СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к приборостроению в области железнодорожного транспорта, а именно, его подвижного состава, и может быть использована для осуществления бортового контроля параметров механического и электрического оборудования железнодорожного вагона, в частности, пассажирского.
Известны различные модификации систем контроля параметров эксплуатационного электрооборудования пассажирского подвижного состава железнодорожного транспорта [авторские свидетельства SU на изобретения №527328, 929484, патент RU на изобретение №2356771, патент RU на полезную модель №74881], в частности, температурного контроля буксовых узлов подвижного состава. Все они включают в себя датчики температуры, установленные в каждом буксовом узле и с помощью линий связи подключенные к входу блока анализа и обработки информации.
Известно также устройство дистанционного контроля параметров эксплуатационного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта [патент RU на изобретение №2327591], в частности, контроля температурного режима букс подвижного состава железнодорожного транспорта. Устройство содержит, по меньшей мере, один радиодатчик температуры буксы и систему сбора информации о температуре букс. Радиодатчик температуры буксы соединен с системой сбора информации по радиоканалу. Система сбора информации установлена на средстве транспорта и включает радиоприемное устройство и радиопередатчик, подключенные к микропроцессору. При этом система сбора информации выполнена с возможностью регистрации сигналов только с датчиков температуры, размещенных на указанном средстве рельсового транспорта, и передачи информации о состоянии букс удаленному регистратору.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является «Система беспроводного контроля нагрева букс пассажирского вагона» [патент RU на изобретение №2365518]. Система содержит два имеющих по внутренней антенне беспроводных датчика температуры букс на каждой колесной паре и не менее одного приемника на вагон, также содержащего внутреннюю антенну. Приемник по двухпроводной связи подключен к блоку контроля и индикации, а по радиоканалу - к мобильному регистратору, выполненному с возможностью регистрации параметров, выдаваемых беспроводными датчиками температуры букс.
Недостатком наиболее близкого аналога и предшествующих ему решений является отсутствие полного мониторирования каждого из проблемных участков эксплуатационного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта. Контроль каждого из объектов схемы затруднен, требует времени на регистрацию большого числа данных, их осмысления и анализа. Если учесть, что не к каждому из участков подведен элемент контроля, то контроль будет не только не мониторированым, но и не полным, т.е. недостаточно точным.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение безопасности эксплуатации железнодорожного вагона за счет возможности создания мониторирования режима эксплуатации, в том числе, и в проблемных местах ходовой части железнодорожного транспортного средства.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в систему контроля параметров механического и электрического оборудования железнодорожного вагона, включающую радиодатчики температуры букс, соединенные по радиоканалу через приемо-передатчик с центральным контроллером, датчик тока для аккумуляторной батареи и датчик тока для подвагонного генератора с клеммами выводов, блок питания, первый входной зажим которого подключен к плюсовой клемме сети питания, второй входной зажим к минусовой клемме сети питания, введены блок сопряжения и блок контроля остаточной емкости аккумуляторной батареи, радиодатчики температуры окружающей среды, температуры подшипников подвагонного генератора, температуры и уровня масла редуктора привода, при этом первый, второй, третий, четвертый и пятый измерительные входы центрального контроллера через блок сопряжения соединены с плюсовой и минусовой клеммами сети питания, плюсовой и минусовой клеммами сети вагона, клеммами первого и второго выводов датчика тока подвагонного генератора, клеммами первого и второго выводов датчика тока аккумуляторной батареи, выходом блока контроля остаточной емкости аккумуляторной батареи; входы блока контроля остаточной емкости аккумуляторной батареи подключены следующим образом - первый вход к плюсовой клемме сети питания, второй вход к минусовой клемме сети питания, третий вход к клемме первого вывода датчика тока аккумуляторной батареи, четвертый вход к клемме второго вывода датчика тока аккумуляторной батареи.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в создании возможности мониторирования режима эксплуатации каждого из элементов проблемных мест ходовой части вагона за счет контроля набора контролируемых параметров:
- температуры каждой из букс колесной пары;
- температуры и уровня масла в редукторе привода;
- температуры подшипников подвагонного генератора;
- температуры окружающей среды;
- электрических параметров оборудования железнодорожного вагона - тока и напряжения аккумуляторной батареи, тока и напряжения подвагонного генератора, напряжения сети питания, остаточной емкости аккумуляторной батареи.
