Система диагностики цепей управления электровоза

Система диагностики цепей управления электровоза

Содержание

Введение

. Общие сведения об электрических цепях электровоза

.1 Обозначение аппаратов и проводов

.2 Подключение источников питания цепей управления

.3 Принцип построения цепей управления электровозов серии ЧС7

. Расчет показателей надежности цепей управления

2.1 Статистическая вероятность безотказной работы  и отказ  цепей управления

.2 Расчет средней наработки до отказа  рассматриваемого устройства

.3 Расчет интенсивности отказов

.4 Расчет вероятности безотказной работы

. Система диагностики электрических цепей электровоза

.1 Существующие бортовые системы диагностики

. Микропроцессорная система диагностики цепей управления

.1 Принципы работы бортовой системы диагностирования оборудования

.2. Принцип цифровой передачи данных

.3 Элементная база и конструктивное исполнение

.4 Работа системы диагностики

. Охрана труда на производстве

. Определение эффективности применение систем диагностики при ремонте электровоза

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время всё большее распространение на железнодорожном транспорте получают микропроцессорные системы. Внедрение таких систем позволяет оптимизировать процесс управления локомотивом, снизить эмоциональную нагрузку на машиниста, а также разработать эффективный алгоритм защиты от ошибочных действий локомотивной бригады. Кроме того, наличие общей шины передачи данных позволяет соединить воедино систему управления тяговым приводом, систему автоведения и систему регистрации параметров движения. Это обстоятельство делает возможным целиком доверить процесс ведения поезда автоматике, что позволит получить экономию электроэнергии, повысить безопасность движения, а также обеспечить процесс управления «в одно лицо». Из последнего обстоятельства следует также, что необходимо оборудовать рабочее место машиниста таким образом, чтобы он мог выявлять и устранять неисправности, возникающие в пути следования, не выходя из кабины. Для силовых цепей тяговых электродвигателей эта задача решается посредством микропроцессорной системы управления, в которой имеется функция сбора аварийных схем моторного режима на программном уровне, а для цепей управления подобные системы только разрабатываются. В функции таких систем входит как диагностирование цепей управления с отображением результатов на экране монитора, так и сбор аварийной схемы по команде машиниста. Существовавшие ранее системы диагностики не позволяли выявлять неисправности с рабочего места, а требовали осуществления большого количества манипуляций с переключателями и перемычками.

В данной работе рассматривается принцип работы и конструктивное исполнение микропроцессорной системы диагностики, а также рассчитывается экономическая эффективность при проведении ремонта.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ЭЛЕКТРОВОЗА

.1 Обозначение аппаратов и проводов

электрическая цепь ремонт электровоз

В электрических схемах электровоза ЧС7 принято цифровое обозначение аппаратов и проводов и буквенное или буквенно-цифровое обозначение контактов.

Аппараты, входящие в силовую цепь тяговых двигателей, обозначены цифрами в пределах от 001 до 199, включенные в силовые цепи вспомогательных машин - от 200 до 299, входящие в цепи управления- от 300 до 399, аппараты цепей управления вспомогательными машинами - от 400 до 499, цепей аккумуляторной батареи и генераторов управления - от 500 до 599, цепей освещения - от 600 до 699, цепей отопления поезда - от 700 до 749, цепей подачи песка, защиты от боксования, звуковых сигналов - от 750 до 799, цепей измерения и сигнализации - от 800 до 849, цепей радиостанции - от 850 до 899.

Соединительные провода и кабели на схемах обозначены более мелкими, чем аппараты, цифрами, причем, как и аппаратам, им присвоены группы цифр в соответствии с местом включения: провода и кабели силовой цепи тяговых двигателей имеют номера от 001 до 199, цени вспомогательных машин - от 200 до 299, "минус" силовых цепей - 099, "минус" источников тока - 199, "минус" потребителей тока - 999 и т. д.

Зажимы выводов пусковых резисторов 090, 092 обозначены А, В, В1, С, С2, D, Е, F, G, J, Л; зажимы выводов шунтирующих резисторов - С, D, Е, G, Н; зажимы якорей тяговых двигателей и двигателей вспомогательных машин - А1 (со стороны "плюса") и В2 (со стороны "минуса"), зажимы обмоток главных полюсов - D1 и D2.

Последняя (четвертая) цифра в обозначении аппарата или провода указывает на принадлежность к 1-й или 2-й секции электровоза. Если в обозначении только три цифры, значит цепь, о которой идет речь, в обеих секциях одинакова и дополнительного уточнения принадлежности аппарата к 1-й или 2-й секции не требуется.

При описании цепей управления, освещения и сигнализации часто рассматриваются только аппараты и провода, относящиеся к 1-й секции.

.2 Подключение источников питания цепей управления

Низковольтные цепи получают питание от аккумуляторной батареи 802 и от бесконтактного зарядного устройства 271 со стабилизатором напряжения зарядному устройству по проводам 208, 210 от обмотки собственных нужд подводится переменное напряжение, которое в нем понижается, выпрямляется и сглаживается; выходное напряжение регулируется на 56 ± 1,5 В. В зарядном устройстве АБЬ2, применяемом на электровозах ЧС7, использованы магнитный усилитель с силовыми неуправляемыми вентилями, в зарядном устройстве типа АЭЬЗ электровозов ЧС7 - тиристоры с унифицированными блоками автоматики.

Данная схема в порядке модернизации в настоящее время внедряется также на ранних выпусках электровозов ЧС7.

Аккумуляторная батарея 802 подключается к зарядному устройству 271 через автоматический защитный выключатель 801. В связи с тем, что батарея включается на выходные выводы выпрямительного моста зарядного устройства (как в ASL2, так и в ASL3), ее подзарядка происходит только тогда, когда величина напряжения на выходе моста больше, чем на аккумуляторной батарее. В случае когда величина напряжения на аккумуляторной батарее больше, чем на выпрямительном мосту, ток от батареи течет к нагрузке.

Батарея состоит из 40 элементов, разделенных на две группы: в одной из них, основной,-37, в другой, резервной, - 3 элемента. В режиме нормальной работы зарядного устройства ручной переключатель 807, расположенный рядом с автоматическим защитным выключателем 801, установлен в положение, при котором замкнуты контакты А-- В и 1 - 2 (на электровозах ЧС7 - соответственно, Zx - Z2 и Xt- Х2). При этом происходит раздельная зарядка, т. е. 37 элементов заряжаются прямо от зарядного устройства 271, а 3 элемента через ограничивающий резистор 806. В случае неисправности только от аккумуляторной батареи, ручной переключатель 807 переставляют в положение А - С (ZX - Y2), и все элементы батареи включаются последовательно. Это позволяет аппаратуре и приборам низковольтных цепей функционировать нормально в течение 2 ч (питаясь только от аккумуляторной батареи). Отметим, что описанная система резервирования дополнительные элементы аккумуляторной батареи, ограничивающий резистор 806 и ручной переключатель 807 - установлены на электровозах начиная с ЧС7

Ток аккумуляторной батареи и зарядного устройства протекает по измерительному шунту 870х [В2], к которому подключены амперметры 870 и 872, расположенные на пультах управления. От общего плюсового провода 823 через соответствующие АЗВ питаются все низковольтные цепи электровоза. В частности, через АЗВ 395 [814] переключатели 456 (457) и реле давления 808 напряжение подается на катушку контактора 810, силовые контакты которого включают электродвигатель 812 малого компрессора для подъема токоприемников при подготовке электровоза к работе. Токовая защита цепи этого электродвигателя осуществляется автоматическим защитным выключателем 811. При работе малого компрессора на пультах управления горят сигнальные лампы 804, 805, получающие питание через замыкающие блок-контакты контактора 810. На электровозах ЧС7 от АЗВ 395 напряжение подается также на сигнальные лампы 820 и щупы 821 блока отыскания неисправностей в низковольтных цепях «БОН». Плюсового провода 823 через индивидуальные автоматические защитные выключатели напряжение подается также в следующие цепи:

Управления электровозом АЗВ 336, 337 [315]; аварийного управления ПС-АЗВ 359; управления вспомогательными машинами АЗВ 405, 410, песочницами АЗВ 455 и звуковыми сигналами АЗВ 535; освещения, прожекторов, буферных фонарей-АЗВ 600-605, 627- 629; питания ГВ, блока защит 850, группы реле 840 и реле безопасности - АЗВ 813; цепей низкого напряжения в выпрямительных установках АЗВ 817, 818, преобразователя радиостанции АЗВ 823; проверки сигнальных ламп АЗВ 830; электроплитки -АЗВ 321 [816]; термостатов в машинном помещении- АЗВ 800; питания реле времени пуска масляных насосов- АЗВ 814; системы отыскания неисправностей в низковольтных цепях: «ПУМ - Шкода»- АЗВ 565.

На электровозах начиная с ЧС7 соединение аккумуляторной батареи с низковольтными цепями электровоза выполнено штепсельными разъемами 831 - 834. С их помощью можно заряжать аккумуляторную батарею от сети депо. От этой сети также можно через штепсель 815 питать цепи освещения электровоза. На электровозах ЧС7, как и на электровозах до ЧС7, штепсельные разъемы отсутствуют.

