Назначение и основные технические характеристики подсистемы базовой АСДК-Б

Подсистема базовая АСДК-Б представляет собой стационарный комплекс телеметрической аппаратуры, размещаемой вдоль железнодорожного полотна на подходах к станциям, и предназначена для автоматического обнаружения перегретых буксовых узлов проходящих по нему поездов, передачи и регистрации на станции информации о количестве и расположении таких буксовых узлов в прошедшем поезде. Она предназначена для замены устаревших комплексов ПОНАБ и ДИСК. В отличие от предыдущего оборудования, аналогичного по функциональному назначению, подсистема АСДК-Б позволяет достичь более высокой достоверности результатов контроля буксовых узлов, обеспечить улучшение условий и повышение производительности труда обслуживающего персонала.

Автоматическое распознавание перегретые буксовые узлы осуществляется в результате оценки температуры шейки оси колеса по данным дистанционного контроля температуры корпуса буксы и ступичной части. Аппаратура АСДК-Б также обеспечивает оповещение работников соответствующих служб железнодорожной станции о результатах контроля.

Аппаратура подсистемы базовой АСДК-Б решает следующие задачи.

1) Приём камерами напольными инфракрасного (ИК) излучения от указанных конструктивных элементов колес, преобразование излучения в электрический сигнал и передача сигналов на стойку управления перегонным оборудованием. При этом первые две (по ходу поезда) камеры напольные обеспечивают контроль температуры смотровой крышки и задней стенки корпуса буксы левого и правого колеса колесной пары и называются буксовыми – левая и правая буксовые (БЛ и БП). Две следующие камеры напольные обеспечивают контроль температуры ступичной части левого и правого колеса колесной пары и называются ступичными – левая и правая ступичные (СЛ и СП).

2) Датчики прохода колес генерируют импульсные сигналы в момент прохода колеса над датчиком. В комплексе АСДК-Б используются три датчика (ДПК1, ДПК2 и ДПК3).

Сигналы датчиков прохода колес используются для:

- формирования команд «Модулятор» и «Шторка» по которым включается привод модулятора и открывается шторка каждой камеры напольной при заходе поезда в зону контроля (по сигналу ДПК1);

- формирования временного интервала (строба), привязанного к моменту прохода колесной пары относительно камер напольных. В этом интервале по сигналам ДПК2 («Старт») и ДПК3 («Стоп») осуществляется контроль температуры объекта, находящегося в поле зрения камеры напольной;

- счета осей проходящего поезда (по сигналам ДПК3);

- измерения скорости поезда (по измерению временных интервалов между сигналами ДПК1 и ДПК2).

3) Рельсовая цепь наложения (РЦН) выдает сигнал, подтверждающий наличие поезда в зоне контроля, для формирования команды начала и окончания контроля.

4) Для формирования сигнала о вступлении поезда на участок приближения (блок участок, предшествующий участку, где установлено перегонное оборудование), используется сигнал извещения (сигнал СЦБ), по которому формируется команда начала калибровки камер напольных перед проходом поезда.

5) Сигналы от напольного оборудования поступают по кабелям к постовому оборудованию – на стойку управления перегонным оборудованием.

Микропроцессорный программируемый контроллер (МПК), входящий в состав стойки управления перегонным оборудованием, преобразует аналоговые электрические сигналы, считанные от камер напольных, в цифровые и производит их обработку с целью выявления тех, которые соответствуют перегретым буксовым узлам. При этом выделяются буксовые узлы аварийные для данного участка железной дороги и предаварийные - узлы, у которых температура шейки оси превышает 70°С, но не достигла установленного температурного порога.

6) Модем 1200 (ISA), входящий в состав МПК стойки управления перегонным оборудованием, обеспечивает по запросу станции передачу накопленной на посту информации (результаты контроля поезда) на станционный пульт контроля и сигнализации.

7) Модем 1200 (PCI), входящий в состав станционного пульта контроля и сигнализации, формирует запрос на пост о накопленной информации (результаты контроля поезда) и обеспечивает прием результатов контроля.

