Микропроцессорная система управления и диагностики локомотива с гибридным приводом

Полезная модель относится к многофункциональным средствам управления и обеспечения безопасности транспортных средств, в частности к микропроцессорным системам управления и диагностики локомотива.
Известна микропроцессорная система управления и диагностики локомотива (МПСУиД), которая содержит мониторный блок (МБ), предназначенный для отображения текущей информации об измеряемых параметрах локомотива и аварийных сообщений, блок центрального вычислителя (БЦВ), предназначенный для выполнения алгоритмов системы и для обмена по интерфейсу между мониторным блоком МБ и блоком центрального вычислителя БЦВ, блоки управления контакторами (БУК), предназначенные для управления электромагнитными и электропневматическими клапанами локомотива в соответствии с управляющими сигналами БЦВ и диагностики включаемых аппаратов, блоки связи с пультом (БСП), предназначенные для обработки сигналов, поступающих от органов управления локомотива, и обеспечивающие информационный обмен по интерфейсу с БЦВ, устройства входных сигналов (БВС), преобразователи напряжения в код (ПНКВ), предназначенные для преобразования постоянного напряжения в цифровой формат и передачи по интерфейсу результатов измерений, блок управления возбуждением (БУВ), предназначенный для измерения частоты вращения коленчатого вала дизеля по сигналу тахогенератора дизеля, для формирования напряжения возбуждения тягового генератора с помощью управления тиристорами управляемого выпрямителя, блок связи с датчиками давления (БС-ДД), предназначенный для преобразования сигналов с датчиков напряжения, установленных на локомотиве, в последовательный код и передачи их по интерфейсу в БЦВ, блоки связи с датчиками давления токовыми (БС-ДД-Т), предназначенные для преобразования сигналов с датчиков давления и температуры, установленных на локомотиве, в последовательный код и передачи его по интерфейсу в БЦВ, а также для обеспечения питания датчиков и диагностики нарушений их работы, блок связи с датчиками пути скорости (БС-ДПС-БЗС), предназначенный для преобразования импульсного сигнала с датчика пути скорости в цифровой код и передачи обработанных сигналов в БЦВ, при этом мониторный блок выполнен с дополнительными функциями диагностики систем и аппаратов локомотива и всех блоков, входящих в микропроцессорную систему управления, сохранения архива параметров с возможностью последующего просмотра архива, дополнительно содержит устройство взаимодействия с локомотивом посредством цифровой технологической радиосвязи (СВЛ-ТР), а устройства входных и выходных сигналов выполнены в виде блоков, все блоки и устройства, входящие в МПСУиД, распределены группами по отсекам локомотива и связаны между собой в сеть по последовательному дублированному интерфейсу, блоки ПНКВ соединены с БЦВ через блок управления возбуждением БУВ по отдельным каналам связи для сбора и передачи данных с ПНКВ в БЦВ [РФ полезная модель №116114, МПК B61L 29/00, опубл. 20.05.2011, автор Федоров Е.В. «Микропроцессорная система управления и диагностики локомотива»].
Недостатком известной системы является ограниченная функциональность, что не позволяет получать диагностическую информацию.
