Датчик прохода колес
Достоверность результатов контроля буксовых узлов достигается как за счет высокой точности измерения температуры поверхности контролируемого узла, так и за счет высокой точности определения границ контролируемой зоны. Высокая точность определения границ контролируемой зоны обеспечивается специально разработанным для системы АДК-Б дифференциальным позиционным датчиком ДПД-01 (рис. 5). Основные параметры датчика приведены в табл. 1.
Рис. 5. Внешний вид точечного путевого датчика прохода колес
Таблица 1. Основные технические характеристики датчика ДПД-01
| Параметр | Значение |
| Рабочий диапазон скоростей прохода поезда, км/ч | 0 ... 300 |
| Длина зоны действия колеса относительно оси датчика, см | ± (20 ... 25) |
| Точность определения положения оси, не хуже, мм | ±5 |
| Напряжение питания, В | +12 (±0,36) |
| Максимальный ток потребления, не более, мА | |
| Сопротивление нагрузки, не менее, кОм | |
| Мощность потребления, не более, Вт | 0,5 |
| Глубина установки от головки рельса, мм | 45 (±2) |
| Установка от боковой стенки головки рельса, мм | 6 (±1) |
| Выход датчика – трехпроводный кабель, длина, м | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | минус 40…+60 |
| Электрическая изоляция от рельса - в соответствии с РД 32 ЦШ05.30-90 |
Чувствительными элементами датчика являются две катушки, намотанные на ферритовых стержнях-сердечниках. На каждой из катушек собран резонансный контур. Контуры получают питание от встроенного генератора переменного напряжения частотой 30…40 кГц. Выходы контуров подключены к входам амплитудных детекторов, выходы которых дифференциально включены на вход суммирующего усилителя. Выход усилителя является выходным сигналом датчика.
Катушки и электронные компоненты датчика размещены в пластмассовом корпусе из полиамида и залиты кремнийорганическим компаундом. Датчик крепится к подошве рельса струбциной, обеспечивающей надежное крепление датчика и его защиту от ударов и вибраций.
При установке датчика на рельс чувствительные элементы датчика – катушки располагаются вдоль рельса. При отсутствии колеса в зоне чувствительности датчика напряжения на контурах равны, и выходное напряжение на выходе суммирующего усилителя равно нулю. При входе колеса в зону действия датчика оно приближается к первой по ходу поезда катушке датчика, электромагнитное поле которой индуктирует в металлической массе колеса вихревые токи, вызывающие уменьшение эквивалентного сопротивления контура первой катушки и, соответственно, уменьшение напряжения на выходе суммирующего усилителя. По мере перемещения колеса относительно датчика это напряжение уменьшается, достигает минимума и увеличивается до нуля в момент, когда ось колеса находится над серединой датчика (рис. 6). В этот момент колесо располагается симметрично относительно двух катушек датчика и эквивалентные сопротивления их контуров равны. При дальнейшем перемещении колеса оно удаляется от первой катушки и приближается ко второй, что приводит к изменению полярности напряжения на выходе суммирующего усилителя, которое достигает максимума, когда ось колеса находится над второй катушкой, и становится равным нулю, когда колесо выходит из зоны действия датчика. Таким образом, датчик ДПД-01 реагирует на прохождение колеса импульсом, состоящим из двух полуволн – отрицательной и положительной полярности. Момент перехода от отрицательной полуволны к положительной соответствует проходу оси колеса над серединой датчика.
Рис. 6. Временная диаграмма сигналов ДКП
Выходное напряжение датчика не зависит от скорости поезда, а определяется только положением колеса относительно датчика и высотой его реборды.
Дифференциальное включение чувствительных элементов датчика защищает его от влияния внешних электромагнитных полей, в том числе от полей, создаваемых обратными тяговыми токами.
Особенности датчика ДКП-01, используемого в АСДК-Б:
1) Датчик реагирует на момент прохода оси колеса над осью симметрии датчика. Его реакция не зависит от скорости поезда (в диапазоне скоростей от 0 до 300 км/ч), диаметра колеса и расстояния от поверхности датчика до поверхности катания рельса.
2) Погрешность фиксации момента прохождения оси колесной пары над осью симметрии датчика не более 10 мм.
3) Датчик обеспечивает высокоточное измерение скорости прохождения каждой оси поезда и безошибочное распознавание осности каждой подвижной единицы по вычисленным межосевым расстояниям.
