RU2356771C1 - System to control conditions of railroad car axle boxes - Google Patents

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and can be used in railway transport facilities in re-equipment of high-speed passenger car with the modern transducer systems. The proposed control system comprises a set of primary transducers arranged in axle box attachment standard assembly, two-wire power supply line to feed every transducer, the car control and warning unit. The proposed system uses discrete serial measurements of temperature and vibration overloads of the two-parametre transducer in one two-wire line by simultaneous polarity reversal of supply lines of all transducers. The system incorporates also program-operated diagnostics performed by processing the signals in operating lines of temperature and vibration overload circuits and program-operated three-colour LED warning circuit. The said diagnostics is built around a current measurement circuit of every transducer, power supply polarity reversal unit, analog-to-digital converter, buffer memory of current measurements, controller and signaling unit.

EFFECT: higher sensitivity, expanded performances.

5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в железнодорожном транспорте при переоборудовании высокоскоростных пассажирских вагонов новейшей датчиковой аппаратурой.The invention relates to measuring equipment and can find application in railway transport for the conversion of high-speed passenger cars with the latest sensor equipment.

В настоящее время блоки контроля состояния вагонных букс располагаются на электрическом щите в служебном помещении вагона. Они являются составной частью измерительной системы контроля вагонных букс, которая включает в себя также датчики температуры, устанавливаемые в стандартное гнездо буксы (датчики типа 005 или 015).Currently, the monitoring units for the state of the carriage axle boxes are located on the electrical panel in the office building of the carriage. They are an integral part of the measuring system for monitoring the axlebox, which also includes temperature sensors installed in a standard axle box (sensors type 005 or 015).

Известен блок контроля перегрева букс типа БКПБ 056 (ВКГ ОКП 31.8411) - аналог. К блоку по двухпроводной линии электропитания подключено 10 автономных датчиков, по два датчика на каждую вагонную ось (8 букс) и два датчика на буксы приводов вагонных генераторов. Блок предназначен для сигнализации о разогреве корпуса буксы до опасных пределов в результате неисправности роликового подшипника, а также неисправностей в электрических цепях датчиков и изменения их сопротивления. Термодатчики работают на основе термочувствительного элемента - позистора типа СТ14-1Б.ОЖО 468.130 ТУ или СТ14-2А-105.ОЖО 468.165 ТУ.Known control unit for overheating axlebox type BKPB 056 (VKG OKP 31.8411) - analogue. 10 autonomous sensors are connected to the unit via a two-wire power line, two sensors for each car axle (8 axle boxes) and two sensors for axle boxes of car generator drives. The unit is designed to signal the heating of the axle box housing to dangerous limits as a result of a malfunction of the roller bearing, as well as malfunctions in the electrical circuits of the sensors and changes in their resistance. Thermal sensors operate on the basis of a thermosensitive element - a posistor of the type ST14-1B. ОЖО 468.130 ТУ or СТ14-2А-105. ОЖО 468.165 ТУ.

Выводом термодатчика 005 является двухпроводный кабель РПШ, выводом термодатчика 015 - кабель КРПСТУ с дополнительным стальным тросом, закрепляемым в корпусе термодатчика, что увеличивает прочность заделки вывода термодатчика в корпусеThe output of the temperature sensor 005 is a two-wire RPCh cable, the output of the temperature sensor 015 is a KRPSTU cable with an additional steel cable fixed in the case of the temperature sensor, which increases the strength of terminating the output of the temperature sensor in the case

[см., например, http://tump.dnpp.dep.mos.ru/company/katalog/3542/54.html].[see, for example, http://tump.dnpp.dep.mos.ru/company/katalog/3542/54.html].

Недостатком аналога является сигнальный режим работы, что делает невозможным диагностирование ранних признаков неисправности букс.The disadvantage of the analogue is the signal mode of operation, which makes it impossible to diagnose early signs of malfunction of the axleboxes.

Ближайшим аналогом является "Устройство контроля нагрева букс", МЛ 520/521 [см., например, - http://microlog.km.ua/?ct=detail&prod=25&parent=69].The closest analogue is the “Axle box heating control device”, ML 520/521 [see, for example, http://microlog.km.ua/?ct=detail&prod=25&parent=69].