Известна микропроцессорная система управления и диагностики локомотива (МПСУиД) с гибридным приводом, которая выполнена в виде блоков и устройств, распределенных группами по отсекам локомотива и соединенных между собой в сеть по последовательному дублированному интерфейсу, причем блоки входных сигналов (БВС), предназначенные для ввода в систему дискретных сигналов от цепей управления локомотивом, выполнены как отдельные модули, а один из них установлен в дизельном помещении, содержит мониторный блок (МБ), установленный на основном пульте кабины машиниста и предназначенный для отображения текущей информации об измеряемых параметрах локомотива и аварийных сообщений, диагностики систем и аппаратов локомотива и всех блоков, входящих в микропроцессорную систему управления, сохранения архива параметров е возможностью его последующего просмотра, для обеспечения связи отдельных секций при работе локомотива по системе многих единиц, блок центрального вычислителя (БИВ), предназначенный для выполнения алгоритмов управления системой и для обмена по интерфейсу с мониторным блоком МБ, блоки управления контакторами и пневмовентилями (БУК), предназначенные для управления электромагнитными и электропневматическими клапанами локомотива в соответствии с управляющими сигналами БЦВ и диагностики включаемых аппаратов, при этом один из них установлен в дизельном помещении, блоки связи с пультом (БСП), смонтированные на основном и вспомогательном пультах кабины машиниста и предназначенные для обработки сигналов, поступающих от органов управления локомотивом, и обеспечения информационного обмена с БЦВ, дополнительно снабжены CAN - интерфейсом для связи с внешними устройствами, блок связи с датчиками давления (БС-ДД), установленный в дизельном помещении и предназначенный для преобразования сигналов с датчиков напряжения, установленных на локомотиве, в последовательный код и передачи их по интерфейсу в БЦВ, блоки связи с датчиками давления токовыми (БС-ДД-Т), один из которых установлен в дизельном помещении, предназначенные для преобразования сигналов с датчиков давления и температуры, установленных на локомотиве, в последовательный код и передачи его по интерфейсу в БЦВ, для обеспечения питания датчиков и диагностики нарушений их работы, блок связи с датчиками пути скорости (БС-ДПС-БЗС), предназначенный для преобразования импульсного сигнала с датчика пути скорости в цифровой код и передачи обработанных сигналов в БЦВ, блок индикации локомотива (БИ), установленный на вспомогательном пульте и предназначенный для отображения режимов работы силовой схемы локомотива и аварийных сигналов, а также дополнительно содержит блок интеллектуального предсказания профиля пути (БИПП), предназначенный для создания и сохранения профиля трасс на основе информации GLONASS/GPS и для оптимизации расходования энергетических ресурсов путем передачи сформированных команд в БЦВ, блок связи с системой микроклимата (БС-СМ), предназначенный; для обеспечения двустороннего обмена данными между системой микроклимата и БЦВ, блок связи устройств измерения (БС-СИ), при этом блок БС-СМ связан входом-выходом с блоком БС-СИ по отдельному последовательному каналу связи для сбора и передачи данных в БЦВ, устройства управления с функцией задания бесступенчатого изменения силы тяги и торможения, блок связи «токовая петля» (БС-ТП), предназначенный для обеспечения двустороннего обмена данными между БТДВ и дизелем, блок речевых информационных сообщений (БРИС), предназначенный для голосового воспроизведения особо важных сообщений [РФ полезная модель №123345, МПК В61С 17/12, опубл. 27.04.2013, авторы Мурашкин А.В., Федоров Е.В. «Микропроцессорная система управления и диагностики локомотива с гибридным приводом»].
К недостаткам известного технического решения относятся ограниченные функциональные возможности микропроцессорной системы управления и диагностики.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Технической целью является расширение функциональных возможностей, за счет дополнительной диагностической информации выводимой на дисплеи во время работы.
Технический результат достигается тем, что в микропроцессорную систему управления и диагностики локомотива с гибридным приводом дополнительно введено согласно полезной модели в дизельное помещение введены четыре блока, первый из которых блок контроля и диагностирования турбокомпрессора (БКДТ) соединен с тремя парами датчиков температуры и давления на входе и выходе компрессора и турбины турбокомпрессора, с датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора, с датчиком расхода воздуха на входе в компрессор турбокомпрессора; второй блок контроля и диагностирования дизеля (БКДД) соединен с двумя датчиками расхода топлива на входе и выходе дизеля, датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля, с двумя парами датчиков температуры и давления наддувочного воздуха в воздушном ресивере и отработанных газов в выпускном коллекторе по цилиндрам; третий блок управления гибридным приводом (БУГП) соединен с системой электродинамического торможения (ЭДТ) и системой накопителя электрической энергии гибридного привода, которая состоит из молекулярных конденсаторов и литий-железофосфатных аккумуляторов; четвертый блок регистрации текущего времени (БРТВ), соединен с датчиками частоты вращения турбокомпрессора и коленчатого вала дизеля, со всеми датчиками давления и температуры, с датчиками расхода воздуха турбокомпрессора, с датчиками давления и температуры наддувочного воздуха в воздушном ресивере, с датчиками отработанных газов в выпускном коллекторе по цилиндрам, с датчиками расхода топлива на входе и выходе в дизеле, задатчиком текущего времени, причем все датчики четырех блоков соединены с блоком центрального вычислителя (БЦВ), а все блоки последовательно соединены с дублированным интерфейсом.
