Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД

Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД

Общие сведения

Управление электровозом осуществляется через «Микропроцессорную систему управления и диагностики» МПСУиД. Система МПСУиД обеспечивает заданный алгоритм управления электровозом по заложенной в нее программе. Управляющие воздействия выдаются через блоки БУК в цепи управления электровозом и по кодовой линии связи в систему ПСН.

Все устройства, входящие в систему МПСУиД, разделяются на три уровня:

1. Системы первого уровня - подсистемы (измерительная, защита от скольжения, ПСН, микроклимат).

2. Системы второго уровня - система МСУЛ-А (связь с пультом управления, цепями управления секции электровоза, межсекционная связь).

3. Системы третьего уровня – Система автоведения.

Для отображения информации о состоянии электровоза служат мониторы, имеющие непосредственную связь с системой второго уровня.

Для связи систем 3-го и 2-го уровня использован интерфейс CAN 2.0. В обмене используются команды управления тягово-тормозными режимами электровоза.

Для связи в системе 2-го уровня и ее связи с подсистемами (1-ый уровень) использован сдвоенный (резервированный) интерфейс RS485. В каждой линии связи присутствует информация от трех каналов МСУЛ-А.

Системы третьего уровня. (Система автоведения).

Система автоведения получает исходные данные (длина перегона, сигналы светофора и др.) от системы САУТ и задает команды для системы второго уровня по управлению тягово-тормозным режимом.

Системы второго уровня. (Система МСУЛ-А).

Главное назначение МСУЛ-А – обеспечить работу электрооборудования отдельных секций и всего электровоза в целом в области безопасных режимов. В соответствии с назначением главные узлы МСУЛ выполнены трехканальными.

 МСУЛ-А обеспечивает прием информации от машиниста (через пульт управления электровозом), системы автоведения, измерительной системы, системы защиты от скольжения, системы ПСН, цепей управления электровоза и вырабатывает управляющие воздействия на аппараты электровоза. В процессе работы МСУЛ производит диагностику устройств своего уровня и непосредственно связанных с ними цепей электровоза, а также производит запись в энергонезависимую память данных о функционировании системы 2-го уровня и частично 1-го уровня.

Для обеспечения резервирования линий связи подключение к двум линиям связи любых устройств произведено таким образом, чтобы при возникновении любой неисправности или сбоя программы не нарушался обмен в обоих линиях одновременно.

Подсистемы первого уровня.

1. Системы измерения.

Система измерения предназначена для измерения токов и напряжений в силовых цепях, сопротивления изоляции тяговых двигателей, потребления электроэнергии и передачу измеренных данных через интерфейс RS485 в систему МСУЛ-А.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровой код осуществляют блоки:

- ПНКВ-1 (ток и напряжение в силовых цепях)

- МГМ (сопротивление изоляции тяговых двигателей)

- СКВТ-М (потребляемая локомотивом электроэнергия)

2. Системы ПСН.

Система ПСН предназначена для:

- Регулирования токов возбуждения тяговых двигателей.

- Получения трехфазного напряжения 380В для питания мотор-вентиляторов, мотор-компрессора, системы микроклимата.

- Получения напряжения бортовой сети 110В и зарядки АБ.

  Система ПСН получает информацию от системы МСУЛ-А через сдвоенный интерфейс RS485. Отдельные блоки системы ПСН (БС-УВ, БС-ПСН, ПЧ, УУ, ЦКУ) связаны между собой двумя одноканальными интерфейсами RS485

3. Система ПБЗ.

Система ПБЗ предназначена для определения скорости движения электровоза и выявления боксования или юза колесных пар.

Электропитание МПСУиД двухканальное. Электропитание каждого канала осуществляется от своего источника электропитания ЛЭ-110/50-400х2, см. рис. 3… Примененная схема электропитания позволяет в случае неисправности одного источника электропитания (или одного канала) продолжать работу МПСУиД.

