Принципы построения и функционирования технических средств диагностирования устройств автоматики и телемеханики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Отчет

по производственной практике

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДИГНОСТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Студент

Я.В. Шишигин

Омск 2016



Содержание

Введение

1. Структура дистанции СЦБ

2. Работы, выполненные в течение производственной практики

3. Принципы построения и функционирования технических средств диагностирования устройств автоматики и телемеханики

4. Классификация и характеристика дефектов устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

5. Особенности построения и функционирования систем технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

6. Эффективность работы систем технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

7. Модернизация и перспективы развития систем технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Заключение

Библиографический список



Введение

Каменская дистанция сигнализации, централизации и блокировки существует в сегодняшнем виде с июля 2008 года. До этого здесь был лишь участок Алтайской дистанции СЦБ.

История этого предприятия, которое многие знают под аббревиатурой ШЧ-15, конечно, насчитывает намного большее количество лет.

За время реорганизации и становления дистанции изменилось многое -- был отремонтирован четырехэтажный аппаратно-производственный комплекс, оборудованы столовые для сотрудников, спортивный зал, комната отдыха, душевые. В планах на этот год строительство новой производственной базы, в том числе стоянки дрезин, гаража для автомобилей, мастерских и многого другого.

В нас пока вкладываются неплохие средства по организации инфраструктуры предприятия, -- рассказал начальник Каменской дистанции СЦБ, -- но потом и требовать будут больше. После строительства моста участок стал двухпутным. Нагрузка возросла в разы. В планах пропуск до 100 поездов в сутки, так как среднесибирский ход нынче на ремонте и весь грузопоток идет через нас.

Каменская дистанция занимается, прежде всего, обеспечением автоматики и механики, так как весь процесс перевозки на железной дороге автоматизирован -- светофоры, стрелки управляются централизованно, контроль же осуществляется непосредственно поездными диспетчерами из Новосибирска.

Граница участка обслуживания начинается от перегона Зубково до Среднесибирской, а от нее к Безменово. Это более 400 километров, что среди подобных предприятий является средним показателем.

Кроме всего прочего, в нашем ведении также устройства, осуществляющие контроль технического состояния поездов -- выявление нагрева букс колесных пар, исправность других механизмов

Каменская дистанция сигнализации, централизации и блокировки делится на несколько производственных и управленческих участков -- это производственная база, цех КТСМ, ремонтно-технологический участок, отдел технической документации, диспетчерская, откуда осуществляется оперативное руководство, администрация и многое другое, в том числе и линейные цеха во главе со старшими электромеханиками.

Основными задачами Каменской дистанции СЦБ являются:

1) предупреждение и ликвидация нарушений нормальной работы средств железнодорожной автоматики и телемеханики (далее - средства ЖАТ) и устройств сигнализации, централизации и блокировки (далее устройств СЦБ) инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования и железнодорожных путей не общего пользования, находящихся на балансе дирекции, с целью обеспечения перевозок пассажиров, грузов, багажа, грузобагажа и оказания иных, связанных с перевозками, услуг;

2) обеспечение безопасности движения поездов;

3) осуществление технического обслуживания, восстановления, ремонта и утилизации средств ЖАТ и устройств СЦБ, обеспечение их безопасной и надежной работы;

4) реализация мероприятий по модернизации обслуживаемых устройств и оборудования;

5) выполнение организационно-технических мероприятий по повышению надежности, эффективности и экономичности работы средств ЖАТ и устройств СЦБ;

6) организация работы по выполнению требований законодательства Российской Федерации по экологической безопасности, мероприятий по охране окружающей природной среды, рациональному использованию природных ресурсов, предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, вредного воздействия на окружающую среду;

7) взаимодействие с другими структурными подразделениями дирекции по вопросам технической эксплуатации средств ЖАТ и устройств СЦБ;

8) организация подготовки инфраструктуры к работе в зимних условиях;

9) осуществление контроля соблюдения цехами дистанции законодательства Российской Федерации об охране труда, пожарной безопасности и защите окружающей среды;

10) проведение в цехах дистанции единой политики в области оплаты труда, нормирования трудовых затрат, рационального использования трудовых ресурсов и социальной защиты работников в соответствии с нормативными документами и коллективным договором ОАО «РЖД»;

11) планирование использования трудовых ресурсов, разработка и реализация мероприятий, направленных на повышение производительности труда, оптимизацию эксплуатационных расходов и повышение доходности;

12) обеспечение укомплектования и использования аварийно-восстановительного запаса и других запасов материальных ресурсов дистанции, в соответствии с установленными в ОАО «РЖД» нормативами;

13) организация и проведение работы по повышению квалификации и профессиональной переподготовке работников дистанции;

14) принятие участия в выставках, ярмарках, аукционах, конференциях, семинарах, симпозиумах;

15) организация работы по обеспечению безопасных условий труда, мобилизационной подготовке и гражданской обороне;

16) обеспечение защиты информации, составляющей государственную и коммерческую тайну;

17) ведение делопроизводства и обеспечение хранения документов в порядке, установленном ОАО «РЖД».

Права и обязанности дистанции в отношениях с юридическими и физическими лицами во всех сферах деятельности определяются договорами, заключаемыми дистанцией от имени ОАО «РЖД», и регулируются законодательством Российской Федерации, нормативными документами ОАО «РЖД», железной дороги, дирекции и настоящим Положением.

