Локомотив. Локомотив №5 2022. Белорусская железная дорога постоянный участник выставки
 Скачать 5.8 Mb.
|
|
М икропроцессорная система управления и диагностики (МПСУиД) электровоза 2ЭС6 «Синара» выполняет функции управления все- ми основными системами и оборудованием локомотива по коман- дам, получаемым с пульта управления, на основании сигналов, при- нимаемых от датчиков. Основой системы МПСУиД (рис. 1) является центральный процес- сор, к которому подключены устройства постоянной и оперативной памяти, порты ввода-вывода. В постоянной памяти записана про- грамма работы процессора, в соответствии с которой он принимает данные с портов ввода. На основе этой информации в соответствии с заданной программой процессор производит логические действия. В результате выдаются управляющие сигналы и информация, кото- рые выводятся на определенных индикаторах и мониторах, а также поступают в аппаратуру и оборудование. Процессор использует дан- ные, хранящиеся в постоянной и оперативной памяти. С внешними объектами процессор обменивается информацион- ными и управляющими сигналами через порты ввода и вывода по интерфейсным шинам, которые передают и принимают информа- цию по определенным протоколам. Микропроцессорная система МПСУиД выполняет следующие функции: автоматизированное управление системами электровоза в режиме «Ручное регулирование» по командам с пульта управления (ПУ-Эл) и сигналам, получаемым от датчиков и аппаратов; автоматизированное управление в режиме «Авто ре гу ли- рование» с учетом профиля пути, времени хода, постоянных и вре- менных ограничений, скорости движения и сигналов светофора; контроль за состоянием оборудования и агрегатов; диагностику оборудования и аппаратов. В состав МПСУиД входят: микропроцессорная система управления локомотивом (МСУЛ-А); подсистема аналоговых измерений (подсистема СИ); подсистема автоведения (подсистема А); подсистема диагностики (подсистема Д). Рис. 1. Принцип построения микропроцессорной системы управле- ния и диагностики электровоза 2ЭС6 Рис. 2. Структура микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза 2ЭС6 МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС6 «СИНАРА» И.А. ОСИНЦЕВ, преподаватель Тайгинского подразделения Западно-Сибирского учебного центра профессиональных квалификаций ПЗУ ОЗУ АЛУ УУ Порты ввода Порты вывода Шины данных Шины данных Память Процессор СВЛ Монитор ПО подсистемы диагностирования ПО подсистемы автоведения Монитор CAN 2.0 Межсекционная линия связи 2хRS-485 2 х RS-485 2 х RS-485 2 х RS-485 2 х RS-485 БЦВ БУК БСП БВС Цепи управления Цепи управления БЛОК 2 х RS-485 2 х RS-485 БС-СИ БС-ПСН БЗС-ПБС ДПС ДПС ДПС ДПС 3-й уровень 2-й уровень (МСУЛ-А) 1-й уровень 1, 2, 3 2, 3, 1 CAN 2.0 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 13 В помощь машинисту и ремонтнику Рис. 3. Блоки подсистемы СИ БС-СИ ПНКВ-1 ДД МГМ-1 ДН-1 БС-ДД Система МСУЛ-А обеспечивает: ü разгон электровоза до заданной скорости с возможностью по- следующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тяговыми характеристиками локомотива; ü плавное изменение силы тяги в режиме независимого возбуж- дения тяговых двигателей; ü электрическое торможение до заданной скорости с возмож- ностью последующего автоматического поддержания скорости на спусках; ü плавное изменение силы торможения; ü защиту от боксования и юза; ü регулирование частоты вращения вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей (ТЭД) в зависимости от токовой нагрузки; ü ограничение величины тока и его скорости нарастания в яко- рях ТЭД; ü регулирование и ограничение тока возбуждения ТЭД; ü контроль процессов, протекающих при управлении электро- возом, отображение его результатов на мониторе и выдачу голосо- вой информации; ü дублирование основных функций по двухканальной линии связи; ü запись в энергонезависимую память параметров функциони- рования для последующей расшифровки на действия машиниста по управлению электровозом, состояния машиниста и состояния систе- мы. В каждой секции электровоза 2ЭС6 устанавливается комплект МПСУиД (рис. 2). Взаимодействие между секциями электровоза осу- ществляется по межкузовной линии связи. Микропроцессорная си- стема управления и диагностики имеет многоуровневую структуру. П е р в ы й у р о в е н ь МПСУиД включает в себя блоки противо- боксовочной защиты (БЗС-ПБС), связи с преобразователем (БС ПСН), связи с системой измерения (БС-СИ). Подсистема СИ предназначена для ввода в МСУЛ-А аналоговых сигналов (о токах и напряжениях в силовой цепи электровоза) от преобразователей напряжения в код (ПНКВ-1), мегаомметров МГМ-1 (о величине сопротивления изоля- ции ТЭД) и передачи получаемой информации через БС-СИ в каждый из двух каналов линии связи RS-485 МСУЛ-А. Подсистема СИ (рис. 3) включает в себя: блок связи со средствами измерения (БС-СИ); преобразователи напряжения в код «ПНКВ-1-1А»; делители напряжения (ДН); блок связи с датчиками давления (БС-ДД); измерительный преобразователь давления ДД-И-1,00-0 или датчик избыточного давления ДДИ-1 (выполнены на базе датчика давления ДД); измеритель сопротивления изоляции МГМ-1 (АВМЮ.411212.001). Блок БС-СИ обеспечивает прием данных по линии связи со сред- ствами измерения, а также преобразование и передачу преобразо- ванных данных в две линии связи RS-485. Блок ПНКВ-1 предназначен для измерительного преобразования входных напряжений в кодовый сигнал и передачи его по линии свя- зи RS-485 через БС-СИ в МСУЛ-А. Блок МГМ-1 обеспечивает измерение сопротивления изоляции между обмотками и корпусом ТЭД при номинальном рабочем на- пряжении контактной сети и отображение на встроенном цифровом индикаторе полученных значений сопротивления изоляции, испыта- тельного напряжения, тока утечки, а также для преобразования из- меренных величин в кодовый сигнал и передачи его по линии связи RS-485 через БС-СИ в МСУЛ-А. Датчик напряжения ДН-4 проводит преобразование высоко- вольтного входного напряжения до 4 кВ в напряжение до 75 мВ для дальнейшего его использования в системе измерения. Датчики ДД предназначены для преобразования давления сжа- того воздуха в электрический сигнал. Используются взаимозаменяе- мые датчики двух типов — измерительный преобразователь давле- ния ДД-И-1,00-01 и датчик избыточного давления ДДИ-1. Блок связи БС-ДД осуществляет прием аналоговых сигналов от датчиков ДД и преобразование их в последовательный код, измере- ние сопротивления изоляции цепей управления, не соединенных с корпусом электровоза, передачу преобразованных данных по двум линиям связи RS-485 в МСУЛ-А. В т о р о й у р о в е н ь включает в себя основную часть МПСУиД — микропроцессорную систему МСУЛ-А, которая обобщает поступаю- 14 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. В помощь машинисту и ремонтнику Рис. 4. Блоки МСУЛ-А БЦВ Мониторный блок МСУЛ Блоки МСУЛ-А БСП БУК-3 щую информацию и вырабатывает управляющие сигналы. В состав системы МСУЛ-А (рис. 4) входят: блок центрального вычислителя (БЦВ); блок связи с пультом управления электровозом (БСП); блок управления контакторами (БУК-3); блок входных сигналов (БВС); комплект мониторного блока, в том числе монитор, клавиату- ра (на базе клавиатуры 84S-DD-014) и кабель; пульт управления (ПУ-МСУЛ); источник питания (ИП-ЛЭ). Блок БЦВ осуществляет: организацию обмена информацией между отдельными бло- ками системы в секции локомотива по двум последовательным кана- лам в стандарте RS-485; организацию обмена данными между отдельными секциями локомотива по двум последовательным дифференциальным линиям связи; определение числа и ориентации секций в сцепе; подачу питания к блокам БУК с возможностью его автоматиче- ского отключения при необходимости; сигнализацию на светодиодах о работе трех каналов БЦВ; на основании полученной по линиям связи информации в со- ответствии с заложенным алгоритмом выдачу управляющих команд на исполнительные блоки. Блок БСП предназначен для обработки сигналов, поступающих от органов управления электровозом, передачи обработанных сигна- лов в линии связи МСУЛ-А, обеспечения информационного обмена между МСУЛ-А и системами САУТ-ЦМ/485, КЛУБ-У, СВЛ ТР, подсисте- мами СИ, А, Д, ПСН, а также другими системами, собранными на ин- терфейсе CAN 2.0. Все элементы БСП, включая две платы источников электропитания, установлены на одной многослойной плате. С це- лью обеспечения резервирования и достоверности передаваемых данных в БСП предусмотрены три параллельных канала обработки информации. Каждый из каналов выполнен на основе микрокон- троллера типа Atmega64. Блок БВС предназначен для приема сигналов, поступающих от цепей управления, и передачи обработанных сигналов в ли- нии связи МСУЛ-А. Блок состоит из двух идентичных каналов, что позволяет обеспечить его работоспособность в случае от- каза любого из них. Он способен обрабатывать 16 сигналов (ра- ботает с двумя каналами связи RS-485). Блок БУК-3 предназначен для управления электромагнитны- ми и электропневматическими