Возможность получения технико-эксплуатационных параметров в каждый из периодов эксплуатации железнодорожного вагона позволяет не только избежать аварийного режима отключения эксплуатирующихся аппаратов, остановки их для ремонта, но и более того - не допускать отклонения параметров от заданных значений, обеспечить сигнальное сообщение о фактах отклонения параметров от заданных величин. Все названные технические преимущества заявляемой конструкционной системы достигаются техническими особенностями - в первую очередь оснащением схемы дополнительно рядом датчиков путем их введения в нее, а также их взаимодействием с элементами традиционной электросхемы железнодорожного вагона путем дополнения ряда проводных каналов, по которым передается дополнительная информация.
Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг., на которой показаны условные изображения фронтального вида и вида сверху железнодорожного вагона с расположением в нем составных частей системы контроля, где позициями обозначены:
1 - центральный контроллер;
2 - приемо-передатчик радиосигнала;
3 - блок питания;
4 - кузов вагона;
5 - электрошкаф;
6 - плюсовая клемма сети питания;
7 - минусовая клемма сети питания;
8 - буксовый узел;
9 - радиодатчики температуры букс;
10 - подвагонный генератор;
11 - подшипники подвагонного генератора;
12 - радиодатчики температуры подшипников подвагонного генератора;
13 - радиодатчики температуры окружающей среды;
14 - редуктор привода подвагонного генератора;
15 - радиодатчик температуры масла редуктора привода;
16 - радиодатчик уровня масла редуктора привода;
17 - аккумуляторная батарея;
18 - блок контроля остаточной емкости аккумуляторной батареи;
19 - блок сопряжения;
20 - плюсовая клемма сети вагона;
21 - минусовая клемма сети вагона;
22 - клемма первого вывода датчика тока подвагонного генератора;
23 - клемма второго вывода датчика тока подвагонного генератора;
24 - клемма первого вывода датчика тока аккумуляторной батареи;
25 - клемма второго вывода датчика тока аккумуляторной батареи.
Система контроля параметров механического и электрического оборудования железнодорожного вагона содержит центральный контроллер 1, приемо-передатчик радиосигнала 2, блок питания 3, датчики тока подвагонного генератора и аккумуляторной батареи (на Фиг. не представлены), соединенные между собой проводными линиями связи и расположенные в кузове вагона 4 вблизи электрошкафа 5. При этом первый входной зажим блока питания 3 подключен к плюсовой клемме сети питания 6, расположенной внутри электрошкафа 5. Второй входной зажим блока питания 3 подключен к минусовой клемме сети питания 7, расположенной внутри электрошкафа 5. На каждом буксовом узле 8 установлены радиодатчики температуры букс 9. На каждом подшипнике 11 подвагонного генератора 10 установлены радиодатчики температуры 12. На кузове вагона 4 с его наружной части установлен радиодатчик температуры окружающей среды 13. В корпусе редуктора привода 14 установлены радиодатчик температуры масла 15 и радиодатчик уровня масла 16. Система контроля содержит также блок контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 и блок сопряжения 19, первый вход которого соединен с первым входом блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 и клеммой 6 электрошкафа 5. Второй вход блока сопряжения 19 соединен с вторым входом блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 и клеммой 7. Третий вход блока сопряжения 19 соединен с плюсовой клеммой 20 сети вагона, расположенной внутри электрошкафа 5, четвертый вход блока сопряжения 19 соединен с минусовой клеммой 21 сети вагона, расположенной внутри электрошкафа 5. Пятый вход блока сопряжения 19 соединен с клеммой 22 первого вывода датчика тока подвагонного генератора, расположенной внутри электрошкафа 5. Шестой вход блока сопряжения 19 соединен с клеммой 23 второго вывода датчика тока подвагонного генератора, расположенной внутри электрошкафа 5, седьмой вход блока сопряжения 19 соединен с третьим входом блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 и клеммой 24 первого вывода датчика тока аккумуляторной батареи, расположенной внутри электрошкафа 5. Восьмой вход блока сопряжения 19 соединен с четвертым входом блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 и клеммой 25 второго вывода датчика тока аккумуляторной батареи. Девятый вход блока сопряжения 19 соединен с выходом блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17. При этом первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока сопряжения 19 подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому измерительным входам центрального контроллера 1. Входы блока контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 подключены следующим образом: первый вход к клемме 6, второй вход к клемме 7, третий вход к клемме 24, четвертый вход к клемме 25.
