При выборе места для размещения перегонного оборудования минимальное значение расстояния от входного сигнала станции до перегонного оборудования должно обеспечивать возможность остановки поезда служебным торможением до входного сигнала станции после прохода поездом участка размещения перегонного оборудования средств контроля и получения машинистом извещения о выработке станционным оборудованием средств контроля сигнала "Тревога 2".

На участках с автоблокировкой место размещения напольного оборудования средств контроля по отношению к изолированным стыкам должно быть удалено на расстояние более 300 м и выбирается в соответствии с требованиями техно - рабочего проекта.

Регистрирующее оборудование линейных средств контроля в зависимости от условий эксплуатации устанавливается на станции линейного пункта в помещении ПТО пли дежурного по станции (ДСП) у лиц, ответственных за снятие показаний с этого оборудования.

При оснащении средствами контроля нескольких подходов к станции регистрирующее оборудование средств контроля всех подходов должно устанавливаться, как правило, в одном помещении.

Централизация информации с линейных пунктов контроля, расположенных на участке безостановочного следования поездов, должна осуществляться, как правило, на станцию с ПТО, в зону обслуживания вагонов которого входят эти линейные пункты. Исходя из технологических задач по обслуживанию вагонов, предусматривается централизация информации в отделение дороги или управление дороги. В каждом случае необходимо стремиться к тому, чтобы линейные пункты контроля одного централизованного участка входили в сферу технического обслуживания средств контроля одной дистанции сигнализации и связи.

4.2 Принцип работы перегонного оборудования

Перегонное оборудование делится на напольное и постовое. Напольное оборудование устанавливается непосредственно на пути и предназначено для считывания информации с подвижного состава: реализует способ контроля исправности буксовых узлов подвижного состава по уровню инфракрасной энергии, излучаемой корпусом буксового узла в окружающее пространство. Напольное оборудование включает: считывающие устройства - основные и вспомогательные напольные камеры (ОНК и ВНК) с приемниками ИК-излучения (болометрами), датчики прохода колесных пар, датчик наличия поезда в зоне контроля (рельсовая цепь наложения), устройство контроля схода подвижного

состава. В момент захода поезда на участок контроля обесточивается рельсовая цепь наложения, датчики вырабатывают электрические сигналы при проходе колесных пар подвижных единиц в зоне их размещения. Считывание производится в моменты нахождения колесных пар в зоне действия приемника. По сигналам от датчиков осуществляется счет осей и подвижных единиц в поезде, а также определяются моменты начала и окончания прохода в поле зрения приемников ИК-излучения колесных пар, т.е. сигналы от датчиков выделяют по отношению к измерительному тракту пространство или длину стробирования. Попадание буксового узла в это пространство (при правильной установке датчика) зависит от двух причин - скорости буксового узла (скорости подвижного состава) и постоянной времени срабатывания датчика (время от момента прохода колесной пары до выработки электрического сигнала). В рассматриваемой системе диагностики подвижного состава применяются магнитоиндукционные датчики. Конструктивно магнитоиндукционный датчик прохода колес состоит из магнитной головки и крепежного устройства и устанавливается внутри колеи на подошве рельса. Внутри магнитной головки на стальном основании установлена катушка с находящимся внутри нее постоянным магнитом. При установке расстояние от головки рельса до датчика выбирается таким, чтобы при проходе колеса воздушный зазор между гребнем и магнитом был минимальным, но достаточным для исключения механического контакта даже при максимально возможном прокате колеса. Принцип действия датчика основан на явлении электромагнитной индукции. При отсутствии колеса в зоне установки датчика магнитный поток постоянного магнита замкнут через крепежное устройство, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и одним из полюсов. При проходе гребня колеса в воздушном зазоре происходит изменение магнитного потока следующим образом: сначала, когда величина воздушного зазора уменьшается, магнитный поток увеличивается и достигает своего максимального значения в момент нахождения центра колеса над центром датчика; затем, когда величина воздушного зазора увеличивается, магнитный поток уменьшается и достигает исходного значения в момент выхода колеса из воздушного зазора (из зоны действия датчика). При возрастании магнитного потока в катушке индуцируется ЭДС, создающая импульс напряжения колоколообразной формы положительной полярности, при убывании магнитного потока индуцируемая в катушке ЭДС создает импульс напряжения отрицательной полярности. Однако анализ статистических данных работы системы КТСМ-02 определил ряд существенных недостатков применения магнитоиндукционных датчиков прохода колес:

1) датчики прохода колес имеют большую постоянную времени срабатывания (=2.5 мс), размер этой постоянной велик, поскольку при больших скоростях начало стробирования будет приходиться не на момент прохода колесной пары через датчик счета осей, а значительно позже, также будет смещен и конец стробирования, а это влечет за собой то, что сканирование будет продолжаться не с поверхности буксового узла, а с других областей (боковая рама тележки, рама вагона, при отсутствии пола в раме - с неба, солнце);

2) при резких торможениях, увеличении скорости, неоднократных колебаниях скорости подвижного состава на участке контроля, при прохождении поездом контрольного участка со скоростью меньше 30 км/ч наблюдаются устойчивые сбои в счете осей подвижного состава;

3) необходимость частой регулировки положения датчиков;

4)частые повреждения датчиков при возникновении непосредственного контакта последних с ободами колес подвижного состава.

Таким образом, целями изобретения являются:

- уменьшение количества ложных показаний аппаратурой КТСМ-02;

- повышение стабильности и точности работы датчиков счета осей;

- улучшение эксплуатационно-технических показателей аппаратуры КТСМ-02 в целом.

Поставленные цели достигаются применением в аппаратуре КТСМ-02 лазерного датчика расстояния, работающего по принципу оптической триангуляции (триангуляционный лазерный датчик). Выбор бесконтактного датчика можно сделать, руководствуясь следующими критериями:

- материал объекта измерения;

- расстояние до объекта измерения;

- скорость движения объекта измерения;

- тип выходного сигнала;

- габариты датчика.

