МЕТОД ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ

АННОТАЦИЯ

Обозначена роль систем мониторинга в железнодорожной автоматике. Приведен способ технического диагностирования схемы управления стрелкой на основе программируемых логических контролеров. Предложен принцип подключения логических контроллеров к контрольным точкам и сбора диагностических данных с помощью программируемых логических контроллеров со схемы управления стрелкой. Приведены основы метода анализа полученных данных для дальнейшего их логического анализа программным способом.

ABSTRACT

The role of monitoring systems in the industry of railway automation is outlined. There are given the shortcomings of the existing systems for technical diagnostics and monitoring of railway automation devices, in particular, their high cost. The principle of connecting and collecting diagnostic data with the help of programmable logic controllers from the switch control circuit and the basis of the method for analyzing the received data for their further logical analysis by software is proposed.

Ключевые слова: Железнодорожная автоматика, стрелка, схема управления стрелкой, мониторинг, измерение электрических параметров схемыю.

Keyword: Railway automation, switch, switch control circuit, monitoring, measurement of electrical parameters of the circuit

Введение. Системы автоматизации играют важнейшую роль в обеспечении технологических процессов во многих отраслях жизнедеятельности человечества, в том числе, и транспорта [1, 2]. К примеру, в отрасли железнодорожного транспорта на системы автоматики и телемеханики (ЖАТ) возложены функции обеспечения безопасности перевозочного процесса, а также улучшения культуры труда персонала. Отсюда следует, что бесперебойная и безостановочная работа ж.д. транспорта полностью зависит от надежности устройств ЖАТ. Следовательно, системы ЖАТ должны проектироваться с высоким уровнем надежности. Высокий уровень надежности подобных систем обеспечивается различными методами, в том числе, с помощью систем технического диагностирования и мониторинга (СТДМ) [3].

Системы технического диагностирования и мониторинга используются для контроля технического состояния устройств автоматики, объектов сети электроснабжения, искусственных сооружений и прочей отраслевой инфраструктуры. Подобные устройства позволяют в некоторой степени отражать картину технического состояния объектов диагностирования, прогнозировать их дальнейшее техническое состояние, систематизировать действия обслуживающего персонала по выявлению и предотвращению отказов, аварий и т.д. [1-3].

Наиболее эксплуатируемым объектом ЖАТ является стрелочный электропривод. Управление данным объектом осуществляется посредством электрических схем управления. Следовательно, посредством измерений электрических параметров в схеме управления стрелочных электроприводом, можно уловить тенденцию изменения условий эксплуатации, технического состояния электрической схемы и других параметров данного объекта ЖАТ.

Объект исследования: Схема управления стрелочным электроприводом.

Предмет исследования: электрические параметры схемы управления стрелочным электроприводом.

Цель исследования: техническое диагностирование стрелочного электропривода с помощью СТДМ на базе промышленных логических контроллеров (ПЛК).

Задачи исследования:

• определение контрольных точек сбора диагностических данных со схемы управления стрелочным электроприводом.

• разработка принципов сбора диагностических данных с помощью ПЛК.

Железнодорожная стрелка эксплуатируется в тяжелых условиях. На нее оказывается как механическое воздействие от подвижного состава, так и атмосферные явления.

В процессе эксплуатации наблюдаются различные виды неисправности механической, а также электрической части электропривода – устройства, осуществляющее перевод стрелки, механическое замыкание и контроль ее положения. Заблаговременное определение неисправностей электропривода позволяет прогнозировать его дальнейшее состояние, устранить отказы, которые могут привести к простою и задержке поездов. Автоматизация измерения параметров механической части электропривода в основном представляется невозможным, в силу специфики данной операции. Посредством измерения электрических же параметров и дальнейшего логического анализа полученных данных можно определить условия эксплуатации, наблюдать за тенденцией изменения параметров, которые впоследствии могут прогнозировать состояние устройства (предиктивная диагностика), причин возникших неисправностей и т.д.

К примеру, в [4] приводится и в системе «Аппаратно-программного комплекса диспетчерского контроля» реализован метод косвенного измерения прилагаемого усилия на перевод стрелки посредством измерения межфазного напряжения в пятипроводной схеме управления стрелкой. Таким образом можно анализировать работу стрелки на фрикцию, отсутствие смазочного материала на стрелочной подушке, напрессовка снега между остряком и рамным рельсом, тугое закрепление шарнирного крепления остряков стрелки и т.д.

В силу немалой стоимости вышеприведенных СТДМ специализированных фирм-производителей рассмотрим реализацию данной задачи на основе промышленных логических контроллеров. ПЛК получили широкое применение в реализации технических задач разной сложности. В [5] автор приводит возможность реализации СТДМ на базе ПЛК для диагностирования объектов автоматики на станции. Но в данной работе не приводятся принципы измерения и логического анализа диагностических данных.