контакторами электровоза в со- ответствии с управляющими сигналами, поступающими через линии связи МСУЛ-А. Он состоит из двух идентичных каналов. Н а т р е т ь е м у р о в н е находятся подсистемы автоведения (АВ), диагностирования (Д), система взаимодействия с локомо- тивом (СВЛ). Сюда же могут быть подключены и другие системы (по требованию заказчика). Для информационной связи подсистем 2-го и 3-го уровней применен интерфейс CAN 2.0. В обмене используются макроко- манды доступа к управлению отдельными элементами. Связи в системе 2-го уровня и ее связи с подсистемами 1-го уровня обеспечивает сдвоенный (с резервированием) интер- фейс RS-485. В каждой линии связи присутствует информация от трех каналов МСУЛ-А. Каждая подсистема подключается к ин- терфейсу не более чем одним приемопередатчиком для каждой линии. Для связи между элементами в подсистемах СИ, ПСН и ПБЗ используется интерфейс RS-485, в системе СВЛ — CAN 2.0. С це- лью обеспечения надежности главные узлы МСУЛ-А выполнены трехканальными. Система МСУЛ-А принимает информацию от подсистем 3-го уровня, органов управления, подсистем СИ и ПБЗ, цепей управ- ления электровоза и выбирает управляющее воздействие на аппараты электровоза и подсистему авторегулирования. В про- цессе работы МСУЛ-А производит диагностику устройств свое- го уровня и непосредственно связанных с ними цепей электро- воза, а также заносит в энергонезависимую память данные о функционировании устройств 2-го уровня. Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 15 В помощь машинисту и ремонтнику В системе МСУЛ-А используется оперативная информация, свя- занная непосредственно с управлением электровозом (цикл обмена 50 — 100 мс), и сервисная информация (связанная, например, с из- мерением сопротивления изоляции в высоковольтных и низковольт- ных цепях, расходом электроэнергии и т.д.). Цикл обмена составляет 1 с и более. От цепей управления электровоза в МСУЛ-А поступает информа- ция в виде входных дискретных и аналоговых сигналов: дискретные сигналы — с пульта управления и аппаратов электровоза, аналого- вые — от подсистемы СИ. Пороговое значение напряжения входных дискретных сигналов составляет (25 ± 10) В. Система МСУЛ-А осуществляет: управление электровозом, посылая управляющие выходные сигналы на его аппараты в соответствии с заложенным алгоритмом работы (максимальное напряжение выходного сигнала 130 В); запись параметров функционирования электровоза в энерго- независимую память; выдачу голосовых сообщений на динамик в кабине машини- ста. Каждому из блоков БВС и БУК задан идентификационный адрес, что позволяет распознавать конкретный блок при обращении по ли- нии связи. Адресу соответствует определенный набор перемычек, устанавливаемых в разъеме подключаемого к блоку кабеля связи. Каждому из однотипных блоков присваивается условный номер (на- пример БВС № 1, БКУ № 3). Имеется соответствующий набор адрес- ных перемычек в разъемах кабеля линии связи, подключаемого к блокам МГМ-1, СКВТ-М и ПНКВ-1, входящим в подсистему СИ. После включения питания возможна самодиагностика МСУЛ-А. Система МСУЛ-А организует запуск вспомогательного оборудования электровоза, поддерживает требуемые параметры функционирова- ния, обеспечивает реализацию тяговых и тормозных сил. Система МСУЛ-А производит: автоматический набор до выхода на ходовую позицию таким образом, чтобы после переключения позиции не была превышена заданная сила тяги или электрического торможения; поддержание заданной силы тяги на ходовой позиции измене- нием тока возбуждения; увеличение (уменьшение) заданной силы тяги при наборе или сбросе позиций; переход в режим выбега без разбора силовой схемы при силе тяги, равной нулю; автоматический переход в режим выбега с разбором силовой схемы после движения в течение 1 мин с заданной силой тяги, рав- ной нулю; остановку автоматического набора позиций в случае превы- шения заданного максимального тока в цепях ТЭД и продолжение его после снижения тока; автоматический сброс позиций при перегрузке ТЭД в течение заданного временнόго интервала; запрет набора позиций при перегрузке ТЭД; защиту пусковых резисторов от перегрева автоматическим сбросом позиций через заданное время; сбор силовой схемы после окончания выбега при скорости более 5 км/ч с одновременным заданием требуемой силы тяги (в за- висимости от скорости и напряжения в контактной сети собирается схема на ходовой позиции соответствующего соединения ТЭД). Блоки БСП и БЦВ выполнены