По измеренным данным, в сравнении с паспортными, определить пригодность реле к эксплуатации по известным условиям, т. е. измеренный подъем якоря должен быть меньше паспортного, а измеренное отпадание якоря - больше паспортного, тогда реле пригодно к эксплуатации.

Для получения замедления на отпадание в сигнальных релейных блоках применяют конденсаторы, включаемые параллельно обмотке реле. Поэтому измерения замедления реле по отпаданию позволяет проверить правильность подключения к обмотке и качество конденсаторов. По данным измерений определяют, соответствует ли норме полученное замедление отпадания якоря реле.

Испытания аппаратуры диспетчерской централизации и автоблокировки также осуществляется на специализированных стендах.

2.3 Техническая диагностика систем железнодорожной автоматики, телемеханики

2.3.1 Основные понятия и определения технической диагностики устройств автоматики и телемеханики

Отличительной особенностью эксплуатации систем железнодорожной автоматики и телемеханики является не только всевозрастающая сложность устройств, но и тяжелые условия непрерывного круглосуточного функционирования. В таких условиях особое значение приобретают новые формы технического обслуживания, основанные на использовании методов и средств технической диагностики,

Техническая диагностика наука о распознавании состояния технической системы, изучающая проблемы получения, передачи и обработки информации о состоянии объекта контроля.

Термин диагностика происходит от греческого слова диагнозис, что означает распознавание, определение. Эта наука изучает методы получения диагностической информации, конечной целью которой является заключение о состоянии объекта диагноза в виде: объект исправен, объект неисправен, в объекте имеется такая-то неисправность.

Одной из важнейших задач технического диагноза является поиск неисправностей, т. е. указание мест и причин возникновения имеющихся в объекте отказов. Поиск неисправностей обеспечивает выявление и замену дефектных устройств или связей объекта, устранение ошибок монтажа и т. д.

Проверка правильности функционирования и поиск неисправностей представляют собой частные случаи общей задачи диагноза технического состояния объекта. Степень детализации поиска неисправностей называют глубиной поиска или глубиной диагноза. Поскольку контролировать состояние всех элементов системы сложно, обычно проводят контроль по обобщенным параметрам, которые позволяют установить неисправность отдельных блоков, узлов, частей контролируемой системы. К таким параметрам в электронных системах обычно относятся форма электрического сигнала на выходе отдельных частей схемы, ток, частота, фазовые соотношения и т. д. Измерив и сравнив контролируемый параметр с заданным параметром, можно оценить пригодность к эксплуатации отдельного узла, блока, элемента и объекта в целом.

Диагностику разделяют на ручной поиск, или ручную диагностику, автоматическую диагностику, при которой оценка работоспособности системы определяется техническими средствами, указывающими тем или иным способом на характер неисправности. К ручной диагностике обычно относят тестовый контроль, составление специальных таблиц состояния объекта (таблиц неисправностей), разработку информационных программ поиска и т. д.

Автоматический контроль и диагностика технической системы базируются на автоматическом измерении определенного числа контролируемых параметров, обработке этой информации и формировании команд о характере и месте неисправности объекта контроля в данный момент времени.

Система тестовой диагностики состоит в подаче на вход объекта диагноза специально организуемых (тестовых) воздействий. По ответным реакциям на эти воздействия можно судить - о состоянии объекта. Если специальные воздействия не подаются, а используются только рабочие воздействия (сигналы системы), предусмотренные рабочим алгоритмом функционирования объекта, то такие системы называют системами функционального контроля. Системы тестового диагноза применяются при проверке исправности, работоспособности и поиске неисправностей, когда объект не работает по прямому назначению. Системы функционального контроля используются, как правило, для проверки правильности функционирования и поиска неисправностей в случаях, когда объект применяется по назначению (находится в эксплуатации).

Диагностика может состоять из отдельных операций, каждая из которых характеризуется подаваемым на объект тестовым или рабочим воздействием и снимаемым с объекта ответом. Такие части операций обычно называют элементарными проверками. Тогда безусловная или условная последовательность элементарных проверок составит алгоритм диагноза технического состояния объекта.

2.3.2 Методы построения тестов диагностирования

В устройствах железнодорожной автоматики и связи в настоящее время широко используются логические устройства на транзисторах и интегральных микросхемах. Контроль технического состояния и поиск неисправностей в таких устройствах затруднен из-за отсутствия возможности визуально оценить их техническое состояние. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание разработкам методов и средств диагноза технического состояния электронных логических устройств.

Теоретической основой разработок является область науки техническая диагностика. Основной задачей технической диагностики является определение технического состояния устройств формальными методами, не зависящими от опыта и интуиции обслуживающего персонала, с наименьшими затратами времени.

Для определения технического состояния устройства составляются тесты. Используются тесты при наладке устройств на заводах-изготовителях, после транспортировки или длительного хранения на складах, при наладке устройств и сдаче их в эксплуатацию, в процессе эксплуатации при периодических контрольных испытаниях и при отыскании неисправностей. Тесты разделяются на контролирующие и диагностические.

Контролирующим тестом называется совокупность наборов входных воздействий (переменных), позволяющих определить, исправно устройство или неисправно.

Диагностическим тестом называется совокупность наборов входных воздействий, позволяющая определить место и характер неисправности.

Одним из факторов, определяющим эффективность диагноза, является составление оптимальных алгоритмов диагноза. Под оптимальным алгоритмом в данном случае будем подразумевать такой контроль состояния объекта, при котором на диагностику будет затрачено минимальное время, минимум технических и денежных средств на поиск и устранение неисправностей, восстановление работоспособности системы. Организация последовательных проверок, измерение параметров и другие виды ручной диагностики во многом определяются структурой объекта контроля, надежностью его элементов, временем проверки.

Каждая проверка и поиск неисправностей несут некоторую информацию, значение которой численно определяется уменьшением неопределенности (энтропии) системы.