При увеличении нагрузки (работа на фрикцию, отсутствии смазки и т.д.) на трехфазный электродвигатель переменного тока в питающей сети наблюдается изменение напряжение на фазах, наблюдается так называемое явление – перекос фаз. Измерив напряжение между фазами, можно логически рассуждать об условии эксплуатации электродвигателя, а в конечном счете – стрелки. Помимо этого, такое измерение позволит выявить неисправности типа слипание фаз, обрыв фазного провода, перегорание предохранителя и т.д.

При работе двигателя в нештатном режиме увеличивается потребления силы тока, что также можно измерять непрерывно, подключив датчики тока [5-6] в рабочую цепь схемы управления стрелки (см. рис. 1). К сведению, увеличение потребления тока наблюдается при работе двигателя на фрикцию, промерзания остряков стрелки к подушке, тугом креплении болтов шарнирного соединения остряков.

Рисунок 1. Условный пример перекоса фаз и увеличение потребления тока при работе электродвигателя на фрикцию

На рис. 1 приводится условное изображение перекос фаз трехфазного напряжения при работе электродвигателя на фрикцию. Измеряя значение U_1ф-U_2ф, U_2ф-U_3ф и U_1ф-U_3ф, а также фиксируя увеличенный потребляемый ток двигателем можно программным способом заложить в СТДМ функцию анализа данной ситуации и выведения информации. Помимо этого, как говорилось выше, таким способом можно выявлять и другие неисправности в схеме.

Реализация функций сбора диагностических данных со схемы управления стрелкой возможна на основе ПЛК разных производителей с помощью датчиков тока [5]. На рис. 2 показан предлагаемый принцип подключения к контрольным точкам схемы для фиксации вышеприведенных случаев (перекос фаз, увеличение тока потребления).

Рисунок 2. Подключение датчиков тока и напряжения к вводным портам модуля ПЛК для измерения аналоговых величин токов и напряжений в контрольных точках объектов ЖАТ

Результаты исследований: Условия эксплуатации (не все!) стрелочных электроприводов влияют на электрические параметры потребляемого электрического тока. Уловив тенденцию изменения конкретных параметров и заложив программных способом логический анализ данных в СТДМ можно анализировать о техническом состоянии стрелочного электропривода (стрелки).

Заключение

Техническое диагностирование и непрерывный мониторинг устройств железнодорожной автоматики является актуальной задачей на сегодняшний день для поддержания их высокого уровня надежности. Предложенный способ технического диагностирования позволяет синтезировать подобные системы без привязки к какому-либо производителю СТМД ЖАТ, что диктует их невысокую стоимость. Исследования в определении новых контрольных измерительных точек устройств ЖАТ позволяет анализировать и выявлять причины большего числа различных неисправностей и отказов, осуществлять прогноз дальнейшего состояния устройств.

Список литературы:

1. J. Guo, X. Wang, Y. Zhang and Y. Yang, "Future prospects on the intelligent monitoring technologies for railway signaling systems in China," 6th IET Conference on Railway Condition Monitoring (RCM 2014), Birmingham, 2014, pp. 1-5.
2. Абдуллаев Р.Б. Современный подход к техническому диагностированию устройств железнодорожной автоматики в условиях высокоскоростного движения в республике Узбекистан // Проблемы безопасности на транспорте: материалы IX международной научно-практической конференции: в 2 ч., Ч. 1 / Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь, Белорусская ж.д., Белорусский государственный университет транспорта; под общей редакцией Ю. И. Кулаженко. – Гомель: БелГУТ, 2019. – С. 216-218. – ISBN 978-985-554-878-3 (ч. 1).
3. Ефанов Д.В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. – СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016. – 171 с.
4. Системы диспетчерского контроля и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: учеб. пособие / В. П. Молодцов, А. А. Иванов. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. – 140 с.
5. Абдуллаев Р.Б. Реализация подсистемы сбора диагностической информации в системах непрерывного мониторинга устройств железнодорожной автоматики на программируемых логических контроллерах // Автоматика на транспорте. – 2020. – Том 6. – №3. – С. 309-331. – DOI: 10.20295/2412-9186-2020-6-3-309-331.
6. Ефанов Д.В., Абдуллаев Р.Б. Система непрерывного мониторинга устройств железнодорожной автоматики на основе программируемых логических контроллеров // Научные труды республиканской научно – технической конференции с участием зарубежных ученых “Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте” (20-21 декабря 2019 г.); Под ред. проф. А.И. Адилходжаева. – Ташкент: ТашИИТ, 2019, 232-236.