Микропроцессорная система управления электровозов переменного тока (МСУЭ)
1. История создания
Микропроцессорная система управления и диагностирования МСУЭ предназначена для управления тяговым электроприводом магистрального электровоза переменного тока ВЛ80Р с ВИП. МСУЭ обеспечивает автоматический или ручной режим управления тягой и рекуперативным торможением с поддержанием заданных тока и скорости, диагностирование состояния оборудования электровоза и выдачу диагностической информации в бортовой компьютер, находящийся в каждой кабине машиниста. МСУЭ позволяет реализовать на ВЛ80р интеллектуальное управление аналогично блокам МСУД электровозов ЭП1, ЭП1М, 2ЭС5К и ВЛ80тк. Главная задача МСУЭ – повысить эффективность эксплуатации электровозов ВЛ80р.
Внедрение МСУЭ на электровозах ВЛ80р дает комплексный эффект повышения качества электрической тяги, прежде всего – в рекуперации (режиме РТ). Электровозы серии ВЛ80р были разработаны именно для получения возможности рекуперативного торможения на переменном токе. Эффективность рекуперативного торможения должна быть не менее 15% (при теоретически возможном уровне в 20-25%). В настоящее время эффективность рекуперации электровозов ВЛ80р составляет менее 7%. Её повышение – актуальная технико-экономическая задача. Благодаря МСУЭ эффективность рекуперации на электровозах серии ВЛ80р должна возрасти до уровня 15%.
Второй по важности эффект от внедрения МСУЭ – повышение участковой скорости на затяжных спусках. За счет устойчивого входа в режим РТ на больших скоростях участковая скорость на затяжных спусках повышается в 1,5 – 2 раза.
Дополнительный эффект получается от внедрения автоматизированного стационарного рабочего места анализа информации, считываемой с МСУЭ (АРМ Н). Комплексный анализ и исследования, направленные на изучение режимов работы электровозов с ВИП позволит улучшить условия эксплуатации электровозов переменного тока с ВИП, эксплуатируемых в Восточном регионе.
МСУЭ разработан в 2006-2008 годах по заданию ОАО «РЖД» совместно учеными и специалистами ПКБ ЦТ, ОмГУПС и ДЦВ Красноярской ж.д. с участием специалистов КрИЖТ и МИИТ под руководством А.В.Раздобарова и В.В.Семченко. Первоначально в 2008 году оборудовано шесть электровозов серии ВЛ80тк (локомотивное депо Абакан Красноярской ж.д.). В 2011 году модернизируется 110 секций ВЛ80р в локомотивном ремонтном депо Боготол-Сибирский Красноярской ж.д.
2. Объект управления МСУЭ — электровоз ВЛ80Р
Объектом управления МСУЭ являются электровозы переменного тока серии ВЛ80р (Рис.2.1) с выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП).
Рисунок 2.1 – Внешний вид электровоза серии ВЛ80р
Электровозы серии ВЛ80р серийно выпускались на НЭВЗ с 1974 по 1986 год с ВЛ80р-1500 по ВЛ80р-1872. Всего выпущено 373 электровоза. Фрагмент принципиальной силовой схемы системы управления ВЛ80р представлена на Рис.2.2.
Рисунок 2.2 – Принципиальная силовая электрическая схема ВЛ80р
3. Схема включения МСУЭ на ВЛ80Р
После модернизации схема включения МСУЭ будет соответствовать Рис. 3.1 Используя входные сигналы, в МСУЭ программно реализованы регуляторы тока и скорости в режимах тяги («Тяга») и рекуперации («РТ»).
Рисунок 3.1 – Схема включения МСУЭ на ВЛ80р
4. Аппаратные средства МСУЭ
МСУЭ – это комплекс аппаратных и программных средств, работающих под управлением микропроцессорного контролера БМК представлен на Рис.4.1.
Рисунок 4.1 – Электронная плата БМК
4.1.Микропроцессорный блок
Основу МСУЭ составляет микропроцессорный блок, общий вид которого показан на Рис.4.1.1. Блок устанавливается в каждую секцию вместо БУВИП.
Рисунок 4.1.1 – Микропроцессорный блок МСУЭ на стенде
Микропроцессорный блок устанавливается в каждой секции в специальном металлическом каркасе (Рис.2.2), в котором совместно с блоком МСУЭ устанавливается его панель питания. Блок МСУЭ состоит из заменяемых плат (модулей) — Рис.4.1.
4.2. Датчики тока
Для реализации обратных связей в электрическую цепь каждого из восьми тяговых двигателей (ТЭД) устанавливаются датчики тока (Рис.4.2.1). Один датчик тока устанавливается в цепь ВУВ для измерения тока возбуждения в режиме РТ. Всего на электровоз устанавливается 9 датчиков тока. Для каждых двух датчиков тока устанавливается одна панель питания (см.Рис.4.2.1.б).