Оптические датчики, работающие по принципу оптической триангуляции, в отличие от других оптодатчиков позволяют измерять расстояния в широком диапазоне - от очень малого до метра и больше. Эти датчики обладают высокой точностью и скоростью измерения на больших расстояниях, отличаются хорошими характеристиками выходного сигнала и нетребовательны к геометрии объекта измерения, его материалу. Габариты оптических датчиков незначительны, и поэтому их монтаж можно осуществить практически в любых условиях. Воздействие внешних неблагоприятных условий (дождь снег, град, частицы, поднимаемые сильным ветром), безусловно, влияет на показания датчиков, однако это влияние минимально и точность измерений практически не изменяется, так как в алгоритме работы датчика заложена возможность проводить интегральные измерения при довольно большой частоте измерений (количество точек усреднения). Таким образом, использование оптических бесконтактных датчиков для распознавания рельефа поверхности буксового узла наиболее предпочтительно, поскольку именно этот тип датчиков отвечает основным требованиям. Для применения в системе КТСМ-02 предлагается использовать модель датчика - РФ603-Х/750 фирмы «РИФТЭК». Корпус датчика выполнен из анодированного алюминия. Датчик устанавливается таким образом, чтобы контролируемый объект располагался в зоне рабочего диапазона датчика. Кроме того, в области прохождения падающего на объект и отраженного от него излучения не должно находиться посторонних предметов. При контроле объектов сложной формы и текстуры необходимо минимизировать попадание зеркальной составляющей отраженного излучения во входное окно датчика. В основу работы датчика положен принцип оптической триангуляции. Данные от датчика (результаты измерений) могут быть получены по последовательному интерфейсу и/или на аналоговом выходе. По последовательному интерфейсу результаты можно получить как по разовым запросам, так и автоматически потоком данных. Установку оптического датчика необходимо произвести внутрь напольной камеры с целью обеспечения оптимальных температурных условий работы. Оптический датчик крепится внутри напольной камеры на корпус приемной капсулы, при монтаже необходимо соблюсти центровку установки датчика с оптической осью болометра согласно установочным размерам. Заслонка открывается электромагнитом через тягу согласно стандартной работе напольного оборудования КТСМ-02.Компьютерное моделирование работы оптического бесконтактного датчика.

4.3 Принцип работы станционного оборудования

При модернизации вместо станционного оборудования - устанавливается АРМ линейного поста контроля. Информационное обеспечение автоматизированных рабочих мест операторов линейных пунктов контроля АРМ ЛПК и центрально поста контроля АРМ ЦПК (ИО АРМ АСК ПС) предназначены для персонала, который производит эксплуатацию информационного массива АСК ПС.

База данных АСК ПС обеспечивает решение следующих задач:

- получение информации о проконтролированных поездах в режиме реального времени;

- автоматическое формирование сигналов тревог и оповещения в случае обнаружения дефектов в подвижном составе;

- просмотр и анализ архивов сохраненной информации в интерактивном режиме.

ИО АРМ АСК ПС автоматически выполняет следующие функции:

- считывание информации из базы данных сервера АСК ПС линейного пункта или всего участка контроля;

- включение звуковой и визуальной сигнализации;

- отслеживание поезда и подвижной единицы с показаниями на прямолинейном участке и включение сигнализации при повторяющихся

показаниях;

- получение дополнительной информации о поезде и подвижных единиц из АСОУП (графиковый номер, индекс, инвентарные номера и пр.);

- контроль (мониторинг) технического состояния аппаратуры контроля типа КТСМ.

ИО АРМ АСК ПС позволяет выполнять в интерактивном режиме функции:

- просмотр сохраненной информации о проконтролированных подвижных единицах;

- ввод с клавиатуры дополнительной информации о проконтролированных подвижных единицах (инвентарный номер, результат осмотра и т.п.);

- вывод на печать сохраненной информации;

- доступ к архивным данным за любой промежуток времени (глубина архива до одного года);

- поиск информации по различным критериям;

- вычисление статистических данных о результатах работы устройств контроля за любой промежуток времени, позволяемый глубиной архива;

- запрос любых справок из АСОУП.

Используемый в комплекте станционного оборудования концентратор информации КИ-6М является узлом системы передачи данных СПД, следовательно, без дополнительных устройств, линейный пункт контроля непосредственно подключается к системе централизации (рисунок 3).

Рисунок 3 - Структура линейного пункта контроля.



5. Принцип работы и устройства конструктивных элементов КТСМ-02

В состав базового комплекса входят:

- блок силовой коммутационный (БСК-1), обеспечивающий питанием все оборудования КТСМ-02 от основного и резервного источников;

- микропроцессорный контроллер периферийный (ПК-05), выполняющий все «интеллектуальные» функции по сбору, обработке и передаче в АРМ ЛПК данных от перегонного комплекса КТСМ-02;

- блок управления напольными камерами (БУНК);

- напольные камеры малогабаритные (КНМ-05);

- датчики счета осей (ДМ-88, ДМ-95, ПЭ-1 и др.);

- датчик температуры наружного воздуха (ДТНВ);

- концентратор информации КИ-6М;

- АРМ ЛПК на базе персонального компьютера с принтером;

- комплект монтажных принадлежностей;

- комплект эксплуатационных документов.

5.1 Периферийный контроллер ПК-05

ПК-05 предназначен для использования в составе комплекса технических средств многофункционального КТСМ-02.

Контроллер представляет собой устройство с программным управлением (микропроцессорную систему), что позволяет расширять область его применения путем разработки его рабочего программного обеспечения. Периферийный контроллер ПК-05 в процессе эксплуатации обеспечивает:

- ввод и обработку сигналов от путевых датчиков;

- информационный обмен и координацию работы подсистем контроля, работающих в составе комплекса;

- информационное взаимодействие комплекса в целом через систему передачи данных с централизованными средствами сигнализации, регистрации, отображения и накопления результатов контроля.

ПК-05 поставляется с установленными в собранном и упакованном виде. Внешний вид блока ПК-05 и расположение модулей приведён на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Внешний вид блока ПК-05

В состав ПК-05 входят следующие конструктивно законченные составные части (модули):

- модуль источника вторичного электропитания ВИП;

- модуль центрального микроконтроллера МЦМК;

- пульт технологический ПТ;

- модуль формирователя рельсовой цепи МФРЦ;

- модуль формирователей датчиков осей МФДО;

- модуль гальванической развязки МГР-М.