Уменьшение энтропии в результате одной проверки

(2.6)

где Н--уменьшение энтропии в результате одной проверки;

Р -- вероятность положительного результата проверки.

Уменьшение энтропии по соотношению (32) максимально в случае когда оба результата будут иметь одинаковую вероятность (Р = 0,5). Это свойство часто используют на практике и его называют методом проверки по средней точке или методом «отсечек». Так, если объект контроля содержит 1000 элементов с одинаковой вероятностью безотказной работы, то в данном случае для поиска отказавшего элемента потребуется не более 10 проверок (2¹⁰ > 1000).

Если события неравновероятны и каждая из допустимых проверок охватывает один элемент, то в некоторой степени оптимальный алгоритм поиска выполняется в порядке убывания:

(2.7)

где р _i - вероятность безотказной работы i - го элемента;

t _i - время или стоимость его проверки.

Нашел применение и другой метод поиска неисправностей, когда события неравновероятны и каждая из проверок может дать положительный или отрицательный результат. Эти события записывают в таблицы неисправностей в виде 1 или 0. Обозначив вероятность исхода, при котором проверяемый параметр i примет значение 0, запишем:

, (2.8)

где j --1 означает, что вероятность по данному параметру дает значение 1.

Аналогично запишем для исхода 1. Тогда неопределенность исхода данной проверки

(2.9)

Отсюда следует, что для получения информации на первом шаге проверку надо начинать с параметра, у которого вероятности р _i1 и р _i0 наиболее близки, т. е. р _i1 - р _i0 --> 0.

Сравнивая параметры р _i , можно определить наиболее выгодные параметры для последующих проверок. Эти проверки также могут иметь исход, равный 1 или 0.

Таким образом, каждая из полученных цепочек, разветвляясь на очередном шаге, определяет наиболее рациональную последовательность проверок или алгоритм проверок. Построение алгоритма по данной методике необходимо продолжать до тех пор, пока не получим однозначное совпадение между проверкой и неисправностью.

При решении подобного рода задач пользуются таблицами функций неисправностей. Такие таблицы составляют, подавая на выходы системы поочередно сигналы и определяя значение выходных параметров в виде 1 при сигнале на входе и 0 - при его отсутствии. Таким образом, таблица неисправностей состоит из строк, в которых отображается результат проверки, и столбцов, соответствующих исправному и неисправному состоянию объекта контроля. по составленной таблице покрытия пар функций составляется контролирующий тест, а затем и диагностический тест.

2.3.3 Требование к диагностическим датчикам и их построение

Для оценки работоспособности объекта контроля необходимо иметь первичную информацию о состоянии его элементов, блоков и отдельных узлов. Формирование такой информации можно получить с помощью специальных устройств - пороговых диагностических датчиков. Основное их назначение состоит в качественной оценке параметров контроля.

Под качество в данном случае понимают точность измерения контролируемых величин, при минимально допустимых погрешностях. Кроме того, мерой качества датчиков будем считать "цену", вносимую каждым из них в оценку работоспособности объекта контроля. Критерий качества можно выразить остаточной неопределенностью (энтропией) исследуемой системы после ее диагностирования. Этот параметр зависит от погрешностей датчиков системы диагностирования. В свою очередь качество диагностирования в реальных условиях определится остаточной энтропией технических средств. Этот параметр зависит от погрешностей датчиков системы диагностирования (без учета аппаратуры канала связи), в которых при передаче информации имеют место незначительные потери информации.

Степень влияния диагностического устройства на контролируемый объект будет определяться параметрами эквивалентной схемы элемента и схемой датчика. Для обеспечения согласованной работы датчиков при подключении их к нагрузке необходимо выполнить следующие условия: для потенциальных датчиков Z_дат >>Z_н; для токовых датчиков Z_i = , где Z_i - входное сопротивление со стороны подключения нагрузки.

Следовательно, безопасное подключение датчиков в выбранных контрольных точках должно обеспечиваться элементами согласования, в качестве которых целесообразно использовать изолирующие разделительные трансформаторы и входные ограничивающие сопротивления. Тогда можно сформулировать следующие требования к датчикам:

- диагностические датчики должны обеспечивать максимум информации о работоспособности объекта контроля;

- параметры входных цепей датчиков должны быть такими, чтобы исключить мешающее их воздействие на объект контроля при минимально допустимых погрешностях;

- датчики должны обеспечить четкую фиксацию и измерение контролируемых параметров в пределах "норма", "выше нормы", "ниже нормы" в широком диапазоне температуры окружающей среды;

- отказ или неисправность датчиков не должны приводить объект контроля в неработоспособное состояние;

- релейная характеристика датчиков должна иметь высокий коэффициент возврата (0,9-0,95);

- мощность, отбираемая датчиком, должна быть на 2-3 порядка ниже мощности, потребляемой элементом контроля;

- датчики должны иметь небольшие массу и размеры.

Кроме того, к датчикам контроля работоспособности устройств автоматики и телемеханики предъявляют и дополнительные, специфические требования. Они должны исключать опасные отказы, снижающие безопасность движения поездов.

При решении целого ряда технических задач используют много типов и схем датчиков. Анализ работы существующих датчиков показал, что они практически малоприменимы для работы в системах технического диагностирования устройств автоматики и телемеханики. Это объясняется тем, что указанные датчики трудно согласовать с выходными цепями контролируемых элементов, они не позволяют фиксировать пороговые значения параметров в необходимых пределах. Схемы датчиков построены без учета специфики работы устройств автоматики и телемеханики и обеспечения безопасности движения поездов, датчики имеют низкий коэффициент возврата и т.д. К этому следует добавить, что в системе диагностирования указанных устройств требуются датчики с возможностью прогнозирования контролируемых параметров, многопороговые, многопозиционные.

В зависимости от способ измерения параметров датчики подразделяются на токовые, потенциальные и комбинированные. Они могут быть активными и пассивными.

