Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУ и Д
4.8.1 Назначение.
Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУ и Д выполняет функции управления всеми системами электровоза, требующие логической последовательности по командам, получаемым с пульта, с учетом сигналов, получаемых от датчиков.
МПСУ и Д устанавливается в каждой секции электровоза, при этом осуществляется взаимодействие между секциями электровоза по межкузовной линии связи.
МПСУ и Д обеспечивает:
- автоматизированное управление системами электровоза в режимах «Ручное регулирование» по командам с пульта управления и «Авторегулирование» с учетом профиля пути и сигналов, получаемых от датчиков;
- контроль за состоянием оборудования и агрегатов;
- диагностику оборудования и аппаратов.
4.8.2 Состав.
Все устройства, входящие в МПСУ и Д и взаимодействующие с ней, разделяются на системы и подсистемы трехуровневой организации обмена информацией.
Й уровень.
4.8.2.1 Подсистема аналоговых измерений (подсистема СИ) обеспечивает:
- прием и обработку аналоговых сигналов о напряжениях и токах в различных участках силовой цепи электровоза;
- прием и обработку аналоговых сигналов датчиков или преобразователей давления пневматической системы;
- прием и обработку аналоговых сигналов от датчиков температуры;
- передачу обработанных сигналов в линии связи с МСУЛ-А.
3.8.2.2 Подсистема СИ включает в себя:
- блок связи со средствами измерения БС-СИ (АВМЮ.466225.005-02);
- преобразователи напряжения в код ПНКВ-1-1А (АВМЮ.411619.001);
- делители напряжения ДН4 (АВМЮ.434312.002-01);
- блок связи с датчиками давления БС-ДД (ПЮЯИ.406239.001);
- преобразователи давления измерительные ДД-И-1,00-01 или датчики избыточного давления ДДИ-1;
- измерители сопротивления изоляции МГМ-1 (АВМЮ.411212.001);
- счетчик электрический постоянного тока СКВТ-М (АВМЮ.411152.001).
4.8.2.3 Блоки подсистемы СИ соединены между собой одноканальной линией связи, но информация от них дублируется в блоке БС-СИ на оба канала МСУЛ-А.
4.8.2.4 Также на 1-ом уровне обеспечивается совместная работа МПСУ и Д с другими подсистемами:
- с подсистемой авторегулирования (подсистема ПСН);
- с подсистемой выявления боксования и юза (подсистема ПБЗ).
Й уровень.
4.8.2.5 Микропроцессорная система управления локомотивом (МСУЛ-А) обеспечивает:
- разгон электровоза до заданной скорости с возможностью последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тяговыми характеристиками электровоза;
- плавное изменение силы тяги в режиме независимого возбуждения тяговых двигателей;
- электрическое торможение до заданной скорости с возможностью последующего автоматического поддержания скорости на спусках;
- плавное изменение силы торможения;
- защиту от боксования и юза;
- регулирование частоты вращения вентиляторов охлаждения ТЭД в зависимости от токовой нагрузки ТЭД;
- ограничение величины тока и его скорости нарастания в якорях ТЭД;
- регулирование и ограничение тока возбуждения ТЭД;
- контроль протекающих процессов при управлении электровозом с отображением результатов на мониторе и выдача голосовой информации;
- дублирование основных функций по двухканальной линии связи;
- запись в энергонезависимую память параметров функционирования для последующей расшифровки на ПК действий машиниста в управлении электровозом, его состояния и состояния МПСУ.
4.8.2.6 Система МСУЛ-А включает в себя:
- блок связи с пультом управления электровозом БСП (04Б.07.00.00);
- блок управления контакторами БУК-3 (04Б.10.00.00-03);
- блок входных сигналов БВС (04Б.08.00.00);
- блок центрального вычислителя БЦВ (04Б.06.00.00);
- два комплекта мониторного блока, в том числе монитор, клавиатура и кабель (ПЮЯИ.668411.002, ПЮЯИ.467841.003-01, ПЮЯТ.685622.279-01)_
- пульт управления ПУ-МСУЛ (АВМЮ.468313.001);
- два источника питания ИП-ЛЭ-50/400х2 (100Б.08.00.00);
- комплект кабелей.
4.8.2.7 На 2-ом уровне обеспечивается совместная работа МПСУ и Д с системой автоматического управления торможением поездов САУТ-ЦМ/485К.
4.8.2.8 Блоки, входящие в состав МСУЛ-А одной секции, соединены между собой двумя независимыми линиями связи стандарта RS485. Применение двухканальной линии связи позволяет МСУЛ-А при повреждении одного из каналов сохранить достаточную для выполнения основных функций работоспособность.
