CC BY
52
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Оперативный мониторинг
подвижного состава и объектов инфраструктуры железной дороги
А. К. ПЛЯСКИН, канд. техн. наук, доцент, М. Ю. КЕЙНО, ст. преподаватель, кафедра «Электроподвижный состав», Дальневосточный государственный университет путей сообщения (Хабаровск)
Для эффективной эксплуатации поездов А^В повышенной массы и длины, особенно в регионах со сложными климатическими НР условиями, необходимо оперативное полу-Л^Вь чение информации о ключевых составляюЩих перевозочного процесса. Перспективным направлением в решении этой проблемы является создание высокоавтоматизированной системы оперативного мониторинга.
Освоение растущих грузопотоков связано с увеличением средней массы поезда, длины состава и числа пар поездов. При этом радикального усиления инфраструктуры железной дороги, тягового и вагонного подвижного состава не происходит. Стремление к достижению максимального экономического эффекта и эксплуатационных показателей в краткосрочной перспективе при минимальных капитальных затратах на обновление инфраструктуры и подвижного состава приводит к стратегическим просчетам и к ускоренному исчерпанию ресурса технических средств, вовлеченных в перевозочный процесс. Сложившаяся в последнее десятилетие ситуация требует решения на качественно новом технологическом уровне.
Железные дороги Дальнего Востока, Восточной Сибири, Сахалина и Якутии функционируют в достаточно тяжелых, а зачастую и экстремальных условиях. Геопространственное развитие железных дорог в этих регионах определяет основные экстремальные факторы: воздействие низких или высоких температур при значительных суточных перепадах, наличие участков с тяжелым профилем и планом пути, наличие сезонных периодов с высокими уровнями осадков, организация работы подвижного состава и эксплуатации технических средств железной дороги на протяженных участках, с высокой степенью неравномерности грузопотоков. В данных условиях железнодорожный путь и искусственные сооружения, устройства тягового электроснабжения, приборы ав-
тоблокировки и рельсовые цепи, локомотивы и вагоны — все эти ключевые компоненты работают в режимах, предельно приближенных к максимальным по их паспортным характеристикам, а зачастую и в запредельных. Это отрицательно сказывается на ресурсе и надежности элементов инфраструктуры железной дороги и подвижного состава.
Линейным решением перечисленных проблем могло бы стать проектирование и прокладка новых трасс железных дорог, разработка новых конструкций пути с увеличенной нагрузкой на ось, усиление инфраструктуры устройств энергоснабжения и автоблокировки, создание более мощных локомотивов и более вместительных вагонов. Но поскольку при грузовых и пассажирских перевозках сегодня предъявляются принципиально различные требования к параметрам пути и автоблокировки, характеристикам вагонов и локомотивов, такое линейное решение представляется затратным и трудно реализуемым с технической точки зрения.
На протяжении последних лет специалисты различных направлений Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС) привлекаются для оценки параметров работы подвижного состава и устройств инфраструктуры железной дороги при пропуске длинносоставных и тяжеловесных поездов. В рамках комплексных испытаний, проведенных в 2007-2008 гг. на Дальневосточной железной дороге по заказу ОАО «РЖД», были оценены параметры работы штатных и экспериментальных конструк-
ций пути, обратных рельсовых цепей, локомотивов, устройств электроснабжения и тормозных систем вагонов.
В ходе наблюдений было выявлено, что зачастую устройства начинают работать в экстремальных режимах не в процессе пропуска сформированного пакета тяжеловесных поездов, а в периоды, предшествующие или последующие за «окном» опытных поездок. Это объясняется как общей ситуационной обстановкой на участке, так и вариационными сочетаниями внешних факторов. Анализ репрезентативности данных, полученных в ходе нескольких серий опытных поездок, позволил сделать вывод о том, что для объективной и полной оценки критически важных параметров работы ключевых компонентов перевозочного процесса необходим качественно новый подход к организации наблюдений.