Конструктивно ПК-05 представляет собой блок-каркас с установленными в него модулями. Конструкция блока предусматривает его эксплуатацию только при установке и креплении в специальной стойке, которая поставляется в составе комплекса.

Модули устанавливаются в блок с лицевой стороны и представляют собой печатные платы размером 170x170 мм. С одной стороны каждой печатной платы модуля установлены радиоэлектронные компоненты. Каждый модуль содержит лицевую панель и 84-х контактный разъемный электрический соединитель для подключения к соединительной панели.

На сетевой панели блока размещены: выключатель питания S1, плавкие предохранители FU1, FU2 и индикатор наличия питающего напряжения 220В HI.

Структурная схема ПК-05 приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Структурная схема блока ПК-05

Блок ПК-05 представляет собой микропроцессорную систему, функционально состоящую из двух узлов - узла микроконтроллера (МК) и узла согласования (СУ). подвижной состав перегон датчик

Узел микроконтроллера состоит из модулей ВИП и МЦМК, объединенных отдельной соединительной панелью, а также ПТ, подключаемого к модулю МЦМК.

В состав узла согласования входят модули МФРЦ, МФДО и МГР-М объединенные отдельной соединительной панелью, на которой так же имеется два электрических соединителя для установки дополнительных модулей расширения МР1 и МР2.

Модуль МФРЦ осуществляет питание РЦН, ввод и преобразование сигнала с выхода РЦН в дискретный сигнал, а также гальваническую развязку между электрическими цепями РЦН и дискретными линиями ввода-вывода соединительной панели.

Модуль МФДО обеспечивает ввод и преобразование сигналов от датчиков фиксации колесных пар в дискретные сигналы напряжения, а также гальваническую развязку между электрическими цепями датчиков и цепями ввода-вывода.

Модуль МГР-М обеспечивает питание дискретных цепей первого и второго контуров гальванической развязки.

Модули МР1 и МР2 устанавливаются для увеличения числа подсистем контроля, при этом информационный обмен с базовой системой осуществляется по локальной сети CAN.

Модуль ВИП обеспечивает питание модуля МЦМК и технологического пульта.

Пульт технологический (ПТ) обеспечивает ввод и отображение информации, а также звуковую сигнализацию по сигналам от модуля МЦМК.

Основой модуля МЦМК является микроконтроллер, выполняющий обработку входных сигналов, а также выдачу управляющих воздействий в соответствии с программным обеспечением(ПО), записанным во внутренней памяти микроконтроллера.

Модуль МЦМК осуществляет:

- прием информации от клавиатуры и вывод информации на индикатор ПТ, а также генерацию звукового сигнала с помощью пьезоэлектрического излучателя ПТ;

- прием и передачу данных в локальную сеть CAN;

- прием и передачу данных в линию (канал) связи по интерфейсамV23 и RS-232C;

- прием и передачу данных по интерфейсу связи с ВУ;

- прием и обработку дискретных сигналов от устройства контроля питания фидеров;

- прием и обработку дискретных сигналов, формируемых модулями МФРЦ и МФДО;

- управление порогом срабатывания формирователя сигнала модуля МФРЦ.

- прием и обработку сигнала от датчика температуры наружного воздуха.

5.2 Блок управления напольными камерами БУНК

Блок БУНК предназначен для применения в составе подсистем контроля состояния букс «КТСМ-02Б» и тормозов «КТСМ-02Т». Блок БУНК обеспечивает:

-управление двумя напольными камерами типа КНМ-05;

-прием и обработку данных в цифровом виде от НК;

-информационный обмен с комплексом.

Внешний вид блока БУНК и расположение модулей приведены на рисунке 4.3.

В состав БУНК входят следующие конструктивно законченные составные части (модули):

- модуль коммутации и контроля обогрева МКК;

- модуль источника питания напольной камеры МИП;

- модуль управления и связи МУС.

С лицевой стороны блока размещены две коммутационные панели, между которыми установлены модули, входящие в состав изделия.

Конструктивно БУНК представляет собой блок-каркас с установленными в него модулями.

Блок представляет собой микропроцессорную систему, состоящую из узла управления (УУ), функции которого выполняет модуль управления и связи (МУС), и двух силовых узлов напольных камер левого (СУЛК) и правого (СУПК). Силовые узлы состоят из двух модулей МКК и МИП, которые объединяются с модулем МУС соединительной панелью.

Рисунок 4.3 - Внешний вид блока БУНК

Рисунок 4.4 - Структурная схема модуля ММК

Модули МКК производят коммутацию переменного напряжения 220 В, 50 Гц на понижающих трансформаторах внутреннего и наружного обогревов напольных камер, осуществляя при этом контроль протекающего тока. Атак же обеспечивают гальваническую развязку силовых и сигнальных цепей.

Модули МИП осуществляют питание напольных камер и гальваническую развязку последовательных интерфейсов связи с камерами.

Основой модуля МУС является субмодуль микроконтроллера и памяти МПП, выполняющий обработку входных данных, а также выдачу сигналов управления напольными камерами в соответствии с программным обеспечением (ПО), записанным во внутренней памяти микроконтроллера.

Модуль МУС осуществляет:

- управление заслонками напольных камер;

- приём и обработку цифровой информации от камер;

- коммутацию цепей обогрева камер (через модуль МКК);

- контроль наличия тока в цепях обогрева (с датчиков тока модуля МКК);

- контроль наличия напряжения питания камер (с модуля МИП);

- информационное взаимодействие с комплексом через локальную сеть CAN;

- прием и передачу данных по интерфейсу RS-232С.

Соединительная панель предназначена для электрического соединения модулей и обеспечивает взаимодействие модуля МУС с устройствами силовых узлов входящих в состав изделия.

На соединительной панели установлено пять вилок СНП50-84 для подключения модулей.

Вилки X1 и X5 предназначены для подключения модулей МКК, вилки X2 и X4 для подключения модулей МИП, вилка X3 для подключения модуля МУС.