Конструктивно устройство состоит из последовательно соединенных (до 8 шт.) датчиков нагрева букс (ДНЕ) мод. МЛ 110, которые устанавливаются непосредственно на буксах вагонных тележек, и прибора контроля и сигнализации (ПКС) мод. МЛ 520, который устанавливается в приборном отделении вагона. ПКС подключается к существующей системе электроснабжения вагона и элементам контроля и управления на передней панели электрошкафа.Structurally, the device consists of series-connected (up to 8 pcs.) Axle box heating sensors (BOTTOM) mod. ML 110, which are installed directly on the axle boxes of wagon trolleys, and the control and signaling device (PKS) mod. ML 520, which is installed in the instrument compartment of the car. PKS is connected to the existing power supply system of the car and the control and management elements on the front panel of the control cabinet.

Датчики обеспечивают непрерывный контроль температуры путем изменения электрического сопротивления чувствительного элемента. Конструктивно датчики состоят из двух частей: чувствительного элемента с кабелем, который заканчивается наконечником под винт, и крепежной гайки с уплотнением. Такая конструкция датчика позволяет упростить замену тележек, т.к. не требуется отсоединения датчиков от клеммной коробки.Sensors provide continuous temperature control by changing the electrical resistance of the sensing element. Structurally, the sensors consist of two parts: a sensing element with a cable that ends with a screw end, and a fixing nut with a seal. This design of the sensor makes it easy to replace the carts, as no need to disconnect the sensors from the terminal box.

Устройство обеспечивает контроль изменения суммарного сопротивления последовательно подключенных к входу ПКС датчиков температуры, причем прибор вырабатывает непрерывный сигнал управления звуковой и световой сигнализацией "перегрев" при увеличении сопротивления одного из датчиков до порогового значения и снимает его после устранения причины и кратковременного отключения питания.The device provides control of changes in the total resistance of temperature sensors connected in series to the PCB input, and the device generates a continuous signal for controlling the sound and light signaling “overheating” when one of the sensors increases its resistance to a threshold value and removes it after eliminating the cause and short-term power failure.

Недостатками ближайшего аналога являются:The disadvantages of the closest analogue are:

- невозможность точной идентификации неисправной буксы из-за последовательного соединения в цепь всех датчиков;- the impossibility of accurate identification of the faulty axlebox due to the serial connection in the circuit of all sensors;

- ограниченные функциональные возможности и невозможность диагностирования ранних признаков неисправности буксы, в том числе нарастающих значений виброперегрузок.- limited functionality and the inability to diagnose early signs of malfunction of the axle box, including the increasing values of vibration overloads.

Задача, решаемая заявляемой системой контроля, состоит в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей путем дискретного во времени поочередного дополнительного контроля как температуры, так и виброперегрузки в буксовом узле с обеспечением режима текущего диагностирования без изменения конструкции узла крепления датчиков и двухпроводной линии их питания.The problem solved by the claimed control system is to increase the efficiency and expand the functionality by discrete in time alternating time and additional control of both temperature and vibration overload in the axle box with the current diagnostic mode without changing the design of the sensor mount and the two-wire power line.

Технический результат достигается тем, что система контроля состояния вагонных букс, включающая комплект первичных датчиков, установленных в стандартном узле крепления буксы, двухпроводную линию электропитания каждого датчика, вагонный блок контроля и сигнализации, дополнительно использует режим дискретных поочередных измерений температуры и виброперегрузки двухпараметрического датчика по одной двухпроводной линии путем одновременной переполюсовки питания всех датчиков, а также режим диагностирования путем программной обработки сигналов в функциональных трактах измерений температуры и виброперегрузки и программного включения трехцветной светодиодной сигнализации за счет создания токовой измерительной цепи каждого датчика и введения в состав системы блока переполюсовки питания, аналого-цифрового преобразователя, включенного на выходе измерительной цепи каждого датчика, буферного запоминающего устройства данных текущих измерений сигналов в измерительных цепях, подключенного на вход контроллера, выход которого подключен на вход блока сигнализации.The technical result is achieved by the fact that the system for monitoring the condition of carriage axle boxes, including a set of primary sensors installed in a standard axle box mounting unit, a two-wire power supply line for each sensor, a carriage for monitoring and signaling, additionally uses a mode of discrete sequential measurements of temperature and vibration overload of a two-parameter sensor using one two-wire lines by simultaneously reversing the power supply of all sensors, as well as the diagnostic mode by software processing and signals in the functional paths of temperature and vibration overload measurements and software switching on a three-color LED signaling by creating a current measuring circuit for each sensor and introducing a power polarity reversal unit, an analog-to-digital converter included in the output of the measuring circuit of each sensor, and a buffer memory of current data measuring signals in measuring circuits connected to the input of the controller, the output of which is connected to the input of the alarm unit.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