Дистанция имеет право:

1) в порядке, предусмотренном нормативными документами ОАО «РЖД», железной дороги и Дирекции, планировать свою деятельность и определять перспективы своего развития, исходя из утвержденных бюджетов, необходимости обеспечения производственного развития;

2) пользоваться имуществом, находящимся на ее балансе;

3) представлять в службу автоматики и телемеханики дирекции для согласования штатное расписание дистанции;

4) осуществлять в лице начальника дистанции и уполномоченных им лиц права и обязанности работодателя в трудовых отношениях с работниками дистанции;

5) представлять в службу автоматики и телемеханики дирекции предложения по совершенствованию и оптимизации структуры дистанции;

6) осуществлять меры, направленные на решение социально-бытовых нужд работников дистанции, в соответствии с условиями коллективного договора ОАО «РЖД»;

7) привлекать в установленном порядке работников других подразделений ОАО «РЖД» для решения вопросов, отнесенных к ведению дистанции;

8) представлять интересы железной дороги по вопросам, входящим в компетенцию дистанции;

9) для выполнения возложенных задач дистанция имеет и другие права, делегированные ОАО "РЖД", железной дорогой, дирекцией, и не противоречащие законодательству Российской Федерации.

Дистанция обязана:

1) соблюдать требования законодательных и иных нормативных актов Российской Федерации, нормативных документов ОАО "РЖД и настоящего Положения;

2) обеспечивать безопасность движения поездов, содержание в исправном состоянии технических средств ЖАТ, опасных производственных объектов, установок, машин, механизмов, оборудования и транспортных средств;

3) принимать незамедлительные меры по устранению последствий аварий и техногенных катастроф;

4) обеспечивать сохранность, исправное содержание и восстановление имущества дистанции, использовать его исключительно в целях, предусмотренных настоящим Положением;

5) разрабатывать предложения по совершенствованию производственно-экономической деятельности дистанции, в том числе: по улучшению использования основных производственных и оборотных средств, экономии эксплуатационных расходов, материальных ресурсов и наиболее рациональному их расходованию, вовлечению вторичных ресурсов для повторного использования в хозяйственный оборот, выполнению мероприятий по повышению производительности труда, снижению себестоимости работ, нормированию трудовых затрат и представлять их в службу автоматики и телемеханики Дирекции;

6) обеспечивать улучшение труда, и предупреждение производственного травматизма, выполнение правил и норм охраны труда;

7) соблюдать финансовую дисциплину и расчетные обязательства, исполнять утвержденные бюджеты;

8) проводить анализ отказов в работе средств ЖАТ, находящихся в ведении дистанции, и разрабатывать мероприятия по повышению надежности их действия;

9) обеспечивать своевременно и в полном объеме выплату работникам заработной платы и иных выплат, производить индексацию заработной платы в соответствии с законодательством Российской Федерации и коллективным договором ОАО «РЖД»;

10) обеспечивать содержание технических, технологических, сезонных и мобилизационных запасов материальных ресурсов в соответствии с установленными нормативами;

11) обеспечивать сохранность документов (управленческих, финансово-хозяйственных, по личному составу), передачу на государственное хранение документов, имеющих научно-историческое значение в соответствии с перечнем документов, согласованных архивными органами.

Дистанция осуществляет иные права и выполняет иные обязанности, предусмотренные нормативными документами ОАО "РЖД", железной дороги, дирекции. Руководство дистанцией осуществляет начальник дистанции, назначаемый на должность и освобождаемый от должности начальником железной дороги по представлению начальника дирекции по согласованию со службой автоматики и телемеханики дирекции в порядке, установленном ОАО "РЖД". Начальник дистанции имеет заместителей, назначаемых и освобождаемых от должности начальником дирекции по согласованию со службой автоматики и телемеханики дирекции. Обязанности начальника дистанции во время его отсутствия исполняет один из его заместителей в соответствии с распределением обязанностей между начальником дистанции и его заместителями. Начальник дистанции действует на принципе единоначалия. Права, обязанности и ответственность начальника дистанции по вопросам деятельности дистанции, условия оплаты его труда и другие обязательства сторон определяются настоящим Положением, трудовым договором и доверенностью, выдаваемой начальником железной дороги.

Начальник дистанции в пределах предоставленных ему полномочий:

1) представляет интересы ОАО "РЖД" от имени железной дороги в пределах предоставленных доверенностью прав во всех организациях Российской Федерации;

2) несет ответственность за выполнение возложенных на дистанцию задач и функций;

3) заключает гражданско-правовые договоры и соглашения в соответствии с выданной начальником железной дороги доверенностью;

4) контролирует соблюдение трудовой и исполнительской дисциплины, осуществляет права и обязанности работодателя в трудовых отношениях с работниками дистанции;

5) утверждает положения об отделах, секторах, участках производства дистанции, должностные инструкции работников дистанции;

6) издает приказы, распоряжения, обязательные для исполнения всеми работниками дистанции;

7) принимает решения по всем вопросам деятельности дистанции, отнесенным к его компетенции законодательством Российской Федерации,
нормативными документами ОАО "РЖД", железной дороги и дирекции, заключенным с ним трудовым договором, доверенностью и настоящим Положением. Работники дистанции руководствуются при осуществлении своих функций должностными инструкциями.



1. Структура дистанции СЦБ

Рисунок 1 - Структура дистанции СЦБ

Основной производственный процесс, который осуществляет Дистанция сигнализации, централизации и блокировки - это проведение технического обслуживания и ремонта устройств СЦБ.

Объем производства дистанции сигнализации можно охарактеризовать тремя основными первичными показателями: технической оснащенностью, измеренной в технических единицах, протяженностью обслуживаемого участка железной дороги и численностью работников.