На соединительной панели размещены контактные площадки для распайки жгутов, соединяющих разъемы задней крышки и выводы трансформаторов обогрева с панелью.

Перемычка XP1 предназначена для установки типа подсистемы, в составе которой применяется БУНК, и расположена на соединительной панели со стороны установки модулей. Чтобы перемычка стала доступной необходимо извлечь из блока модули МИП и МУС.

Модуль коммутации и контроля осуществляет включение и выключение обогрева напольных камер, под управлением модуля МУС, и выдачу аналогового, гальванически развязанного, сигнала прямо-пропорционального току контроля протекающему в коммутируемых цепях.

Модуль представляет собой два электронных ключа, с гальванически развязанным входом управления и контролем токов нагрузки.

Модуль источника питания (МИП) обеспечивает коммутируемое питание напольных камер постоянным стабилизированным напряжением, а так же преобразование сигналов последовательного интерфейса связи с напольной камерой с уровня ТТЛ в токовые посылки и обратно.

Модуль представляет собой трансформаторный источник питания с параметрическим стабилизатором напряжения управляемый семисторным коммутатором с цепями гальванической развязки.

Модуль управления и связи (МУС) является центральным устройством программного управления БУНК.

5.3 Портативный калибратор температуры

Модуль управления и связи (МУС) является центральным устройством программного управления БУНК.

Калибратор предназначен для использования в составе перегонного оборудования систем контроля буксовых узлов подвижного состава, а так же в составе стендового оборудования сервисных центров (КИП, КРП). Основное назначение калибратора - модуляция стабильного по энергии теплового излучения, необходимого для нормирования коэффициента усиления теплового тракта («калибровка») и регулировки оптической оси («ориентация») приемной капсулы напольной камеры в процессе эксплуатации систем контроля.

Конструктивно калибратор выполнен в виде переносного блока внешний вид, со стороны лицевой панели которого показан на рисунке 4.7.

Детали калибратора размещены в корпусе, выполненном из листового металла, в верхней части которого расположена ручка 1 для переноски.



Рисунок 4.7 - Калибратор, вид со стороны лицевой панели

На лицевой панели установлен разъем для подключения калибратора к диагностическому оборудованию, а также имеются окно индикатора 2 и отверстия для кнопок управления 3-5. С левой стороны калибратора располагается рычаг 6, обеспечивающий поворот теплового экрана излучателя на 45°. Внутри корпуса расположен модулятор (рисунок 4.8), закрепляемый в корпусе калибратора при помощи верхнего 2 и нижнего 6 кронштейнов.

Рисунок 4.8 - Модулятор калибратора

Модулятор состоит из излучателя и модулирующего диска 14, вращение которого осуществляется шаговым двигателем 5 в прямом направлении до 350° и обратно, контроль начального положения обеспечивается датчиком 15. На внутренней стороне диска установлен датчик температуры 7. Вентилятор 1 расположенный на верхнем кронштейне создаёт воздушный поток, препятствующий передачи тепла от излучателя модулирующему диску, предавая последнему температуру, близкую к температуре окружающей среды. Внутри кожуха излучателя 3 при помощи стопорного кольца 10 крепится нагреватель, с наружи кожух закрыт тепловым экраном 8.

Управление работой узлов калибратора осуществляет плата управления 4, которая крепится к кожуху излучателя стойками 13.

Тепловой экран имеет четыре окна, предназначенные для формирования конфигурации поля теплового излучения. В промежутках между окнами на тепловом экране со стороны модулирующего диска, через воздушный промежуток, размещены четыре экранирующих сектора, изготовленных из алюминиевых пластин с наружной стороны покрашенных чёрной масляной краской, а со стороны излучателя отполированных. При этом температура секторов определяется воздушным потоком, создаваемым вентилятором. На тепловом экране, кроме того, размещены два кронштейна (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9- Конструкция теплового экрана

- кронштейн для крепления датчика положения диска 1;

- кронштейн для установки рычага углового перемещения теплового экрана 2, который одновременно выполняет функцию ограничителя перемещения модулирующего диска.

Конструкция теплового экрана обеспечивает его перемещение при открытом замке, совмещенном с рычагом, на 45°.

Модуляция теплового потока излучателя происходит при перемещении модулирующего диска, через окно которого тепловое излучение с поверхности излучателя поступает на приёмные устройства проверяемой аппаратуры.

Модулирующий диск закреплён на оси, через которую пропущен кабель датчика температуры диска, а ось насаживается на вал шагового двигателя. С наружной стороны модулирующего диска, аналогично тепловому экрану, устанавливается экранирующий диск, который так же с одной стороны окрашен, а с другой отполирован.

Если калибратор используется без внешнего устройства, то оценку ориентации можно производить при помощи осциллографа, подключенного к выходу усилителя приёмника ИК излучения. Элементами регулировки угла оптической оси приёмного устройства, изменяя угол в вертикальной и горизонтальной плоскости, необходимо добиться равенства выходного сигналов от всех секторов излучения.

При значительном отклонении оптической оси приемника от геометрической оси вращения диска, амплитуда сигнала от излучателя на выходе приёмника может быть на уровне шумов или отсутствовать вовсе. В этом случае необходимо рычагом перевести тепловой экран в положение 45°, после чего произвести регулировку ориентации оптической оси.

При совместной работе с устройством внешнего управлении калибратор по линии связи получает от внешнего устройства значения уровней тепловых сигналов от каждого сектора излучения. Микроконтроллер калибратора анализирует полученную информацию, а результат отображается на дисплее, при этом в символе-указателе включаются в мигающем режиме один или два смежных сегмента (соответственно на первом или втором этапах ориентации), указывающие требуемое направление смещения оптической оси. При этом на первом этапе ориентации экран излучателя должен находиться в исходном положении (рычаг в нижнем положении), на втором этапе экран смещается на 45° (рычаг в верхнем положении). В случае, если величина сигнала на выходе приемника находится на уровне шумов, а тепловые сигналы отсутствуют, то все четыре элемента символа-указателя включаются в мигающем режиме.

Ориентация считается правильной, если все элементы символа-указателя выводятся постоянно.