Активные датчики для своего функционирования требуют источников питания, в противном случае они являются пассивными. По способу фиксации контролируемых параметров датчики могут быть непрерывного действия и дискретные, а по числу ступеней порогов измеряемого параметра фиксации - одно- и многопороговые. Исследованиями установлено, что пассивные датчики имеют небольшое входное сопротивление, отбирают относительно большую (20-50 мВт) входную мощность. Поэтому подобного рода датчики рекомендуется использовать для элементов с низким выходным сопротивлением (100-800 Ом).

Согласно основным требованиям активные датчики должны обеспечить согласование и развязку входных цепей, их выходной сигнал должен быть достаточен для срабатывания последующих элементов системы передачи и обработки информации.

Указанным требованиям отвечают датчики, состоящие из трех основных блоков: входного устройства ВхУ, воспринимающего воздействия контролируемого параметра; порогового устройства ПУ, обеспечивающего формирование порога выходного сигнала, пропорционального значению контролируемого параметра; оконечного каскада ОК, формирующего выходной сигнал с требуемыми параметрами.

2.3.4 Поиск отказов в устройствах автоблокировки

Автоматическая блокировка является одним из основных средств регулирования движения поездов на перегонах. С увеличением интенсивности движения требования, предъявляемые к надёжности работы автоблокировки, постоянно возрастают. Отказы работы устройств интервального регулирования в ряде случаев приводят не только к уменьшению пропускной способности участков железных дорог, но и к снижению безопасности движения.

Структурный анализ отказов автоблокировки, проводимый применительно к её функциональной схеме, позволяет определить, в каком месте нарушены функциональные связи и в каком из звеньев произошёл отказ.

Для отыскания и устранения неисправностей какого-либо устройства в наиболее короткие строки составляется программа восстановления его работоспособности, которая складывается из упорядоченной последовательности действий обслуживающего персонала.

При этом процесс поиска отказавшего элемента делится на следующие этапы: установление по совокупности внешних признаков факта отказа; определение вероятного состояния системы по внешним признакам отказа; составление последовательности (программы) проверки элементов, в которых наиболее вероятно появление отказа; реализация составленной программы проверки; оценка результатов проверки и уточнение причин отказа.

Создание рациональных программ поиска базируется на определении вероятностной оценки надёжности отдельных элементов устройств автоблокировки, поскольку по внешним признакам, как правило, нельзя найти неисправный элемент.

Программа должна составляться таким образом, чтобы после полного её завершения не оставалось ни одного не проверенного элемента. Однако это не значит что при поиске любой неисправности необходимо выполнение всей программы. Каждый последующий этап программы определяется результатами проверки на предыдущих этапах. Для уменьшения длительности поиска из программы исключаются операции, не приносящие новой информации о состоянии элементов системы.

Для сокращения времени поиска неисправностей нужно придерживаться определенной последовательности проверок. Выбор той или иной последовательности проверок зависит от ряда факторов: вероятности отказов элементов; времени, затрачиваемого на проверку, и связи, существующей между элементами.

Существуют несколько методов последовательного поиска повреждений:

1) метод последовательного перебора;

2) метод "вероятность-время";

3) метод "средней точки" по количеству элементов;

4) метод "средней точки" по вероятности отказов;

5) информационный метод.

Метод последовательного перебора заключается в поочередной проверке всех входящих в систему элементов или узлов. Обычно этим методом пользуются тогда, когда отсутствуют связи между элементами и время проверок элементов практически одинаково.

Метод "вероятность-время" состоит в том, что первой выполняется проверка с наибольшим коэффициентом эффективности. Этот метод целесообразно использовать при проверке разнородных возможных причин отказа или элементов, не составляющих общей цепи.

Метод "средней точки" по количеству элементов и по вероятности отказов применяется при наличии большого числа выводов, в частности, при отыскании обрыва в цепи, причём второй метод отличается тем, что проверяемая цепь делится пополам не по количеству элементов, а по сумме вероятностей того, что каждый из этих элементов мог оказаться поврежденным.

Информационный метод является наиболее универсальным, он сочетает в себе метод "средней точки" по вероятности отказов и метод "вероятность-время". Программа проверок, построенная по информационному методу, называется информационной диаграммой и включает в себя, в отличие от предыдущих методов, рациональную последовательность проверок. Эта последовательность составляется с использованием математического аппарата теории информации. При этом исходят из того, что в системе, где произошёл отказ, имеется какая-либо начальная неопределенность.

В процессе поиска отказа каждая проводимая проверка даёт некоторую информацию, величина которой определяется уменьшением неопределённости (энтропии системы).

Если при проверке одного или нескольких элементов выяснилось, что один из них неисправен, то результат такой проверки считается положительным, в противном случае результат проверки признается отрицательным. Очевидно, вероятность положительного результата проверки будет равна сумме вероятностей отказов тех элементов, которые не охватывались данной проверкой. При этом каждая проверка будет характеризоваться эффективностью.

С учётом выполнения этих условий первой должна производиться та проверка, которая обладает наибольшей из всех остальных эффективностью.

Таким образом, действия по составлению рациональной последовательности проверок (информационной диаграммы) сводятся к следующему: определение вероятностей положительного результата каждой проверки; определение затрат времени для каждой проверки; вычисление величины эффективности проверки; выбор проверки с наибольшей эффективностью; определение новых состояний системы, образовавшихся в результате положительного и отрицательного исходов проверки; перерасчёт относительных вероятностей отказов для элементов, оставшихся непроверенными; перерасчёт вероятностей положительного результата каждой оставшейся проверки с учётом результата выполненной проверки; перерасчёт затрат времени оставшихся проверок; повторение процедуры до тех пор, пока последовательность проверок не определится полностью.