Устройство и работу МПСУиД смотрите «Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД. Руководство по эксплуатации 07Б.02.00.00 РЭ».

 

Структурная схема обмена информации системы МПСУиД.

Схема питания МПСУиД

Состав МПСУиД

МПСУиД представляет собой комплект блоков и изделий, собранных в систему и предназначенную для управления, контроля, измерения и диагностики рабочих параметров электровоза.

Состав комплекта МСУИиД приведен в таблице 3.8. Комплект МСУИиД для каждой секции электровоза одинаков.

 

Наименование	Кол-во на секцию	Расположение
Блок связи с пультом БСП	1	ПУ-Эл
Блок управления контакторами БУК3	9	Шкаф МПСУиД
Блок входных сигналов БВС	2	Шкаф МПСУиД
Блок центрального вычислителя БЦВ	1	Шкаф МПСУиД
Комплект мониторного блока, в т.ч.: -монитор; -клавиатура; -кабель	2 2 1	ПУ-Эл
Блок индикации БИ-МСУЛ	1	ПУ-Эл
Блок связи с ДД БС-ДД	1
преобразователь давления измерительный ДД-И-1 или датчик давления избыточного ДДИ-1	5	Пульт ПУ-Эл
Блок связи со средствами измерения БС-СИ	4	Шкаф МПСУиД
Преобразователь напряжения в код ПНКВ-1-1-А	9	Панель ПНКВ блока аппаратов №3
Пульт управления ПУ-МСУЛ	1	Кабина
Мегаомметр МГМ-1	3	Панель МГМ и СКВТ блока аппаратов №3
Делитель напряжения ДН4	1	То же
Счетчик электрический постоянного тока СКВТ-М	1
Источник питания локомотивной электронной аппаратуры ЛЭ-110/50-400х2	2	Шкаф блока 4
Комплект кабелей	1
Блок автоведения БА

Назначение

Преобразователь ПСН-200 предназначен для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей в режиме тяги, рекуперации и электродинамического торможения, питания вспомогательных электрических приводов и механизмов, цепей управления и освещения, а также заряда аккумуляторной батареи магистрального грузового электровоза постоянного тока 2ЭС6.

Источником питания преобразователя является контактная сеть постоянного тока номинальным напряжением 3000 В с необходимым набором защитного оборудования, установленного на электровозе.

Преобразователь соответствует техническим требованиям, приведенным в таблице 3.6, а во всем не оговоренном ГОСТ 9219-88 и НБ ЖТ ЦТ 144-2003.

 Эксплутационная и ремонтная документация соответствует ГОСТ 2.601-95.

 

Технические характеристики

 

 Основные технические параметры преобразователя приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Основные параметры преобразователя ПСН-200

