КОМПЛЕКС ДИАГНОСТИКИ СТРЕЛОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (КДСП)

Комплекс диагностики стрелочных двигателей (КДСП) относится к средствам контроля, диагностики и регистрации технического состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Используется в системе диспетчерского контроля «Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля АПК-ДК», который предназначен для централизованного контроля, диагностики и регистрации технического состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Может использоваться в других системах контроля как самостоятельный узел.
Система позволяет повысить производительность и эффективность труда диспетчера и оперативного персонала дистанции сигнализации централизации и блокировки, а также аппарата управления движением на уровне диспетчерских кругов и региональных центров управления.
Назначением КДСП является получение измерительных данных о качестве работы и состоянии стрелочного перевода, как в его (перевода) рабочем (штатном) режиме, так и при сбоях в работе.
КДСП, включенное (соединенное) в АПК-ДК осуществляет сбор, обработку, хранение и отображение информации о состоянии объектов контроля в реальном масштабе времени. КСДП осуществляет непрерывный контроль электромеханических параметров стрелочных электроприводов.
Функциями КДСП являются:
измерение межфазных напряжений и фазных токов в цепях питания стрелочных электроприводов во время перевода;
обработка данных и вывод их на экран монитора концентратора АПК-ДК в форме осциллограмм измеренных значений напряжений, токов, а также вычисленных значений коэффициента мощности (cosφ) или активной мощности потребляемой двигателем привода стрелки;
измерение межфазных напряжений и фазных токов в контрольной цепи стрелочного электропривода;
обработка данных и вывод их на экран монитора концентратора АПК-ДК в форме осциллограмм измеренных значений напряжений, токов, а также их пиковые значения.
КДСП является средством измерения и подлежит калибровке и поверке перед вводом в эксплуатацию и после ремонта.
Предшествующий уровень техники характеризуется следующими техническими решениями.
Известна заявка на изобретение «Устройство для измерения активной мощности и коэффициента мощности», заявка RU 93037440, опубл. 20.02.1996, МПК G01R 21/01, предназначенная для косвенного измерения активной мощности и cosIj (или в ином обозначении φ) высокочастотных электротермических установок большой мощности и основное на измерении действующих значений напряжений на объекте измерения, и применения специальным вычислительного устройства, с помощью которого подсчитываются активная мощность и коэффициент мощности. Позволяет достигнуть высокой точности результатов за счет большой точности измеряемых напряжений и достаточной разрядности при расчетах. Однако техническое решение не позволяет повысить производительность считывающего оборудования для диспетчера, а также снизить время поиска отказа. Кроме того, предназначено только для электротехнических установок большой мощности, что неприменимо для приводов стрелочных переводов.
Наиболее близким техническим решением является изобретение «Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств», патент RU 2300116, опубл. 20.10.2006, МПК G01R 31/34, включающий запись значений фазного тока, потребляемого электродвигателем, преобразование полученного сигнала из аналоговой в цифровую форму, измерение и их анализ с определенной периодичностью и создание базы данных, при этом дополнительно производят мониторинг приложенного к электродвигателю напряжения. Изобретение позволяет создать эффективное и удобное устройство для способа диагностики, а также расширить арсенал способов диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств. Относится к области диагностики электродвигателей и связанных с ними механических устройств, в частности размещенных в труднодоступных местах, но не обеспечивает использование возможности аппаратуры АПК-ДК и осуществления дополнительного контроля средствами АПК-ДК с применением специального программного обеспечения, а также повысить производительности АПК ДК для диспетчера и снизить время поиска отказа.
На железных дорогах необходимо осуществлять оперативный и постоянный контроль электромеханических характеристик работы стрелочных приводов, и дополнительные эксплуатационные характеристики стрелок, которые распределены по всей длине железной дороги. Для этого требуется решить следующую технические задачи: непрерывный контроль за приводами стрелочных переводов; автоматизированное выявление отказов в работе и предотказных состояний стрелочного перевода; учет и контроль состояний стрелочного перевода; контроль за процессом технического обслуживания устройств на станциях; диагностику и прогнозирование состояния устройств. Особенно важно ускорить и облегчить работу диспетчера, который осуществляет этот контроль с помощью комплексной аппаратуры и вынужден следить за соблюдением большого количеств а параметров.
