2014-02-24
3624
УСТА
Микропроцессорная система управления "Система УСТА", выполняет следующие функции:
- регулирование мощности тягового генератора (ТГ) в зависимости от частоты вращения вала дизеля в соответствии с нагрузочной характеристикой дизель-генератора;
- регулирование внешних характеристик ТГ при фиксированной частоте вращения вала дизеля с учетом свободной мощности дизеля;
- обеспечение параметров ограничений напряжения и тока тягового генератора в зависимости от частоты вращения вала дизеля;
- автоматическое снижение мощности дизеля при отключении части тяговых электродвигателей (ТЭД);
- регулирование тока возбуждения тяговых электродвигателей в режиме электрического тормоза (ЭТ), с выполнением всех режимов ЭТ;
- обеспечение ограничений по максимальным току возбуждения и токам якорей тяговых электродвигателей, ограничений по параметрам коммутации ТЭД в режиме ЭТ;
- управление работой контакторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей КШ1, КШ2 в режиме тяги по заданным параметрам прямого и обратного переходов. При этом во время срабатывания контакторов КШ1 и КШ2 происходит автоматическое снижение напряжения тягового генератора на величину, исключающую перегрузку дизеля;
|
|
|
- управление работой электромагнитов регулятора дизеля МР2, МР3 в режиме ЭТ;
- обеспечение защит теп-за от боксования и юза тяговых электродвигателей в режимах тяги и ЭТ;
- обеспечение режима холостого хода секции.
На тепловозе сохранена штатная схема аварийного возбуждения тягового генератора, переключение на которую производится при выходе из Системы рубильником АП.
Применение микропроцессорной системы управления значительно упростило схему управления возбуждением тягового генератора в режимах тяги и электрического торможения и позволило исключить из электрической схемы тепловоза ТЭП-70 следующие позиции комплектующего электрооборудования:
- блоки выпрямителей БВК 140,220, 320, 340 – 4шт;
- блок тахометрический задания возбуждения БЗВ БА-430;
- блок управления возбуждением БУВ БА-520;
- блок электрического тормоза БЭТ КУА-14Б;
- реле времени РВ5, РВ10, РВ11, РВ12 – 4шт;
- реле ТРПУ-1-413 РУ8,РУ16, РУ29, РУ30, РУ31, РУ32–6 шт;
- реле Рмн1, РП1, РП2, РЮ, РМ1 – 5 шт;
- трансформаторы распределительные, тока и напряжения ТрК, ТрПТ1 – ТрПТ4, ТрПН1, ТрПН2, ТрР1, ТрР2 – 9шт;
- регулятор напряжения РНВГ – 1 шт;
- панели с сопротивлениями Rид, Rр1, Rр5, Rрм1, Rрм3, Rрю, Rст, Rрпш1, Rрпш2, Rр4, Rогр, Rтрпн1, Rтрпн2, Rр3, Rр2 – 15 шт.
Необходимо отметить, что не смотря на значительные изменения в электрической схеме, алгоритмы действий машиниста по управлению тепловозом и аварийная схема возбуждения не изменились и остались такими же, как на тепловозах, изготавливавшихся ранее.
|
|
|
Единожды отлаженное на тепловозе программное обеспечение позволило обеспечить стабильность во времени характеристик электрической передачи тепловоза при эксплуатации, их высокую повторяемость, и тем самым, исключить целый ряд настроек и проверок при проведении любых видов испытаний. Значительно упрощены процессы реостатной настройки и предпоездной проверки работы системы возбуждения за счет исключения из электрической схемы тепловоза настроечных органов регулирования электрической передачи. Все электрические параметры ограничений, защит по току и напряжению, порогов срабатывания исполнительных аппаратов тепловоза заданы программно и не могут быть подвергнуты корректировке извне без участия разработчика.
