УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ О ТОКЕ, ПОТРЕБЛЯЕМОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ЛОКОМОТИВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области средств для сбора данных, в частности, к устройствам для сбора данных о тяговом электродвигателе локомотива.
Уровень техники
Известно устройство для автоматического контроля механических повреждений трехфазных асинхронных электродвигателей (патент RU2356061, 20.05.2009). Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического контроля механических повреждений трехфазных асинхронных электродвигателей путем измерения тока статора и анализа его амплитудно-частотной характеристики. Технический результат - повышение надежности и селективности распознавания вида механического повреждения - исключение ложных срабатываний. Устройство реализует способ автоматического контроля механических повреждений трехфазных асинхронных электродвигателей, который заключается в том, что в течение заданного интервала времени производят запись значений фазного тока электродвигателя, выделяют анализируемые характерные частоты, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, производят спектральный анализ полученного сигнала, амплитуды гармоник тока, полученные в результате спектрального анализа, сравнивают с опорными значениями гармоник на характерных частотах, причем набор характерных частот задают в зависимости от конструкции электродвигателя, вида предполагаемого повреждения, а заключение о наличии предполагаемого повреждения делают по превышению значений анализируемого сигнала над опорными значениями.
Однако в данном решении ничего не говорится о записи данных о работе электродвигателя при условии малого изменения потребляемого тока двигателя локомотива.
Известно выбранное в качестве прототипа решение, описывающее устройство для диагностики механизмов и систем с электрическим приводом (RU2431152, 10.10.2011). Изобретение относится к области диагностики механизмов и систем с электрическим приводом, в частности во взрывозащищенном исполнении, на основе анализа параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых электродвигателем. Технический результат: повышение достоверности. Сущность: в течение заданного интервала времени производится запись значений фазных токов и напряжений электродвигателя, затем производится их разложение на гармонические составляющие и измерение амплитуды и фазы гармонических составляющих, производится фильтрация гармонических составляющих, поступающих из сети. По совокупности параметров гармонических составляющих с помощью искусственной нейронной сети производится идентификация технического состояния и прогнозирование ресурса безаварийной работы диагностируемого объекта.
Однако в данном решении ничего не говорится о записи данных о работе электродвигателя при условии малого изменения потребляемого тока двигателя локомотива.
Раскрытие полезной модели
В одном аспекте полезной модели раскрыто устройство для сбора данных о тяговом электродвигателе локомотива, содержащее:
корпус;
блок приема данных датчика тока, выполненный с возможностью приема данных о токе, потребляемом тяговым электродвигателем (ТЭД);
блок обработки данных, выполненный с возможностью принимать данные от блока приема данных датчика тока;
блок хранения данных, выполненный с возможностью принимать данные от блока обработки данных и хранить принятые данные,
причем
блок обработки данных выполнен с возможностью определять  по меньшей мере временные диапазоны, в которых ток, потребляемый ТЭД, меняется не более чем на два процента от скользящего среднего в течение по меньшей мере 10 секунд, отфильтровывать эти данные из массива всех принимаемых данных и сохранять их в блоке хранения данных ;
блок приема данных датчика тока функционально связан с блоком обработки данных, блок обработки данных функционально связан с блоком хранения данных, все блоки устройства установлены в корпусе.
В дополнительных аспектах раскрыто, что частота оцифровки блока приема данных о движении локомотива составляет по меньшей мере 10 кГц, предпочтительно 25 кГц; блок обработки данных выполнен с дополнительной возможностью определять временные диапазоны, в которых ток, потребляемый ТЭД, меняется не более чем на два процента от скользящего среднего в течение по меньшей мере 10 секунд, а амплитуда тока, потребляемого ТЭД, меняется в диапазоне от 100 до 800 А, отфильтровывать эти данные из массива всех принимаемых данных и сохранять их в блоке хранения данных; содержится блок передачи данных, выполненный с возможностью передачи данных из блока хранения данных во внешнее средство обработки данных; блок обработки данных выполнен с возможностью определять  по меньшей мере временные диапазоны, в которых ток, потребляемый ТЭД, меняется не более чем на два процента от скользящего среднего в течение по меньшей мере 20 секунд, отфильтровывать эти данные из массива всех принимаемых данных и сохранять их в блоке хранения данных.
