Изменение условий работы и развитие технических средств заставляют по новому взглянуть на ряд положений. При управлении движением поездов всегда существовала дилемма о соотношении стратегического планирования на основе технологических форм (графика движения, плана формирования и т.п.) и оперативного управления. В условиях рыночных отношений, когда более затруднен долговременный прогноз транспортных потоков, явно большую значимость приобретает последнее.

Современным решением этой проблемы является создание автоматизированных диспетчерских центров управления (АДЦУ), интегрирующих управление на основе использования современных технических средств автоматики, телемеханики и вычислительной техники, обеспечивающих расширение зон управления оперативно-диспетчерского персонала (ОДП) и увеличение функциональных возможностей за счет улучшения информационного обеспечения и сокращения рутинных неавтоматизированных операций.

Под АДЦУ понимается совокупность ОДП и комплекса технических средств, прежде всего вычислительной техники, а также устройств автоматики и телемеханики, объединенных единой информационной базой и предназначенных для автоматизации управления процессом перевозок .

Использование в системе современных технических средств позволяет создать единое информационное обеспечение ОДП различных служб, основывающееся на: общности используемых моделей поездной и технологической ситуации на полигоне; однотипном их отображении с дополнением необходимыми специфическими данными в соответствующем АРМ(поездного, вагонного и локомотивного диспетчеров, энергодиспетчера, диспетчера по СЦБ и связи и др.).

Рассматриваемый общий информационный модуль обеспечивает:

* индикацию режима управления (диспетчерское, местное, автономное, сезонное, резервное, комбинированное);

* отображение наименований объектов (названий направлений, станций, перегонов, рельсовых цепей, литеров светофоров, номеров стрелок, путей и др.);

* отображение конфигурации полигона управления с возможностью детализации изображения и представления путевого развития станций, парков, горловин и с контролем состояния рельсовых цепей, стрелок, светофоров, устройств контактной сети и энергоснабжения;

* отображение нормативно-справочной информации;

* представление фрагментов станций не включенных на диспетчерский контроль, но формирующих целостность восприятия изображения (тупики, грузовые дворы, подъездные пути и т.п.);

* ведение поездной, локомотивной и вагонной моделей (включая трансляцию номеров поездов);

* хранение и архивация данных о ходе перевозочного процесса с возможностью воспроизведения;

* прогнозирование перевозочного процесса;

* сбора и предварительной обработки информации от путевых устройств контроля подвижного состава (ПОНАБ, ДИСК и др.).



Рисунок 1.5 Система контроля технического состояния поездов с централизацией сбора и обработки информации

Несмотря на то, что основные принципы аппаратурного контроля букс с помощью ИК-техники были предложены и разработаны более двух десятилетий назад, во всех странах, выпускающих аппаратуру автоматического контроля букс, проводятся исследования, разрабатываются программы, направленные на совершенствование этой аппаратуры. Совершенствование аппаратуры обнаружения перегретых букс продолжается по следующим направлениям: поиск наиболее информативных элементов буксы или колесной пары, информативных и инвариантных к аддитивным и мультипликативным шумам признаков распознавания, поиск более точных методов обработки, передачи и регистрации информации о греющихся буксах, систем калибровки и автоконтроля аппаратуры; поиск оптимальной схемы размещения аппаратуры, путей Стабилизации режимов работы аппаратуры и в первую очередь напольного оборудования; расширение функциональных возможностей аппаратуры с объединением автономно работающих пунктов контроля букс в систему централизованного контроля с применением машинной обработки телеметрической информации и автоматической выдачей команд управления.

Последнее направление является качественно новым в развитии техники контроля состояния подвижного состава. Организация такой системы в пределах участка безостановочного следования поезда позволяет сократить капитальные затраты на оснащение линий аппаратурой контроля, обслуживающий персонал, одновременно контролировать наиболее ответственные узлы ходовых частей вагонов. Система централизованного контроля поездов содержит расположенные на линейных пунктах контроля (ЛПК) постовое и станционное оборудование, которое каналами связи соединено с оборудованием центрального диспетчерского пункта. В системе централизованного контроля поездов можно обеспечить обработку телеметрической информации по сложным алгоритмам вплоть до наблюдения за процессом развития неисправностей в пути следования и за счет этого повысить качество контроля, более рационально использовать информацию о техническом состоянии подвижного состава в пути следования при управлении движением поездов на участке с помощью подсистем АСУЖТ.

1.4 Разработка мероприятий по обеспечению непрерывного контроля технического состояния подвижного состава при его движении на участке Гомель - Калинковичи

В соответствии с заданием необходимо разработать комплекс мероприятий по обеспечению контроля технического состояния подвижного состава при его движении на участке Гомель - Калинковичи и диагностики приборов ДИСК. Целью данной разработки является:

осуществление централизованного контроля за продвижением предаварийного вагона по участку;

повышение безопасности движения поездов в результате выявления динамики роста нагрева буксовых узлов подвижных единиц;

сохранение и сбор информации о нештатных ситуациях;

повышение достоверности показаний приборов системы ДИСК за счет постоянного контроля ее работоспособности;

выдача необходимой отчетности для заинтересованных пользователей.

Схема данного участка с указанием размещенной на нем аппаратуры обнаружения перегретых букс приведена на листе 1 графической части.

1.4.1 Характеристика участка

Участок Гомель-Калинковичи представляет собой однопутную железнодорожную линию с автономной тягой.

Данный участок проходит по территории Гомельского отделения Белорусской железной дороги:

НОД 1 - Гомельское отделение, включающее в себя:

ШЧ 9 - Гомельскую дистанцию сигнализации и связи;

- ШЧ 11 - Калинковичскую дистанцию сигнализации и связи;

Как видно из схемы, приведенной на листе 1 графической части, данный участок оборудован комплексом технических средств модернизации аппаратуры ПОНАБ - 3 КТСМ - 01.