5.4 Камера напольная малогабаритная

Камера напольная малогабаритная КНМ-05 является устройством приема и преобразования в цифровой код уровня теплового сигнала от элементов железнодорожного подвижного состава. Камера предназначена для применения в составе систем контроля, обеспечивающих выявление неисправных элементов подвижного состава путем определения степени их нагрева.

Камера предназначена для эксплуатации, при стационарном
креплении на специальном основании, в следующих условиях:

- при воздействии механических нагрузок по классу МС5 согласно ОСТ 32.146-2000;

- при воздействии климатических факторов по классу К4 согласно ОСТ 32.146-2000.

Технические характеристики:

- габаритные размеры корпуса камеры составляют 297Ч262Ч183 мм.

- масса камеры - не более 18 кг.

- по степени защиты от попадания внутрь оболочки внешних твердых предметов и воды КНМ-05 относится к оборудованию классаIP54 по ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89).

- электрическая прочность изоляции между электрическими цепями и корпусом КНМ-05 - не менее 5 кВ.

- угол наклона оптической оси приемника теплового излучения в вертикальной плоскости - 55±3°.

- диапазон регулировки оптической оси приемника теплового излучения в горизонтальной плоскости - ±3°.

Электропитание камеры осуществляется:

- от источника постоянного тока напряжением +15 В ±10%,максимальный потребляемый ток - 1 А;

- от источника переменного тока напряжением 24 В, по двум цепям(внутреннего и наружного обогрева) с максимальной потребляемой мощностью по каждой цепи - 140 ВА.

По степени защиты от поражения электрическим током
КНМ-05 относится к оборудованию класса III по ГОСТ 12.2.007.0-75.

По уровню индустриальных радиопомех КНМ--05 относится к оборудованию класса Д4 по ОСТ 32.146-2000.

По устойчивости к электромагнитным помехам КНМ-05относится к оборудованию класса А3 по ОСТ 32.146-2000.

Камера состоит из корпуса выполненного из листового металла толщиной 3 мм, оклеенного изнутри теплоизоляционными пластинами из пенно полиуретана, и двух съемных крышек передней и задней (рисунок 4.10).

К боковым стенкам внутри корпуса с помощью винтов и гаек, через изоляционные втулки, закреплены элементы внутреннего обогрева.

На передней стенке корпуса имеется смотровое окно болометра, закрываемое пластиной с окуляром, на который с помощью пружинного кольца крепится защитная полиэтиленовая пленка толщиной 30 мкм. Кроме того, на ней находится узел заслонки, закрываемый при эксплуатации передней крышкой, которая устанавливается на штифты нижней крышки и закрепляется в верхней части корпуса камеры двумя специальными винтами. На внутренней стенке передней крышки установлены элементы внешнего обогрева.

Рисунок 4.10 - Конструкция камеры КНМ - 05

К узлу заслонки относится шаговый электродвигатель с переходной платой электрических соединений, установленные внутри корпуса, и подвижная заслонка с кривошипно-шатунным механизмом привода от шагового электродвигателя, установленная снаружи корпуса. Заслонка выполнена в виде поворотного сектора, на котором расположены постоянный магнит, а так же пассивный и активный излучатели. С наружной стороны передней стенки камеры закреплены ограничители угла поворота заслонки и датчики фиксации положения заслонки.

В задней стенке корпуса камеры имеется штуцер, через который выведены соединительные кабели, предназначенные для подключения камеры к системе контроля, которые проходят внутри резинового рукава натянутого на штуцер и зафиксированного при помощи металлического хомута.

Крышка передняя изготавливается из листового металла, и предназначена для защиты узла заслонки от механических воздействий внешних факторов, а установленный на ней обогреватель обеспечивает таяние снега и обогрев механизма заслонки в зимнее время. В верхней части крышки имеется смотровое окно с защитным кольцом, по бокам которого установлены два кронштейна для установки калибратора.

Нижняя крышка камеры, изготавливается из листового металла толщиной 4мм, обклеивается теплоизоляционными пластинами из пенополиуретана, для обеспечения герметичности по нижней плоскости камеры снабжена резиновыми уплотнителями, зафиксированными металлическими накладками.

Внутри корпуса на приваренных к передней и задней стенкам кронштейнах, через резинометаллические амортизаторы, закреплена капсула.

Капсула состоит из основания, снабженного четырьмя амортизаторами, узла крепления и юстировки ИК-приемника (болометра) и модуля управления. На внешней стороне узла крепления болометра расположен датчик температуры болометра. Модуль управления камерой (МУК) представляет собой электронный блок, размещенный в стальном корпусе, структурная схема которого приведена на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11- Структурная схема модуля управления камерой

Тепловое излучение от элементов подвижного состава преобразуется болометром в электрический сигнал, который поступает на вход предварительного усилителя выполненного на двух операционных усилителях микросхемы DA10.

Питание болометра и предварительного усилителя осуществляется от преобразователя напряжения (ПН) напряжением ±12В. На затворы транзисторов VT1 и VT2 получают противофазные сигналы от микроконтроллера, с частотой около 16 кГц. В результате чего на выходных обмотках трансформатора формируется переменное напряжение, которое выпрямляется диодными сборками VD1, VD2 и стабилизируется параметрическими стабилизаторами DA5, DA7.

С выхода предварительного усилителя сигнал, через схему смещения уровня DA4.1 преобразующую биполярный сигнал в однополярный, поступает на вход нормирующего усилителя DA4.2.

Далее сигнал поступает на вход 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в микроконтроллер DD1. Микроконтроллер может производить регулировку коэффициента усиления нормирующего усилителя, изменяя сопротивление цифрового потенциометра DA6. Ошибка преобразования АЦП составляет два младших разряда, поэтому результат преобразования полезного сигнала округляется до 8-ми разрядов (в режиме измерения шумов теплового тракта используются все десять разрядов).

Питание микроконтроллера осуществляется от стабилизатора напряжения DA2, на вход которого поступает напряжение питания камеры, а на выходе стабилизируется по уровню +5В. Данный стабилизатор имеет встроенную схему контроля напряжения и при отклонении его от нормы выдает сигнал «ERR», который передается на вход «RES» и запрещает работу контроллера. Индуктивно-емкостной фильтр L1,C12 снижает наведенные импульсные помехи от цифровой части схемы в цепи питания АЦП +5В(А). В качестве источника опорного напряжения (4,096 В) АЦП используется микросхема DA3.