Основными задачами, решаемыми заявленной полезной моделью, являются сбор данных о работе тягового электродвигателя локомотива, фильтрация этих данных.
Сущность полезной модели заключается в том, что от датчиков тока получают электрический сигнал с тяговых электродвигателей (ТЭД); обрабатывают этот сигнал и отфильтровывают только нужные для дальнейшей обработки данные: сохраняют данные, полученные при по существу постоянном потреблении тока ТЭД локомотива в течение предварительно заданного периода времени, и при необходимости передают на внешнее устройство.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в уменьшении объема памяти требуемого для хранения и передачи данных о работе ТЭД локомотива.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает блок-схему устройства сбора данных о работе ТЭД.
Осуществление полезной модели
На силовых кабелях ТЭД размещают бесконтактные датчики тока, эти датчики считывают аналоговый сигнал, характеризующий ток, потребляемый ТЭД. Далее считанный сигнал оцифровывается и поступает на блок обработки, который определяет периоды времени, в которые потребляемый ток по существу не меняется, и далее записывает данные тока за этот период  времени в блок хранения данных.
Само устройство 100 для сбора данных о работе электродвигателя реализовано в виде конструктивно единого размещенного в корпусе устройства (фиг.1), содержащего блок 101 приема данных о потребляемом электродвигателем токе; блок 102 обработки данных, выполненный с возможностью командовать блоку 103 хранения сохранять данные о потребляемом токе при условии выявленного периода по существу постоянного потребления тока ТЭД в течение предварительно заданного периода времени; блок 103 хранения, выполненный с возможностью хранения данных, обработанных блоком 102. Блоки функционально соединены друг с другом с помощью линий электрической связи и находятся в едином корпусе устройства для сбора данных.
Корпус содержит входные контакты, в частности, разъемы для подсоединения проводов от датчиков, вывода проводов, предназначенных для передачи сигналов.
В корпусе может располагаться блок вывода данных из блока 103 хранения. Блок вывода может использовать любой подходящий стандарт связи: проводной или беспроводной. В частности блок вывода данных может выводить данные на флешку или иной переносной носитель данных, через кабель или иную проводную линию связи, используя стандартные протоколы связи.
Подробное описание вариантов осуществления
Датчики тока предпочтительно выполняются аналоговыми, выполненными с возможностью преобразования измеряемого сигнала в вид доступный для оцифровки.
Блок 101 приема данных о потребляемом электродвигателем токе может представлять собой по меньшей мере разъем для передачи данных от датчика к блоку 102 обработки данных, в других вариантах осуществления блок 101 представляет собой приемные цепи, фильтры для очистки сигнала от помех, АЦП, если сигнал от датчика является аналоговым. АЦП имеет частоту дискретизации по меньшей мере 10 кГц, предпочтительно по меньшей мере 25 кГц.
Блок 102 обработки данных представляет собой электронный блок, реализованный на основе процессора, микропроцессора, контроллера, микроконтроллера, интегральной схемы и т.п. Блок 102 обработки выполняет программный код, который предписывает ему опрашивать блок 101, чтобы получить данные, далее при выполнении определенного условия блок 102 обработки записывает обработанные данные в блок 103 хранения.
Программный код предписывает сохранять данные о потребляемом токе ТЭД, когда этот ток является по существу постоянным в течение предварительно заданного времени, например, 10, 20, 30 или 60 секунд. Запись данных о потребляемом ТЭД токе происходит только за эти периоды времени, остальные данные отбрасываются. По существу постоянным считается ток, у которого мгновенные значения амплитуды потребляемого тока отличаются от скользящего среднего значения потребляемого тока не более чем на два, один или половину процента. Если мгновенное значение тока отличается от скользящего среднего на величину большую двух, одного или половины процента, то это значение не записывается в блоке 103 хранения.
