Sistem Numeric Pentru Diagnoza Locomotivelor Electrice

SISTEM NUMERIC PENTRU DIAGNOZA LOCOMOTIVELOR ELECTRICE LE

CO CO 5100kW

1. Genetalități:

Locomotiva destinată serviciului de calatori și marfă, este prevazută cu transmisie eletrică alternativ-continuu. Face parte din categoria locomotivelor alimentate din linia de contact cu curent alternativ monofazat de 25 kV si 50 Hz, prevăzuta cu motoare electrice te tracțiune de curent continuu, la aceste locomotive tensiunea din linia de contact este redusă și reglată cu ajutorul unui transformator de forță si apoi redresată prin redresoare statice de siliciu pentru alimentarea motoarelor de trațiune cu curent continuu ondulat.

Locomotiva are două boghiuri a cate trei osii fiecare, motoarele de tractiune fiind complet suspendate pe boghiuri, iar legatura cu osiile se face printr-o transmisie mecanică formată dintr-un arbore de torsiune, un cuplaj dințat și un cuplaj elastic.

Reglarea vitezei și forței de tracțiune se realizează prin modificarea tensiunii de alimentare a motoarelor de tracțiune și prin reglarea câmpului magnetic ai polilor principali. Modificarea tensiunii de alimentare a motoarelor se face prin reglarea înaltei tensiuni aplicate la infașurarea de reglaj pentru alimentarea primarului transformatorului de tracțiune. Infașurarea de reglaj este prevăzută cu 20 de prize, care împreuna cu o înfașurare suplimentară, asigura 40 de trepte de tensiune pentru alimpentarea motoarelor de tracțiune. Aparatul care asigură deplasarea sistemului de culegatoarepentru comutarea pe cele 20 prize ale autotransformatorului de rglaj se numește graduator.

Graduatorul este acționat electric si este montat pe cuva transformatorului , în camera de înaltă tensiune, fiind construit pentru o tensiune nominală de 25 kV.

Serviciile auxiliare ale locomotivei sunt antrenate electric cu motoare electrice asincone trifazate cu exceptia compresorului auxiliar și a graduatorului, care sunt antrenate cu motoare electrice de curent continuu. Alimentare motoarelor asincrone se face de la un system trifazat artificial, obținut de la o înfășurare a transformatorului principal prin aplicarea unui condensator de defazare.

Circuitele de comandă și iluminat în cea mai mare parte, sunt alimentate de curent continuu de 110 V obținut fie de la bateria de acumulatoare fie de la stația de încarcare a bateriei de acumulatoare.

Clasifiarea circuitelor electrice și tensiunile folosite

În funcție de destinație și tensiunea de aplicare folosită, circuitele electrice se clasifică în:

a) Circuite principale, care asigură punerea sub tensiune a transformatorului principal de la linia de contact, astfel că acesta devine sursă principală de curent pentru toată locomoiva, inclusive pentru motoarele electrice de tracțiune, la funcționarea in regim de tracțiune sau de frânare electrică.

b) Circuitele serviciilor auxiliare, care cuprinde toate circuitele electrice de alimentare a:

-circuitelor de încalzire a trenurilor

-circuite electrice ale serviciilor auxiliare principale

-circuite electrice ale serviciilor auxiliare anexe

-circuite de iluminat.

1.2. ANALIZA METODELOR DE MONITORIZARE A PARAMETRILOR SPECIFICI UNUI VEHICUL DE TRANSPORT

1.2.1. IDENTIFICAREA PARAMETRILOR SPECIFICI UNUI VEHICUL DE TRANSPORT

Locomotivele electrice de 5100 kW sau de 3 400 kW sunt foarte asemenatoare în privința mașinilor electrice de la bord, diferențele constând în numărul acestora. În continuare, acoperitor, vor fi prezentate mașinile electrice de la bordul locomotivelor electrice de 5100 kW :

– șase motoare de tracțiune, curent continuu, excitație serie, tip LJE108-1; putere uniorară 900 kW la 770 V, 1250 A, 1 085 – 1920 rot/min;

– două motoare pentru compresoare, tip MCC 20, 22 kW, 3 x 380 V, 50 Hz, 42 A, 1455 rot /min; cu ocazia modernizărilor cele două compresoare cu piston sunt înlocuite cu un singur compresor elicoidal, în această situație fiind suficient un motor asincron trifazat cu puterea de 30 kW sau 37 kW, alimentat de la un convertor de tensiune și frecvență;

– un motor compresor auxiliar, tip LAC100, putere pentru 15 min 0,743 kW la 110V – 8A, 1400 rot/min;

– un motor pentru pompă ulei, tip MBB 10-11, 2,1 kW, 3 x 380 V, 3,95 A, 1 400 rot/min;

– un motor pentru ventilatorul transformatorului, tip MBRF 15-160 M42, 11 kW, 3×380 V, 50 Hz, 23 A, 1460 rot/min;

– 12 motoare pentru ventilatoare pentru răcirea motoarelor de tracțiune și a redresoarelor cu siliciu, tip MQ 112 M-28-2, 3,7 kW, 3×380 V, 50 Hz, 7,2 A, 2 890 rot/min;

– două motoare pentru ventilatoare pentru răcirea rezistențelor de frânare tip MBRF 15-160 M42, 11 kW, 3 x 380 V, 50 Hz, 23 A, 1 460 rot/min;

– două motoare pentru ventilatoare pentru agregatul de încălzire și ventilație, tip MY71B14 F 130-6, 0,12 kW, 380 V, 50 Hz, monofazat;

– un motor de comandă (servomotor) pentru graduator, tip LD4, 0,185 kW, 110 V curent continuu, ; cu ocazia modernizărilor acesta este înlocuit de un sistem motor asincron, convertor static de tensiune și frecvență și traductor incremental de poziție, soluție fiind caracterizată de o robustețe deosebită, specifică motoarelor asincrone cu rotorul în colivie; în sfârșit, acest motor dispare în cazul modernizărilor care permit trecerea la controlul continuu al puterii.

La Electroputere Craiova, în perioada 1965-1991 s-au construit locomotive electrice de 5100 kW, formula osiilor CoCo, cu viteza maximă de 120 km/h. Din 1966 au fost construite locomotive cu viteza maximă de 160 km/h. În 1977 a fost construit un singur exemplar pentru testare, viteza maximă fiind de 200 km/h.

Toate locomotivele electrice de 3400 kW, formula osiilor BoBo, din parcul național au fost construite în perioada 1973-1984, producător Rade Končar, fiind disponibile pentru viteze maxime de 120 km/h sau 160 km/h.

2. METODE DE MONITORIZARE EXISTENTE

2.1. Instalația INDUSI-HASLER

Echipamentul HASLER, pentru măsurarea, indicarea și înregistrarea vitezei de pe locomotivele electrice și diesel, se compune din următoarele elemente principale:

transmisia electrică dintre roată și vitezometre împreună cu cablajul respectiv (fig. 1.1 și 1.2);

vitezometrele montate în cele două cabine de conducere (fig. 1.2).

Fig.1.1. Schema transmisiei HASLER.

Fig.1.2. Echipamentul HASLER pentru măsurarea și înregistrarea vitezei.

Transmisia electrică, generalizată pe locomotivele electrice și diesel, se compune dintr-un generator de impulsuri, o cutie de borne și cablajul de legătură cu aparatul de măsură (vitezometrul).

Transmisia electrică necesită o sursă de alimentare de 20…60 V de curent continuu de la bateria de acumulatoare, existentă pe locomotivele electrice și diesel. De la sursa de alimentare curentul electric trece printr-un întrerupător 1 (fig. 1.1) și un regulator de tensiune 2 care poate să fie construit dintr-o rezistență dimensionată corespunzător, sau dintr-un stabilizator electronic. De aici curentul electric ajunge la un generator de impulsuri 3, care cuprinde bobinajul de rezistență 4, periile 5, colectorul 6 și inelul colector 7.

Generatorul, al cărui colector transformă curentul continuu în curent trifazic, este legat la osie printr-un angrenaj de roți dințate (fig. 1.3). Frecvența curentului trifazic este proporțională cu numărul de rotații ale colectorului generatorului.

Fig.1.3. Ansamblul schematic al transmisiei HASLER.

Generatorul este cuplat electric cu motorul-receptor 8 al fiecărui vitezometru. Motorul este format dintr-un rotor 9 și un stator 10 (fig. 1.1).

Viteza de rotație a axului generatorului este transmisă receptorului, care se va roti sincron cu acesta.

Generatorul de impulsuri este cuplat în capul osiei. Între osie și generator se montează un ansamblu de două (eventual patru) roți dințate Z1 , Z2 (fig. 1.3) care multiplică mișcarea de rotație, cu raportul:

, (1.1)

în care: Y – este raportul de multiplicare,

D – diametrul mediu al roții [mm],

Vc – viteza maximă înscrisă pe cadran [km/h],

n – turația arborelui de comandă.

Diametrul mediu D al roții este dat de relația:

[mm] (1.2)

în care:

DM – diametrul maxim al roții, cu bandaje în stare nouă;

Dm – diametrul minim al roții, cu bandaje în stare uzată.

Generatorul de impulsuri se compune dintr-un indus cu colector frontal, rezistențe electrice și cinci perii duble.

Receptorul cuprinde un indus, montat pe rulmenți cu bile, fără inel colector și fără înfășurări, rotindu-se în câmpul generatorului trifazat.

Tensiunea generatorului și a receptorului este de 60 V.

Un eventual defazaj, datorită perturbațiilor electrice sau mecanice, se traduce imediat printr-o scădere cu 80 % a vitezei indicate, ceea ce exclude mersul asincron întârziat.

Putrerea necesară este de aproximativ 35 W, pentru fiecare vitezometru.

Echipamentul HASLER mai cuprinde două vitezometre, după cum urmează:

vitezometrul HASLER RT12, montat în postul 1 de conducere;

vitezometrul HASLER A 28, montat în postul 2 de conducere.

Vitezometrul RT12 indică și înregistrează spațiul parcurs (în m), timpul (în ore și minute), viteza de mers (km/h), funcționarea instalației INDUSI.

Spațiul parcurs se înregistrează la extremitățile benzii prin împunsăturile făcute de către cilindrul de acționare, distanța de 2,5 mm dintre împunsături reprezentând:

– în timpul mersului 0,5 km;

– în staționare 0,5 h.

Un contor, plasat la partea inferioară a cadranului, indică parcursul total, în kilometri.

Înregistrările se fac pe bandă de hârtie impregnată, trasarea facându-se prin stilete (creioane) cu bile de safir.

Diagrama vitezei se înscrie pe o porțiune centrală a benzii, lată de 40 mm, liniată orizontal, între viteza zero și viteza mazimă a aparatului, distanța dintre două linii învecinate corespunzând la 10 km/h. Pe liniile orizontale, din loc în loc, este înscrisă viteza pe care o reprezintă linia respectivă.

Vitezometrul A28 echipează cel de-al doilea post de comandă al locomotivei. Acesta este un vitezometru indicator, spre deosebire de vitezometrul RT12 care este și înregistrator.

Banda vitezometrului HASLER RT 12 este confecționată din hârtie transparentă, special impregnată. Citirea benzilor se poate face ulilizând un aparat special cu diagrame tip. Aparatul este o cutie paralelipipedică având la partea superioară un geam mat, iar în interior se realizează o iluminare cât mai uniformă a geamului mat. Deasupra acesteia se pun diagrame tip (fig. 1.4), stabilite pentru fiecare secție de remorcare și categorie de tren. Pe diagrama tip se trasează vitezele maxime admise, inclusiv reducerile de viteze din parcurs datorită restricțiilor, curbelor etc.

Pentru citirea unei benzi oarecare, se plasează deasupra geamului mat diagrama tip a secției respective, iar peste ea banda cu înregistrările ce trebuie determinate.

Lectura benzii se face foarte ușor, întrucât orice depășire a vitezei de mers este pusă imediat în evidență, deoarece curba vitezei reale de pe bandă depășește pe diagrama tip linia care marchează viteza maximă admisă în punctul respectiv. Banda vitezometrului RT 12 fiind de o transparență clară permite o citire ușoară prin metoda prezentată.

Fig. 1.4. Diagrama tip pentru citirea benzilor HASLER.