4) Конструкция узла крепления датчика обеспечивает надежное крепление датчика к подошве рельса с обеспечением развязки от воздействия ударов и вибраций.
4.3 Стойка управления перегонным оборудованием
Стойка управления перегонным оборудованием системы АСДК-Б (рис. 7) обеспечивает непрерывное функционирование перегонного оборудования в основном режиме – режиме автоматического контроля буксовых узлов и вспомогательном, сервисном режиме – режиме технического обслуживания аппаратуры комплекса.
В состав стойки управления перегонным оборудованием (рис. 8) входят:
- блок вторичных преобразователей сигналов;
- МПК с модемом 1200 (ISA);
- источник бесперебойного питания с аккумуляторным блоком;
- блок обогрева входных окон камер напольных;
- плата сигнализации – индикаторная плата для визуального контроля состояния перегонного оборудования.
В режиме автоматического контроля буксовых узлов стойка управления перегонным оборудованием обеспечивает реализацию следующих функций.
1) Самотестирование постовой аппаратуры с диагностикой неисправностей.
2) Автоматическую калибровку каналов измерения с проверкой работоспособности аппаратуры при подаче питания на перегонное оборудование и периодически в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации автоматическая калибровка может осуществляться непосредственно перед проходом каждого поезда, при наличии сигнала извещения о приближении поезда (о вступлении поезда на участок приближения), или после прохода поезда, по специальному алгоритму (в этом случае сигнал о приближении поезда не требуется).
3) Измерение параметров проходящего поезда – скорость, число подвижных единиц с указанием типа подвижной единицы и числа осей в ней, собственные (абсолютные) значения температур корпусов букс и подступичных частей колёс в градусах Цельсия с привязкой к стороне поезда, порядковому номеру подвижной единицы с головы поезда и номеру оси в вагоне.
Рис. 7. Внешний вид стойки управления перегонным оборудованием
Рис. 8. Схема размещения аппаратуры стойки управления перегонным оборудованием.
4) Обработка полученных данных в режиме прохода поезда для выявления аварийных и приближающихся к аварийному состоянию буксовых узлов.
5) Формирование и передачу на станционный пульт контроля и регистрации результатов анализа состояния поезда в квазиреальном масштабе времени.
6) Программно-управляемый контроль работоспособности перегонного оборудования с помощью встроенного в МПК имитатора прохода поезда.
Контроль работоспособности напольного оборудования осуществляется на всех этапах прохода поезда. В случае обнаружения неисправностей перечень неисправностей отображается в итоговой информации о прошедшем поезде на станционном пульте контроля и сигнализации и на индикаторах платы сигнализации стойки управления перегонным оборудованием.
МПК компонуется в шасси РАС-700 (рис. 9) и содержит следующие модули:
- блок питания ACE-916C
- плата процессорная ICOP-6033;
- плата дискретного ввода-вывода ISO-P32C32;
- плата АЦП L-264A;
- модем 1200 (ISA).
Рис. 9. Схема размещения модулей контроллера
Электропитание контроллера обеспечивается подачей напряжения + 24 В на соответствующие контакты, размещенные на шасси, от источника бесперебойного питания, входящего в состав стойки управления перегонным оборудованием. Включение или выключение питающего напряжения МПК осуществляется тумблером, установленным на передней панели шасси.
На задних панелях модулей МПК расположены разъемы, предназначенные для подключения кабелей, соединяющих МПК с датчиками и исполнительными органами перегонного оборудования через блок ВПС.
Блок ВПС размещен в каркасе (рис. 10) и включает в себя модули следующих устройств.
1) Коммутатор напряжений электропитания камер напольных – КП, обеспечивающий возможность ручного или автоматического включения-отключения камер напольных (табл. 2).