Длительность временного окна, в котором проверяется по существу постоянное потребление тока ТЭД, выбирается из соображений получения максимально возможной информации. Чрезмерное увеличение временного окна приводит к уменьшению объема получаемых данных, так как периоды длительного постоянного потребления тока ТЭД могут быть нечастыми, а также не позволит получить данные о работе ТЭД при коротких повышенных нагрузках. Слишком короткое временное окно не позволит уменьшить объем сохраняемых данных с одной стороны и заполнит память информацией, из которой сложно извлечь полезные данные с другой стороны.
Проще всего извлекать полезную информацию о состоянии ТЭД из данных, полученных при одинаковом потреблении тока, так как такие данные не зашумлены составляющими, связанными с изменением режима работы ТЭД, поэтому в предложенном решении предлагается фильтровать данные о потреблении тока ТЭД. Слишком строгий подход к фильтрации данных по амплитуде может привести к тому, что из-за шумов много несущих полезную информацию данных будет отброшено, а слишком мягкий подход - приведет к появлению в сохраняемых данных большого количества «лишних» данных, которые будут мешать дальнейшей обработке.
Блок 103 памяти предназначен для хранения данных, направленных от блока 102 обработки данных. Он может быть реализован на базе постоянной или оперативной памяти любых типов.
Упомянутые блоки могут быть полностью или частично реализованы на единой аппаратной базе, например, на базе одного микропроцессора, содержащего модули АЦП, модули обработки данных, модули хранения данных.
Работа устройства
Авторами был разработан алгоритм фильтрации данных, который состоит из нескольких этапов.
Разделение полученных данных на данные, соответствующие разным величинам потребления тока ТЭД.
Поиск интервалов работы тяговых двигателей заранее заданной длительности, в которых потреблением тока является по существу постоянным.
Сохранение данных соответствующих интервалам с по существу постоянным потреблением тока и заранее заданной длительностью.
Описанный выше подход позволяет исключить шумы, мешающие дальнейшей обработке, в том числе анализу спектра потребляемого тока для оценки поломок и деградации узлов ТЭД.
Описание вариантов осуществления
Вариант 1 осуществления
В первом варианте осуществления предложенное устройство для сбора данных о тяговом электродвигателе локомотива представляет собой устройство, показанное на фиг.1. Это устройство 100 содержит блок 101 приема данных о потребляемом электродвигателем токе;  блок 102 обработки данных; блок 103 хранения данных. Блоки функционально соединены друг с другом с помощью линий электрической связи и находятся в едином корпусе. Как вариант, упомянутые блоки являются конструктивно единым блоком.
Особенностью данного варианта является то, что блок 102 обработки реализует фильтрацию данных о потребляемом электродвигателем токе на основании величины потребляемого тока ТЭД: сохраняет данные в блоке 103 хранения лишь при постоянном потреблении тока в течение предварительно заданной длительности. Это позволяет уменьшить объем требуемой памяти для хранения данных о потребляемом электродвигателем токе, что является особенно актуальным при высокой частоте дискретизации.
Данные сохраняются при выполнении двух условий:
величина потребляемого тока ТЭД является по существу постоянной;
длительность периода времени, в течение которого потребление тока ТЭД является по существу постоянным, превышает предварительно заданную пороговую величину длительности.
Программный код, записанный в блоке 102 обработки данных, реализует постоянную проверку этих двух условий и командует запись данных в блок 103 хранения данных при выполнении обоих условий.
Как вариант, устройство на фиг.1 может дополнительно содержать блок передачи данных на удаленную систему обработки данных. Блок передачи может использовать стандарт IoT или любой иной подходящий стандарт передачи данных. В таком варианте заявленное устройство сбора данных реализует функциональность устройства передачи данных о тяговом электродвигателе локомотива. Так как объем передаваемых данных уменьшается благодаря наличию условий для осуществления записи данных, то объем передаваемой на внешние системы информации также уменьшается.
Блок 102 обработки может также отфильтровывать данные о потребляемом токе, если амплитуда тока меньше 100 А или больше 800 А.
Элементы, упомянутые в заявке в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы полезной модели. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы полезной модели.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность полезной модели не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления полезной модели могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.