Разработанные и используемые учеными университета измерительные приборы и системы обеспечивают высокую степень автоматизации процесса сбора данных в распределенных системах. Они могут служить основой постоянно функционирующей системы оперативного мониторинга параметров работы участка железной дороги.
В настоящее время ведется создание прототипа такой системы и отработка технологических и организационных решений. Все ключевые технологии, необходимые для создания системы оперативного мониторинга, прошли успешную апробацию в 2004-2007 гг. в ходе реализации пилотного проекта.
Пилотный проект
В 2004 г. на электропоезде ЭД1 был установлен автономный контрольно-измерительный телеметрический комплекс на базе оборудования А^а^есЬ, который позволил в масштабе реального времени с использованием веб-интерфейса наблюдать за параметрами работы электропоезда.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
На основе результатов опытной эксплуатации телеметрического комплекса в 2005 г. был создан опытный модуль системы автоматизированного мониторинга локомотива. На электровозе ВЛ-80т № 2087 установили бортовой блок, обеспечивающий сбор данных о работе основного оборудования локомотива и параметрах его движения. Данные не только накапливались, но и передавались на сервер для последующей обработки и анализа. Передача данных по беспроводному каналу осуществлялась в автоматическом режиме при проходе станции Хабаровск-1.
В 2007 г. были начаты работы по созданию комплексной системы мониторинга, позволяющей вести наблюдение над параметрами работы электровоза, тепловоза, путевой машины, пассажирского вагона, а также над работой технологического оборудования в вагоноремонтном депо. Унифицированный объектовый блок этой системы обеспечивает сбор, первичную обработку и передачу данных по различным каналам связи. Помимо высокоскоростных беспроводных соединений блок использует каналы подвижной связи стандартов GSM(GPRS) и CDMA. В 2008 г. была проведена апробация передачи данных с помощью оборудования спутниковой связи систем Globalstar и Thuraya.
В основу системы мониторинга положен принцип использования модульных измерительных устройств, открытой архитектуры и стандартных коммуникационных протоколов. Объектовые блоки построены с использованием оборудования Advantech и National Instruments. Программное обеспечение для сбора измерительной информации разработано в среде LabVIEW. Реализация системы предполагает синтез гетерогенной распределенной среды, обеспечивающей сбор, первичную обработку, накопление и передачу данных в единую базу данных. Накапливаемые данные могут быть подвергнуты различным видам анализа с помощью техник статистической обработки, многомерного анализа (OLAP), интеллектуального анализа данных и поиска знаний (Data Mining). Программной платформой системы служат серверные операционные системы Microsoft Server 2008 и Microsoft SQL Server 2008. Отображение оперативных данных осуществляется с применением геоинформационных систем.
Система мониторинга
Таким образом, технологический задел, наработанный учеными ДВГУПС, позволяет создать систему оперативно-
го мониторинга для экспериментального участка, отличающегося экстремально тяжелыми условиями для работы подвижного состава и устройств инфраструктуры железной дороги.
На Дальневосточной железной дороге для реализации такого проекта в наибольшей степени подходит участок Смоляниново — Находка. Он характеризуется уникальным горным профилем и традиционно является обкаточным полигоном для тягового подвижного состава новых типов и отработки новых технологий вождения поездов.
Эксплуатация системы оперативного мониторинга позволяет в автоматизированном режиме осуществлять сбор и первичный анализ данных о степени реализации паспортной мощности, оперативно получать информацию обо всех случаях сверхнормативных нагрузок и достоверно выявлять причины нештатных ситуаций. На основе анализа накапливаемой информации можно обоснованно принимать решения о допустимости или недопустимости изменения технологии работы участка железной дороги.
Значителен вклад такой системы в повышение безопасности движения поездов. Кроме того, она играет важнейшую роль на участках высокоскоростного движения. Ряд происшествий последних лет и месяцев наглядно показал, насколько важно для предотвращения схода подвижного состава обеспечить оперативный обмен информацией о текущих параметрах инфраструктуры железной дороги. Как известно, в сложных системах время получения объективной информации и принятия решения является критически важным параметром.