Наименование параметра	Значение
Номинальное входное напряжение постоянного тока, В	3000
Диапазон изменения рабочего напряжения сети, В	2200-4000
Коммутационные перенапряжения по питающему напряжению в форме полуволны синусоиды длительностью 12 мс, амплитуда, В	10000
Продолжение таблицы 1
Атмосферные перенапряжения по питающему напряжению длительностью до 10 мкс и длительностью волны полуспада 50 мкс, амплитуда, В	10000
Суммарная мощность нагрузки преобразователя, кВт	200
Напряжение низковольтного питания комплекта преобразователя, В Номинальная мощность не более, Вт	50±5% 700
Канал №1 – тормозной компрессор. Номинальная мощность электродвигателя, кВт	24
Канал №2 – электродвигатель вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей ТЭД1 и ТЭД2. Номинальная мощность электродвигателя, кВт	30
Канал №3 – электродвигатель вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей ТЭД3 и ТЭД4. Номинальная мощность электродвигателя, кВт	30
Номинальное линейное напряжение на выходе каналов №1–№3 (действующее значение первой гармоники), В	3х380±10%
Диапазон регулирования частоты выходного напряжения каналов №1–№3, Гц	2,5–50
Канал №4 – система обеспечения микроклимата кабины машиниста. Номинальная мощность электродвигателя, кВт	15
Номинальное линейное напряжение на выходе канала №4 (действующее значение первой гармоники), В	3х380±10%
Частота выходного напряжения канала №4, Гц	50±5%
Коэффициент мощности нагрузки по каждому из каналов №1–№4 при номинальной нагрузке электродвигателей, не менее	0,7
Канал №5 – заряд аккумуляторной батареи. Номинальная мощность, кВт	5
Диапазон выходного напряжения канала №5, В	90–130*
Диапазон выходного тока канала №5, А	16–50*
Канал №6 – питание цепей управления и освещения электровоза. Номинальная мощность, кВт	12
Номинальное выходное напряжение канала №6, В	110±5%
Скорость нарастания напряжения на нагрузке каналов №1–№6,№9 преобразователя, не   более В/мкс	500
Продолжение таблицы 1
Каналы №7,8 – питание независимых обмоток возбуждения ТЭД. Мощность каждого из каналов (длительный режим), кВт	50
Выходной ток каналов №7,8 (длительный режим), А	600
Максимальный выходной ток каждого из каналов №7,8 (кратковременно в течение 20 мин), А	800
Канал №9 – печь СВЧ. Номинальная мощность, кВт	3,5
Номинальное фазное напряжение на выходе канала №9 (действующее значение первой гармоники), В	220±10%
Частота выходного напряжения канала №9, Гц	50±5%
Режим работы преобразователя	S1
КПД преобразователя в номинальном режиме Рн, % в режиме 0,5 Рн, % в режиме 0,2 Рн, %	92 85 70
Температура окружающего воздуха, ºС	-50…+60
Климатическое исполнение реактора по ГОСТ 15150-69	У категории размещения 2

 

* - устанавливается согласно ТУ на аккумуляторную батарею.

Электрическая прочность изоляция токоведущих частей преобразователя, не имеющих электрической связи между собой, при нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-69 соответствует ГОСТ 9219-88 и выдерживает в течение 1 минуты испытательное напряжение частотой 50Гц (действующее значение):

- между высоковольтными силовыми цепями и корпусом преобразователя – 9500 В;

- между входами управления и корпусом преобразователя – 1500 В;

- между высоковольтными силовыми цепями и цепями       управления – 9500 В.

Электрическое сопротивление изоляции силовых токоведущих частей преобразователя должно быть:

- не менее 100 МОм при температуре (20±5)ºС и влажности не более 80%;

- не менее 10 МОм при температуре (60±5)ºС и влажности не более 65%.

Шкаф защит

Шкаф защит предназначен для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений и бросков тока, а также для ограничения влияния работы инверторов на электромагнитные процессы в контактной сети и процессов в контактной сети на работу инверторов.

Шкаф защит обеспечивает отключение аппаратуры преобразователя от контактной сети с выдачей дискретного сигнала в МПСУиД при повышении напряжения контактной сети выше 4000В, при этом работоспособность аппаратуры сохраняется. Время от момента обнаружения повышенного напряжения до выдачи команды на отключение не превышает 100 мс.

Шкаф защит состоит следующих основных частей:

- дроссель защиты;

- датчик напряжения контактной сети;

- схема активного подавления выбросов входного напряжения.

Кратковременные выбросы напряжения контактной сети фильтруются с помощью дросселя защиты. При длительных выбросах напряжения датчик контактной сети формирует выходной сигнал, вызывающий срабатывание схемы активного подавления выбросов. При этом одновременно формируется сигнал на отключение быстродействующего контактора, что вызывает снятие напряжения со входа преобразователя. Величина напряжения, при котором срабатывает схема активной защиты, зависит от параметров выброса первичной сети и установлена на уровне   (6-9) кВ.

Описание и работа шкафа защит приведены в руководстве по эксплуатации АВМЮ.434774.001РЭ.