Весь штат работников дистанции сигнализации централизации и блокировки подразделяется на оперативно-производственный и управленческий штат.

Оперативно-производственный штат делится на технический и эксплуатационный штат.

В состав технического штата входят начальники производственных участков, инженеры, старшие электромеханики и электромеханики. Все они относятся к инженерно-техническим работникам. В технический штат входят так же электромонтеры, слесари, шофера, составляющие категорию рабочих. Ведущей профессией в хозяйстве сигнализации централизации и блокировки железных дорог являются электромеханики.

В управленческий штат входят руководители дистанции, инженеры технико-экономической группы и счетно-бухгалтерский персонал. Кроме
того, в управленческий штат входит инженер дистанции, инженер по труду, зам.начальника дистанции и специалист по кадрам.

Обязанности по руководству дистанцией строго распределены между начальником дистанции, его заместителями и главным инженером.

За начальником закреплено общее руководство, в том числе функции обеспечения безопасности движения поездов, подборка кадров и финансирование.

Остальные функции управления отдельными производственными подразделениями дистанции распределены между ее руководителями с учетом организационной структуры, а также личного опыта и способностей при обеспечении равномерной загрузки каждого работника. Распределение обязанностей регламентировано приказом по дистанции.

Важнейшей задачей командного состава дистанции является действенный контроль за работой технического персонала, выполнением правил технической эксплуатации, всех должностных инструкций.

2. Работы, выполненные в течение производственной практики

- 11.07 Ознакомление с техникой безопасности

- 12.07 Получение всей необходимой атрибутики для выполнения практики, инструктаж на рабочем месте

- 13.07 Замена блоков ПС и осмотр состояния реле в релейном помещении

- 14.07 Монтаж новых импульсных реле ИВГ в шкафах на сигнальных точках

- 15.07 Выполнение работ по плану-графику (внутренний осмотр приводов)

- 18.07 Выполнение работ по плану-графику

- 19.07 Установка защиты от грозы на сигнальных точках (перегон Камень-Световская)

- 20.07 Установка защиты от грозы на сигнальных точках (перегон Камень-Световская)

- 21.07 Установка защиты от грозы на сигнальных точках (перегон Камень-Световская)

- 22.07 Установка защиты от грозы на сигнальных точках (перегон Камень-Световская)

- 25.07 Установка защиты от грозы на сигнальных точках (перегон Камень-Световская)

- 26.07 Выравнивание релейных шкафов и мачт светофоров на сигнальных точках

- 27.07 Выравнивание релейных шкафов и мачт светофоров на сигнальных точках

- 28.07 Выравнивание релейных шкафов и мачт светофоров на сигнальных точках

- 29.07 Выравнивание релейных шкафов и мачт светофоров на сигнальных точках

- 01.08 Выравнивание релейных шкафов и мачт светофоров на сигнальных точках

- 02.08 Демонтаж Блок поста на станции Сузун

- 03.08 Демонтаж Блок поста на станции Сузун

- 04.08 Замена приборов на перегоне

3. Принципы построения и функционирования технических средств диагностирования устройств автоматики и телемеханики

Эффективность и качество работы железных дорог зависит от многих факторов, в том числе и от качества функционирования устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Отказы устройств ЖАТ могут не только приводить к задержкам в движении поездов, но и становиться причиной аварий, крушений и катастроф, т.е. серьезных нарушений безопасности перевозочного процесса. Именно поэтому следует поддерживать высокий уровень надежности в процессе их эксплуатации. В настоящее время применяются как конструктивные мероприятия по обеспечению надежной работы устройств ЖАТ (использование элементов с низкими потоками отказов, резервирование, диагностирование), так и внешние мероприятия по поддержанию рабочих характеристик устройств ЖАТ в пределах допустимых норм - мероприятия по техническому обслуживанию (ТО). Стратегия ТО выбирается исходя из возможностей оценки технического состояния устройства: либо оно определяется человеком, либо автоматически - дополнительными средствами контроля. Учитывая тот факт, что в хозяйстве автоматики и телемеханики превалирует релейная техника, в которой не предусмотрены встроенные средства диагностирования, а также в связи с отсутствием перспектив быстрого перевода устройств и систем ЖАТ на компьютерную элементную базу, выполнение операций по определению технического состояния объектов и ТО возлагается на обслуживающий персонал - бригады электромехаников сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), т. е. реализуется стратегия плановопредупредительного метода ТО. Такая стратегия ТО - весьма дорогая. По некоторым данным [7], стоимость обслуживания за нормативный период эксплуатации в 5-10 раз превышает капитальные вложения в строительство систем ЖАТ, поэтому вектор развития самой области ЖАТ предполагает в будущем переход на более совершенный метод обслуживания устройств - по их фактическому состоянию, что позволит высвободить значительные трудовые ресурсы, уменьшить отрицательные воздействия на технику и, как следствие, получить значительное повышение качества ТО и снижение эксплуатационных расходов. С этой целью на железных дорогах России внедряются системы технического диагностирования и мониторинга (СТДМ) состояния устройств ЖАТ, которые надстраиваются над существующими системами обеспечения движения поездов. Использование СТДМ ЖАТ позволяет в автоматическом режиме контролировать техническое состояние устройств, выдавать информационные сообщения в случае отклонения параметров от допустимых норм, создавая таким образом, предпосылки к переходу на новые методы ТО.