.3 Принцип построения цепей управления электровозов серии ЧС7

Все потребители цепей управления получают питание от провода 5000, являющегося общим для обеих секций. В качестве аппаратов защиты применены автоматические защитные выключатели (АЗВ) срабатывающие при силе тока в цепи 2А, 4А, 6А, 10А, 16А. От одного АЗВ, как правило, получают питание несколько цепей. Коммутация цепей управления (кроме цепи токоприёмников) производится через выключатель цепей управления ВУ (3011(2)), расположенный на пульте машиниста. Данный пакетный переключатель оборудован механической блокировкой от ошибочных действий машиниста, запираемой на ключ. Запирание производится только в выключенном положении. Аналогично запираются переключатели управления токоприёмниками, мотор-компрессорами и мотор-вентиляторами. Таким образом, питание цепей быстродействующего выключателя, вспомогательных машин, управления тяговым и тормозным режимами возможно только после разблокирования органов управления пульта.

Для обеспечения зависимости в срабатывании аппаратов в цеп включены блокировочные контакты, обеспечивающие чёткую очередность срабатывания аппаратов или недопущение включения какого-либо аппарата при включении или отключении другого. Так, например, предотвращается подъем токоприёмников при включённых заземлителях и рвётся цепь удеживающей катушки и быстродействующего выключателя при срабатывании аппаратов защиты.

Для контроля срабатывания аппаратов защиты, установленных в силовых цепях тяговых электродвигателей, вспомогательных машин и отопления поезда служит реле 8061(2). Его питание производится через блокировки реле блинкерного табло, установленного в промежуточном коридоре каждой секции. При срабатывании какого-либо аппарата соответствующее блинкерное реле обесточивается и становится на самопитание. При этом обесточивается также реле 8061(2), разрывающее цепь питания промежуточного реле быстродействующего выключателя 4791(2) и удерживающей катушки БВ 0211(2). Восстановление блинкерных реле возможно только после нажатия на кнопку 8361(2), расположенную рядом с табло, при этом исключается явление машинального восстановления защиты без выявления причины срабатывания.

2. Расчёт показателей надёжности цепей управления

2.1 Статистическая вероятность безотказной работы  и отказ  цепей управления

В табл.2.1. приведены значения наработок до отказа в находившейся под контролем партии одинаковых устройств.

Таблица 2.1.1. Значения наработки устройства до отказа и заданные значения  и

Статистическая вероятность безотказной работы  и отказ  устройства для заданного значения , указаны в табл. 2.1.1. Далее необходимо рассчитать значение вероятности безотказной работы  по первым 20 значениям наработки до отказа, указанным для соответствующего варианта в таблице 2.1. Затем для заданной наработки  требуется рассчитать математическое ожидание числа работоспособных устройств  при общем числе находившихся в эксплуатации устройств, указанном в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2. Объем партии устройств и заданное значение

Статистически вероятность безотказной работы устройства для наработки  определяется как

, (2.1.1)

где     - число объектов, работоспособных на момент времени .

Вероятность отказа устройства за наработку  статистически определяется как

 (2.1.2)

Где  - число объектов, неработоспособных к наработке

Поскольку , нетрудно заметить, чему равна сумма вероятностей: . Произведем проверку правильности своих вычислений:

Оценку вероятности безотказной работы устройства по первым 20-ти значениям наработки до отказа обозначим как . Ее значение определяется также по формуле (2.1.1), но при этом , и число работоспособных объектов  выбирается из этой совокупности.

Тогда с учетом формулы (2.1.1) математическое ожидание числа объектов , работоспособных к наработке , определяется как

,

где     - объем партии устройств, определяемый по таблице 2.1.2.

2.2 Расчет средней наработки до отказа  рассматриваемого устройства

Первоначально вычисления произведен непосредственно по выборочным значениям , указанным в таблице 2.1.1, а затем с использованием статистического ряда.

Для вычислений среднего значения  случайной величины  непосредственно по ее выборочным значениям  используют формулу

. (2.2.1)

 ч, а .

Случайная величина распределения в пределах от 1 ∙103 до 17 ∙103.

Расчет распределения случайной величины, т.е. момент отказа,

Нижнюю границу интервала =1∙103 ч установить, пользуясь таблицей 2.1.1.

Статистический ряд показан графически на рис. 2.2.1.

Рис.2.2.1. Графическое представление статистического ряда

Таблица 2.2.2. Преобразование значений наработки до отказа в статистический ряд

Статистическая вероятность  попадания случайной величины на -ый интервал рассчитывается как

Значения  для всех разрядов и проверяется правильность расчетов, используя выражение

.

Для расчета среднего значения случайной величины в качестве «представителя» всех ее значений, принадлежащих -му интервалу, принимают его середину . Тогда средняя наработка до отказа определяется как

 (2.2.2)

Расчет с использованием формулы (2.2.2) вносит некоторую методическую ошибку. Однако ее значение обычно пренебрежимо мало. Эту ошибку в расчетах оценить по формуле

,

где     и  - средние значения, вычисленные соответственно с использованием формул (2.2.1) и (2.2.2).

2.3. Расчет интенсивности отказов

Требуется рассчитать интенсивность отказов  для заданных значений  и .

Интенсивность отказов  рассчитывается по формуле:

 (2.3.1),

где     - статистическая вероятность отказа устройства на интервале [, ] или иначе - статистическая вероятность попадания на указанный интервал случайной величины ;

[  = 12*103 ч,  =15*103 ч]

 - рассчитанная на первом шаге I-вероятность безотказной работы устройства.

Вероятность безотказной работы блока

 (2.3.2)

Средняя наработка блока до отказа находится как

. (2.3.3)

При последовательном соединении  блоков интенсивность отказов образуемой ими подсистемы:

. (2.3.4)

Если интенсивности отказов всех блоков одинаковы, то интенсивность отказов подсистемы

 (2.3.5)

а вероятность безотказной работы подсистемы

. (2.3.6).

С учетом (2.3.4) и (2.3.5) средняя наработка подсистемы до отказа находится как

.

Результаты расчета погрешности блока и подсистемы сводим в таблицу 2.3.1 и производится построение графика 2.3.2:

Таблица 2.3.1 Результаты расчета погрешности блока и подсистемы

Вероятности безотказной работы блоков не отличаются друг от друга.

Проверка результата расчета:

Рис.2.3.2. Зависимости Рδ(t) и Рп(t)

.4 Расчет вероятности безотказной работы

Для наработки  требуется рассчитать вероятность безотказной работы  системы (рис.2.4.1), состоящей из двух подсистем, одна из которых является резервной.

Рис.2.4.1 Структурная схема системы

Вероятности безотказной работы каждой системы одинаковы и равны . Тогда вероятность отказа одной подсистемы

=1- 0,4139=0.5861 (2.4.1)

Вероятность отказа всей системы  определяется из условия, что отказала и первая, и вторая подсистемы, т.е.

=0,3435 (2.4.2)

Отсюда вероятность безотказной работы системы

или иначе

 (2.4.3).

3. СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

.1 Существующие бортовые системы диагностики

Для того, чтобы облегчить локомотивной бригаде отыскание повреждений в низковольтных цепях, эти цепи разделены на отдельные участки. От граничных точек участков цепей отходят провода к устройствам отыскания неисправностей на схемах электровозов ЧС7 эти провода оканчиваются зажимами, на схемах электровозов ЧС7 - стрелками.

Примененный на электровозах ЧС7 блок отыскания неисправностей («БОН») (рис.3.1) размещен в шкафу рядом с первой кабиной. БОН представляет собой текстолитовую панель с медными выводами, к которым присоединены вышеуказанные провода. Выводы пронумерованы в соответствии со схемами низковольтных цепей. На панели находятся также два зажима (плюсовый и минусовый) для подсоединения гибких проводников и сигнальные лампы (также плюсовая и минусовая). Для отыскания неисправности достаточно с помощью одного из гибких проводников «прозвонить» выводы на панели БОН.

На электровозах ЧС7 установлено усовершенствованное устройство-«ПУМ - Шкода» (рис.3.2, 3.3), позволяющее в максимально короткий срок проконтролировать целостность любой из основных низковольтных цепей, а именно цепей токоприемников, главного выключателя, управления электровозом, блокировок безопасности. Система «ПУМ-Шкода» типа КЭН смонтирована в отдельном шкафу в поперечном коридоре электровоза. Выбор контролируемой цепи и подвод питающего напряжения осуществляются с помощью многополосных переключателей 560, 561. Контакты 1-2 и 9-10 главного переключателя 560 и контакты 1-2 переключателя 561 включены в цепи управления токоприемниками и главным выключателем, благодаря чему обеспечивается возможность контроля низковольтных цепей лишь при отсутствии на электровозе высокого напряжения.

Контроль целостности низковольтных цепей осуществляется следующим образом. Главный переключатель 560 устанавливают в одно из шести рабочих положений (I - VI, положение VII является резервным), указывающим контролируемую цепь. При этом напряжение от общего плюсового провода 823 через АЗЕ565, контакты 5-6 переключателя 560 и замкнутые в выбранном положении контакты этого переключателя 11-12 и 23-24, а также замыкающий контакт кнопки 564 будет подано на контакт 42 переключателя 561 (31 - Б6, Б7 - резерв) и соответственно на первую (со стороны плюса) граничную точку контролируемой цепи.

