Способ и устройство удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики
Изобретение относится к системам, диагностирующим состояние железнодорожных устройств автоматики и телемеханики. Способ включает сбор дискретной информации и/или аналоговой информации о состоянии устройств ЖАТ, преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, определение состояния устройств ЖАТ «включено/выключено», передачу собранной информации об устройстве ЖАТ по цифровым каналам связи на автоматизированное рабочее место, программным способом отслеживание и оценку технического состояния устройств ЖАТ. Измеряемые аналоговые сигналы передают на вход централизованного многофункционального измерителя. Централизованный многофункциональный измеритель преобразует аналоговые сигналы в цифровую форму и передает в цифровой канал связи. Определяют состояния дискретных устройств ЖАТ «включено/выключено» в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации. Устройство содержит блоки сбора дискретной информации, систему аналоговых измерений, контроллер, автоматизированные рабочие места. Блоки сбора дискретной информации построены на базе мультиплексора и компаратора. Система аналоговых измерений состоит из подсистемы выделенных измерений и подсистемы коммутируемых измерений. Технический результат заключается в обеспечении безопасности подключения и исключения влияния устройств мониторинга на диагностируемые устройства ЖАТ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к системам, диагностирующим состояние железнодорожных устройств автоматики и телемеханики с помощью передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных электрических сигналов.
Известен способ удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики (ТМП-410205 «Устройство технической диагностики состояния устройств СЦБ на базе ИВК-АДК», http:/gtss.spb.ru/?p=1.4.2.3.5. Сепетый А.А., Фарапонов И.А. Развитие средств автоматизации в системе АДК СЦБ // АСИ №11, 2006 - С.32), заключающийся в том, что выполняется сбор дискретной информации и/или аналоговой информации о состоянии устройств ЖАТ. В цепях, оборудованных сигнализаторами заземления, с сигнализаторов заземления снимается аналоговая информация, для расчета сопротивления изоляции монтажа устройств ЖАТ. Далее осуществляется измерение параметров аналоговых сигналов, расчет сопротивления изоляции, преобразование их в цифровую форму, определение состояния устройств ЖАТ «включено/выключено» путем сравнения дискретной информации с заданным значением порога срабатывания, формирование пакетов передачи данных, передача пакетов с собранной информации об устройстве ЖАТ по цифровым каналам связи на автоматизированное рабочее место, программным способом отслеживание и оценка технического состояния устройств ЖАТ.
Недостатком такого способа является то, что при сборе дискретной информации порог срабатывания имеет заданное и неизменяемое значение, таким образом, не позволяя проводить измерения в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации.
Также недостатком данного способа является то, что определение параметров аналоговых сигналов выполняется не централизованно, а в месте сбора информации и далее по цифровым каналам связи передаются пакеты данных, содержащие информацию об измеренных параметрах, что по конструктивным и экономическим особенностям применения для диагностики устройств ЖАТ не позволяет получать такие важные параметры измеряемых сигналов, как фаза, действующее значение напряжения в определенном спектре частот, частота несущей и частота манипуляции сигнала.
Еще одним недостатком данного способа является то, что измерение сопротивления изоляции монтажа устройств СЦБ возможно только для цепей, оборудованных сигнализаторами заземления.
Известно устройство - автоматизированный диагностический комплекс сигнализации, централизации и блокировки («Автоматизация проектирования линий связи железнодорожных диагностических комплексов» Д.В.Горишний // Ростовский государственный университет путей сообщения, Россия Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005», май 2005 г. Часть 1. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2005. - С.88-89. http://nit.miem.edu.ru/2006/sb/section1/sec1.l32/132.htm), позволяющее проводить мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). В состав аппаратных модулей комплекса входят: автоматизированное рабочее место (АРМ), которое используется для наблюдения за состоянием диагностируемых рельсовых цепей, светофоров, стрелок и т.д.; блок связи (БС) - коммутатор или модем, который принимает данные от блока промышленного компьютера, передает их на центральный компьютер; блок интерфейса (БИ) - объединяет от 16 до 48 аппаратных модулей ввода информации (МАВ и МДВ) и выполняет функции концентратора при подключении модулей к ВПК; блок промышленного компьютера (БПК) - ПК Octagon (PC-600, PC-680 или PC-770), который принимает и анализирует данные от БИ; модули аналогового (МАВ) и дискретного (МДВ) ввода, которые служат для приема сигналов, аналоговых и дискретных соответственно, от устройств ЖАТ, формирования пакетов данных и их передачи на БИ; устройства гальванической развязки (УГР), которые защищают оборудование комплекса от низкочастотных и постоянных токов питания устройств ЖАТ и обеспечивают возможность измерения малых напряжений в гальванически изолированных цепях.