Напольная камера имеет средства контроля исправности и качества настройки тракта теплового сигнала.

На заслонке камеры расположены пассивный и активный излучатели конструктивно выполнены в виде шайб из алюминиевого сплава, на которых установлены нагревательный элемент и датчик температуры. Управление нагревателем активного излучателя осуществляется транзисторным ключом VT4, а нагреватель пассивного не используется. Модуль управления камерой поддерживает постоянное значение разности температур между пассивным и активным излучателями.

Заслонка напольной камеры позиционируется шаговым электродвигателем в три положения: «открыто», «закрыто» и«контроль». В положении «открыто» заслонка открывает смотровое окно камеры и на фоточувствительный элемент болометра поступает тепловой сигнал от элементов подвижных единиц контролируемого поезда. В положении «закрыто» в зону обзора болометра помещается пассивный излучатель, а в положении «контроль» - активный.

Питание микросхемы управления электродвигателем DA9 для исключения влияния ее работы на аналоговый тракт производится от отдельного стабилизатора DA1 +5V(K), а рабочим для вращения двигателя является напряжение питания камеры.

Оценка исправности и качества настройки теплового тракта производится неоднократным перемещением заслонки из положения «закрыто» в положение «контроль» и обратно, при этом контролируется, чтобы уровень сигнала от активного излучателя на выходе теплового тракта капсулы имел определенное (заранее заданное) значение.

Поддержание номинального температурного режима работы напольной камеры обеспечивается системой обогрева.

Включение и выключение напряжения на обогревателях осуществляется блоком подсистемы контроля, в составе которой применяется камера. В качестве сигнала обратной связи, используется информация о текущем значении температур:

- во внутреннем отсеке корпуса камеры от датчика установленного на узле крепления болометра;

- в наружном отсеке от датчика пассивного элемента.

Регулирование температуры во внутреннем отсеке производится таким образом, чтобы обеспечивался номинальный режим работы электронных компонентов камеры и их защита от переохлаждения при суточных и сезонных колебаниях температуры наружного воздуха. В холодное время года при включении питания камеры микроконтроллер не включает напряжение питания болометра и предварительного усилителя до тех пор, пока температура во внутреннем отсеке не достигнет значения +5°С.

Регулирование температуры в наружном отсеке производится таким образом, чтобы обеспечивалось таяние снега в зимний период.

5.5 Датчик температуры наружного воздуха ДТНВ

Датчик температуры наружного воздуха ДТНВ представляет собой термочувствительный элемент, выходное напряжение которого меняется пропорционально изменению температуры окружающей среды. В режиме автодиагностики при отсутствии поезда на участке контроля ПК циклически производит преобразование выходного напряжения ДТНВ в цифровой код, который затем передается в линию связи в составе диагностической информации.

Устройство контроля электропитания УКП предназначено для непрерывного контроля наличия напряжения 220 В 50 Гц на основном и резервном фидерах сети электропитания комплекса.

Устройство имеет на выходе два оптронных ключа, состояние которых опрашивается ПК независимо от его режима функционирования циклически с периодом не более 100 мс. Если ПК обнаруживает изменение состояния любого из двух ключей УКП (пропадание или появление напряжения электропитания на одном или обоих фидерах), то он формирует и передает в линию связи сообщение, содержащее время события и состояние контролируемых фидеров.

5.6 Концентратор информации КИ

КИ предназначены для организации распределенных систем передачи

данных на участках железных дорог с использованием физических линий связи и выделенных каналов тональной частоты.

Алгоритм функционирования и процедуры информационного обмена КИ с оконечным оборудованием данных определяются программным обеспечением, поставляемым в комплекте изделия в виде содержимого микросхемы постоянного запоминающего устройства (ПЗУ).

КИ может одновременно обслуживать до шести каналов последовательной информационной связи. При этом в зависимости от типа установленного модуля (устройства) преобразования сигналов (УПС) для каждого канала обеспечивается один из перечисленных видов сопряжений:

- сопряжение с некоммутируемым каналом тональной частоты с 2-х или 4-х проводным окончанием или с выделенной 2-х проводной физической линией встроенным модулем УПСЧ методом частотной манипуляции в соответствии с ГОСТ 20855-83 (рекомендация V.23 МККТТ) со скоростью передачи данных (1200 3) бит/с;

- сопряжение с четырех проводной физической линией связи встроенным модулем УПСТ методом «токовая петля 20 мА» со скоростью передачи данных в линию 50; 75; 100; 200; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 бит/с;

- сопряжение с оконечным оборудованием данных (ООД) встроенным модулем УПСТ асинхронным методом передачи по цепям стыка С2 со скоростью передачи данных в линию 50; 75; 100; 200; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 бит/с.

При сопряжении КИ с каналом тональной частоты обеспечиваются следующие электрические параметры стыка С1-ТЧ:

- уровень средней мощности сигнала на выходе передатчика:

а) для 4-х проводного окончания - минус (26 0,26) дБм;

б) для 2-х проводного окончания - минус (13 0,13) дБм;

- чувствительность по приему - не менее минус 30 дБ;

- номинальное входное и выходное сопротивление - (600 60) Ом (на частоте 1000 Гц);

- затухание асимметрии входных и выходных цепей по отношению к земле в рабочем диапазоне частот - не менее 43 дБ.

Питание КИ осуществляется от сети промышленной частоты (50 1) Гц с номинальным напряжением В. Мощность, потребляемая КИ от сети переменного тока - не более 50 ВА. Масса КИ - не более 9 кг. Электрическая прочность изоляции между цепями «220 В» и корпусом КИ - не менее 1,5 кВ.

Корпус КИ подключается к контуру защитного заземления при помощи винтового зажима, обеспечивающего общее сопротивление между корпусом и контуром защитного заземления не более 10 Ом.