Рисунок 3.2. Схема цепей системы отыскивания неисправностей в низковольтных цепях «ПУМ-Шкода» электровоза ЧС7

Рисунок 3.3. Шкаф системы «ПУМ-Шкода»

Если проверяемая цепь исправна, то на панели шкафа «ПУМ-Шкода» загорятся все сигнальные зеленые лампы ZI - Z18. В случае когда какая-либо из указанных ламп не горит, это значит, что на данном участке контролируемой цепи имеется разрыв. Включением специальных выключателей PI - Р18 можно зашунтировать участок с разрывом; при этом загорается соответствующая красная сигнальная лампа. Тем самым определяется участок контролируемой цепи с разомкнутыми контактами. Задачей локомотивной бригады является установить, должны ли данные контакты быть включены согласно положению коммутирующих аппаратов на электровозе в момент проверки или этот участок цепи служит источником повреждения. Следует отметить, что сигнальная лампа Z18 включена отлично от других, так как предназначена для контроля целостности участка цепи со стороны корпуса.

Амперметр 563 предназначен для проверки целостности катушек аппаратов, к которым он подключается в обход сигнальных ламп нажатием кнопки 564. Сигнальные лампы Ll - L6 (L7 - резерв) указывают контролируемую цепь - питание на них приходит через контакты переключателя 561.

Проверка цепей управления блоками диагностики

На электровозах ЧС7 в каждой секции установлены устройства ПУМ-"Шкода" типа 2 КСЛ 1 для быстрого контроля основных цепей управления.

На панели управления блока диагностики расположены следующие аппараты:

А8 - главный переключатель для ввода в действие блока и выбора проверяемой цепи;

А1 -А7- переключатели для подключения проверяемой цепи к блоку диагностики (подключают цепи: А1 - БВ, А2 - линейных контакторов, АЗ - вспомогательных машин, А4- сигнализации, А5 - набора позиций, А6 - сброса позиций и реостатных контакторов. А7- ЭДТ);

амперметр для определения силы тока, потребляемого аппаратами проверяемой цепи;

АЗВ "Р" (10 А), предохраняющий цепи от к. з.

- 1.7 - контрольные лампы красного цвета, сигнализирующие при включении выключателей Л1 -17 о выбранной для контроля цепи;

-7.18- контрольные лампы синего цвета, сигнализирующие о том, что в точках контроля выбранной цепи есть напряжение;

У1 - У18 - контрольные лампы желтого цвета, сигнализирующие о включении соответствующих выключателей Р1 - Р18;

Р1 - Р18 -выключатели контроля, шунтирующие разомкнутые или неисправные контакты в цепи.

Для проверки цепей блоками диагностики необходимо: затормозить электровоз; выключить ВУ 301 и БВ 021; включить заземлители; перекрыть разобщительные краны к клапанам токоприемников; проверяемую цепь отключить соответствующим АЗВ; на блоке диагностики включить АЗВ "Р" ПО А); переключателем А8 произвести выбор проверяемой цени, а переключателями А1 -А7 подключить се к блоку диагностики.

На электровозах до № 76 на внутренней стороне блока диагностики находится электрическая схема блока. При последовательном включении определенных аппаратов в проверяемой цени свечение соответствующих сигнальных ламп синего цвета 2 будет свидетельствовать об исправности цепи от ее начала до провода, соединенного с загорающейся лампой и указанного на схеме блока. При невключении какой-то лампы 2 можно сразу видеть неисправный участок цепи и по схеме цепей управления определить неисправные блок-контакты аппаратов, входящих в данный участок.

На электровозах с № 76 схема для удобства заменена таблицей (находящейся па кожухе блока), на которой указаны блок-контакты и аппараты, входящие в ту или иную проверяемую цепь. Пользусь таблицей, можно определить по свечению синих сигнальных ламп 2, до каких блок-контактов или аппаратов (включительно) исправна проверяемая цепь. Неисправный участок цепи шунтируется выключателями Р1 - Р18.

В качестве примера рассмотрим, как с помощью блоков диагностики осуществляется проверка цепей включения БВ 021. В связи с изменением электрических цепей включения БВ на электровозах с № 76 проверка их отличается от проверки на электровозах до № 76. На последних, как указано выше, необходимо пользоваться схемой, расположенной в блоке диагностики. Разберем сначала порядок пользования блоками диагностики на электровозах с № 76.

При проверке цепей включения БВ необходимо выключить АЗВ 4751. переключатель А8 поставить в положение "А1", переключатель А1 поставить в положение "I". Включить АЗВ "Р" на блоке диагностики. Далее действовать в такой последовательности.

. Принудительно включить реле 4851 (при проверке блоками диагностики 1-й секции) или 4852 (при проверке блоками диагностики 2-й секции), либо включить выключатель Р1 При этом, если проверка выполняется в 1-й секции, должны загореться лампы 21, 22, 26, если во

-й секции - 7,1, 7,5. Пользуясь таблицей, но свечению данных ламп определяем, до каких блок контактов аппаратов есть напряжение в цепи.

При проверке цепи БВ блоками диагностики на 1-й секции сигнальная лампа Z1 контролирует участок цепи от ее начала до блок контактов реле 4851, т. е. от провода 4001 до провода 4040. и свечение ее свидетельствует об исправности блок контактов 4781. 4771, 4851 Лампа Z2 контролирует участок до блок контактов реле 4852. т. с. от провода 4040 до провода 4060, и свечение ее указывает на исправность блок контактов 4782 . 4772 . 4852. Лампа 7,6 контролирует участок до блок контактов реле 2011, т. е. от провода 4060 до провода 4091. и свечение ее указывает на исправность блок контактов реле 0151. 7001. 0251. 0261. 2011.

При проверке цепи БВ блоками диагностики на 2-й секции лампа 7,1 контролирует участок цепи до блок контактов реле 4852, т. е. от провода 4001 до провода 4060. и свечение ее указывает на исправность блок контактов 4781. 4771, 4851. 4782, 4772. 4852. Лампа 75 контролирует участок до блок контактов реле 2012, т. е. от провода 4060 до провода 4092, и свечение се указывает на исправность блок контактов реле 0152, 7002, 0252. 0262. 2012.

. ВУ 301 поставить в положение "Включение БВ". При этом, если проверка выполняется в 1-й секции, должны дополнительно загореться лампы 73, 74, 77 и должен включиться БВ 0211. При проверке во 2-й секции должны дополнительно загореться лампы 72; 73; 76; и должен включиться БВ 0212.

При проверке блоками на 1-й секции лампа 73 контролирует участок до блок контактов реле 525, то есть от провода 4060 до провода 4191. и свечение ее указывает на исправность блок контактов 29- 30 ВУ 301, БВ 0211, контактора 4001, реле 3231. Лампа 74 контролирует участок до катушки контактора 4791, то есть от провода 4191 до провода 2831. и свечение ее указывает на исправность блок контактов реле 0671, 0681, 8061 и контактора 4791 Лампа 77 контролирует участок до катушки БВ 0211, то есть от провода 4091 до провода 4111. и свечение ее указывает на исправность блок контактов контактора 4791 и БВ 0211.

На 2-й секции лампа 72 контролирует участок до блок контактов реле 3232. тоесть от провода 4060 до провода 4192. и свечение се указывает на исправность блок контактов 29 - ЗОВУ 301. БВ 0212. контактора 4002, реле 3232 Лампа 73 контролирует участок до катушки контактора 4792, т. е. от провода 4192 до провода 2832, и свечение ее указывает на исправность блок контактов реле 0672, 0682. 8062 и контактора 4792. Лампа 76 контролирует участок до катушки БВ 0212, т. е. от провода 4092 до провода 4112, и свечение се указывает на исправность блок контактов контактора 4792 и БВ 0212.

. Установить ПБК 330 на переходную позицию. При этом, если проверка выполняется в 1-й секции, должна загореться лампа 75, что свидетельствует об исправности участка цепи от провода 4060 до

провода 4120 и блок контактов ПБК 3301. При проверке во 2-й секции должна загореться лампа 74, что свидетельствует об исправности участка цепи между проводами 4060 и 4120 и блок контактов ПБК 3302.

. Включить выключатели Р1 - Р4 и нажатием на кнопку А9 проверить ток катушки контактора 4791 или 4792. Включить выключатели Р1 - Р7 и проверить ток катушек БВ 0211 и 0212

Неисправный участок цени шунтируется соответствующим выключателем Р1 - Р7

Для проверки цепей БВ блоками диагностики на электровозах до № 76 необходимо установить переключатели А8 и А1 в положение "1". При этом должны загореться сигнальные лампы 7.1. 72, 710 при проверке в

- й секции или 71. 72 . 79 при проверке во 2-й секции. Свечение лампы 71 свидетельствует при проверке в 1-й секции о наличии питания на проводе 4051 (это видно по схеме на внутренней стороне блока диагностики) и исправности блок контактов 4782, 4772, 4781. При проверке во 2-й секции - о наличии питания на проводе 4040 и исправности блок контактов 4782. 4772 Свечение лампы 72 свидетельствует о наличии питания на проводе 4060 и исправности блок контактов 4771 (при проверке в 1-й секции) или 4781, 4771 (при проверке во 2-й секции). Свечение лампы 710 свидетельствует о наличии питания на проводе 4101 и исправности блок контактов реле 0151, 0152, 7002. Свечение лампы 79 свидетельствует о наличии питания на проводе 4102 и исправности блок контактов реле 0151, 0152, 7002.