4.8.2.9 Блоки БСП и БЦВ выполнены трехканальными, каждый канал этих блоков подключен к обоим каналам линии связи. В каждом канале линии связи обмен данными между блоками МСУЛ-А осуществляется циклически, поочередно для каждого из трех каналов блоков БСП и БЦВ с общим периодом около 150 мс (три канала по 50 мс). При использовании информации, полученной по линии связи, каждый блок МСУЛ-А производит мажоритарный выбор от трех каналов. При исправности линий связи обмен данными между блоками системы осуществляется по двум линиям, со сдвигом циклов в них на 50…100 мс, что позволяет получать достоверную (идентичную в двух каналах) информацию с задержкой не превышающей 50 мс. В случае отказа одного из каналов линии связи величина задержки увеличивается, но не превышает 100 мс.
Й уровень.
4.8.2.10 Подсистема автоведения (подсистема А) предназначена для автоматизированного рационального управления режимами ведения поезда с учетом профиля пути, времени хода, постоянных и временных ограничений скорости движения и сигналов светофора.
Подсистема А обеспечивает:
- определение необходимой скорости движения поезда, для выполнения времени хода, с учетом сигналов светофоров, требующих снижения скорости и действующих ограничений скорости;
- выбор тяговой позиции электровоза в зависимости от расчетной величины скорости;
- управление электровозом, оставляя приоритет управления за машинистом, при этом система разгоняет поезд до расчетной скорости, снижает скорость движения при подъезде к местам действия постоянных или временных ограничений скорости, отрабатывает сигналы светофора, отрабатывает сигнал о боксовании, снижая или отключая тягу при боксовании и восстанавливая ее после прекращения боксования;
- в случае ручного управления информирует машиниста о рекомендуемых режимах движения;
- при необхобимости машинист может изменить режим автоведения, интенсивность нагона, ток уставки, номер поезда, вес состава и число вагонов.
4.8.2.11 Подсистема А может работать в двух режимах: «Советчик» и «Автоведение». В первом режиме управление электровозом осуществляется машинистом, а система выдает на монитор рекомендуемые (расчетные) значения параметров движения. Во втором режиме управление электровозом осуществляется подсистемой.
Допускается эксплуатация электровоза без включения подсистемы А, в случае отсутствия в подсистеме информации об участках эксплуатации электровоза и расписания движения.
4.8.2.12 Подсистема А включает в себя блок автоведения БА (ПЮЯИ.467444.088).
4.8.2.13 Подсистема диагностики (подсистема Д) обеспечивает:
- автоматический контроль состояний агрегатов и оборудования электровоза по заданному алгоритму;
- информацию о состоянии оборудования и агрегатов по запросу;
- информирование о появлении или приближении опасных отказов и предельных режимов работы оборудования с записью вэнергонезависимую память.
4.8.2.14 Также на 3-ем уровне обеспечивается совместная работа МПСУ и Д с другими системами:
- с системой взаимодействия с локомотивом посредством цифровой технологической радиосвязи СВЛ ТР;
- с другими системами по требованию заказчика.
4.8.3 Технические характеристики.
4.8.3.1 Для связи подсистем 2-го и системы 3-го уровней использован интерфейс CAN 2.0. В обмене используются макрокоманды доступа к управлению отдельными элементами.
Для связи в системе 2-го уровня и ее связи с подсистемами 1-го уровня используется сдвоенный (с резервированием) интерфейс RS485. В каждой линии связи присутствует информация от трех каналов МСУЛ-А. Каждая подсистема подключается к интерфейсу не более, чем одним приемопередатчиком для каждой линии.
Для связи между элементами внутри подсистемы используется интерфейс:
- подсистема СИ – RS485;
- подсистема ПСН - RS485;
- подсистема ПБЗ - RS485;
- подсистема А – не имеет внутреннего интерфейса;
- подсистема Д – не имеет внутреннего интерфейса;
- система СВЛ ТР – CAN 2.0.
4.8.3.2 Для обеспечения надежности в части безопасных режимов работы главные узлы МСУЛ-А выполнены трехканальными.
МСУЛ-А обеспечивает прием информации от подсистем 3-го уровня, органов управления, подсистемы СИ и ПБЗ, цепей управления электровоза и выбирает управляющее воздействие на аппараты электровоза и подсистему авторегулирования. В процессе работы МСУЛ-А производит диагностику устройств своего уровня и непосредственно связанных с ними цепей электровоза, а также производит запись в энергонезависимую память данных о функционировании системы 2-го уровня.
4.8.3.3 В системе второго уровня информация подразделяется:
- на оперативную, связанную непосредственно с управлением электровоза, с циклом обмена 50…100 мс;
- на сервисную, связанную с измерением сопротивления изоляции в высоковольтных и низковольтных цепях, расходом электроэнергии и т.д., с циклом обмена до 1 с и более.