При внедрении Системы на тепловозы ТЭП70 была подтверждена ее унификация для всех видов тепловозов с электрической передачей, эксплуатируемых в странах СНГ (блок регулирования Системы не претерпел никаких доработок и может устанавливаться на любой тип тепловоза), чем нередко пользуются в депо эксплуатации со смешанным парком
Первый год эксплуатации тепловозов ТЭП70, оборудованных Системой, показал:
параметры электрической передачи тепловозов стабильны во времени, и тепловозы не требуют постановки на реостат для проведения настройки;
- реальная приемистость дизеля при резком наборе позиции составляет 20-40с в зависимости от настройки регулятора частоты вращения без дымления и снижения частоты вращения вала дизеля;
- работа защит от боксования и юза устойчива и эффективна (тепловозы с системой УСТА практически не боксуют);
- простую в управлении, надежную и эффективную работу системы электрического торможения в различных режимах;
- реальную экономию топлива в 3-4%, за счет обеспечения нагружения дизеля по экономичным характеристикам;
- наличие простого в эксплуатации сервисного проверочного оборудования Системы (отладочный пульт, программа «Осциллограф»), поставляемого в каждое депо эксплуатации, что позволяет отказаться от подключения дополнительных измерительных приборов и регистрировать все параметры электрической передачи тепловоза в реальном масштабе времени, в том числе и на магнитный носитель.
Необходимо отметить и некоторые особенности Системы, на которые необходимо обратить внимание эксплуатационникам:
Система очень критична и зависима от исправности электрических цепей вспомогательных блокировочных контактов исполнительных аппаратов тепловоза (реле, контакторов, блокировок и проч.), по состоянию которых она определяет режим работы тепловоза. Прежде всего это относится к цепям КВВ, КРН, ОМ, РУ27, РДТ1, КП7, КШ1, КШ2;
при сопротивлении изоляции цепей управления тепловоза ниже 100 кОм (когда, в принципе, тепловоз не допускается до эксплуатации)
Система может работать неустойчиво;
- при неправильной настройке регулятора дизеля (занижена частота вращения по позициям) и индуктивного датчика Система не позволит нагрузить дизель на полную мощность, т.к. пониженная частота вращения вала дизеля и положение датчика на минимальном упоре индицируют ей о перегрузке дизеля. Таким образом, правильная настройка регулятора дизеля определяет величину мощности, снимаемой с зажимов выпрямительной установки;
локомотивной бригаде и ремонтному персоналу невозможно подстроить параметры электрической передачи «под себя» (как правило, это относится к порогам включения/отключения контакторов КШ1 и КШ2). Данные параметры заданы программно в соответствии с требованиями завода-изготовителя тепловоза и могут корректироваться только с его разрешения.
|
|
|
СОСТАВ СИСТЕМЫ
Система – это программно-аппаратный комплекс, соединяющий в себе блок регулирования ТУ32-ВНИКТИ-35-2006, преобразователи измерительные напряжения и тока ПН1, ТУ32-ВНИКТИ-39-2006 и управляющее программное обеспечение.
Конструктивно блок регулирования состоит из модулей (плат):
- процессора, управляющего работой всей Системы;
- выходных ключей, управляющих работой исполнительных аппаратов тепловоза (контакторов, вентилей, реле);
- гальванических развязок, принимающего и обрабатывающего информацию от дискретных датчиков (вспомогательных блокировочных контактов исполнительных аппаратов);
- ключей ШИМ, управляющих возбуждением тягового генератора;
- питания, обеспечивающего питание блока регулирования и аналоговых датчиков, питание индуктивного датчика.
В состав Системы, устанавливаемой на тепловозе 2ТЭ116, конструктивно входят:
блок регулирования (БРТ) – 1 шт. (размещен в высоковольтной камере);
преобразователи измерительные напряжения и тока ПН1 – 10 шт. (размещены в высоковольтной камере);
блок выпрямителей БВТ, обрабатывающий сигналы частоты вращения колесных пар, поступающие с 6-ти тахогенераторов колесных пар – 1 шт. (размещен в высоковольтной камере).