фиг.1 - функциональная схема системы контроля;figure 1 is a functional diagram of a control system;

фиг.2 - общий вид места установки двухпараметрического датчика в стандартном узле буксы;figure 2 - General view of the installation location of the two-parameter sensor in the standard node of the axle box;

фиг.3 - вид сигнала в токовой измерительной цепи датчика;figure 3 - view of the signal in the current measuring circuit of the sensor;

фиг.4 - номограмма диагностируемых состояний букс;figure 4 - nomogram diagnosed conditions of the boxes;

фиг.5 - вид панели блока сигнализации на трехцветных светодиодах.5 is a view of the panel of the alarm unit on three-color LEDs.

Функциональная схема системы контроля состояния вагонных букс (фиг.1) содержит комплект первичных двухпараметрических датчиков 1, двухпроводную линию электропитания 2 каждого датчика, образующую токовую измерительную цепь 3 контролируемого параметра с нагрузочным сопротивлением каждой цепи 4 и параллельным подключением к нагрузочному сопротивлению 4 в каждом канале аналого-цифрового преобразователя 5. Темп дискретных измерений температуры или виброперегрузки с выхода двухпараметрического датчика 1 задает блок переполюсовки питания 6, программно управляемый контроллером 7, подключенным к блоку 8 (буферное запоминающее устройство сбора, обработки, хранения и протоколирования информации технического состояния вагонов).The functional diagram of the monitoring system for the condition of the carriage axle boxes (Fig. 1) contains a set of primary two-parameter sensors 1, a two-wire power supply line 2 of each sensor, forming a current measuring circuit 3 of a controlled parameter with a load resistance of each circuit 4 and a parallel connection to the load resistance 4 in each analog channel -digital converter 5. The rate of discrete measurements of temperature or vibration overload from the output of a two-parameter sensor 1 sets the power supply reversal block 6, programmatically controlled by a controller 7 connected to block 8 (buffer storage device for collecting, processing, storing and logging information on the technical condition of cars).

Сигналы измерений контролируемых параметров в цифровом виде записывают в буферное запоминающее устройство блока 8, откуда они считываются контроллером 7 для программной обработки и диагностирования. Результат программной обработки сигнала передается в блок индикации 9. Контроллер 7 обеспечивает возможность передачи диагностируемых параметров через радиомодем 10. Питание элементов системы осуществляется от блока 11.The measurement signals of the monitored parameters are digitally recorded in the buffer memory of block 8, from where they are read by the controller 7 for software processing and diagnostics. The result of the software signal processing is transmitted to the indicating unit 9. The controller 7 provides the ability to transmit diagnosed parameters through the radio mode 10. The power of the system elements is provided from the block 11.

В системе использованы двухпараметрические датчики (типа КВТ-1), которые устанавливаются в стандартное гнездо вагонной буксы 12 путем ввинчивания, как это иллюстрируется фотоснимком фиг.2.The system uses two-parameter sensors (type KVT-1), which are installed in the standard socket of the carriage axle 12 by screwing in, as is illustrated by the photograph in figure 2.