Рис. 10. Схема размещения модулей блока ВПС
Таблица 2. Органы управления и индикации коммутатора напряжений (КП)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функция |
| Тумблеры “АВТ РУЧН” БЛ, БП, СЛ, СП | Верх | Установка КП в режим автоматического (по команде МПК) включения питания камеры напольной. В этом положении тумблеры “РУЧН ВКЛ” блокированы. |
| Низ | Перевод КП в режим ручного включения камеры напольной тумблером “РУЧН ВКЛ”. В этом положении команда МПК на включение питания камер напольных блокирована. | |
| Тумблеры “РУЧН ВКЛ” БЛ, БП, СЛ, СП | Верх | Питание камеры напольной включено. Тумблеры функционируют, когда команда МПК на включение питания блокирована (тумблеры “АВТ РУЧН” в нижнем положении). |
| Низ | Камера напольная отключена. | |
| Световые индикаторы БЛ, БП, СЛ, СП | Включен | Напряжение питания камеры напольной включено. |
2) Четыре стабилизированных источника тока – ИТ, предназначенные для нагрева калибровочных излучателей камер напольных при их калибровке. Для каждой камеры напольной – индивидуальный источник тока. Порядок расположения следующий (слева направо): буксовая левая, буксовая правая, ступичная левая, ступичная правая. Включение источника тока производится автоматически по команде контроллера или вручную (табл. 3).
Таблица 3. Органы управления, индикации и контроля источника тока (ИТ)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функция |
| Тумблер “РУЧН. ВКЛ” | Верх (удерживая) | Ручное включение источника тока на нагрев калибратора камеры напольной. При ручном включении источника тока необходимо обязательно контролировать температуру нагрева калибратора путем измерения выходного напряжения датчика температуры шторки на контактах контрольного разъема ПТОС. |
| Среднее | Ручная подача тока на нагрев калибратора отключается. | |
| Световой индикатор | Включен | Источник тока включен в ручном или автоматическом режиме. |
| Гнездо “ТОК” | Подключение внешнего вольтметра для контроля выходного тока при помощи шнура ААБР.685611.018. Масштабный коэффициент – 0,2 В/А. Значение выходного тока не более (2 ± 0,2) А. |
3) Преобразователь температуры окружающей среды – ПТОС, обеспечивающий преобразование сигналов от трех первичных датчиков температуры (окружающей среды, внутри стойки управления перегонного оборудования и резервный) в унифицированный сигнал для подачи на входы АЦП, а также обеспечивает блокировку источника тока (отключение) в случае перегрева калибровочного излучателя камеры напольной. Порог блокировки – общий для всех четырех камер напольных. Значение порога блокировки составляет Uпб = 3,2 (±0,05) В, что соответствует температуре шторки 95 (± 3)°С.
4) Устройство гальванической развязки – УГР, предназначенное для гальванической развязки цепей сигналов и команд, которыми обмениваются МПК и блок вторичных преобразователей сигналов. Устройство гальванической развязки позволяет проводить в сервисном режиме включение-отключение модулятора и открытие-закрытие защитной шторки любой из четырех камер напольных (табл. 4).
Таблица 4. Органы управления и индикации устройства гальванической развязки (УГР)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функция |
| Световой индикатор “СЕРВИС” | Включен | Индикация перевода МПК в режим “СЕРВИС” тумблером “СЕРВИС” на лицевой панели модуля ПУ. |
| Тумблер “МОД. БЛ”, “МОД. БП”, “МОД. СЛ”, “МОД. СП” | Верх | Включение модулятора соответствующей камеры напольной, если тумблер “СЕРВИС-РАБОТА” находится в положении “СЕРВИС” |
| Низ | Выключение модулятора соответствующей камеры напольной если тумблер “СЕРВИС-РАБОТА” находится в положении “СЕРВИС”. При переключении тумблера “СЕРВИС-РАБОТА” в положение “РАБОТА” тумблеры не функционируют. | |
| Тумблер “ЗАСЛ. БЛ” “ЗАСЛ. БП” “ЗАСЛ. СЛ” “ЗАСЛ. СП” | Верх | Открытие защитной шторки соответствующей камеры напольной если тумблер “СЕРВИС-РАБОТА” на лицевой панели ПУ находится в положении “СЕРВИС” (при наличии светового сигнала “СЕРВИС”). |
| Низ | Закрытие защитной шторки соответствующей камеры напольной если тумблер “СЕРВИС-РАБОТА” на лицевой панели ПУ находится в положении “СЕРВИС” (при наличии светового сигнала “СЕРВИС” на лицевой панели УГР). При переключении тумблера “СЕРВИС-РАБОТА” на лицевой панели ПУ в положение “РАБОТА” (при отсутствии светового сигнала “СЕРВИС”) тумблеры не функционируют. |
5) Формирователь пиковых сигналов – ФПС, обеспечивающий формирование и запоминание пиковых значений выходных сигналов камер напольных на интервале времени прохода буксового (ступичного) узла колеса в поле зрения оптической системы камеры напольной. Стробирование интервала формирования пикового значения осуществляется:
- в режиме калибровки сигналами (Строб БЛ, Строб БП, Строб СЛ, Строб СП), формируемыми МПК;
- в режиме измерения сигналом "Строб букса", формируемым блоком ФИП, для буксовых камер и сигналом "Строб ступица", формируемым МПК для ступичных камер.