На тепловозе 2ТЭ116 аппаратные ресурсы блока регулирования использованы следующим образом:
6 выходных ключей (из 10-ти);
12 аналоговых входов (из 16-ти);
1 частотный вход (из 2-х);
13 дискретных входов(из 16-ти).
Для обеспечения режима поддержания скорости в режиме ЭТ потребовалась доработка контроллера машиниста в области сектора плавного задания ограничения скорости. Это осуществлено путем механической доработки трех шайб №№ 2,9,10 контроллера машиниста, отвечающих за управление работой МР1, МР3, МР4 в режиме ЭТ. После доработки контроллер обеспечивает 7 фиксированных позиций задания ограничения скорости (100, 80, 60, 40, 30, 20, 0 км/ч).
Применение Системы позволяет исключить из электрической принципиальной схемы тепловоза 2ТЭ116.70.15.001 Э3 ряд элементов:
- блоки выпрямителей БВК 140,220А, 320, 250А – 4шт;
- блок задания возбуждения БЗВ;
|
|
|
- блок управления возбуждением БУВ БА-520;
- устройство автоматики комплектное БВТ КУА-14Б;
- реле времени РВ5 – 1 шт;
- реле ТРПУ РУ18– 1 шт;
- реле РБ3 – 1 шт;
- трансформаторы распределительные, напряжения и тока ТПН1, ТПН2, ТПТ1…5, ТР1, ТР2, ТК – 10шт;
- шунт измерительный Ш6 – 1 шт;
- панели с резисторами – 7 шт.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В РЕЖИМЕ ТЯГИ
Описание системы регулирования электропередачи тепловоза в режиме тяги сделано в соответствии со схемой электрической принципиальной 2ТЭ116.70.15.001Э3 и схемой электрической соединений и подключения системы микропроцессорной управления тепловозом 27.Т.336.70.01.000ЭО.
Тяговый синхронный генератор Г типа ГС-501А питает через выпрямительную установку ВУ типа В-ТППД-6,3К-1000-2 тяговые электродвигатели М1…М6 типа ЭД-118Б, которые соединены в шесть параллельных ветвей и имеют две ступени ослабления возбуждения.
Возбуждение тягового генератора осуществляется синхронным возбудителем СВ.
Регулирование тока возбуждения возбудителя осуществляется Системой через силовые выходные ключи посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения, подводимого к обмоткам возбуждения.
Сигналы обратных связей по нагрузкам тяговых электродвигателей, току и напряжению тягового генератора с датчиков ИТ1-ИТ7 и ИН1 поступают на вход Системы, которая, обрабатывая указанные сигналы, осуществляет по заданному алгоритму регулирование электрической передачи.
Кроме названных датчиков, для реализации алгоритмов регулирования в Систему подаются сигналы обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля и по положению индуктивного датчика регулятора дизеля.
Для реализации требуемого скоростного диапазона работы тепловоза Система обеспечивает управление контакторами ослабления возбуждения КШ1 и КШ2.
Установка Системы потребовала коренной переработки схемы управления возбуждением тягового генератора тепловоза в режиме тяги, из которой исключены цепи блоков управления возбуждением БА-520, задания возбуждения БА-430, переработана схема управления работой контакторов КШ1 и КШ2, реле сброса нагрузки РМ1, питания индуктивного датчика. Изменены цепи защиты от боксования.
В соответствии с заданной позицией контроллера машиниста и соответствующей ей частотой вращения коленчатого вала дизеля Системой задаются параметры базовой мощности тягового генератора. Мощность тягового генератора на 1-3 позиции контроллера машиниста задается программно и не зависит от оборотов дизеля. Указанные значения для тягового генератора определяются частотой вращения коленчатого вала дизеля и представлены в таблице 5.
Таблица 5.
| Пози-ция к/м | Напря- жение отсечки, В | Ток отсечки, А | Мощность на клеммах выпрямительной установки базовая, кВт | Мощность на клеммах выпрямительной установки селективная, кВт | Мощность при минимальной настройке ИД, кВт |
Допуск при настройке напряжений и токов отсечки составляет ±2%, мощности базовой и селективной ±20 кВт.
