УНИФИЦИРОВАННАЯ МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ТЕПЛОВОЗА

Настоящее устройство относится к транспорту, в частности к автоматическим системам регулирования электропередачи основного и вспомогательного оборудования, диагностики состояния и режимов тепловоза.
Из предшествующего уровня техники известна микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тягового транспортного средства [RU 2443579, 18.11.2010, МПК B60L 11/04], содержащая дизель, соединенный жесткой связью с тяговым генератором с образованием дизель-генератора, возбудитель, соединенный жесткой связью с дизелем, датчик напряжения тягового генератора, датчик тока нагрузки тягового генератора, датчик скорости вращения вала дизель-генератора, датчик подачи топлива, датчик тока возбуждения тягового генератора, автоматический регулятор скорости вращения вала дизель-генератора, блок возбуждения возбудителя, изменяющий ток в обмотке возбуждения возбудителя, микропроцессорный контроллер, включающий в себя задающее устройство, первое, второе и третье сравнивающие устройства, отличающаяся тем, что блок возбуждения возбудителя включен в состав микропроцессорного контроллера, который дополнительно снабжен блоком расчета скорости, блоком выделения максимума, первым и вторым функциональными преобразователями, сумматором, блоком умножения, первым и вторым интеграторами, блок выделения максимума своими входами соединен с выходами датчика скорости вращения вала дизель-генератора и выходом блока расчета скорости, а выходом соединен с входом первого функционального преобразователя, первый выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом первого сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, а выход соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом второго сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика напряжения тягового генератора, а выход соединен с входом блока возбуждения возбудителя, первый, второй и третий входы блока расчета скорости соединены соответственно с выходами датчика напряжения, датчика тока нагрузки и датчика тока возбуждения тягового генератора, второй вход сумматора соединен с выходом второго интегратора, вход которого соединен с выходом третьего сравнивающего устройства, первый вход которого соединен с выходом датчика подачи топлива, а второй вход соединен со вторым выходом первого функционального преобразователя, входы блока умножения соединены с выходом датчика тока нагрузки тягового генератора и выходом первого интегратора, вход второго функционального преобразователя соединен с выходом задающего устройства, а выход соединен с входом автоматического регулятора скорости вращения вала дизель-генератора.
Недостатком данной системы является аппаратурная сложность, а следовательно низкая надежность.
Известна также микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза [RU 2475379, 30.08.2011, МПК B60L 15/20] содержащая дизель, соединенный с тяговым генератором с образованием дизель-генератора, возбудитель, соединенный жесткой связью с дизелем, датчик напряжения тягового генератора, датчик тока нагрузки тягового генератора, датчик скорости вращения дизель-генератора, датчик подачи топлива в дизель. Микропроцессорный контроллер включает в себя первое и второе задающее устройство, первое, второе и третье сравнивающие устройства, блок управления пневматическим тормозом, блок расчета режимов движения и отображения оперативной информации, блок интерфейса, причем микропроцессорный контроллер снабжен функциональным преобразователем, который своим входом соединен с выходом датчика скорости вращения вала дизель-генератора, а выходами соединен соответственно с первым входом третьего сравнивающего устройства и первым входом сумматора, интегратора, соединенного своим выходом со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с первым входом первого сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом множительного устройства.
Недостатком этой системы является то, что в ней фактически не изменяется способ автоматического регулирования, не корректируются статические и динамические характеристики системы регулирования в зависимости от изменяющихся возмущающих воздействий.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в улучшении эксплуатационных характеристик тепловоза, повышении функциональной безопасности и надежности за счет использования модульной структуры, разработки и внедрения качественно новых устройств, совершенствования системы диагностики и ремонта.
Данная задача решается за счет того, что унифицированная микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики тепловоза состоит из блока регулирования и контроля, в состав которого входят блок питания с блоком вентиляторов, микропроцессорный блок и интерфейсный блок, содержащий устройства ввода/вывода дискретных сигналов, устройство ввода аналоговых сигналов и устройства ввода/вывода частотных сигналов; комплекта периферийных блоков: блока навигационного приемника, дисплейного модуля и первого блока контроллера машиниста, которые установлены в основной пульт машиниста; блока вспомогательной индикации и второго блока контроллера машиниста, установленных во вспомогательный пульт машиниста; блока датчиков напряжения и тока, блока управления выпрямителем и регулятора электрического торможения, которые установлены на соответствующие системы и агрегаты оборудования тепловоза; блоки соединены между собой и электрической схемой тепловоза комплектом кабелей.
Блок регулирования и контроля функционирует по алгоритму, заданному специальным программным обеспечением, а комплект периферийных блоков выполняет функции преобразования и согласования уровней сигналов оборудования тепловоза и вычислительных блоков. Периферийные блоки предназначены для сбора и передачи на вычислительные блоки информации о состоянии и режимах работы узлов и агрегатов объектов регулирования тепловоза в виде аналоговых, дискретных и частотных сигналов от датчиков напряжения и тока, температуры, давления, скорости колеса, частоты вращения дизеля и других датчиков, а также от навигационного приемника глобального позиционирования, а блок регулирования и контроля предназначен для соответствующей обработки полученной информации и формирования дискретных выходных управляющих сигналов, которые подаются на органы управления объектов регулирования тепловоза и на блоки контроллера машиниста, и диагностирующих сигналов, которые поступают на дисплейный модуль и блок вспомогательной индикации для визуального отображения, что позволяет проводить управление и регулирование режимов работы основного, и вспомогательного оборудования тепловоза, а также выполнять функции бортового диагностического устройства с возможностью сбора и регистрации информации. Система представляет собой распределенную систему с открытой модульной архитектурой и возможностью использования в различных конфигурациях в зависимости от локомотива.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении экономичности и в улучшении эксплуатационных характеристик тепловоза за счет повышения функциональной безопасности, надежности и совершенствования системы диагностики, снижения затрат на ремонт.
