Что такое мпк на электровозе
Микропроцессорная система управления и диагностики оборудованием электровоза (МСУД-Н).
Микропроцессорная система управления и диагностики оборудования МСУД-Н каждой секции электровоза предназначена для управления электрооборудованием в режимах тяги и электрического (рекуперативного) торможения и для контроля состояния этого электрооборудования с выдачей соответствующей информации на дисплей пульта машиниста головной (хвостовой) секции.
В состав МСУД-Н каждой секции входят:
— блок управления А55 (БУ-193), расположенный в высоковольтной камере;
— блок индикации А78 (БИ), расположенный на пульте машиниста;
— два блока сопряжения А81, А82 (БС-224), расположенных в противоположных концах кузова секции электровоза.
Блок управления А55 каждой секции с помощью кабеля 42 подключается к блоку сопряжения А81, формирующим бортовую информационную сеть.
От блока сопряжения А81 с помощью кабелей 30, 31 и разъемных соединителей X19, Х20, расположенных на лобовой части головной (хвостовой) секции, осуществляется передача информации для работы электровоза по СМЕ.
К блоку сопряжения А81 головной (хвостовой) секции подключается блок индикации А78с помощью кабеля 44. При этом обязательно подключение трех разъемных соединителей Х4, Х5, X1 блока А78.
К разъемному соединителю Х5 блока сопряжения А81 и розетками X18, Х29 каждой секции подключаются провода от контроллера машиниста SM1 и маневрового переключателя S2 головной (хвостовой) секции для передачи сигналов на другую секцию в случае отказа в работе аппаратуры блока управления А55 данной секции.
Для реализации функций управления и диагностики оборудования блок управления А55имеет следующие связи:
— для контроля схемы и состояния релейно-контакторного оборудования секции РКА, режима работы на разъемные соединители X10, X11 и X16 заводятся соответствующие сигналы, в том числе и по связям с аппаратурой систем КЛУБ-У и САУТ головных (хвостовых) секций;
— для контроля силовой схемы и протекающим в ней процессам на разъемные соединители Х13, X15 заводятся сигналы с датчиков напряжения ДН, контроля углов коммутации ДУК, скорости ДС и токов ДТ всех тяговых двигателей;
— формирование необходимой заданному режиму схемы цепей управления в режимах «Автоведение» и «Авторегулирование» осуществляется путем соответствующих переключений релейно-контакторных элементов, для чего они подключаются к разъемным соединителям X12, X17;
Разработанный и записанный в памяти микроконтроллеров блока управления А55 алгоритм управления предусматривает автономное управление каждой секцией электровоза (от одной до четырех при работе электровозов по СМЕ). При этом первая секция выполняет функции ведущей, остальные реализуют режим подчиненного регулирования, выполняют функции ведомых.
Управление преобразователями осуществляется с помощью контроллера машиниста SM1 головной (хвостовой) секции или автоматически (по программе) путем изменения угла открытия тиристоров ВИП U1, U2, а в режиме электрического торможения также и путем изменения угла открытия тиристоров блока ВУВ U3.
Изменение угла открытия тиристоров осуществляется программным способом при помощи микропроцессорного контроллера МПК, входящего в состав блока управления А55.
Блок управления А55 содержит центральный микропроцессорный контроллер ЦМК и два микропроцессорных контроллера МПК1, МПК2, один из которых находится в холодном резерве.
Центральный микроконтроллер ЦМК предназначен для диагностики оборудования электровоза, формирования информации для визуального контроля на экране блока индикации А78 головной (хвостовой) секции и записи результатов обработки сигналов управления с блока регулирования.
Блок управления БУ-193
Блок БУ-193 включает в свой состав два идентичных микропроцессорных контроллера МПК1 и МПК2 и один центральный микропроцессорный контроллер ЦМК.
МПК1, МПК2 предназначены для управления коллекторными тяговыми двигателями электровоза, оснащенного выпрямительно-инверторными преобразователями ВИП-4000 (два блока ВИП-4000 включены параллельно) и выпрямительной установкой возбуждения ВУВ-24.
ЦМК предназначен для контроля состояния и управления оборудованием электровоза, диагностики его систем в соответствии с заложенным алгоритмом, формировании и передачи сообщений по последовательным мультиплексным каналам.
Аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики электрооборудования электровоза построена на программных принципах обработки информации с использованием одноплатных микроконтроллеров М167-1.
Требования к организации обмена, составу, кодированию информации и характеристикам электрических сигналов в магистральном канале соответствуют RS-485.
Технические данные БУ-193:
Скорость передачи информации по магистральному каналу, Кбит/с до 115
Разрядность центрального процессора 32
Быстродействие, оп/с 800 тыс.
Емкость оперативного запоминающего устройства, Кбайт 256
Емкость постоянного запоминающего устройства, Кбайт 512
Количество внешних запросов прерываний 56
Количество входных импульсных сигналов от датчиков скорости 6
Амплитуда входных импульсных сигналов датчиков скорости, В 50
Интерфейс связи с датчиками токовая петля с током 10мА
Количество входных аналоговых сигналов 16
Уровень входных сигналов от 0 до + 10В
Количество каналов ввода дискретных сигналов:
в контроллере МПК1 (МПК2) 26
в контроллере ЦМК 48
Уровень дискретных сигналов:
логический 0 от 0 до + 1,0В
логическая 1 от +30 до +80В
Максимальное количество выходных дискретных сигналов:
в контроллерах МПК1 (МПК2) 16
в контроллере ЦМК 24
Напряжение коммутации, В до +80
Ток активной или активно-индуктивной нагрузки, А до 1,5
Максимальное количество выходных импульсных сигналов 16
Амплитуда выходных импульсов не менее 20В на нагрузке 34 Ом
Последовательный интерфейс по стыку RS-232 со скоростью передачи информации 9600 бит/с
Входное напряжение питания 50В с пределом изменения от 36В до 70В
Вероятность безотказной работы аппаратных средств блока БУ-193 в течение 4000 час (200 000 км пробега электровоза) не менее 0,99
Время готовности БУ-193 к работе после длительного отстоя с момента включения при температуре окружающего воздуха выше минус 35 °С не более 10 секунд
Время готовности БУ-193 к работе после длительного отстоя с момента включения при температуре окружающего воздуха
Микропроцессорная система управления и диагностики оборудованием электровоза
Микропроцессорная система управления и диагностики оборудования МСУД-Н электровоза 2ЭС5К (рисунки 14, 15) предназначена для управления электрооборудованием в режимах тяги и электрического (рекуперативного) торможения и контроля состояния этого электрооборудования с выдачей соответствующей информации на дисплей пульта машиниста.
Структурная схема МСУД-Н одной секции электровоза показана на рисунке 16.
В состав МСУД-Н каждой секции входят:
— блок индикации INC50.05 БИ (А78), расположенный на пульте машиниста.
Блок А55 при помощи кабелей 42 и 40 подключаются к блокам сопряжения А81 и А82, формирующих бортовую информационную сеть.
К блоку А81 при помощи кабелей 30 и 31 подключаются розетки Х19, Х20, расположенные на передней части секции и используемые при объединении электровозов по системе многих единиц (СМЕ). Кабелем 44 к блоку сопряжения А81 подключается блок индикации БИ (А78). При этом обязательно подключение всех трех разъемных соединителя (Х4, Х10, Х11) блока БИ (А78). Кабелем 46 к блоку А81 подключается система пневматического торможения. Для передачи сигналов задания режимов от контроллера машиниста SM1 и тумблера маневрового S2 по СМЕ к разъемному соединителю Х5 блока А81 подводятся соответствующие сигналы от органов управления пульта машиниста.
К разъемному соединителю Х1 блока индикации БИ (А78) при помощи кабеля 34 подключен разъемный соединитель XS2, к которому должна подключаться ПЭВМ типа NOTEBOOK, предназначенная для хранения и дальнейшей обработки информации о состоянии оборудования электровоза (диагностика).