Технический результат, достигаемый предложенным техническим решением состоит в том, что КДСП позволяет повысить для диспетчера производительность АПК ДК (комплексной аппаратуры контроля); снизить время поиска отказа; расширить технические возможности комплексной аппаратуры, в частности АПК-ДК, расширить арсенал технических средств, позволяющих осуществить дополнительный контроль средствами АПК-ДК с применением специального программного обеспечения, и расширить арсенал технических средств для расчета механических усилий, возникающих в стрелочном приводе во время перевода стрелок.
Данный технический результат достигается за счет того, что комплекс диагностики стрелочных двигателей (КДСП) содержит входное устройство, электрически соединенное с первичными (контролируемыми) цепями напряжения и тока двигателей переменного тока, осуществляющими управление стрелочных переходов, и выходное устройство, электрически соединенное со средствами отображения функций измерения во времени напряжений, токов, коэффициента мощности (cosφ) и активной мощности, и измерительное устройство, работающее в режиме реального времени и передающее на выходное устройство преобразованные из аналоговых в цифровые сигналы измеренных величин межфазных напряжений и фазных токов в цепи питания стрелочных приводов. Комплекс отличается тем, что КДСП дополнительно содержит: источник питания (ИП), блок измерения напряжения (БИН), снабженный разъемом подключения, платой датчиков напряжений (ПДН) и входными ограничительными резисторами, при этом датчики напряжения через входные ограничительные резисторы подключены к цепям питания стрелочных приводов, а посредством гальванических развязок соединены между первичными (контролируемыми) и вторичными (измерительными) цепями, блок измерения тока (БИТ), снабженный платой датчиков тока (ПДТ), датчики тока которого подключаются к первичным (контролируемым) цепям бесконтактным способом и посредством разъема подсоединены к питающему напряжению вторичных (измерительных) цепей стрелочных приводов и измерительные каналы ПДН в виде входного устройства, соединенные, например, посредством проводов с первичными цепями стрелочных приводов, а измерительные каналы ПДТ в виде входного устройства, подключены к первичным цепям стрелочных приводов бесконтактным способом. При этом блок коммутационных резисторов (БКР) конструктивно выполнен самостоятельным блоком и является выносным наружным блоком, который выполнен в виде выходного устройства для подключения к АЦП, размещенных в АПК-ДК или элементом измерительного канала при электрически соединенных БИН и БИТ с АЦП, включенных в комплектацию прибора, содержит: плату коммутационных резисторов (ПКР), содержащую преобразующие прецизионные резисторы и разъемы для подключения ПДН и ПДТ и ИП и осуществляющую (ПКР) преобразование токовых сигналов, поступающих от ПДН и ПДТ в пропорциональные напряжения, осуществляя межблочное соединение, а выход БКР электрически соединен с АЦП концентратора АПК-ДК. Кроме того, в ИП используют, например, двух полярный источник постоянного тока, подсоединенный к однофазной сети переменного тока номинального значения напряжения/частота равной 200 В/50 Гц. Блок измерения напряжения может быть снабжен разъем подключения, например, типа РП-14-30 и индивидуальными гальваническими развязками типа LEM LV-25-p. Датчики напряжения выдерживают напряжение в первичных цепях стрелочных приводов не менее 500 B. Датчиков напряжения на плате может быть не менее трех (3x) или их количество должно быть кратно трем. По крайней мере используют шесть 6 входных ограничительных резисторов по 2 резистора на каждую гальваническую развязку LEM LV-25-p, но их количество также может быть увеличено при необходимости. Датчики напряжения подключены к первичным (контролируемым) цепям, в частности, через предохранители. Датчики напряжения осуществляют преобразование линейных напряжений между фазами первичных цепей в пропорциональные выходные токи. Датчики тока снабжены, в частности, индивидуальными гальваническими развязками между первичными (контролируемыми) и вторичными (измерительными) цепями. Датчики тока выдерживают ток в первичных цепях стрелочных приводов не менее 100 А. В частности, датчиков тока на плате не менее трех (3x) или кратно трем. Датчики тока на ПДТ электрически соединены посредством ПДН через вторичные цепи ПДН. В частности, в блоке измерения тока осуществляют преобразование фазных токов в первичных (контролируемых) цепях в пропорциональные выходные токи. Посредством измерительных каналов электрически соединяют выход ИП с выходами БКР. В частности, на плате коммутационных резисторов (ПКР) размещают не мене 6 шести преобразующих прецизионных резисторов. Выход БКР электрически соединен с АЦП, количественно совпадающих с суммарным количеством датчиков напряжения и тока, с анализатором, включающим центральный процессор и оперативную память, и контроллером RS-485.
