CC BY
11
УДК 656.259.1
Бабаев М. М., д.т.н., проф. (УкрДАЗТ) Зубко А. П., к.т.н. (Укрзалiзниця) Прилипко А.А., к.т.н., доц. (УкрДАЗТ)
ТЕХН1ЧНА Д1АГНОСТИКА СУЧАСНИХ ПЕРВИННИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1В ТОЧКОВИХ КОЛ1ЙНИХ ДАТЧИК1В
Вступ. Вщомо, що cy4acHi T04K0Bi датчики контроля проходження колюних пар рельсового рухомого складу (ТКД) розробляються з урахуванням дiагностики !х елементiв пiд час експлуатаци [1,2]. Технiчна дiагностика ТКД сьогодш е актуальна як для шдвищення надiйностi так i ефективност роботи систем залiзшчноl автоматики (ЗА), а також для зменшення часу знаходження електромехашка в зонi шдвищено! небезпеки. Тобто замiсть iснуючого перюдичного контролю та профiлактики доцiльно обслуговувати ТКД по фактичному стану. Це означае що ремонтш роботи при цьому проводяться тшьки тод^ коли в цьому виникае реальна необхщшсь. Якщо ж iнформацiя, яка приходить вщ первинного перетворювача, обробляеться за допомогою комп'ютера, то це дае змогу проведення функщонально! дiагностики його чутливого елемента.
Постановка проблемы. Насамперед труднощi виникають при визначеннi працездатностi первинних перетворювачiв ТКД. Як в УкраАт, так i за кордоном розробляються та знаходять практичне застосування чуттевi елементи у виглядi котушки шдуктивност з осердями. У найбiльш застосовуваному на даний час лiчильнику осей ZP43 фiрми SIEMENS [1], первинний перетворювач складаеться з передавача й приймача, виконаних у виглядi котушок iндуктивностi з осердям, та розташованих по рiзнi сторони рейки. Також високочастотш модулятори [3] та багато шших [4,5] мають котушку з осердям, як елемент первинного перетворювача. Тому нагальним е розробка математично! моделi дiагностування таких ТКД.
Анал1з останнш до^джень та публжацш. Найбшьш вiдомi методи техшчого дiагностування елементiв ТКД застосовуються в таких рахункових пристроях як ZP 43 [1], RSR 180 [2], як е складовою частиною в мiкропроцесорних системах контролю вшьносл дiлянок коли AzS 600,
Л2 ЬМ, вщповщно. В системi 600 в колшному ящику для вимiрювання параметрiв рельсового датчика передбаченi з'еднувач^ за допомогою яких здшснюеться тестове дiагностування. В робочому станi враховуеться математична обробка вихщно! шформацп, яка мютить в собi обчислення спектральних характеристик та кореляцшних функцiй, цифрову обробку сигналу. Тобто проводиться функщональна дiагностика. Якщо розглянути роботи [3,4,5] то в них також аналiзуються чутж елементи первинних перетворювачiв якi мають котушки з осердям, але питанням дiагностики в них увага не придшяеться.
Мета роботи. Розробка математично! моделi дiагностування ТКД у якого чутливий елемент виконаний у виглядi котушки шдуктивност з осердям.
Виклад основного матерiалу. Для дiагностики ТКД доцшьно використати одну iз реалiзацiй синтезу нелшшних перетворювачiв. Першим кроком для створення електричного кола шдуктивного ТКД, зпдно джерела [6], доцiльно перетворювач представити у виглядi функционально! схеми (рисунок 1).
G П У
Рисунок 1 - Функциональна схема нелшшного перетворювача
На рисунку застосовуються наступнi позначення П - перетворювач, G - функщя впливу, У - функщя реакцп.
Другим кроком е вибiр функцш G и У. На вхiд перетворювача будемо подавати синусо1дну напругу. Для прикладу розглянемо крайнш випадок з промисловою частотою та максимальною напругою.
G = U(t) = 220 sin rot . (1)
На виход^ зважаючi на вимоги дiагностики, потрiбно отримати сигнал шшо! форми, наприклад трикутно!'.
У = 1(1) =
8/
п
(Б1И - 1/9 Б1И 3о1 + 1/25 Б1И 5о1 - 1/49 Б1И 7о1 +...). (2)
Шсля цього перевiряються вимоги реалiзуемостi перетворювача. Так як функцiя впливу та реакци О и У - технично реашзуем^ то для реализаци перетворювача необхiдно, щоб П мютив як лiнiйнi так i нелшшш елементи П е {НЭ,ЛЭ}. В резулультат цих передумов, а також враховуючи, що мiж чуттевим елементом та реестратором можливо використання электричного кола з довшьними за величиною та характером елементами, представимо електричне коло перетворювача як показано на рисунку 2.