Использование информационных диаграмм при отыскании повреждений в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики позволяет значительно сократить время поиска неисправностей и обладает существенными преимуществами по сравнению со словесными инструкциями, таблицами и другими вспомогательными материалами по отысканию неисправностей.

При поиске отказа на проходной точке автоблокировки согласно информационной диаграмме поиска в первую очередь проверяют аппаратуру линейной и рельсовой цепей.

2.3.5 Расчет оптимальных сроков технического обслуживания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Качество технологического процесса перевозок на железнодорожном транспорте во многом определяется надежностью работы устройств автоматики и телемеханики. Эти устройства работают в конкретных условиях эксплуатации, связанных с особенностями климата, состояния путевых устройств, балласта и других факторов.

В свою очередь надежность работы устройств зависит от таких факторов, как элементная база, режим эксплуатации, квалификация обслуживающего персонала, ошибки которых в отдельных случаях дают до 40-50 % отказов.

В связи с этим целесообразно рассчитать оптимальные сроки технического обслуживания для конкретных устройств с учетом особенностей их эксплуатации, исключив необоснованные нормы проверки аппаратуры. Эти нормы не могут быть одинаковы для устройств, эксплуатируемых, например, на Севере и Юге железных дорогах Казахстана.

Для проведения работ по расчету оптимальных сроков технического обслуживания особое значение имеет точность данных об отказах, их длительности. Поэтому при сборе данных об отказах недопустимы какие-либо отклонения от реальных факторов, необходимо фиксировать все до единого отказы. Только при этих условиях можно говорить о реальных сроках проверки, наладки и регулировки аппаратуры.

Надежность устройств определяется такими параметрами, как вероятность безотказной работы P(t), интенсивность отказов _с(t), коэффициент готовности к_г (t) и др.

При решении поставленной задачи наиболее целесообразно использовать данные об интенсивности отказов.

Под интенсивностью отказов _с(t) понимают отношение числа отказавших элементов (N_отк) в единицу времени (t) к среднему числу отказов элементов (N_сp), исправно работающих за данный отрезок времени, т. е.

_с(t) = N_отк / (N_сp t), (2.10)

Если система, состоящая из 1000 элементов, за первые 100 ч имела 5 отказов, а за вторые 100 ч отказало 6 элементов, то

Данные об интенсивности отказов различных элементов (реле, транзисторы, микросхемы (ИМС), резисторы и др.) можно найти в отдельной литературе, справочниках, но для объективности расчета необходимо эти данные получить на основании реального анализа отказов исследуемого объекта. Таким образом, анализируя отказы элементов системы за время эксплуатации, можно рассчитать ее интенсивность отказов _с(t)

_c(t) = ₁(t)n₁+₂(t)n₂+ ... +_к(t)n_к , (2.11)

где n₁, n₂,..., n_к - число элементов в системе.

При расчете параметров надежности необходимо учитывать, что устройства работают как при нормальных условиях, так и при их ухудшении (например, увеличении нагрузки, температуры, вибрации и др.). В этом случае при расчете используются коэффициенты нагрузки К_нагр.

Под коэффициентом нагрузки понимают отношение рабочего значения некоторого электрического параметра (мощности рассеивания при постоянном, переменном или импульсном напряжении) к их номинальному значению по ТУ. Если коэффициент К_нагр имеет некоторый предел, то его использование может повысить вероятность безотказной работы исследуемых устройств. Коэффициент нагрузки для реле - 1,5; диода -1,2; микросхемы - 1,5; пайки - 2; конденсатора - 3,0; трансформатора - 0,3; транзистора - 1,5.

Интенсивность отказов системы с учетом данных об интенсивности отказов ее элементов и коэффициентов нагрузки можно рассчитать следующим соотношением:

_c(t) = к₁₁(t)n₁+к₂₂(t)n₂+ ... +к_nк(t)n_к , (2.12)

В качестве примера рассчитаем интенсивность отказа _с(t) локомотивного усилителя УК25/50-Д, приведенного на рис. 2.12. Данные о типе и количестве элементов, а также нормативные данные интенсивности отказов приведены в таблице 2.1.

Рис. 2.12. Схема локомотивного усилителя УК25/50-Д

Данные для расчета интенсивности отказа

Таблица 2.1

Элемент системы	Количество элементов	Интенсивность отказа, 10-6 1/ч
Транзистор	5	0,3
Трансформатор	3	1,0
Резистор	25	0,25
Диод	6	0,6
Конденсатор	15	0,5
Реле	2	1,2
Пайка	106	0,001

Время между отказами Т_о является обратной величиной интенсивности отказов:

(2.13)

Для предупреждения отказа ремонт и настройку системы необходимо проводить до наступления отказа.

Уменьшая интенсивность отказа на 5-10 %, обеспечим устранение отказа до его наступления. В результате оптимальное время технического обслуживания данного устройства составит:

(2.14)

Процесс расчета оптимизации технического обслуживания можно автоматизировать. Используя конкретные данные об отказах любого из устройств автоматики, телемеханики и связи, можно рассчитать номинальные сроки их технического обслуживания. Точность и достоверность этих расчетов будет зависеть только от качества фиксирования отказов, исключая всякую субъективность этого процесса.

Следует отметить, что качество технического обслуживания оценивается и коэффициентом готовности к_г

к_г =Т_о / ( Т_о+ t_восст ), (2.15)

где t_восст. - время восстановления работоспособности устройства после его отказа. В свою очередь,

t_восст = t_п+ t_у+ t_пут+ t_оп (2.16)

где t_п - время поиска; t_у - время устранения неисправности;

t_пут - время в пути следования до объекта контроля;

t_оп - время оповещения об отказе, неисправности объекта.

Как видно из (3), коэффициент готовности во многом определяется квалификацией обслуживающего персонала, автоматизацией технического процесса обслуживания, т. е. введением систем автоматического контроля и диагностирования устройств АТ.