Представляется целесообразным организовать непрерывную регистрацию основных параметров работы устройств с целью накопления объективной информации. Это позволит осуществлять всестороннюю оценку работы участка железной дороги в различных организационных и климатических условиях пропуска поездов.
Одной из основных проблем, ограничивающей возможности традиционных методов исследования параметров работы устройств при пропуске тяжеловесных поездов, является отсутствие единого механизма синхронизации измерительных данных, получаемых на стационарных и подвижных, территориально удаленных объектах. Разработанная в ДВГУПС технология позволяет обеспечить запись данных в распределенной системе с синхроимпульсами каждые 200 мс.
Предполагается, что на контролируемых объектах устанавливаются автоматизированные системы сбора данных, подключенные к сетевым каналам передачи данных и обеспечивающие их сбор, накопление и обработку на группе серверов. Каждая система непрерывно, без участия оператора, измеряет, анализирует и передает важнейшие показатели контролируемого объекта. Все собранные данные помещаются в локальный сервер базы данных и затем, в соответствии с установленными приоритетами, передаются на центральный сервер.
Реализация пилотного проекта системы мониторинга включает в себя установку следующих подсистем.
В хозяйстве пути устанавливается автономный путевой блок регистрации, обеспечивающий запись таких параметров, как:
• продольные силы в рельсе;
• вертикальная и поперечная нагрузка на рельсы;
• уширение рельсовой колеи;
• износ и деформации элементов пути.
В локомотивном хозяйстве должна работать бортовая измерительная система, контролирующая:
• напряжение на токоприемнике и ток тягового трансформатора;
• токи и напряжения тяговых двигателей;
• обороты колесных пар;
• подсыпку песка;
• параметры движения локомотива по GPS/ГЛОНАСС;
• давление воздуха в тормозной магистрали и тормозных цилиндрах локомотива;
• давление воздуха в токоприемнике и главном выключателе.
В хозяйстве автоматики и телемеханики на нескольких промежуточных точках одного перегона следует установить измерительные блоки распределенной системы сбора данных, которая обеспечивала бы регистрацию:
• токов по дроссель-трансформаторам;
• напряжения на искровых промежутках;
• уровня и качества сигналов АЛСН в рельсовых цепях.
В хозяйстве электроснабжения на тяговой подстанции должен работать стационарный измерительный комплекс, подключенный к единой информационной сети и обеспечивающий синхронную запись таких показателей, как:
• напряжение на фидерах подстанций;
• токи по фидерам подстанций;
-Q-
в-
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 1. Общая структура системы сбора данных
Рис. 2. Отображение оперативной информации об электровозе
• ток фидера воздушного отсоса;
• напряжение на шинах СЦБ;
• температура трансформаторов.
Общая структура системы сбора данных приведена на рис. 1.
В 2010 г. в рамках пилотного проекта были запущены в эксплуатацию подсистемы автоматизированного мониторинга для системы электроснабжения и локомотивного хозяйства.
Работающий на тяговой подстанции Анисимовка модуль системы мониторинга непрерывно передает информацию о режимах работы и нагрузках на оборудование тяговой подстанции. Такая информация, отражаясь на веб-интерфейсе, позволяет в полной мере контролировать данные параметры.
На электровозе 2ЭС5К № 119 был установлен бортовой комплекс системы мониторинга. Кроме задач телеизмерений бортовой контроллер выполняет обработку получаемых от измерительной системы данных. Реализация алгоритмов экспресс-анализа позволяет выявить не только превышения установленных лимитов по какому-либо параметру, но и нештатные ситуации в работе оборудования.
Успешная реализация системы оперативного мониторинга для экспериментального участка открывает дорогу внедрению высокоавтоматизированных измерительных систем оперативного мониторинга.
-е-