Далее следует включить принудительно реле 4851 или 4852. При проверке в 1-й секции должна загореться лампа 74, что свидетельствует о наличии питания на проводе 4160 и исправности блок контактов реле 4851. При проверке во 2-й секции должна загореться лампа 73, контролирующая наличие питания на проводе 4150 и исправность блок контактов реле 4852

ВУ301 поставить в положение "Включение БВ". При этом должны загореться лампы 71 -711 в 1-й секции или 71 - 710 во 2-й секции и должен включиться БВ 021. Если, например, не загорелась лампа 75 (74 во 2-й секции), следовательно, нет питания на проводе 4170 (4180 во

- й секции) из-за неисправности контактов 29-30 ВУ 301. Если не загорелась лампа 77 при проверке в 1-й секции, значит нет питания на проводе 4201 из-за неисправности блок контактов реле 0671.

Таким образом, по невключению определенных ламп 7 находят неисправный участок цепи.

4. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ

ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ

.1 Принципы работы бортовой системы диагностирования оборудования

Современные условия эксплуатации подвижного состава обусловливают появление и развитие диагностических систем. Становится очевидным, что экономически выгоднее предупредить отказ оборудования, чем ремонтировать отказавшее оборудование, ликвидировать сбой движения поездов, вызванный этим отказом на линии. Эффективность эксплуатации электровоза напрямую зависит от устойчивой и надежной работы его основных узлов и агрегатов. Техническое состояние парка тягового подвижного состава оценивается по ряду показателей: количество случаев неисправностей в пути следования; процент неисправных узлов и агрегатов; количество случаев непланового ремонта. Основным показателем, характеризующим общий технический уровень дороги в целом, а также и качество ремонта и технического обслуживания, является количество случаев неплановых ремонтов. Кроме того, телекоммуникационная и вычислительная техника позволяет создавать надежные и дешевые бортовые системы сбора и анализа диагностической информации. К тому же на локомотивы устанавливается большое количество микропроцессорных систем как управляющих (система автоведения, САУТ), так и информационных и информационно-управляющих (КЛУБ, КПД). Используя аппаратные средства этих систем, а также информацию, которую собирают и создают данные системы, можно создать бортовую систему диагностирования без существенного увеличения и удорожания оборудования локомотива.

Развитие систем автоведения и бортовых систем диагностирования подвижного состава, использование для их работы различных датчиков и микропроцессорных устройств повлекло за собой усложнение и удорожание кабельной системы, обслуживающей бортовую электронику на подвижном составе. В связи с этим возникла потребность в выборе высокопроизводительного и надежного последовательного интерфейса для обмена сообщениями между различными блоками систем управления и бортовых систем диагностирования.

На борту локомотива датчики и устройства обработки информации объединяются в сети. При разработке требований к таким бортовым сетям следует учитывать специфику размещения оборудования на локомотиве. Для повышения эффективности работы систем необходима высокая скорость обмена. Для обеспечения безопасности движения и высокой достоверности собранной информации принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи. Большое значение имеет также и такая характеристика, как возможность работы с большими нагрузками, т. е. с высокой интенсивностью передачи данных от датчиков к устройствам управления, обработки и накопления информации.

С появлением микропроцессорных систем для тягового подвижного состава появилась возможность диагностирования цепей управления на программном уровне. Для этого необходимо проводить периодическую проверку отдельных участков цепей для получения информации о напряжении на них, это осуществимо с помощью блока диагностики электрических цепей тягового подвижного состава имеющего в своем составе платы дискретного ввода, к входам которых подходят сигналы от участков цепей управления, после получения сигнала с помощью АЦП, он преобразует в цифровой сигнал, и по CAN -шине поступает в центральный вычислитель. В память системы заложены сведения о цепях, порядке включения блокировок и о мощности нагрузки. Сопоставляя полученную информацию с данными из математической панели работы цепи, система делает вывод о наличии неисправности. При наличии неисправности на диагностируемом мониторе выдается сообщение о характере неисправности, и выводится на изображение диагностируемой цепи с цветовым выделением, неисправного участка цепи. Кроме того, в систему может быть заложена функция сбора аварийных схем.

.2 Принцип цифровой передачи данных

К настоящему времени разработано несколько сотен сетевых технологий, однако для использования на железнодорожном транспорте подходят лишь немногие из них. Стандартные сети обеспечивают достаточно большой диапазон абонентов, должную скорость передачи и отвечают ряду других требований. Но проблема выбора для бортовых систем все еще остается. Это связано в первую очередь со спецификой эксплуатации железнодорожного транспорта. Следует отметить, что в отличие от программных средств, заменить которые достаточно просто, аппаратные средства служат долго, так как их частая замена нецелесообразна: приведет к большим затратам, к необходимости перекладки кабелей и к ряду других трудностей.

Впервые идея CAN была предложена в середине 80-х немецкой компанией Robert Bosch, которая задумывала ее в качестве экономичного средства для объединения контроллеров, расположенных внутри автомобиля. Традиционный способ связи распределенных по объекту контроллеров жгутами проводов по своей технической сложности, по ценовым и по весовым параметрам для столь массового изделия, коим является автомобиль, оказался непригоден. Требовалось альтернативное решение, сокращающее количество проводов, поэтому был предложен протокол CAN, для которого достаточно любой проводной пары.

Идея заключалась в том, чтобы создать сетевое решение для распределённых систем, работающих в реальном времени. Первоначально CAN применялся в автомобилях, но затем область его применения расширилась и на проблемы автоматизации технологических процессов.

CAN обеспечивает высокий уровень защиты данных от повреждения даже при работе в сложных условиях (сильные помехи), при этом достигается достаточно большая скорость передачи данных (до 1 Мбит/с). Важным достоинством CAN также то, что разработчик системы может влиять на приоритет сообщений с тем чтобы самые важные из них не ожидали в очереди на отправку. Это свойство CAN позволяет строить сети, поддерживающие реальный масштаб времени.

Высокая степень и надежности сети благодаря развитым механизмам обнаружения и исправления ошибок, самоизоляции неисправных узлов, нечувствительность к высокому уровню электромагнитных помех обеспечивает сети широчайшую сферу применения.

Среди многочисленных факторов, обеспечивших взлет популярности CAN в последние годы, следует отметить разнообразие элементной базы CAN и ее дешевизну.

Немалую роль играет и возможность поддержки разнотипных физических сред передачи данных от дешевой витой пары до оптоволокна и радиоканала. А ряд оригинальных механизмов сетевого взаимодействия (мультимастерность, широковещание, побитовый арбитраж) в сочетании с высокой скоростью передачи данных (до 1 Мбит/с) способствуют эффективной реализации режима реального времени в системах распределенного управления.

В любой реализации CAN - носитель (физическая среда передачи данных) интерпретируется как эфир, в котором контроллеры, работают как приемники и передатчики. При этом, начав передачу, контроллер не прерывает слушание эфира, в частности он отслеживает и контролирует процесс передачи текущих, предаваемых им же, данных. Это означает, что все узлы сети одновременно принимают сигналы передаваемые по шине. Невозможно послать сообщение какому-либо конкретному узлу. Все узлы сети принимают весь трафик передаваемый по шине. Однако, CAN-контроллеры предоставляют аппаратную возможность фильтрации CAN-сообщений.

CAN сеть предназначена для коммуникации так называемых узлов. Каждый узел состоит из двух составляющих. Это собственно CAN контроллер, который обеспечивает взаимодействие с сетью и реализует протокол, и микропроцессор (CPU).

Максимальная скорость сети CAN в соответствие с протоколом равна 1 Mbit/s. При скорости в 1 Мбит/с максимальная длина кабеля равна примерно 40 метрам. Ограничение на длину кабеля связано с конечной скоростью распространения сигнала и механизмом побитового арбитража (во время арбитража все узлы сети должны получать текущий бит передачи одновременно, те сигнал должен успеть распространится по всему кабелю за единичный отсчет времени в сети.

Логический ноль регистрируется, когда на линии CAN_H сигнал выше, чем на линии CAN_L. Логическая единица - в случае когда сигналы CAN_HI и CAN_LO одинаковы (отличаются менее чем на 0.5 В). Использование такой дифференциальной схемы передачи делает возможным работу CAN сети в очень сложных внешних условиях. При одновременной передаче в шину лог. нуля и единицы, на шине будет зарегистрирован только логический ноль (доминантный сигнал), а логическая единица будет подавлена (рецессивный сигнал).