В работе СТДМ важным является процесс выявления предотказных состояний устройств - таких состояний, которые предшествуют отказам. Своевременная фиксация предотказного состояния способствует предотвращению отказа. С целью обработки диагностической информации и анализа природы возникновения предотказных состояний в инфраструктуре ЖАТ создаются центры технического диагностирования и мониторинга (ЦМ), а в дистанциях СЦБ выделяются специализированные бригады по обработке диагностических данных и обслуживанию устройств СТДМ. От грамотной работы технологов ЦМ и дистанций СЦБ зависит качество обработки диагностической информации, непосредственно влияющее на снижение числа отказов устройств ЖАТ, что повышает уровень надежности их работы. В пособии приводятся теоретические основы построения СТДМ, а также рассматриваются практические вопросы их функционирования на железных дорогах России.

Техническое диагностирование и мониторинг состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Методы технического обслуживания

При эксплуатации устройств и систем ЖАТ следует обеспечивать необходимый уровень надежности и безопасности. В релейных системах ЖАТ это достигается за счет использования реле первого класса надежности в ответственных цепях и соответствующих схемных решений, включающих мероприятия по проверке всех условий безопасности при реализации технологических операций [21]. В компьютерных системах ЖАТ применяются более совершенные устройства, построенные на микропроцессорной основе. Для достижения высокого уровня надежности их функционирования используются элементная база, имеющая низкую интенсивность потока отказов, средства встроенного контроля и самоконтроля, мероприятия по резервированию отдельных узлов. Для поддержания высокого уровня безотказности устройств ЖАТ проводятся мероприятия по их ТО. Существует несколько подходов (рис. 1) к организации ТО [2]. Первый подход не требует существенного обслуживания устройства и определяется его наработкой до отказа, не нуждается в больших материальных затратах и большом штате обслуживающего персонала. Такой метод ТО используется при 100%-ном резервировании или, когда устройство не выполняет ответственных функций по обеспечению безопасности. Второй подход к ТО - обслуживание, определяемое временными интервалами. Он требует составления плана ТО с установленными сроками проводимых мероприятий, а также наличия специальных бригад по обслуживанию устройств. Этот вид ТО достаточно дорогой и не всегда является оптимальным (операции по ТО могут быть запланированы после фактически свершившегося отказа, т. е. слишком поздно, или, наоборот, могут быть проведены преждевременно). Наиболее совершенным является третий подход к ТО - обслуживание, определяемое фактическим (текущим) состоянием устройства (системы). Он требует наличия средств диагностирования текущего состояния рабочих параметров устройства. Данный метод сравнительно недорогой и не требует многочисленного штата обслуживающего персонала. Более того, обслуживание по фактическому состоянию позволяет максимально использовать ресурс устройств: ремонт и замена производятся не по плану, а в соответствии с наработкой и текущим техническим состоянием.



На российских железных дорогах используется второй подход, называемый еще планово-предупредительным, или регламентным методом ТО [38]. Он включает в себя ряд мероприятий, проводимых с некоторой периодичностью в соответствии со специально разработанным графиком [17]. Как отмечалось выше, такой подход не всегда оптимален и весьма дорог, кроме того, у обслуживающего персонала имеется соблазн не выполнять или выполнять некачественно часть работ, т. к. зачастую операции по ТО рутинны, а контроль фактического их выполнения отсутствует. Современным является третий подход - обслуживание устройств по их фактическому состоянию. Для осуществления перехода от регламентного метода ТО к методу обслуживания устройств по их фактическому состоянию необходимо обеспечить непрерывный контроль функциональных узлов за счет встроенных и надстраиваемых средств контроля. Постановка специализированных датчиков в уже действующую релейную технику затруднительна и является весьма затратной, а быстрый переход на применение только микропроцессорной техники, снабженной функцией самоконтроля, невозможен. Ввиду этого актуальным становится использование надстраиваемых средств технического диагностирования и мониторинга (ТДМ).

Понятия технической диагностики и мониторинга

Под технической диагностикой [8] понимается область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта - такого состояния, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект. Процесс определения технического состояния объекта называется техническим диагностированием и характеризуется такими параметрами, как полнота и глубина обнаружения. Полнота обнаружения определяется составом подлежащих выявлению неисправностей (или других отклонений от допустимых норм), а глубина - уровнем идентификации неисправностей [26]. Основными задачами технического диагностирования являются [8]:

* контроль технического состояния объекта (системы);

* поиск места и определение причин отказа (неисправности);

* прогнозирование технического состояния объекта (системы). Возникновение такого направления, как техническая диагностика, предопределило создание систем непрерывного удаленного контроля технического состояния устройств - мониторинга (от лат. monitor - напоминающий, надзирающий). В современной инфраструктуре российских железных дорог устройства непрерывного съема данных, сеть передачи, каналообразующие устройства, а также технический персонал по обработке диагностической информации в совокупности представляют систему технического диагностирования и мониторинга (СТДМ) устройств ЖАТ. В п. 3.1 и в приложении 2 рассмотрены этапы исторического развития СТДМ ЖАТ.

Структура систем технического диагностирования и мониторинга

Системой технического диагностирования является совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации [8]. Виды систем технического диагностирования приведены в диаграмме на рис. 2. Так, системы технического диагностирования можно классифицировать по двум признакам: виду диагностирования и степени участия

человека в процессе диагностирования. По виду диагностирования различают системы тестового и рабочего (функционального) диагностирования. К системам рабочего диагностирования относятся системы, в которых процесс определения технического состояния связан с подачей только рабочих воздействий на технический объект без отключения объекта диагностирования от работы [27]. В таком случае средства диагностирования являются пассивными - только воспринимают информацию. В отличие от них в системах тестового диагностирования процесс определения технического состояния объекта связан с подачей специальных тестовых воздействий и кратковременным отключением объекта диагностирования от работы [25], [30]. Системы тестового диагностирования являются активными - вырабатывают тестовые сигналы и фиксируют реакцию диагностируемого объекта. Системы диагностирования могут также быть гибридными и включать в себя как рабочее, так и тестовое диагностирование.