 

Система управления

 

Система управления преобразователем предназначена для приема информации от системы управления верхнего уровня, ее обработки и выдачи управляющих команд на исполнительные устройства преобразователя. А также для приема информации от исполнительных устройств преобразователя и передачи ее к системе верхнего уровня.

Система управления возбуждением тяговых электродвигателей предназначена для приема информации от системы верхнего уровня и от внешних датчиков, ее обработки и выдачи управляющих команд к блокам возбуждения. А также для приема информации от блоков возбуждения и передачи ее к системе верхнего уровня.

Состав системы управления:

- система управления преобразователем;

- системы управления возбуждением тяговых электродвигателей.

Система управления преобразователем обеспечивает ограничение нарастания напряжения на нагрузке каналов №1–№6,9 на уровне 500 В/мкс, ограничение выходного тока по всем каналам преобразования, плавный вывод выходного напряжения до номинального значения не более чем за 2мс.

Система управления возбуждением осуществляет регулирование токов обмоток возбуждения тяговых электродвигателей по следующему закону:

             ,                                       (3)

где - ток обмоток возбуждения тяговых электродвигателей одной тележки;

-ток якоря тяговых электродвигателей одной тележки;

 -заданное значение тока возбуждения для режима холостого хода;

- коэффициент компаундирования.

Значения  и  передаются от системы управления электровозом.

Система управления возбуждением тяговых электродвигателей обеспечивает в неустановившихся режимах работы тяговых электродвигателей форсированное изменение токов обмоток возбуждения и ограничение среднего за половину периода преобразования напряжения канала на уровне ±64 В, при напряжении контактной сети 2200-4000 В.

В неустановившихся режимах работы тяговых электродвигателей при абсолютном значении скорости изменения тока якоря превышающем    10000 А/с величина коэффициента компаундирования  увеличивается в два раза, а при снижении абсолютного значения скорости изменения тока якоря до   500 А/с снижается до значения, заданного системой управления электровоза.

Преобразователь имеет встроенную систему диагностики, обеспечивающую проверку функционирования основных узлов с передачей диагностической информации системе управления верхнего уровня.

 

 

Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД

Общие сведения

Управление электровозом осуществляется через «Микропроцессорную систему управления и диагностики» МПСУиД. Система МПСУиД обеспечивает заданный алгоритм управления электровозом по заложенной в нее программе. Управляющие воздействия выдаются через блоки БУК в цепи управления электровозом и по кодовой линии связи в систему ПСН.

Все устройства, входящие в систему МПСУиД, разделяются на три уровня:

1. Системы первого уровня - подсистемы (измерительная, защита от скольжения, ПСН, микроклимат).

2. Системы второго уровня - система МСУЛ-А (связь с пультом управления, цепями управления секции электровоза, межсекционная связь).

3. Системы третьего уровня – Система автоведения.

Для отображения информации о состоянии электровоза служат мониторы, имеющие непосредственную связь с системой второго уровня.

Для связи систем 3-го и 2-го уровня использован интерфейс CAN 2.0. В обмене используются команды управления тягово-тормозными режимами электровоза.

Для связи в системе 2-го уровня и ее связи с подсистемами (1-ый уровень) использован сдвоенный (резервированный) интерфейс RS485. В каждой линии связи присутствует информация от трех каналов МСУЛ-А.

Системы третьего уровня. (Система автоведения).

Система автоведения получает исходные данные (длина перегона, сигналы светофора и др.) от системы САУТ и задает команды для системы второго уровня по управлению тягово-тормозным режимом.

Системы второго уровня. (Система МСУЛ-А).

Главное назначение МСУЛ-А – обеспечить работу электрооборудования отдельных секций и всего электровоза в целом в области безопасных режимов. В соответствии с назначением главные узлы МСУЛ выполнены трехканальными.

