2015-10-22
4840
Для управления электрической передачей мощности, а также для поддержания требуемых режимов работы тепловоза на современных локомотивах используются микропроцессорные системы управления. Ранее функции автоматического управления и регулирования чаще всего выполняли унифицированные блоки автоматики. Однако в силу того, что они являлись аналоговыми регуляторами и не обеспечивали таких функциональных и диагностических возможностей, как современные цифровые системы, рассматривать в расчетно-графической работе такие устройства нецелесообразно.
При выборе микропроцессорной системы управления необходимо руководствоваться типом передачи мощности, который был определен в самом начале расчетно-графической работы, а также типом тепловоза, указанным в задании.
Среди микропроцессорных систем управления наибольшее распространение получили системы УСТА и МСУ-Т.
Система УСТА
Унифицированная система тепловозной автоматики (УСТА) состоит из блока регулирования, блока транзисторных ключей широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и комплекта датчиков (рис. 2).
Основным узлом системы является блок регулирования. В нем управляющая программа, которая хранится на специальной энергонезависимой интегральной микросхеме, производит анализ сигналов датчиков: напряжения тягового генератора UТГ, тока тягового генератора IТГ, напряжения цепей управления UВГ, частоты вращения коленчатого вала дизеля n и положения рейки топливных насосов высокого давления h, а также некоторых дискретных сигналов: положения рукоятки контроллера машиниста, состояния некоторых реле управления, контакторов возбуждения KB, компрессора КДК, ослабления поля ВШ1 и ВШ2, а также тумблера управления переходами ТУП. В результате этого анализа вырабатывается управляющее воздействие на изменение тока обмотки возбуждения синхронного возбудителя (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70) или возбудителя (тепловозы 2ТЭ10, 2М62, ТЭМ2 и ЧМЭЗ), а также стартер-генератора (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70) или вспомогательного генератора (тепловозы 2ТЭ10, 2М62, ТЭМ2 и ЧМЭЗ). Ток обмоток возбуждения изменяется с помощью двух широтно-импульсных модуляторов (ШИМ1 и ШИМ2).
Система УСТА осуществляет включение нескольких электрических аппаратов в схеме тепловоза. Это контакторы ослабления возбуждения ВШ1 и ВШ2, реле управления (переход на электронную или штатную систему регулирования напряжения цепей управления) и т.д.
При проектировании системы УСТА отказались от применения многофункциональных блоков и модулей промышленной автоматики, создав специализированное микропроцессорное устройство, предназначенное для эксплуатации на всех сериях тепловозов железных дорог страны. Так был решен вопрос полной унификации аппаратной части системы автоматического регулирования напряжения тягового генератора. Различие между управляющими устройствами всех серий тепловозов сводится к особенностям работы управляющей программы.
Система УСТА не имеет в своем составе дисплейных модулей и не обладает функциями диагностирования оборудования тепловоза. В расчетно-графической работе рекомендуется выбирать эту систему для маневровых и магистральных тепловозов с передачей постоянного тока.
Система МСУ-Т
Микропроцессорная система управления тепловозом МСУ-Т отличается более совершенной элементной базой. Использование современных научно-технических разработок обеспечивает высокие потребительские качества системы МСУ-Т, которые соответствуют лучшим зарубежным аналогам.
Применение системы МСУ-Т на тепловозе позволило исключить из схемы его управления все промежуточные реле включения исполнительных аппаратов тепловоза, а также реле времени. Установка в кабине машиниста дисплейных модулей (ДМ) предоставила возможность отказаться от использования пультовых амперметров, электроманометров и термометров, за исключением приборов контроля тормозного оборудования.
Теперь, находясь в кабине, локомотивная бригада имеет возможность контролировать на ДМ практически все параметры основных и вспомогательных систем тепловоза. В случае возникновения какой-либо неисправности, а также при несанкционированной работе исполнительного аппарата и выходе за предельно допустимое значение любого из опрашиваемых параметров, на ДМ индицируется аварийно-предупредительное сообщение с указанием неисправности.
МСУ-Т выполняет большой перечень функций. Важная функция МСУ-Т – автоматическая диагностика основного и вспомогательного оборудования тепловоза. Микропроцессорная система выдает на ДМ сообщения о неисправностях оборудования и отклонениях параметров систем тепловоза от нормы. По запросу обслуживающего персонала на ДМ отображаются параметры основного и вспомогательного оборудования тепловоза.
Система содержит конструктивно законченные функциональные части (рис. 3): устройство обработки информации (УОИ), два дисплейных модуля с клавиатурой (ДМ), измеритель температуры (ИТ), по два вольтодобавочных устройства (ВДУ), электронных контроллера машиниста (КМ) и регулятора напряжения стартер-генератора (РНВГ) – основной и резервный, а также энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ). Дополняется система комплектом датчиков, преобразователей и кабелей. Предусмотрено прикладное программное обеспечение.
Устройство обработки информации (УОИ) – главное устройство системы. Оно предназначено для реализации всех программных алгоритмов (управления электрической схемой, регулирования параметров электрической передачи, диагностики бортового оборудования). Конструктивно УОИ представляет собой шкаф с электронными блоками, который расположен в дизельном помещении на внешней стене первой кабины тепловоза. Внешние разъемы УОИ подключены к электрической схеме локомотива, датчикам и преобразователям системы. Устройство разработано на базе одноплатного промышленного компьютера для мобильных применений.
