном молодежном форуме «Инновационные технологии повышения эффективности транспортных систем» СамГУПС, Международной научно-практической конференции
«Наука и образование транспорту» СамГУПС, и опубликованы в девяти печатных работах. По теме диссертации в 2012 г. был получен грант ОАО «РЖД» для молодых ученых на проведение научных исследований.
Реализация результатов работы. Предложенные в диссертационном исследовании результаты используется в «Проектном-конструкторском-технологическом бюро железнодорожной автоматики и телемеханики (ПКТБ ЦШ ОАО «РЖД»)» филиала ОАО «РЖД» и в ОАО «ЭЛТЕЗА». Стенд, разработанный на основе тестового метода диагностирования, используется в учебном процессе при преподавании дисциплин «Основы технической диагностики» и «Основы теории надежности» в ФГБОУ ВПО СамГУПС.
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, изложены в 9 печатных работах. Четыре из них опубликованы в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации. Также по материалам работы получены 3 патента на полезную модель и 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объем работы – 134 страницы, в том числе 61 иллюстрации, 5 таблиц, списка литературы из 72 наименований, приложений на 9 страницах.
Современное состояние диагностики тональных рельсовых цепей
На системы автоблокировки с ТРЦ в 2012 году пришлось 1840 отказов, что составляет 17,3% от всех отказов систем автоблокировки. Основными причинами отказов АБ с ТРЦ, составляющими около 60% [1], являются некачественное выполнение работ и эксплуатационные нарушения, т.е. нарушения, связанные с влиянием человеческого фактора в процессе эксплуатации устройств.
В дистанциях автоматики и телемеханики принята система планово-предупредительных ремонтов (ППР), которая направлена на поддержание устройств в работоспособном состоянии. Она исключает возможность работы оборудования в условиях прогрессирующего износа, предусматривает и планирует ремонтные работы и потребности в трудовых и материальных ресурсах. Основным содержанием ППР является обслуживание и проведение профилактических осмотров оборудования и устройств, которое обычно возлагается на эксплуатационный персонал. Также ППР предполагает контроль основных параметров оборудования и выполнение плановых ремонтов. При этом в большинстве случаев применяются «ручные» способы диагностики, основанные на методе допускового контроля.
Существует большое разнообразие измерительных приборов и систем, использующихся для ППР, которые позволяют определять те или иные параметры ТРЦ [9, 10, 11].
К основным приборам и системам измерения параметров ТРЦ можно отнести следующие: – мультиметр В7-63 компании «Ритм» [12, 13]. Достоинства прибора следующие: возможность измерять пиковое и среднеквадратичное значение сигнала ТРЦ, возможность автономной работы, небольшие габариты и вес. Недостатками прибора являются: отсутствие носителя для хранения и обработки измеряемых параметров, невозможность анализа сигнала, необходимость ввода частоты измеряемого сигнала, относительно большое время реакции прибора.
– многофункциональный прибор инженера СЦБ (МПИ-СЦБ) на базе ПК [14]. Разработан специалистами ГТСС. Достоинства: информативен, высокая скорость реакции, возможность быстрого просмотра и обработки получаемой информации, автономная работа. Недостатки: большая стоимость, необходимость специальных знаний из области вычислительной техники.
– прибор комбинированный для измерения сигналов рельсовых цепей (ПК-РЦ), созданный в НПФ «КОМАГ-Б» [15]. К достоинствам можно отнести то, что прибор выполнен в мобильном корпусе с жидкокристаллическим дисплеем, имеет широкий температурный рабочий диапазон, имеет возможность автономной работы и работы в режиме осциллографа, анализатора спектра; результаты измерений можно просматривать как на самом приборе, так и на ПК. К недостаткам прибора можно отнести ограниченность применения.
– идентификатор тока РЦ ИТРЦ (ИРТЦ-ЖАИС) [16]. Данный прибор не имеет существенных достоинств по сравнению с вышеперечисленными приборами. К недостаткам можно отнести отсутствие носителя информации, невозможность просмотра осциллограмм.