Расположение модулей в корпусе КИ (вид со стороны задней стенки) приведено на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 - Расположение модулей в корпусе КИ

Принцип работы КИ основан на программном управлении потоками данных с целью обеспечения взаимодействия КИ с другими устройствами оборудования передачи данных по последовательным линиям и каналам связи.

КИ представляет собой микропроцессорную систему, в которой модуль микроконтроллера ММК осуществляет управление модулями устройств преобразования сигналов (УПС) через системную шину (рисунок 4.13).

Каждое УПС подключается к отдельному каналу или линии связи. В зависимости от требуемого метода передачи (вида канала) применяется одно из двух типов УПС: УПСТ или УПСЧ.

Питание всех модулей КИ обеспечивается встроенным источником вторичного электропитания (ВИП).

Конструктивно КИ представляет собой блок-каркас, заключенный в металлический кожух. Блок-каркас содержит направляющие для установки модулей, соединительную панель и лицевую панель. На лицевой панели размещены электрические соединители для подключения каналов и линий связи и индикаторы состояния линии.

Блок-каркас содержит направляющие для установки модулей, соединительную панель и лицевую панель с органами управления и индикации. На лицевой панели также размещены электрические соединители для подключения каналов и линий связи. Блок-каркас устанавливается в кожух и крепится к нему четырьмя винтами с нижней стороны кожуха. Установка и извлечение модулей из блок - каркаса осуществляется с задней стороны корпуса КИ, для чего задняя стенка кожуха выполнена съемной.

Модули КИ представляют собой печатные платы размером 170х170 мм, выполненные из фольгированного стеклотекстолита с двухсторонним расположением печатных проводников. С одной стороны печатной платы модуля установлены радиоэлектронные компоненты. Каждый модуль содержит 84-х контактный разъемный электрический соединитель для подключения к соединительной панели.



6. Дополнительные системы контроля состояния букс и тормозов, применяемые в аппаратуре КТСМ-02

На линейных пунктах контроля базовый комплекс КТСМ-02 комплектуется подсистемами контроля буксовых узлов (Б) и заторможенных колес (Т), дефектов колес (К) и подсистемой (В) для контроля волочащихся деталей многоразового действия.

Рисунок 5.1 - Подсистемы комплекса

В состав комплекса КТСМ-02БТ входят:

- блок силовой коммутационный (БСК-1), обеспечивающий подключение всего оборудования КТСМ-02 к сети основного и резервного электропитания;

- контроллер периферийный (ПК-05) - микропроцессорное устройство, выполняющее все «интеллектуальные» функции по сбору, обработке и передаче в АРМ ЛПК и АРМ ЦПК данных от комплекса;

- блок управления напольными камерами (БУНК) - от 2 до 4 шт. (по заказу потребителя);

- стойка приборная;

- камера напольная КНМ-05 - от 2 до 4 шт.;

- калибратор КТП-1;

- датчик счета осей (ДМ-95, ПЭ-1) - 4 шт.;

- датчик температуры наружного воздуха (ДТНВ-А) в аспирационном контейнере;

- щит вводно-распределительный (ВРУ), предназначен для приёма с двух фидеров электрической энергии, её учёта и распределения по потребителям;

- блок бесперебойного питания;

- комплект монтажных принадлежностей (соединительные коробки, муфты, кабели, инструмент);

- АРМ ЛПК на базе персонального компьютера;

- комплект эксплуатационных документов.

Функциональные возможности КТСМ-02БТ:

- автоматическое восстановление счета осей при сбое работы датчиков;

- по вагонное измерение скорости движения поезда с выдачей графика;

- измерение температуры буксовых узлов, температуры наружного воздуха и приемника ИК-излучения с выдачей графиков температур в градусах Цельсия;

- автодиагностика всего оборудования, включая приемно-усилительные тракты, датчики счета осей, источники питания и каналы связи;

- автоматическое распознавание типа подвижных единиц (локомотив, ЭПС, пассажирский или грузовой вагон), задание для каждого из них порога обнаружения дефектов в условных единицах (квантах) или в градусах Цельсия, в том числе по разности температур букс на одной оси и по стороне подвижной единицы;

- передачу дежурному персоналу станции и поездной бригаде голосового сообщения о наличии и расположении в поезде неисправных узлов, угрожающих безопасности движения (речевые информаторы ПРОС-1ё РИ-1М в составе АРМ ЛПК);

- возможность тестирования и изменения параметров настройки перегонного и станционного оборудования в режиме удаленного доступа;

- контроль и учет в базе данных АРМ ЛПК выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию КТСМ-02;

- возможность получения из АСОУП данных о поездах и вагонах в режиме «Запрос-Автоответ» для идентификации поездов и вагонов;

- реализация функции слежения за развитием дефектов на участке безостановочного движения поездов с выдачей сигнализации Тр.0{Д};

- информационное взаимодействие с АСУ ПТО (через ПАК «СКАТ») и АРМ ДГП (ДНЦ) с выдачей данных по поездам на график исполненного движения (ГИД-Урал).

К отличительным особенностям комплекса КТСМ-02БТ относятся:

- ориентация приемника инфракрасного (ИК) излучения на буксу параллельно оси пути под углом 55 градусов к горизонту (подсистема «Б»);

- ориентация приемника инфракрасного (ИК) излучения на буксу перпендикулярно оси пути под углом 55 градусов к горизонту «Т»;

- преобразования мощности ИК-излучения буксы (колеса) в цифровой сигнал непосредственно в приемной капсуле КНМ-05 с выдачей информации о тепловом состоянии буксовых узлов в уровнях-квантах и в градусах Цельсия;

- реализации функций автоконтроля и автокалибровки приемно-усилительных (измерительных) трактов;

- обеспечения возможности обнаружения заторможенных колесных пар грузовых вагонов без вспомогательных напольных камер;

- наличие сервисного оборудования, включая программно-аппаратный комплекс «СТЕНД» для диагностики и настройки модулей комплекса.