Система МСУ-Т выполняется, помимо базового, еще в двух вариантах: МСУ-ТП – с поосным регулированием силы тяги (рис. 4), и МСУ-ТЭ – с функциями управления энергоснабжением пассажирского поезда (рис. 5).
Функции, выполняемые системами МСУ-Т (МСУ-ТП, МСУ-ТЭ) на тепловозе:
– бесконтактное управление электрической схемой тепловоза во всех режимах работы;
Рис. 3. Структура микропроцессорной системы управления и диагностики (МСУ-Т)
– управление пуском и остановкой дизеля по команде машиниста, с соблюдением всех временных интервалов;
– блокировка пуска дизеля при включенном валоповоротном механизме, отсутствии давления масла и топлива до окончания времени предпусковой прокачки дизеля маслом, при установке контроллера машиниста на позицию, отличную от 0-й, наличии сигнала «Пожар»;
– автоматическая остановка дизеля при наличии сигнала «Пожар», при наличии сигнала давления газов в картере дизеля, при наличии сигнала «Аварийный останов дизеля»;
– задание частоты вращения вала дизеля в зависимости от позиции контроллера машиниста;
– автоматическое снятие нагрузки дизеля при превышении предельно допустимой температуры воды и масла;
– автоматическое снижение мощности тяговой выпрямительной установки пропорционально количеству отключенных тяговых электродвигателей;
– защита турбокомпрессора от помпажа при резком сбросе позиций контроллера машиниста;
– управление выпрямителями возбуждения тягового генератора и генератора энергоснабжения (МСУ-ТЭ);
– управление выпрямителем возбуждения тягового генератора (МСУ-Т, МСУ-ТП);
– управление 6-канальным тяговым выпрямителем и обеспечение поосного регулирования силы тяги (МСУ-ТП);
– формирование внешних и нагрузочных характеристик тягового генератора в зависимости от частоты вращения вала дизеля;
Рис. 4. Структура микропроцессорной системы управления и диагностики МСУ-ТП: АБ – аккумуляторная батарея тепловоза
– использование всей свободной мощности дизеля на тягу поезда за счет наличия датчика положения органов топливоподачи электронного регулятора дизеля;
– автоматическое соблюдение ограничений напряжения и тока тягового генератора и тяговых электродвигателей в режимах тяги и электрического тормоза;
– обеспечение управления двухсекционным режимом работы тепловоза (МСУ-ТП);
– автоматическая защита силовых выпрямительных установок от перегрузок;
– автоматический контроль изоляции низковольтных и силовых цепей, автоматический сброс нагрузки при нарушении изоляции силовых цепей;
Рис. 5. Структура микропроцессорной системы управления и диагностики МСУ-ТЭ: АБ – аккумуляторная батарея тепловоза
– автоматическое управление контакторами ослабления возбуждения тяговых электродвигателей;
– обеспечение управления электрическим торможением тепловоза от контроллера машиниста и от тормозного крана №395;
– формирование характеристик электрического тормоза с учетом заданных ограничений;
– обеспечение взаимодействия электрического и пневматического тормозов;
– автоматическое управление замещением электрического тормоза пневматическим при неисправностях или низкой эффективности электрического тормоза;
– поддержание заданной с контроллера машиниста скорости движения поезда при электрическом торможении тепловоза;
– обеспечение проверки исправности электрического тормоза на стоящем тепловозе;
– автоматическое обеспечение защит от боксования, юза и срыва шестерни тягового электродвигателя;
– регулирование напряжения вспомогательного генератора по заданному закону при включенном и выключенном энергоснабжении поезда;
– управление перераспределением мощности между тяговым генератором и генератором энергоснабжения поезда на рабочих позициях контроллера машиниста (МСУ-ТЭ);
– обеспечение автоматических защит электрооборудования тепловоза в различных режимах работы;
– управление автопрогревом дизеля в холодное время года;
– автоматическая диагностика основного и вспомогательного оборудования тепловоза;
– автоматическая выдача на ДМ сообщений о неисправностях оборудования и отклонении параметров систем тепловоза от нормы;
– отображение на ДМ по запросу обслуживающего персонала параметров основного и вспомогательного оборудования тепловоза.
В расчетно-графической работе рекомендуется выбирать для пассажирских тепловозов систему МСУ-ТЭ, для грузовых – МСУ-ТП, для маневровых – базовое исполнение МСУ-Т.
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В графической часть работы требуется представить функциональную схему электрической передачи заданного тепловоза с отображением на ней главных и вспомогательных электрических машин, коммутационных аппаратов силовой цепи, а также элементы выбранной системы автоматического управления. Схема выполняется по аналогии с рис. 1, а и рис. 1, б.
Графическая часть выполняется на листах формата А3 или А4 в зависимости от размеров схемы. На схеме показываются поездные контакторы, контакты реверсора и групповых контакторов ослабления поля. Ниже, под схемой, приводятся пояснения обозначений, приведенных на схеме, записанные в строку через точку с запятой.