По степени участия человека в процессе диагностирования системы делятся на ручные, автоматизированные и автоматические. Самая высокая доля участия человека - в ручных системах диагностирования. Автоматические системы диагностирования не требуют вмешательства человека в процесс. К системам автоматизированного диагностирования относятся системы с частичным участием человека. Наиболее совершенным является автоматическое диагностирование, т. к. исключает влияние человеческого фактора на результат. Современные СТДМ ЖАТ не имеют достаточно совершенных средств по анализу диагностической информации и требуют частичного вмешательства человека с целью обработки данных.

По виду диагностирования СТДМ ЖАТ относятся к системам рабочего диагностирования (рис. 3). Объект выполняет свои функции: воспринимает входные данные xi и вырабатывает по ним выходные yi. Человек (технолог) не имеет влияния ни на объект диагностирования, ни на средства диагностирования, в его функции входит только анализ диагностической информации. Однако технолог может подсказывать обслуживающему персоналу последовательность действий и сообщать результат диагноза с целью правильной организации работ по скорейшему восстановлению рабочих характеристик контролируемого объекта.

Подобная организация работы СТДМ ЖАТ не является совершенной, но полностью исключает влияние возможных ошибочных действий технолога на объекты управления и позволяет СТДМ ЖАТ выполнять свои функции, в числе которых решение задач диагностики (см. п. 1.2). При этом достигается: * контроль технического состояния устройств ЖАТ с возможностью фиксации отклонений их рабочих параметров от допустимых норм;

* сокращение количества отказов, благодаря выявлению момента их зарождения на стадии предотказного состояния;

* контроль качества выполнения ТО, а в некоторых случаях - и автоматизация выполнения ТО;

* создание предпосылок к переходу на ТО устройств по их фактическому состоянию;

* сокращение времени на поиск неисправностей и на восстановление работоспособного состояния устройств ЖАТ;

* архивация, хранение, восстановление событий и сбор статистической информации.

4. Классификация и характеристика дефектов устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Причины снижения надежности устройств

Под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования [9]. Рассматривая в качестве объекта какое-либо устройство ЖАТ, отметим, что в процессе его работы вероятна потеря функциональных возможностей (например, невозможность перевода стрелки при задании маршрута), т. е. не исключено снижение надежности относительно заданного уровня. Причиной снижения надежности является возникновение события дефекта (повреждения либо отказа) [31]. С точки зрения надежности технический объект может находиться в двух множествах состояний: исправных и неисправных [31]. В исправном состоянии технический объект соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации (НТКД), неисправное же состояние связано с нарушением хотя бы одного из этих требований. Исходя из последствий дефектов технического объекта, множество неисправных состояний можно разбить на несколько подмножеств: работоспособных, неработоспособных и предельных состояний. Работоспособное состояние заключается в сохранении в соответствии с НТКД значений всех параметров, характеризующих способность технического объекта выполнять заданные функции. Переход в неработоспособное состояние связан с выходом значений хотя бы одного такого параметра за пределы норм, определенных НТКД. Предельное состояние фиксируется при недопустимости или нецелесообразности дальнейшего применения объекта по назначению. При этом восстановление объекта зачастую невозможно или неприемлемо по моральным или экономическим соображениям. Среди неработоспособных состояний объектов в системах ЖАТ принято выделять так называемые защитные и опасные состояния [31]. Защитному состоянию соответствует такое состояние технического объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции по обеспечению безопасности движения поездов (БДП), соответствуют требованиям НТКД. Опасному же состоянию соответствует состояние технического объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность системы выполнять заданные функции по обеспечению БДП, не соответствует требованиям НТКД.

Во множестве работоспособных состояний выделяется подмножество так называемых предотказных состояний - таких состояний, нахождение в которых технического объекта влечет при дальнейшей эксплуатации неизбежную потерю его работоспособности. Выделение подмножества предотказных состояний позволяет создавать предпосылки для предотвращения событий отказов. Переходы технического объекта между состояниями характеризуются ухудшением или улучшением рабочих характеристик. Диаграмма на рис. 4 поясняет все возможные переходы технического объекта из состояния в состояние.



Переход 1 из исправного состояния в работоспособное называется повреждением технического объекта. Переход 2 в неработоспособное защитное состояние происходит под воздействием защитного отказа, а переход 3 в неработоспособное опасное состояние - под воздействием опасного отказа. Примером защитного отказа является возникновение ложной занятости рельсовой цепи, перенос красного огня перегонной сигнальной точки при перегорании лампы светофора на предыдущую, сваривание тылового и общего контактов реле. К опасным отказам относятся ситуации ложной свободности рельсовых цепей, включения более разрешающих показаний светофоров вместо менее разрешающих (например, включение зеленого огня вместо желтого при неисправности светофора), перевод стрелки под подвижным составом. Отказ считается опасным, даже если авария не произошла. Наступлению отказа может предшествовать работоспособное предотказное состояние - предотказ (переход 4 на рис. 4). Все вышеперечисленные переходы связаны с ухудшением рабочих характеристик технического объекта. Улучшение функциональных возможностей объекта возможно благодаря событиям восстановления 5 и капитального ремонта 6.