1.4.2 Характеристика автоматизированной системы контроля подвижного состава и состояния аппаратуры ДИСК

Для реализации поставленных выше целей подходит разработанная

ГП “Белжелдорпроектом” и Гомельским Бюро по разработке Автоматизированных Систем (ГБ АС) Белорусской железной дороги автоматизированная система диспетчерского контроля подвижного состава и состояния приборов ДИСК (АСК ПС). Согласно [3] данная система реализует:

а) динамический контроль нагрева буксовых узлов подвижных единиц;

б) контроль за техническим состоянием приборов ДИСК;

в) выдачу обслуживающему персоналу и другим подразделениям дороги информации:

- о наличии, расположении и количестве перегретых букс в подвижном составе;

- о техническом состоянии приборов ДИСК.

1.4.3 Построение системы АСК ПС на участке Гомель-Калинковичи

1.4.3.1 Топология системы

Согласно [3] система АСК ПС на уровне отделения дороги представляется двухуровневой вспомогательной информационной системой централизации информации. При этом на первом уровне находится распределенная структура специализированных аппаратно- программных комплексов на линейных пунктах контроля по съему, обработке и передаче данных о работе аппаратуры ДИСК. На этом уровне передача данных осуществляется по выделенным телефонным и физическим каналам связи. АСК ПС позволяет реализовать такие структуры организации связи:

радиальную (для одиночных пунктов контроля);

кольцевую (для централизованных пунктов контроля).

Поскольку нашей целью является централизация всех пунктов контроля на участке, то будем использовать кольцевую систему связи для каждого отделения дороги. При этом каналы или физические линии связи шлейфом заводятся на станции, где установлено станционное оборудование ДИСК, образуя двухточечные соединения между соседними пунктами контроля.

На втором уровне системы находятся АРМы:

центрального поста контроля (АРМ ЦКП);

службы сигнализации и связи (АРМ ШЧУ ДИСК);

пользователей отделения дороги;

пользователей управления дороги.

Система построена таким образом, что функции управления всей сетью передачи данных первого уровня переданы АРМ ЦКП (оператор службы вагонного хозяйства), который располагается в отделении дороги. При этом функции АРМа ЦКП заключаются в следующем:

индикация на экране дисплея данных, регистрируемых аппаратурой ДИСК в реальном режиме времени с выдачей звуковой и световой сигнализации при обнаружении перегретых букс: предаварийный уровень - зеленым цветом, ТРЕВОГА1 (ТР1) - синим, ТРЕВОГА2 (ТР2) - красным) с указанием устройства, от которого пришли эти данные;

фиксирование времени поступления данных;

логическая обработка поступающей информации (контроль состояния сети передачи данных, структуры приходящих сообщений, переключений фидеров на станции, сбои в работе магнитных датчиков и др.);

фиксирование времени восприятия оператором вагонников появления данных о предаварийных буксах вагонов, тревог ТР1 и ТР2;

ручной набор номера контролируемого поезда;

сравнение тепловых уровней нагрева осей с заданными пороговыми значениями, определение предаварийных и слежение за динамикой нагрева этих осей по ходу следования поезда с выдачей сообщений на экран дисплея;

учет предаварийных вагонов;

учет данных по ремонту подвижного состава;

формирование данных по остановкам поездов (отцепки вагонов), ремонту подвижного состава (вагонов).

Функции АРМ ШЧУ ДИСК состоят в:

отображении на экране дисплея регистрируемых данных аппаратурой ДИСК в реальном режиме времени с выдачей звуковой и световой сигнализации при обнаружении перегретых букс: предаварийный уровень - зеленым цветом, ТРЕВОГА1 (ТР1) - синим, ТРЕВОГА2 (ТР2) -красным) с указанием устройства, от которого пришли эти данные;

фиксирование времени поступления данных;

отображение на экране дисплея регистрируемых параметров работы приборов ДИСК в реальном режиме времени с выдачей звуковой и световой сигнализации;

ведение базы данных о данных, регистрируемых аппаратурой ДИСК;

накопление и хранение информации с возможностью просмотра за несколько суток, распечатка данных по выбору пользователя;

формирование и выдача выходных форм.

Функции АРМов служб дороги предусматривают:

передачу статистической информации и телеизмерений из вагонных депо в службу вагонного хозяйства;

учет данных по остановкам поездов (отцепки вагонов) по каждому прибору ДИСК;

учет данных по ремонту подвижного состава;

накопление и хранение информации с возможностью просмотра за несколько суток, распечатка данных по выбору пользователя;

формирование и выдача выходных форм.

1.4.3.2 Оборудование системы

Оборудование системы АСК ПС включает в свой состав:

а) комплекс технических средств, устанавливаемых на линейных пунктах контроля непосредственно возле станционного оборудования аппаратуры ДИСК:

устройство согласования со станционным оборудованием аппаратуры ДИСК (УСД);

контроллер;

связевая плата;

источник бесперебойного питания;

б) комплекс технических средств, устанавливаемых в отделении дороги:

АРМ ЦКП с набором периферийных устройств;

АРМ ШЧУ ДИСК с набором периферийных устройств;

в) программное обеспечение:

устройства УСД;

контроллера;

АРМ ЦКП;

АРМ ШЧУ ДИСК.

Устройство УСД выполнено на базе однокристальной микроЭВМ и предназначено для согласования уровней сигналов станционного оборудования ДИСК с устройствами вычислительной техники. Программа микроЭВМ записана в ПЗУ.

Контроллер, представляющий собой системный блок серийного IBM совместимого компьютера с расположенными внутри модемами и связевой платой, располагается в непосредственной близости (не далее 5 м) от станционного оборудования ДИСК на линейном пункте. При кольцевой схеме организации связи, допускается подключение двух устройств УСД (т.е. двух приборов ДИСК). Кроме того, при кольцевой схеме организации связи необходимо установить внутри системного блока два модема, к которым шлейфом заводятся и подключаются двухпроводные физические линии связи от соседних контроллеров, установленных на станциях. В этом случае образуются двухточечные соединения между соседними контроллерами.

Модемы служат для организации сети передачи данных. В этих целях можно использовать модемы, поддерживающих стандартные протоколы обмена V.22 bis, V.32, V.32 bis.

Связевая плата предназначена для преобразования сигналов токовой петли в сигналы интерфейса RS - 232.

