Мониторинг параметров агрегатов железнодорожных путевых машин

История создания системы

В ОАО ВНИКТИ (г. Коломна Московской области) в 2005 году по требованию ОАО «РЖД» была разработана система мониторинга параметров, диагностики и управления для специального подвижного состава (СПС). Сложная техника требует применения современных методов диагностики и мониторинга. Поэтому, когда в 2008 году на заводе ОАО «Калугапутьмаш» началось производство новой путевой машины РПБ-01 (РПБ – распределитель и планировщик балласта), на неё была установлена бортовая система мониторинга параметров производства ОАО ВНИКТИ. Распределитель и планировщик балласта предназначен для планирования и перераспределения свежеотсыпанного или очищенного несмёрзшегося балласта при строительстве, всех видах ремонта и текущем содержании железнодорожного пути. Машина представляет собой самоходный экипаж на рельсовом ходу и состоит из опирающейся на две ходовые двухосные тележки рамы, на которой смонтированы кабина, рабочие органы (плуги, подборщик с элеватором), бункер с напольным транспортёром, энергетическая установка, системы управления и контроля. Это современная путевая машина, которая позволяет повысить производительность труда и качество работ на железной дороге [1].

Назначение и функции системы

Бортовая система контроля, мониторинга и управления СПС предназначена для организации автоматизированного рабочего места машиниста в соответствии с современными требованиями ОАО «РЖД», для ведения непрерывного контроля за агрегатами путевой машины, обеспечения надлежащих условий труда, улучшения эргономики пульта машиниста, реализации человеко-машинного интерфейса, своевременного принятия решений и действий по предотвращению аварийно-опасных ситуаций в процессе работы путевой машины.
Система мониторинга РПБ-01 по своим эксплуатационным качествам отвечает требованиям и условиям применения на железнодорожном транспорте и в промышленности. Система контроля и управления СПС включает в себя аппаратную часть для сбора данных, программы для обработки данных и реализации интерфейса пользователя, устройства отображения информации и средства управления. По этой причине система может применяться в различных отраслях промышленности: в качестве системы автоматического управления она может быть использована для контроля и управления необслуживаемыми промышленными объектами, как, например, различные хранилища, котельные, элеваторы и т.п. Как система автоматизированного управления она может решать задачи измерения и визуализации параметров, контроля и диагностики оборудования, а также выполнять определённые функции управления, например, бортовыми устройствами различных транспортных средств. В качестве бортовой системы мониторинга и управления может применяться на тяжёлых рабочих машинах, на строительной технике, различных видах железнодорожных путевых машин и прочих промышленных видах транспорта [2].
Система контроля параметров РПБ-01 обеспечивает:

• автоматизированный комплексный контроль текущих параметров с выдачей сообщений о неисправности узлов и агрегатов или выходе контролируемых параметров за допуски, а также вывод текущих параметров и сообщений на экран блока обработки и отображения информации в удобном для пользователя виде;
• ведение журнала состояния объекта и системных событий за требуемый срок в зашифрованном виде с возможностью последующего просмотра;
• автоматизированное управление работой объекта с рабочего места оператора;
• автоматическое управление работой объекта;
• лёгкую модифицируемость и масштабируемость системы [3].

Архитектура системы

Для создания бортовой системы мониторинга требуются надёжные электронные компоненты, способные работать в жёстких условиях механических, электромагнитных и климатических воздействий, поэтому для реализации проекта были выбраны комплектующие ведущих российских и зарубежных фирм. Аппаратная часть системы мониторинга состоит из двух основных блоков:

1. интерфейсный блок, осуществляющий приём сигналов от датчиков агрегатов и систем объекта автоматизации, первичную программную обработку этих данных и преобразование их в машинный код для обработки программой более высокого уровня;
2. блок обработки и отображения информации, который служит в основном для реализации человеко-машинного интерфейса.

Система обмена данными с датчиками и исполнительными механизмами реализована с помощью распределённой системы ввода-вывода FASTWEL I/O. Сигналы с датчиков, расположенных на различных агрегатах объекта, поступают на соответствующие модули ввода-вывода. Все модули ввода-вывода расположены в едином блоке сбора данных. Так образуется узел системы сбора и обработки данных. Сбор сигналов в едином блоке повышает надёжность системы, упрощает её обслуживание и устойчивость к механическим воздействиям [4]. Модули получают информацию с датчиков, установленных на контролируемых агрегатах путевой машины, либо выдают управляющие сигналы на реле. Диагностируемые параметры разделены на типы: дискретные, частотные, аналоговые. Для их обработки используются соответствующие модули ввода-вывода. Вычислительным центром интерфейсного блока является промышленный контроллер CPM701. Контроллер обрабатывает полученные данные и формирует пакеты CAN. Данные из контроллера поступают по CAN-шине в блок обработки и отображения информации.
Блок состоит из

• одноплатного компьютера формата PC/104-Plus, расширенного интерфейсным модулем CAN,
• сенсорного дисплея с диагональю 10″.

Одноплатный компьютер представлен процессорной платой PCM-3362 фирмы Advantech. В качестве интерфейсного модуля CAN используется плата NIM351 производства FASTWEL.
Блок обработки и отображения информации осуществляет приём, обработку данных, полученных от интерфейсного блока, и формирование человеко-машинного интерфейса. Кроме этого, он формирует аварийные сигналы и команды, управляющие агрегатами путевой машины. Дисплей оснащён датчиком освещённости, что позволяет регулировать яркость отображения картинки в зависимости от освещения в кабине.
Для обеспечения температурного режима блока обработки и отображения информации в корпусе имеется автоматическая система поддержания температуры. Диапазон рабочей температуры задаётся разработчиком по согласованию с заказчиком.
В кабине путевой машины установлено два пульта машиниста (пульт № 1 и пульт № 2), поэтому необходимо дублировать отображаемую информацию на каждом пункте управления. Для этого используется блок отображения информации для пульта машиниста № 1. Конструктивно он выполнен в том же виде, что и блок обработки и отображения информации, но состоит лишь из сенсорного дисплея с диагональю 10″ и осуществляет только функцию дублирования изображения.