8) Станционный пульт контроля и сигнализации с помощью имеющихся у компьютера средств оповещает о результатах контроля в виде визуального отображения на экране монитора, звукового сигнала через акустические колонки и распечатки твёрдой копии сообщения на устройстве печати.

После подачи питания подсистема АСДК-Б обеспечивает непрерывный и круглосуточный режим работы с автоматическим переходом из режима ожидания в режим контроля буксовых узлов при появлении подвижного состава на участке контроля.

В аппаратуре подсистемы базовой АСДК-Б используется микропроцессорная техника. Это позволяет расширять функциональные возможности аппаратуры путем модификации прикладного программного обеспечения и подключения дополнительных датчиков, а также использовать аппаратуру АСДК-Б для создания распределенных систем сбора и обработки информации, интегрирования ее в системы диспетчерской централизации и диспетчерского контроля.

По своим техническим характеристикам АСДК-Б соответствует лучшим зарубежным аналогам (характеристики подсистемы приведены в табл. 1).

Таблица 1. Основные технические характеристики подсистемы базовой АСДК-Б

Параметр	Значение
Диапазон скоростей контролируемых поездов, км/ч	от 5 до 150
Количество подвижных единиц в поезде, шт.	не более 200.
Количество осей в поезде, шт.	не более 800
Минимальный интервал времени между двумя поездами, проходящими зону контроля, мин.
Максимальное количество поездов, проходящих зону контроля в сутки, шт.
Время готовности к работе после подачи питающего напряжения, мин.	не более 3
Дальность передачи информации, км	не более 30
Диапазон контролируемых температур, С	от tокр до 101
Погрешность, С	не более 2.
Погрешность контроля температуры окружающей среды, С	не более 1
Выявляемость перегретых буксовых узлов, %
Достоверность, %
Габаритные размеры
Камера напольная:
длина, мм	не более 240
диаметр (без кабельного ввода), мм	не более 200
Стойка управления перегонным оборудованием:
длина, мм	не более 590
ширина, мм	не более 402
высота, мм	не более 1370
Масса
Камера напольная, кг	не более 13
Стойка управления перегонным оборудованием, кг	не более 130
Средний срок службы, лет

Объем регистрируемых данных на один проконтролированный поезд:

- наименование станции, где установлено станционное оборудование;

- наименование контрольного поста, где установлено перегонное оборудование;

- дата регистрации поезда: число, месяц, год;

- время регистрации поезда перегонным оборудованием: часы, минуты;

- состояние подсистемы базовой АСДК-Б (калибровка перед проходом поезда, итоговая информация о проходе поезда);

- температура воздуха (^оС) в месте установки перегонного оборудования;

- назначенный порог по температуре шейки оси для данного пункта контроля;

- порядковый номер поезда;

- скорость поезда при прохождении пункта контроля (км/ч);

- количество подвижных единиц в поезде (ПЕ);

- количество выявленных аварийных узлов – узлов, температура которых превысила порог, назначенный для данного пункта контроля.

При наличии в контролируемом поезде буксовых узлов с уровнем нагрева, превышающим порог, соответствующий температуре шейки оси 70 С, дополнительно представляется таблица с информацией о буксовых узлах, в которой содержится:

- порядковый номер подвижной единицы с головы поезда;

- порядковый номер оси в указанной подвижной единице с указанием общего количества осей в подвижной единице;

- сторона подвижной единицы по ходу поезда;

- место перегрева– корпус буксы или ступица;

- измеренная температура узла (^оС);

- соответствующий (рассчитанный по измеренной температуре узла) порог по шейке оси (70 ^оС, 80 ^оС, 90 ^оС, 100 ^оС, 120 ^оС, 140 ^оС, 160 ^оС или 180 ^оС).

Информация об аварийных буксовых узлах передается в первых строках таблицы.

3 Состав подсистемы АСДК-Б

Оборудование подсистемы АСДК-Б можно разделить на три функциональные и территориально рассредоточенные составляющие: оборудование перегонное (напольное и постовое) и станционное.

Перегонное оборудование размещается на подходе к станции, где предусматривается остановка поезда для осмотра и ремонта перегретых букс, и подразделяется на напольное и постовое.

Напольное оборудование размещается непосредственно на пути (рис. 1).