Предусмотрено две возможности тестирования пиковых детекторов платы ФПС. Одна, когда по внешней команде "Тест ФПС" программно включается внутренний тест-сигнал частотой 3 кГц и на выходах пиковых детекторов снимается напряжение 2 (±0,2) В. Другая, когда подается внешний тест-сигнал частотой 3 кГц на контакт контрольного разъема ФПС (табл. 5).
6) Формирователь импульсов прохода поезда – ФИП, предназначенный для формирования выходных сигналов напольных датчиков ДПК, РЦН и сигнала путевого реле участка приближения (сигнал СЦБ) в унифицированную форму и передачу их через элементы гальванической развязки на входы платы дискретного ввода-вывода контроллера с целью синхронизации работы комплекса в процессе проведения контроля проходящего поезда. ФИП также выполняет функции имитатора прохода поезда (ИПП).
Таблица 5. Органы управления и индикации формирователя импульсов прохода поезда (ФИП)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функции |
| Тумблер “ВКЛ” | Верх | Включение ФИП (включение встроенного вторичного источника питания) |
| Низ | Отключение ФИП | |
| Световой индикатор “ВКЛ” | Включен | Подтверждение включения ФИП. |
| Кнопка “ПУСК” без фиксации | Нажать и отпустить | Запуск режима имитации прохода поезда. |
| Световые индикаторы: ДПК-1, ДПК-2, ДПК-3 | Индикация срабатывания датчика прохода колес. | |
| Световой индикатор “СТРОБ” | Индикация наличия сигнала "СТРОБ-БУКСА”. | |
| Световые индикаторы: “СЦБ” “РЦН” | Индикация наличия сигналов СЦБ и РЦН. | |
| Световой индикатор “ИПП” | Индикация режима имитации прохода поезда. Включается при запуске ИПП. | |
| Световой индикатор “ОТКАЗ” | Индикация отказа (неисправности) ФИП во время прохода реального поезда. | |
| Цифровой индикатор “КОД РЕЖИМА” | Состояния: | В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 250 км/ч. |
| В режиме ФИП – индикация измерения среднего напряжения ДПК 1; В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 187 км/ч. | ||
| В режиме ФИП – индикация измерения среднего напряжения ДПК 2; В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 150 км/ч. | ||
| В режиме ФИП – индикация измерения среднего напряжения ДПК 3; В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 75 км/ч. | ||
| В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 30 км/ч. | ||
| В режиме ИПП – скорость имитируемого поезда – 5 км/ч . | ||
| · | Ожидание прохода поезда или запуска ИПП (мигающая точка с частотой 1 Гц) | |
| C | Измерение среднего напряжения ДПК . | |
| Н | Измеренное значение среднего напряжения ДПК в норме. | |
| – | Измеренное значение среднего напряжения ДПК вышло за допустимые пределы. | |
| Р | Режим анализа сигналов ДПК и выработки стробирующих импульсов | |
| Кнопка “СБРОС” | Нажать и отпустить | Сброс (установка в исходное состояние) ФИП. |
7) Пульт управления (ПУ) содержит первичные формирователи сигналов СЦБ и сигналов положения защитных шторок камер напольных. Также на лицевой панели ПУ размещены органы управления (табл. 6), обеспечивающие:
- возможность установки одного из восьми порогов аварийной тревоги по температуре шейки оси (70 ... 180°С);
- перевод контроллера в штатный или сервисный режим работы;
- включение модуляции и открытие защитных шторок одной из четырех камер напольных (только в сервисном режиме);
- отключение ступичных камер напольных.