Наиболее реальную оценку работоспособности эксплуатируемых устройств отражают, как было отмечено, данные об их надежности. Учитывая, что устройства СЦБ обычно выполнены в релейном исполнении или на полупроводниковых и интегральных схемах, можно принять экспоненциальный закон распределения безотказной работы

(2.17)

где е - основание натурального логарифма;

_с(t) - интенсивность отказов системы.

Тогда вероятность безотказной работы ранее рассмотренного устройства составит

 (2.18)

Таким образом, рассмотренные примеры можно использовать для расчета надежности эксплуатируемых устройств СЦБ и связи, чтобы уточнить технические нормы расчета сроков их технического обслуживания с учетом реальных условий их работы.

2.3.6 Система технического диагностирования ПОНАБ

Назначение прибора обнаружения нагрева аварийных букс (ПОНАБ-3) - автоматическое выявление перегретых букс вагонов и локомотивов в проходящих поездах и выдача информации о месте расположения и количестве их, а также о количестве физических вагонов в поезде (первым считается локомотив).

Основные технические данные.

1. ПОНАБ-3 обеспечивает выявление перегретых букс с температурой шеек осей свыше 100 градусов по Цельсию - не менее 70 процентов, с температурой шеек осей свыше 140 градусов - не менее 80 процентов, подтверждение показания прибором перегретых букс - 85 процентов.

2. Работает в интервале температур окружающей среды: для напольного оборудования от -50 до +60 градусов по Цельсию; для постового оборудования от +5 до +60 градусов.

3. Дальность передачи информации: от перегонных устройств к регистрирующим устройствам (до станции) до 20 км; от регистрирующих к сигнализирующим устройствам (до поста ЭЦ) до 2 км.

4. Объём выдаваемой информации на один поезд: точное указание порядкового номера вагона с перегретой буксой и стороны поезда для 9 вагонов; общее количество вагонов в поезде - 99; общее количество вагонов с перегретыми буксами - до 9.

5. Питание прибора от сети переменного тока 50 Гц, 220 В, потребляемая мощность напольных устройств - 350 Вт, станционных устройств - 250 Вт (без обогрева).

ПОНАБ-3 состоит из перегонных и станционных устройств. Структурная схема ПОНАБ-3 показана на рис. 2.13. перегонные включают напольное и основное оборудование. Напольное оборудование размещается непосредственно на пути, а основное - в помещении, построенном рядом с путями, вблизи напольного оборудования.

К напольному оборудованию относится следующее:

- две напольные камеры на раме, представляющие собой металлический корпус, в котором находится капсула с болометром и предварительным усилителем. Отверстие корпуса закрывается заслонкой, предохраняющей капсулу от механических повреждений. В корпус помещается также нагревательный элемент и датчик температуры. На внутренней стенке заслонки вмонтированы лампочки. Болометр типа БП-1 воспринимает тепловую энергию (инфракрасные лучи) от перегретых букс и преобразует её в электрические сигналы;

- высокочастотная рельсовая цепь, состоящая из генератора тока частотой 5 кГц, питающего и релейного трансформаторов, фильтров и путевого реле типа ИР1-3000; выполняет функцию электронной педали (на структурной схеме обозначена ЭП1). Она фиксирует вступление поезда в зону напольного оборудования ПОНАБ-3 за 10-15м и выход за 40-50м;

- четыре магнитные педали типа ПБМ-56 (П1-П4). Они являются датчиками прохода колёсных пар и осуществляют отметку вагонов;

- ограждающие устройства, предохраняющие напольное оборудование; путевая коробка, где находятся трансформаторы и коммутируется кабель.

Основное оборудование размещается в отапливаемом помещении. К нему относятся:

- силовой распределительный щит, состоящий из корпуса и платы с элементами приборов. На лицевой стороне платы имеются: пакетные выключатели питания, тумблеры отключения обогрева камер, вольтметр с переключателем и сигнальная лампа;

- снизу на специальной плате укреплены: реле управления системой обогрева камер, аварийное реле, датчики типа ДТКВ-50 системы обогрева помещений, трансформатор обогрева напольных камер, выпрямитель 24В, феррорезонансный стабилизатор типа С-0-28 и путевое реле;

- на щите крепления стойки аппаратуры (смотря с лицевой стороны сверху вниз) в левой части размещены: блоки усилителей и запоминания сигнала о перегретых буксах правой и левой стороны; блок управления, вырабатывающий команды управления приборами; блок отметчика вагонов, фиксирующий прохождение вагона через педали. В правой части находится блок управления передачей данных (АПД); блок счётчиков количества вагонов в поезде; блок передачи сигналов, формирующий код информации; передатчик, осуществляющий частотную модуляцию кода и его передачу на станцию по линии связи.

Станционные устройства размещаются в отапливаемом помещении контрольного пункта (ПКТО), в помещении ДСП или на посту ЭЦ и включают в себя: стойку приемную, в которой находятся: блок-подставка, осуществляющая прием из линии связи частотно-модулированного кода и преобразование его в импульсы постоянного тока, блок контроля, осуществляющий контроль приема информации, приемник кода информации, принимающий код и передающий его в логику пишущей машинки ЭУМ-23Д; электроуправляемую машинку типа ЭУМ-23Д; пульт оператора; щит вводно - изолирующий.

Принцип работы прибора ПОНАБ-3 при прохождении поезда в зоне напольных устройств следующий.

При движении поезда температура буксовых узлов вагонов и локомотивов выше температуры наружного воздуха, поэтому буксы излучают тепловую энергию в виде инфракрасных лучей. Работа ПОНАБ-3 основана на улавливании импульсов тепловой энергии от корпуса букс и преобразовании их в электрические сигналы, усилении последних с выделением сигналов от аварийных букс, формировании, передаче и отображении информации о месте расположения аварийных букс в поезде.

