Публикации

06.12.2021

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И КОНТРОЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ЖАТ

Автоматизация производства и контроля измерений электрических параметров устройств ЖАТ

Затрагивается проблема проведения измерений электрических параметров, в том числе сложных модулированных сигналов в современных технических системах. Описываются современные технические устройства применяемые на железных дорогах Российской Федерации, а также сложности внедрения уже существующих современных решений.
Описывается задача российских железных дорог по замене всех основных измерительных электрических приборов на один универсальный, позволяющий проводить типовые электрические измерения, а также измерение, отображение и анализ модулированных кодированных сигналов, в том числе в силовых цепях, с возможность передачи данных с системы мониторинга. Авторами разработаны подходы к съему данных и анализу, которые позволили разработать универсальный измерительный прибор Эталон-Ш, который удовлетворяет всем требованиям по безопасности к электрическим измерениям в хозяйстве автоматики, данный подход способен обеспечить передачу и дальнейшую обработку измерений по протоколу Bluetooth на мобильное устройство электромеханика. Предложенные технические решения показывают, что прибор может быть применен для измерения и анализа практически любых электрических величин и кодовых сигналов в системах автоматики и не только.

Ключевые слова

  • #Эталон-Ш
  • # железнодорожная автоматики; измерения; автоматизация обслуживания;; программные средства; Bluetooth
  • # мобильные средства

06.12.2021

Автоматизация производства и контроля измерений электрических параметров устройств ЖАТ

Автоматизация производства и контроля измерений электрических параметров устройств ЖАТ.

Аннотация. Затрагивается проблема проведения  измерений электрических параметров, в том числе сложных модулированных сигналов в современных технических системах. Описываются современные технические устройства применяемые на железных дорогах Российской Федерации, а также сложности внедрения уже существующих современных решений.

Описывается задача российских железных дорог по замене всех основных измерительных электрических приборов на один универсальный, позволяющий проводить типовые электрические измерения, а также измерение, отображение и анализ модулированных кодированных сигналов, в том числе в силовых цепях, с возможность передачи данных с системы мониторинга. Авторами разработаны подходы к съему данных и анализу, которые позволили разработать универсальный измерительный прибор Эталон-Ш, который удовлетворяет всем требованиям по безопасности к электрическим измерениям в хозяйстве автоматики, данный подход способен обеспечить передачу и дальнейшую обработку измерений по протоколу Bluetooth на мобильное устройство электромеханика.  Предложенные технические решения показывают, что прибор может быть применен для измерения и анализа практически любых электрических величин и кодовых сигналов в системах автоматики и не только.

Ключевые слова: Эталон-Ш, железнодорожная автоматики; измерения; автоматизация обслуживания;; программные средства; Bluetooth, мобильные средства.

Введение

Надёжная и безотказная работа устройств автоматики и телемеханики во многом определяет бесперебойное и безопасное движение поездов на железных дорогах.

Оценка работоспособности устройств автоматики, телемеханики во многом определяется качеством измерений, применением прогрессивных методов обслуживания и производится измерением численных значений параметров и режимов работы всех элементов систем. Сравнивая полученные результаты с нормами и техническими условиями, делают выводы о работоспособности элементов и систем.  Результаты измерений позволяют выявить отклонения параметров эксплуатируемой аппаратуры от установленных норм и, таким образом, своевременно принять меры для нормального ее функционирования. Таким образом надёжную работу устройств автоматики и телемеханики можно обеспечить периодическими измерениями её параметров, своевременной регулировкой и настройкой, а так же заменой неисправных приборов.

При этом необходимо учесть, что устройства автоматики, телемеханики работают в сложных условиях, при которых необходимо обеспечить безопасность движения поездов. Отсюда возрастает значение измерений параметров рассматриваемых устройств.

  1. Состояние вопроса

Основной тенденцией в настоящее время является переход на обслуживание устройств по состоянию [1, 2], а не по регламенту для этого разрабатываются специализированные подходы по диагностированию устройств на основе их характеристик в реальном режиме времени. Для этого применяются различные специальные технические средства, позволяющие контролировать устройства в реальном режиме времени [3-7]. Технически невозможно внедрить данных подход на абсолютно всех технических системах из-за технических и экономических причин. Всегда останутся отдельные системы и устройства, которые будет контролировать человек. Но это не значит что нет возможности обеспечить съем и обработку состояния данных устройств автоматизировано, а также производить анализ измеренных значений полностью автоматически, применяя современные интеллектуальные средства [8, 9].