Diagramele sunt trasate pe bandă de către stilete cu bile de safir, pentru a nu deteriora hârtia. Spațiul parcurs se înregistrează la cele două margini ale benzii chiar de către sulul transportor, prin împunsături distanțate la 2,5 mm. Intervalul dintre două împunsături (A, fig. 1.5) corespunde în timpul mersului la 0,5 km (în staționare 30 min).

Fig. 1.5. Banda vitezometrului HASLER.

Timpul se înregistrează prin înscrierea orei (B) cu cifre romane (în figură, orele 15-16), punctul de sub cifră marcând ora exactă. Pentru determinarea timpului în minute, se utilizează porțiunea de bandă (C) lată de 20 mm, având liniatură orizontală, peste care un creion ce se deplasează vertical a înregistrat timpul respectiv. O deplasare completă într-un singur sens corespunde la 10 min, astfel că distanța dintre două linii orizontale corespunde la un minut. Cifrele 0-15-10-15 marcate pe liniile orizontale ajută la stabilirea cât mai exactă a minutelor.

La reglajul aparatelor după reparații, este necesar a se verifica dacă sub punctul marcând ora se află un vârf al diagramei timpului.

Porțiunea centrală (D) a benzii lată de 40 mm este rezervată pentru diagrama vitezei. Aceasta este înregistrată de un stilet, ce se deplasează pe aceeași verticală cu stiletul ce înregistrează timpul. Intervalul respectiv este marcat cu linii orizontale, de-a lungul benzii, din 10 în 10 km/h, începând cu zero (jos) și terminând (sus) cu viteza maximă a aparatului.

Imediat sub diagrama vitezei, se află un mic interval liber pe care se vor trasa liniile ce marchează sfârșitul benzii. La partea inferioară (E), se află înregistrările speciale legate de funcționarea instalației INDUSI pentru control punctual al vitezei.

Înregistrările se fac cu trei stilete a-b-c (fig. 1.6) care trasează trei linii continue, chiar și atunci când instalația INDUSI nu este în funcțiune. Stiletele sunt comandate de trei relee, ale căror bobine nu se află sub tensiune. În cazul unui impuls, bobina electromagnetului respectiv primind un curent, electromagnetul atrage armătura, imprimând stiletului o deplasare într-un sens sau altul, față de linia mediană pe care o înscrie în stare de repaus. Dat fiind că sunt două relee duble (cu câte doi electromagneți) și unul simplu există cinci posibilități de marcare.

Notând cu a, b și c (fig. 1.6) liniile ce sunt trasate în stare de repaus, în ordinea lor, de sus în jos, cu indicele 1, deplasările de sus ale stiletelor electromagneților dubli, care înscriu liniile a și b, respectiv cu 2 deplasările în jos ale stiletelor respective, cel de-al treile stilet, inferior (linia c), se poate deplasa într-un singur sens, și anume în sus (indicele 1). Mărimea deplasărilor, față de linia mediană, este de aproximativ 1,3 mm.

Fig.1.6. Electromagneții și înregistrările de bază ale instalației INDUSI pe banda vitezometrului HASLER.

În aceste condiții, posibilitățile de înregistrare și semnificația lor este următoarea:

a1 – influența inductorului din cale, de 2 000 Hz;

a2 – manipularea de către mecanic a butonului „atenție”;

b1 – influența inductorului din cale, de 500 Hz;

b2 – influența inductorului din cale, de 1 000 Hz;

c1 – frânarea de urgență (alarmă), ca urmare a nerespectării prescripțiilor de funcționare a instalației INDUSI (nemanipularea butonului „atenție”, nerespectarea vitezelor de control sau depășirea unui inductor activ, de 2 000 Hz).

În prectică de obicei aceste înregistrări se suprapun, astfel că interpretarea rezultatelor trebuie făcută ținând seama de ansamblul înregistrărilor efectuate în punctul respectiv.

Corecta interpretare a ansablului înregistrărilor de pe bandă permite determinarea cu precizie a modului în care mecanicul a respectat condițiile de circulație, în funcție de poziția semnalelor.

2.2. Instalația INDUSI-DEUTA

Echipamentul INDUSI-DEUTA (fig. 1.7) se compunne dintr-un generator, vitezometre indicatoare și aparat înregistrator.

Generatorul de curent alternativ tip EFI 67 S este montat în capul osiei, cu un raport de multiplicare 3:1. Tensiunea generatorului, proporțională cu viteza de rotație, este transmisă printr-un cablu la aparatul indicator care conține o bobină și un redresor, montate în serie.

Arborele de antrenare este montat pe rulmenți cu bile de precizie, pentru a micșora frecările și a realiza totodată o robustețe necesară exploatării feroviare.

Rotorul generatorului este format dintr-un magnet permanent, confecționat din aliaj de aluminiu-nichel, cu o mare forță coercitivă. Statorul, în general, este construit din două înfășurări independente una față de alta, pentru racordarea unui singur sau a două aparate indicatoare, fără interferență mutuală. Înfășurările sunt scufundate într-o rășină sintetică. Tensiunea alternativă a generatorului este transformată în tensiune continuă cu ajutorul unui redresor.

Bobina aparatului indicator se deplasează din poziția de zero, deplasarea fiind proporțională cu tensiunea. Acul, legat solidar de bobină, se rotește în fața unui cadru, gradat în km/h, deviația maximă fiind de 270o. Pentru a reduce la maximum frecările, pivoții sunt montați în lagăre de safir.

Fig. 1.7. Echipamentul DEUTA pentru măsurarea și înregistrarea vitezei.

Adaptarea aparatului indicator la generator se realizează cu ajutorul unei doze de compensație și a unor rezistențe.

Pentru a obține o precizie mai mare, gradarea cadranului se face în mod empiric, în funcție de deplasarea reală a acului. În generatoarele de curent alternativ deviația acului indicator este independentă de sensul de rotație al arborelui de comandă. Viteza de rotație normală pentru generatoarele de curent alternativ este de 4 500 rot/min. Vitezele maxime normalizate la cadranul aparatului indicator sunt 100, 125, 200, 250, 300 și 400 km/h.

Aparatul DETA tip ER-10 a fost, de asemenea, introdus în exploatare concomitent cu instalația INDUSI pentru controlul punctual al vitezei trenului. În timp ce vitezometrul are numai rolul unui aparat indicator al vitezei trenului, toate celelalte funcții de comandă și înregistrare sunt preluate de către aparatul ER-10.

Aparatul ER-10 (fig. 1.7) primește impulsurile de la generatorul montat în capul osiei locomotivei prin intermediul dozei de compensare. Alimentarea cu curent se face de la orice sursă de curent continuu, de obicei bateria de acumulatoare de pe locomotiva respectivă.

În interiorul aparatului se află releele, cu contactele respective, necesare efectuării înregistrărilor.

La aparatul ER-10 sunt conectate vitezometre electrice indicatoare, montate pe pupitrul de comandă existent în fiecare cabină de conducere. Aparatul ER-10 mai cuprinde un ceas care marchează orele la partea superioară a benzii.

Adaptarea aparatului de înregistrare ER-10 la diferite diametre ale roților locomotivei se face cu ajutorul unui grup de patru roți dințate, montate în partea stângă a aparatului. Roțile sunt interschimbabile, iar numărul dinților este astfel stabilit încât banda se deplasează în timpul mersului cu 5 mm/km (fig. 1.8).

Raportul de transformare i, în funcție de diametrul mediu D al roții, se determină cu ajutorul formulei:

. (1.3)

Dacă a, b, c și d reprezintă numărul de dinți ai roților iar i1 și i2 raportul de transformare al fiecărui grup, rezultă:

și . (1.4)

Raportul total de transmitere va fi:

. (1.5)

Fig. 1.8. Roțile dințate ale transmisiei DEUTA.

Numărul total de dinți n și parțial (a…d) al roților se alege astfel încât să rezulte:

n=a+b=c+d=64 (1.6)

Pentru compensarea uzurilor la cercul de rulare, corecția mai precisă se realizează prin rezistențele de reglaj montate în doza de compensare. Dubla reglare permite o foarte bună adaptare a ansamblului la diametrul real al roții, reducându-se la minimum erorile vitezometrului indicator și ale înregistrărilor respective.

Banda vitezometrului DETA ER-10 este simulară cu banda HASLER, în ceea ce privește înregistrarea timpului, a vitezei și a spațiului parcurs. Deplasarea benzii este de asemenea aceeași:

– în parcurs 5 mm/km;

– în staționare 5 mm/h.

Înregistrările se fac la partea inferioară a benzii, sub diagrama vitezei. Pe porțiunea respectivă sunt marcate liniile pe care sunt indicate, prin litere, simbolurile înregistrărilor.

Hârtia este metalizată și are ogrosime de 40 m. Stratul metalic este format din zinc+cadmiu și are o grosime de 0,1m.

Banda de hârtie metalizată se aplică pe o rolă de contact, legată la polul negativ al sursei de alimentare de 24 V. Dacă electrodul înregistrator al vitezei care se află legat la polul pozitiv al aceleași surse atinge stratul metalic, se formează un arc electric care arde în stratul metalic o amprentă corespunzător ghidajului arcului și deci corespunzător vitezei de mers. Arcul electric se formează numai între stilet și stratul metalic, fără a deteriora hârtia.

Pentru înregistrările INDUSI există nouă electrozi, legați de asemenea la polul pozitiv al sursei de alimentare, prin contacte corespunzătoare. Acești electrozi trasează pe hârtie numai atât timp cât contactele respective sunt închise.

Turația depinzând de viteză este transformată de un generator de curent alternativ într-o tensiune proporțională cu viteza. Un redresor face convertirea acestei tensiuni alternative în tensiune redresată (continuă).

Acul înregistrator al aparatului de măsură, legat la o bobină mobilă, se deplasează proporțional cu tensiunea redresată. La capătul său inferior acul are un electrod care este legat la polul pozitiv al tensiunii de alimentare de 24 V.

Aparatul de măsură cu bobină mobilă este construit sub forma unui miez magnetic, aceasta prezentând avantajul unui vaste insensibilități față de câmpurile magnetice exterioare perturbatoare. Magnetul (Al Ni Co) este înconjurat de un inel, cu blocare inversă. Electrodul înregistrator este încărcat cu un arc spiral. Prin trei arcuri spirale, tensiunea de măsură ajunge la bobinajul micului cadru, iar de aici la electrodul înregistrator, polul pozitiv al tensiunii. Ansamblul bobinei mobile este fixat într-un suport cu lagăr care susține și banda pretensionată. Forța de rapel este realizată în cea mai mare parte de solicitarea la torsiune a acestei benzi. Sistemul mobil este construit cât mai ușor posibil pentru a-l face insensibil la trepidațiile la care este supus în timpul mersului locomotivei.

Toți cei nouă electrozi înregistratori sunt reuniți într-un bloc care este înșurubat, la rândul său, la dispozitivul cu platine. Pentru a asigura precizia înregistrării curbelor vitezei în dependență de ghidarea casetei din aparat, se utilizează unul dintre electrozii înregistratori simultan pentru înregistrarea liniei de referință zero. De aceea, la montare, se ajustează în mod precis distanța dintre acest electrod și electrodul vitezei, în poziția de zero. Prin aceasta, se asigură și interschimbabilitatea casetei cu hartie.

Cinci electrozi, ale căror înregistrări au loc doar pentru scurt timp, au – pentru o mai bună posibilitate de citire – un diametru de 0,7 mm, iar toți ceilalți au un diametru de 0,3 mm. În poziția de lucru, toți electrozii sunt presați prin arcuri pe suprafața hârtiei.

Un alt bloc cu doi electrozi cuplați în paralel este fixat pe platina aflată în poziția opusă. Poziția acestor electrozi, decalată cu 90o, este contrară poziției celorlalți electrozi. Ei marchează conectarea instalației INDUSI în cadrul diagramei vitezei.

Antrenarea mecanismului de transportare a hârtiei se face cu un magnet fixat, cu accesibilitate ușoară, de tabla de la capătul de jos al celor două platine principale. Brațul de conectare al magnetului antrenează roata de blocare printr-un declic, încărcat de un arc. Contra rotirii înapoi, roata de blocare este de asemenea asigurată printr-un declic de blocare, reglabil. Un suport de lagăr, fixat de platină cu posibilitatea de reglare, conține – ca grup constructiv – roata de blocare, arborele de antrenare cu un șurub melc și roata-melc, precum și roata dințată de antrenare pentru transmiterea mișcării de antrenare la caseta de hârtie.