Устройство унифицированной микропроцессорной системы управления, регулирования и диагностики тепловоза, а также ее функционирование в составе электрического оборудования тепловоза поясняется чертежами: на фиг. 1. представлена структурная схема системы, на фиг. 2 - фото блока регулирования и контроля.
В состав унифицированной микропроцессорной системы управления, регулирования и диагностики тепловоза входят следующие блоки:
- блок регулирования и контроля (БРК) 1, в состав которого входят блок питания 2, блок вентиляторов 3, микропроцессорный блок 4 и интерфейсный блок 5, состоящий из устройства 6 ввода/вывода дискретных сигналов, устройства 7 ввода аналоговых сигналов и устройства 8 ввода/вывода частотных сигналов;
- блок навигационного приемника (БНП) 9, дисплейный модуль (ДМ) 10 и блок контроллера машиниста (БКМ) 11, которые устанавливаются в основной пульт машиниста 12;
- блок вспомогательной индикации (БВИ) 13 и блок контроллера машиниста (БКМ) 11, которые устанавливаются в вспомогательный пульт машиниста 14;
- блок датчиков напряжения и тока (БДН) 15, блок управления выпрямителем (БУВ) 16 и регулятор электрического торможения (РЭТ) 17, которые устанавливаются на соответствующие системы и агрегаты оборудования тепловоза 18.
Унифицированная микропроцессорная система работает следующим образом: информационные сигналы о состоянии и режимах работы узлов и агрегатов объектов регулирования тепловоза в виде аналоговых, дискретных и частотных сигналов от датчиков температуры, давления, скорости, частоты вращения дизеля и других датчиков из состава электрического оборудования тепловоза 18, а также от БНП 9, через периферийные блоки БДН 15, БКМ 11, БВИ 13, РЭТ 17, выполняющие функции преобразования и согласования уровней сигналов оборудования тепловоза 18 и БРК 1 системы, поступают на устройства ввода аналоговых 7, ввода/вывода дискретных 6 и частотных 8 сигналов соответственно из состава интерфейсного блока 5 БРК 1, микропроцессорный блок 4 и ДМ 10, функционирующих по алгоритму, заданному специальным программным обеспечением. В микропроцессорном блоке 4 проводится соответствующая обработка полученной информации и формирование дискретных выходных управляющих сигналов, которые подаются на органы управления объектов регулирования тепловоза 18, БКМ 11, БУВ 16, РЭТ 17 и диагностирующих сигналов, которые поступают на ДМ 10 и БВИ 13 для визуального отображения. Это позволяет проводить управление и регулирование режимов работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза, а также выполнять функции бортового диагностического устройства с возможностью сбора и регистрации информации. Питание устройств, входящих в БРК 1 осуществляется блоком питания 2, охлаждаемого блоком вентиляторов 3.
БУВ 16 предназначен для преобразования слаботочных импульсных сигналов управления в гальванически развязанные сигналы, а также для преобразования и гальванической развязки синусоидального напряжения.
БДН 15 осуществляет преобразование входных напряжений постоянного и переменного тока в гальванически развязанные выходные токовые сигналы величиной от 0 до 5 мА.
РЭТ 17 обеспечивает электрическое торможение тяговых электродвигателей тепловоза по командам от БРК 1.
Конструктивно система выполнена в модульном исполнении, что облегчает выполнение поиска неисправности и ремонта в случае выхода из строя в процессе эксплуатации.
В реализованной унифицированной микропроцессорной системе управления, регулирования и диагностики тепловоза БРК состоит из двух автономных блоков: блока регулирования возбуждения (БРВ), предназначенного для регулирования тяговой электрической передачи тепловоза в режимах тяги и электрического торможения, и блока управления тепловозом (БУТ) для управления и защиты оборудования тепловоза. Каждый из блоков имеет интерфейсную часть и микропроцессорную. Унифицированная микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики обеспечивает прием дискретных сигналов от электрооборудования локомотива по 114 каналам, прием аналоговых сигналов от датчиков и преобразователей по 32 каналам, измерение частотных сигналов по двум каналам, измерение переменного напряжения тягового генератора, а также выдачу управляющих дискретных выходных сигналов по 67 каналам, что позволяет проводить управление и регулирование режимов работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза, а также выполнять функции бортового диагностического устройства с возможностью сбора и регистрации информации.
Программное обеспечение блока регулирования и контроля БРК и дисплейного модуля ДМ системы имеет несколько модификаций, учитывающих конструктивные особенности различных типов тепловозов.
Габаритные и установочные размеры блоков позволяют устанавливать их на различные типы тепловозов. Все блоки конструктивно представляют собой окрашенные металлические корпуса с установленными в них печатными платами из стеклотекстолита.
Опытный образец унифицированной микропроцессорной системы управления, регулирования и диагностики успешно прошел реостатные испытания и в настоящее время проходит эксплуатационную наработку на тепловозе ТЭМ7А.