– преобразователь многоканальный измерительный сигналов рельсовых цепей (ПМИ-РЦ). Разработан ВНИИАСом для применения в составе системы АБТЦ-М [17]. Прибор устанавливается на станции, имеет 36 гальванически развязанных измерительных каналов. Предусмотрена возможность автономных измерений. Недостатком прибора является высокая стоимость.
– устройство контроля тональных рельсовых цепей (УК ТРЦ-8) [18]. Основной задачей данной системы является измерение параметров аппаратуры ТРЦ. Устройство предназначено для применения в системах диспетчерского контроля и в системах диагностики технического состояния устройств электрической централизации и автоматической блокировки с централизованным размещением аппаратуры.
Все рассмотренные приборы позволяют производить измерения и контроль параметров и показателей работы ТРЦ в целом, непосредственно не отслеживая при этом состояние самой приемо-передающей аппаратуры.
Диагностику и контроль основных параметров самой аппаратуры ТРЦ в настоящее время осуществляют только в условиях КИПа.
Для диагностики состояния приемо-передающей аппаратуры ТРЦ в КИПах используется следующие приборы:
1. СП-ТРЦ [19] – стенд для наладки и проверки аппаратуры тональных рельсовых цепей. Данный стенд предназначен для наладки и проверки аппаратуры ТРЦ третьего и четвертого поколения (ТРЦ3 и ТРЦ4). СП-ТРЦ является коммутатором цепей проверяемой аппаратуры. Поэтому совместно со стендом применяются стандартизированные средства измерений.
Стенд СП-ТРЦ состоит из следующих основных узлов:
– блока питания БП-СП;
– пульта проверки П-ТРЦ;
– шланга соединительного;
– розеток для подключения проверяемой аппаратуры;
– шнура соединительного.
Блок питания БП-СП служит для осуществления электропитания пульта проверки П-ТРЦ проверяемой аппаратуры и измерительных приборов.
Пульт проверки П-ТРЦ предназначен для коммутации электрических цепей проверяемой аппаратуры и подключения к контрольным точкам аппаратуры измерительных приборов.
2. АПК-ТРЦ [20] – автоматизированный стенд контроля аппаратуры тональных рельсовых цепей предназначен для контроля номинальной работы аппаратуры ТРЦ посредством измерения амплитуды сигналов на входе и выходе исследуемых блоков при производстве и эксплуатации:
– путевых генераторов ГП3;
– путевых приемников типа ПП3 и ПП4 совместно с реле АНШ2-310;
– путевых фильтров типа ФПМ.
АПК-ТРЦ функционирует совместно с ПК, который должен обладать следующими характеристиками:
– оперативная память – не менее 32 Мбайт;
– один свободный СОМ порт;
– операционная система – Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows ХР;
Корреляционный анализ сигналов в диагностике аппаратуры ТРЦ
В данной работе для динамичного сравнения параметров откликов сигналов на выходе контрольных точек ПП в спектральной области с большим количеством частотных составляющих предлагается использовать методы математической статистики с применением ПК.
Для статистического анализа параметров сигналов с выходов контрольных точек ПП ТРЦ предлагается применение корреляционного анализа [33, 34], метода идентификационных измерений и сигнатурного анализа.
Классические критерии сравнения, называемые параметрическими, имеют предположение, что случайная величина распределена по некоторому известному (обычно нормальному) закону. Однако при проведении диагностики ПП ТРЦ необходимо применять другие типы критериев, не требующих предположений о распределении случайной величины, которые называются непараметрическими. Например, непараметрической оценкой стандартного отклонения служит размах. Непараметрические критерии [35] имеют дело не с численными значениями измеряемых величин, а с их рангами. Под рангом выборочного значения случайной величины будем понимать его номер в упорядоченной по возрастанию выборке, т.е. рангом данного значения частоты спектра будем называть номер, который получит амплитуда данной частоты в упорядоченной по возрастанию выборке. Если в выборке встречаются совпадающие элементы, то используются средние ранги.
В качестве примера рассмотрим процедуру сравнения двух спектров, используя коэффициент корреляции Спирмена [36].
Пусть имеется 10 значений частот эталонного с1 и реального с2 спектров, представленных в виде последовательности пар (с1i , с2i ):
Вычислим сумму разности рангов и коэффициент корреляции Спирмена:
Проверим значимость корреляции, используя аппроксимацию Имана и Коновера:
Так как J=0,811 J(0,975)=2,133, то гипотеза корреляции отклоняется. Следовательно, можно сказать, что спектры не идентичны.