Уровень селективной характеристики составляет 5/6 от уровня базовой мощности на 4-15 позициях КМ. Переход на селективную характеристику происходит в случае отключения тягового электродвигателя. При отключении/выходе из строя индуктивного датчика Система реализует базовую мощность. Ограничения по току и напряжению тягового генератора задаются по положению контроллера машиниста.
Мощность в статических режимах, снимаемая с зажимов выпрямительной установки, определяется Системой и находится в пределах, определяемых настройкой индуктивного датчика.
При этом минимальное положение Uид соответствует перегрузке дизеля (шток индуктивного датчика полностью находится в катушке), максимальное положение Uид соответствует недогрузу дизеля (шток индуктивного датчика максимально вышел из катушки). При уходе индуктивного датчика из середины диапазона Система в зависимости от направления отклонения Uид догружает или разгружает дизель, регулируя ток возбуждения возбудителя. На тепловозах 2ТЭ116, оборудованных Системой, индуктивный датчик вступает в работу, начиная с 4-й позиции. В случае, если индуктивный датчик находится на минимальном упоре, значения фактической мощности, снимаемой с зажимов выпрямительной установки, равны значениям селективной мощности.
Подготовка тепловоза к пуску дизелей и их запуск, останов дизелей, приведение тепловоза в движение, управление электромагнитами регуляторов дизелей, перевод тепловоза в режим аварийного возбуждения, управление агрегатами собственных нужд, включение тумблеров и автоматов, кнопок – алгоритм порядка действий машиниста не изменяется и соответствует штатной схеме тепловоза.
Процессы запуска дизелей, регулирования напряжения вспомогательного генератора, работа тормозных компрессоров, работа систем охлаждения теплоносителей дизелей, пневмосистем тепловоза остаются соответствующими штатной схеме тепловоза.
Ослабление возбуждения тяговых двигателей производится Системой по результатам анализа состояния канала регулирования мощности тягового генератора путем включения или выключения вентилей групповых контакторов КШ1 и КШ2 первой или второй ступени.
Все параметры срабатывания КШ1 и КШ2 заданы программно.
Работа системы управления ослаблением возбуждения тяговых двигателей разрешена только при включении тумблера " Управление переходами" в положение "Автомат" при условии отсутствия боксования.
ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ, КОТОРЫЕ МОГУТ ИМЕТЬ МЕСТО НА ТЕПЛОВОЗЕ 2ТЭ116 С СИСТЕМОЙ. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Принятые сокращения, условные обозначения, термины соответствуют схеме электрической соединения и подключения 27.Т.336.70.01.000 ЭО тепловоза 2ТЭ116.
Для того, чтобы обслуживающий персонал смог правильно диагностировать возникшую неисправность, следует обратить внимание на следующие основные моменты по функционированию Системы:
Система не управляет сборкой тяговой или тормозной схемы тепловоза;
принцип управления возбуждением в режимах тяги и электрического тормоза един, и если Система правильно управляет возбуждением возбудителя в режиме тяги, то она будет управлять возбуждением и в режиме тормоза;
простейшая проверка работоспособности системы управления возбуждением возбудителя в тяговом режиме проводится сборкой тяговой схемы при отключенных ОМ и установкой контроллера машиниста на 4-ю позицию. При этом должны последовательно сработать контакторы сначала КШ1, затем через 10с КШ2, напряжение тягового генератора должно установиться на уровне 290В. При переводе контроллера на 3-ю позицию КШ1 и КШ2 отключаются, и напряжение тягового генератора устанавливается на уровне 216В. Если данные условия выполняются – система управления возбуждением исправна. При этом однозначно Система обеспечит и все заданные параметры в режиме электрического тормоза;
Еще одна проверка работоспособности системы управления возбуждением – перевод тепловоза на аварийную схему возбуждения, при работе тепловоза на которой Система абсолютно не задействована. Если нет возбуждения и на аварийной схеме, то неисправность нужно искать в схеме тепловоза.