При вступлении поезда на частотную рельсовую цепь за 10...15м до педалей, обеспечивается путевое реле ИР1-3000 (срабатывает педаль ЭП-1), которое выдает сигнал наличия поезда. Этот сигнал поступает в блок управления, который дает команду на снятие запрета с логических схем и открытие заслонок напольных камер. Все эти операции заканчиваются до вступления первого колеса на первую педаль ПБМ-56 (П1). В момент входа его на педаль П1 она подает сигнал в блок управления, а последний дает команду на подключение ячейки памяти в блоке усиления. В момент движения колеса от П1 до второй педали П2 тепловой сигнал от буксы воспринимается болометром и преобразуется в энергетический сигнал, который через предварительный усилитель поступает в блок усиления и запоминается в ячейке памяти. При заходе первого колеса на П2 ячейка памяти закрывается.

При вступлении второй колесной пары на П1 в блоке усиления будет подключена вторая ячейка памяти. Она запомнит амплитуду сигнала от второй буксы. Таким образом, после прохода двух колесных пар по педалям П1 и П2 в ячейках запоминаются амплитуды тепловых сигналов от двух букс левой и двух букс правой стороны поезда и подается команда на сравнение сигналов от этих букс. Если отношение амплитуд этих сигналов к заранее заданному пороговому значению (4...5 В) превышает заранее заданное отношение, тогда вырабатывается сигнал тревоги, свидетельствующий о наличии перегретой буксы.

Вышеупомянутое заранее заданное отношение как раз определяет настройку аппаратуры ПОНАБ-3 на 100 или 140 градусов перегрева.

Сигнал тревоги поступает в ячейку памяти блока управления и запоминается. После этого информация в блоках усиления стирается.

Педали ПБМ-56 расположены на пути так, что между П1 и П2 и между П3 и П4 расстояние меньше, чем между двумя соседними колесными парами одной тележки вагона. А между П1 и П4 расстояние меньше, чем длина базы наиболее короткого вагона.

В отметчике вагонов в ячейках памяти записываются импульсы от педалей П1, П2 и отдельно от П3 и П4, так что после прохода через все четыре педали симметричной подвижной единицы происходит сравнение числа колес, "набежавших" на П1 и П2, с числом колес "сбежавших" с П3 и П4. Так как подвижная единица (вагон, локомотив) симметрична, вырабатывается импульс тока. При наличии у вагона перегретой буксы по этому импульсу происходит считывание информации из памяти блока управления и передачи ее в блок передачи данных (АПД) (о перегретых буксах правой и левой стороны прошедшего вагона).

Сигнал отметки вагона и количество перегретых букс также формируются в блоке счетчиков.

При каждом поступлении сигнала тревоги блок АПД вырабатывает команду о передаче текущего значения номера вагона в блок передачи, а последний формирует код номера вагона и через блок ЧМС передает в линию связи, после чего передается аналогично знак (сторона) перегретой буксы.

На посту регистрации частотно-модулированные сигналы, поступающие из линии в блок подставку (ЧМС), преобразуются в импульсы постоянного тока и передаются в блок контроля и приемник; здесь код преобразуется из последовательного в параллельный и подается в блок логики машинки ЭУМ-23Д, где расшифровывается и печатается.

Машинка печатает порядковый номер вагона и знак перегретой буксы. Знак плюс означает, что перегрета правая букса, знак минус - левая, а знак х показывает перегрев букс с обеих сторон. Например, 18+58х61- означает: 18-й вагон, перегрета правая букса; 58-й - перегреты буксы с обеих сторон, 61-й - левая.

При поступлении знака первой перегретой буксы на пульте оператора загорается лампочка и звонит звонок.

После освобождения поездом частотной рельсовой цепи (40-50 м за педаль) возбуждается путевое реле и передается сигнал о передаче общего количества вагонов в поезде и количестве перегретых букс.

Одновременно в блоке управления включается система автоконтроля исправности прибора ПОНАБ-3 и команда на закрытие заслонок напольных камер. Моделируется прохождение четырехосного вагона с перегретыми буксами, для этого на отметчик вагонов подается программа импульсов прохождения четырехосного вагона по педалям (П1 - П4), а на лампы заслонок камер импульс тока, имитирующий перегрев буксы (сигнал тревоги). Эти данные передаются на пост кодом и печатаются: если ПОНАБ исправный передается буква Р, если неисправный - Н. Кроме этого, контролируется уровень сигнала в линии связи. При нарушении линии связи на пульте загорается лампа и звенит звонок.

2.3.7 Система технического диагностирования ДИСК

Комплексная дистанционно-информационная система (ДИСК-БКВЦ) предназначена для комплексного контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда с передачей данных на централизованный диспетчерский пост.

Базовая подсистема ДИСК-Б предназначена для автоматического обнаружения перегретых (неисправных) буксовых узлов вагонов и локомотивов при проходе поездами пункта контроля, то есть зоны размещения напольного оборудования, перегонных устройств и выдачи информации обслуживающему персоналу станции информации о наличии, расположении и количестве перегретых букс в поезде (если они имеются), а также сведения о проконтролированном поезде и времени прохода поездом зону контроля. Базовая подсистема ДИСК-Б входит в состав автоматической системы комплексного контроля ДИСК-БКВЦ и может дополняться подсистемами ДИСК-К и ДИСК-В.

Подсистема ДИСК-К предназначена для автоматического контроля дефектов колес по кругу катания (накат, ползун). Подсистема ДИСК-В предназначена для автоматического контроля волочащихся предметов, деталей и узлов в подвижном составе.

Диапазон скоростей движения контролируемых поездов: от 5 до 125 км/ч - для грузовых поездов; от 5 до 250 км/ч - для пассажирских.

Питание аппаратуры: 220 В (резервное и основное).