В состав напольного оборудования входят:

- камеры напольные (ИК измерители температуры). В комплект входит четыре камеры. Две камеры для контроля температуры корпусов правой и левой букс (БП, БЛ) и две камеры для контроля температуры подступичных частей правого и левого колеса (СП, СЛ);

- точечные путевые датчики прохода колес для синхронизации работы перегонного оборудования. В комплект входит три датчика прохода колес типа ДПД-01 (ДПК1, ДПК2, ДПК3);

- коробка путевая с рельсовой цепью наложения (РЦН);

- четыре платформы для установки камер напольных;

- четыре кожуха с устройством обогрева для защиты камер напольных от солнечной радиации и снежных заносов;

- четыре ограждения для защиты камер напольных от волочащихся предметов.

Постовое оборудование размещается в специальном помещении вблизи места установки напольного оборудования с учетом габарита приближения строений и допустимой длины кабелей напольных устройств (не более 20 м). В состав постового оборудования входят:

- стойка управления перегонным оборудованием;

- датчик температуры окружающей среды;

- щиток вводно-изолирующий для защиты аппаратуры и обслуживающего персонала от опасных напряжений и токов, возникающих в линии связи;

- щиток вводно-силовой (щиток квартирный типа ЩК-15).

Кроме того, для получения сигнала о приближении поезда используется двухпроводная линия передачи (витая пара), которая подключается к контактам путевого реле участка приближения.

Стойка управления перегонным оборудованием в качестве ядра постового оборудования использует МПК. Его основные функции - управление работой перегонного оборудования, обработка полученных данных и подготовка их для передачи на станционный пульт контроля и сигнализации. Стойка управления содержит также источник бесперебойного питания перегонного оборудования, блок обогрева входных окон камер напольных.

Для автоматической адаптации работы перегонного оборудования к изменению температуры окружающей среды используется датчик температуры окружающей среды.

Станционное оборудование размещается в помещении дежурного по станции (ДСП) или пункта технического осмотра вагонов (ПТО). В состав станционного оборудования входят:

- станционный пульт контроля и сигнализации (ПЭВМ в составе: системный блок, монитор, принтер с интерфейсным кабелем, блок бесперебойного питания, колонки акустические);

- щиток вводно-изолирующий для защиты аппаратуры и обслуживающего персонала от опасных напряжений и токов, возникающих в линии связи;

- щиток вводно-силовой (щиток квартирный типа ЩК-15).

Станционный пульт контроля и сигнализации на базе ПЭВМ предназначенный для отображения, хранения и документирования данных, поступающих от перегонного оборудования, формирования оптических и акустических сигналов тревоги.

Обмен данными и командами между станционным и перегонным оборудованием обеспечивается каналообразующей аппаратурой передачи данных и выделенной двухпроводной линией связи (двухточечной линией связи, которая представляет собой два-четыре проводника, скрученные попарно).

4 Характеристика составных частей подсистемы

4.1 Напольное оборудование

4.1.1 Камера напольная

Камера напольная представляет собой оптико-электронный прибор, преобразующий ИК излучение, поступающее при дистанционном контроле от смотровой крышки и задних стенок корпусов букс, подступичных частей проходящего поезда, в электрический сигнал. Амплитуда этого сигнала пропорциональна потоку ИК излучения поверхности контролируемого узла.

В качестве приемника ИК излучения применен фотодетектор на основе селенида свинца, охлаждаемый двухкаскадным термоэлектрическим охладителем. Примененный в камере напольной системы АСДК-Б приемник ИК излучения отличается высокими фотоэлектрическими характеристиками и высокой эксплуатационной надежностью, так как изготавливается из материала и по технологии, которые хорошо освоены отечественными специализированными предприятиями.

Работа камеры напольной осуществляется при подаче команд от МПК, входящего в состав постового оборудования подсистемы базовой АСДК-Б.

Камера напольная состоит из двух отсеков: приемного I и приборного II. (рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема камеры напольной

В приемном отсеке имеется входное окно 2, которое ориентировано на контролируемый узел 1. Входное окно перекрывается защитной шторкой 3 при отсутствии поезда в зоне контроля. На внутренней стороне защитной шторки установлен калибратор 4 (медная пластина, которая разогревается элементом Пельтье), являющийся источником инфракрасного излучения при калибровке каналов контроля.