Далее рассмотрим функции, которые выполняют отдельные модули блока регулирования:
плата "ГР" (гальванических развязок) отвечает за сбор и обработку информации с дискретных датчиков (состояние блокировочных контактов исполнительных аппаратов тепловоза);
плата "ВЫХ" (выходных ключей) отвечает за управление исполнительными аппаратами тепловоза (включение/выключение контакторов и реле);
платы "ШИМ" (ШИМ силовых ключей) отвечают за управление возбуждением возбудителя; обеспечивают прием и обработку сигнала частоты вращения вала дизеля;
плата "ПИТ" (питания) обеспечивает питание блока регулирования, измерительных преобразователей ПН1 и индуктивного датчика;
плата "ПР" (процессора) отвечает за правильность работы управляющей программы Системы, за связь с проверочным оборудованием (компьютер или переносной пульт), сбор и обработку информации от преобразователей аналоговых сигналов ПН1.
Регулятор предназначен для автоматического поддержания заданной частоты вращения.
Регулятор также обеспечивает выполнение следующих дополнительных функций:
- блокировку запуска двигателя при отсутствии команды "РАБОТА";
- вывод реек топливных насосов на "нуль подачу" при обесточивании регулятора, обрыве цепей преобразователя частоты вращения или исполнительного устройства;
- ограничение топливоподачи при пуске дизеля;
- включение пусковой подачи топ-ва при достижении частоты вращения дизеля 250об/мин
- ограничение подачи топлива в функции давления наддува;
- обеспечение программной защиты дизеля по давлению масла;
- корректировку характеристики программной защиты дизеля по давлению масла в зависимости от
температуры масла в масляной системе дизеля;
- снижение частоты вращения под нагрузкой по заданному закону.
1.Состав регулятора и назначение составных частей регулятора.
1.1.Регуляторы состоят из:
Электронного блока управления (БУ);
электронный блок управления воспринимает сигналы с периферийных датчиков, обрабатывает их и по заданному закону, выдает команды управления исполнительным устройствам.
Исполнительного устройства (ИУ);
исполнительное устройство предназначено для преобразования электрического управляющего сигнала в механическое перемещение выходного вала, воздействующего на рейки ТНВД.
Блока питания (БП);
блок питания позволяет питать электронный регулятор от бортовой сети тепловоза. обеспечивая гальваническую развязку с сетью тепловоза.
Блок питания обеспечивает выходное напряжение 24В при изменении входного напряжения от 30 до 160В. Номинальный ток нагрузки 1,5А.
Имеет защиту от короткого замыкания и перегрузки блока питания, датчиков частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора ТК (ДЧД), (ДЧТК);
Преобразователи частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора предназначены для преобразования соответственно частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора в электрический сигнал переменного тока с частотой, пропорциональной преобразуемой частоте вращения.
Датчиков давления масла и давления наддува (ДДМ), (ДДН);
датчик давления используется для измерения избыточного давления надувочного воздуха и давления масла в масляной системе дизеля.
В зависимости от требуемого измерения давления датчики комплектуются с пределами измерения 0-0,25 МПа и 0-1,6 МП. Выходной сигнал токовый 4-20мА.
Датчика положения, (ДП);
преобразователь линейных перемещений предназначен для измерения положения реек ТНВД и преобразования измеренного параметра в электрический частотный П-образный сигнал уровнем 0 – 5 В.
Датчика температуры (ДТемп)
термопреобразователь предназначен для измерения температуры масла или воды в системе дизеля.
Монтажных деталей и узлов (соединительная коробка, детали установки блока управления).
соединительная коробка предназначена для подключения составных частей электронного регулятора установленных на дизеле к блоку управления электронного регулятора.
кабелей связи
В комплект регулятора входят соединительные жгуты и кабели, которые соединяют составные части регулятора между собой, а также подключают к блоку управления внешние устройства
программатор.