Для реализации функций управления и диагностики оборудования блок А55 имеет следующие связи:
— для контроля схемы и состояния релейно-контакторного оборудования секции (РКА), режима работы на разъемные соединители Х10, Х11 и Х16 заводятся соответствующие сигналы, в том числе и по связи с системами КЛУБ и САУТ;
— для контроля силовой схемы и протекающим в ней процессам на разъемные соединители Х13 и Х15 заводятся сигналы с датчиков напряжения (ДН), контроля углов коммутации (ДУК), скорости (ДС) и токов (ДТ) всех тяговых двигателей;
— формирование необходимой заданному режиму схемы цепей управления в режимах «Автоведение» и «Авторегулирование» осуществляется путем соответствующих переключений релейно-контакторных элементов, для чего они подключаются к разъемным соединителям Х12 и Х17;
6.8.1 Цепи системы управления преобразователями ВИП, ВУВ и
ЦМК – центральный микроконтроллер, предназначен для диагностики оборудования электровоза, формирования информации для визуального контроля на экране блока индикации БИ (А78) и записи в ПЭВМ результатов обработки сигналов управления с блока регулирования.
МПК1 (МПК2) – микроконтроллеры, предназначенные для регулирования скорости движения электровоза, тока якоря тяговых электродвигателей, угла запаса управления инвертором ВИП, защиты от боксования и юза, регулирования тока возбуждения в режиме электрического торможения, управления контакторами ослабления возбуждения и другими аппаратами РКА. Формирования информации для визуального контроля на экране блока индикации БИ (А78).
Электровоз 2ЭС5К допускает работу одной отдельной секцией, в составе двух секций, а также по системе многих единиц: три или четыре секции.
В режиме электрического (рекуперативного торможения) программным способом реализуется трехконтурная система автоматического управления. Общим для всего электровоза, как и в режиме тяги, является контур регулирования скорости, формирующий задания для контуров регулирования токов якорей и тока возбуждения. Эти контуры являются индивидуальными для каждой секции, причем, на вторую, третью и четвертую секции (в случае работы электровоза по СМЕ) эти задания передаются в виде цифрового кода.
В режиме «Автоведения» и «Советчик» на ведущей секции МСУД-Н программно реализует дополнительный контур по пройденному пути.
Работают эти схемы следующим образом.
В режиме тяги реализована схема с последовательным возбуждением тяговых двигателей. Обмотки возбуждения и якоря ТД включены последовательно, поэтому при помощи датчиков тока (ДТ) контролируются общие токи этих цепей I1…I4 (в соответствии с рисунком 16). В режиме электрического (рекуперативного) торможения якоря тяговых двигателей подключаются к ВИПам и либо возвращают энергию в сеть, либо работают в режиме противовключения. Обмотки возбуждения в этом режиме питаются от ВУВа через устройства ШТ (шунтирующие тиристоры или тиристоры отпитки), обеспечивающие выравнивание токов якорей тяговых двигателей ТД между собой. В этом режиме при помощи датчиков тока ДТЯ контролируются токи якорей всех двигателей Iя1…Iя4, а при помощи датчика тока возбуждения ДТВ общий для всех 4 тяговых двигателей секции электровоза 2ЭС5К ток возбуждения Iв (в соответствии с рисунком 18).
В обоих режимах для защиты от боксования и юза, а также поддержания заданного значения контролируются скорости вращения всех 4 осей секции электровоза n1…n4 при помощи импульсных датчиков (ДС).
Сигналы от датчиков и задатчиков КМЭ в устройствах БАС приводятся к требуемому АЦП микроконтроллеров БМК уровню и поступают на соответствующие каналы. АЦП блоков БМК осуществляют преобразование сигналов, поступающих от контроллера машиниста КМЭ, панели резисторов R100, в качестве заданных и фактических значений токов якорей I1…I4 и тока возбуждения Iв, тяговых электродвигателей в цифровые коды для дальнейшего использования программой микропроцессора. Преобразование осуществляется несколько раз в течение полупериода напряжения в контактной сети (10 мс), а затем программным способом усредняется. Таким образом, цифровой код представляет собой среднее значение преобразуемой величины за этот интервал времени (интервал повторения вычислений).
Сигналы от датчиков скоростей ДС n1…n4 через согласующие устройства, расположенные на устройстве БФ поступают на входы таймеров (Таймер) микроконтроллера БМК. Таймеры, так же, как АЦП являются принадлежностью ЧИПа микроконтроллера. В них осуществляется измерение, и подсчет во времени импульсов, поступающих от ДС, в результате этих операций определяется реальность скорости всех осей электровоза в виде удобном для дальнейшего использования программой процессора БМК.