В данной работе решается задача по распознаванию сигналов, в которых содержится информации о состоянии ОД (ПП ТРЦ).
Широко известно, что существует большой круг задач, связанных с распознаванием сигналов, в которых содержится информации о состоянии ОД. Наиболее характерными в этом отношении являются задачи, связанные с измерением формы сигнала, поскольку от этого зависит выбор оптимальных алгоритмов преобразования данных и вычисления тех параметров, которые наиболее точно оценивают исследуемые свойства объекта. Поэтому в методе идентификационных измерений спектров сигналов все задачи распознавания сигналов сводятся к задаче измерения формы сигналов и их характеристик. Эти измерения названы идентификационными [39, 40, 41].
Спектральный анализ позволяет относительно простыми средствами оценивать временные и корреляционные характеристики параметров сигналов, что позволяет получать большее количество полезной информации об ОД. Решение задачи измерения параметров спектров сигналов основано на количественной оценке свойства когерентности. Исследование особенностей проявления данного свойства в отношении различных групп сигналов позволяет установить ряд закономерностей, которые можно использовать для расширения функциональных возможностей спектрального анализа, а именно автоматической классификации спектров сигналов. Математическая модель вычисления отношения размаха спектра сигнала к среднеквадратическому отклонению (СКО) спектра имеет вид:
Поскольку при идентификационных измерениях временных функций сигналов показатель NF служит количественной оценкой формы сигнала, то, по аналогии, в данной модели этот показатель выступает в качестве количественной оценки формы спектра.
Программное обеспечение
Для работы с картой сбора данных, обработки сигналов и реализации ЦБД используется система MATLAB [52-55]. В этой системе написана программа на языке [56] (см. приложение В), которая содержит все необходимые переменные, функции, команды, представляющие собой единую рабочую область, где в виде массивов хранятся данные, поступившие на входы карты сбора данных.
В настоящее время широко применяется высокопроизводительный язык для технических расчетов MATLAB, позволяющий выполнять вычисления, визуализацию и программирование. MATLAB используется для математических вычислений, созданий алгоритмов, моделирования, анализа данных, исследования и визуализации научной и инженерной графики, разработки приложений, включая создание графического интерфейса.
Основным элементом данных в MATLAB является массив, который позволяет решать различные задачи, связанные с техническими вычислениями, в несколько раз быстрее, чем при решении посредством программ с использованием "скалярных" языков программирования.
В MATLAB важная роль отводится специализированным группам программ, называемых toolboxes. Toolboxes – коллекция функций (М-файлов), которые позволяют решать задачи частных классов. Toolboxes применяются для обработки сигналов, систем контроля, нейронных сетей, нечеткой логики, вейвлетов, моделирования и т.д.
Система состоит из пяти основных частей.
1. Язык представляется собой совокупность матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования.
2. Среда – набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки m-файлов и приложений.
3. Графическая система, включает в себя команды для визуализации данных, обработки изображений и иллюстрированной графики, а также позволяет полностью редактировать внешний вид графики и создавать графический пользовательский интерфейс (GUI) для создания MATLAB приложений.
4. Библиотека математических функций включает в себя всевозможные вычислительные алгоритмы.
5. Программный интерфейс – библиотека, позволяющая писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB. Она включает средства для вызова программ из MATLAB (динамическая связь), вызывая MATLAB как вычислительный инструмент и для чтения-записи mat-файлов.
Изложенные выше достоинства определили среду разработки программного обеспечения для записи и обработки сигналов, поступающих с АЦП, и реализацию ЦБД.
В качестве основной аппаратной составляющей в ЦБД используется карта сбора данных PCI-9112 компании ADLINK, которая не имеет драйвера в стандартной библиотеке MATLAB. Поэтому было принято решение использовать стандартный toolboxes: Data Acquisition Toolbox – среду для обработки информации, получаемой с подключенного PC-совместимого оборудования для сбора данных, а также Signal Processing Toolbox – пакет по созданию программ обработки сигналов.