Caseta de hârtie se poate scoate pe la suprafața frontală a aparatului înregistrator și este interschimbabilă. Caseta conține, între două platine, rola cu dispozitivul de hârtie, rola transportoare care servește în același timp și ca suport de înregistrare pentru electrozi, rola de înfășurare, cu cuplaj cu fricțiune montat pe ea și roțile dințate pentru antrenarea simultană a rolei transportoare și a rolei de înfășurare. Turația diferită a acestor două role, provenită din faptul că în serviciu diametrul înfașurării de hârtie crește continuu, este compensată de cuplajul cu fricțiune menționat.

La transportarea hârtiei, este necesar să se aibă grijă ca hârtia să se ruleze continuu, trebuind să fie bine întinsă, sub releul minus. Ruloul de hârtie este rezemat în lagărele platinelor principale cu posibilitate de rotire și atunci când caseta este împinsă înăuntru el se află între rola de transport și cea de desfășurare. Dacă s-ar forma o buclă, contactul și prin acesta și înregistrarea s-ar întrerupe. De aceea, rola de desfășurare s-a prevăzut cu un dispozitiv de întindere și cuplaj de fricțiune, fixate lateral la platina casetei și angrenează cu roata dințată a suportului rolei de desfășurare.

Transportarea hârtiei de înregistrare poate avea loc numai într-un sens, și anume de la rola de desfășurare de sub ruloul minus înspre rola transportoare, iar de aici la rola de înfășurare. Cu această ocazie, se pune în acțiune în același timp, printr-un arc elicoidal, și dispozitivul de întindere care angrenează cu rola de desfășurare, arc care caută, la rândul său, să antreneze hârtia în sens opus. Printr-un arc de blocare adițional, de la rola transportoare hârtia este împiedicată să ruleze înapoi, în sens opus. În acest mod, este exclusă formarea unei bucle. Rola de desfășurare face aproximativ o rotație până ce arcul spiral a devenit întins atât de bine, încât cuplajul de fricțiune poate intra în acțiune. Pentru a împiedica o suprarotire a arcului, gradul de rotire este limitat de limitatoare. Arcul este montat în dispozitivul de întindere cu o pretensionare, astfel că există chiar de la început un moment de tragere înapoi.

Indicatorul benzii se compune dintr-un levier de palpare, încărcat printr-un arc, care palpează diametrul rolei stocului de hârtie. Acest levier este legat la rândul său cu un ax, așezat în dispozitivul de jos al platinelor. Levierul are montat într-o parte un segment dințat. O rotiță dințată cilindrică angrenează cu acest segment, al cărui ax susține tamburul indicatorului. Pe acest tambur se lipește banda de măsură care are, pe întreaga sa lungime, o imprimare verde, mergând în unghi ascuțit. Ultimii 15 mm sunt imprimați în roșu. Banda de măsură este astfel lipită de tamburul indicatorului, încât de la început, când rola cu stocul de hârtie este completă, devine vizibilă partea ascuțită a imprimării verzi. Pana verde se lățește pe măsură ce se consumă hîrtia de înregistrare și trece în final în câmpul de culoare roșie, ceea ce înseamnă că, la un avans de 5 mm/km și o roată de 1000 mm diametru, există un stoc pentru un parcurs de 860 km.

Pe placa frontală din stânga, de la caseta cu hârtie, sunt amplasate două indicatoare și un buton verde. Cu butonul verde se poate efectua, când vehiculul motor sta pe loc, un transport rapid al hârtiei. Indicațiile pentru punctele de control sunt date de indicatorii marcați cu V I și V II.

Aparatul DEUTA ER-10 înregistrează pe o bandă lată de 102 mm, preparată în mod special (fig.1.9).

Spațiul parcurs sau timpul de staționare se înregistrează pe extremitățile A ale benzii, intervalul de 5 mm dintre două impulsuri corespunzând, după caz, la un km parcurs, respectiv la o oră în staționare.

Timpul B în ore, între 0 și 24, se înregistrează prin scriere cu cifre arabe.

Diagrama timpului în secunde se înregistrează pe spațiul C rezervat, fiecare deplasare completă a stiletului de sus-jos sau invers corespunzând la 10 min, iar distanța dintre liniile orizontale la 1 min.

Diagrama vitezei are rezervat spațiul central D, citirea fiind ușurată de liniile orizontale, îngroșate pentru 50, 100 și 150 km/h.

Funcționarea instalației INDUSI pentru controlul punctual al vitezei se înregistrează la partea inferioară a benzii de hârtie (fig. 1.10).

Fig. 1.9. Banda aparatului inregistrator DEUTA ER-10.

Fig. 1.10. Înregistrarea funcținării instalației INDUSI pe banda aparatului DEUTA ER-10.

Înregistrările de bază pe această porțiune se fac în două moduri, complet distincte. În partea superioară E sunt trase linii subțiri, iar înregistrările se efectuează prin linii mai groase, marcate peste liniile subțiri existente. Înregistrările reprezintă:

Ze – funcționarea instalației INDUSI astfel că pe timpul cât instalația este scoasă din funcțiune, aceste înregistrări nu se efectuează;

Zu – instalația conectată pentru trenuri personale;

Zm – instalația conectată pentru trenuri de marfă;

Zu+ Zm – instalația conectată pentru trenuri accelerate și rapide;

Zl – existența presiunii normale în conducta generală, la scăderea presiunii datorită frânării, înregistrarea nemaiefectuându-se;

Zw – manipularea butonului „atenție”, în cel mult 4 s de la trecerea pe lângă un semnal prevestitor echipat cu inductor de 1 000 Hz, activ;

Zv – influența inductorului de 1 000 Hz după 20, 26 sau 34 s de la trecerea pe lângă semnalul prevestitor, în funcție de categoria trenului respectiv.

Pe porțiunea inferioară F sunt trei linii, mai distanțate. Pe această porțiune de bandă înregistrările se efectuează prin deplasarea în jos a stiletului față de poziția de repaus.

Semnificația înregistrărilor arătate (fig. 1.10) este următoarea:

Zb – influența traductorului din cale, de 2 000 Hz și manipularea butonului „depășire ordonată”;

Zg – influența inductorului din cale, de 500 Hz;

Zz – intrarea în funcțiune a frânei de urgență.

Comparativ cu instalația INDUSI-HASLER, instalația INDUSI-DEUTA are patru înregistrări mai mult.

Instalațiile INDUSI – HASLER și INDUSI – DEUTA se caracterizează printr-o construcție mecanică foarte complexă, conțin repere care se uzează în timpul folosirii, necesită, pentru exploatare, utilizarea unei hârtii speciale, costisitoare, prezintă o precizie redusă referitoare la parametii măsurați și înregistrați, citirea datelor fiind o operație laborioasă.

2.3. Instalația IVMS

Instalația de măsurare și înregistrare a vitezei vehiculelor de tracțiune feroviară – IVMS [19], din punct de vedere constructiv, prezintă două variante constructive. Varianta cu post central (fig.1.11) este compusă din traductorul de turație TTF, un post central PC și două indicatoare pentru fiecare post de conducere IND I și IND II. Traductorul de turație TTF transmite informația de turație la postul central PC, care o prelucrează, o memorează și transmite informațiile de viteză și oră, necesare conducerii vehiculului, la cele două indicatoare din posturile de conducere IND I și IND II.

Fig 1.11. Schema bloc a instalației în varianta cu post central.

Varianta fără post central (fig. 1.12) este compusă din traductorul de turație TTF, un aparat indicator/înregistrator INR și un aparat indicator IND. Informația de turație de la traductorul de turație TTF se transmite la aparatul indicator IND, care o prelucrează brut, transformând-o în semnal serial, și o transmite aparatului indicator/înregistrator INR. Acesta transformă semnalul în viteză, memorează informația, o afișează ca indicator și retransmite la aparatul indicator IND informația prelucrată, necesară conducerii vehiculului (viteză, oră).

Fig. 1.12. Schema bloc a instalației în varianta fără post central.

Din punct de vedere al schemei electrice și al modului de funcționare, cele două variante sunt asemănătoare, în al doilea caz elementul din postul central PC fiind redistribuit în aparatul indicator IND și în aparatul indicator/inregistrator INR. In fig. 1.13 este prezentată schema bloc de funcționare.

Traductorul de turație TTF generează un semnal de frecvență proporțională cu turația roții pe care este montat. Cu ajutorul calculatorului, utilizatorul introduce diametrul roții pe care este montat traductorul TTF. Un microcontroler C memorează această dată într-o memorie tip EEPROM EEP, care nu se șterge decât la următoarea programare făcută de utilizator. Semnalul de frecvență generat de traductorul de turație TTF este măsurat și prelucrat prin intermediul unei intrări de viteză IV, și transferat la microcontrolerul uC,

care îl corectează cu diametrul roții din memoria EEP și îl transformă în informația de viteză de deplasare a vehiculului. Cu ajutorul timpului dat de un ceas intern CI, al microcontrolerului C, se obține informația de oră și spațiu.

Fig 1.13. Schema bloc de funcționare a instalației.

Aceste date sunt transferate de către microcontrolerul C, în memoria nevolatilă MN. La fiecare kilometru parcurs de vehicul se incrementează un contor C. Acest contor C este de tipul electromagnetic „fără aducere în zero” pentru înregistrarea absolută a kilometrilor parcurși de locomotivă.

Înainte de pornirea în cursă, prin intermediul unei tastaturi T și al unui afișaj local A, mecanicul de locomotivă potrivește ora exactă (dacă este cazul) și introduce în memoria nevolatilă MN, prin intermediul microcontrolerului C, datele care privesc cursa respectivă (cod mecanic, cod ajutor, număr tren, tonaj etc).

Blocul de intrări numerice IN permite înregistrarea unor semnale numerice din locomotivă (influențe de la instalația INDUSI, conectare/deconectare disjunctor ș.a.).

Prin intermediul unui bloc de ieșiri contacte de releu ICR, instalația permite, la comanda microcontrolerului C, interconectarea cu alte instalații ale locomotivei (contacte limită de viteză pentru instalația INDUSI, contacte limită de viteză pentru instalația DSV, contacte limită de viteză pentru frâna de mare putere).

Toate aceste contacte de releu oferite sunt programabile soft, în funcție de viteză sau spațiu.

Un bloc de ieșiri ale afișajelor BIA face posibil transferul de date între microcontrolerul C și indicatoarele IND I și IND II, montate în posturile de conducere pentru afișarea în post a orei și vitezei (numeric și analogic).

Datele memorate în memoria nevolatilă MN se pot transfera pentru a fi analizate cu o unitate de transfer UT, fără a necesita un calculator portabil, prin intermediul interfeței seriale IS.

Interfața serială IS are și rolul de a realiza legătura cu alte instalații cu microprocesor, montate pe locomotive, și a căror funcționare poate fi corelată cu parcursul locomotivei.

Toate elementele electronice se alimentează de la o sursă de alimentare SA.

Prima variantă constructivă conține în postul central PC toate elementele și blocurile, în afară de traductorul de turație TTF și indicatoarele IND I și IND II.

Cea de-a doua variantă are elementele distribuite astfel:

Aparatul indicator IND conține:

intrarea de viteză IV;

sursa de alimentare SA;

indicatorul IND II;

contorul de kilometri C;

blocul ieșiri afișabile BIA;

o parte din blocul de intrări numerice IN;

o parte din blocul de ieșiri contacte relee ICR.

Aparatul înregistrator INR conține:

microcontrolerul C;

memoria nevolatilă MN;

memoria tip EEPROM EEP;

memoria tip EPROM EP;

interfața serială IS;

afișajul local A;

tastatura T;

indicatorul IND I;

o parte din blocul de intrări numerice IN;

o parte din blocul de ieșiri contacte relee ICR.

Traductorul de turație TTF (fig. 1.14), se montează pe cutia de unsoare (nefigurată) a uneia din osiile vehiculului, și este construit dintr-o carcasă 1, un subansamblu lagăr 2 și o sondă traductor 3.

Fig. 1.14. Secțiune transversală printr-un traductor de turație.

Funcția realizată de traductorul de turație TTF este aceea de a furniza două semnale a căror frecvență este proporțională cu turația osiei, deci și cu viteza de deplasare a vehiculului, exceptând cazurile de patinare sau blocare a osiei.

Carcasa 1 are rolul de a proteja partea mecanică aflată în mișcare și de a fixa traductorul TTF pe cutia de unsoare a osiei. Subansamblul lagar 2 are rolul de a transforma, împreună cu sonda traductor 3, mișcarea de rotație a osiei în tren de impulsuri cu frecvența proporțională cu turația.