Одними из таких параметров являются различные электрические параметры устройств, ряд из них в настоящий момент могут измеряться  и анализироваться автоматически системами непрерывного мониторинга. Но технически невозможно и нецелесообразно оснастить таким контролем все устройства инфраструктуры. Отдельные элементы контролируются обслуживающим персоналом или в рамках графика технического обслуживания или при устранении поломок и аварий.

Задача измерений состоит в определении параметров аппаратуры, установлении их соответствующим нормам и техническим условиям с целью регулировки, настройки или замены отказавших элементов - исправными.

Одним из направлений повышения и поддержания уровня надежности систем железнодорожной автоматики и телемеханики является диагностика и контроль ее текущего состояния. В одном из вопросов контроля и измерения параметров устройств автоматики графиками технического обслуживания, предусмотрено измерение напряжения, тока, сопротивления и частоты переменного и постоянного тока. С учетом разнообразия обслуживаемых систем, в том числе вновь разработанных и внедряемых на станциях и перегонах, становится очевидным резкое возрастание функций измерения данных параметров, требующих использования измерительных технических средств.

В настоящее время обслуживающий персонал выполняет различные виды измерительных работ, предусмотренных графиком технического обслуживания в строгом соответствии с технологическими картами, а также в процессе поиска и устранения неисправностей. Данные задачи требуют серьезного приборного обеспечения. В настоящее время для различных измерений используются около 15 различных приборов.

Резервы повышения качества проверки параметров и производительности труда при использовании существующей технологии измерительных приборов практически исчерпаны, поэтому задача измерения параметров технических средств ЖАТ, решаемых оперативными работниками, не может быть решена без разработки и внедрения системы, новых методов и способов измерения электрических параметров.

К числу первоочередных задач, требующих решения, относятся:

1.    Упрощение и автоматизация работ при измерении электрических и временных параметров.

2.    Программная обработка результатов проведенных измерений;

3.    Автоматизация протоколирования результатов измеряемых параметров и заполнения журналов данными о результатах электрических измерений на устройствах.

4.    Систематизация результатов измерений.

5.    Автоматическое формирование инцидента в случае выхода измеряемого параметра за пограничные значения.

6.    Оперативный доступ к результатам измерений на всех уровнях хозяйства.

7.    Передача данных, в виде данных о факте выполненных работ, с мобильного компьютера в информационные отраслевые системы (ЕКАСУИ-Ш).

8.    Передача данных с измерительного прибора о результатах выполненных измерений в автоматизированную систему хозяйства АСУ-Ш-2 разработки института «Гипротранссигналсвязь»;

9.    Максимальное сокращение используемых штатных измерительных приборов.

10.  Обновление измерительных средств и приборов на рабочих местах обслуживающего персонала.

11.  Достижение единства измерений, обеспечивающего не только требуемую точность, но и сопоставимость результатов измерений по способам и принципам;

Для решения данных задач было принято решения о разработке единого измерительного устройства в рамках отрасли (Рис. 1). Обеспечение автоматизированной обработки результатов, интеграция с автоматизированные системами отрасли, а также с технической документацией [10-17] и системами моделирования документацией [18-20]  позволит значительно сократить время устранения отказов обслуживающим персоналом.

  1. Особенности сигналов устройств автоматики

В настоящее время в железнодорожной автоматике широко используются специальные сигналы с амплитудной и фазовой модуляцией. Данный вид сигналов применяется в системах контроля рельсов и подвижного состава: сигналы с определенным кодовым пакетам пропускаются через рельсовую линию используются как для контроля состояния рельсовой линии, так для передачи данных на локомотив.

Самый распространенный вариант таких сигналов используется для контроля состоянии рельсовой линии в тональных рельсовых цепях. В настоящее время широко используется амплитудно-модулированные сигналы с частотой от 420 до 780Гц, модулированные частотой 8 или 12Гц.

Самой старой системой является передача данных на локомотив о состоянии занятости впереди стоящих блок участков при помощи передачи простых кодов с помощью импульсов постоянного или переменного тока. Более развитой системой являться передача кодов с помощью  амлитудно-модулированных сигналов в виде трех типов импульсов: КЖ, Ж, З. Данные коды соответствуют передаче трех состояний блок-участков: КЖ – впереди стоящий блок участок свободен, Ж – один впереди стоящий блок-участок свободен, З – два и более впереди стоящий блок-участка свободно. Данная система по передаче данных на локомотив называется – автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСН) и широко используется на многих железных дорогах в странах бывшего СССР.