Введение блока контроля и диагностирования турбокомпрессора (БКДТ) предназначенного для регистрации и обработки параметров, характеризующих работу турбокомпрессора; блока контроля и диагностирования дизеля (БКДД) предназначенного для регистрации и обработки систем дизеля; блока управления гибридным приводом (БУГП) предназначенного для управления совместной работой систем электродинамического торможения (ЭДТ) и гибридного привода и блока регистрации текущего времени (БРТВ) предназначенного для регистрации текущего времени работы локомотива и характерных временных интервалов, характеризующих продолжительность работы систем локомотива позволяют расширить информативность микропроцессорной системы управления и диагностики локомотива с гибридным приводом.
На фигуре 1 представлена блок-схема микропроцессорной системы управления и диагностики локомотива с гибридным приводом.
Микропроцессорная система управления и диагностики локомотива с гибридным приводом включает: блок центрального вычислителя (БЦВ) - 1, блоки связи с пультом (БСП) - 2.1, 2.2, блоки входных сигналов (ВВС) - 3.1, 3.2, блок связи с системой микроклимата (БС-СМ) - 4, блок связи систем измерения (БС-СИ) - 5, блок связи с датчиками угла поворота (БС-ДПС-БЗС) 6, блоки управления контакторами и пневмовентилями (БУК) - 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, блоки связи с датчиками давления токовыми (БС-ДД-Т) - 8,1, 8.2, 8.3, 8.4, блок связи с датчиками давления (БС - ДД) - 9, блок индикации локомотива (БИ) - 10, блок связи «токовая петля» (БС-ТП) - 11, блок интеллектуального предсказания профиля пути (БИПП) - 12, мониторный блок (МБ) - 13, блок речевых информационных сообщений (БРИС) - 14, устройства управления с функцией задания бесступенчатого изменения силы тяги и торможения (джойстик) - 15.1, 15.2, блок контроля и диагностирования турбокомпрессора (БКДТ) - 16, блок контроля и диагностирования дизеля (БКДД) - 17, блок управления гибридным приводом (БУГП) - 18, блок регистрации текущего времени (БРТВ) - 19.
Микропроцессорная система управления и диагностики локомотива с гибридным приводом работает следующим образом.
Во время работы локомотива БЦВ - 1 принимает от блоков БСП - 2.1,2.2, БКДТ- 16, БКДД - 17 БУГП - 18, БРТВ - 19 информацию о состоянии органов управления и вводит ее в систему в виде дискретных сигналов. Кроме этого, блоки БСП по САN - интерфейсу осуществляют связь с внешними устройствами. Блоки ВВС - 3.1, 3.2, передают в БЦВ информацию о состоянии электрических аппаратов и дискретных датчиков. Блок 4 БС-СМ по отдельному каналу СИ через блок 5 БС-СИ принимает и передает в БЦВ информацию о состоянии системы микроклимата. БС-СИ обрабатывает информацию, поступающую от измерительной аппаратуры, и передает ее в БЦВ. Блок БС-ДПС-БЗС - 6 по дублированному интерфейсу К.8-485 передает информацию о скорости и пройденном пути локомотива. На основании данной информации, а также в соответствии с заложенными алгоритмами, БЦВ вырабатывает команды для блоков БУК - 7.1, 7.2, 7.3, 7.4. В соответствии с этими командами блоки БУК управляют электромагнитными и электропневматическими контакторами, а также электропневматическими клапанами локомотива. Также в БЦВ поступает информация от БС-ДД-Т - 8.1,8.2, 8.3,8.4 о значении уровней датчиков температуры и давления. Блок БС-ДД - 9 передает в БЦВ информацию о сопротивлении изоляции цепей управления. БС-ДД преобразовывает сигналы от 0 до 5 В в последовательный код для передачи по интерфейсу RS-485. Также БС-ДД обеспечивает диагностику подключенных датчиков. Блок 10 индикации (БИ) получает данные от блока БЦВ и, с помощью индикаторов, осуществляет вывод машинисту на вспомогательный пульт визуальной информации о текущих режимах электропередачи, номерах позиций, сигналов о скольжении колесных пар. Индикатор представляет собой пиктограмму, нанесенную на цветную пленку со светодиодной подсветкой. Размер одной пиктограммы не менее 10×10 мм, размер шрифта надписей не менее 7 мм. Предусмотрена регулировка яркости индикаторов. Блок 11 связи «токовая петля» (БС-ТП) осуществляет двусторонний обмен данными между БЦВ и дизелем. Для определения наиболее энергетически выгодных режимов работы гибридного привода локомотива информацию о текущих координатах, поступающую с приемника GLONASS/GPS по интерфейсу CAN, принимает блок 12 интеллектуального предсказания профиля пути (БИПП). В процессе движения локомотива происходит создание массива трасс, содержащего большой объем информации, в том числе координаты начала и конца блок-участков, средние, максимальные и минимальные мощности, реализуемые на участках и пр. После статистической обработки информации БИПП выдает сигналы на управление оборотами дизеля, а также зарядкой - разрядкой накопителя, т.