Устройство БВВ осуществляет ввод в БМК значений дискретных (релейных) сигналов цепей управления и релейно-контакторной аппаратуры (РКА) и усиливает сигналы, предназначенные для управления электрическими аппаратами (РКА) электровоза.
Опрос входов (ввод сигналов от РКА) осуществляется в середине каждого интервала повторения вычислений (длительность интервала повторения вычислений определяется моментами переходов напряжения на входе ВИПов через нуль). Причем опрос производится несколько раз за один интервал повторения вычислений с целью отсеивания импульсных помех имеющих место в цепях управления. Время каждого опроса не превышает нескольких микросекунд.
Сигналы от БВВ в микроконтроллер БМК и обратно поступают в соответствии с программой управления по последовательному каналу типа SPI.
На рисунке 19 показана структурная схема одного из микроконтроллеров МПК с привязкой к оборудованию секции электровоза 2ЭС5К.
МПК1, также, как и МПК2 содержит следующие устройства:
— уровня напряжения контактной сети Uкс.
— схему обработки сигналов датчиков углов коммутации, выделяющую сигнал γ пропорциональный длительности коммутации в силовых цепях;
— гальванические развязки датчиков скорости V1…V4.
Структурная схема ЦМК приведена на рисунке 20.
Управление промежуточным реле KV17, автоматическое, включение контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей, выдача информации (по
Визуальный контроль режимов работы электровоза в состоянии оборудования (диагностики) осуществляется с помощью блока индикации БИ (А78), включаемого выключателем «МСУД» блока S20 в рабочей кабине. Управление режимами диагностики осуществляется с помощью панели клавиатуры блока индикации.
Запись диагностической информации производится в память ПЭВМ типа NOTEBOOK, переключаемого к разъему XS2 при помощи кабеля 35, входящего в состав ЗИП. Кабель подключается к разъему СОМ1 ПЭВМ.
Диагностика ВИП и блоков питания А73, А74 осуществляется с помощью блоков диагностики А7, А8. Для этого к ВИП и блокам питания подается напряжение 50 В постоянного тока проводами Н011, Н012 и Н666, через предохранители F41, F42 от шкафа питания А25 (см. рисунок 10).
6.8.2Авторегулирование в режиме тяги
При авторегулировании в режиме тяги схема обеспечивает:
а) разгон электровоза до заданной скорости с последующим автоматическим поддержанием заданной скорости (при отсутствии ускорения за счет уклона пути);
в) последовательное автоматическое включение ступеней ослабления возбуждения (ОП1, ОП2, ОП3) после полного открытия тиристоров в четвертой зоне регулирования для поддержания тока якоря на данном уровне, если скорость не достигла заданной, и вывод соответствующего сообщения на экран блока индикации;
г) ограничение тока якорей тяговых электродвигателей при скорости нарастания тока не более 1000 А/с;
д) снятие импульсов управления тиристорами ВИП и включение индикации на дисплее машиниста при скорости нарастания тока якорей тяговых двигателей свыше 1000 А/с (короткое замыкание);
е) защиту от боксования колесных пар;
ж) регулирование частоты вращения вентиляторов М11, М12 в соответствии с заданным алгоритмом.
Схема собирается после установки рукоятки главного вала контроллера в положение П зоны тяги.
Скорость электровоза задается рукояткой скорости контроллера и величина ее контролируется по экрану блока индикации БИ (А78). Сила тяги тяговых двигателей задается путем плавного перемещения рукоятки главного вала контроллера к положению Тяга. При этом величина задаваемой силы (тока якоря) выводится на экран блока индикации БИ (А78). При достижении требуемого тягового усилия дальнейшее перемещение рукоятки прекращается и достигнутое значение задаваемой силы (тока якоря) фиксируется. При перемещении рукоятки главного вала к положению П происходит плавный сброс задания. При установке рукоятки в положение П – быстрый сброс задания до нуля. При срабатывании токовой защиты шкаф МСУД-Н обеспечивает снятие импульсов управления с преобразователя. Информация о срабатывании выводится на экран блока индикации БИ (А78).