С развитием высокоскоростного движения появилась необходимость в передаче на локомотив данных о большем количестве блок-участков, а также дополнительной информации, такой как: максимальная скорость движения, наличие движения по отклонению стрелки, местоположению и многих других. Для данных целей была разработана система Непрерывной локомотивной сигнализации (АЛС-ЕН). С точки зрения передачи данных отличие этой системы в передаче сигналов большей значности и кодирование информации с помощью кода Бауэра. Есть несколько вариантов таблиц кодирования пакетов сообщения, но используется один и тот же принцип фазовой модуляции со сдвигом на 90 градусов. Для передачи данных используется основная частота 175Гц.

Для того чтобы анализировать сигналы, необходимо определить их параметры, которые нормированы и требуют измерений и сравнения с эталонными значениями, для того чтобы обеспечить качество функционирования устройств безопасности движения. Применительно к железным дорогам можно выделить следующие основные параметры: значение несущей частоты, значение модулирующей частоты, временные параметры импульсов для кодовых сигналов, амплитудное значение импульсов или среднеквадратичное значение импульсов для импульсов переменного тока или напряжения. При этом измеряемые параметры должны быть получены с заданной точности и в условиях сильных наводок и помех от тягового тока подвижного состава.

Для измерения данных сигналов требуется разработка специфичных измерительных устройств, а также специального программного обеспечения для анализа сигналов.

  1.             Программное обеспечение

Разработанное программное обеспечение внутри самого Эталон-Ш и программного обеспечения для мобильного рабочего места позволяет выполнять все базовые виды электрических измерений: напряжения, токи, частоты, сопротивление, так и производить анализ всех сигналов в электрических цепях, раскладывать частоты на спектр, выделять отдельные заданные сигналы и декодировать их. Программное обеспечение также можно использовать для получения осциллограмм токов и напряжений, с возможностью сохранения и анализа на мобильном рабочем месте.

 

Разработанное программное обеспечение позволяет в реальном режиме времени видеть все сигналы в рельсовой цепи (рис. 3), а также производить одновременную обработки и анализ параметров всех кодов в рельсовой цепи за один съем данных, что значительно упрощает процедуру анализа работоспособности устройств автоматики. После измерения одновременно будет показаны величины сигналов тональных сигналов (уровень, несущая и модулирующая частоты), наличие и параметры кодов АЛСН (рис. 4) (Тип КПТ, значение сигнала первого импульса, временные параметры кодов), наличие и параметры сигнала АЛС-ЕН (Рис. 5) (уровень сигнала, код и расшифровка кода). Эталон-Ш позволяет производить измерения всех видов рельсовых цепей массово применяемых в хозяйстве: фазочувствительные, кодовые, тональные (1-4 поколения), рельсовые цепи АБТЦ-МШ, а также измерения параметров АЛСО, АЛСН, АЛС-ЕН. После проведения измерений данные автоматические анализируются на корректность и отсылаются в отраслевые автоматизированные системы по проведению факта технического обслуживания и фиксации результатов измерений.

  1.             Выводы

Разработанный прибор Эталон-Ш является полноценной заменой основных измерительных приборов в хозяйстве автоматики и телемеханики. Эталон-Ш способен производить как измерение единичных основных электрических характеристик аппаратуры, так и за один раз обеспечивать съем информации с рельсовых цепей и ее обработку с автоматической передачей с автоматизированные системы контроля и обработки данных верхнего уровня. Специальное методы и разработанное на их базе программное обеспечение позволило упростить процесс проведения измерения и анализа сложных электрических и временных параметров. Также стоит отметить, что данный подход пригоден для выполнения любых электрических измерений, а разработанное программное обеспечение позволяет показать основные электрические параметры сигналов и кодов в рельсовых цепях, в том числе новых систем. Также прибор можно использовать в качестве мобильного анализатора сигналов, с возможность сохранения осциллограмм токов и напряжений и дальнейшего анализа. Применения программного обеспечения на мобильном рабочем месте также позволяет адаптировать прибор под задачи анализа новой аппаратуры, которая внедряется в хозяйстве автоматики.