Используемые бесперебойные источники питания (мощностью не менее 600 ВА) исключает влияние бросков питания, возникающих при переключении фидеров питания на станции, на работу станционного оборудования ДИСК, программного обеспечения контроллера и устройства УСД.

АРМ ЦКП осуществляет опрос всех контроллеров и принимает от них информацию о работе аппаратуры ДИСК в полном объеме (регистрируемые данные о проходе подвижного состава, контролирующие работу аппаратуры ДИСК) и далее передает их в Сервер баз данных (Web - сервер) отделения дороги. К информации, хранящейся в Сервере баз данных, могут иметь доступ:

удаленный пользователь (ШЧ, ШЧД);

АРМ ЦПК соседнего отделения;

пользователь дороги;

оператор вагонного хозяйства отделения.

При получении данных о наличии и расположении в поезде подвижных единиц в неисправном состоянии оператор АРМа ЦКП должен передать эту информацию поездному диспетчеру (ДНЦ) для принятия соответствующего решения.

АРМ ШЧУ ДИСК предназначен для контроля за качеством работы аппаратуры ДИСК обслуживающим персоналом дистанции сигнализации и связи. Для того, чтобы из АРМ ЦКП информация по запросам поступала в АРМ ШЧУ ДИСК, необходимо на АРМе ШЧУ ДИСК запустить программу, обеспечивающей считывание информации из базы данных АРМа ЦКП в полном объеме и ее передачу с использованием коммутируемого канала связи.

В АРМ ЦПК соседнего отделения будет передаваться информация о подвижном составе, пересекающем границу отделения, для ведения контроля динамики нагрева осей буксового узла.

Необходимо заметить, что к Серверу баз данных имеют возможность подключиться любые пользователи, имеющие на это право доступа. Для этого им достаточно запустить на своей ПЭВМ программу Web - броузера и выйти на меню просмотра Web - страниц этого сервера.

2. Техническая часть

2.1 Исследование формы сигналов в контрольных точках измерительного тракта подсистемы ДИСК - В

2.1.1 Назначение и основные технические данные подсистемы ДИСК - В

Подсистема ДИСК - В предназначается для автоматического обнаружения волочащихся (свисающих) деталей и узлов железнодорожного подвижного состава, выходящих во время движения поезда за нижнее очертание габарита подвижного состава, и выдачи обслуживающему персоналу станции информации о наличии, расположении и количестве вагонов с такого вида неисправностями в поезде.

Подсистема ДИСК - В используется с целью повышения безопасности движения поездов и может дополнять базовую подсистему ДИСК - Б на пунктах технического обслуживания (ПТО) вагонов, пунктах контрольно - технического осмотра (ПКТО) вагонов или на контрольных пунктах.

Подсистема ДИСК - В обеспечивает контроль поездов, движущихся в одном направлении на однопутных и двухпутных линиях с электрической и автономной тягой.

В условиях эксплуатации согласно [4] подсистема ДИСК - В должна обеспечивать:

а) диапазон скоростей движения контролируемых поездов от 0 до 125км/ч для грузовых и от 0 до 250 км/ч - для пассажирских поездов;

б) обнаружение волочащихся деталей подвижного состава, выходящих за нижнее очертание габарита в зоне:

по ширине поперек колеи на расстояние 1550 мм в обе стороны от оси пути;

по высоте на расстоянии 50 мм над уровнем головки рельса, за исключением зоны прохода колеса и центральной зоны (по 100 мм в обе стороны от оси колеи), которые устанавливаются на 50 мм ниже уровня головки рельса и на уровне головки рельса соответственно;

в) объем выдаваемой информации на один проконтролированный поезд:

указание порядкового номера с волочащейся деталью - до 50 вагонов;

указание общего количества вагонов в поезде - до 399 вагонов;

г) нормируемые показатели работы подсистемы:

выявляемость волочащихся деталей не менее 90 %;

достоверность показаний не менее 90 %;

д) диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 65 ⁰С для напольных устройств и от минус 5 до плюс 50 ⁰С для постовых перегонных устройств;

е) электропитание аппаратуры от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50 или 75 Гц;

ж) потребляемая мощность 120 Вт.

2.1.2 Состав подсистемы ДИСК - В

Подсистема ДИСК - В состоит из напольных и постовых и перегонных устройств, связанных между собой кабелем передачи электрических сигналов.

Напольные устройства размещаются непосредственно на пути в зоне размещения напольных устройств подсистемы ДИСК - Б и включает в себя восемь секций датчика, восемь кабелей соединительных и два ввода кабельных.

Постовые устройства подсистемы ДИСК - В включает в себя субблок ВД (см. графическая часть лист 2), который размещается в блоке управления стойки перегонной подсистемы ДИСК - Б.

К дополнительному оборудованию относятся комплект ЗИП и комплект инструмента и принадлежностей.

2.1.3 Устройство и принцип работы подсистемы ДИСК - В

В процессе эксплуатации подвижного состава из-за отказов в работе отдельных элементов его конструкции имеют место случаи выхода узлов и деталей за нижнее очертание габарита подвижного состава (волочащиеся детали). При несвоевременном обнаружении такой неисправности подвижного состава в процессе движения поезда создается угроза безопасности движения, происходит повреждение путевых устройств и самого подвижного состава.

Работа подсистемы ДИСК - В основана на обнаружении во время движения поезда с помощью напольных датчиков деталей и узлов подвижного состава, выходящих за нижнее очертание его габарита, формирование сигнала информации о наличии в вагоне такого типа неисправности, передаче и регистрации данных о наличии и расположении в поезде неисправных подвижных единиц (вагонов, локомотивов). Подсистема ДИСК - В может работать только в совокупности с базовой подсистемой ДИСК - Б. Обнаружение перегретых букс и функции передачи и регистрации данных о наличии и расположении волочащихся деталей в поезде выполняются только устройствами, входящими в состав подсистемы ДИСК - Б. Блок схема сопряжения подсистем ДИСК - В и ДИСК - Б показана на рисунке 2.1.

В состав перегонного оборудования подсистемы ДИСК - Б помимо индивидуальных устройств (напольные камеры, блок усилителей) входят и групповые устройства (рельсовая цепь наложения ЭП - 1, датчики прохода колесных пар П1, П4, П5, блок управления, блок передачи сообщений и субблок СВ.