Таблица 6. Органы управления и индикации пульта управления (ПУ)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функция |
| Тумблер “РАБОТА-СЕРВИС” | РАБОТА | Штатное положение при включении МПК |
| СЕРВИС | Сервисный режим работы. | |
| Переключатель “ПОРОГ °С” | Установлен порог тревоги при температуре шейки оси буксы больше или равно 70 °С. | |
| То же при 80°С. | ||
| - “- при 90°С. | ||
| - “- при 100°С. | ||
| - “- при 120°С. | ||
| - “- при 140°С. | ||
| - “- при 160°С. | ||
| - “- при 180°С. | ||
| Переключатель “КАМЕРА” | БЛ БП СЛ СП | Установка соответствующей камеры напольной в рабочее состояние (включен модулятор, открыта защитная шторка) в режиме “СЕРВИС”. |
| Световой индикатор “ПИТ.РЦН” | Включается при подаче на РЦН питающего напряжения + 12 В. | |
| Световой индикатор “КВ. БЛ”, “КВ. БП”, “КВ. СЛ”, “КВ. СП” | Включен | Индикация открытого состояния защитной шторки входного окна соответствующей камеры напольной. |
| Тумблер “ОТКЛ.СТ” | Низ | Штатное положение. МПК обрабатывает информацию, поступающую от всех камер напольных (ступичных и буксовых). |
| Верх | Вывод ступичных камер напольных из рабочего режима, МПК информацию от ступичных камер напольных не обрабатывает. | |
| Тумблер “ПИТ. РЦН” | Верх (штатное) | Включение вторичного источника питания. На РЦН подается электропитание напряжением + 12 В. |
| Низ | Отключение вторичного источника питания РЦН (при параллельной работе с системой ПОНАБ или ДИСК). |
8) Силовой блок стойки управления перегонного оборудования с входящим в него источником бесперебойного питания – ИБП (рис. 11, табл. 7) обеспечивает:
- преобразование переменного напряжения 220 В в стабилизированное напряжение + 24 В;
- автоматический поиск и подключение преобразователя к тому фидеру, напряжение которого находится в заданных пределах;
- непрерывную работу подсистемы базовой АСДК-Б в случае переключения работы с основного фидера на резервный, а также, в течение 4–5 часов, при повреждении обоих фидеров, питание от аккумуляторной батареи напряжением +24 В, входящей в стойку управления перегонного оборудования.
Рис. 11. Схема размещения органов управления и индикации ИБП.
Таблица 7. Органы управления и индикации источника бесперебойного питания (ИБП)
| Наименование органа | Положение, состояние | Функции |
| Световой индикатор ~220В ФИДЕР1 | Включен | Индикация наличия напряжения 220 В на входе “Фидер 1”. |
| Световой индикатор ~220В ФИДЕР2 | Включен | Индикация наличия напряжения 220 В на входе “Фидер 2”. |
| Световой индикатор 24В АККУМ | Включен | Подтверждение наличия резервного напряжения питания аккумуляторной батареи. |
| Выключатель-автомат ~220В ФИДЕР1 | Верх | Подача напряжения 220 В с входа “Фидер 1”. |
| Выключатель-автомат ~220В ФИДЕР2 | Верх | Подача напряжения 220 В с входа “Фидер 2”. |
| Выключатель-автомат =24В АККУМ | Верх | Подключение аккумуляторной батареи. |
| Выключатель-автомат ОБОГРЕВ | Верх | Подача питания на блок обогрева камер напольных. |
| Розетка 24В | Контроль выходного напряжения 24 В. | |
| Розетки ~220В | Напряжение ~220В | |
| Световой индикатор “ФИДЕР2” | Индикация режима питания ИБП от “Фидера 2”. | |
| Световой индикатор “ЗАХВАТ” | Индикация режима питания ИБП от одного из источников питания. | |
| Световой индикатор “ПОИСК” | Мигание индикатора сигнализирует о поиске источника питания. | |
| Световой индикатор “Output OK” | Включен | Индикация наличия выходного напряжения 24В. |
| Световой индикатор “Mains FAIL” | Включен | Отсутствие напряжения питания 220 В на входах “Фидер1” и “Фидер2”. |
| Световой индикатор “Battery FAIL” | Включен | Отсутствие резервного напряжения питания 24 В от аккумуляторной батареи. |
9) Блок обогрева (рис. 12, табл. 8) предназначен для подачи напряжения на пленочные нагревательные элементы, установленные на защитных кожухах камер напольных, для обеспечения снегозащиты входных окон камер напольных. Блок обогрева соединяется с нагревательными элементами отдельными кабелями.
Рис. 12. Схема размещения органов управления и индикации блока обогрева камер напольных.