КДСП иллюстрируется следующими чертежами.
На Фиг.1 - показана в общем виде функциональная схема КДСП с подключенными к нему БКР, АЦП и анализатором со своими RAM и CPU, входящими в анализатор и контроллером RS-485 АПК-ДК,
на Фиг.2 - показана электрическая схема КДСП, блок БКР показан на схеме как один из вариантов компоновки, т.е. установленный в корпусе прибора, АЦП, анализатор и концентратор не показаны,
на Фиг.3 - показана принципиальная схема и внешний вид платы ПДН,
на Фиг.4 - показана принципиальная схема и внешний вид платы ПДТ,
на Фиг.5 - показана принципиальная схема и внешний вид платы ПКР.
Описанная ниже конструкция не охватывает всех возможных вариантов конструктивной компоновки прибора и показывает наиболее общий случай. Блоки прибора КДСП могут быть скомпонованы и соединены в соответствии с электрической и функциональной схемой в соответствии с потребностями контроля и мониторинга на конкретной цепи приводов стрелочных переводов. При этом блоки могут быть разнесены в зависимости от требований удобства подключения к каждому из стрелочных приводов, или подключены к последовательной цепи стрелочных приводов, что позволит измерять и контролировать каждый из приводов в требуемый момент времени и с требуемыми интервалами. Кроме того, варианты компоновки прибора КДСП могут учитывать особенности конкретной модификации АПК-ДК, которая в свою очередь также включает процессоры и может их параллельно использовать и в качестве АЦП рабочих датчиков КДСП.
Комплекс диагностики стрелочных приводов устроен следующим образом.
Вход КДСП, электрически соединен с первичными (измерительными) цепями (1) двигателя переменного тока и/или с двигателем переменного тока, который в свою очередь электрически соединен со схемой управления стрелкой, и/или двигателя переменного тока, который механически соединен с рельсами, а выход КДСП, электрически соединен со средствами отображения функции (например, осциллограф, монитор, графопостроитель - условно не показаны). КДСП содержит источник питания (ИП) (2), в качестве которого используют двух полярный источник постоянного тока, подсоединенный к однофазной сети переменного тока номинального значения напряжения/частота равной 200 В/50 Гц. Источник питания может быть как скомпонован как отдельно от прибора и подключаться к нему через клеммы, так и внутри прибора и быть автономным.
Блок измерения напряжения, (БИН) (3) снабжен разъем подключения (4) типа РП-14-30 и преобразователями (5) типа LEM LV-25-p. Блок (3) содержит плату датчиков напряжений (ПДН) (6), входные ограничительные резисторы (7), и датчики напряжения (8) с контактами (9) выдерживают напряжение в первичных цепях стрелочных приводов не менее 500 В, их датчиков напряжения на плате не менее трех (3x) (см. таблицу) и по крайней мере 6 входных ограничительных резисторов по 2 резистора (7) на каждую гальваническую развязку LEM LV-25-p (5). Датчики напряжения (8) через входные ограничивающие резисторы (7) подключены к цепям питания стрелочных приводов - первичным цепям (1), а посредством гальванических развязок (5) соединены между первичными (контролируемыми) цепями (1) и вторичными (измерительными) цепями (10). Датчики напряжения (8) подключены к первичным (контролируемым) цепям (1) через предохранители (11). Датчики напряжения (8) осуществляют преобразование линейных напряжений между фазами первичных цепей (1) в пропорциональные выходные токи. На корпусе БИН находятся три отверстия для пропускания (подключения) рабочих цепей питания стрелок, рядом с которыми нанесена маркировка фаз («А», «В», «С»)
Блок измерения тока (БИТ) (12) содержит плату датчиков тока (ПДТ) (13), электрически соединена со вторичными цепями (10) ПДН (6) и посредством разъема (14), например, типа BH-10-R, подсоединены к питающему напряжению вторичных (измерительных) цепей (10). Датчики тока (15) с контактами (16) снабжены индивидуальными гальваническими развязками (17) между первичными (контролируемыми) (1) и вторичными (измерительными) цепями (10). Датчики тока (15) выдерживают ток в первичных цепях (1) стрелочных приводов не менее 100 А. Датчиков тока (15) на плате (12) не менее трех (3x), они подключаются к первичным (контролируемым) (1) цепям бесконтактным способом. Бесконтактный способ подключения - это способ подключения вторичных цепей контролирующего прибора в первичным контрольным цепям без физического соединения с использованием электромагнитной индукции. При бесконтактном подключении рабочие цепи питания стрелок пропускаются через отверстия в датчиках тока. Датчики тока (15) осуществляют преобразование фазных токов в первичных (контролируемых) (1) цепях в пропорциональные выходные токи.