а) датчик тока LEM на крепежной раме и с соединительным переходником;
б) панель питания датчиков тока ПП-720;
Рисунок 4.2.1 – Датчик тока МСУЭ и панель питания датчиков тока
Датчики тока устанавливаются в высоковольтной камере электровоза (Рис.4.2.2). Информация с 9 датчиков тока поступает в МСУЭ, где используется для анализа и дальнейшего управления электровозом через ВИП и ВУВ.
Рисунок 4.2.2 – Датчик тока и ПП-720 МСУЭ на электровозе
Сами датчики тока LEM являются покупным изделием. Оснастка изготавливается в ДЦВ Красноярской ж.д. Панель питания – на заводе «Электро СИ», где также изготавливаются электронные блоки МСУЭ.
4.3. Датчики скорости
Для управления в МСУЭ также поступает информация о скорости движения локомотива. МСУЭ не имеет своих датчиков скорости, а использует уже имеющиеся на электровозе. Число контролируемых колесных пар (КП) может меняться от 2-х до 4-х на секцию. Для подключения к датчикам тока используются штатные блоки сопряжения (Рис.4.3.1), устанавливаемые в шкафу в кабине машиниста.
а) Блок сопряжения БС ДПС5
б) Блок сопряжения на электровозе
Рисунок 4.3.1 – Измерение скорости локомотива
4.4. Кабельное хозяйство МСУЭ
Соединение аппаратных средств МСУЭ осуществляется специально изготавливаемыми в ДЦВ Красноярской ж.д. монтажными жгутами и проводами (Рис.4.4.1). Для подключения к разъему «Выход» в штатном блоке БС-ДПС изготавливается жгут БС-ДПС длиной 18 метров.
Дополнительно устанавливаются три контакта, снятых с блокировочного переключателя, на переключатель блока управления. Контакты находятся в замкнутом состоянии при включенном переключателе блока управления.
Рисунок 4.4.1 – Жгуты МСУЭ
4.5. Бортовой компьютер (Монитор)
Следующий важный элемент аппаратных средств МСУЭ – это бортовой компьютер, устанавливаемый в каждой кабине машиниста (Рис.4.5.1). Бортовой компьютер (БК) непосредственно не участвует в управлении движением поезда, а используется в качестве Монитора – устройства сбора, анализа и отображения диагностической информации о техническом состоянии локомотива.
Рисунок 4.5.1 – Бортовой компьютер (БК)
5. АРМ анализа диагностической информации
Вся поступающая с МСУЭ в БК информация сохраняется. Возможен просмотр информации на стационарном автоматизированном рабочем месте. Для просмотра сохраненной с МСУЭ информации необходимо воспользоваться утилитой LOG_READER.EXE. Для того, чтобы открыть файл с информацией, перейдите на вкладку Log в нижней левой части экрана, затем нажмите кнопку “OpenLog…”, выберите нужный файл и нажмите кнопку ОК.
Утилита просмотра информации с МСУЭ (Рис.4. 5.1) отображает информацию из выбранного файла в виде графиков и предусматривает большинство стандартных операций по работе с ними, таких как прокрутка графика (кнопки «<<» и «>>»), масштабирование («+» и «-»), получение подробной информации в любой точке графика по щелчку мыши и т.д. Верхняя группа графиков отражает динамику скоростей вращения колесных пар, нижняя – токов ТЭД. Справа от групп графиков имеются соответствующие расшифровки цветов.
6. Техническое обслуживание
На Красноярской железной дороге с 2011 года ЗАО «ДЦВ Красноярской ж. д.» осуществляет гарантийный ремонт и обслуживание блоков микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза ВЛ80. Все работы осуществляются по технологическим картам, разработанным в соответствии с «Руководством по техническому обслуживанию, текущему и деповскому ремонту ПКБ ЦТ.06.0039» ТУ, ТО, РЭ на МСУЭ.
В комплекс работ по диагностированию и ремонту блоков управления входят:
5.1. Проверка блока МСУЭ производится с применением комплекта проверочной аппаратуры КПА-МСУЭ (Стенд контроля параметров блока управления МСУЭ). При выявлении технических неисправностей, выполняется ремонт составных частей, либо полная замена на новые.
5.2. Климатические испытания. Для выявления слабых зон термического воздействия проводятся испытания кассет МСУЭ в климатической камере МКК3 У4.2.
Для снижения времени простоя локомотива по вине БУ МСУЭ осуществляется поддержание неснижаемого запаса касет для ПТОЛ ст. Мариинск, ПТОЛ ст. Красноярск-Восточный и ТЧр Канск-Иланский.