Программатор предназначен для контроля параметров настройки регулятора.
Позволяет производить перенастройку
-характеристики защиты по маслу,
-ограничительной характеристики подачи топлива в функции давления наддува,
-ограничения подачи топлива при пуске дизеля
При помощи программатора производится оптимальная настройка коэффициентов регулятора для обеспечения стабильной работы дизеля и минимального заброса оборотов при резком изменении нагрузки
2. Алгоритм электронного регулятора
-измерение оборотов за определенное время идет счет импульсов и по ним определяются обороты,
-команды от МПСУ,(проходят по последовательному порту по интерфейсу токовая петля)
-если пропадает связь, то обороты скатываются на 350 об/мин,
-ограничение при пуске,
-защита по давлению масла,
-ограничение подачи топлива в зависимости от давления наддува.
-при достижении заданных максимальных оборотов регулятор отключает топливо,
-обратить внимание, что при пуске имеется ограничение которое уточняется при сдаче дизеля.
Алгоритм пуска.
По достижению 32об/мин устанавливается пусковая топливоподача,
По достижению 250об/мин включается в работу регулятор
По достижению 330об/мин включается защита по маслу, если давление низкое, то через заданное время 3-5с произойдет остановка двигателя и на программаторе появится сообщение «OIL»
3. неисправности
3.1как проверить, что тот или иной датчик не работает
-датчик давления масла- проверяется в режиме РЕС2 (верх и низ по программатору должны совпадать), Если он неисправен, то после пуска дизель останавливается и на программаторе появляется сообщение «Oil». Это может быть и при низком давлении масла дизеля
-датчик давления наддува- проверяется в режиме РЕ9А ((верх и низ по программатору должны совпадать), Если он неисправен, то дизель не развивает обороты и давится.
-датчик положения- проверяется в режиме РЕ70 (если показания 0000 или более 25.00, или резкие изменения показаний в большом диапазоне показаний), Если он неисправен, то дизель не развивает мощность, не развивает обороты. Могут наблюдаться резкие рывки рек ТНВд и оборотов
-датчик температуры – проверяется в режиме РЕ СВ по верху (если показывает слишком малое значение температуры – 0000, или слишком большое –более 1100С, Не влияет на работу
-обороты дизеля –проверяется в режиме РЕ10 –при провороте коленчатого вала во время пуска верхний ряд индикаторов показывает 0000 или значения резко меняются хаотично
-обороты ТК –проверяется в режиме РЕ9Е. При работе под нагрузкой показания индикаторов 0000 или значения резко меняются хаотично. Датчик ТК на работу не влияет. Датчик оборотов дизеля может вызвать резкие рывки оборотов, реек ТНВД
3.2.неисправность БП,
-не загорается светодиод, проверить напряжение на входе, если оно есть проверить напряжение на выходе. Если нет, проверить предохранитель
3.3 неисправность БУ,
-при подключении программатора он не загорается, то проверить БП, проверить предохранителя,
-если загорается программатор, то это значит, что основные части БУ работают
-программатор загорается, но рейки не идут на подачу, то необходимо проверить. Что на дискретные входа сигнал поступает и величина их не менее 80В, для стопа не менее 50В
-показать как проверить прохождение дискретных сигналов,
-проверить в режиме РЕ80 позиционирование, если оно есть, то БУ исправен и дизель должен запуститься
3.4 неисправность ИУ
-не выдвигает рейки ТНВД. Если в процессе пуска ощущается большое усилие которое необходимо преодолеть чтобы в ручную выдвинуть рейки ТНВД, то гидравлическая часть ИУ работает.
-электрическая часть проверяется в режиме РЕ80 путем позиционирования. Если при минимальном значении шага позиционирования рейки ТНВД в ручную трудно перемещаются, а при максимальном значении шага позиционирования относительно легко можно в ручную переместить рейки ТНВД на подачу, то электрическая часть работает
3.5. обороты не соответствую требуемым
-проверяется правильность поступления сигналов по дискретным входам.