На фиг.5 воспроизведена мнемосхема блока индикации 9, на передней панели которого расположены гнезда 13 трехцветной сигнализации светодиодов (зеленого, желтого, красного) каждой буксы. Светодиоды включаются параллельно звуковому сигналу 14 и кнопки 15 проверки и принудительного отключения звуковой сигнализации. Цвета светодиодов: зеленый - норма, желтый - предаварийное состояние, красный - авария. Выключенный светодиод означает неисправность канала измерений. Проверку всех светодиодов перед началом движения состава проводят нажатием кнопки "Проверка".Figure 5 reproduces the mimic diagram of the display unit 9, on the front panel of which there are sockets 13 of the three-color signaling LEDs (green, yellow, red) of each axle box. The LEDs are turned on in parallel with the sound signal 14 and the button 15 for checking and forcibly turning off the sound signal. LED colors: green - normal, yellow - pre-emergency condition, red - accident. A LED off means a measurement channel malfunction. Check all the LEDs before starting the movement of the composition is carried out by pressing the button "Test".

Динамика взаимодействия элементов системы контроля состоит в следующем. Двухпроводное электропитание системы каждого вагона осуществляется от локомотивной аккумуляторной батареи +24 В, включаемой контроллером крана машиниста после стыковки с вагонным составом. В исходном состоянии при неподвижном составе осуществляется запитка датчиков измерения температуры. Выходной интерфейс датчиков - токовая петля в шкале 4-20 Ма, величина сопротивления нагрузки канала измерений - 470 Ом. Вид сигнала в измерительной шкале датчика иллюстрируется графиком фиг.3. На передней панели блока индикации 9 имеются средства первичной сигнализации: светодиод включенной цепи питания зеленого цвета ("Состояние"). При нажатии на кнопку "Проверка" все трехцветные светодиоды горят желтым цветом, а общий светодиод "Состояние" горит красным цветом. При достижении определенной скорости состава (поступлении метки от скоростемера в контроллер) осуществляется программное включение режима измерения вибрации путем программной переполюсовки (блок 6) питания одновременно всех датчиков. После записи массива измерений на интервале ≈20 секунд в буферное запоминающее устройство (блок 8), система программно переводится в режим мониторинга температуры. Контроллер 7 осуществляет обработку записанных данных с выдачей результатов диагностирования на блок индикации 9.The dynamics of the interaction of the elements of the control system is as follows. The two-wire power supply system for each car is provided by a locomotive battery +24 V, which is switched on by the crane operator’s controller after docking with the carriage. In the initial state with a stationary composition, the temperature sensors are energized. The output interface of the sensors is a current loop on a scale of 4-20 Ma, the load resistance value of the measurement channel is 470 Ohms. The type of signal in the measuring scale of the sensor is illustrated in the graph of figure 3. On the front panel of the display unit 9 there are primary signaling devices: an LED on the green power circuit ("Status"). When you click on the "Test" button, all three-color LEDs light up in yellow, and the general "Status" LED lights up in red. When a certain composition speed is reached (a tag is received from the speed meter in the controller), the vibration measurement mode is switched on by software polarity reversal (block 6) supplying all the sensors simultaneously. After recording an array of measurements at an interval of ≈20 seconds in a buffer memory (block 8), the system is transferred to the temperature monitoring mode programmatically. The controller 7 processes the recorded data with the issuance of the diagnostic results to the display unit 9.

При диагностировании используют простейший алгоритм обработки - вычисление математического ожидания сигнала измеряемого параметра на дискретном интервале измерения и сравнения его с пороговой величиной. Пороговая величина предварительно вводится в ячейку памяти. По результатам опытных испытаний системы на вагонах установлены следующие пороговые значения параметров, которые иллюстрированы графиками фиг.4:When diagnosing, they use the simplest processing algorithm - calculating the mathematical expectation of the signal of the measured parameter on a discrete measurement interval and comparing it with a threshold value. The threshold value is previously entered into the memory cell. According to the results of pilot tests of the system on cars, the following threshold values of the parameters are set, which are illustrated by the graphs of figure 4:

виброперегрузка: ≤50g (зеленый), ≤70g (желтый), ≥70g (красный);vibration overload: ≤50g (green), ≤70g (yellow), ≥70g (red);

температура: ≤60°С (зеленый), ≤80°С (желтый), ≥80°С (красный).temperature: ≤60 ° С (green), ≤80 ° С (yellow), ≥80 ° С (red).

