УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к области контроля режимов работы оборудования путем измерения активной мощности и потребляемой электроэнергии.
Известно устройство для контроля режимов работы оборудования содержащее входные резисторы, трансформатор напряжения, трансформатор тока, ключи, связывающий резистор, ограничительные резисторы, операционные усилители, фильтр низкой частоты, регистраторы, широтно-импульсный модулятор, интегрирующий конденсатор, одновибратор и компаратор. В устройстве обеспечивается контроль потребляемой оборудованием активной мощности или регистрация потребляемой электроэнергии. [Патент РФ №2042210, МПК G 07 C 3/10, Устройство для контроля режимов работы оборудования / Кизилов В.У., Лаевский С.Г., Максимов В.М., Малышев Ю.Н., Польшин А.В., Солопий А.Н., Шмарьян Е.М. - Опубл. 20.08. 1995., Бюл. №24]
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близким техническим решением является устройство для регистрации режимов работы локомотива, содержащее датчики аналоговых и релейных сигналов, выходы которых связаны с входами коммутатора измерительных сигналов, один из выходов которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя, блок управления и записи сигналов, выход которого связан с входом накопителя измерительной информации, счетно-решающий блок, один из входов которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход связан с
вторым выходом коммутатора измерительных сигналов, а выход связан с входом блока управления и записи сигналов. [Свидетельство РФ на полезную модель №19154, МПК 7 G 01 D 9/00 Устройство для регистрации режимов работы локомотива / Грищенко А.В., Грачев В.В., Ким С.И., Бабков Ю.В., Базилевский Ф.Ю. - Опубл. 03.01.2001., Бюл. №22]
Недостатком такого устройства является ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет измерять текущие значения тока, напряжения, потребляемой мощности и электрической энергии.
Данное устройство выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение точности работы устройства и расширение области его применения.
Технический результат достигается тем, что устройство для регистрации режимов работы локомотива, содержит датчики аналоговых сигналов, тока и напряжения, которые выполнены в виде шунта и делителя напряжения и установлены в электрической схеме локомотива, датчики релейных сигналов, которые выполнены в виде делителей напряжения и подключены к соответствующим обмоткам реле загрузки регулятора частоты вращения коленчатого вала локомотива, аналого-цифровой преобразователь, счетно-решающий блок управления и записи сигналов, изолирующие усилители, адаптер релейных сигналов, часы реального времени, память Data Flash, адаптер коммуникационного порта и источник питания, причем счетно-решающий блок выполнен в виде микроконтроллера, который соединен с дисплеем и клавиатурой, шины вход-выход клавиатуры и дисплея соединены с первой шиной вход-выход микроконтроллера, изолирующие усилители соединены с аналоговым вводом микроконтроллера, выходы датчиков релейных сигналов соединены с адаптером релейных сигналов, а их выходные шины
соединены с нулевой шиной ввода-вывода микроконтроллера, часы реального времени и память Data Flash соединены с шиной SPI микроконтроллера, адаптер коммуникационного порта соединен с коммуникационным портом микроконтроллера с одной стороны и с коммуникационным портом PC - с другой, а источник питания, питающий электронные элементы, соединен с питающей бортовой электросетью.
Такое выполнение устройства для регистрации режимов работы локомотива позволяет, наряду с регистрацией режимов работы локомотива регистрировать текущие значения тока, напряжения, мощности, потребляемой электрической энергии и контролировать тем самым загрузку дизель-генераторной установки тепловоза.
На фиг.1 приведена схема предложенного устройства.
Устройство для регистрации режимов работы локомотива содержит датчики аналоговых сигналов 1, 2, тока и напряжения, которые выполнены в виде шунта и делителя напряжения и установлены в электрической схеме локомотива (условно не показаны), датчики релейных сигналов 3, 4, 5, 6, которые выполнены в виде делителей напряжения и подключены к соответствующим обмоткам реле загрузки регулятора частоты вращения коленчатого вала локомотива (условно не показаны), изолирующие усилители 7, 8, адаптер релейных сигналов 9, микроконтроллер 10, аналого-цифровой преобразователь 11, часы реального времени 12, память data Flash 13, дисплей 14, клавиатуру 15, адаптер коммуникационного порта 16 и источник питания 17.