Отказы и предотказы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

При работе технических объектов отказы возникают с различным характером появления (рис. 5). Принято выделять внезапные отказы, перемежающиеся и сбойные, а также отказы постепенные.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта [9], [31]. Подобного вида отказ (см. рис. 5, а) является случайным событием, происходящим в момент времени o t , который трудно предсказать. Примерами таких отказов являются обрывы полупроводниковых элементов, перегорание лампочек и пр. Перемежающийся отказ - это многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера (рис. 5, б). Примером перемежающегося отказа является кратковременная ложная занятость рельсовой цепи при нарушении контакта в приварных и обводных соединителях. В отличие от сбоев для устранения перемежающихся отказов не требуется вмешательство человека. Сбои наиболее часто наблюдаются в микроэлектронной технике и связаны с разнообразными внешними факторами, влияющими на работу внутренних элементов ( к примеру, изменения в температуре, питающих напряжениях и пр.). Постепенный отказ возникает в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта (рис. 5, в). Такой отказ может быть связан с физическим старением устройства. Примерами являются отказы контактов реле в результате их окисления в процессе продолжительной работы. Так как постепенные отказы происходят в результате непрерывного ухудшения рабочих параметров технических объектов, их можно прогнозировать. Поэтому среди работоспособных состояний технического объекта выделяется критическое работоспособное состояние, переход в которое влечет за собой скорый переход в неработоспособное состояние (см. п. 2.1). Выделение критического работоспособного состояния у объектов дает техническому персоналу некоторое время на выбор технологии ремонта и восстановление рабочих характеристик объекта до наступления отказа. Переход технического объекта в такое состояние принято называть предотказом, а само состояние - предотказным состоянием. Предотказное состояние - такое работоспособное состояние объекта, когда хотя бы один из параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, достигает граничного значения, определенного НТКД, при котором не может быть гарантирована работоспособность объекта при дальнейшем изменении данного параметра. Рис. 6 иллюстрирует понятие предотказного состояния технического объекта. Функция () F t является некоторой рабочей характеристикой технического объекта. При изменении () Ft во времени рано или поздно значения параметров ухудшаются, приближаясь к границам работоспособного состояния. В момент времени 1 t фиксируется предотказное состояние объекта. Объект тем самым переходит в область своих работоспособных предотказных состояний и при дальнейшем сохранении тенденций ухудшения характеристик в момент времени 2 t отказывает. Наличие граничных зон предотказных состояний 1() п Ft и 2() п Ft позволяет при наличии средств контроля зафиксировать предотказ, а обслуживающему персоналу дистанций СЦБ вмешаться в работу технического объекта для предотвращения отказа.

Множества предотказных состояний технического объекта обозначены на рис. 6 одиночной штриховкой, тогда как множеству работоспособных и исправных состояний соответствует двойная штриховка. Вся заштрихованная область представляет собой множество безотказных состояний технического объекта (всех исправных и работоспособных состояний технического объекта).

При фиксации предотказного состояния необходимо учитывать характер изменения параметров технического объекта. В случае если тенденция ухудшения рабочих параметров не сохраняется, а сами параметры достигли граничных норм, возможна фиксация большого числа «ложных» предотказных состояний, т. е. таких состояний, которые не влекут за собой потери работоспособности. Приведем пример предотказного состояния устройств ЖАТ. Для нормальной работы тональной рельсовой цепи (ТРЦ) напряжение на выходе генератора должно оставаться в заданных пределах min U и maxU . Так, для рельсовой цепи без изолирующих стыков длиной l =1000 м и несущей частотой fн = 480 Гц граничные значения напряжений на выходе генератора следующие: min U = 3,72 В и max U = 4,6 В. Постепенное уменьшение этого напряжения приводит к тому, что работа ТРЦ по достижении граничного значения p U становится неустойчивой. Дальнейшее сохранение характера изменения напряжения генератора влечет за собой отказ - возникновение ложной занятости рельсовой цепи вследствие выключения путевого приемника. Отказы непосредственно определяют такое важное свойство устройств и систем ЖАТ, как безопасность. Оно обусловливает и безопасность самого перевозочного процесса.

Безопасность объектов ЖАТ - это их свойство непрерывно сохранять исправное, работоспособное, предотказное или защитное состояния в течение некоторого времени или наработки.

Классификация отказов по возможностям их предотвращения

При организации непрерывного контроля за изменением рабочих параметров устройств ЖАТ существенно снижается число отказов за счет выявления их на стадиях зарождения. Отказы устройств ЖАТ нарушают работоспособность систем в целом. При этом, если отказ имеет внешнее проявление (к примеру, короткое замыкание изолирующего стыка влечет за собой выключение путевых реле смежных рельсовых цепей - ложную занятость), то он является обнаруживаемым, в противном случае отказ считается необнаруживаемым (например, односторонний пробой изоляции в гарнитуре стрелочного электропривода без проведения измерений может остаться незамеченным; если впоследствии произойдет двусторонний пробой, то эти отказы приведут к ложной занятости рельсовой цепи). Необнаруживаемые отказы с течением времени могут накапливаться, их комбинация может приводить к трудно прогнозируемым последствиям, поэтому число потенциальных необнаруживаемых отказов на практике стараются снизить, используя правила построения систем ЖАТ и мероприятия по сертификации устройств. Необнаруживаемые и обнаруживаемые отказы могут возникать в устройствах ЖАТ, оснащенных и не оснащенных датчиками контроля. Вероятность обнаружения отказа в случае непрерывного контроля значительно выше, чем при его отсутствии (человек не может выполнять ТО непрерывно или с небольшим периодом в отличие от системы). И в том и в другом случае не исключено возникновение непредотвращаемых отказов. Их первопричиной могут являться:

* внезапный характер возникновения отказа (например, перегорание лампы светофора);

* конструктивные особенности системы контроля (к примеру, потеря работоспособности датчиков контроля или каналообразующей аппаратуры, несовершенство методов обработки диагностической информации, невозможность фиксации события ввиду недостаточной полноты контроля и пр.); железнодорожный автоматика сигнализация блокировка

* несвоевременная реакция обслуживающего персонала на отклонения рабочих параметров от нормы (это может быть в результате недостаточности времени для предотвращения неисправности, из-за халатного отношения обслуживающего персонала к работе и пр.).