В случаях аварийных значений отслеживаемых параметров блок индикации оповещает проводника вагона сигналом светодиода и звуковым прерывистым сигналом. Звуковой сигнал отключается клавишей "Звук" на передней панели блока индикации.In cases of emergency values of the monitored parameters, the display unit notifies the car conductor of the signal of the LED and an audible intermittent signal. The sound signal is muted by the “Sound” key on the front panel of the display unit.

Имеется возможность после завершения рейса бригадиру поезда переписать накопленную информацию из запоминающего устройства на внешний носитель для передачи в централизованную базу данных подвижного состава железнодорожного узла приписки.It is possible, after the completion of the flight, to the train foreman to transfer the accumulated information from the storage device to an external medium for transmission to the centralized database of the rolling stock of the railway registration unit.

Все элементы системы выполнены на существующей элементной базе:All elements of the system are made on the existing element base:

- двухпараметрические датчики КВТ-01 разработки ООО "НПФ Виброн";- two-parameter sensors KVT-01 developed by LLC NPF Vibron;

- модуль АЦП - Е14-440 фирмы L-Card;- ADC module - E14-440 of the L-Card company;

- контроллер - UNO-2182 фирмы Advantech;- controller - UNO-2182 from Advantech;

- светодиоды - L-819SRSGW-CC;- LEDs - L-819SRSGW-CC;

- блок переполюсовки питания на электронных ключах типа ADG419;- power polarity reversal block on electronic switches of type ADG419;

- буферное запоминающее устройство типа 34MT20I 2.5" IDE Flash Disk 3072 Мб с IDE-интерфейсом, Memtech АТ2520;- buffer memory type 34MT20I 2.5 "IDE Flash Disk 3072 MB with an IDE interface, Memtech AT2520;

Поскольку тепловые процессы более инерционны, чем вибрационные, то использование режима измерений "виброперегрузка" обеспечивает большую чувствительность, чем известные аналоги. Эффективность системы контроля обеспечивается также непрерывным текущим диагностированием в процессе движения и возможности обнаружения скрытых дефектов букс на ранней стадии разрушения подшипников путем последующей обработки массивов записанной информации в централизованных базах.Since thermal processes are more inertial than vibrational, the use of the "vibration overload" measurement mode provides greater sensitivity than known analogues. The effectiveness of the control system is also ensured by continuous current diagnostics during movement and the possibility of detecting hidden axle box defects at an early stage of bearing failure by subsequent processing of the arrays of recorded information in centralized databases.

Claims (1)

Система контроля состояния вагонных букс, включающая комплект первичных датчиков, установленных в стандартном узле крепления букс, двухпроводную линию электропитания каждого датчика, вагонный блок контроля и сигнализации, отличающаяся тем, что использован режим дискретных поочередных измерений температуры и виброперегрузки двухпараметрического датчика по одной двухпроводной линии путем одновременной переполюсовки питания всех датчиков, а также режим диагностирования путем программной обработки сигналов в функциональных трактах измерения температуры и виброперегрузки и программного включения трехцветной светодиодной сигнализации за счет создания токовой измерительной цепи каждого датчика и введения в состав системы блока переполюсовки питания, аналого-цифрового преобразователя, включенного на выходе измерительной цепи каждого датчика, буферного запоминающего устройства данных текущих измерений сигналов в измерительных цепях, подключенного на вход контроллера, выход которого подключен на вход блока сигнализации. A system for monitoring the state of carriage axle boxes, including a set of primary sensors installed in a standard axle box mounting unit, a two-wire power supply line for each sensor, a car monitoring and alarm unit, characterized in that the mode of discrete sequential measurements of temperature and vibration overload of a two-parameter sensor on one two-wire line by simultaneous polarity reversal of the power supply of all sensors, as well as the diagnostic mode by software processing signals in functional paths measuring temperature and vibration overload and turning on a three-color LED alarm by creating a current measuring circuit of each sensor and introducing a power polarity reversal unit, an analog-to-digital converter included in the output of the measuring circuit of each sensor, and a buffer storage device for the data of current measurements of signals in the measuring circuits connected to the input of the controller, the output of which is connected to the input of the alarm unit.

Images