е. перераспределяет используемые мощности дизель-генераторной установки и мощность накопителя энергии. Мониторный блок 13 (МБ) непрерывно считывает всю информацию, присутствующую в линии обмена для сохранения данных в энергозависимую память, для отображения текущих параметров локомотива, а также предупредительных и аварийных сообщений о неисправностях оборудования. Просмотр регистрируемых параметров осуществляется в виде графиков непосредственно на МБ или на стандартном компьютере с операционной системой Windows 98 и более поздних. МБ также осуществляет функцию диагностирования всех блоков МПСУиД. Вся информация выводится в графическом и текстовом виде на жидкокристаллическую панель. На дисплей постоянно выводится основная информация, необходимая для ведения поезда. Кроме того, по запросу машиниста выводится дополнительная диагностическая информация. При отказе оборудования и аварийной ситуации предусмотрен экстренный приоритетный вывод на дисплей аварийных сообщений в виде всплывающих окон. Блок 14 речевых информационных сообщений (БРИС) в дополнение к визуальной информации озвучивает наиболее важные сообщения, такие как, например, «не включение компрессора», «не включение вентилятора», «боксование осей локомотива» и пр. Основная информация содержит: состояние контролируемого оборудования и цепей локомотива, заданный режим управления, состояние силовой схемы локомотива. Дополнительная диагностическая информация отображает состояние цепей управления локомотива, а также заданные и фактические значения токов в каждом тяговом двигателе, заданные и фактические значения тока возбуждения, скорость локомотива, состояние каналов связи, архив сообщений, выводимых на дисплей во время работы. Диагностические (аварийные) сообщения отображают наименование участка цепи, дату сообщения, наименование отказа или неисправности, вероятную причину отказа или неисправности и сохраняются для последующего анализа. Устройство 15.1, (джойстик), получает команды от БЦВ и, в соответствии с командой, плавно изменяет силу тяги или торможения. Устройство 15.2, (джойстик), также плавно изменяет силу тяги или торможения по команде от БЦВ, но при движении локомотива в противоположную сторону. Блок контроля и диагностирования турбокомпрессора (БКДТ) - 16 получает и преобразовывает информацию от датчиков давления и температуры на входе компрессора и турбины турбокомпрессора, датчиков частоты вращения ротора турбокомпрессора, датчика расхода воздуха в компрессор турбокомпрессора и передает информацию через дублированный интерфейс RS-485 в блок центрального вычислителя (БЦВ) - 1 о показаниях всех датчиков. Блок контроля и диагностирования дизеля (БКДД) - 17 получает и преобразовывает информацию с датчиков расхода топлива на входе и выходе дизеля, датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля, датчиков температуры и давления наддувочного воздуха в воздушном ресивере и отработанных газов в выпускном коллекторе по цилиндрам, а так же выдает сообщения об отклонениях работы дизеля по дублированному интерфейсу RS-485 в блок центрального вычислителя (БЦВ) - 1, который отражает информацию на мониторном блоке (МБ) - 13. Блок управления гибридным приводом (БУГП) - 18 управляет совместной работой системы электродинамического торможения и системой накопителя электрической энергии гибридного привода и передает информацию через дублированный интерфейс RS-485 в блок центрального вычислителя (БЦВ) - 1. Блок регистрации текущего времени (БРТВ) - 19 регистрирует текущее время работы локомотива и характерных временных интервалов, характеризующих продолжительность работы систем локомотива при запуске, прогреве, работе на установившихся переходных режимах, в том числе при остановке дизеля, а так же моментов поступления событий и передает всю информацию в режиме реального времени через дублированный интерфейс RS-485 в блок центрального вычислителя (БЦВ) - 1 с последующим выводом информации на мониторный блок (МБ) - 13.
Предлагаемая микропроцессорная система управления и диагностики локомотива с гибридным приводом позволяет повысить информативность на 25%, за счет контроля и диагностирования и оптимизации работы турбокомпрессора, дизеля, системы электродинамического тормоза, гибридного привода и учета временных интервалов, характеризующих продолжительность работы локомотива.