Станционное оборудование ДИСК - Б включает в себя блок приема сообщений, блок преобразования, блок накопления, блок автономной работы, цифропечатающее устройство ЦПУ и пульт оператора ПО. По сигналу с рельсовой цепи ЭП - 1 блок управления вырабатывает команды управления работой аппаратуры в момент захода и удаления поезда с участка контроля. По сигналам с датчиков П1, П4 и П5 блоком управления вырабатывается сигнал отметки прохода по участку контроля физических подвижных единиц (вагон, секция локомотива) в момент, когда последнее колесо подвижной единицы проходит над датчиком П1 или П5, а также сигналы управления работой измерительных каналов подсистемы ДИСК - Б. С помощью блока передачи сообщений, включающего семь частотно - разделенных каналов, осуществляется передача сообщений в аналоговой форме от перегонного к станционному оборудованию по двухпроводной кабельной линии связи. В задачу станционного оборудования ДИСК - Б входит прием, преобразование сигналов в цифровую форму, обработка и регистрация данных на ленту ЦПУ о признаке неисправности и месте расположения неисправных вагонов в поезде. В момент обнаружения неисправности с помощью пульта оператора подается звуковая и световая сигнализация.

Подсистема ДИСК - В включает в себя напольный датчик контроля волочащихся деталей и устройство формирования сигнала наличия волочащейся детали (субблок ВД). Напольный датчик состоит из восьми секций (по две снаружи каждого колеса и четыре внутри колеи), устанавливаемых в сигнальном колодце с помощью кронштейнов. Каждая секция включает в себя три катушки индуктивности с сердечниками (два крайних намагничивающих и одна средняя сигнальная), которые крепятся в горизонтальном положении к магнитопроводу. К каждой катушке закрепляется вертикально расположенная пластинчатая пружина с сектором зацепления. Сектора зацепления в каждой секции перекрывают друг друга и образуют зону контроля. Образованный с помощью намагничивающих катушек магнитный поток замыкается через элементы зацепления и магнитопровод.

С помощью секторов зацепления образуется зона контроля, рассчитанная на габарит подвижного состава Т для колеи 1520 мм, для которой предельное отклонение узлов подвижного состава с учетом обрессоренных масс составляет 65 мм над уровнем головки рельса. Зона прохода колеса выбрана в соответствии с требованиями габарита приближения строения С. Снижение зоны контроля в центральной части колеи до уровня головки рельса обусловлено стремлением избежать ложных остановок поездов из-за отсутствия отгиба шплинтов валика тяги триангеля вагонов, что приводит к выходу этого элемента за нижнее очертание габарита.

В момент захода поезда на участок контроля по сигналу с ЭП - 1 блок управления вырабатывает команду, по которой включается в работу субблок СВ и через его ключевые схемы подается напряжение питания 9 В на намагничивающие катушки секций напольного датчика. При наличии волочащейся детали в контролируемом на данный момент вагоне отклоняется один или несколько элементов зацепления в одной или нескольких секциях и при этом разрывается магнитный поток через сигнальную катушку. В момент возврата элемента зацепления с помощью пружины в исходное состояние магнитный поток замыкается. При разрыве и замыкании магнитного потока на выходе сигнальной катушки возникают электрические сигналы разной полярности, которые через кабель поступают к постовому оборудованию в субблок ВД.

В субблоке ВД сигналы с датчика подаются на входы усилителей и далее - на пороговые устройства. С целью снижения уровня наводок на сигнальные катушки последние в каждых двух соседних секциях включены последовательно и встречно и, таким образом, с каждой пары секций сигналы поступают на одно пороговое устройство. При превышении сигналом с датчика установленного порогового значения выходной сигнал с порогового устройства подается на устройство предварительного запоминания сигнала. В момент проследования последним колесом подвижной единицы датчика П1 вырабатывается сигнал отметки прохода подвижной единицы, по которому сигнал информации о наличии в проследовавшей подвижной единице волочащейся детали переписывается с предварительного в выходное запоминающее устройство. Поскольку расстояние между напольным датчиком контроля волочащейся детали и первым датчиком счета осей выбрано равным расстоянию от последнего колеса вагона до центра автосцепки для наиболее часто встречающихся типов вагонов, то в момент отметки прохода вагона над датчиком П1 информация о наличии волочащихся деталей в проследовавшем вагоне хранится в выходном запоминающемся устройстве, а устройство предварительного запоминания сигнала подготовлено для приема информации о наличии волочащихся деталей в последующей подвижной единице.

В момент проследования последним колесом подвижной единицы датчика счета осей П5 сигнал информации о наличии волочащейся детали в этой подвижной единице считывается с выходного запоминающего устройства, нормируется по амплитуде и длительности (17 мс) и подается на вход шестого канала блока передачи сообщений. Одновременно с сигналом отметки прохода подвижной единицы над датчиком П5 сигнал обнаружения волочащейся детали передается к станционному оборудованию подсистемы ДИСК - Б.

Принятый станционным оборудованием сигнал наличия волочащейся детали дешифрируется по амплитудному признаку и регистрируется ЦПУ. При этом, после отпечатывания порядкового номера в поезде вагона с волочащейся деталью печатается информация о наличии волочащейся детали (знак “1” - обнаружена волочащаяся деталь, знак “0” - волочащаяся деталь отсутствует). В момент выдачи данных о вагоне с волочащейся деталью на печать с пульта оператора обслуживающему персоналу подается звуковая и световая сигнализация.

После удаления поезда с участка контроля с помощью программно - задающего устройства блока управления ДИСК - Б на вход субблока ВД подаются проверочные сигналы, имитирующие проход вагона с волочащейся деталью, и при этом станционным оборудованием осуществляется регистрация данных автоконтроля, по которым можно судить о работоспособности подсистемы ДИСК - В (при распечатке данных на контрольный вагон наличие в знаке для регистрации информации о волочащейся детали “1” говорит о работоспособности).