Модули аналогового ввода (МАВ) принимают аналоговые сигналы и проводят измерения действующего значение напряжения либо в полосе частот от 0 до 100 Гц, либо от 100 Гц до 31 кГц в зависимости от конструктивного исполнения, формируют пакеты данных с результатами измерений и передают их на БИ.
Модуль дискретного ввода МДВ принимает дискретный сигнал, сравнивает их с конструктивно встроенным в него порогом срабатывания, принимает решение о состоянии устройства «включено/выключено», формирует пакет данных и передает их на БИ.
Недостатком устройства является то, что при сборе дискретной информации в каждой конкретной схеме с заданными условиями измерения необходимо применять разные конструктивные модификации модуля дискретного ввода МДВ, настроенные на тип сигнала (переменный или постоянный) и значение напряжения порога распознавания включенного состояния объекта.
Другим недостатком данного устройства является то, что МАВ представляет собой устройство с ограниченным числом аналоговых входов, подключаемых к встроенному в МАВ измерителю. С увеличением числа измеряемых объектов количество МАВ пропорционально увеличивается, что не позволяет применять их по конструктивным (недостаток места для размещения в действующих устройствах ЖАТ) и экономическим соображениям.
Целью предлагаемого способа удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики и устройства для осуществления является уменьшение стоимости удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики за счет сокращения количества специализированных измерителей, расширение набора измеряемых параметров сигналов, обеспечение безопасности подключения и исключения влияния устройств мониторинга на диагностируемые устройства ЖАТ, а также упрощение практической реализации измерения сопротивления изоляции монтажа устройств СЦБ и определения состояния дискретных устройств ЖАТ «включено/выключено» в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации.
Указанная цель достигается тем, что измеряемые аналоговые сигналы с территориально разнесенных объектов (устройств ЖАТ) с помощью аналоговых коммутаторов поочередно подключаются к аналоговой линии связи, по которой передаются на вход централизованного многофункционального измерителя, который измеряет параметры входящих аналоговых сигналов от устройств ЖАТ и сопротивление изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ, не оборудованных сигнализаторами заземления, преобразовывает аналоговую информацию в цифровую форму и передает ее в цифровой канал связи, а обеспечение безопасности подключения и исключения влияния на устройства ЖАТ устройств мониторинга обеспечивается установкой в каждый провод, подключаемый к ЖАТ, высокоомных прецизионных сопротивлений, выдерживающих импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, а заданием внешнего опорного сигнала, в качестве которого может использоваться любой сигнал из измеряемой цепи, управляется порог срабатывания, и, таким образом, позволяет определять состояния дискретных устройств ЖАТ «включено/выключено» в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации.
Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что измеряемые аналоговые сигналы с территориально разнесенных объектов с помощью аналоговых коммутаторов поочередно подключают к аналоговой линии связи, по которой передают на вход централизованного многофункционального измерителя, измеряющего параметры входящих аналоговых сигналов и сопротивление изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ, не оборудованных сигнализаторами заземления, централизованным многофункциональным измерителем преобразуют в цифровую форму и передают в цифровой канал связи, заданием внешнего опорного сигнала управляют значением порога срабатывания и таким образом определяют состояния дискретных устройств ЖАТ «включено/выключено» в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, выходы блоков сбора дискретной информации, построенных на базе мультиплексора и компаратора, имеющих вход сигнала опорного напряжения и информационные входы, в каждом проводе которых установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, одновременно соединены с одним из входов контроллера, а система аналоговых измерений состоит из подсистемы выделенных измерений и подсистемы коммутируемых измерений, где подсистема выделенных измерений включает первичные преобразователи аналогового сигнала, выход которых соединен с входом централизованного многофункционального измерителя - устройства нормирования сигналов питающей для контроля напряжения и тока питающей установки устройств ЖАТ - на базе аналого-цифрового преобразователя, выход централизованного многофункционального измерителя подсистемы выделенных измерений подсоединен к другому входу контроллера, а подсистема коммутируемых измерений, включает аналоговые коммутаторы, обеспечивающие гальваническую изоляцию отключаемых сигналов, в каждом проводе которых установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, а выходы аналоговых коммутаторов подключены к входу централизованного многофункционального измерителя - устройства нормирования сигналов для контроля параметров устройств ЖАТ и измерения сопротивления изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ - на базе аналого-цифрового преобразователя со специализированным входом опорного напряжения, подключенным к источнику опорного напряжения, выход централизованного многофункционального измерителя подсистемы коммутируемых измерений соединен со входом контроллера, выход последнего соединен с автоматизированным рабочим местом.