На рис. 7 приведена классификация отказов по возможности их обнаружения и предотвращения [15].

Выявление предотказных состояний в СТДМ ЖАТ является наиболее важным аспектом, позволяющим судить об эффективности ее работы [43]. Число происходящих отказов находится в некоторой зависимости от числа фиксируемых предотказов и с увеличением их числа уменьшается. К примеру, для участка железнодорожной линии между Санкт-Петербургом и Москвой, оборудованного системой АПК-ДК СТДМ, зависимость снижения числа возникших отказов от зафиксированных предотказов иллюстрируется диаграммой на рис. 8. В 2007 году на 4328 предотказов приходилось 693 отказа, а в 2010 году на 10 983 предотказа - 290 отказов. Число зафиксированных предотказов возросло в 2,54 раза, а число отказов сократилось в 2,39 раза.

5. Особенности построения и функционирования систем технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Многообразие систем технического диагностирования и мониторинга на железных дорогах России

Первым подобием современных СТДМ явились системы диспетчерского контроля (ДК), возникшие в 50-70-е годы XX века: ДК-ЦНИИ-49 (Диспетчерский контроль Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, год создания - 1949), БДК-ЦНИИ-57 (быстродействующая система, созданная тем же институтом; год создания 1957), ЧДК (частотно-диспетчерский контроль, созданный конструкторским бюро хозяйства автоматики и телемеханики; год создания - 1966). Все вышеперечисленные системы имеют только возможности контроля за состоянием дискретных параметров ЖАТ [36]. Бурное развитие микропроцессорной техники во второй половине XX века дало возможность съема аналоговых диагностических данных о состоянии широкого спектра устройств (возникли аналого-цифровые преобразователи). В середине 80-х годов XX века начинаются первые работы по автоматизации процесса ТО устройств ЖАТ на советских железных дорогах [20]. Дальнейший научно-технический прогресс позволил синтезировать и реализовывать малогабаритные, компактные и надежные датчики телеизмерения. Даже сегодня происходит их непрерывная модернизация, направленная не только на расширение функциональных возможностей, но и на уменьшение габаритов. Только постановка внешних датчиков контроля не решала проблему - иначе диагностические данные можно было бы обрабатывать только в тех местах, где они установлены (т. е. на конкретном объекте ЖАТ). С целью централизации диагностической информации датчики контроля стали объединять в сеть.

Потребовалось создание концентраторов диагностической информации, трактов передачи данных на значительное расстояние, а также привлечение сотрудников дистанций СЦБ для обслуживания созданной сети и анализа диагностической информации. Все вместе они образовали СТДМ. С появлением СТДМ возник целый класс систем ЖАТ (рис. 9). Конструктивно СТДМ являются надстройкой над существующими системами управления движением поездов и занимают верхний иерархический уровень.

Наибольшее распространение на сети железных дорог Российской Федерации получили следующие СТДМ:

* СТДМ «Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля» (АПК-ДК СТДМ), разработанная отраслевой научноисследовательской лабораторией кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения совместно с ООО «Компьютерные информационные технологии»[12], [13], [20], [24];

* Автоматизированная система диспетчерского контроля (АСДК), разработанная совместно институтом «Гипротранссигналсвязь» и ООО «Сектор» [3]-[6], [29];

* Автоматизированная система диагностирования и контроля устройств сигнализации, централизации и блокировки (АДК-СЦБ), разработчик НПП «Югпромавтоматизация» [33], [40]-[42];

* Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля (АПК-ДК), разработанный отраслевой научно-исследовательской лабораторией кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения совместно с ЗАО «МГП «ИМСАТ» [1], [10]. Особое место занимает система контроля и автоматизации процессов на сортировочных горках - Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств СЦБ горочной зоны (КДК СУ ГАЦ), разработчик - Ростовский филиал ОАО «НИИАС» [32], [44]. Данная система, помимо функций автоматизации сортировочных процессов, выполняет и функции диагностирования устройств. Кроме того, КДК СУ ГАЦ является единственной системой диагностирования и мониторинга устройств сортировочных горок. Причиной такого многообразия СТДМ являются большие объемы различных устройств СЦБ, расположенных по всей территории страны, разрозненность ученых 90-х годов XX века, стоявших у истоков создания СТДМ, попытки реализации различных подходов к обработке диагностической информации, разные взгляды на объемы снимаемой информации.