автоматический подвижный состав программный

2.1.4 Субблок обнаружения волочащихся деталей (ВД): устройство и работа

Субблок ВД предназначен для формирования и преобразования сигналов наличия волочащихся деталей, поступающих с напольных датчиков ДИСК- В.

Описание работы субблока приведем согласно электрической принципиальной схемы, приведенной на листе 2 графической части.

Субблок ВД состоит из:

четырех инвертирующих усилителей DA1 - DA4;

четырех детекторов: элементы VD9 - VD12, С9 - С12;

четырех пороговых устройств: элементы DD6, DD7;

схемы преобразования сигналов наличия волочащихся деталей: элементы DD8 - DD15;

схемы индикации “волочения”: элементы VD21 - VD24;

схемы управления напольными датчиками: элементы DD5, DD11 и тумблер SB1.

Сигнал наличия волочащейся детали поступает с напольных датчиков на инверсный вход одного из четырех усилителей, например, DA1 контакт 13, и имеет вид колебательного процесса. При этом амплитуда рабочего сигнала (первый период колебаний) составляет не менее 0,15 В. Коэффициент усиления сигнала по напряжению определяется соотношением резисторов R10 и R1 и составляет около 40. Питание усилителей 9 В выполнено при помощи четырех параметрических стабилизаторов:

VD5 - VD8, C1, C3, C5, C7, R12, R14, R16, R17. Стабилитроны VD1 - VD4 служат для защиты операционных усилителей от высоких входных перенапряжений. С помощью детектора VD9, R18, C9, играющего роль выпрямителя и фильтра, сигнал наличия волочащейся детали преобразовывается в однополярный и сглаживается, приобретая форму отрицательного апериодического сигнала.

При превышении сигналом уровня порога срабатывания порогового элемента (DD6.1, DD6.2) нулевой импульс с его выхода опрокидывает в единичное состояние по входу S соответствующий триггер первой ступени запоминания сигнала “волочение”, в данном случае триггер DD8.1.

Переключение триггера DD8.1 приводит к появлению положительного потенциала на выходе инвертора DD12.1 и зажиганию светодиода VD21, сигнализирующего о проходе волочащейся детали по первой секции.

Одновременно с этим нулевой потенциал с выхода триггера DD8.1 подается на контакт 12 схемы DD13.1, и далее, инвертируясь , уже единичным положительным потенциалом поступает на входы 4 и 5 элемента DD13.2. При поступлении нулевого импульса отметки вагона по первой педали при проходе поезда (цепь ОВП1) схема DD13.2 открывается по всем входам и нулевой импульс длительностью, равной длительности импульса отметки вагона “ОВП1”, поступает на вход 2 элемента DD10.1. По фронту положительного импульса с выхода 3 DD10.1 с помощью элементов DD10.2 и DD10.3 формируется короткий нулевой импульс, который с выхода 8 элемента DD10.3 подается на вход S триггера второй ступени запоминания сигнала “волочение” DD14.1, устанавливая его в единичное состояние, и на вход С триггеров первой ступени DD8, DD9, возвращая их в исходное нулевое состояние. Таким образом, при проходе волочащейся детали над какой - либо секцией напольных датчиков ДИСК - В, один из триггеров DD8 или DD9 “запоминает” эту информацию и хранит ее до прохода последней оси аварийного вагона над первым датчиком прохода осей П1, что соответствует моменту прохода конца вагона над напольными устройствами ДИСК - В. После этого триггеры возвращаются в исходное состояние, а информация переносится в аварийный триггер DD14.1.

Во время передачи информации на станцию, то есть в момент поступления импульса отметки прохода вагона над последним датчиком П5 длительностью 17 мс (цепь ОВ17), элемент DD15.2 открывается по обоим входам 1 и 2 и сигнал наличия волочащейся детали, инвертируясь элементом DD15.4, подается в виде положительного импульса на блок передачи данных. По окончании сигнала “ОВ17” триггер DD14.1 по входу С возвращается в исходное состояние.

При отсутствии поезда на участке контроля и выключенном программно - задающем устройстве (ПЗУ) схема DD11.2 закрыта нулевым потенциалом по входу 9, а схема DD5.3 закрыта по входу 13 (отсутствие сигнала “II тележка”). С выхода 11 открытой схемы DD11.3 управляющий нулевой потенциал по жгуту стойки поступает на субблок силовых выпрямителей, запирая его выходные ключи и, и тем самым, удерживая намагничивающие катушки напольных датчиков ДИСК -В в обесточенном состоянии.

С заходом поезда на участок контроля схема DD11.2 открывается по обоим входам 9 и 10 и положительный потенциал с выхода 11 элемента DD11.3 открывает ключи в субблоке силовых выпрямителей (СВ), подавая на намагничивающие катушки датчиков питающее напряжение. После схода поезда с участка контроля включается контрольная программа, схема DD11.2 закрывается по входу 10, и намагничивающие катушки обесточиваются.

В момент включения ПЗУ нулевым потенциалом запирается элемент DD13.2 по входу 2, закрывая путь прохождения аварийному сигналу, и, в то же время, единичным сигналом по входу 6 разрешается работа схеме DD16 для проверки работоспособности подсистемы ДИСК - В. Проверка производится следующим образом. Во время работы ПЗУ в момент имитации второй тележки контрольного вагона (сигнал “II тележка”) на вход 13 схемы DD5.3, и, если тумблер SB1 находится в верхнем рабочем положении, то на другой вход 12 этой схемы также проходит положительный потенциал. Нулевой потенциал на ее выходе, инвертируясь элементом DD11.3, на время прохода второй тележки включает намагничивающие катушки датчиков. Если датчики находятся в исправном состоянии, то в момент включения намагничивающих катушек, с сигнальных катушек поступят сигналы, превышающие уровень срабатывания пороговых устройств, и все четыре триггера первой ступени запоминания сигнала “волочение” опрокинутся в единичное состояние (загорятся все четыре светодиода). При поступлении сигнала отметки вагона по первой педали “ОВП1” схема DD16 откроется по всем входам, опрокинется триггер второй ступени DD14.1 и в конце контрольной программы, при проходе импульса опроса “ОВ17” длительностью 17 мс, на выходе субблока (элемент DD15.4) появится положительный импульс, сигнализирующий об исправном состоянии подсистемы ДИСК - В.