На чертеже приведена схема устройства для реализации способа п.1, включающая блоки сбора дискретной информации 1, аналоговые коммутаторы 2, устройство нормирования сигнала 3, источник опорного напряжения 5, устройство нормирования сигнала питающей 6, диагностический контроллер 7, автоматизированное рабочее место 8, первичные преобразователи тока 9.
Блок сбора дискретной информации 1 выполнен на базе мультиплексора, на входы которого поступает дискретная информация, а выход соединен с первым входом компаратора, на второй вход компаратора поступает опорный сигнал, с которым сравнивается дискретная информация для формирования информации о состоянии устройства «включено/выключено». Информация о состоянии устройства «включено/выключено» с выхода блока сбора дискретной информации 1 поступает на входы диагностического контроллера 7.
Подсистема коммутируемых аналоговых измерений включает аналоговые коммутаторы 2, в каждом проводе которых установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, устройство нормирования сигналов 3 и источник опорного напряжения 5. Аналоговые коммутаторы 2 выполнены в виде мультиплексора аналогового сигнала, обеспечивающего гальваническую изоляцию отключаемых от устройства нормирования сигнала 3 сигналов, в каждом входе мультиплексора установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик. Входы мультиплексора подключаются к измеряемым объектам устройств ЖАТ, выход мультиплексора соединен с аналоговым каналом связи, по которому аналоговая информация передается на информационные входы устройства нормирования сигнала 3. С выхода источника опорного напряжения 5 сигнал опорного напряжения подается на специализированный вход устройства нормирования сигнала 3 для создания тока утечки и измерения изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ. Выход устройства нормирования сигнала 3 соединен с входом диагностического контроллера 7.
Подсистема выделенных измерений включает первичные преобразователи тока 9, на которые подается аналоговый сигнал тока питающей установки устройств ЖАТ. С выхода первичных преобразователей тока 9 аналоговый сигнал поступает на входы устройства нормирования сигнала питающей 6, предназначенные для подключения датчиков тока. На остальные входы для измерения напряжения поступают непосредственно измеряемые аналоговые сигналы напряжения питающей устройств ЖАТ.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В подсистеме коммутируемых измерений аналоговые коммутаторы 2 последовательно подключают аналоговую линию связи к объектам устройств ЖАТ, находящимся на контроле, по которой полученные аналоговые сигналы U1(t)… Un(t) поступают на информационные входы устройства нормирования сигнала 3. В каждый момент времени аналоговый коммутатор 2 подключает к устройству нормирования сигнала 3 только один объект устройств ЖАТ, и устройство нормирования сигнала 3 проводит измерения его параметров, а также измеряет сопротивление изоляции кабелей его монтажа. С выхода источника опорного напряжения 5 сигнал опорного напряжения Uоп2 подается на специализированный вход устройства нормирования сигнала 3 для создания тока утечки I(t) через изоляцию кабеля и монтажа, по величине тока утечки I(t) рассчитывается сопротивление изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ, находящихся на контроле по формуле:
где Uоп2 - опорное напряжение, I(t) - ток утечки, Rз - сопротивление защитных сопротивлений, включенных в каждый провод аналогового коммутатора 2, Rогр - сопротивление, ограничивающее ток короткого замыкания источника опорного напряжения 5.