Библиографический список

  1. Меньшиков Н.А., Лебедев А.Е., Москвина Е.А., Иванов А.А. Обслуживание устройств жат по состоянию с применением систем диагностики // Автоматика, связь, информатика. 2016. № 9. С. 35-37.
  2. Седых Д.В. учет работы приборов с помощью АРМ-УРП // Автоматика, связь, информатика. 2007. № 3. С. 7-8.
  3. Efanov D., Osadtchy G., Sedykh D. Development of Rail Roads Health Monitoring Technology Regarding Stressing of Contact-Wire Catenary System // Proceedings of 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Chelyabinsk, Russia, 19-20 May, 2016, doi: 10.1109/ICIEAM.2016.7911431
  4. Efanov D., Osadtchy G., Sedykh D., Pristensky D., Barch D. Monitoring System of Vibration Impacts on the Structure of Overhead Catenary of High-Speed Railway Lines // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS`2016), Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 201-208.
  5. Efanov D., Pristensky D., Osadchy G., Razvitnov I., Sedykh D., Skurlov P. New Technology in Sphere of Diagnostic Information Transfer within Monitoring System of Transportation and Industry // В сборнике: IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2017) Proceedings. 2017. С. 231-236.
  6. Efanov D., Sedykh D., Osadchy G., Barch D. Permanent Monitoring of Railway Overhead Catenary Poles Inclination // В сборнике: IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2017) Proceedings. 2017. С. 163-167.
  7. Efanov D., Osadtchy G., Sedykh D. Protocol of Diagnostic Information Transmission via Radio Channel Concerning Health Monitoring of Infrastructure of Russian Rail Roads // Proceedings of 3ed International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), St. Petersburg, Russia, May 16-19, 2017.
  8. Бочкарев С.В., Лыков А.А., Марков Д.С. Совершенствование методов диагностирования стрелочного переводного устройства // Автоматика на транспорте. 2015. Т. 1. № 1. С. 40-50.
  9. Blagoveschenskaya E.A., Zuev D.V., Garbaruk V.V., Gerasimenko V.A., Sedykh D.V., Kunets D.S. Application of convolutional neural networks for pattern recognition circuits of railway automatics. Specifics of this application // В сборнике: PROCEEDINGS OF 2017 XX IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOFT COMPUTING AND MEASUREMENTS (SCM) 2017. С. 434-435.
  10. Василенко М.Н., Денисов Б.П., Булавский П.Е., Седых Д.В. Принципы организации электронного документооборота технической документации // Транспорт Российской Федерации. 2006. № 7 (7). С. 31-35.
  11. Василенко М.Н., Кудрявцев В.В. Концепция построения единой автоматизированной системы электронного документооборота на устройства СЦБ // Автоматика, связь и информатика. 2002, N 9, с.2-5.
  12. Булавский П.Е., Марков Д.С. Методика оценки временных характеристик процессов электронного документооборота технической документации // Автоматика на транспорте. – 2016. – Том 2, №1. – С. 81-94.
  13. Седых Д.В., Зуев Д.В., Гордон М.А. Отраслевой формат технической документации на устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Часть 1: Концепция создания // Автоматика на транспорте. – 2017. – Том 3. – №1. – С. 112-128.
  14. Седых Д. В., Гордон М. А., Зуев Д. В. Отраслевой формат технической документации на устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. 2. Сравнение с форматом RailML® // Автоматика на транспорте. 2017. Т. 3. № 2. С. 270-279.
  15. Седых Д.В., Зуев Д.В., Гордон М.А. Отраслевой формат технической документации на устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Часть 3. Структура и содержимое // Автоматика на транспорте. 2017. Т. 3. № 3. С. 399-413.
  16. Седых Д. В., Гордон М. А., Зуев Д. В. Отраслевой формат технической документации  на устройства железнодорожной автоматики и телемеханики.  4. Представление элементов // Автоматика на транспорте. 2017. Т. 3. № 4. С. 563-577.
  17. Седых Д.В. Интеграционные решения на основе отраслевого формата технической документации // Транспорт Урала. 2016. № 4 (51). С. 52–57. DOI: 10.20291/1815-9400-2016-4-52-57.
  18. Матушев А.А., Седых Д.В., Ушаков И.С. Обобщенная модель принципиальных электрических и монтажных схем // Информационные технологии на транспорте: сборник материалов секции «Информационные технологии на транспорте» Юбилейной XV Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика – 2016», Санкт-Петербург, 26-28 октября 2016 г.; под. ред. Вал. В. Сапожникова. – СПб: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016, с. 131-136. ISBN 978-5-7641-0951-0.
  19. Тележенко Т.А. Применение методов моделирования в системах автоматизированного проектирования // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2006. – №2. – С. 66-72.
  20. Тележенко Т.А. Автоматизированная система экспертизы схемных решений ЖАТ //Автоматика, связь, информатика. – 2009. – №5. – С. 24-26.

ИМСАТ

группа компаний

Сообщение отправлено!

С Вами свяжуться в ближайшее время.