Для проверки отдельно пороговых устройств и схемы преобразования сигналов субблока ВД используется тумблер SB1. При переключении тумблера в нижнее положение нулевым потенциалом запирается схема DD5.3, отключая на время работы ПЗУ намагничивающие катушки. В этом случае единичный сигнал прохода второй тележки имитируемого вагона, поступающий с ПЗУ на вход 9 элемента DD5.4, инвертируется им и запускает схему формирования аварийного контрольного импульса. Данная схема, выполненная на емкости С13 и резисторе R23, работает таким образом, что при перепаде потенциала на выходе 8 элемента DD5.4 из единицы в ноль, на резисторе R23 выделяется импульс отрицательной полярности, аналогичный сигналу с напольных датчиков ДИСК - В. Через диодные входы сигнал поступает на пороговые устройства, и дальнейшая его обработка ведется способом, описанным выше.

2.2 Техническое описание АРМ “Стенд”

2.2.1 Назначение и состав оборудования

АРМ “Стенд” предназначен для проверки работоспособности всех типов субблоков приемной и передающей стоек аппаратуры ДИСК - Б, кроме силовых и высоковольтных, а также для оказания помощи в ремонте неисправных субблоков. При этом испытание субблоков осуществляется в штатном режиме, т.е. согласно алгоритма и скорости работы в реальных условиях.

Поскольку настройка субблоков в соответствии с технологическим процессом должна выполняться в действующей аппаратуре, то АРМ “Стенд” не является аттестационным оборудованием, а является инструментом электромеханика КИП при ремонте субблоков.

АРМ “Стенд” состоит из персонального компьютера (ПЭВМ) и настольного блока, сопрягаемого с компьютером посредством интерфейсной карты (плата адаптера). Кроме того, в комплект АРМа входят интерфейсный и силовой кабели, программное обеспечение (ПО). При этом предъявляются следующие требования к аппаратной части ПЭВМ:

IBM совместимость;

наличие процессора не ниже 286;

тактовая частота не менее 20 Мгц;

наличие свободного ISA - слота;

наличие свободного пространства на жестком диске не менее 5 Мб.

Рекомендуется использовать ПЭВМ с процессором 486.

2.2.2 Структурная схема АРМ “Стенд”

Исходя из вышеизложенного, весь АРМ структурно можно представить в виде двух модулей:

а) модуль ПЭВМ, в свою очередь состоящий из:

- устройства отображения информации;

- устройств ввода - вывода;

- системного блока;

- платы адаптера (интерфейсной карты);

б) модуль настольного блока (стенд), включающий в себя:

- источники питания;

- плату управления и контроля (УК);

- плату ввода - вывода (ВВД).

К модулю настольного блока через внешний разъем платы ВВД подсоединяется непосредственно испытываемый субблок.

Структурная схема АРМ “Стенд” приведена в верхней области листа графической части.

Далее более подробно рассмотрим составные элементы настольного блока АРМ “Стенд”.

2.2.2.1 Плата адаптера

Адаптер представляет собой параллельный интерфейс, необходимый для адаптации стенда (настольного блока) с ПЭВМ. Согласно структурной и принципиальной электрической схемам, расположенных соответственно на листе графической части, адаптер содержит три канала:

канал обмена данными (КОД), собранный на элементах DD3 и DD6 и выполняющий функции обмена данными между ПЭВМ и элементами плат УК и ВВД в соответствии с выполняемой программой;

канал контроля (КК), выполненный на элементе DD4, позволяющий производить контроль текущего состояния АЦП, ПИТ, контроль сброса триггера DD13, управляющего включением питания 12 В при испытании субблока, а также контролировать наличие установленного субблока. Т.е. по данному каналу ПЭВМ осуществляет прием данных с настольного блока;

канал управления (КУ), реализованный на регистре DD7, позволяет осуществлять управление схемами платы УК, т.е. организовать работу настольного блока в соответствии с выполняемой программой. Таким образом, по каналу управления осуществляется вывод управляющих данных с ПЭВМ на стенд.

Для выбора необходимого канала предназначен узел дешифрации адреса, собранный на элементах DD1, DD2 и DD5.

Для повышения нагрузочной способности (буферизации) шины данных ПЭВМ служит двунаправленный буфер на элементе DD8.

Плата адаптера вставляется непосредственно в ISA - слот ПЭВМ, а к ее внешнему разъему подключается кабель (линия связи), соединяющая ПЭВМ с настольным блоком.

2.2.2.2 Плата управления и контроля (УК)

Плата УК предназначена для управления работой платы ввода - вывода (ВВД), контроля надежного соединения субблока со стендом. Кроме того, она позволяет при работе программы формировать сигналы различной частоты и амплитуды при помощи ПИТ и ЦАП, производить измерение амплитуды сигналов при помощи АЦП, создавать временные задержки различной длительности на базе ПИТ. Плата УК согласно структурной и принципиальной электрической схемам, размещенным соответственно на листах и графической части, содержит следующие функциональные узлы:

а) схема управления элементами плат УК и ВВД, выполненная на элементах DD1 - DD6, осуществляет дешифрацию данных канала управления. В исходном состоянии на выходах дешифраторов высокий потенциал, в то время как активизировать необходимую для работы микросхему возможно только изменением потенциала с высокого на низкий. Т.е. фактически каждый выход дешифраторов предназначен для активизации той или иной микросхемы (в соответствии с программой), расположенной на плате УК или ВВД;

б) схема управления элементами платы УК, собранная на регистре DD12 и реализующая различные функции управления, при помощи которых возможно осуществлять:

выбор выходного канала ПИТ;

подачу питания 12 В на испытуемый субблок;

создание генератора сигналов различных частот с различными амплитудами на элементах DD9.1, DD9.2 и DA3.1 совместно с ЦАП;

соединение ЦАП и АЦП на элементах DA1, DA2 и DA3.2;

подключение контрольного гнезда XS1 к выходу ЦАП на элементах DA3.2 и DA3.3;