В состав напольного оборудования (рис. 2.14) входят:

а) напольные камеры основные и вспомогательные. НКЛО, НКПО напольные камеры, левая и правая, основные. НКЛВ, НКПВ - напольные камеры, левая и правая, вспомогательные;

б) высокочастотная рельсовая цепь наложения (РЦН)- служит для контроля наличия поезда в зоне, электронная педаль ЭП-1;

в) магнитные педали П1-П5 - датчики прохода колесных пар, для счета осей и вагонов. Бесконтактные магнитные педали - ПБМ-56;

г) датчики динамики колес К1-К3 - пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи, для контроля колес по кругу катания;

д) датчики волочения В1-В4 - контроль нижнего габарита подвижного состава.

В состав перегонной аппаратуры также входит перегонная стойка, которая состоит из отдельных блоков, субблоков, стабилизатора напряжения, трансформаторов и реле.

Блоки перегонной стойки имеют следующее назначение.

Блок управления - осуществляет управление работой напольных камер, формирует отметки прохода физических подвижных единиц, управляет алгоритмом работы приемо-усилительного тракта, осуществляет автоконтроль работоспособности аппаратуры, преобразует информацию для блока передачи.

Блок усилителей - усиливает тепловые сигналы от всех напольных камер, корректирует их по амплитуде в зависимости от температуры наружного воздуха и преобразует их для передачи в каналы связи.

Блок передачи - предназначен для преобразования исходных сообщений (модуляция) в сигналы, пригодные для передачи в линию, соединяет перегонное и станционное оборудование, имеет 7 информационных каналов (7 передатчиков) в спектре частот 2000-3220 Гц, а также обратный канал на частоте 1350 Гц.

Виды информации на каналах:

канал 1 - наличие волочащихся деталей "В";

канал 2 - уровень динамики колес "К";

канал 3 - уровень нагрева левый (тепловой);

канал 4 - уровень нагрева правый (тепловой);

канал 5 - контроль поезда и линий;

канал 6 - отметка оси;

канал 7 - отметка вагонов.

Обратный канал - канал управления со станционного оборудования.

Субблок ГУ-1 - предназначен для усиления сигналов прямого и обратного каналов, а также имитатора контрольных сигналов (ИКС).

Блок контроля колес - служит для усиления и обработки сигналов от путевых датчиков динамики колес.

В состав станционного оборудования входит: стойка аппаратуры, станционная; пульт оператора; блок сопряжения; печатающее устройство.

В состав станционной стойки входят: силовое оборудование и блоки; блок приема сообщений; блок преобразования; блок накопления; блок автономной работы; реле.

Блок приема сообщений - для приема сообщений с перегонной аппаратуры, имеется 7 приемников, частота которых соответствует частоте передатчиков на перегоне. Блок преобразовывает сообщения тональной частоты в исходные (демодуляция) и усиливает.

Блок преобразования - для приема аналоговых сигналов, несущих информацию о динамике колес и степени нагрева буксовых колес, преобразования их в цифровой код, хранения и выборки информации.

Блок накопления - осуществляет накопление информации об осях вагона, количестве вагонов в поезде, текущем времени, номере поезда, а также коммутация информации того или иного вида на регистры печати и на печатающее устройство.

Блок автономной работы - для сбора информации и выдачи этой информации на пульт оператора и на собственный индикатор. В блоке также происходит формирование сигналов управления для станционного оборудования.

Блок сопряжения - для накопления информации во время прохода поезда и выдачи этой информации на печатающее устройство.

Печатающее устройство - для регистрации всей информации о поезде на печать, куда печатается: слово об оси, о вагоне, о поезде, о времени, уровень нагрева справа, уровень нагрева слева, порядковый номер поезда, количество вагонов в поезде, порядковый номер вагона, признак вагона с роликовой буксой и признак заторможенного вагона.

Пульт оператора - для управления и индикации информации о поезде и времени. Состоит из 2 частей: индикационная и управление.

При помощи управляющей части на индикацию можно выдать все виды информации: о номере поезда за смену, о текущем времени, о количестве вагонов, о видах неисправностей с буферного накопителя, а также выключить звонок при помощи кнопки.

На индикационной части пульта можно все эти информации контролировать: о поезде, о времени, о неисправностях.

Устройства ДИСК могут осуществлять автоматическое перекрытие выходного устройства.

Напольные устройства ДИСК дополняются (по решению в соответствии с ПТЭ) специальным сигналом, который устанавливается на расстоянии, большем длины поезда, от зоны действия рельсовой цепи ЭП-1. Сигнальное показание загорается на нем в случае, если ДИСК выдал сигнал тревоги для данного поезда. Сигнал оповещает об этом машиниста.

Аппаратура ДИСК используется по двум вариантам. Напольные устройства ДИСК размещаются перед промежуточными станциями участка, не имеющими контрольного пункта ПКТО. В этом случае прибор регулируется на выявление аварийных букс с перегревом относительно окружающего воздуха выше 140 градусов. И на подходах к промежуточной станции с ПКТО, в этом случае прибор регулируется на перегрев свыше 100 градусов.

В первую очередь устройства ДИСК размещают в конце длинных участков за 40 - 60 км после ПТО.

Рис. 2.13. Структурная схема системы ПОНАБ-3



Рис. 2.14. Структурная схема системы ДИСК

3. Лабораторные работы

По прибытию студентов на сессии планируется выполнение следующих лабораторных работ.

Лабораторная работа № 1

Испытание дешифраторных ячеек кодовой автоблокировки.

Цель работы. Изучение методов измерения основных характеристик приборов дешифраторных ячеек кодовой автоблокировки типа ДА и испытание их в условиях, эквивалентным эксплуатационным на специальном универсально стенде.

Лабораторная работа № 2

Проверка блоков электрической централизации и горочной автоматической централизации.

Цель работы. Изучение методов измерения характеристик приборов в релейных блоках электрической централизации и горочной автоматической централизации на специальном унифицированном стенде.