Sonda traductor 3 (fig. 1.15) este formată dintr-un corp al sondei 4, care, împreună cu o piesă de prindere 5, fixează un circuit imprimat 6, pe care sunt montați doi senzori optici (optocuploare) ce sunt conectați într-un circuit de formare a impulsurilor 7.

Fig. 1.15. Secțiune transversală printr-o sondă traductor.

Subansamblul lagăr 2 (fig. 1.16), conține un ax 8, pe care este fixat un antrenor 9, printr-un șplint elastic 11, de axul 8 fiind fixat și un disc cu fante 10.

Fig. 1.16. Secțiune transversală printr-un subansamblu lagăr.

Discul cu fante 10 (fig. 1.17), are un număr de opt fante. Atât fantele cât și dinții (plinul) sunt de aceeași formă și dimensiuni.

Discul cu fante 10 se rotește o dată cu axul 8, antrenat de osie prin intermediul antrenorului 9, în spațiul activ al senzorilor optici ai circuitului imprimat 6, care, împreună cu circuitul electric 7, realizează două semnale independente de tipul „tren de impulsuri”, care sunt preluate și prelucrate de postul central PC.

Cei doi senzori optici, formați din două diode electroluminiscente LED1 și LED2, și din doi fototranzistori FT1 și FT2 (fig. 1.18), sunt montați astfel încât decalajul dintre ei să fie de o jumătate de dinte, iar faptul că discul cu fante 10 are lățimea dintelui egală cu cea a fantei permite ca, atunci când unul din senzori se află în dreptul muchiei unui dinte, celălalt senzor optic să se găsească ori în mijlocul unui dinte ori în mijlocul unei fante, în funcție de sensul de rotație. Acest fapt permite detectarea sensului real de deplasare a vehiculului (locomotiva se deplasează cu postul I sau cu postul II în față).

Fig. 1.17. Schema discului cu fante.

Fig. 1.18. Schema electronică, de principiu, a două canale pentru măsurarea turației.

Circuitul electronic 7 (fig. 1.18), care generează cele două semnale de impulsuri independente, cu ajutorul cărora se măsoară turația și se detectează sensul de mers, conține rezistoarele R1, R2, R3, respectiv R4, R5, R6, astfel dimensionate, încât la funcționare normală, tensiunea de ieșire să basculeze în domeniul V+/3, dacă fototranzistorul FT1, respectiv FT2 este saturat, adică în lumină și 2V+/3 dacă fototranzistorul FT1, respectiv FT2 este blocat, adică în întuneric. Acest semnal este comparat cu valoarea sa medie de către un comparator U1, respectiv U4, în scopul obținerii unui semnal util de turație N1, respectiv N2.

În cazul în care ieșirile traductorului TTF sunt conectate la masă sau în scurtcircuit, tensiunea de ieșire a traductorului TTF se apropie de zero, fapt sesizat de un al doilea comparator U2, respectiv U5.

În cazul în care una din conexiunile traductorului se întrerupe, prin rezistorul R3, respectiv R6, nu mai circulă curent, și tensiunea de ieșire a traductorului se apropie de V+, fapt sesizat de un al treilea comparator U3, respectiv U6. Pe iesirile comparatoarelor U2 și U3 apare o altă tensiune de defect TD2.

Semnalele de turație N1 și N2 atacă intrările D și CLK ale unui circuit integrat U7 (circuit basculant bistabil de tip D), pe a cărui ieșire Q se obține o informație de sens SENS.

Postul central PC, corespunzător primei variante constructive, este amplasat pe vehicul într-o poziție în care este accesibil atât personalului de exploatare, cât și personalului de întreținere. În cazul variantei fără post central, elementele sale sunt amplasate în aparatul indicator/înregistrator INR și în aparatul indicator IND.

Postul central PC îndeplineste următoarele funcții:

– Funcții de măsurare:

– măsoară viteza de deplasare a vehiculului, pe baza semnalului de frecvență generat de traductorul TTF și tinând cont de diamterul roții și de numărul de impulsuri generate pe o tură de către traductor;

– măsoară timpul prin folosirea ceasului său de timp real;

– contorizează kilometrii parcurși prin numărarea impulsurilor generate de traductorul TTF;

– Funcții de afișare:

– transmite, spre aparatele indicatoare, un semnal serial, care conține informațiile referito are la viteză și oră;

– afișează pe display-ul său local, atunci când vehiculul este în mișcare, valoarea vitezei și a orei.

– Funcții de setare/programare:

– permite setarea valorilor parametrilor caracteristici vehiculului (diametru roată, număr vehicul, cod depou), cu ajutorul unui calculator conectat pe serială; aceste valori sunt memorate în memoria EEPROM EEP, împreună cu sumele de control ale software-ului, ce sunt verificate în interdependență, pentru a controla dacă diametrul programat corespunde tipului vehiculului identificat prin numărul său;

– permite setarea parametrilor cursei (numărul trenului, tonajul trenului, numărul de osii, codurile mecanicilor) de către personalul de exploatare, cu ajutorul tastaturii și al afișajului local, atunci când vehiculul staționează.

– Funcții de înregistrare:

– înregistrează viteza, timpul, spațiul, sensul de deplasare și starea unor intrări numerice din vehicul;

– înregistrează parametrii vehiculului și parametrii cursei.

– Funcții de control:

– acționează contacte de releu în funcție de viteza de deplasare, cu histerezis;

– acționează contacte de releu la intervale egale de spațiu parcurs, cu posibilitatea activării lor în funcție de viteză.

– Funcții de diagnoză:

– monitorizează starea circuitelor traductorului și, în cazul defectării unui canal, comută măsurarea pe canalul valid, cu semnalizarea acestei situații;

– afișează un mesaj de atenționare, în situația în care memoria de date este încărctă peste un nivel prestabilit;

– monitorizează starea bateriei cu litiu, ce alimentează memoria și ceasul de timp real, și semnalizează scăderea tensiunii sub nivelul ce necesită înlocuirea bateriei;

– verifică integritatea datelor înscrise în memoria program cu ajutorul unei sume de control și blochează funcționarea instalației, cu afișarea unui mesaj de eroare;

– verifică corectitudinea parametrilor vehiculului (diametrul roții, numărul vehiculului) prin sume de control și prin încadrarea valorii diametrului în domeniile admise, în funcție de tipul vehiculului; în cazul în care există o eroare semnalată de suma de control, sau o nepotrivire între diametru și tipul vehiculului, este afișat un mesaj de atenționare, și măsurarea vitezei se face pe baza diametrului mediu ce corespunde tipului vehiculului.

Constructiv, postul central PC are ca element principal un microcontroler C, prevăzut cu timere, canale seriale, intrări și ieșiri numerice IN, ISR, afișaj A și tastatură locală T, ceas de timp real CI, memorie EEPROM EEP și EP pentru constante și memorie nevolatilă MN de tip RAMCMOS, cu baterie sau FLASHEPROM, organizată în „memorie lungă” și „memorie scurtă”, pentru datele înregistrate.

Indicatoarele IND I și IND II sunt amplasate în posturile de conducere și realizează afișarea vitezei sub formă numerică și analogică, și a orei și a minutului, sub formă numerică, într-o formă care permite ca citirea informațiilor să se facă fără efort atât în condiții de iluminare exterioară, cât și în întuneric.

Afișarea sub formă analogică este realizată prin folosirea unor motoare pas-cu-pas. Această soluție se caracterizează printr-o precizie și fiabilitate ridicată și elimină folosirea elementelor analogice.

Conectarea indicatorului IND I sau IND II cu postul central PC se face cu trei conductoare, fapt ce simplifică activitatea de cablare pe locomotivă, la instalarea vitezografului.

Elementul principal al indicatorului IND I sau IND II (fig. 1.19), îl constituie un microcontroler care realizează recepția serială a datelor, afișarea pe elemente cu șapte segmente a informațiilor de viteză și oră (17) și acționarea unui motor pas-cu-pas (12), astfel încât un ac indicator (16), montat pe axul acestuia, să indice viteza de deplasare, prin citirea poziției în raport cu diviziunile inscripționate și numerotate ale unui cadran (14). Poziționarea pe zero a acului indicator se face la conectarea alimentării și la fiecare oprire, cu ajutorul unui senzor optic (13), amplasat sub cadran, care este obturat de un ac de zero (15), ce este solidar cu axul motorului pas-cu-pas (12) și poziționat la 180o față de acul indicator (16), astfel încât, la obturarea senzorului, acul indicator (16) se poziționează pe diviziunea zero a cadranului.

În cazul în care, într-un anumit interval de timp, acul indicator (16) nu se poate poziționa pe zero, microcontrolerul abandonează comanda motorului pas-cu-pas, dar păstrează afișajul numeric în funcțiune, permițând conducerea vehiculului până la depanarea indicatorului.

Cadranul aparatului indicator este realizat dintr-un material translucid, iluminarea sa pe timp de noapte făcându-se prin transmisie, cu ajutorul unor LED-uri amplasate în spatele său.

Reglajul intensității afișajului numeric și al iluminatului cadranului se realizează digital, prin modificarea factorului de umplere a tensiunii aplicate acestor LED-uri.

Toate informațiile primite de la traductorul de turație TTF, precum și cele venite de la ceasul intern CI sau de la tastatura T sunt stocate în memoria nevolatilă MN. Aceasta este împarțită în două sectoare:

-memoria de scurtă durată, care este o memorie de rezoluție mare, rezoluție ce corespunde generării unui impuls de către traductor. Împreună cu viteza, este memorată starea intrărilor numerice, dacă cel puțin una din ele și-a schimbat starea de la ultima înscriere. Memoria de scurtă durată este utilă în cazul evenimentelor, ea permitând reconstituirea cu fidelitate a ultimilor kilometri parcurși înainte de accident, facilitate ce nu este oferită de vitezografele electromecanice;

-periodic, la intervale mai mari, de exemplu la fiecare o sută de eșantionane înscrise în memoria scurtă, se înscrie valoarea vitezei și în memoria lungă (operațională), împreună cu valorile intrărilor numerice dacă acestea au basculat de la ultima înscriere, chiar dacă ele au revenit la starea inițială. Memoria lungă este o memorie de mare capacitate, ce permite reconstituirea deplasării vehiculului pe distanțe mari (mii de kilometri).

Fig. 1.19. Indicatorul de viteză.

Cele două memorii sunt organizate sub formă de buffer circular (primul intrat-primul ieșit), astfel încât scrierea datelor se face cu pierderea celor mai vechi date.

În cazul în care volumul datelor înscrise în memoria lungă depășește un prag prestabilit este afișat un mesaj de atenționare și este basculată starea uneia dintre intrările numerice pentru a se înregistra faptul că personalul de întreținere a fost avizat.

La oprirea vehiculului este înregistrată în ambele memorii ora la care aceasta a avut loc. La pornire, sunt înregistrate alături de oră, și datele referitoare la vehicul și cursă. Valorile parametrilor (diametru roții, numărul vehiculului, codul depoului) sunt setate de către personalul de întreținere din depou, cu ajutorul unui calculator. Parametrii cursei (număr tren, număr osii, tonaj tren) sunt actualizați de către personalul de exploatare a vehiculului, în staționare, utilizând afișajul și tastatura locală a vitezografului.

Spre deosebire de instalațiile similare care efectuează înregistrarea vitezei fie la intervale egale de spațiu (oră, înregistrarea timpului), fie la intervale egale de timp (fără înregistrarea spațiului), fie la modificarea vitezei cu un prag prestabilit (diagramele obținute în aceasta situație sunt simplificate și nu oferă multe informații, deoarece este nevoie să se aleagă o valoare mare pentru pragul diferență de viteză pentru a avea o capacitate de memorare similară cu celelalte două metode), metoda de înregistrare utilizată realizează memorarea cu fidelitate atât a spațiului cât și a timpului. În cadrul ei, înregistrarea spațiului se face implicit, eșantioanele fiind înscrise la intervale egale de spațiu, determinate de diametrul roții. Înregistrarea timpului se face prin calcularea sa într-un mod identic cu cel efectuat de programul de analiză (timp=spațiu[virgulă mobilă]/[viteză întreg]) și compararea lui cu valoarea adevărată, citită de la ceasul de timp real. În cazul în care diferența dintre ele depășește un prag de eroare stabilit, are loc înscrierea în memorie a valorii timpului. Aceste înscrieri de corectare se realizează dinamic, mai rar la viteze mari și mai des la viteze mici, unde, datorită reprezentării în format întreg/virgulă fixă a vitezei, erorile de determinare a timpului sunt mai mari.