Организационная структура систем технического диагностирования и мониторинга

Организационная структура всех СТДМ ЖАТ схожа (рис. 10): они строятся по иерархическому принципу в виде многоуровневых систем (в АСДК и КДК СУ разработчики выделяют два уровня, в остальных системах - три). На уровне низовой автоматики осуществляется сбор информации о состоянии устройств СЦБ, таким образом, данный сегмент можно условно назвать уровнем «зарождения» диагностической информации. Он включает в себя специализированные датчики, подключаемые к устройствам СЦБ:

* на станциях - на посту электрической централизации (или в транспортабельных модулях);

* на перегонах и переездах - в релейных шкафах (при их наличии). Датчики опрашиваются не непрерывно, а периодически, однако фактически процесс мониторинга можно считать непрерывным ввиду того, что общее время наблюдения за устройствами СЦБ многократно превышает период опроса датчиков. Датчики либо сами посылают собранные данные на платы концентратора информации (например, так делает АКСТ), либо в ответ на запрос, инициируемый самим концентратором (например, опрос датчика ПИК-10). В концентраторе, расположенном на посту электрической централизации, производится первичная обработка диагностической информации и ее трансляция по тракту передачи данных в концентратор информации центрального поста, расположенный в здании дистанции СЦБ. Этот уровень СТДМ принято называть уровнем связи. Концентратор центрального поста служит для получения, обработки и архивирования диагностической информации. Отсюда, кроме того, информация передается на дорожный сервер мониторинга. Для централизованной обработки диагностической информации в пределах железных дорог организуются центры технического диагностирования и мониторинга (ЦМ), технологи которых оперативно реагируют на проявления отказов и предотказов, а также координируют действия обслуживающего персонала дистанций СЦБ [23], [24], [33], тем самым способствуя повышению эффективности работы устройств СЦБ. Анализируя вышесказанное, можно сделать вывод о том, что СТДМ функционируют в общем случае на двух уровнях: дистанции СЦБ и ЦМ.

Центры технического диагностирования и мониторинга

Функционирование ЦМ на железных дорогах России преследует реализацию основной концепции СТДМ - повышение надежности работы устройств СЦБ, непосредственно обеспечивающих безопасный перевозочный процесс, за счет оперативного контроля их технического состояния. При этом решаются поставленные перед СТДМ задачи.

Согласованная работа технологов ЦМ и обслуживающего персонала дистанций СЦБ впоследствии даст возможность перехода на новые технологии обслуживания устройств ЖАТ. Воплощение последнего в жизнь само по себе выведет качество работы устройств ЖАТ на новый уровень. При этом возрастет степень автоматизации (контроль состояния, измерения, анализ и пр.), что снизит и возможность воздействия человека на устройства ЖАТ, в результате уменьшится риск нарушения безопасности перевозочного процесса в целом [15]. Таким образом, роль ЦМ в становлении современных методов технической эксплуатации устройств ЖАТ на железных дорогах высока.

Автоматизированные рабочие места технологов центров мониторинга на примере комплекса задач «Мониторинг»

КЗ «Мониторинг» представляет собой автоматизированное рабочее место, позволяющее просматривать диагностическую информацию в различных масштабах [13]: от всей сети железных дорог России, конкретной железной дороги, определенного участка до станции (перегона) и сложного технического объекта (например, электропитающей установки). Переходы от менее детализированных объектов к более детализированным и наоборот осуществляются манипулятором «мышь». Используемые обозначения состояний диагностируемых объектов приняты согласно действующему отраслевому стандарту [37] (рис. 14)*:

Простейшим звеном контроля является отображение станции (перегона), где индицируется состояние устройств ЖАТ (наличие электропитания, режим горения сигналов, контроль предохранителей, сигнализаторов заземления и т. д.), мнемосхема путевого развития со всеми устройствами ЖАТ (повторителями светофоров, границами рельсовых цепей, устройствами ограждения и пр.) с указанием их технического состояния и численными данными измерений (рис. 15). КЗ «Мониторинг» выполнен с учетом психологических особенностей восприятия цветов человеком: наиболее тревожное состояние указывается красным мигающим цветом, а нахождение объекта в исправном состоянии - зеленым либо белым цветами. Так, в индикации рельсовых цепей выделяются несколько цветов: красный, сигнализирующий о логической занятости; желтый - о замкнутости стрелочно-путевой секции или участка пути в маршруте; желтый мигающий, обозначающий режим искусственной разделки секции; черный - свободность рельсовой цепи; серый - потерю диагностической информации. Для светофоров горение раз решающих показаний указывается зеленым цветом, запрещающего показания - красным, потеря диагностической информации - серым. Стрелки в плюсовом положении подсвечиваются зеленым, в минусовом - желтым цветами. На отображении станции присутствуют также индикаторы стрелочных коммутаторов, стиль представления которых аналогичен исполнению пультов манипуляторов дежурных по станциям (зеленый - плюсовое положение, желтый - минусовое, красный - потеря контроля). Кроме дискретной информации о состоянии устройств ЖАТ в КЗ «Мониторинг», можно видеть результаты предусмотренных разработчиком измерений, например, напряжения на путевых элементах рельсовых цепей, напряжение источников питания и пр. Они высвечиваются цифрами, вписанными в прямоугольное поле. В случае, если измеренное значение находится в норме, цифры горят черным цветом, предотказное состояние обозначается желтым мигающим цветом измеренного значения в индикаторе, выход за границы работоспособности - красным мигающим цветом измеренного значения в поле индикатора. Помимо информации о состоянии всех объектов контроля на станции, КЗ «Мониторинг» выдает сообщение об общем числе отказов и предотказов, возникших на станции и на текущий момент не устраненных, что показывается большими цифрами справа от наименования станции: красный шрифт соответствует числу отказов, желтый - числу предотказов. С целью удобства восприятия информации для сложных объектов ЖАТ вводятся дополнительные окна отображения диагностических данных:

...