Быстродействие CAN сети (до 1 Мбит/с) достигается благодаря механизму недеструктивного арбитража шины посредством сравнения бит конкурирующих сообщений. То есть, если случится так, что одновременно начнут передачу несколько контроллеров, то каждый из них сравнивает бит, который собирается передать на шину с битом, который пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов равны оба контроллера пытаются передать следующий бит. И так происходит до тех пор пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другой (другие) контроллер прервёт свою передачу до того времени пока шина вновь не освободится. Конечно, если шина в данный момент занята, то контроллер не начнет передачу до момента её освобождения.

Эта спецификация CAN исходит из предположения, что все CAN контроллеры принимают сигналы с шины одновременно. То есть в одно и то же время один и тот же бит принимается всеми контроллерами в сети. С одной стороны такое положение вещей делает возможным побитовый арбитраж, а с другой стороны ограничивает длину CAN шина. Сигнал распространяется по CAN шина с огромной, но конечной, скоростью и для правильной работы CAN нужно , чтобы все контроллеры "услышали" его почти одновременно. Почти, потому что каждый контроллер принимает бит в течении определённого промежутка времени, отсчитываемого системным часам. Таким образом, чем выше скорость передачи данных, тем меньшая длинна CAN шина возможна.

Данные по CAN сети пересылаются в виде отдельных кадров стандартного формата. Наиболее важными полями являются поле идентификатора (identifier) и собственно данные (data).

Идентификатор служит уникальным именем для типа сообщения и определяет то, кем будет принято и как будет интерпретировано следующее за ним поле данных. Чему именно (арифметически) равно это число, в общем случае не имеет значения. Такая контекстная адресация отличается рядом достоинств для сетей небольшого масштаба. Она обеспечивает максимально возможную простоту модернизации. Поскольку децентрализованные контроллеры никак не связаны между собой логически, добавление нового элемента в систему никак не повлияет на поведение всех остальных.

Более интересным представляется использование идентификаторов в качестве основного инструмента, используемого в процедуре разрешения коллизий. В CAN в качестве основного критерия для разбора коллизий, для принятия решения, кому отдать эфир, используется приоритет сообщений. Если одновременно несколько станций начали передачу, и при этом произошла коллизия, происходит суперпозиция передаваемых идентификаторов. Идентификаторы последовательно, побитно (bitwise), начиная со старшего, налагаются друг на друга и в их "противоборстве" выигрывает тот, у кого меньше арифметическое значение идентификатора, а значит, выше приоритет. Доминантный "нуль" подавит единицы и в любом случае к концу передачи поля идентификатора оно станет равно более приоритетному значению. Таким образом, система позволяет на уровне проектирования (и определения идентификатра) для любого сообщения в системе заранее предопределить его приоритетность в обслуживании.

Приоритетность сообщения, таким образом определяется значением идентификатора. Приоритет тем больше, чем идентификатор меньше. Как правило контроллер позволяет задавать лишь эти два поля. Остальные поля используются для передачи специфических данных, необходимых для функционирования CAN.

В настоящее время связь между бортовыми датчиками и устройствами обработки информации системы выявления опасных отказов электровоза ЧС7 осуществляется посредством протокола CANopen (Controller Area Network). Выбор был обусловлен хорошими характеристиками, высокой помехозащищенностью, возможностью развития и относительной простотой реализации. Помимо всего прочего, интерфейс удобен для объединения в сеть различных программируемых микропроцессорных устройств, таких, как блоки аналогового и дискретного ввода-вывода и управления.

Наличие известных решений для высокоуровневых протоколов на основе стандарта CAN позволяет создавать открытые распределенные системы на подвижном составе. Основной чертой протокола CANopen, позволившей применять его на подвижном составе, является, в отличие от других рассмотренных в статье интерфейсов, возможность работать на основе техники распределенных сообщений. Такая техника способна принять 2048 или 512 миллионов различных сообщений. Информация, передаваемая в сети, доступна для приема любым узлом системы, который, используя фильтр, реализованный программно или аппаратно, принимает решение об обработке или игнорировании сообщения. В структуре кадра предусмотрено наличие 11- или 29-битного идентификатора, указывающего, помимо прочего, и на приоритет доступа сообщения к каналу передачи. Благодаря этому интерфейс обеспечивает возможность передачи важных сообщений с очень малыми временами задержки даже в моменты пиковой загрузки шины. При длине идентификатора в 11 бит в сети возможна передача 2048 сообщений. Если используется идентификатор длиной 29 бит, то число передаваемых сообщений может составить 512 миллионов .

Поскольку передача сообщения в сети CAN может быть инициирована любым узлом сети (принцип многомастерной конфигурации сети) при свободной шине, любой узел может обмениваться информацией с любым узлом. Это позволяет обеспечить режим сообщений, при котором оперативно обслуживаются события, возникающие в разных точках сети по всему поезду, что является принципиальным преимуществом перед другими рассмотренными сетями.

.3 Элементная база и конструктивное исполнение

Конструктив ЕВРОМЕХАНИКА является международным стандартом. В корзину (раму, крейт) ЕВРОМЕХАНИКА могут встраиваться изделия от разных производителей. Все габариты несущих конструкций имеют необходимые допуски для обеспечения совместимости, что позволяет учитывать отклонения размеров при производстве и сборке конструктивов ЕВРОМЕХАНИКА и печатных плат. Под конструктивом в данном случае понимается изделие, состоящее из отдельных элементов системы ЕВРОМЕХАНИКА, вместе представляющих собой единую целостную механическую конструкцию. Допустимы изменения и дополнения, но без механической обработки отдельных конструктивных элементов.

Основой конструктива является корзина (крейт), то есть конструкция, предназначенная для установки - путем вдвижения по направляющим - печатных плат или модулей (кассет) с последующей их фиксацией каким-либо способом на несущих элементах конструктива (например, винтами на резьбовых вставках профиля). Слева и справа на корзине размещены фланцы, имеющие стандартные отверстия для закрепления корзины в стойке (шкафу). Фланцы бывают: в виде отдельных элементов ("рабочими" - для крепления конструктива и декоративными - передние фланцы) и в составе боковых стенок (выполненных в виде единого несущего элемента конструкции).

По торцам корзины устанавливаются профили, представляющие собой фигурные элементы, в пазах которого закрепляются некоторые элементы конструктива (например: резьбовые вставки 2,5 и 3 мм; изолирующие вставки). Профиль имеет значительный запас прочности, т.к. является элементом несущей конструкции. Профиль фиксируется на левой и правой боковых стенках винтами (в самоконтрящихся резьбовых отверстиях профиля).

Для установки плат в корзину устанавливаются направляющие, пластиковое или металлическое изделие с продольным пазом. Закрепляется они в специальных отверстиях профиля корзины защёлками и/или винтами. Использование направляющих унифицирует и упрощает фиксацию печатных плат или модулей в корзине.

Отдельные платы блоков изготавливаются в виде модулей, устанавливаемых в направляющие. Модель является законченным изделием, может иметь защитную внешнюю оболочку, например, металлическую (в этом случае, модуль называется кассетой). В модуль входит одна или несколько печатных плат или иных электромеханических конструкций. Внешние габариты модуля соответствуют стандартным габаритам системы ЕВРОМЕХАНИКА.

Печатная плата, вдвигаемая по направляющим в корзину, может иметь как стандартные, так и нестандартные габариты. На платах устанавливаются стандартные или нестандартные разъёмы ("male") для подключения к кросс-плате или кросс-шине (с установленными разъемами "female").

Лицевая панель корзины представляет собой прямоугольную панель из металла или пластика. Выполняет также дизайнерские и информационные функции. Чаще всего удерживает печатные платы или может являться только фальш-панелью (заглушкой). Имеет по углам отверстия для крепления в корзине.

Для размещения корзины в необходимом для работы месте служит стойка, являющаяся внешним конструктивом для корзины, причем корзина может вставляться в кожух и закрепляться в кожухе за фланцы. Внешние габариты стойки могут быть самыми различными. Стойка может наращиваться только по высоте и никогда по ширине. Стойка в настольном исполнении часто выполняется в виде отдельного прибора. Имеются варианты закрепления стойки на стене, и тогда она превращается в настенный пульт. Кроме перечисленных элементов для монтажа используются дополнтельные, ополняющие конструкцию таким образом, чтобы придать им необходимые эксплуатационные качества, отсутствующие в стандартном исполнении: дверцы на стойке, крышки на корзине, ручки для транспортировки корзины, элементы крепления или заземления печатных плат, специальные резьбовые вставки и изолирующие прокладки, специальные крепежные элементы для корзин в стойках, специальные субкорзины для преобразования форматов корзин, шины для крепления разъёмов и кросс-плат и другие устройства и приспособления, расширяющие возможности системы ЕВРОМЕХАНИКА.

В системе ЕВРОМЕХАНИКА принят интерфейс на базе разъемов стандарта DIN 41612 , которые устанавливаются либо винтами непосредственно на профилях корзины, либо на печатных платах - в один ряд (для плат высоты ЗU) или в два ряда (для плат высоты 6U).

Вставляемые в корзины стандартные модули (кассеты), состоят из нескольких плат; соответственно, модуль может содержать до 2...4 и более стандартных разъемов.