La intrările numerice se transmit informații de la alte instalații (influențele de 1000 Hz, 2000 Hz și 500 Hz de la instalația INDUSI, acționarea butonului ATENȚIE, conectarea sau deconectarea locomotivei etc.).

Vitezograful înregistrează aceste date în memoria nevolatilă, le interpretează conform prescripțiilor și transmite acestor instalații comenzi de lucru, prin acționarea unor contacte de releu în funcție deviteză sau spațiu.

Contactele limită de viteză sunt acționate cu histerezis, pentru a se evita apariția oscilațiilor în zonele de basculare. Vitezograful este prevăzut și cu contacte care sunt acționate în funcție de spațiul parcurs, pe durate și intervale programabile de la tastatura locală. Un contact de acest tip este utilizat pentru instalația de ungere a buzelor roților, acționarea sa fiind inhibată la viteze mici, pentru a se evita patinările la demaraje.

Transferarea datelor înregistrate de vitezograf se face printr-o interfață serială, utilizând un protocol de comunicație serială. Transferul, analiza și memorarea datelor înregistrate de vitezograf se face cu ajutorul unui calculator PC, pe care lucrează un program ce este livrat de producător o dată cu fiecare produs.

Programul de analiză a datelor înregisistrate permite transferul datelor de la vitezograf sau unitate de transfer, încărcarea fișierelor deja existente, analiza și salvarea lor. Este posibilă căutarea automată a depășirilor de viteză și a basculării unor semnale numerice (de exemplu frânări de urgență datorate sistemelor de siguranță INDUSI, DSV).

În fig.1.20 este prezentat modul de analiza a datelor. O curba de viteză CV prezintă evoluția vitezei în funcție de spațiu în Km.

Cu ajutorul a două cursoare C1 și C2, se face analiza curbei de viteză CV. Într-un bloc de date cursor DC1, sunt afișate datele din dreptul cursorului C1 și anume: spațiul (kilometrul), data, ora.

Într-un bloc de date, ca diferență cursoare DDC sunt afișate diferențele dintre datele de la cursorul C2 și cele de la cursorul C1 astfel: diferența de spațiu, diferența de timp.

Într-un bloc de date opriri-porniri DOP, sunt tipărite datele referitoare la data și ora ultimei opriri și ultimei plecări a trenului dinaintea cursorului C1.

Într-un bloc de date intrări numerice DIN, se afișează evoluția intrărilor numerice ale căror nume sunt cele tipărite într-un bloc de nume intrări BNI. Într-un bloc de date generale DG sunt tipărite datele generale legate de utilizatorul instalației: numărul trenului, tonajul trenului, numărul de osii, codurile mecanicilor și ale ajutorului, numărul locomotivei, diametrul roții pe care este montat traductorul, codul depoului, codul programatorului.

Tot în acest bloc DG, la partea superioară, se afișează permanent valoarea vitezei Km/h de la cursorul C1.

Pe imagine mai apar, la partea superioară, numele firmei producătoare și datele legate de fișierul de date: nume fișier, lungime fișier, seria instalației de viteză, codul programatorului, data și ora instalației de viteză în momentul transferului, data și ora calculatorului în momentul transferului.

Fig. 1.20. Diagrama de analiză a datelor.

Imaginea se poate lungi sau micșora în spațiu. Factorul de mărire este afișat la partea de jos a imaginii: SCARA (1…99). Tot la partea de jos a pozei este afișată tasta pentru Help-ul de utilizare a programului de analiză și factorul de deplasare a cursoarelor.

În fig. 1.21 este prezentată memoria scurtă (memoria de accident). Modul de prezentare este același de la memoria lungă, cu diferența că rezoluția este mult mai mare.

Fig. 1.21. Diagrama de prezentare a memoriei scurte.

Dacă la memoria lungă deplasarea cursorului se face din minimum 30 Km în 30 Km, la memoria scurtă, această deplasare este din jumătate în jumătate de metru.

Avantajele acestei instalații sunt:

crește precizia de măsurare;

crește fiabilitatea;

reducerea și simplificarea activității de întreținere și depanare;

eliminarea utilizării materialelor consumabile pe durata exploatării;

reconfigurarea ușoară a parametrilor ce caracterizează funcționarea instalației în funcție de cerințele beneficiarilor;

prelucrarea simplă a datelor;

căutarea automată a depășirilor de viteză sau a basculării unor intrări numerice;

nu necesită calculator portabil pentru transferul datelor;

realizarea reconstituirii parcursului este precisă și simplă, iar riscul apariției unor erori de interpretare este extrem de scăzut.

Acesta a fost nivelul maxim atins în monitorizarea câtorva parametri ai vehiculelor de transport, considerați de importanță sporită în asigurarea siguraneței circulației, în condițiile în care schimbările de la bordul acestora au fost minime. Generalizarea utilizării sistemelor numerice complexe cu ocazia modernizării acestor vehicule a creat premizele monitorizării a sute de parametri pe perioade foarte lungi de timp.

3. PROPUNERI PRIVIND MODERNIZAREA METODELOR ȘI ECHIPAMENTELOR PENTRU MONITORIZAREA VEHICULELOR DE TRANSPORT

Monitorizarea vehiculelor feroviare de transport a fost posibilă o dată cu integrarea sistemelor numerice în structura acestora. Chiar dacă nu s-a schimabat soluția clasică de reglare a puterii în regim de tracțiune, sistemele numerice au permis renunțarea la un număr foarte important de relee intermediare, renunțarea la diverse module electronice individuale realizate cu componente electronice discrete.

3.1. STRUCTURA UNUI SISTEM PENTRU MONITORIZAREA VEHICULELOR DE TRANSPORT

Structura propusă pentru sistemul de monitorizare, stocarea și transmiterea informațiilor referitoare la funcționarea vehiculelor de tracțiune feroviară [8] conține o unitate de calcul care achiziționează informațiile privind funcționarea vehiculelor de tracțiune feroviară, le prelucrează, le stochează, le transmite local în cele două posturi de conducere a locomotivei și la distanță.

Utilizarea unui asemenea sistem este argumentată de următoarele avantaje:

– valorile parametrilor funcționali sunt afișate în cele două posturi de conducere, succesiv sau simultan, putând fi urmărite ușor în timpul conducerii locomotivei;

– afișarea se face într-un câmp vizual restrâns, ceea ce îi permite mecanicului să urmărească, să interpreteze și să reacționeze corespunzător, fără solicitări obositoare;

– afișarea se face pe un display grafic sub formă numerică și "analogică simulată" asigurându-se simultan o citire foarte precisă (forma numerică) și apreciere calitativă (forma analogică) în raport cu limitele admise;

– afișarea se face pe "ecrane"cu nivele de prioritate diferită, în funcție de importanța mărimilor monitorizate;

– afișarea se face pe un display grafic, cu reglaj automat și manual al intensității luminoase în funcție de iluminatul exterior și percepția mecanicului, obținându-se creșterea indicelui de confort;

– deoarece informațiile vehiculate în sistem sunt memorate într-o meomorie flash, se poate reconstitui istoria evenimentelor până la apariția regimurilor de avarie;

– permite "ghidarea" personalului de întreținere în identificarea cauzelor care au condus la apariția unui defect;

– este posibilă deblocarea protecțiilor activate din postul de conducere fără deplasarea mecanicului în compartimentul "sala mașinilor";

– permite transmiterea informațiilor memorate către un alt echipament numeric pentru analiza comparativă, stocare, listare în vederea elaborării de statistici pe tipuri de defecte, regimuri de funcționare, diagnoză, putându-se analiza gradul de uzură al unora dintre componentele locomotivei (rulmenți, cuzineți, segmenți etc);

– este un sistem flexibil care permite conectarea cu alte echipamente numerice existente pe locomotivă sau montate ulterior;

– elimină decalajele de timp, obiective sau subiective, prin sincronizarea ceasului propriu cu ceasul de timp universal, prin utilizarea unui modul GPS;

– determină poziția geografică, respectiv viteza de deplasare prin utilizarea unui modul GPS;

– mecanicul este informat în permanență despre poziția geografică a locomotivei, spațiul care a mai rămas de parcurs până la următoarea stație, următorul reper etc., a timpului necesar pentru parcurgerea acestui spațiu, în funcție de viteza reală de deplasare, asigurându-se astfel echilibrarea regimului de mers;

– permite avertizarea sonoră și informarea în clar a mecanicului privind evenimentele legate de funcționarea locomotivei, manevrele care trebuie efectuate obținându-se creșterea gradului de securitate la conducerea locomotivei;

– asigură transmiterea la distanță a tuturor informațiilor vehiculate în sistem către dispecerat, prin intermediul unui modul GSM, obținându-se date despre funcționarea locomotivei (regim de deplasare, poziție, activarea protecțiilor, valorile parametrilor funcționali).

Sistemul pentru monitorizarea, stocarea și transmiterea informațiilor referitoare la funcționarea vehiculelor de tracțiune feroviară (fig.2.1) se compune dintr-o unitate centrală (A) și două module identice (B), cu rol principal de afișare, plasate fiecare în câte un post de conducere.

Unitatea centrală (A) primește informații referitoare la funcționarea locomotivei, timp universal, poziția geografică, le prelucrează, ia decizii în funcție de rezultatul prelucrării și transmite informațiile către elementele de execuție din locomotivă, respective către blocurile (B).

Unitatea centrală (A) se compune dintr-o unitate de calcul (1), un modul al intrărilor numerice (2), un modul al intrărilor analogice (3), un modul de ieșiri numerice (4), un modul de comunicație serială (5), un modul GSM (6), un modul GPS (7) și un bloc de alimentare (8).

Modulul intrărilor numerice (2) primește semnale de tipul "totul sau nimic" (10) care oferă informații privind starea de funcționare (pornit, oprit, treapta de demaraj, protecție activată) a elementelor de execuție și protecție.

Modulul intrărilor analogice (3) primește semnale unificate (9) de curent sau tensiune care oferă informații privind valorile parametrilor funcționali de tip tensiune, curent, presiune, temperatură, viteză, frecvență.

Modulul ieșirilor numerice (4) asigură transmiterea pe magistrala (11) a deciziilor luate de unitatea centrală (1) către elementele de execuție de pe locomotivă (aducere motor diesel la mers în gol, oprire motor diesel, frânare ușoară, nisipare, deconectare disjunctor, limitarea curentului prin motoarele de tracțiune).

Modulul de comunicație serială (5) asigură comunicarea bidirecțională cu cele două module identice (B), prin magistralele (12) și (13), iar prin magistrala (14) și cu alte echipamente periferice numerice (15).

Modulul GSM (6) permite interconectarea sistemului cu dispeceratul pentru transmiterea la distanță, prin radio, a informațiilor referitoare la funcționarea locomotivei, poziția geografică a acesteia respectiv funcționarea sistemului de monitorizare.

Modulul GPS (7) permite recepționarea informațiilor privind timpul universal și poziția geografică.

Modulul de alimentare (8) asigură tensiunile de alimentare necesare pentru funcționarea modulelor din componența unității centrale (A).

Blocurile identice (B) au rol de afișare, memorare informații, comunicare cu unitatea centrală (A) și dialog minimal cu mecanicul locomotivei.

Blocul (B) se compune din unitatea de calcul proprie (16), modulul de afișare grafică (17), modulul vocal (18), tastatura (19), memoria flash (20), sursa de alimentare locală (21), portul serial USB sau infraroșu (22) și senzorul de lumina (23).

Unitatea de calcul proprie (16) prelucrează informația primită pe magistrala de semnal (12) sau (13) de la unitatea centrală (A) și o transmite către modulul de afișare grafică (17), către modulul vocal (18) și către memoria flash (20) pentru stocarea acesteia.

Modulul de afișare grafică (17) prezintă sub formă grafică informațiile analogice și numerice primite de la unitatea centrală (A). Afișarea se face prin intermediul unor meniuri derulante (ajutor, stare intrări, stare ieșiri, valorile parametrilor principali și auxiliari).

Fig. 2.1. Structura sistemului pentru monitorizarea, stocarea și transmiterea informațiilor referitoare la funcționarea vehiculelor de tracțiune feroviară.