В подсистеме выделенных измерений на вход первичных преобразователей тока 9 подается аналоговый сигнал Inum(t) тока питающей установки устройств ЖАТ. Первичные преобразователи тока 9 преобразовывают входящий сигнал I(t) в соответствующий ему сигнал напряжения, который поступает на входы устройства нормирования сигнала питающей 6, предназначенные для подключения датчиков тока. На остальные входы для измерения напряжения поступают непосредственно измеряемые аналоговые сигналы напряжения питающей Unum(t) устройств ЖАТ. Устройство нормирования сигнала питающей 6 измеряет параметры входящих сигналов, оцифровывает информацию, формирует пакеты данных и передает ее по цифровому каналу связи на вход диагностического контроллера 7 и далее на автоматизированное рабочее место 8.
На вход опорного сигнала блока сбора дискретной информации 1 подается опорное напряжение Uоп1. Блок сбора дискретной информации 1 сравнивает уровень дискретных сигналов, поступающих на его информационные входы со значением порога, пропорционального напряжению опорного сигнала Uоп1, по модулю. Благодаря этому блок сбора дискретной информации 1 имеет стабильный уровень срабатывания, не чувствительный к полярности входного напряжения. Блок сбора дискретной информации 1 за счет программного анализа периода изменения состояния информационных входов различает присутствие на входе постоянного сигнала или переменного сигнала частотой 50 Гц или импульсного сигнала в соответствии с измеряемыми параметрами устройств ЖАТ, благодаря чему происходит расширение информативности дискретного контроля при диагностике. Собранная информация передается по цифровому каналу связи в диагностический контроллер 7 и далее на автоматизированное рабочее место 8.
1. Способ удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики, включающий сбор дискретной информации и/или аналоговой информации о состоянии устройств ЖАТ, преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, определение состояния устройств ЖАТ «включено/выключено» путем сравнения дискретной информации со значением порога срабатывания, передачу собранной информации об устройстве ЖАТ по цифровым каналам связи на автоматизированное рабочее место, программным способом отслеживание и оценку технического состояния устройств ЖАТ, отличающийся тем, что измеряемые аналоговые сигналы с территориально разнесенных объектов с помощью аналоговых коммутаторов поочередно подключают к аналоговой линии связи, по которой передают на вход централизованного многофункционального измерителя, измеряющего параметры входящих аналоговых сигналов и сопротивление изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ, не оборудованных сигнализаторами заземления, централизованным многофункциональным измерителем преобразуют в цифровую форму и передают в цифровой канал связи, заданием внешнего опорного сигнала управляют значением порога срабатывания, и таким образом определяют состояния дискретных устройств ЖАТ «включено/выключено» в схемах с различными диапазонами переменных или постоянных напряжений представления дискретной информации.
2. Устройство для осуществления способа по п.1 удаленного мониторинга и технической диагностики железнодорожных устройств автоматики и телемеханики, содержащее блоки сбора дискретной информации, систему аналоговых измерений, контроллер, автоматизированные рабочие места, отличающееся тем, что выходы блоков сбора дискретной информации, построенных на базе мультиплексора и компаратора, имеющих вход сигнала опорного напряжения и информационные входы, в каждом проводе которых установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, а система аналоговых измерений состоит из подсистемы выделенных измерений и подсистемы коммутируемых измерений, где подсистема выделенных измерений включает первичные преобразователи аналогового сигнала, выход которых соединен с входом централизованного многофункционального измерителя - устройства нормирования сигналов питающей для контроля напряжения и тока питающей установки устройств ЖАТ - на базе аналого-цифрового преобразователя, выход централизованного многофункционального измерителя подсистемы выделенных измерений подсоединен к другому входу контроллера, а подсистема коммутируемых измерений включает аналоговые коммутаторы, обеспечивающие гальваническую изоляцию отключаемых сигналов, в каждом проводе которых установлено высокоомное прецизионное сопротивление, выдерживающее импульсные напряжения до 2 кВ без изменения своих характеристик, а выходы аналоговых коммутаторов подключены к входу централизованного многофункционального измерителя - устройства нормирования сигналов для контроля параметров устройств ЖАТ и измерения сопротивления изоляции кабелей монтажа устройств ЖАТ - на базе аналого-цифрового преобразователя со специализированным входом опорного напряжения, подключенным к источнику опорного напряжения, выход централизованного многофункционального измерителя подсистемы коммутируемых измерений соединен со входом контроллера, выход последнего соединен с автоматизированным рабочим местом.