Минимальное расстояние между направляющими в системе ЕВРОМЕХАНИКА ограничено шириной разъемов. При применении модулей с несколькими платами эту особенность необходимо учитывать для возможности использования нескольких ответных разъемов на кросс-плате одной корзины.

Стандарт ЕВРОМЕХАНИКА использует два варианта разъемов кросс-системы:

кросс-плата с печатным соединением разъемов в шинную структуру;

кросс-система из разъемов, привинчиваемых на специальные посадочные места и соединенных в шинную систему. Например: пайкой, накруткой или каким-либо иным способом.

С целью унификации в системе ЕВРОМЕХАНИКА приняты размеры в условных единицах, связанных с метрической системой мер. Так для измерения ширины приняты единицы ширины TH (от немецкого «Teileinheit»), которые имеют соотношение с метрическими единицами ТH = 5.08 мм (0.2").

Высота корзины (рамы) печатных плат задаётся условной единицей HE (от немецкого «Hoeheneinheit»), которая равна 44.45 мм.

Глубина корзины (рамы) измеряется в миллиметрах. Шаг глубины для стандартного ряда корзин - 60 мм.

Высота стандартных плат вычисляется по формулам:

Высота = N x U - 33.35 мм.

Высота стандартной платы:

ЗU = 100 мм,

U = 233.35 мм.

Стандартный ряд ЕВРОМЕХАНИКА определяет следующие длины плат: 100, 160, 220, 280 мм. Плата 100 x 160 мм называется Европлатой (Europlatte, Eurocard), печатная плата с габаритами 233 x 160 мм называется двойной Европлатой;

Максимальная ширина корзины равна 19" (19 дюймов = 19 x 25.4 мм) = 482.6 мм. Это полная ширина корзины - расстояние «от края до края», что соответствует максимальной ширине корзины (рамы) 84 TH.

Также, широко распространены корзины со следующими параметрами: 42 ТH, 57 TH, 63 ТH, 84 ТH.

Все величины производители округляют до значений, удобных в производстве, но, чтобы изделие было совместимо со стандартными узлами других производителей. В результате отсутствуют «щели», «пазы» и другие элементы несоответствия размеров при применении изделий разных производителей.

Все производители обеспечивают совместимость с изделиями других производителей на уровне плат, рам и стоек. Профили корзин и стоек иногда имеют различные сечения, предназначенные для установки «фирменных» направляющих или специальных монтажных уголков.

Стандартные лицевые панели и фальш-панели (заглушки) выпускаются различных типоразмеров. Это позволяет устанавливать вместо лицевых панелей корзины фальш-панели (заглушки), что устраняет неконструктивные зазоры. Данное решение даёт возможность разработчикам не разрабатывать собственные лицевые (и фальш-) панели. Возможна доработка стандартных фальш-панелей до требуемой ширины. Имеются фальш-панели на всю ширину лицевой панели.

Блочная часть бортовой системы диагностики включает в себя блоки дискретного ввода, преобразующие получаемый дискретный сигнал от цепей управления в цифровой, передаваемый далее по CAN-шине, и блоков дискретного управления, осуществляющих коммутацию цепей при сборе аварийных схем на. Поступающий из цепей управления электровоза сигнал направляется на логические элементы блока дискретного ввода (рис.4.2), выходной сигнал которых поступает на аналогово-цифровой преобразователь. Блоки дикретного управления включают в себя твердотельные реле, которые при поступлении сигнала коммутируют соответствующую цепь. таким образом имеется возможность автоматического сбора аварийных схем.

Твердотельные реле предназначены для использования в цепях постоянного и переменного тока в системах автоматического регулирования приводов электродвигателей, цепях автоматического управления и регулирования.

Основными областями применения являются системы промышленного нагрева, температурного контроля, промышленного и общественного освещения, управления электродвигателями и трансформаторами, непрерывного электропитания.

К преимуществам твердотельных реле относятся:

длительный срок службы (более 1 млрд. срабатываний) и высокое быстродействие;

отсутствие электромагнитных помех в момент подключения;

отсутствие дребезга контактов и акустического шума;

отстутствие дугового разряда при размыкании (применение во взрывоопасной среде);

высокое сопротивление изоляции между входом и выходом;

малое энергопотребление;

герметичность конструкции, стойкость к ударам и вибрации.

Твердотельное реле (ТТР) - это класс модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле и контакторов.

По типу нагрузки твердотельные реле (ТТР) делятся на однофазные и трехфазные. Широкий диапазон коммутируемого напряжения - 40…440 В позволяет использовать твердотельные реле для управления нагрузками в различных областях промышленности.

По типу управления твердотельные реле (ТТР) делятся на 3 группы:

управление напряжением постоянного тока (3…32 В); -управление напряжением переменного тока (90…250 В);

ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт).

Различные варианты управляющих сигналов позволяют применять твердотельные реле в качестве коммутационных элементов в разнотипных системах автоматического управления.

По способу коммутации твердотельные реле (ТТР) можно разделить на:

твердотельные реле с контролем перехода через ноль применяются для коммутации резистивных (электрические нагревательные элементы, лампы накаливания), емкостных (помехоподавляющие сглаживающие фильтры, имеющие в своем составе конденсаторы) и слабоиндуктивных (катушки соленоидов, клапанов) нагрузок. При подаче управляющего сигнала, напряжение на выходе такого реле появляется в момент первого пересечения линейным напряжением нулевого уровня (рис.4.3). Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы коммутируемых нагрузок. Недостатком реле данного типа является невозможность коммутации высокоиндуктивной нагрузки, когда φ<0,5 (трансформаторы на холостом ходу).

Рисунок 4.3. Диаграмма срабатывания ТТР с контролем перехода через ноль

твердотельные реле мгновенного (случайного) включения применяются для коммутации резистивных (электрические нагревательные элементы, лампы накаливания) и индуктивных (маломощные двигатели, трансформаторы) нагрузок при необходимости мгновенного срабатывания. Напряжение на выходе реле данного типа появляется одновременно с подачей управляющего сигнала (время задержки включения не более 1 миллисекунды), а значит включение реле возможно на любом участке синусоидального напряжения (рис.4.4). Однако реле данного типа имеют существенный недостаток - возникновение импульсных помех и начальных бросков тока при коммутации. После включения такое реле функционирует как обычное реле с контролем перехода через ноль.

Рисунок 4.4. Диаграмма срабатывания ТТР мгновенного включения

Твердотельные реле с фазовым управлением позволяют изменять величину выходного напряжения на нагрузке и управлять нагревательными элементами (регулирование мощности), лампами накаливания (регулирование уровня освещенности) (рис.4.5).

Рисунок 4.5. Диаграмма срабатывания ТТР с фазовым управлением

Симисторные выходные элементы используются в твердотельных реле на номинальные токи до 40 А включительно. Это обусловлено тем, что при двустороннем протекании большего тока, эффективного отвода тепла от кристалла симистора добиться невозможно. Симисторный выход имеют реле серий: MD, и с номинальными токами до 40 А. В качестве выходных элементов твердотельных реле на токи от 60 А используются только тиристоры, раздельно установленные на охлаждающей подложке. Это дает возможность обеспечить необходимый отвод тепла.

Твердотельные реле серий HDH и BDH, рассчитанные на длительную коммутацию номинальных токов и работу с индуктивной нагрузкой, изготовлены на базе тиристорных SCR-выходов. SCR-выход представляет собой два разнесенных монокристалла, наращенных непосредственно на охлаждающей подложке. Это позволяет добиться еще более эффективного отвода тепла и, следовательно, повысить эксплуатационные характеристики устройства.

.4 Работа системы диагностики

Цепи включения быстродействующего выключателя

При постановке ВУ 301 в 3-е положение ("Включение БВ") образуется цепь (рис. 4.6): провод 5000, АЗВ 4751, контакты 9 - 10 рукоятки клапана "Стоп" 4781, провод 4011, отключающая кнопка БВ 4771, провод 4241, контакты реле 4851, контакты 9- 10 рукоятки клапана "Стоп" 4782, провод 4012, отключающая кнопка БВ 4772, контакты реле 4852, провод 4060, контакты 29 - 30 (31 -32) ВУ 301, провод 4170, 4180, прямые блок-контакты реле нулевого тока 323, обратные блок-контакты 13 -14 РБ 067 и 068; провод 422; прямые блок-контакты реле 806 защиты режима "Ход", провод 283, обратные блок-контакты контактора 479 управления БВ, катушка контактора 479, провод 999.

После включения контакторов 479 замыкаются их блок-контакты, образуя цепь включения БВ 02Г. провод 4060, далее по двум параллельным ветвям, разделенным диодами 4231 и 4232: обратные блок-контакты 3 - 4 ДР 0/5, РП 700 отопления поезда, РП 025, 026 тяговых двигателей, ДР 201 вспомогательных машин, провод 409, прямые блок-контакты контакторов управления 479, провод 411, обратные блок-контакты БВ 021, электромагнитная удерживающая катушка БВ, провод 999. От провода 411 получает питание также катушка электропневматического вентиля БВ. БВ включается, размыкая свои обратные блок-контакты, после чего питание удерживающей катушки происходит через ограничивающий резистор.