в) схема ЦАП на элементах DD11, DA1, DD3.4, позволяющая задавать сигналы постоянного или переменного напряжения определенной амплитуды;

г) схема АЦП на микросхеме DD8 дает возможность измерения амплитуды сигналов;

д) схема ПИТ на микросхеме DD7 предназначена для:

- создания временных задержек различной длительности;

- измерения длительности сигналов;

- создания генератора импульсов различной частоты;

е) схема подачи напряжения 12 В на установленный в стенд субблок на время его испытания, выполненная на элементах DD13, DD14 и К1;

ж) схема контроля напряжения в цепях питания стенда. При этом схема на элементе DA4 отслеживает напряжения по понижению от нормального, а на элементе DA5 - по повышению (норма по цепи 5 В 5%, +12 В 5%, -12 В -5%, +10%);

з) схема генератора импульсов с кварцевой стабилизацией, собранная на элементах DD15, С5, R25, R26 и ZQ1, вырабатывает высокостабильные тактовые импульсы с частотой 1 МГц, поступающие на тактируемый вход ПИТ.

2.2.2.3 Плата ввода - вывода (ВВД)

Плата ВВД предназначена для подачи сигналов, соответствующих программе проверки данного субблока, на контактный разъем проверяемого субблока и снятия сигналов с субблока для их дальнейшего анализа.

Плата ВВД согласно структурной и принципиальной электрической схемам, размещенным соответственно на листах и графической части, включает в себя следующие функциональные узлы:

а) регистр передачи данных на субблок, состоящий из элементов DD1 - DD18, DD20, R1 - R57, позволяет непосредственно реализовать программу проверки субблока путем передачи цифровых сигналов на последний;

б) регистр снятия данных с субблока, выполненный на элементах DD21 - DD28 и позволяющий зафиксировать выходную реакцию субблока на поданные воздействия, выраженную в цифровых сигналах;

в) элементы коммутации, собранные на реле К1 - К14 и аналоговых ключах DA1 - DA7, выполняют как подачу, так и снятие аналоговых сигналов с испытываемого субблока в соответствии с программой проверки;

г) схема управления элементами коммутации выполнена на регистрах DD31 - DD37. Функция управления сводится к включению или выключению соответствующего элемента коммутации путем подачи управляющего потенциала в соответствии с программой проверки данного субблока;

д) стабилизатор + 5 В (на структурной схеме не указан), собранный на микросхеме DA8, предназначен для питания узла определения установленного субблока. Данный узел функционирует лишь в том случае, если на субблок установлены соответствующие резисторы, позволяющие автоматически определять тип испытываемого субблока.

2.2.3 Назначение программного обеспечения и работа с ним

Основное назначение ПО состоит в программном управлении работой АРМа. ПО обеспечивает выполнение следующих функций:

проверка готовности АРМа к работе при каждом новом запуске ПО;

проверка исправности АРМа по желанию пользователя;

проверка исправности субблоков аппаратуры ДИСК - Б;

режим ремонта субблоков аппаратуры ДИСК - Б. Этот режим предоставляет пользователю большое количество ремонтных средств (пошаговое выполнение ремонтной программы, подсказки о возможном виде неисправности и т.п.);

вывод на экран монитора основной документации по аппаратуре ДИСК - Б, включая описания и принципиальные электрические схемы субблоков;

помощь для пользователя в виде подробных описаний по работе с данной системой.

Программное обеспечение реализует работу с пользователем в диалоговом режиме. Вся необходимая информация выводится на экран монитора. В качестве источника дополнительной информации используются звуковые сигналы, подаваемые динамиком компьютера.

Для управления работой ПО (выбор режима, ответ на вопрос и т.д.) пользователю достаточно нажать на одну из соответствующих основных клавиш - клавиш управления курсором, а также клавиш Enter и Esc.

Вид выводимой на экран информации зависит от режима, выбранного пользователем. Однако в любом режиме экран монитора можно условно разделить на четыре основные части:

самая верхняя строка - Строка меню. В этой строке указаны режимы работы ПО. Для перехода к работе в нужном пользователю режиме необходимо выбрать его клавишами управления курсором и для подтверждения выбора нажать клавишу Enter;

вторая сверху строка (зеленого цвета) - Строка сообщений. В этой строке появляются сообщения о проделываемой ПО работе, о результатах работы и другая основная информация. Например, в режиме “Проверка” в этой строке появляются сообщения о том, какой субблок проверяется, а по окончании проверки - сообщение о том, исправен он или нет;

следующие строки экрана, исключая самую последнюю, - Рабочая область экрана. Сюда выводится основной объем текстовой и весь объем графической информации. К примеру, в режиме “Ремонт” в эту область выводится информация о выполняемых ремонтной программой действиях, о виде выявленных неисправностей, подсказки о возможном неисправном узле субблока и т.д.;

самая последняя строка экрана (зеленого цвета) - Строка указаний. В этой строке появляются указания по дальнейшим действиям пользователя. Она используется также для вывода некоторых видов сообщений, для вывода информации об активных клавишах и т.д..

Следует заметить, что в различных областях экрана могут появляться наложенные изображения, которые в зависимости от режима работы могут являться либо предупреждающими сообщениями, либо сообщениями по работе ПО, либо нести другую вспомогательную информацию.

2.2.4 Режимы работы программного обеспечения

Сразу после запуска ПО пользователь попадает в Основной режим работы. Из этого режима он может попасть в любой из режимов, обозначенных на панели меню:

режим Стенд. Выбрав этот режим, пользователь имеет возможность убедиться в исправности АРМа, если у него в процессе работы возникли в этом сомнения. ПО при каждом своем новом запуске само входит в этот режим, исключая таким образом работу на неисправном АРМе;

режим Субблок. В данном режиме происходит проверка субблоков аппаратуры ДИСК - Б. Попасть в этот режим можно просто установив субблок во внешний разъем настольного блока. Если АРМ неисправен, то режим Субблок недоступен. Перед установкой субблока для проверки необходимо убедиться в наличии соединения между контактами А1 и Б1, а также между контактами А30 и Б31. В противном случае ПО не отреагирует на установку субблока;

режим Описание. В этом режиме пользователь может просмотреть документацию по аппаратуре ДИСК - Б;

режим Схема. Данный режим позволяет пользователю просмотреть электрические принципиальные схемы аппаратуры ДИСК - Б;

режим Выход означает окончание работы с ПО. Если пользователь выбирает этот режим, но не подтверждает выбора нажатием клавиши Enter, то активизируется ждущий режим работы. В этот режим ПО переходит автоматически, если пользователь в течение минуты не нажимал ни одну из клавиш.