Modulul vocal (18) transmiste semnale și mesaje sonore pentru avertizarea și informarea în clar a mecanicului de locomotivă referitoare la regimul de funcționare al vehiculului.

Tastatura (19) are funcții multiple și permite mecanicului un dialog cu sistemul de monitorizare pentru reglarea intensității luminoase a display-ului, nivelul sonor al difuzorului, derularea meniurilor, diagnoză, ajutor, confirmarea recepționării informațiilor.

Memoria flash (20) asigură stocarea informațiilor vehiculate de sistem.

Descărcarea datelor se face printr-un port serial (22) USB sau infraroșu.

Pentru reglarea automată a intensității luminoase a modulului de afișare grafică (17) este prevăzut un traductor de flux luminos (23).

Pornind de la sistemul prezentat, acesta poate fi particularizat, în forme mai mult sau mai puțin modulare, în funcție de particularitățile clasei din care face parte vehiculul feroviar respectiv.

În cele ce urmează vor fi prezentate două forme de realizare a structurii mai sus expuse.

3.2 MONITORIZAREA VEHICULELOR CLASICE

3.2.1. Stabilirea tipului și domeniilor semnalelor

La aceste tipuri de vehicule a fost păstrată soluția clasică de reglare a puterii, elementul central fiind reprezentat de un ansablu mecanic complex care realizează reglarea tensiunii de alimentare a motoarelor de tracțiune prin comutarea prizelor unui transformator pe partea de înaltă tensiune.

În continuare se vor face referiri la locomotiva electrică de 3400 KW – BoBo, modelul de 5100 KW – CoCo fiind caracterizat prin două motoare de tracțiune suplimentare.

Semnalele analogice achiziționate sunt:

curenții de tracțiune pentru cele patru motoare, I1, I2, I3 și I4, măsurați prin intermediul unor transformatoare de curent 2000 A / 5 A;

curent servicii auxiliare, ISA – transformator de curent 1000 A / 5 A;

curent încălzire tren, IIT – transformator de curent 600 A / 5A;

tensiune în linia de contact UCAT- transformatoare de tensiune 950 V / 115 V, 115 V / 12 V;

tensiune baterii de acumulatori, UBAT ;

curent încărcare baterii de acumulatori IBAT – transformator de curent 50 A/ 25 mA ;

poziție graduator.

Intrările numerice achiziționează semnale cu amplitudinea între 70 V și 140 V. Există 14 intrări numerice cu deconectare instantanee de la linia de alimentare, printre acestea numărându-se punere la masă motor de tracținue 1, 2, 3 sau 4, suprasarcină motor de tracține 1,2,3 sau 4, suprasarcină servicii auxiliare, suprasarcină încălzire tren etc.

Sunt achiziționate 40 de semnale de intrare, fară deconectare instanatee, cum ar fi de exemplu izolat motor de tracțiune 1, 2, 3 sau 4, avarie ventilație motor de tracțiune 1,2,3 sau 4, disjunctor conectat, releu presiune ventilație grupa de tracțiune 1,2,3 sau 4 etc.

Deși calclulatorul de bord asigură un nivel de protecții software, totuși s-a optat pentru păstrarea releelor electromagnetice de protecție pe circuitul maximal al curenților prin motoarele de tracțiune, serviciilor auxiliare sau încăzire tren.

Ieșirile sunt niste contacte de releu de 8 A. Astfel se dau 10 comenzi posibile: antipatinare treapta 1, antipatinare treapta 2, reglare tensiune motoare de tracțiune la scăderea tensiunii în linia de contact, reglare tensiune motoare de tracțiune la creștere tensiunii în linia de contact, blocare creștere graduator etc.

După stabilirea tipului și domeniilor semnalelor prelucrate urmează detalierea celor două componente de bază care permit monitorizarea vehiculelor de transport, și anume unitățile de afișare și memorare, respectiv sistemul central de achiziție.

3.2.2. Structura unităților de afișare și memorare

Deși există multe posibilități de materializare a modulelor B1 și B2 (fig.2.1), soluția adoptată are ca element central un calculator electronic dedicat, de tip PC/104, proiectat în gamă industrială de temperatură (fig. 2.2). Acesta este echipat cu un procesor cu frecvența de 466Mhz la un consum de 0,9 W, o placă video încorporată compatibilă atât CRT cât și LCD la rezoluții de până la 1024×768, memorie RAM – 256 Mb de tip SDRAM, placă de sunet compatibilă WDM, conector tastatura și mouse PS/2. Comunicația se realizează prin intermediul fie al celor două plăci de rețea National Semiconductor MacPhyter de tip 10/100 Base-TX, fie prin intermediul celor două porturi seriale de tip RS232. Calculatorul mai dispune de 2 porturi USB (un port USB1.1 și un port USB2.0), o interfață IrDA, o interfață paralelă de tip LPT1 și posibilitatea atașării unei unități Floppy Disk .

Ca metodă de stocare calculatorul are la dispoziție fie interfața IDE de tip EIDE Ultra DMA-66, fie conectorul CF pentru memorii Compact Flash de tip I sau II.

Operatorul are la dispoziție o tastatură formată din trei butone cu autoiluminare. Mesajele vocale generate sunt aplificate și redate cu ajutorul unui amplificator de audiofrecvență din cadrul interfeței și a unui difuzor.

Sistemul de operare ales pentru calculatorul electronic dedicat este Windows XP Embeded.

Programul specific a fost scris în limbajul C, fiind optimizat pentru viteză mare de execuție. Grafica a fost realizată având la dipoziție un set de module ale programului IOCOMP.

Prezenta unui calculator electronic dedicat pe care rulează un sistem de operare complex a impus utilizarea unui acumulator, astfel incat sa fie posibilă oprirea ansamblului în condiții de siguranță.

Modulul de interfață mai asigură separarea galvanică a semnalelor vehiculate, monitorizarea acumulatorului, adaprarea RS232-RS485 a semnalelor schimbate cu sistemul central de achiziție, ventilația microprocesorului care echipează calculatorul electronic dedicat.

Unitatea de afișare și memorare astfel concepută este caracterizată printr-o capacitate foarte mare de memorare, prezintă sub formă grafică sugestivă starea vehiculului și permite mecanicului să reseteze avariile apărute fără să părăsească postul de conducere.

Fig. 2.2. Structura unei unități de afișare și memorare din postul de conducere.

3.2.3. Sistemul central de achiziție

Sistemul central de achiziție este format dintr-un modul complex de achiziție și prelucrare date, un modul de intrări digitale, un bloc de ieșiri cu contacte de releu și o sursă de tensiune.

Modulul complex de achitiție și prelucrare date (fig. 2.3) asigură:

scanare a patru curenți corespunzători motoarelor de tracțiune;

scanarea curentului absorbit de serviciile auxiliare;

scanarea curentului aferent circuitelor de încălzire a trenului;

achiziția curentului de încărcare a bateriei de acumulatori;

citirea tensiunii în linia de contact;

scanarea tensiunii de alimentare a serviciilor auxiliare;

achiziția tensiunii de la bornele bateriei de acumulatori;

citirea pozitiei graduatorului;

interfața de tip RS485 cu cele două unități de afișare și memorare din posturile de conducere;

magistrală pentru comanda blocului de ieșire cu contacte de releu;

magistrala de adrese și cea de intrare pentru scanarea modulului de intrări digitale.

Fig. 2.3. Schema bloc a modulului complex de achiziție și prelucrare date.

Izolarea galvanică este asigurată la nivelul transformatoarelor de curent sau de tensiune. Poziția graduatorul este recepționată sub formă de semnal analogic, 4 – 20 mA. Este transformată în tensiune prin intermediul blocului I/U și aplicată unui convertor analog-numeric. Microcontrolerul scanează serial acest convertor prin intermediul unei bariere de separare galvanică. O altă barieră galvanică se întâlnește între microcontroler și driverele RS 485.

Primele șase canale au o structură identică, fiind formate dintr-un transformator de curent, un convertor care transformă semnalul cu variație sinusoidală într-un semnal cu variație continuă. Ultimul bloc este reprezentat de un amplificator.

Canalul cu numărul 8 nu conține convertorul true RMS/DC, rezultatul obținut trebuind să pună în evidență regimul de încărcare sau de descărcare al bateriei.

Canalele 8 și 9 au o structură identică primelor, singura deosebire fiind reprezentată de transformatoarele de tensiune care le înlocuiesc pe cele de curent.

Canalul numarul 10 este asemănător canalului 7, transformatorul de curent fiind înlocuit cu unul de tensiune.

Achiziționarea celor zece semnale analogice este făcută prin intermediul unui multiplexor și a unui convertor analog-numeric. Microcontrolerul interacționează cu blocul de relee prin intermediul magistralei de comandă. Scanarea modulului de intrări digitale se realizează cu ajutorul magistralelor de selecții și de intrări.

Magistralele RS485-1 și RS485-2 permit interconectarea modulului complex de achiziție și prelucrare date cu modulele de afișare și memorare din cele două posturi de conducere.

Modulul de intrări digitale (fig. 2.4) este capabil sa achiziționeze 40 de semnale digitale fără deconectarea vehiculului și 14 semnale care prin activare determină deconectarea rapidă de la rețeaua de alimentare. Intrările cu deconectare sosesc de la releele maximale incluse în circuitele de protecție ale motoarelor de tracțiune, serviciilor auxiliare sau ale circuitului de încălzire tren.

Modulul este alcătuit din șapte grupe de intrări accesate succesiv prin intermediul unei magistrale de adrese și a unui decodificator. La rândul său, fiecare grupă este formată din opt canale, excepție făcând ultima care conține numai șase canale. Un canal este format dintr-un bloc de intrare și un optocuplor, asigurându-se astfel adaptarea din punct de vedere energetic, filtrarea și izolarea galvanică a semnalelor de intrare. Primele cinci grupe au o structură identică, facilitând achiziționarea a 40 de semnale de intrare fără deconectarea vehiculului de la rețeaua de alimentare. Grupele șase și sapte au în plus un circuit sumator format din câte o diodă pentru fiecare canal de achiziție. Apariția unei tensiuni pe oricare din intrările In41-In54 are ca efect potențializarea ieșirii deconectare. Achiziționarea acestor intrări permite identificarea și memorarea cauzei care a determinat deconectarea vehiculului de la rețea (deconectare provocată de obicei de anumite probleme tehnice).

Blocul de ieșire cu contacte de tip releu (fig. 2.5) are în componență zece relee comandate prin intermediul unor drivere direct printr-o magistrala de comandă dedicată.

Fig. 2.7. Schema bloc a modulului de intrări digitale fără deconectarea vehiculului de la rețeaua de alimentare.

Sursa de tensiune (fig. 2.6) utilizată la alimentarea modulelor componente, furnizeză un set de tensiuni, neseparate galvanic, de +15 V, -15V, +12 V și +5 V. Din tensiunea de +12 V, prin intermediul unor surse DC/DC integrate se obțin două tensiuni de +5 V separate galvanic, folosite la alimentarea circuitului de scanare a poziției graduatorului și a blocului de comunicație serială (fig.2.3).

Separările galvanice au ca principal scop minimizărea efectelor zgomotelor electromagnetice asupra microcontrolerului din structura modulului complex de achiziție și prelucrare date, de stabilitatea acestuia depinzând direct buna funcționare a vehiculului.

Fig 2.5. Structura blocului de ieșire cu contacte de tip releu.

Fig. 2.6. Schema bloc a sursei de alimentare.

Numărul relativ redus de semnale analogice sau digitale procesate, precum și cele numai câteva comenzi sintetizate au permis utilizarea pentru sistemul central de achiziție a unei structuri relativ condensate, materializată în numai patru module funcționale importante.

3.3. MONITORIZAREA VEHICULELOR CU CONTROL

CONTINUU AL TRACȚIUNII

3.3.1. Resursele necesare sistemului de achiziție

Unitățile de afișare și memorare pentru monitorizarea acestor tipuri de vehicule sunt identice cu cele prezentate la pct. 2.2.2, diferențele manifestându-se numai la nivel software.

Un sistem central pentru monitorizarea locomotivelor electrice cu control continuu al tracțiunii trebuie sa fie capabil sa achiziționeze un număr mare de semnale digitale și analogice. De asemenea, trebuie conțină un număr important de ieșiri de tip releu.