При первоначальном запуске в эксплуатацию составляется таблица соответствия заводских номеров датчиков, установленных на данном железнодорожном вагоне, их местоположению на железнодорожном вагоне, которая загружается в память центрального контроллера 1. Исходя из условий эксплуатации, корректируются установленные при заводских испытаниях предварительные и аварийные пороги контролируемых параметров. В соответствующих зонах основного меню экрана центрального контроллера 1 заполняется серийный номер железнодорожного вагона, время и дата поездки. Центральный контролер 1 имеет CD-держатель, в котором установлен переносной носитель информации в виде CD-карты (на Фиг. не обозначены). После названных действий устройство готово к работе.
Работа устройства.
В ходе поездки передают по радиоканалу с заданной периодичностью, которая может задаваться в диапазоне от 10 сек до 10 минут, с радиодатчиков (9, 12, 13, 15, 16) текущие значения контролируемых и дистанционно измеряемых параметров (температуры букс, температуры подшипников подвагонного генератора, температуры окружающей среды, температуры масла в редукторе привода, уровня масла в редукторе привода) на приемо-передатчик 2, который по проводному каналу связи RS485 передает полученную информацию в центральный контроллер 1. Последний, используя данные о температуре окружающей среды, поступающие от радиодатчика 13, вычисляет перегрев контролируемых узлов относительно температуры окружающего воздуха. Полученные значения перегрева сравниваются с пороговыми значениями, записанными в его память при подготовке к эксплуатации. При достижении перегрева любого из контролируемых узлов порогового значения вырабатывается звуковой и визуальный сигнал аварии с отображением на дисплее условного обозначения контролируемого узла, на котором возникла аварийная ситуация. Наряду с вышеизложенным, с тем же временным интервалом также измеряются и передаются в центральный контроллер 1 такие значения параметров электрооборудования вагона, как напряжения подвагонного генератора, напряжения сети вагона, тока подвагонного генератора, тока аккумуляторной батареи. При достижении текущего значения любого из контролируемых параметров, установленного при настройке порогового значения, формируется звуковое и визуальное аварийное сообщение.
В ходе поездки осуществляется также определение остаточной емкости аккумуляторной батареи 17.
Пример реализации устройства.
Центральный контроллер 1 может быть выполнен на базе PIC-процессора модели PIC32MX795F512L (в приложении 1 приведено схематичное изображение корпуса с функциональными характеристиками выводов).
В составе данного процессора присутствуют порты обмена с внешними устройствами по интерфейсу RS485, по интерфейсу UART, а также порт обмена с дисплеем, в качестве которого может быть использован дисплей с сенсорной клавиатурой MTF-TQ57SP41-AV (приложение 2).
По интерфейсу RS485 центральный контроллер 1 соединен с приемопередатчиком 2, для чего используется микросхема интерфейса ADM3485(см. приложение 3) протокол обмена Modbus.
По интерфейсу UART центральный контроллер 1 соединен с блоком контроля остаточной емкости 18 аккумуляторной батареи 17 по одному каналу и с блоком сопряжения 19 по четырем проводным каналам.