4.8.3.4 От цепей управления электровоза МСУЛ-А получает информацию в виде входных дискретных и аналоговых сигналов. Входные дискретные сигналы поступают в МСУЛ-А от органов управления с пульта управления электровозом ПУ-Эл и аппаратов электровоза. Входные аналоговые сигналы поступают от подсистемы СИ. Порог обнаружения входных дискретных сигналов составляет (25±10) В. Входные аналоговые сигналы преобразуются и передаются для дальнейшего использования по линиям связи МСУЛ-А. Необходимый набор входных дискретных и аналоговых сигналов определен спецификой схемы электровоза.
4.8.3.5 МСУЛ-А производит управление электровозом путем выдачи выходных сигналов на аппараты электровоза в соответствии с заложенным алгоритмом работы. Максимальное коммутируемое напряжение выходного сигнала 130 В. Необходимый набор выходных сигналов определен спецификой схемы электровоза.
Все дискретные выходные сигналы: типа – открытый сток со следующими параметрами:
- напряжение питания, не более 130 В;
- ток нагрузки, не более 1.2 А;
- характер нагрузки – индуктивный.
4.8.3.6 МСУЛ-А обеспечивает запись следующих параметров функционирования электровоза в энергонезависимую память:
- аналоговых сигналов до 40;
- дискретных сигналов до 200;
- разрешающая способность по времени, не хуже 0,05 с;
- объем памяти достаточен для хранения информации средней продолжительностью за последние 48 ч;
- время считывания данных с одного регистра на переносной ПК, не менее 4 мин;
- число независимых регистров – 2.
4.8.3.7 МСУЛ-А обеспечивает выдачу голосовых сообщений на динамик САУТ-ЦМ/485. Обобщенный перечень голосовых сообщений:
«Повышенное напряжение контактной сети»;
«Пониженное напряжение контактной сети»;
«Перегрузка двигателей первой секции»;
«Перегрузка двигателей второй секции»;
«Перегрузка двигателей третьей секции»;
«Перегрузка двигателей четвертой секции»;
«Боксование первой оси первой секции»;
«Боксование второй оси первой секции»;
«Боксование третьей оси первой секции»;
«Боксование четвертой оси первой секции»;
«Боксование первой оси второй секции»;
«Боксование второй оси второй секции»;
«Боксование третьей оси второй секции»;
«Боксование четвертой оси второй секции»;
«Боксование первой оси третьей секции»;
«Боксование второй оси третьей секции»;
«Боксование третьей оси третьей секции»;
«Боксование четвертой оси третьей секции»;
«Боксование первой оси четвертой секции»;
«Боксование второй оси четвертой секции»;
«Боксование третьей оси четвертой секции»;
«Боксование четвертой оси четвертой секции»;
«Вентилятор первой секции выключен»;
«Вентилятор второй секции выключен»;
«Вентилятор третьей секции выключен»;
«Вентилятор четвертой секции выключен»;
«Незапуск компрессора первой секции»;
«Незапуск компрессора второй секции»;
«Незапуск компрессора третьей секции»;
«Незапуск компрессора четвертой секции»;
«Нет заряда батареи первой секции»;
«Нет заряда батареи второй секции»;
«Нет заряда батареи третьей секции»;
«Нет заряда батареи четвертой секции»;
«Срабатывание дифреле двигателей первой секции»;
«Срабатывание дифреле двигателей второй секции»;
«Срабатывание дифреле двигателей третьей секции»;
«Срабатывание дифреле двигателей четвертой секции»;
«Срабатывание дифреле вспоммашин первой секции»;
«Срабатывание дифреле вспоммашин второй секции»;
«Срабатывание дифреле вспоммашин третьей секции»;
«Срабатывание дифреле вспоммашин четвертой секции»;
«Срабатывание быстродействующего контактора первой секции»;
«Срабатывание быстродействующего контактора второй секции»;
«Срабатывание быстродействующего контактора третьей секции»;
«Срабатывание быстродействующего контактора четвертой секции».
4.8.3.8 Питание МПСУ и Д осуществляется от бортовой сети через источник питания ИП-ЛЭ. Потребляемая мощность, не более 300 Вт.
4.8.3.9 Климатическое исполнение блоков МПСУ и Д - У, категории размещения 2 по ГОСТ 15150.
4.8.3.10 По устойчивости к механическим воздействиям блоки МПСУ и Д соответствуют следующим классификационным группам по ОСТ 32.146: ММ1, К5, К6, К7.
4.8.3.11 По степени электромагнитной совместимости блоки МПСУ и Д относятся по ГОСТ Р 50656 к изделиям 1 группы исполнения.
4.8.3.12 По устойчивости к воздействию влаги и пыли блоки МПСУ и Д соответствуют требованиям классификационной группы IP32 по ГОСТ 14254.