Блок коммутационных резисторов (БКР) (18) содержит плату коммутационных резисторов (ПКР) (19), которая в свою очередь содержит преобразующие прецизионные резисторы (20) не мене 6 шести, разъемы для подключения ПДН, ПДТ и ИП (21), и осуществляет преобразование токовых сигналов, поступающих от ПДН (6) и ПДТ (13) в пропорциональные напряжения, осуществляя межблочное соединение. Выход (22) БКР (19) электрически соединен с АЦП (23), анализатором (24) со своими RAM (25) и CPU (26), входящими в анализатор и контроллером (27) RS-485 концентратора АПК-ДК. АЦП (23) количественно совпадают с суммарным количеством датчиков напряжения и тока. Анализатор (24) представляет собой центральный процессор, оперативную память и контроллер. На корпусе БКР имеются два разъема:
- X1 для подключения сигнальных цепей от БДТН;
- DRB-37MB для подключения к плате PCL818L концентратора KR-489.
В данном описании примененные термины означают следующее: цепи защиты - предохраняют прибор от внешних воздействий и схему управления от неисправностей в приборе, датчики тока - обеспечивают подключение АЦП к измерительным цепям тока, датчики напряжения - обеспечивают подключение АЦП к измерительным цепям напряжения, АЦП - аналогово-цифровой преобразователь, обеспечивает измерение токов и напряжений, CPU - центральный процессор, обеспечивает анализ измеренных величин и вычисление активной мощности, по определенному алгоритму с применением специального программного обеспечения. RAM - оперативная память, используется для временного хранения данных в процессе анализа и вычисления и RS-485 - контроллер интерфейса RS-485 служит для передачи данных в концентратор АПК-ДК. Измерительные каналы (вход) БИН (3) электрически соединены посредством проводов с первичными цепями (1) стрелочных приводов, измерительные каналы БИТ (вход) (10) электрически подключены к первичным цепям (1) стрелочных приводов бесконтактным способом.
КДСП обеспечивает измерение входных аналоговых сигналов с параметрами:
- переменное напряжение в диапазоне, В
от 0 до 200
- сила переменного тока в диапазоне, А
от 0 до 50
- частота, Гц
50
В описываемом частном случае КДСП имеет 6 измерительных каналов, в том числе:
- каналов измерения напряжения, шт.
3
- каналов измерения силы тока, шт.
3
Прибор работает следующим образом.
Блок измерения напряжения содержит плату датчиков напряжения (ПДН). ПДН представляет печатную плату, на которой размещены три датчика напряжения и шесть входных ограничительных резисторов, помещенную в металлический корпус, на котором имеется разъем типа РП 14-30. Датчики напряжения через входные резисторы подключаются к цепям питания стрелок. (первичным цепям).
Принципиальная схема и внешний вид платы приведены на Фиг.3. Номера контактов разъема подключения ПДН X1 (РП 14-30) с указанием сигналов приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ контакта
Наименование сигнала
А0
Подключение к фазе А
В0
Подключение к фазе В
С0
Подключение к фазе С
А1
Отрицательный полюс питания датчиков -12 В
В1
Положительный полюс питания датчиков +12 В
А2
Выход датчика напряжения. Фазы А-В
В2
Выход датчика напряжения. Фазы В-С
С2
Выход датчика напряжения. Фазы С-А
A3
Передача на выход датчика тока. Фаза А
В3
Передача на выход датчика тока. Фаза В
С3
Передача на выход датчика тока. Фаза С
Подключение контролируемых цепей к входным линиям датчиков напряжения осуществляется через предохранители 0.5 А для обеспечения защиты цепей питания стрелочных электроприводов от возможного короткого замыкания.