Защитная шторка и контактный датчик температуры 5 смонтированы в одном узле (узел шторки) таким образом, что при закрытом входном окне излучающая поверхность нагревательного элемента находится в поле зрения объектива блока оптического камеры напольной - 12. Узел шторки перемещается электроприводом, открывая или перекрывая входное окно камеры напольной по команде микропроцессорного контроллера. В состав электропривода входит электродвигатель 9, блок управления 10, редуктор 6 и концевые выключатели 7 и 8.

В приборный отсек камеры напольной входят: блок оптический III, блок электронный IV и узел выходного разъема 22.

В состав блока оптического камеры напольной входят:

- объектив 12;

- модулирующий диск 13;

- линзовый конденсор 14;

- малоинерционный полупроводниковый приемник ИК излучения 15;

- охлаждаемый встроенным термоэлектрическим охладителем, предварительный усилитель 16;

- датчик температуры камеры 17;

- электропривод модулирующего диска (электродвигатель 18 и блок управления 19).

Блок электронный состоит из блока усиления 20 и блока преобразования 21, который обеспечивает преобразование напряжения + 24 В, питающего камеру напольную, в стабилизированное напряжение ± 15 В для питания блока усиления 20 и приемника ИК излучения, а также содержит стабилизированный источник тока 1 А для питания термоэлектрического охладителя приемника ИК излучения.

Блок электронный предназначен для усиления и фильтрации выходного сигнала предварительного усилителя приемника излучения, формирования аналоговых сигналов датчика температуры калибровочного излучателя (Вых. ДТ_шт), датчика температуры фоточувствительного элемента (Вых. ДТ_ф) и датчика температуры камеры напольной (Вых. ДТ_к). Кроме того, блок электронный преобразует напряжение питания камеры напольной +24 В в напряжение ±15 (±0,6) В для питания фотоприемника, усилителя, предварительного усилителя и в постоянный стабилизированный ток (1...1,8) А для питания термоэлектрической батареи охлаждения фотоприемника излучения.

Блок электронный выполнен на двух печатных платах. На одной из них расположен усилитель и формирователи сигналов температурных датчиков, на второй – преобразователь напряжения (источник питания). Обе печатные платы устанавливаются в стальной защитный кожух. Подключение блока электронного осуществляется с помощью двух разъемных соединителей, распаянных к жгутам, выходящим из кожуха блока.

Усилитель состоит из входного каскада с регулируемым коэффициентом усиления, активного полосового фильтра, настраиваемого на частоту 3000 кГц и двух выходных каскадов. Формирователи аналоговых сигналов датчиков температуры фотоприемника и камеры напольной, а также формирователь сигнала температуры калибровочного излучателя выполнены на операционных усилителях.

Преобразователь напряжения состоит из двухтактного генератора ШИМ, реализованного на контроллере TL494IN, двухтактного выходного каскада на транзисторах с трансформаторным выходом, выпрямителя на диодах, двухполупериодного выпрямителя, маломощных линейных стабилизаторов напряжения, фильтров на дросселях, усилителя сигнала ошибки, формирователя опорного напряжения, выполненного на основе интегратора со стабилизированным напряжением насыщения, элементов гальванической развязки в цепи обратной связи, транзистора в цепи дистанционного управления интегратором. Рабочая частота задающего генератора ШИМ-контроллера задается RС цепочкой и составляет 75 кГц. Частота транзисторного преобразователя в два раза меньше частоты задающего генератора. Значение выходного тока можно регулировать подстроечным резистором.

Температура калибратора измеряется контактным датчиком – чувствительным элементом типа ТЭМ на основе медного термопреобразователя сопротивления. Для контроля температуры охлаждения фоточувствительного слоя приемника ИК излучения и температуры внутри камеры напольной используются обычные полупроводниковые диоды, при этом используется зависимость наклона прямой ветви вольтамперной характеристики p-n перехода полупроводника от температуры.