После замыкания прямых блок-контактов 3 - 4 и 13 - 14 БВ 021 создается следующая цепь питания катушки контактора 479: провод 4060, прямые блок-контакты 13 -14, связанные с пневматическим приводом БВ, прямые блок-контакты 3 - 4, замыкаемые при замыкании силовых контактов БВ, прямые блок-контакты контактора 400, замкнутые при наличии напряжения в сети, далее описанная выше цепь включения контактора 479. Следовательно, питание на катушку контактора 479 при поднятом токоприемнике и наличии напряжения в сети поступает по двум цепям (при условии, что ПБК 330 находится на нулевой позиции). При сборе схемы тягового режима отключается реле 323, и катушка контроллера 479 продолжает получать питание только через блок-контакты контактора 400.

При включении БВ подается напряжение на катушку указателя состояния БВ по цепи АЗВ 476, провод 650, прямые блок-контакты 11 -12 БВ 021, провод 6520 (5950), катушка А В указателя 486, провод 999. При отключении БВ через его обратные блок-контакты 5 - 6 получает питание катушка АС указателя 486. При отсутствии напряжения указатель занимает положение под углом 45°.

На электровозах ЧС7 до № 41 в цепи включения катушки контактора 479 находятся диоды 423 и блок-контакты контактора 479, в цепи включения удерживающей катушки и вентиля БВ - блок-контакты реле 806. На электровозах до № 41 защита цепей отопления поезда от перегрузок осуществляется только РП 7001. При постановке переключателя 0182 в положение "Авария БВ 1" срабатывание РП 7001 приводит к отключению БВ 0212, поскольку его удерживающая катушка и катушка электропневматического вентиля получают питание по цени: блок-контакты РП 7001, блок-контакты 4 - 3 переключателя 0182, провод 4772, блок-контакты контактора 4792, блок-контакты РП 0252, 0262, блок-контакты реле 8062, катушка вентиля и удерживающая катушка БВ 0212, провод 9992.

На электровозах до № 76 в цепи включения БВ 021 отсутствуют блок-контакты ДР 201, блок-контакты ДР 0151 и 0152 включены последовательно; в цепи включения контактора 479 и БВ 021 находятся блок-контакты разъединителей 077, 078 и введены блок-контакты устройств диагностики 838.

На электровозах всех номеров питание цепей включения БВ в момент перехода с С на СП соединение происходит через блок-контакты 1 кЗ - 4 кЗ реле F и блок-контакты 65 - 66 ПБК 330 головной секции. При переходе ПБК 330 с 20-й на 21-ю позицию блок-контакты 65 - 66 замыкаются и получает питание катушка реле F. Реле F включается, замыкая блок-контакты 1 кЗ - 4 кЗ между проводами 4060 и 4120 (на электровозах с № 76) или 4060 и 4090 (до № 76), по которым поступает питание на катушки БВ в момент размыкания блок-контактов 3 - 4 ДР 015 из-за небаланса тока при переходе с С на СП соединение. На 21-й позиции реле 015 от к. з. не защищает, и срабатывание бленкер-ных сигнализаторов 015 может происходить только из-за невключения реле F.

Для диагностирования представленной на схеме цепи от отдельных участков на блоки дискретного ввода передаются управляющие сигналы. Перечень проводов, на которых контролируется наличие потенциала представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Перечень контролируемых проводов в цепи БВ

Цепи включения контакторов мотор-вентиляторов охлаждения тяговых двигателей

Выключатель мотор-вентиляторов 418 на пульте управления имеет 3 положения: 1 - "Выключено"; 2 - "Низкая частота вращения (малая скорость) (МС)"; 3 - "Высокая частота вращения (ВС)".

При постановке выключателя 4181 в положение "МС" образуется цепь питания катушки вентилятора С переключателя двигателей вентиляторов 2101 (рис. 4.7): провод 5000. АЗВ 4621, контакты 4 -3 контактора 4001, провод 4620, контакты 5 - 6 выключателя 4181, провод 4750, контакты 23 - 24 аварийных отключателей 2002 и 2001, замкнутые при положении "НЭ", или контакты 27 - 28, замкнутые при положениях "АВ 1" или "АВ 2" отключателей 2001, 2002, провод 4920, обратные блок-контакты контактора 2112, провод 4780, обратные блок-контакты контактора 2121, провод 4871, катушка вентиля С переключателя двигателей вентиляторов 2101, провод 9991 После перевода переключателя 2101 в положение "С" замыкаются его блок-контакты 13-14 между проводами 4920 и 4871, и катушка вентиля С переключателя 2101 становится на самопитание.'

При постановке переключателя 4181 в положение "ВС" создается цепь питания катушки электропневматического вентиля СП переключателя 2101: провод 5000, АЗВ 4621, контакты 4 - 3 контактора 4001, провод 4620, контакты 1 - 2 выключателя 4181, замкнутые в положении "ВС", провод 4760, контакты 21 - 22 отключателей 2002 и 2001, замкнутые при положении "НЭ", провод 4861, обратные блок-контакты контактора 2111, провод 4881, катушка вентиля СП переключателя 2/01, провод 9991. После перевода переключателя 2101 в положение "СП" замыкаются его блок-контакты 21 - 22 между проводами 4861 и 4881, и катушка вентиля СП становится на самопитание.

При переводе переключателя 2101 в положение "С" или "СП" замыкаются его блок-контакты соответственно 11 - 12, 15 - 16 или 19 - 20, 23 - 24, образуя цепи включения контакторов мотор-вентиляторов 1-й и 2-й секций.

Цепь 1-й секции при низкой частоте вращения МВ: провод 4620, контакты 5- 6 выключателя 418, замкнутые во 2-м положении (низкая частота вращения), провод 4750, контакты 11 - 12 переключателя 2101, замкнутые при положении "С", провод 4771, контакты 3 - 4 теплового реле 2171, провод 4821, прямые блок-контакты 1 - 2 реле времени 4221, провод 4811, катушка контактора 2111, провод 9991.

Катушка реле времени 4221 получает питание от аккумуляторной батареи через АЗВ 4761, провод 6501, обратные блок-контакты контактора 2111, провод 4841. После включения контактора 2111 его обратные блок-контакты в цепи реле времени 4221 размыкаются, и катушка реле времени обесточивается. Одновременно замыкаются прямые блок-контакты контактора 2111, и его катушка становится на самопитание по цепи: провод 4821, прямые блок-контакты контактора 2111, провод 4811, катушка контактора 2111, провод 9991.

Через 3 с после снятия питания е катушки реле времени 4221 размыкаются его прямые блок-контакты 1-2 и замыкаются обратные блок-контакты 4 - 3. обеспечивая подачу напряжения на катушку контактора 2121 по цени: провод 4821, прямые блок-контакты контактора 2111, обратные блок-контакты 4 - 3 реле времени 4221, провод 4801, катушка контактора 2121, провод 9991.

От контактов 4 - 3 реле 4221 через блок-контакты 63 - 64 переключателя "X-Т" 0721, замкнутые при положении "Тормоз", получает питание катушка электропневматического вентиля 4691. Включение вентиля 4691 приводит к открытию заслонки, в результате чего воздух от мотор-вентиляторов ТД поступает по каналу в шкаф для охлаждения тиристоров импульсного преобразователя 1001.

Цепь включения МВ 1-й секции на высокую частоту вращения (переключатель 2101 в положении "СП"): провод 4620, контакты 1-2 выключателя 4181, замкнутые в положении "ВС" (или провод 4630, контакты 1 - 2 выключателя 4182), провод 4760, контакты 19 - 20 переключателя 2101, замкнутые при положении "СП", провод 4771, далее такая же цепь, как при низкой частоте вращения.

Цепь 2-й секции: провод 4620, контакты 5 - 6 выключателя 4181, замкнутые в положении "МС", провод 4750, контакты 15 - 16 переключателя 2101, замкнутые при положении "С", или (при высокой частоте вращения) провод 4620, контакты 1 - 2 выключателя 4181, замкнутые в положении "ВС", провод 4760 (либо провод 4630, контакты 1 - 2 выключателя 4182), контакты 23 - 24 переключателя 2101, замкнутые при положении "СП", провод 4790, контакты теплового реле 2172 и далее аналогично рассмотренной выше цепи 1-й секции.

После включения контакторов 211 и 212 размыкаются их обратные блок-контакты в цепи катушки вентиля «С» переключателя 2101 между проводами 4920 и 4871 и в цепи катушки вентиля «СП» между проводами 4861 и 4881, что исключает возможность перевода переключателя 2101 из положения "С" в положение "СП" и обратно при работающих мотор-вентиляторах.