Блок измерения тока содержит плату датчиков тока (ПДТ). ПДТ представляет печатную плату, на которой размещены три датчика тока. Датчики тока подключаются к контролируемым цепям бесконтактным способом.
Принципиальная схема и внешний вид платы приведены на Фиг.4. Подключение к датчикам тока питающего напряжения и измерительных цепей осуществляется через разъем X1. Номера контактов разъема подключения ПДТ X1 с указанием сигналов приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ контакта
Наименование сигнала
1
Отрицательный полюс питания датчиков -12 В
2
Положительный полюс питания датчиков +12 В
3
Выход датчика тока. Фаза С
4
Выход датчика тока. Фаза В
5
Выход датчика тока. Фаза А
Блок коммутационных резисторов содержит плату коммутационных резисторов (ПРК) с преобразующими резисторами, клеммами для подключения ПДН и ПДТ и источника электропитания. ПРК предназначена для преобразования токовых сигналов, поступающих от ПДН и ПДТ, в пропорциональные напряжения, осуществления межблочных соединений и подключения к АЦП концентратора АПК-ДК. На плате установлены шесть прецизионных резисторов и разъемы X1 и Х2. Разъем X1 используется для подключения ПРК к платам ПДН и ПДТ и источнику питания. Номера контактов разъема подключения ПДТ X1 с указанием сигналов приведены в таблице 3. Разъем Х2 используется для подключения к АЦП концентратора АПК-ДК. Принципиальная схема и внешний вид платы приведены на Фиг.5.
Таблица 3
№ контакта
Наименование сигнала
1
Выход датчика тока. Фаза С
2
Выход датчика тока. Фаза В
3
Выход датчика тока. Фаза А
4
Выход датчика напряжения. Фазы В-С
5
Выход датчика напряжения. Фазы С-А
6
Выход датчика напряжения. Фазы А-В
12
Отрицательный полюс питания датчиков -12 В
13
Положительный полюс питания датчиков +12 В
14
Вход «0» источника питания
Двух полярный источник постоянного тока с напряжением +12 В/-12 В служит для электропитания датчиков напряжения и тока. В качестве источника постоянного тока используются два идентичных источника питания с выходным напряжением 12 В, объединенные общей точкой.
Специализированное программное обеспечение (ПО) анализатора (24) через контроллер (27) для концентратора линейного пункта АПК-ДК производит обработку данных, сохранение их в базе данных и вывод на экран монитора в виде графиков значений напряжений, токов и коэффициента активной мощности (cosφ), потребляемой двигателем привода стрелки во время перевода.
Запуск программ диагностики стрелочных электроприводов с помощью КДСП производится автоматически при включении питания анализатора (24) и концентратора АПК-ДК (условно не показан). В состав пакета ПО входят программы, осуществляющие измерение параметров стрелочных электроприводов, и программа ведения архива. Также в состав ПО входит программа отображения результатов диагностики, с которой непосредственно работает пользователь.
Программа работает в двух режимах:
- в режиме реального времени;
- в архивный режим.
В режиме реального времени на экране монитора отображается информация о переводах, которые происходят в настоящий момент времени. В архивном режиме информация о переводах вызывается из баз данных, которые ведет программа в непрерывном режиме.
На экране отображаются осциллограммы токов в трех фазах, осциллограммы напряжений между фазами, осциллограмму активной мощности cosφ и время, за которое произошел перевод. Обработка информации и создание архива происходят непрерывно в течение работы КДСП в концентраторе АПК-ДК или в анализаторе самого прибора КДСП.
В нормальном режиме и при возникновении возможных сбоев КДСП не оказывает опасного и мешающего влияния на работу стрелочных переводов.
Таким образом, на считывающих устройствах диспетчера в непрерывном режиме видны характеристики двигателей стрелочных переводов, которые отображают информацию о состоянии переводов и о процессах в них, которые происходят в настоящий момент времени.
Таким образом достигается технический результат повышения для диспетчера производительности комплексной аппаратуры контроля, снижения времени поиска отказа в двигателях стрелочных переводах или в механических частях стрелочного перевода, на который воздействует двигатель, а также позволяет расширить технические возможности комплексной аппаратуры.