трехканальными. Каждый канал под- ключен к обоим каналам линии связи, по которым обмен данными между блоками МСУЛ-А осуществляется циклически, поочередно для каждого из трех каналов с общим периодом около 150 мс (три канала по 50 мс). При использовании информации, полученной по линии связи, каждый блок системы МСУЛ-А производит выбор из трех каналов по мажоритарному принципу. При исправной линии связи обмен данными между блоками системы осуществляется по двум линиям со сдвигом циклов в них на 50 — 100 мс, что позволяет получать достоверную (идентичную в двух каналах) информацию с задержкой, не превышающей 50 мс. В случае отказа одного из кана- лов линии связи время задержки увеличивается, но не превышает 100 мс. Для связи отдельных секций электровоза используется двух- канальная линия связи, аналогичная интерфейсу RS-485, но с напря- жением, увеличенным до 12 В. Максимальное возможное число секций электровоза, управляе- мых МСУЛ-А, равно восьми. Время задержки информации управле- ния составляет около 40 мс, а информации сигнализации — около 120 мс. В случае отказа одного из каналов линии связи время задерж- ки распространения информации увеличивается в 2 раза. На мониторы выводится полная информация, полученная по обе- им линиям связи RS-485, о состоянии цепей управления, силовой схемы электровоза, о готовности к работе МСУЛ-А и диагностируе- мых параметрах. К левому монитору подключены система автове- дения и система информирования машиниста. На пульте управле- ния установлены две клавиатуры, каждая из которых соответствует определенному монитору. Н а электровозах с традиционным аналоговым (релейным) управ- лением последовательность включения аппаратов определялась механическими блокировочными контактами. Блокировочные кон- такты одного аппарата, как правило, устанавливались в цепь пита- ния катушки другого. Таким образом осуществлялась зависимость функционирования одного аппарата от действий другого. При этом основную роль играла электрическая схема цепей управления. Электровоз 2ЭС6 «Синара», относящийся к электровозам пере- ходного периода, оснащен многочисленными высоковольтными коммутационными аппаратами. Их функционирование в зависимо- сти друг от друга, как, собственно, и управление ими, реализованы с помощью выходных транзисторных ключей микропроцессорной системы управления. В цепь катушки каждого аппарата со стороны «минуса» введен выходной транзисторный ключ, который обеспечи- вает подключение катушки к питанию только по заданному програм- мой алгоритму. На таких электровозах основную роль играет уже не электрическая схема цепей управления, а алгоритм, в соответствии с которым управляющая катушка того или иного аппарата получает питание. Для того чтобы понять последовательность работы оборудова- ния электровоза, определить характеристики электровоза, необ- ходимо рассмотреть алгоритмы, задаваемые для системы МПСУиД. Возможно выделить несколько этапов работы электровоза: приве- дение в рабочее состояние, эксплуатация, перевод в «холодное» со- стояние. При приведении электровоза в рабочее состояние необходимо включить систему МПСУиД, которая затем задает команды на запуск остальных систем и оборудования электровоза. Прежде всего для этого следует подключить аккумуляторную батарею, автоматические защитные выключатели, выключатели систем МПСУиД и БЛОК (в шка- фу МПСУиД — справа в машинном отделении) и затем исполнитель- ные цепи управления МПСУиД. Алгоритм включения цепей управления МПСУиД. Команда по- дается выключателем S1 «Выключатель управления». Условие выполнения команды: не находятся во включенном положении кнопки «Токоприемник», «Быстродействующий выключатель», «Мотор-вентиляторы», «Мотор-компрессор», «Мотор-компрессор принудительно», «Продувка резервуаров», «Отпуск тормоза», «Песок». Если хотя бы одна из них включена, необходимо ее выклю- чить и повторить команду выключателем S1. Действия осуществляются по следующему алгоритму: включаются контакторы КМ10 и КМ11 (при отсутствии неис- правностей в блоках МПСУиД, соответственно, в первом и втором каналах), которые соединяют с общим «минусом» провода 600А и 600Б, подсоединяющие блок БУК; определяется число секций и их ориентация относительно ка- бины, из которой осуществляется управление; на секции, где активирован пульт машиниста для МПСУиД, устанавливается режим приема команд с пульта машиниста и транс- ляции их в другие секции; на других секциях устанавливается режим приема команд по линии связи. |