2.3 Разработка алгоритма и программы проверки работоспособности субблока ВД подсистемы ДИСК - В на базе АРМ "Стенд"

2.3.1 Разработка алгоритма

Алгоритм программы, разработанный для проверки работоспособности субблока ВД подсистемы ДИСК - В, является результатом исследования сигналов в контрольных точках измерительного тракта субблока ВД, а также изучения устройства и принципа работы АРМа "Стенд".

Графическое изображение алгоритма приведено на листе графической части проекта.

Рассмотрим алгоритм работы программы более подробно. Необходимо заметить, что использован модульный тип построения алгоритма. Рассмотрим работу каждого из десяти модулей.

Модуль 1 - подача питающих напряжений ± 12 В для питания схем проверяемого субблока. Здесь осуществляется формирование управляющего сигнала, затем, после формирования, осуществляется подача сигнала, разрешающего запись управляющего сигнала. После этого осуществляется подача сигнала на переключение триггера, включающего реле К1, которое отвечает за подключение напряжения питания ± 12 В к контактам разъема.

Модуль 2 - установление цепей субблока ВД в исходное состояние. Здесь осуществляется формирование управляющего сигнала "IIтел. = 0" (откл.), затем разрешение записи данного сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок. После этого осуществляется формирование управляющего сигнала "ПЗУ = = 1" (откл.) и разрешение записи сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок. Следующим осуществляется формирование управляющего сигнала "Запрет = 1" (откл.) и также разрешение записи данного сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок. Далее осуществляется формирование управляющего сигнала "Поезд = 0" (откл.), затем, после разрешения записи сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок, осуществляется формирование управляющего сигнала "ОВ17 = 1" (откл.) и также разрешение записи данного сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок. После этого осуществляется подача управляющего сигнала "ОВП1 = 1" (откл.) и разрешение записи данного сигнала по выходу регистра передачи данных на субблок.

Модуль 3 - проверка входных каналов субблока ВД. При этом должны поочередно загораться светодиоды. Пользователю задается вопрос "Перемычки на внешнем разъеме субблока ВД установлены?". После утвердительного ответа происходит формирование сигнала "Волочение", затем - разрешение записи сигнала по выходу регистра ЦАП. После этого пользователю задается вопрос "Все светодиоды загорелись?". При отрицательном ответе делается вывод о неисправности соответствующих входных каналов. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.

Модуль 4 - проверка формирования сигнала отключения выходных ключей блока СВ. Выдается сообщение пользователю "Поставьте тумблер на лицевой панели субблока в положение "РАБ" и нажмите ОК". После этого осуществляется разрешение записи по выходу регистра снятия данных (DD26) с субблока СВ сигнала отключения выходных ключей в блоке СВ. Затем производится считывание результата проверки с контакта разъема ХР платы УК (А8). По результату, который получен при считывании, делается вывод: если принят ноль, то, возможно, неисправен тракт на элементах DD5, DD11. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.

Модуль 5 - проверка формирования сигнала включения выходных ключей в блоке СВ. Производится установка активного сигнала "Поезд" (А6 = "1"), затем разрешение записи сигнала "Поезд" по выходу регистра передачи данных на субблок. После этого разрешается запись полученного результата по выходу регистра снятия данных с субблока. Затем производится считывание ключа проверки с контактов разъема ХР платы УК (А8). Результат считывания проверяется, если принят ноль, то делается предположение о неисправности тракта на элементе DD11. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.

Модуль 6 - проверка формирования сигнала выключения выходных ключей. Выдается сообщение пользователю "Переключите тумблер на лицевой панели субблока в положение "КОНТР" и нажмите ОК". После этого производится формирование активного сигнала "ПЗУ вкл." (А7 = "0"), разрешение записи сигнала «ПЗУ вкл.» по выходу регистра передачи данных (DD26) на субблок. После этого осуществляется разрешение записи полученного результата по выходу регистра снятия данных с субблока. Затем производится считывание ключа проверки с контактов разъема ХР платы УК (А8). Результат считывания проверяется, если принята единица, то делается предположение о неисправности тракта на элементах DD5, DD11 субблока ВД. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.

Модуль 7 - проверка исправности пороговых устройств и триггера первой ступени запоминания сигнала "Волочения". На начальном этапе производится формирование активного сигнала "II тел.", затем разрешение записи сигнала "II тел." по выходу регистра передачи данных (DD1) на субблок. После этого пользователю задается вопрос: Все светодиоды загорелись? При отрицательном ответе выдается сообщение о возможной причине - неисправен тракт на элементах DD5 - DD9, DD12, VD21-24. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.

Модуль 8 - проверка работоспособности схемы переключения триггера второй ступени запоминания сигнала "Волочения». На начальном этапе производится формирование активного сигнала "ПЗУ вкл." (А7 = "0"), затем разрешение записи сигнала "ПЗУ вкл." по выходу регистра передачи данных (DD6) на субблок. После этого производится формирование активного сигнала "ОВП1 вкл." (А6 = "0"), затем разрешение записи сигнала "ОВП1 вкл." по выходу регистра передачи данных (DD7) на субблок. Затем реализуется временная задержка в 2 мс. После этого производится формирование пассивного сигнала "ОВП1" (А6 = "1") и разрешение записи сигнала "ОВП1" по выходу регистра передачи данных на субблок. Потом пользователю задается вопрос: Все светодиоды погасли? При отрицательном ответе выдается сообщение о возможной причине - неисправна схема переключения (DD10) или схема совпадения DD16. Затем пользователю задается вопрос о продолжении тестирования, при отрицательном ответе отрабатывается модуль "Выход", а при положительном - вызывается модуль 2 и продолжается выполнение программы.