Основные технические характеристики КТСМ-02БТ:

Диапазон скоростей движения поездов по участку контроля:

- грузовых от 5 км/час до 150 км/час;

- пассажирских от 5 км/час до 250 км/час;

- количество осей в вагоне - до 32;

- рабочая температура окружающей среды °С:

- напольного оборудования от -60 до +55;

- постового перегонного оборудования от +1 до +55;

- станционного оборудования от +10 до +55;

- напряжение питания - 2 фидера 220 В переменного тока;

- потребляемая мощность (лето/зима) 250/1850 ВА. Подсистема КТСМ-02К предназначена для обнаружения в движущихся поездах вагонов с дефектами поверхностей катания колес в виде ползунов, наваров, выщербин, отколов обода и неравномерного проката, превышающих установленные в эксплуатации размеры и изображена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Напольное оборудование подсистемы КТСМ-02К

В состав подсистемы КТСМ-02К входят:

- модуль МУПК;

- вибродатчик К1 - 6 шт.;

- комплект монтажных принадлежностей (соединительные коробки и кабели).

Подсистема КТСМ-02В предназначена для обнаружения в движущихся поездах волочащихся деталей. Подсистема оснащается разрушаемыми датчиками УКС ПС или датчиками многоразового действия СКВП-2 (разработка НО ВНИИЖТ), она изображена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Напольное оборудование подсистемы обнаружения волочащихся деталей СКВП-2



7. Обоснование изменения угла ориентации приёмников ик-излучения

Как известно, в аппаратуре контроля нагрева букс ПОНАБ, ДИСК, КТСМ-01 приемники инфракрасного (ИК) излучения - болометры установлены под углом 13 или 20 градусов к оси пути и под углом 34 градуса к горизонту, то есть ориентированы на поверхность крышки буксового узла и частично на верхнюю цилиндрическую (попутную относительно движения поезда) часть корпуса буксы. Эти углы ориентации(визирования) приемников ИК-излучения, разработанные еще для диагностики букс с подшипниками скольжения, сохранились и диагностики букс на подшипниках качения. Для определения фактической зоны сканирования буксового узла, а также для оценки влияния износа колеса и динамических перемещений колесной пары в колее при движении поезда по пути с неровностями выполним трехмерное компьютерное моделирование и экспериментальное исследование на реальном подвижном составе. Для удобства дальнейшего изложения назовем зону контроля болометра - «лучем», а участок поверхности буксы, находящийся в зоне контроля, - «пятном» (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Трёхмерная геометрическая модель для определения зоны корпуса буксы, сканируемой болометром при проходе колёсной пары



Результаты натурного эксперимента, в котором лазер имитировал «взгляд» приемника инфракрасного излучения напольной камеры, показывают, что при проходе колесной пары ориентированный стандартным образом приемник инфракрасного излучения фактически сканирует, в основном, смотровую крышку и частично крепительную крышку буксы, при этом наиболее нагретая часть - корпус буксы не попадает в зону обзора. Далее средствами компьютерного моделирования установлено, что при движении поезда на уменьшение зоны сканирования существенно влияют вертикальные и горизонтальные перемещения буксы (вместе с колесной парой), так как болометр имеет пространственную ориентацию. По результатам моделирования движения вагона на реальных неровностях, были получены максимально вероятные амплитуды вертикальных и горизонтальных отклонений центра зоны сканирования буксового узла от идеального варианта. Хотя максимальные амплитуды были получены в разные моменты времени, но в силу случайного характера неровностей существует высокая вероятность одновременного их появления в различных сочетаниях при проходе корпуса буксы через зону контроля. Данные сочетания, очевидно, являются наихудшими положениями буксы с точки зрения формирования теплого сигнала приемником ИК-излучения.

Диапазон абсолютных значений отклонений положения буксы:

- максимальное вертикальное отклонение 21,6 мм;

- максимальное горизонтальное отклонение 13,9 мм.

Для расчета выбраны возможные сочетания отклонений корпуса буксы от среднего значения, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 - Сочетание размеров неровностей и величин диаметра колеса

	Варианты
Горизонтальное отклонение, мм	-13,9	-13,9	13,9	13,9	-13,9	-13,9	13,9	13,9
Вертикальное отклонение, мм	21,6	-21,6	21,6	-21,6	21,6	-21,6	21,6	-21,6
Диаметр колеса, мм	950	850

Сигнал при данных различных сочетаниях строился следующим образом. При движении поезда «Пятно» при сканировании крышки буксы как бы «скользит» по поверхности буксы и в каждый момент времени рассчитывалась площадь проекции чувствительного элемента болометра на поверхность корпуса буксы. По площадям этих эллиптических фигур строился график условного теплового сигнала, в котором по оси ординат откладывается значение фактической площади, а по оси абсцисс - точки отсчета пути сканирования вдоль оси пути. На рисунке 6.2 приведен график сигнала для различных вариантов сочетаний амплитуд неровностей и диаметров колес.

Рисунок 6.2 - График изменения сигнала приемника ИК-излучения при перемещении буксы в зоне контроля при различных сочетаниях геометрии колеса и динамических перемещениях колёсной пары

На диаграмме (рисунок 6.3) показаны отношения в процентах площадей сигналов для различных вариантов к максимальной площади сигнала и интерпретированы в виде диаграммы.

Полученные результаты показывают, что величина сигнала на приемник инфракрасного излучения только по причинам геометрического характера может изменяться (уменьшаться) в семь раз (100 % и 14 %). Это может привести в эксплуатации к ошибкам при обнаружении перегретых букс.

Рисунок 6.3 - Сравнение площадей сигналов, полученных при различных сочетаниях геометрии колеса и динамических перемещениях колёсной пары

Приведенные исследования говорят о том, что ориентация на крышку недостаточно информативна ввиду сложности юстировки оптики, удаленности приемника ИК и меньшего нагрева крышки, чем у корпуса буксы. Для проверки последнего предположения и изучения теплового режима работы буксового узла была разработана математическая модель тепловых процессов в буксовом узле. В расчете в качестве внешнего воздействия была задана температура каждого ролика 100 градусов, начальная температура остальных элементов 20 градусов, температура воздуха 20 градусов. В результате определено, как распределяется температура по элементам буксового узла во времени с учетом воздушного охлаждения буксы от движения вагона со скоростью 60 км/час. На рисунке 6.4 показано распределение температур в буксовом узле через 20 минут после приложения источника нагрева