На фланце камеры напольной смонтирована 19-контактная вилка.

Камера напольная имеет три режима эксплуатации:

- «Ожидание начала измерений»;

- «Калибровка перед проходом поезда»;

- «Измерение параметров поезда».

1) Работа камеры напольной в режиме «Ожидание начала измерений».

В режиме «Ожидание начала измерений» питанием обеспечивается блок электронный, а также фоточувствительный слой приемника излучения, термоэлектрический охладитель приемника излучения, предварительный усилитель и датчик температуры камеры. Электроприводы узла шторки и модулирующего диска обесточены. Входное окно камеры напольной перекрывает узел шторки. В этом режиме камера напольная потребляет от источника питания +24 В ток величиной 0,24 (±0,1) А.

2) Работа камеры напольной в режиме «Калибровка перед проходом поезда».

Режим «Калибровка перед проходом поезда» необходим для обеспечения заданной точности измерения (уменьшения влияния изменения температуры окружающей среды, загрязнения оптики, ухода параметров электронных блоков канала измерения) и выполняется после подачи питания на перегонное оборудование подсистемы базовой АСДК-Б и перед каждым проходом поезда мимо поста контроля.

В режиме «Калибровка перед проходом поезда» на камеру напольную от постовой аппаратуры подсистемы базовой АСДК-Б подается команда «Модулятор» (минус 24 В). При этом электропривод модулятора раскручивает модулирующий диск до скорости 50 об/сек, которая поддерживается схемой стабилизации оборотов привода с точностью ±1 об/сек. Этим обеспечивается частота модуляции потока излучения на входе приемника излучения 3000 (±60) Гц. Одновременно на калибратор от стойки управления перегонным оборудованием подается ток 2 А. При этом происходит разогрев излучающей поверхности калибратора со скоростью ” 2 С в секунду до температуры (t_нач + 20) С. Значение t_нач определяется МПК, входящим в состав аппаратуры постового оборудования подсистемы базовой АСДК-Б, и зависит от температуры окружающей среды. При изменении температуры калибратора в диапазоне от t_нач до (t_нач + 20) С аппаратурой подсистемы базовой АСДК-Б через каждые (1 ± 0,2) С регистрируются показания контактных датчиков температуры калибратора и соответствующие им значения выходных сигналов камеры напольной. После завершения измерения в температурном диапазоне от t_нач до (t_нач + 20) С по команде постового оборудования выключается питание модулятора и калибратора.

3) Работа камеры напольной в режиме «Измерение параметров поезда».

При появлении поезда в зоне контроля от постовой аппаратуры подсистемы базовой на камеру напольную подается команда «Модулятор» и «Шторка» (минус 24 В). При этом открывается входное окно камеры напольной, модулирующий диск раскручивается до номинальной скорости 50 (±1) об/сек. Время отработки команд – не более 0,4 с. Инфракрасное излучение контролируемого узла 1 через входное окно камеры напольной поступает на входное окно объектива оптического блока и фокусируется объективом 12 в плоскости модулирующего диска 13. Модулированный поток излучения через конденсор 14 поступает на фоточувствительный элемент приемника излучения 15, преобразующий падающее модулированное излучение в электрический сигнал с частотой 3000 (±60) Гц и амплитудой, пропорциональной падающему потоку излучения. Выходной сигнал приемника излучения через предварительный усилитель 16 поступает на вход блока усиления 20, который усиливает и фильтрует поступающий сигнал. Характеристики полосового фильтра усилителя: f_o = 3000 Гц, 2Df_0,7 = 800 Гц. Выходной сигнал блока усиления поступает на контроллер постового оборудования, где по калибровочной характеристике определяется температура контролируемой поверхности.

Исполнительными элементами электроприводов камеры напольной являются два бесколлекторных двигателя постоянного тока со следующим характеристиками:

- пусковой момент і 0,8 Нм;

- частота вращения при напряжении 24 В – 3000 об/мин;

- ток холостого хода Ј 30 мА;

- частота вращения холостого хода – 12000 об/мин;

- номинальный момент вращения - 0,040 Нм;

- номинальный ток потребления - 0,12 А;,

- масса двигателя –130 г.