Рисунок 2 - Електричне коло перетворювача
На рисунку застосовуються наступш позначення Ь, С, Я1, Я - линiйнi елементи кола, НЕ - нелiнiйний елемент.
Ошр навантаження, елементи лшшно! частини обираеться довшьним образом, наприклад Я=50 Ом, Я1 = 80 Ом, Ь = 50 мГн, С = 70 мкФ. Максимальний електричний струм - за номшальними параметрами складових ТКД 1тах=1А.
Враховуючи попередт умови, визначаеться опiр лшшно! частини електричного кола (3) в комплекснш формi, з урахуванням операторiв Фур'е:
2 (у к о ) = Я + у • к •о • Ь +
Я! • (- У / к •о • С) Я х - у / к • о • С
(3)
Якщо шдставити параметри електричного кола, одержимо (4) наступш значення опорiв гармонiк:
= 72 • е -]15° ; 23 = 61,9 • е] 31'6 ; 25 = 86 • е]53,8°; 27 = 115 • е-]15 , (4)
пiсля цього знаходимо напругу на нелшшному елементi (5) за формулою:
и{]Ы>) = ^(]Щ - 2(]Щ • I(1Ы)Чк е {1,2,3...}, (5)
пiдставляючи вщповщш значення одержимо:
U(t)=77,9sin(wt+117,9o)+44,07sin(3wt+31,6o)+32,5sin(5wt-
-26,20)+8,66sin(7wt+640) . (6)
Знаючи, що технiчна ре^защя нелiнiйного елемента з такою характеристикою практично не можлива, то шдбираеться характерика iснуючого елемента. Найбiльш близькою за формою до отримано! залежност (рисунок-3) е характеристика котушки шдуктивност iз сердечником.
Рисунок 3 - Функщя U(i)
Як вiдомо, параметри котушки вибираються по функци потокосцеплення, то запишемо цю формулу (7) за допомогою попереднiх функцiй у наступному виглядг
1//(0 = 0,248sin(wt + 27,9°) + 0,047sin(3wt - 58,4) + 0,02Ьт(5^ - 216,2°) +
+ 0,006 sin(7w - 25,9) . (7)
Як i слщ було сподiватися, через довiльний B^ip лiнiйноï частини перетворювача, характеристика не мае реашзацп (рисунок 4).
Рисунок 4 - Функщя y/(i )
Пщбираючи параметри лiнiйних елементiв методом сканування, одержуемо функщю потокосцепления, яка реашзуеться:
i//(t) = 0.384 sin(wt - 20,21°) + 0,013 sin(3wt - 88,2o) + 0,006(sin(5wt - 234,9o) +
+ 0,002 sin(7wt - 38,3°). (8)
Гpафiчний вид функцiï показаний на рисунку 5.
Рисунок 5 - Функщя y/(i )
При цьому значення лшшних елеменлв у колi дорiвнюе: Я= 25,4 От; ^=80,6 От; Ь= 18,2 тГп; С=62,6 ткФ.
Якщо використовуеться персональний комп'ютер для вщображення вiдгуку на тестовi сигнали, то необхiдно приймати 1х в цифровому виглядь
Згiдно [7] спектр одиночного iмпульсного сигналу У(1;) представляеться штегралом Фур'е:
ж
У(ю) = I у(1)е-<й1 ^. (9)
-ж
Для iмпульсiв складно! форми, наприклад трикутно!, виробляеться лiнiйно апроксимуюче перетворення. За умови, що iмпульс заданий на вiдрiзку 1=10...1м, аргумент представляеться формулою
у(^) = [Уо + ЯоС - t0)]Do + 5(я. - я„ж - К)А, (10)
де q = (v-v)/(t -t);n = 0..N-1;
Xn v n+1 n s V n+1 n ' 7 7
tn- точка вщлжу vn=v(tn);
N - кшьюсть ÍHTepBanÍB розбивки iмпульсу шириною t0-tn; Dn- [sign(t-tn)-sign(t-tN)]/2 - - функщя, що видшяе. При цьому спектр одиночного iмпульсу е суцiльним. Для спектра представленого у виглядi У(() = а(() - ib(() тсля пiдстaновки 10 в iнтегрaл Фур'е отримаемо такий вигляд:
, ч sin(t0 cos (tN sin (tN cos (tN
a(() = -v0-- q0-^ + vN-N + qN --^ +
( ( ( (
1 N-1
+ -2 X (qn-1 - qn)
2 i -J У cos (t , (11)
(O2 n=1 n-1 n n v )
, , ч cos(t0 sin (tN cos (tN sin (tAr
b(() = v0-- q0-^ + Vn-N + qN-1-^ +
( ( ( (
1 N-1
+ У(q i-q )sin(t . (12)
( n-1 n n u ;
Приймаючи, що to=0 або t0=-tN, формули (11) i (12) спрощуються. Так для симетричних, щодо крапки t0 iмпульсiв, уявна складова спектра Ь(с) = 0, а дшсна дорiвнюe наступному сшввщношенню:
, ч _ sin Ct , ч cos CC
а(с) = 2Vo-^ + (gN i - q0)-^ +
с с
Z(q , -q )cosct , (13)
, , n-1 Jn n
0 п -1 п п
де уо=у(-1).