 МСУЛ-А обеспечивает прием информации от машиниста (через пульт управления электровозом), системы автоведения, измерительной системы, системы защиты от скольжения, системы ПСН, цепей управления электровоза и вырабатывает управляющие воздействия на аппараты электровоза. В процессе работы МСУЛ производит диагностику устройств своего уровня и непосредственно связанных с ними цепей электровоза, а также производит запись в энергонезависимую память данных о функционировании системы 2-го уровня и частично 1-го уровня.

Для обеспечения резервирования линий связи подключение к двум линиям связи любых устройств произведено таким образом, чтобы при возникновении любой неисправности или сбоя программы не нарушался обмен в обоих линиях одновременно.

Подсистемы первого уровня.

1. Системы измерения.

Система измерения предназначена для измерения токов и напряжений в силовых цепях, сопротивления изоляции тяговых двигателей, потребления электроэнергии и передачу измеренных данных через интерфейс RS485 в систему МСУЛ-А.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровой код осуществляют блоки:

- ПНКВ-1 (ток и напряжение в силовых цепях)

- МГМ (сопротивление изоляции тяговых двигателей)

- СКВТ-М (потребляемая локомотивом электроэнергия)

2. Системы ПСН.

Система ПСН предназначена для:

- Регулирования токов возбуждения тяговых двигателей.

- Получения трехфазного напряжения 380В для питания мотор-вентиляторов, мотор-компрессора, системы микроклимата.

- Получения напряжения бортовой сети 110В и зарядки АБ.

  Система ПСН получает информацию от системы МСУЛ-А через сдвоенный интерфейс RS485. Отдельные блоки системы ПСН (БС-УВ, БС-ПСН, ПЧ, УУ, ЦКУ) связаны между собой двумя одноканальными интерфейсами RS485

3. Система ПБЗ.

Система ПБЗ предназначена для определения скорости движения электровоза и выявления боксования или юза колесных пар.

Электропитание МПСУиД двухканальное. Электропитание каждого канала осуществляется от своего источника электропитания ЛЭ-110/50-400х2, см. рис. 3… Примененная схема электропитания позволяет в случае неисправности одного источника электропитания (или одного канала) продолжать работу МПСУиД.

Устройство и работу МПСУиД смотрите «Микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД. Руководство по эксплуатации 07Б.02.00.00 РЭ».

 

Структурная схема обмена информации системы МПСУиД.

Схема питания МПСУиД

Состав МПСУиД

МПСУиД представляет собой комплект блоков и изделий, собранных в систему и предназначенную для управления, контроля, измерения и диагностики рабочих параметров электровоза.

Состав комплекта МСУИиД приведен в таблице 3.8. Комплект МСУИиД для каждой секции электровоза одинаков.

 

Наименование	Кол-во на секцию	Расположение
Блок связи с пультом БСП	1	ПУ-Эл
Блок управления контакторами БУК3	9	Шкаф МПСУиД
Блок входных сигналов БВС	2	Шкаф МПСУиД
Блок центрального вычислителя БЦВ	1	Шкаф МПСУиД
Комплект мониторного блока, в т.ч.: -монитор; -клавиатура; -кабель	2 2 1	ПУ-Эл
Блок индикации БИ-МСУЛ	1	ПУ-Эл
Блок связи с ДД БС-ДД	1
преобразователь давления измерительный ДД-И-1 или датчик давления избыточного ДДИ-1	5	Пульт ПУ-Эл
Блок связи со средствами измерения БС-СИ	4	Шкаф МПСУиД
Преобразователь напряжения в код ПНКВ-1-1-А	9	Панель ПНКВ блока аппаратов №3
Пульт управления ПУ-МСУЛ	1	Кабина
Мегаомметр МГМ-1	3	Панель МГМ и СКВТ блока аппаратов №3
Делитель напряжения ДН4	1	То же
Счетчик электрический постоянного тока СКВТ-М	1
Источник питания локомотивной электронной аппаратуры ЛЭ-110/50-400х2	2	Шкаф блока 4
Комплект кабелей	1
Блок автоведения БА