Функциональная схема САУ в режиме тяги представляет собой два замкнутых контура регулирования, а именно: контур регулирования тока якоря (внутренний) и контур регулирования скорости движения (внешний), а также включает в себя токовую защиту путем снятия импульсов управления выпрямительно-инверторными преобразователями.
Контур регулирования тока якорей тяговых двигателей работает по принципу стабилизации тока. При пуске заданное значение тока якоря Iо сравнивается со значением тока якоря, вычисленного в контуре регулирования скорости, выполняющего функции автоматического задатчика тока якоря для контура тока. Наименьшее значение этих величин определяет заданное значение тока Iз для контура регулирования тока. Контур регулирования тока обеспечивает плавное нарастание (с заданной интенсивностью) тока якорей до заданной величины и ограничение тока на уровне (1200 ± 50) А. Полученное задание тока (ограниченное на уровне (1200 ± 50) А) сравнивается с наиболъшим фактическим значением тока якорей, поступающих с панели резисторов ПР. Панель резисторов ПР совместно с датчиками тока ДТЯ формируют напряжения, пропорциональные токам якорей тяговых двигателей.
Таким образом, поддержание заданного значения тока якоря ведется по наиболее загруженному тяговому двигателю.
Разность между заданным и фактическим значениями тока якоря определяет значение управляющих цифровых кодов, преобразуемых в импульсы управления ВИП.
Шкаф МСУД-Н обеспечивает плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговых двигателях.
При пуске, когда заданное значение скорости выше, чем фактическое, работу контура регулирования тока будет определять заданное значение тока якоря Iо. Контур будет поддерживать ток якорей тяговых двигателей на заданном уровне, т.е. обеспечивать разгон электровоза с заданным значением токов якорей тяговых двигателей до заданной скорости.
В контуре регулирования скорости сравнивается заданное значение, поступающее с задатчика скорости, и значения скорости, поступающее с датчиков угла поворота ДПС через измеритель скорости ИС. Импульсы напряжения датчиков ДПС с частотой, пропорциональной частоте вращения колесных пар, поступают в шкаф МСУД-Н, где вычисляется минимальная в режиме тяги и максимальная в режиме электрического торможения частота вращения колесных пар.
В режиме тяги поддержание заданного значения скорости движения ведется по минимальному фактическому значению частоты вращения колесных пар, так как частота вращения колесной пары, у которой произошел срыв оцепления, будет выше, чем у нормально сцепленной. Разность между заданным и фактическим значением скорости определяет значение автоматически задаваемого тока якоря Iз, необходимого для поддержания скорости движения состава в соответствии с заданным значением.
При разгоне, когда фактическое значение скорости будет приближаться к заданной, значение автоматически задаваемого тока якоря начнет уменьшаться и после того, как его величина станет меньше, чем заданное значение, оно (Iз) будет определять величину тока якорей тяговых двигателей.
В процессе движения электровоза может возникнуть боксование как отдельных колесных пар, так и синхронное всех колесных пар. Выявление боксования отдельных колесных пар осуществляется по четырем каналам: канал защиты от боксования всех колесных пар, канал защиты по ускорению отдельных колесных пар, канал защиты по производной от разницы токов, канал защиты по скольжению.
6.8.3 Авторегулирование в режиме электрического торможения
При авторегулировании в режиме электрического торможения схема обеспечивает:
— торможение до заданной скорости, заданной и автоматически поддерживаемой;
— силой торможения с учетом ограничений тормозных характеристик с последующим автоматическим поддержанием заданной скорости (на спусках);
— остановочное торможение с заданной и автоматически поддерживаемой силой торможения с учетом ограничений тормозных характеристик. При низких скоростях движения торможение обеспечивается противовключением тяговых двигателей;
— плавное нарастание силы торможения до заданной величины;
— ограничение тока якорей тяговых двигателей до 1000 А;
— ограничение тока возбуждения тяговых двигателей до 835 А;
— регулирование частоты вращения вентиляторов М11, М12 с заданным алгоритмом.