Лабораторная работа № 3

Изучение оптимальных алгоритмов поиска неисправностей в кодовой автоблокировки, рельсовых цепях, в стрелочном электроприводе (Программа АОS).

Цель работы. Изучение оптимальных алгоритмов поиска неисправностей в числовой кодовой автоблокировки, рельсовых цепях переменного тока, в стрелочном электроприводе с помощью автоматизированной обучающей системы (Программа АОS) и персональной ЭВМ.

Лабораторная работа № 4

Исследование функциональных возможностей диагностической системы ДИСК - БКВЦ.

Цель работы. Изучение назначения аппаратуры комплексной дистанционно-информационной системы (ДИСК-БКВЦ), алгоритма ее работы и расшифровка информации на бланке печатающего устройства.

железнодорожный транспорт автоматика телемеханика

4. Методические указания к выполнению контрольной работы № 1

Контрольная работа предусматривает изучение способов и методов измерений параметров аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, их специфику, основные функциональные свойства измеряемой аппаратуры и положения технической диагностики, а также решение задач технического диагностирования. При измерениях в устройствах автоматики и телемеханики используются специальные методы, к которым можно отнести измерение фазовых соотношений в рельсовых цепях, и измерительная аппаратура - измерители сопротивления балласта, векторметры и другие. Процесс измерения тесно связан с техническим обслуживанием и контролем состояния элементов и систем в целом. Поэтому в курсе измерений предусмотрено определение наиболее рационального срока технического обслуживания устройств автоматики и телемеханики.

В методических указаниях приведены ссылки на литературу, использование которой окажет помощь в решении конкретных задач.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Задача 1

Определить первичные и вторичные параметры рельсовых цепей постоянного тока одним из методов измерения параметров - в зависимости от предпоследних цифр шифра студента (табл. 4.1, 4.2, 4.3). Провести сравнение рассмотренного метода с другими методами.

Таблица 4.1 Метод холостого хода и короткого замыкания

Предпоследняя цифра шифра	Длина рельсовой цепи l, км	Напряжение при холостом ходе, В	Ток при холостом ходе, А	Напряжение при коротком замыкании, В	Ток при коротком замыкании, А
1	1,5	0,90	0,56	0,24	0,98
2	1,3	1,12	0,50	0,146	1,02
3	1,4	1,15	0,64	0,167	1,2
4	1,2	1,12	0,56	0,20,	1,0

Таблица 4.2 Метод холостого хода и короткого замыкания, не требующий отключения путевого реле

Предпоследняя цифра шифра	Длина рельсовой цепи l, км	Напряжение на питающем конце рельсовой цепи, в	Ток на питающем конце рельсовой цепи, А	Напряжение на релейном конце рельсовой цепи, В	Ток на релейном конце рельсовой цепи, А
5	1,5	1,2	1,0	0,5	0,51
6	1,2	1,4	1,4	0,91	6,55
7	1,1	1,4	1,2	0,87	0,68

Таблица 4.3 Метод двух коротких замыкания

Предпоследняя цифра шифра	Длина рельсовой цепи l, км	Напряжение Ul, В, при коротком замыкании на расстоянии l	Ток А, при коротком, замыканий на расстоянии l	Напряжение U2l , В, при коротком замыкании на расстоянии 2l	Ток A, при коротком замыкании на расстоянии 2l
8	1.8	0,195	0,82	0,32	0,77
9	1,9	0,20	0,85	0,34	0,78
0	2,0	0,23	0,9	0,35	0,79

Методические указания к выполнению задачи 1

Обосновать целесообразность применения методов: холостого хода, короткого замыкания и двух коротких замыканий исходя из затухания рельсовой линии и соотношения входных сопротивлений в режимах холостого хода и короткого замыкания, а также метода, не требующего отключение путевого реле, с учетом возможности его применения при интенсивном движении поездов [1, с. 106--116].

При выводе необходимых расчетных формул исходить из известных уравнений электрических линий, где указана связь между токами и напряжениями в начале I_н , U_н и в конце I_к , U_к линии:

где U_н , I_н - напряжение и ток в начале рельсовой линии;

U_к , I_к - напряжение и ток в конце рельсовой линии;

z_b - волновое сопротивление рельсовой, линии;

- коэффициент распространения волны;

l - длина рельсовой линии.

Для метода холостого хода и короткого замыкания следует учесть, что:

в режиме холостого хода

при коротком замыкании на релейном конце

Используя эти соотношения, получить расчетные формулы для вторичных параметров через входные сопротивления рельсовой линии, вычисленные на основании измеренных напряжений и тока. По найденным вторичным параметрам определить первичные.

При выводе уравнений для метода двух коротких замыкании использовать две пары уравнений [1, с. 104, формулы (48) и (49)]: первую для длины рельсовой линии l , вторую -- 2l.

Выразив входные сопротивления рельсовой линии в первом и втором случаях через вторичные параметры и учтя, что

после необходимых преобразований получим расчетные формулы для вторичных параметров через входные сопротивления.

Для метода, не требующего отключения путевых приборов, вывод расчетных формул следует произвести, используя уравнения электрических линий (1) и (2). При преобразованиях уравнений найти значение волнового сопротивления z_b (для рельсовых цепей постоянного тока - R_b ). И далее определить ch l и R_b через напряжения и токи в начале и конце рельсовой линия. Необходимо учесть, что

Используя исходные данные, приведенные в табл. 4.1, 4.2 и 4.3, рассчитать вторичные, а затем первичные параметры рельсовой линии. В контрольной работе следует привести промежуточные расчеты. Полученные результаты сравнить с нормативными данными.

Задача 2

В задаче необходимо дать ответ на поставленный вопрос, выбрав вариант по сумме двух последних цифр шифра.

1. Виды и оценка погрешностей. Система технического диагностирования АБ.

2. Классы точности измерительных приборов. Система технического диагностирования ДЦ.

3. Правила проверки измерительных приборов. Датчики контроля технического состояния.

...