Un asemenea sistem, utilizat pentru locomotivele de 5 100 kW, poate asigura condițiile impuse numai dacă are în componentă:

16 intrări numerice rapide;

192 intrări digitale;

48 ieșiri de tip releu;

19 intrări de tip analogic de curent continuu;

3 intrări de tip analogic de curent alternativ;

6 intrări numerice ultrarapide.

Aceste resurse sunt distribuite pe mai multe module, o prezentare succintă a acestora facându-se în cele ce urmează.

3.3.2. Modulul de intrări numerice

Modulul de intrări numerice (fig. 2.7) are o structura asemănătoare celui din cadrul sistemului central de achiziție aferent vehiculelor fără control continuu al tracțiunii (fig. 2.4). Deosebirea constă în faptul ca acesta poate achiziționa numai 32 de semnale digitale și nu este posibilă obținerea unui semnal de deconectare a vehiculului de la rețeaua de alimentare. Pentru a asigura cele 132 de intrări este nevoie de șase asemenea module.

Fig. 2.7. Schema bloc a modulului de intrări digitale fără deconectarea vehiculului de la rețeaua de alimentare.

3.3.3. Modulul de intrări numerice rapide

Posibilitatea de deconectare a vehiculului de la rețea atunci când se activează un semnal digital este oferită de modulul de intrări numerice rapide (fig. 2.8). Spre deosebire de celelalte intrări, acestea trebuie să aibă o filtrare mai slabă la nivelul blocului de adaptare deoarece semnalele sosite de la relele maximale de curent, spre exemplu, sunt de foarte scurtă durată iar o filtrare prea mare riscă să aibă ca efect pierderea acestor semnale, deci nemonitorizarea sursei care a determinat deconecatrea vehiculului. O filtrare prea mică poate avea ca efect apariția unor informații false datorate nivelului foarte mare al perturbațiilor electromagnetice de la bordul acestor vehicule.

Fig. 2.8. Schema bloc a modulului de intrări digitale cu deconectarea vehiculului de la rețeaua de alimentare.

3.3.4. Blocul de ieșiri cu contacte de tip releu

Blocul de ieșiri de tip releu (fig. 2.9) conține 16 relee cu contacte normal deschise, organizate în grupe de câte opt relee. Adresarea oricărei grupe se face prin intermediul magistalei de adrese și a decodificatorului. Magistrala de date permite transferarea comenzilor sintetizate către relee. Comanda directă a releelor este făcută prin intermediul unor drivere specializate.

Cele 48 de ieșiri necesare sunt asigurate de trei asemenea blocuri.

Fig.2.9. Modulul de ieșiri cu contacte de tip releu.

3.3.5. Modul de intrări analogice de curent continuu

Sitemul central de achiziție conține două module de intrări analogice de curent continuu. Unul dintre acestea achiziționează cele șase tensiuni corespunzătoare motoarelor de tracțiune, curentul de excitație aferent primei grupe de motoare, forța de tracțiune și tensiunea la bornele bateriei de acumulatori. Celalalt modul scanează curenții prin cele șase motoare și curenții de excitație corespunzători ultimelor două grupe de tracțiune. Pentu simplificare s-a reprezentat schema bloc pentru un modul care scanează numai tensiunile aferente motoarelor de tracțiune (fig. 2.10).

Un canal de achiziție este format dintr-un bloc de adaptare și un comparator. Semnalul de la ieșirea blocului de adaptare constituie intrare într-un multiplexor. Această structură permite unui microcontroler, prin intermediul unei bariere de separate galvanică, să aleagă semnalul dorit și să-l scaneze prin intermediul unui convertor analog-numeric. Toate ieșirile de comparator se însumează prin intermediul unor diode și, prin intermediul unui bloc de adaptare, merg catre sistemul de deconectare a vehiculului. Toate comparatoarele au aceeași referintă de tensiune al cărei prag se stabilește prin intermediul unui potențiometru. Activarea ieșirii unui comparator este surprinsă de microcontroler prin intermediul barierei de separare galvanică, putând astfel să fie identificată sursa care a provocat deconectarea vehiculului de la linia de alimentare. Informația astfel achiziționată este transferată apoi către modulul numeric central prin intermediul unor magistrale de adrese și date. O asemenea structură permite dublarea protecțiilor software cu unele de natură hardware.

Fig.2.10. Modulul de intrări analogice de curent continuu.

3.3.6. Modul de intrări analogice de curent alternativ

Modulul de intrări analogice de curent alternativ (fig. 2.11) achiziționează în primul rând curenții aferenți serviciilor auxiliare și circuitului de încălzire tren, precum și tensiunea în linia de alimentare. Canalele 1 și 2 au o structură identică fiind formate dintr-un bloc de adaptare și un convertor care transformă un semnal sinusoidal într-un semnal cu variație continuă. Ultima componentă a canalelor o constituie un bloc comparator, fiecare având un prag propriu de activare stabilit prin intermediul a două potențiometre. Al teilea canal este asemănător primelor cu excepția comparatorului care lipsește. Canalele 4, 5 și 6 sunt asemănătoare celor de la modulul de intrări analogice de curent continuu, diferența constând în lipsa comparatorului. Sistemul central de achiziție conține un singur modul de intrări analogice de curent alternativ.

Fig.2.11. Modulul de intrări analogice de curent continuu.

3.3.7. Blocul de prevenire a patinării

Semnalele oferite de senzorii inductivi plasați în reductoarele celor șase osii [12] sunt captate de un microcontroler (fig. 2.12) prin intermediul unui bloc de adaptare și al unor optocuploare. Microcontrolerul măsoară și compară vitezele osiilor apoi, dacă se constată diferențe mari, ia măsura de scădere rapidă a curentului de tracțiune, făcând astfel posibilă ieșirea roților din starea de patinare.

Importanța acestui modul este foarte mare deoarece permite detectarea rapidă și extrem de precisă a momentului în care se inițiază fenomenul de patinare, fapt care are ca urmare luarea unor măsuri de prevenire în timp util.

Prin intermediul magistralelor de date și adrese informația este transmisă către modulul numeric central iar de aici către unitățile de afișare și memorare. De asemenea, blocul de prevenire a patinării recepționează diametrele reale ale roților putând astfel să calculeze vitezele corecte și să asigure un control optim al regimului de patinare. Lucrul cu diametre diferite nu mai obligă la păstrarea unei diferențe minime impuse între grosimea bandajelor acest fapt reflectându-se în micșorarea timpilor de imobilizare a vehiculelor și reducerea cheltuielilor ocazionate de strunjirea bandajelor.

3.3.8. Generatorul de curenți

Curenții de tracțiune sunt considerați extrem de importanți în procesul de conducere a unei locomotive. De aceea s-a optat pentru o prezentare suplimentară a acestora, în afara unităților de afișare și memorare. Soluția aleasă constă în utilizarea a șase miliampermetre magnetoelectrice de 20 mA. Sintetizarea curenților este posibilă prin intermediul generatorului de curenți (fig. 2.13).

Modulul numeric central transmite informațiile de curent prin intermediul magistralelor de date și adrese. Microcontrolerul din generatorul de curenți preia datele și comandă șase ieșiri de tip PWM din structura sa. Semnalele astfel obținute sunt separate galvanic cu ajutorul unor optocuploare apoi sunt prelucrate cu ajutorul unor blocuri integratoare. Un convertor tensiune-curent realizează ultima conversie din cadrul acestui bloc. În scopul asigurării corectei fucționări a sistemului central de achiziție se face o monitorizare a trei tensiuni de alimentare de care este legată funcționarea corectă a intregului sistem.

Fig.2.13. Structura blocului de prevenire a patinării.

3.3.9. Modulul numeric central

Modulul numeric central (fig. 2.14) a fost dezvoltat în jurul unui microcontroler. Structura este extrem de simplă, interconectarea cu magistrala de adrese fiind asigurată de un latch iar cea cu magistrala de date – printr-un buffer bidirecțional la care se controlează direcția de transfer a datelor și starea acestuia.

Multiplexarea semnalelor de comunicație serială Tx și Rx s-a realizat cu ajutorul unei arii logice programabile controlată de semnalele Sel1 și Sel2. Bariera de separare galvanică împiedică propagarea perturbațiilor electromagnetice din locomotivă către microcontroler. Comunicațiile cu cele două unități de afișare și monitorizare sau cu celelalte echipamente de pe locomotivă se realizează în standard RS 485, prin intermediul magistralelor RS485-1, RS485-2 și RS485-3.

Prin intermediul semnalelor Reset și WDI blocul „watchdog” monitorizează corecta funcționare a microcontrolerului.

Fig.2.14. Structura modulului numeric central.

3.3.10. Blocul de alimentare

Blocul de alimentare (fig. 2.15) conține două surse în comutație separate galvanic între ele. Una dintre ele oferă o singură tensiune de +12 V utilizată la alimentarea parții numerice a tuturor modulelor. Aceeași tensiune alimentează cele 48 de relee din structura modulelor de ieșire. Această tensiune se regăseste numai în interiorul calculatorului, calitatea ei determinând gradul de imunitate a sistemului de achiziție împotriva perturbațiilor electromagnetice din locomotivă. Numărul mare de module, reflectat într-un consum important, a impus folosirea pe fiecare modul a unor stabilizatoare parametrice sau în comutație în vederea obținerii tensiunii de +5V necesară funcționării circuitelor numerice.

Cealălaltă sursă din blocul de alimentare furnizează o tensiune de +15 V și alta de -15 V necesare alimentării amplificatoarelor operaționale, a traductoarelor de curent etc. De asemenea, mai este disponibilă și o tensiune de +12 V folosită la alimentarea unui număr redus de relee și la obținerea tensiunii de +5 V. Aceste tensiuni permit conectarea sistemului central de achiziție cu alte echipamente, fiind supusă acțiunii perturbațiilor electromagnetice.

Fig. 2.15. Structura bloculuii de alimentare.

3.4. SISTEME SUPLIMENTARE PENTRU MONITORIZAREA VEHICULELOR CU CONTROL CONTINUU AL TRACȚIUNII

Existența unor structuri electronice cu caracter analogic în componența echipamentelor care concură a funcționarea vehiculelor cu control continuu al tracțiunii, a impus proiectarea unui sistem de achiziție cu număr mare de canale analogice folosite la scanarea informațiilor referitoate la modul de lucru al unor regulatoare electronice, de exemplu, sau la momentul generării unor impulsuri de comandă sincronizate cu rețeaua de alimentare. Datorită zgomotelor mecanice foarte puternice din sala mașinilor, interpretarea datelor achiziționate cu ajutorul unor asciloscoape numerice uzuale este extrem de dificil de efectuat. Pe de altă parte, de cele mai multe ori, osciloscoapele pun la dispoziția utilizatorului doar două intrări digitale. Capacitatea relativ redusă a memoriei disponibile nu permite efectuarea unor memorari pe perioade foarte lungi de timp. Sistemul suplimentar de achiziție propus este capabil să achiziționeze pană la 16 intrări analogice cu o rezoluție de reprezentare de 8 biti (fig. 2.16). Elementul central este reprezentat de un micocontroler capabil să transmită informații și să recepționeze comenzi prin intermediul unei bariere de separare galvanică și a unui driver RS485. La celălalt capăt al rețelei PC se găsește un adaptor RS485 / RS232 conectat la un calculator electronic. Pentru a surprinde starea tuturor intrărilor analogice la un anumit momet s-a evitat utilizarea convertorului analog / numeric din componența micocontrolerului, deoarece ar fi fost posibilă numai o scanare succesivă a mărimilor de interes. Soluția propusă pentru o scanare simultană presupune utilizarea a 16 convertoare analog / numerice de tip serial comandate sincron de către microcontroler. Controlul se face prin intermediul unui semnal de tact (CLK) și a unui semnal de validare (CS). Informațiile Date1, …, Date 16 obținute la ieșirile convetoarelor sunt disponibile simultan. Un canal de achiziție are în componență un bloc de adaptare a semnalului electric, un amplificator necesar în special pentru a aplica convetorului analog / numeric (CAN) un semnal în condițiile unei impedanțe joase de ieșire, condiție impusă de tipul convertorului.

Fig. 2.16. Structur.a sistemului suplimentar pentru monitorizarea vehiculelor cu control continuu al tracțiunii.

În concluzie, monitorizarea vehiculelor feroviare de transport a fost posibilă, în adevăratul sens al cuvântului, numai după introduceserea sistemelor numerice în structura acestora. Pe de o parte este posibilă stocarea a sute de mărimi digitale sau analogice iar, pe de altă parte, se obține un grad înalt de automatizare, renunțându-se la un număr important de relee intermediare și module electronice individuale.