Подготовка к работе в режиме электрического торможения начинается с установки реверсивной рукоятки контроллера машиниста в положение ВПЕРЕД при установке рукоятки главного вала в положение П РЕКУПЕРАЦИЯ.
Тормозная сила задается путем плавного перемещения рукоятки главного вала контроллера машиниста из положения П зоны рекуперации к положению Рекуперация, а скорость задается рукояткой скорости аналогично описанному выше для режима тяги. При этом на экране блока индикации БИ (А78) выводятся величины задаваемых тока якоря и скорости. Уменьшение или сброс задания осуществляются перемещением рукоятки к положению П зоны рекуперации с последующей фиксацией требуемого значения.
Импульсы управления к ВУВ подаются от шкафа МСУД-Н по проводам А112, А11З, А193.
Информация о величине тока возбуждения тяговых двигателей поступает в шкаф МСУД-Н (выводы 8, 21 разъема Х13) от панели резисторов R100.
Функциональная схема САУ в режиме электрического торможения построена по принципу подчиненного регулирования и представляет собой три замкнутых контура регулирования, а именно: контур регулирования тока возбуждения (РТВ), контур регулирования тока якоря (РТЯ) и контур регулирования скорости движения (РС).
Контуры регулирования токов возбуждения и якоря являются внутренними, а контур регулирования скорости – внешним.
Регулирование в режиме электрического торможения осуществляется по двум каналам: регулирование противо-э.д.с. инвертора по каналу ВИП и регулирование э.д.с. тягового двигателя по каналу ВУВ. В обоих случаях САУ поддерживает заданное значение тока якоря тяговых двигателей с учетом ограничений. Разделение каналов регулирования обеспечивается программой. При регулировании тока возбуждения от 0 до 835 А противо-э.д.с. постоянна. После появления тока рекуперации сила торможения регулируется изменением противо-э.д.с. инвертора при постоянной величине тока возбуждения.
При торможении заданное значение тока якоря Iо сравнивается со значением тока якоря, вычисленного в контуре регулирования скорости РС, который выполняет функции автоматического задатчика тока якоря для контуров регулирования тока якоря и возбуждения. Наименьшее значение из этих двух величин определяет силу торможения тяговых двигателей. Полученное таким образом значение задания тока якоря сравнивается с наибольшим из значений, соответствующихфактическим значениям токов якорей. Значение рассогласования между заданным и фактическим значениями тока якоря используется в контуре РТЯ для вычисления задаваемого значения тока возбуждения для контура РТВ. Заданное значение тока возбуждения сравнивается со значением, соответствующим фактической величине тока возбуждения тяговых двигателей. Разность между заданным и фактическим значениями токов возбуждения используется в контуре РТВ для вычисления управляющих цифровых кодов, преобразуемых в импульсы управления ВУВ. Вычисленное в контуре РТЯ значение рассогласования между заданным и фактическим значениями тока якоря определяет значение управляющих цифровых кодов, преобразуемых в импульсы управления тиристорами ВИП.
В контуре регулирования скорости движения сравнивается заданное, поступающее с задатчика скорости, и фактическое значение скорости, поступающее с датчиков угла поворота через ИС. Поддержание заданного значения скорости движения на спуске ведется по максимальному фактическому значению частоты вращения колесных пар, так как частота вращения колесной пары, у которой произошел срыв сцепления, будет ниже, чем у нормальной сцепленной пары.
По рассогласованию заданного и фактического значений скорости движения на спуске контур РС вырабатывает сигнал, пропорциональный заданному значению тока якоря, для поддержания этой скорости.
Защита от юза колесных пар в режиме электрического торможения осуществляется аналогично защите от боксования в режиме тяги. Выявление юза отдельных колесных пар осуществляется по производной от разности между максималъным и средним токами якорей тяговых двигателей, по скольжению и по ускорению отдельных колесных пар. Синхронный юз (всех колесных пар) выявляется по производной от максимальной частоты вращения колесных пар. Если |производная достигает величины уставки срабатывания защиты от юза, формируется сигнал необходимой величины и длительности, который поступает в контур РТЯ, обеспечивая снижение тормозного тока пропорционально величине производной. При срабатывании защиты от юза выдается информация на экран блока БИ (А78).
Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 2306 ; Мы поможем в написании вашей работы!