На предмет наличия напряжения в цепи управления контакторами мотор-вентиляторов подлежат провода, номера которых представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 Перечень контролируемых проводов в цепи мотор-вентиляторов

Система диагностики получает питание после включения аккумуляторной батареи и начинает проводить опрос всех контролируемых проводов. Таким образом может быть установлена причина невключения аппарата при запуске электровоза или в пути следования. Система предусмотрена для совместной работы с ЕКС, широко внедряемой в настоящее время на электровозах ЧС7. При переключении экрана дисплея в режим диагностики имеется возможность просмотра схем контролируемых цепей. На этих же схемах красным цветом отображаются обесточенные участки при возникновении сбоев в работе. При это дополнительно на экране появляется описание порядка действий при возникновении данной неисправности. При наличии в данной цепи функции автоматического сбора аварийной схемы система предлагает машинисту её собрать. Такая возможность предоставляется для схем вспомогательных машин и набора-сброса позиций.

5. ОХРАНА ТРУДА НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Основным направлением государственной политики в области охраны труда является обеспечение приоритета сохранения жизни и здоровья работников. Никакие производственные показатели не должны ставить выше чем обеспечение безопасности человека.

Человек, попадая в зону работы железнодорожного транспорта, подвергается повышенной опасности механического травматизма, электротравматизма, вредного воздействия шума, вибраций, электромагнитных полей, негативных микроклиматических факторов, загрязненного атмосферного воздуха и др.

Безопасность работника в условиях цеха цепей управления обеспечивается правовой, социально-экономической, организационно-технической, санитарно-гигиенической защитой. Защита человека - основа охраны труда. Профессиональная грамотность, а также привитая при обучении культура четкого соблюдения норм и правил, регламентированных правовыми и нормативными документами, значительно снизят вероятность травмирования или возникновения у работника профессиональных заболеваний. Чтобы соблюдать правила и нормы, их необходимо знать. Каждый работающий на железнодорожном транспорте должен быть информирован о существовании нормативно-правовых документов, соответствующих периодически возникающим на производстве ситуациям, иметь достаточно полное представление об их содержаниях. Необходимо также научить работников, практикантов, правильно и грамотно воспринимать новую информацию и использовать на практике. Регламентирующие документы в России носят строго обязательный характер.

Специфичность условий функционирования железнодорожного транспорта, особенности производственных процессов в данной отрасли, сложность, новизна и разнообразие технологий, их частая смена, быстродействие современных машин и механизмов, сложность и определенная опасность процессов их обслуживания заставляют уделять значительное место идеологии безопасности, определяют профессиональные задачи и направленность дисциплины «Охрана труда».

Опыт показывает, что в любой деятельности человека, особенно в производственной, не исключается вероятность наступления негативного события: травмы, заболевания, инвалидности, смерти, ущерба здоровью. Предприятие несет большие финансовые затраты и моральные потери при возникновении профессиональных заболеваний, а также в случаях производственного травматизма работников. Это заставляет постоянно возвращаться к изучению сущности негативных факторов и их источников, к проблемам влияния производственной среды на жизнь и здоровье человека.

С 15 февраля 2002 года введено в действие «Положение о контроле и надзоре за состоянием охраны труда на федеральном железнодорожном транспорте» № ЦБТ-829 от 30.05.2001 г. Оно определяет основные направления организаций контроля и надзора за состоянием охраны труда на сети железных дорог, отдельных железных дорогах, в хозяйствах отрасли и организациях федерального железнодорожного транспорта.

Основными видами контроля и надзора за состоянием охраны труда на федеральном железнодорожном транспорте являются:

Государственный контроль и надзор;

·      Ведомственный контроль;

- комплексные проверки;

целевые проверки;

оперативный контроль

·     Общественный контроль;

·        Производственный контроль;

Организационные меры электробезопасности и предупреждения электротравматизма.

К организационным мерам, обеспечивающим безопасность работы на электроустановках, относятся: профотбор персонала по обслуживанию электроустановок, оформление работы, допуск к работе, надзор во время работы, оформление перерыва в работе, оформление перевода на другое рабочее место и окончание работы.

К работам по обслуживанию действующих электроустановок допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медицинский осмотр и не имеющие медицинских противопоказаний. В процессе работы персонал, занятый на электроустановках, должен проходить медицинское освидетельствование не реже одного раза в два года.

Работники, принимаемые для выполнения работ в электроустановках, должны иметь профессиональную подготовку, соответствующую характеру выполняемой работы. При отсутствии профессиональной подготовки работники должны быть обучены (до допуска к самостоятельной работе) В специализированных центрах подготовки персонала (учебные комбинаты, учебно-тренировочные центры и т.п.)

Лица, допускаемые к обслуживанию, ремонтно-монтажным и наладочным работам на электроустановках, обязаны пройти инструктаж, обучение безопасным методом труда, а также проверку знаний:

·      Правила безопасности;

·        Инструкций и правила охраны труда при эксплуатации электроустановок;

·        Правил пожарной безопасности;

·        Правил пользования защитными средствами;

·        Правил устройства электроустановок в пределах требований, предъявляемых к соответствующей должности или профессии.

Предупреждение поражения человека электрическим током и профилактическая работа включают в себя следующие мероприятия:

·      Применение малого напряжения;

·        Защита от случайного прикосновения человека к токоведущим частям;

·        Изоляцию токоведущих частей;

·        Защитное заземление или зануление;

·        Защитное отключение;

·        Выбор производственных помещений по условиям выполнения работ;

·        Защиту от опасного воздействия статического электричества;

·        Использование средств коллективной и индивидуальной защиты;

·        Организационные и правовые меры.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРОВОЗА

Эффективность системы диагностики определяется уменьшением количества времени, нужного для поиска и устранение неисправности. При возникновении неисправности в пути следования снижается риск остановки поезда и затребования вспомогательного локомотива из-за неоперативных действий локомотивной бригады. Такие случаи включают в себя слишком много факторов, учесть большинство из которых в данной работе не представляется возможным. Другой случай возможного использования системы - при поиске неисправности в условиях депо. В данном случае сократится время на поиск неисправности, что повлечёт снижение расходов на оплату работы ремонтному персоналу.

Стоимость проведения работ включает в себя расходы на заработную плату работников, на закупку расходных материалов, а также на сопутствующие расходы.

Заработной платой называется выраженная в денежной форме часть национального дохода, которая распределяется по количеству и качеству труда, затраченного работником, и поступает в личное потребление работника.

К сопутствующим расходам относятся затраты на освещение, отопление помещений и т.д.

Для расчёта себестоимости работ по поиску и устранению неисправности в цепях управления составлены технологическая карты проведения работ без использования системы диагностики (таблица 6.1) и с применением системы (таблица 6.2).

Таблица 6.1 Технологическая карта по поиску и устранению неисправностей цепей управления мотор-вентиляторов

Таблица 6.2 Технологическая карта по поиску и устранению неисправностей цепей управления мотор-вентиляторов (с микропроцессорной системой диагностики)

В общем виде формула для расчёта имеет вид:

,

где Цнч - стоимость нормо-часа труда работника ремонтного персонала, руб. Цнч=96 руб;

Тр - время необходимое для проведения данной работы, ч.

Црасх - стоимость расходных материалов, руб. Принято, что для проведения ремонта требуется расходных материалов (припой, изоляционная лента, обтирочный материал) на сумму 50 руб.;

Цсоп - сопутствующие расходы, руб. В данной работе сопутствующие расходы не учитываются ввиду их малозначительности.

Таким образом, для первого случая, т.е. для проведения работ без системы диагностики, с учётом представленных значений себестоимость ремонта составит

Для второго случая стоимость составит

Как видно из проведённых вычислений разница затратами составляет 30%.

Заключение

Проведенный анализ существующих микропроцессорных устройств диагностирования показал, что они не соответствуют современным требованиям и морально устарели. На сегодняшний день существуют технологии применение которых способно снизить затраты на производство, эксплуатацию и ремонт цепей управления. Одной из них является современная микропроцессорная система, включающая в себя все необходимые для выполнения той или иной задачи.

В работе рассмотрены вопросы разработки и эксплуатации системы диагностики, подключенной к информационной шине ЕКС, позволяющей не только проводить диагностику оборудования, но и собирать аварийные схемы в цепях управления контакторами вспомогательных машин и набора-сброса позиций. В экономической части рассчитана эффективность использования данной системы при ремонте. Экономия составила 30%.

Список использованных источников

1. Пассажирский электровоз ЧС2т. Под ред. А.Л. Лисицына. М.»Транспорт», с.288.

. Локомотивной бригаде об электровозе ЧС7. - М.:ИКЦ «Академкнига».2003. - 203с.

. Единая система автоведения и управления тяговым приводом ЕСАУП. Руководство по эксплуатации. АЮВП.667433.001РЭ.

. Иванов И.И., Лукин А.Ф., Соловьев Г.И. Электротехника. Основные положения, примеры и задачи. 2-е издание., исправленное. - СПб.: Издательство «Лань», 2002. - 192 с. Табл. 29, ил. 84, библ. 9.

. Электротехника и электроника. Электрические и магнитные цепи. - Москва, Современный гуманитарный университет, 2000г.

. Белов И.В. и др. Экономика железнодорожного транспорта - М.:УМК МПС России, 2001.-600 с., ил.

7. Интернет-ресурс http://www.ocv.ru/project/index.php?ID=244&SID.

. Интернет-ресурс http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/204225.html#download.

. Охрана труда на железнодорожном транспорте Е.А.Клочкова издательство маршрут.