Программное обеспечение

Программное обеспечение в системе диагностики и управления включает:

• программу работы микроконтроллера;
• программу блока обработки и отображения информации.

Программа работы микроконтроллера осуществляет опрос модулей ввода-вывода блока обработки и отображения информации, формирование CAN-пакетов и передачу этих пакетов по CAN-шине.
Для реализации человеко-машинных интерфейсов системы контроля и диагностики используется программа блока обработки и отображения информации, написанная в среде LabView 2011 и установленная в памяти системной платы. Программа получает данные в виде CAN-пакетов, расшифровывает полученную информацию, обрабатывает полученные данные по заложенным разработчиком алгоритмам. В соответствии с полученными данными программа отображает параметры агрегатов путевой машины, выводит предупреждающие сообщения, формирует управляющие воздействия. Пользователь программы (машинист или сервисный специалист) может вносить определённые изменения в работу программы верхнего уровня: проводить тарировку датчиков, изменять аварийные и предупреждающие границы параметров, задавать границы изменения измеряемой величины.
При подаче питания на блок обработки и отображения информации загружается операционная система Windows Em­bedded, затем запускается программа блока обработки и отображения информации. При запуске программы происходит её самодиагностика. При выявлении каких-либо неисправностей в информационной строке появляется предупреждающее сообщение и рекомендации по их устранению. В процессе работы программа ведёт журнал событий и сохраняет архив данных за заданный интервал времени в зашифрованном виде.
Для рационального размещения приборов, отображающих контролируемые параметры путевой машины на дисплее системы мониторинга, имеются 4 диагностических экрана, каждый из которых отображает определённые параметры, соответствующие выбранному режиму:

• экран основной (рис. 5);
  
  
• экран гидросистемы;
• экран рабочих органов (рис. 6);
  
  
• экран гидропередачи.

Бортовая система мониторинга путевой машины включает 3 режима работы:

• режим подготовки к запуску;
• режим транспортный;
• режим рабочий.

В соответствии с текущим режимом в программе устанавливаются соответствующие диапазоны аварийных значений, формируются цветовые схемы приборов.
Диагностические параметры в зависимости от их состояния отображаются на экране с помощью следующих цветов:

• зелёный – нормальное значение параметра;
• жёлтый – предаварийное значение параметра;
• красный – аварийное состояние.

Уникальные особенности проекта

Система контроля и диагностики РПБ-01 не является единственной в своём роде. На современной путевой технике применяются системы мониторинга, диагностики, контроля и управления как зарубежного, так и российского производства. Однако систему РПБ-01 выгодно отличает среди аналогов качественный человеко-машинный интерфейс, простота адаптации системы к заданным техническим требованиям, универсальность. Использование высококачественных комплектующих гарантирует высокую надёжность системы. В системе диагностики РПБ-01 соблюдены нормы и требования ОАО «РЖД» и ВНИИЖГ.

Результаты внедрения

В результате установки данной системы на путевую машину РПБ-01 улучшились эргономические характеристики пульта машиниста. Вместо большого количества стрелочных манометров и прочих приборов на пульте машиниста присутствует лишь 10-дюймовый дисплей, на котором машинист может видеть более шестидесяти параметров. Переключение между технологическими экранами осуществляется с помощью сенсорных кнопок на дисплее. Организация рабочего места машиниста значительно улучшилась, так как с применением системы диагностики машинист РПБ-01 может наблюдать положение всех рабочих органов, параметров агрегатов машины, не покидая рабочего места. Постоянно ведётся доработка системы мониторинга параметров в соответствии с совершенствованием РПБ-01 и пожеланиями заказчика.

Заключение

Таким образом, в ОАО ВНИКТИ была разработана и внедрена в производство система контроля, диагностики и управления специального подвижного состава. Система способна контролировать более сотни параметров, построена по модульному принципу: легко наращивается и адаптируется к заданным техническим условиям. Она может работать с различными типами датчиков и исполнительных устройств. По желанию заказчика её можно дополнить навигационной подсистемой, системой связи с диспетчерским пунктом, отображать на мониторах видеоизображения с бортовых камер машины. Бортовая система мониторинга параметров успешно применяется на путевой машине РПБ-01 производства ОАО «Калугапутьмаш». ●

Литература

1. Современным требованиям – новые путевые машины ОАО «Калугапутьмаш» [Электронный ресурс] // Транспортная газета «Евразия Вести». – 2008. – № 8. – Режим доступа : http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2008-08a11.
2. Фендриков А., Коновалов С., Речмедилов В., Жигалкин Д. и др. Автоматизированная система контроля и управления промышленными объектами АСК-3 // Современные технологии автоматизации. – 2004. – № 4.
3. Маковей Н., Бобрицкий И., Леонов Д., Коновалов С. и др. Автоматизированная система контроля параметров узлов и агрегатов тяжёлых путевых машин // Современные технологии автоматизации. – 1997. – № 3.
4. FASTWEL I/O распределённая система ввода-вывода : Руководство по эксплуатации / ФАПИ.421459.700 РЭ. Версия 2.2. – М. : FASTWEL, 2009.

E-mail: Sergei-Kolomna@mail.ru

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!