Для инициализации карты сбора данных в MATLAB с помощью Data Acquisition Toolbox [57] необходимо создать программу на m-языке, которая позволит системе распознавать карту сбора данных, а также устанавливать возможность работы с входными аналоговыми сигналами, поступающими с контрольных точек ПП. Листинг программы для инициализации карты PCI-9112, а также добавление определенного количества каналов, приведен ниже [58]: ai_device = analoginput( mwadlink , id); ai_channel = addchannel(ai_device, ch); где id – номер карты сбора данных в шине ПК, а ch – количество каналов. 72 В настоящей программе значение id равно 0, т.к. для подключения карты сбора данных используется нулевой слот PCI материнской платы. Значение ch равно количеству организованных каналов – 7.
Далее устанавливается частота дискретизации, количество отсчетов и тип «триггера», используемых для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Ниже приведен используемый код MATLAB:
set(ai_device, SampleRate , Fs); set(ai_device, SamplesPerTrigger , N); set(ai_device, TriggerType , t);
где Fs – необходимая частота дискретизации, N – количество отсчетов, t – тип триггера. В данной работе частота дискретизации сигнала, согласно теореме Котельникова, принята равной 35 кГц, количество отсчетов составляет 8192, тип триггера – Immediately, т.е. запись данных начинает осуществляться сразу после получения команды «Start (начать)». Следующим этапом работы программы является начало операции сбора данных и их последующее получение из созданного объекта аналогового входа. Код MATLAB имеет вид: Затем (поскольку полученные данные хранятся в общем массиве размерностью mxn, где m – количество отсчетов, а n – количество каналов сбора данных) производится их упорядочивание для корректного построения графиков. Это реализуется с помощью следующего кода MATLAB: где N – количество отсчетов, а n – количество используемых каналов сбора данных. Тестовый метод диагностики ПП ТРЦ, описанный в главе 2, предполагает, что для оценки параметров сигналов используются их амплитудные спектры. Поэтому далее происходит вычисление дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [59].
Отклики сигналов на выходе контрольных точек путевого приемника ТРЦ
Как было сказано ранее, в данном исследовании предложен тестовый метод диагностирования состояния ПП ТРЦ посредством сравнения параметров амплитудных спектров откликов сигналов на выходе контрольных точек при исправном и неисправном состоянии элементов. Поэтому для реализации тестового метода диагностики использованы реальные отклики сигналов с выходов контрольных точек ПП ТРЦ при различном состоянии элементов. В качестве примера на Рисунках 4.2 – 4.13 представлены амплитудные спектры откликов сигналов на выходе контрольных точек ПП ТРЦ при нормальной работе элементов ПП ТРЦ и при возникновении в них неисправностей. На оси абсцисс величина частоты представлена в Герцах, на оси ординат – амплитуда напряжения в Вольтах.
На Рисунке 4.2 представлен амплитудный спектр сигнала на выходе РЛ, сформированный ГП. Амплитудный спектр показывает, что частота несущей сигнала 780 Гц, а манипулирующей – 12 Гц.
Сравнительный анализ амплитудных спектров откликов сигналов, представленных на Рисунке 4.3 (а и б), показывает, что при коротком замыкании конденсатора С3 происходит существенное изменение составляющих спектра, а именно: происходит полное подавление сигнала ТРЦ; появляются гармонические составляющие, кратные 50 Гц.
Осциллограммы амплитудных спектров откликов сигналов, представленные на Рисунке 4.4, а показывают, что при обрыве конденсатора С2 полностью отсутствует полезный сигнал, но присутствуют составляющие в диапазоне от 0 до 150 Гц (максимальное значение амплитуды составляет около 4 В), а осциллограммы амплитудных спектров откликов сигналов, представленные на Рисуноке 4.5 (б) (короткое замыкание цепи база-коллектор транзистора VT1), показывают, что в совокупности с составляющими (Рисунок 4.4, а), присутствуют составляющие в рабочем диапазоне частот (средняя частота диапазона 780 Гц – уровень 0,5 В).
Амплитудный спектр отклика сигнала, представленный на Рисунке 4.6, показывает, что межвитковое замыкание первичной обмотки трансформатора TV2 вызывает значительное изменение амплитудного спектра отклика сигнала – практически полностью пропадает отклик в рабочем диапазоне.