Тодi для iмпульсу трикутно! форми при N=2; у0=у2=0; д0=1/^; формула спектра мае такий вигляд
У(о) = ———sin2 ( . (14)
tNО2 2
Для симетричних iмпульсiв штеграл зворотного перетворення Фур'е дорiвнюе наступному вираженню:
1 ж
у(^) = —| a(o)cosotdt. (15)
П 0
Висновки. Питання ефективностi функщонування ТКД забезпечуеться !х надiйним дiагностуванням. Для цього потрiбнi новi методи контролю елеменпв первинних перетворювачiв, а також вщповщш алгоритми обробки шформацп вiд ТКД. Тому були синтезоваш математичнi моделi, якi дають можливють отримати iнформацiю про характер вщгуку чуттевих елементiв на тестовi сигнали в цифровому виглядi, що дае змогу не тшьки контролювати цшстшсть електричного кола, але й цшстшсть та параметри осердя котушки шдуктивность
Список лтератури
1. Данилов А.И. Устройство контроля перегона с использованием счетчика осей производства фирмы «Сименс» // Автоматика, телемеханика и связь. - 1995 -№10.-С.10-11.
2. Ульянов В.М. Индуктивные датчики в системах ж.д. автоматики // Автоматика, связь, информатика. -2007. № 2. - С. 13-16.
3. Прилипко А. А., Гриднев В. Н. Разработка датчиков контроля прохождения осей подвижных единиц /Сб. науч. тр.- Харьков: ХИИТ, 1989. Вып. 10. - C. 37 - 40.
4. Бухгольц В.П., Красовский Г.А., Штанке А.Э. Путевые датчики контроля подвижного состава на рельсовом транспорте. - М.: Транспорт, 1976. - 96 с.
5. Счетчики осей в системах железнодорожной автоматики и телемеханики: учеб. Пособие / А.Г. Кириленко, А.В. Груша. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. 75с.: ил.
6. Карпов Е.А., Марунчак Л.В., Рядинских А.С. Синтез нелинейных преобразователей.- М.:Энергоатомиздат, 1986. -136 с.
7. Осипов Л. А. Обработка сигналов на цифровых процессорах: линейно-аппроксимирующий метод. - М.: Горячая линия - телеком, 2001. -76 с.
УДК 656.25:656.256
Радковский С.А., к.т.н., доц. (ДонИЖТ) Семикова Т.И., доц. (ДонИЖТ)
ТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СТРЕЛКОЙ
Введение, анализ исследований и постановка задачи. В процессе эксплуатации при нормальных условиях роботы технические средства схемы управления выполняют заданное назначение, осуществляя возложенные на них функции по контролю положения стрелки и переводу остряков из одного крайнего положения в другое. В таких случаях работа технических средств характеризуется как надежное функционирование, которое позволяет обеспечивать безопасность движения поездов.
Однако при появлении отказа в работе технических средств, схема управления не способна выполнять указанные функции. В таких случаях возможны: снижение уровня безопасности движения поездов, их задержки, возникновение аварийных ситуаций.
Как известно [2, 3, 6] схема управления стрелкой состоит из постовой аппаратуры и напольной, в которую входит и элементы стрелочного привода. Доля отказов, приходящаяся на постовую аппаратуру невелика и соизмерима с отказами постовой аппаратуры электрической централизации (ЭЦ). На стрелочные электроприводы приходится в среднем пятая часть отказов в системах ЭЦ. Диапазон изменения