4. Rezultate practice privind monitorizarea vehiculelor de transport

4.1. MONITORIZAREA VEHICULELOR CU CONTROL CONTINUU AL TRACȚIUNII

Complexitatea mult mai mare a acestui tip de vehicul a determinat o abordare puternic modularizată a sistemului central de achiziție. Astfel, modulul de intrări digitale, de intrări digitale rapide, de ieșire, modulele de achiziție a tensiunilor și curenților cu variație continuă, sau a celor cu variație alternativă, modulul de control al patinării, generatorul de curenți, modulul central de conducere și sursa de alimentare au fost plasate într-un rac (fig. 3.11), rezultând un ansamblu ușor de reglat, verificat și întreținut

Fig. 3.11. Sistemul central de achiziție pentru locomotiva de 5100 kW – vedere frontală.

Interconectarea sistemului central de achiziție cu circuitele vehiculului se realizează prin intermediul a 11 cuple circulare (fig. 3.12).

Fig. 3.12. Sistemul central de achiziție pentru locomotiva de 5100 kW – vedere din spate.

Ecranul principal al unității de afișare și memorare (fig. 3.13 ) surpinde mărimi precum curentul mediu impus și cel real prin motoarele de trancțiune, viteza impusă și viteza reală, tensiunea în linia de alimentare și starea câtorva elemente importante în funcționarea vehiculului.

Fig. 3.13. Ecranul cu mărimile principale de lucru.

Următorul ecran (fig. 3.14) prezintă curenții prin motoarele de tracțiune, viteza vehiculului, și tensiunea din linia de alimentare în formă grafică.

Fig.3.14. Eranul cu detalierea curenților corespunzători celor șase motoare de tracțiune, a vitezei și a tensiunii în linia de alimentare .

Spre deosebire de locomotiva de 3400 kW, ecranul cu mărimile în format exclusiv digital (fig. 3.15) mai conține în plus tensiunea pentru fiecare motor, vitezele aferente osiilor corespunzătoare motoare de tracțiune precum și evaluări matematice între acestea, curenții de excitație asociați celor trei grupe de motoare, forța de tracțiune a vehiculului precum si releele asociate sistemului central de achiziție.

Fig.3.15. Prezentarea multor categorii de semnale în format exclusiv digita; prezentarea stării releelor

din structura sistemului central de achiziție..

Numărul mare de intrări digitale a impus utilizarea a două ecrane (fig. 3.16, 3.17).

Fig. 3.16. Intrări digitale – prima parte.

Fig. 3.17. Intrări digitale – a doua parte.

Complexitatea deosebită a cestui tip de vehicul a făctut imperios necesară realizarea unor rutine de diagnoză (fig. 3.18).

Fig. 3.18. Ecranul cu lista de avarii și secvența de diagnoză.

Dacă la lansarea comenzii AVANS este detectată cel puțin o cauză care împiedică funcționarea vehiculului atunci este tipărit un mesaj de avertizare care specifică tipul problemei. Unele mesaje sunt scurte, modul de remediere fiind evident, altele conțin însă sugestii legate de componentele sau circuitele defectate.

4.2.programul de intretinere a datelor achizitionate si memorate.

Programul este prezentat printr-o interfată prietenoasă, cu meniuri ușor de folosit, cu optiuni clare si prompte. Este oferită posibilitatea de descărcare a datelor de pe stick-uri de memorie, sau posibilitatea de a introduce datele dintr-o anumită locatie (ex. CD sau dischetă), Programul are urmatoarea structura de directoare si fișiere:

Un set de meniuri ofera posibilitatea de a selecta o serie de operatii pe care utilizatorul le poate folosi pentru vizualizarea graficelor. Acestea sunt :

– Fisier

– Vizualizare

– Operatie

– Help

Fiecare dintre aceste meniuri dă posibilitatea utilizatorului de a alege operația dorită.

După lansarea în execuție (fig. 3.18), programul prezintă aceeași formă indiferent dacă va urma să se prelucreze date provenite de la un vehicul de 3400 kW sau 5100 kW, cu graduator sau cu control continuu al puterii.

Fig. 3.18. Programul de interpretare a datelor a fost lansat în execuție.

Prima fereastră prin care utilizatorul interacționează cu programul permite descărcarea datelor de pe stick-ul de memorie prin apăsarea tastelor Ctrl+D. Acest lucru determină programul să caute pe discul de memorie introdus date și să le copieze în directorul mai sus mentionat. Același lucru se poate obține si prin selectarea din meniu a opțiunii Descarcare date (fig. 3.19).

Fig. 3.19. Descărcarea datelor prin selectarea elementului de meniu “Descărcare date”.

Fereastra din mijloc va permite utilizatorului să vizualizeze operațiile efectuate de program în timpul accesării dispozitivului de memorie și în timpul copierii fișierelor de pe acesta. Un astfel de acces poate fi vizualizat în imaginea următoare (fig. 3.20). În cazul unei descărcări cu succes în fereastra se va afișa "Copiat fisierul … " și "Creat directorul … ". Acest lucru înseamnă că directorul în care sunt copiate fișierele a fost creat cu succes iar fișierele au fost copiate. În caz contrar se afișează mesaj de eroare, afișat în funcție de situtatia întâlnita. Datele sunt stocate pe suportul de memorie în directoare de forma S092_24_6_2004_12_18. Aceste nume conține date referitoare la seria locomotivei, data și ora la care s-a facut descarcarea, astfel:

Nume director: S092_24_6_2004_12_18

1 2 3 4 5 6

1. Seria locomotivei.

2, 3, 4. Data descărcării în format ZI LUNA AN.

5, 6. Ora descărcării în format ORA MINUT.

După încărcarea datelor de pe dispozitiv, programul oferă posibilitatea de a vizualiza grafic aceste date. Prin alegerea din meniul Vizualizare a opțiunii Grafice se deschide fereastra în care se pot vizualiza diferite marimi din pachetele de date descarcate. După încărcarea paginii se poate selecta directorul din care vor fi încarcate datele ce se vor vizualizate. Acest lucru poate fi obtinut prin selectarea din meniul Operație optiunea Citește fisier.

Fig. 3.20.Ilustrativă pentru operațiile efectuate în timpul accesării dispozitivului de memorie și în timpul copierii fișierelor de pe acesta.

Se va afișa fereastra de deschidere a directoarelor în care se află datele descărcate. Aici se pot selecta directoarele din care dorim vizualizarea datelor. Pentru aceasta se selecteaza directorul din care dorim încărcarea și se dă click pe butonul Open, sau Enter. Programul va afișa o fereastra de dialog în care este anunțat utilizatorul că datele sunt prelucrate. În funcție de tipul calculatorului și de performanțele acestuia utilizatorul trebuie să aștepte un interval de timp până ce programul va termina de prelucrat datele. În tot acest timp programul va afișa mesajul următor „Datele se prelucrează. Vă rog așteptați” (fig. 3.21).

Fig. 3.21. Mesajul afișat de calculator în timpul prelucrării datelor.

Inițial programul nu afișază nici un grafic pentru nici o mărime deoarece inițial programul nu are selectată nici o mărime implicită. Utilizatorul poate selecta mărimea dorită pentru vizualizare prin bifarea casuței aferente. Acest lucru duce la afișarea graficului pentru acea mărime.

După deschiderea directorului din care se dorește încărcarea datelor, programul oferă posibilitatea de a selecta mărimile care se doresc vizualizate. În fereastră vor apare evoluțiile mărimilor timp de 20 de secunde, înainte de apariția avariei.

Evoluția mărimilor este afișată pe o scară de timp vizibilă în partea de jos a ferestrei, scară de timp ce se poate derula pentru vizualizarea întregii evoluții (fig. 3.22). Fiecare mărime este afișată pe grafic printr-o culoare. Aceasta poate fi vizualizata în colțul din dreapta sus al ferestrei alături de celelalte culori atașate tutror mărimilor ce pot fi afișate pe grafic.

Selectarea unei mărimi analogice se face prin bifarea căsuței corespunzătoare din forma Mărimi analogice (fig. 3.37).

Fig. 3.22. Ilustrativă pentru prezentarea evoluției unei mărimi analogice(de ex. curentul prin motorul nr. 3).

Programul oferă posibilitatea de vizualizare, pe lângă mărimile analogice, și a mărimilor digitale. Acest lucru se poate face prin selectarea din grupul de mărimi digitale a uneia sau a mai multor semnale prin bifarea căsuțelor din dreptul fiecărei grupe de mărimi digitale. Pentru fiecare grupă în parte există o listă cu mărimile digitale ce pot fi afișate. Prin selectarea uneia dintre ele ecranul se va modifica în așa fel încât să permită afișarea mai multor mărimi (fig. 3.23).

Fig. 3.23. Ilustrativă pentru modul de selectare a unei mărimi digitale.

Vom considera ca exemplu situația din imaginea următoare (fig. 3.24), în care am selectat 3 mărimi analogice pentru afișare. Acest lucru determină afișarea a trei mărimi pe ecran prin împarțirea ecranului într-un număr corespunzător cu numărul de mărimi alese.

Fig. 3.24. Pentru mai multe mărimi selectate spre afișare spațiul disponibil este partiționat

automat în mod egal.

Pe lângă mărimile analogice pot fi afișate și mărimi digitale, prin selectarea acestora din panoul de mărimi digtale. Acest lucru va determina de asemenea împărțirea ecranului astfel încât să fie afișate un număr diferit de mărimi.

Există de asemenea posibilitatea de vizualizare a valorilor mărimilor afișate în anumite momente de timp (fig. 3.25). Pentru aceasta din grupul "Cursoare" se alege optiunea Arată cursor. Acest lucru deteremina afișarea unui cursor pe ecran simbolizat printr-o bară verticală ce poate fi deplasată pe toata distanța graficului.

Fig. 3.25. Ilustrativă pentru utilizarea cursoarelor.

După afișarea cursorului acesta se va putea ascunde apăsând același buton, care acum se numește "Ascunde cursor".

Tot din grupul "Cursoare" se mai poate selecta si opțiunea Diferență cursoare (fig. 3.26). Cu această opțiune se pot vizualiza diferențele de timp între două mărimi afișare între diferite puncte ale graficelor. Programul ne oferă posibiliatea de a selecta felul cursorului (câte un cursor pentru fiecare mărime). Astfel se pot selecta cursoarele pentru fiecare mărime în parte și afișarea diferențelor între 2 puncte de pe grafic ale mărimiii respective. La afișarea cursoarelor programul va face și o schimbare a culorii acestora în funcție de mărime pentru care am ales să vizualizăm diferența între cele două momente de timp.

Fig. 3.26. Ilustrativă pentru afișarea diferenței dintre două cursoare.

Programul oferă, de asemenea, posibilitatea de a vizualiza statistici referitoare la avariile apărute în pachetele descărcate în anumite perioade de timp și afișarea lor în funcție de anumite criterii stabilite de utilizator. Pentru aceasta trebuie accesat din meniul Vizualizare opțiunea Statistici (fig. 3.27).

În cadrul opțiunii de vizualizare statistici programul oferă trei posibilități de afișare a statisticilor după alegerea unui criteriu. Cele trei criterii sunt:

– Tip protecție

– Data

– Toate avariile

Fig. 3.27. Ilustrativă pentru accesarea opțiunii Statistici din meniul Vizualizare.

În funcție de criteriul ales se afișază o listă de protecții apărute, acestea fiind de felul celei alese în casuța "Tip protecție" (fig. 3.28).

Fig. 3.28. Ilustrativă pentru alegerea tipului de protecție propus spre vizualizare.

O altă modalitate de afișare a protecțiilor este după dată, mai precis afișarea protecțiilor apărute într-un interval de timp stabilit în cele doua casuțe de tip "Data" (fig. 3.29). Selectarea datei se face prin selectarea lunii, anului și zilei într-un control de tip data. Acest lucru se va realiza și pentru data de start, și pentru data de sfârșit al căutării și va determina afișarea tuturor protecțiilor apărute în intervalul de timp stabilit.

Fig. 3.29. Ilustrativă pentru prezentarea protecțiilor pornind de la dată.

Pentru descărcarea datelor de pe locomotivă este necesară prezența stick-ului de memorie în locașul USB al unității de afișare și memorare. Aceasta este prevăzută trei butoane care vor fi utilizate în realizarea secvențelor necesare descărcării datelor.