4.8.3.13 Средний срок службы аппаратуры не менее 15 лет.
4.8.4 Устройство и работа.
4.8.4.1 Все блоки имеют законченное конструктивное исполнение и снабжены блочными частями соединителей.
Каждому из блоков БВС и БУК задан идентификационный адрес (для распознавания конкретного блока при обращении по линии связи) в виде определенного набора перемычек, устанавливаемых в разъеме подключаемого к блоку кабеля связи. Для однотипных блоков присваивается условный номер, например: БВС № 1, БУК № 3. Имеется соответствующий набор адресных перемычек в разъемах кабеля линии связи, подключаемого к блокам МГМ-1, СКВТ-М и ПНКВ-1, входящих в подсистему СИ.
4.8.4.2 После включения питания МСУЛ-А (пассивный режим управления) должна обеспечить выполнение с выдачей информации:
- прохождение самодиагностики;
- готовность к работе;
- номер позиции – индикация «0»;
- ослабление поля – индикация «0»;
- состояние аппаратов электровоза (из набора входных сигналов);
- запись параметров функционирования МСУЛ-А в энергонезависимую память;
- переключение режимов отображения информации на мониторах.
4.8.4.3 После включения питания МСУЛ-А (активный режим управления) должна обеспечить:
- определение числа секций электровоза, выявление головной (ведущей) секции и их ориентацию по ходу движения;
- управление схемой электровоза в режимах тяги и электрического торможения и индикацию проходящих процессов в соответствии с набором входных сигналов МСУЛ-А;
- индикацию проходящих процессов в соответствии с набором входных и выходных сигналов.
4.8.4.4 МСУЛ-А осуществляет:
- автоматический разгон в режиме ручного регулирования и авторегулирования посредством выдачи дискретных управляющих сигналов в заданной последовательности;
- обмен информацией с подсистемами и другими системами, выбор информации, обеспечивающей оптимальное ведение поезда в области безопасных режимов;
- отключение неисправных ТЭД и отображение информации на мониторе;
- измерение и контроль величины напряжения контактной сети и отображение ее на мониторе;
- измерение и контроль величины напряжения на пуско-тормозных резисторах и отображение ее на мониторе;
- измерение и контроль величины тока в цепях якорей ТЭД во всех секциях электровоза и отображение ее на мониторе;
- измерение и контроль величины тока в обмотках возбуждения ТЭД во всех секциях электровоза и отображение ее на мониторе;
- управление вспомогательными цепями и вспомогательными машинами электровоза из набора управляющих сигналов;
- отображение на мониторе установленной позиции;
- отображение на мониторе информации о перегрузке в цепи ТЭД при превышении заданного значения;
- защиту от сильного боксования и юза путем сброса позиций с отображением информации на мониторе;
- подсчет потребляемой энергии при основной и вспомогательной деятельности;
- запись в энергонезависимую память параметров функционирования;
- выдачу кодового сигнала в САУТ-ЦМ/485 для включения соответствующего голосового сообщения из набора голосовых сообщений МСУЛ-А;
- отображение на мониторе служебной информации о работе МСУЛ-А и состоянии электровоза;
- самодиагностику и отображение на мониторе информации по неисправностям МСУЛ-А;
- прием ивыдачу информации на монитор от подсистемы А и подсистемы Д.
4.8.4.5 Измерение и контроль различных параметров позволяет МСУЛ-А:
- производить автоматический набор позиций до выхода на ходовую позицию так, чтобы после переключения позиции не была превышена заданная сила тяги или электрического торможения;
- поддержание заданной силы тяги на ходовой позиции изменением тока возбуждения;
- увеличение или уменьшение заданной силы тяги при наборе или сбросе позиций;
- переход в режим выбега без разбора силовой схемы при задании силы тяги равной нулю;
- автоматический переход в режим выбега с разбором силовой схемы по истечении одной минуты движения с заданной силы тяги равной нулю;
- приостанавливать автоматический набор позиций при превышении тока в цепях ТЭД заданного максимального значения и продолжение автоматического набора после снижения тока;
- производить автоматический сброс позиций при наличии перегрузки ТЭД в течение заданного временного интервала;
- запретить набор позиций при наличии перегрузки ТЭД;
- защитить пусковые резисторы от перегрева автоматическим сбросом позиций через заданный временной интервал;
- производить сбор силовой схемы из режима выбега при скорости более 5 км/ч с одновременным заданием требуемой силы тяги. В зависимости от имеющейся скорости и напряжения в контактной сети будет собрана схема либо на ходовой позиции максимально возможного соединения ТЭД, либо будет произведен набор позиций до выхода на ходовую позицию последовательного соединения ТЭД.