Особенностью схемы соединений указанных элементов является то, что микроконтроллер 10 соединен с дисплеем 14 и клавиатурой 15, шины вход-выход клавиатуры 15 и дисплея 14 соединены с первой шиной вход-выход микроконтроллера 10, изолирующие усилители 7, 8 соединены с аналоговым вводом микроконтроллера 10, выходы датчиков релейных сигналов 3, 4, 5, 6, соединены с адаптером релейных сигналов 9, а их
выходные шины соединены с нулевой шиной ввода-вывода микроконтроллера 10, часы реального времени 12 и память data Flash 13 соединены с шиной SPI микроконтроллера 10, адаптер коммуникационного порта 16 соединен с коммуникационным портом микроконтроллера 10 с одной стороной и с коммуникационным портом PC - с другой, а источник питания 17, питающий электронные элементы, соединен с питающей бортовой электросетью.
Конкретный пример реализации устройства возможен с использованием следующей элементной базы и компонентов.
В качестве основы для электронного счетчика расхода электроэнергии с устройством индикации используется микроконтроллер ADuC841BS, память Data Flash - на базе микросхемы АТ450В161В, в качестве дисплея используется микросхема - DV 16276, в качестве часов реального времени - микросхема DS1306, адаптер релейных сигналов - микросхема PC 123, адаптер коммуникационного порта - микросхема МАХ232, изолирующие усилители - AD204
Работа устройства основана на периодическом измерении тока и напряжения генератора и идентификации позиции контроллера машиниста.
Суммарная выработанная энергия определяется по формуле:
i
i
где: U, I - параметры в точке опроса,
τ - интервал опроса.
При изменении позиции контроллера машиниста, значение суммарной энергии, выработанной на предыдущей позиции, сохраняется (регистрируется) в неразрушаемой памяти устройства в виде записи из девяти байт:
№Г ММ ДД ЧЧ ММ СС ХХ ХХ ХХ
где: № - номер позиции контроллера;
Г MM ДД ЧЧ ММ СС - дата (год, месяц, день, часы, минуты, секунды);
XX XX XX - значение суммарной энергии (кВт-час).
Весь объем памяти, например 2162688 байт, может быть поделен на 4096 страниц размером 528 байт каждая. Параметр «заполнение памяти», выводимый на индикацию, отображает количество заполненных страниц и их общее количество.
В схеме подключения к источникам сигналов: аналоговых тока и напряжения и релейных сигналов позиционного регистра, используются устройства гальванической развязки на напряжение 2000 В. Эти устройства монтируются в непосредственной близости от источника сигнала и подключаются к устройству с помощью кабеля. Устройство может подключаться к персональному компьютеру (PC) через интерфейс RS232 для снятия данных регистрации, установки часов реального времени и перепрограммирования. Устройство может использоваться в качестве регистратора выработанной энергии или индикатора текущих значений тока, напряжения и мощности генератора. Перед началом эксплуатации устройства в качестве регистратора, необходимо убедиться в достаточной точности установки часов реального времени и в наличии достаточного объема свободной памяти для регистрации. В противном случае нужно подключить устройство к PC и выполнить необходимое администрирование (установка времени, очистка памяти).
Подключение устройства осуществляется в соответствии со схемой, представленной на фиг.1. В качестве датчиков аналоговых сигналов тока и напряжения могут использоваться штатные шунт и делитель напряжения, которые установлены в электрической схеме локомотива, в качестве датчиков релейных сигналов делители напряжения, которые подключены к соответствующим обмоткам реле загрузки регулятора частоты вращения коленчатого вала локомотива.
Устройство позволяет повысить точность контроля и настройки дизель-генераторной установки локомотива и обеспечить снижение удельного (и абсолютного) расхода топлива в эксплуатации на 2-5%. Ожидаемый экономический эффект только за счет снижения расхода топлива составит 150-350 тыс. руб. на один локомотив.