Сравнение амплитудных спектров, представленных на Рисунке 4.7 а и б, показывает, что короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора TV2 вызывает значительное изменение составляющих спектра: полностью отсутствуют составляющие в рабочем диапазоне частот; появляются составляющие на частотах 25, 75, 125 175 и 225 Гц.
Сравнительный анализ спектров откликов сигналов, представленных на Рисунке 4.8 а и б, показывает, что при обрыве цепи база-коллектор транзистора VT11 появляются составляющие на частотах 5, 15, 25, 45, 55, 65, 75, 85, 95 и т.д. Гц.
Короткое замыкание цепи база-коллектор транзистора VT9 (Рисунок 4.9, а) показывает, что в этом случае в амплитудном спектре появляются составляющие со средними частотами 75 и 125 Гц, а при обрыве цепи коллектор-эмиттер транзистора VT10 (Рисунок 4.9, б) – составляющие, имеющие ярко выращенные лепестки с границами на частотах 40, 80, 120 и т.д. Гц. Сравнительный анализ амплитудных спектров откликов сигналов и сигнала с выхода контрольной точки – клеммы 63-82 (Рисунок 4.10, а и б) показывает, что при обрыве цепи база-эмиттер транзистора VT6 происходит появление лепестков с частотой следования порядка 8 Гц и уменьшение амплитуды постоянной составляющей в 2 раза. Короткое замыкание цепи база-эмиттер транзистора VT6 (Рисунок 4.11, а) вызывает незначительное изменение огибающей; обрыв цепи диода VD4 вызывает уменьшение амплитуды постоянной составляющей в 2 раза, а также изменение формы огибающей амплитудного спектра. Сравнительный анализ спектров откликов сигналов с выхода контрольной точки 63-82, представленных на Рисунке 4.12 а и б, показывает, что при обрыве цепи база-эмиттер транзистора VT6 происходит изменение огибающей в области второго, третьего и четвертого лепестков. Сравнительный анализ спектров откликов сигналов с выхода контрольной точки 63-82, представленных на Рисунке 4.13 а и б, показывает, что при обрыве первичной обмотки трансформатора TV6, происходит уменьшение постоянной составляющей на 0,7 В, и спектр приобретает форму лепестков с частотой следования порядка 10 Гц. Полученная база откликов сигналов на выходе контрольных точек ПП ТРЦ при исправных и неисправных элементах используется в Проектно конструкторско-технологическом бюро железнодорожной автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» при разработке системы диагностики и мониторинга состояния технических средств в хозяйстве автоматики и телемеханики, а также в ОАО «ЭЛТЕЗА» для совершенствования процесса диагностики путевых приемников тональных рельсовых цепей.
Процесс диагностирования, в ходе которого определяется неисправный функциональный узел или элемент на основе аппаратно-программной реализации, представленной в главе 3, осуществляется согласно разработанному алгоритму, который представлен на Рисунок 4.14.
Разработанный алгоритм используется в Проектно-конструкторско-технологическом бюро железнодорожной автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» при разработке системы диагностики и мониторинга состояния технических средств в хозяйстве автоматики и телемеханики, а также в ОАО «ЭЛТЕЗА» для совершенствования процесса диагностики путевых приемников тональных рельсовых цепей.
Диагностирование осуществляется следующим образом.
Подсоединяется диагностируемый блок к стенду диагностики ПП ТРЦ. Затем следует этап функциональной диагностики – на входы ПП ТРЦ от ГП и через Тр типа ПОБС-3А подаются рабочие воздействия, в результате чего ПП находится в динамическом режиме и выдает рабочие отклики на выходе контрольных точек на сигнал с выхода ГП.
На следующем этапе диагностирования происходит запись откликов сигналов с выходов контрольных точек ПП ТРЦ в память ПК с использованием АЦП, входящего в состав стенда диагностики. Затем полученные данные выводятся на экран ПК в виде осциллограмм сигналов во временной и частотной областях и также сохраняются в его памяти.
Далее следует этап загрузки в память ПК параметров спектров откликов сигналов с выходов контрольных точек ПП ТРЦ при исправной работе всех элементов, которые хранятся в базе данных.