Указанный процессор имеет двенадцать встроенных десятиразрядных аналого-цифровых преобразователей и может измерять аналоговые сигналы в диапазоне их изменения от 0 до 2,5 В. Однако диапазон изменения контролируемых параметров электрооборудования вагона существенно отличается от указанного.
Диапазон изменения напряжения сети питания, снимаемого с клемм 6 и 8, составляет от 0 до 170 В. Диапазон изменения напряжения сети вагона, снимаемого с клемм 20 и 21, составляет от 0 до 115 В. Диапазон изменения напряжения на датчике тока подвагонного генератора, снимаемого с клемм 22 и 23, составляет от 0 до 75 мВ. Диапазон изменения напряжения на датчике тока аккумуляторной батареи 17, снимаемого с клемм 24 и 25, составляет от 0 до 75 мВ. Кроме этого, цепи питания центрального контроллера 1 должны быть изолированы от цепей питания электрооборудования вагона. В связи с вышеизложенным для измерения контролируемых параметров электрооборудования вагона, преобразования их в цифровой код и передачи по интерфейсу UART с гальваническим разделением цепей на центральный контроллер 1 используется блок сопряжения 19.
Приемо-передатчик 2 содержит микросхему интерфейса ADM3485, процессор на базе PIC-процессора PIC24FJ64GA004-I/PT (например, см приложение 4), и специализированную микросхему приемо-передатчика MRF49XA (например, см приложение 5).
В качестве излучателя использована J-образная антенна, изготовленная для частоты 868,97 МГц (Ротхаммель. Антенны. М.Энергия. 1979 г).
Информация, полученная по радиоканалу от радиодатчиков 9, 11, 13, 14, 15, микросхемой приемо-передатчика, преобразуется PIC-процессором в цифровую форму и передается микросхемой интерфейса на центральный контроллер 1.
Радиодатчики температур: букс 9, подшипников подвагонного генератора 12, окружающей среды 13 выполнены идентично. На латунной подложке внутри герметичного корпуса из радиопрозрачного изоляционного материала расположены автономный элемент питания типа ER14250-1/2AA-3,6 и печатная плата с размещенными на ней специализированной микросхемой измерения температуры ТС1047(например, см. приложение 6), PIC-процессором типа PIC16F1827-I/SO (например, см. приложение 7), специализированной микросхемой приемо-передатчика MRF49XA, антенной типа ANT-868-JJB-RA (например, см приложение 8). По программе в памяти PIC-процессора осуществляется периодический опрос радиодатчика температуры ТС1047 и передача считанного значения приемопередатчику MRF49XA, который передает полученное значение температуры по радиоканалу на приемо-передатчик 2. Интервал опроса установлен в 10 сек. В пакете передаваемых данных содержится также индивидуальная метка данного радиодатчика.
Радиодатчики температуры 15 и уровня 16 масла редуктора привода объединены в один конструктивный узел.
Электронный узел, включающий радиодатчики уровня 16 и температуры 15 масла редуктора привода 14, процессор, приемо-передатчик и антенну, размещен внутри корпуса радиодатчика.
В качестве радиодатчика уровня масла редуктора привода 16 использован емкостной измеритель уровня, основанный на изменении частоты подвагонного генератора 10, выполненный на микросхеме TS555 (например, см. приложение 9). В качестве радиодатчика температуры масла редуктора привода 15 использована специализированная микросхема ТС1047. В качестве процессора использован РIS-процессор PIC24F16KA102-I/SO (например, см. приложение 10), в качестве приемо-передатчика использована микросхема MRF49XA, в качестве антенны использована антенна типа ANT-868-JJB-RA, которая закрыта радиопрозрачным корпусом из изоляционного ударопрочного материала, например, капролона.
Порядок передачи информации на центральный контроллер 1 идентичен вышеописанному.
В качестве блока питания 3 может быть использован источник питания любой модели и любого производителя с выходным стабилизированным напряжением 15В/1А, работоспособный при изменении входного напряжения в диапазоне от 90 до 170 В постоянного тока.