Курсовая работа: Мехатронная система обеспечения заданной скорости электровоза на различных участках пути
Таблица 2
|
Аппаратура МСУД |
Состав аппаратуры МСУД | ||
| Шкаф | Блок индикации | Кабель | |
| МСУД1.4 | Шкаф МСУД1.4– 4шт. |
Блок БИ1.4– 2шт. или Блок БИ1.6– 2шт. |
Кабель 42 – 1шт. |
1.2.2 Технические характеристики
§ Аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики электрооборудования электровоза построена на программных принципах обработки информации с использованием микропроцессорных контроллеров Micro PC.
§ Требования к организации обмена, составу, кодированию информации и характеристикам электрических сигналов в магистральном канале соответствуют стандарту RS-485 (многоабонентской «токовой петле»).
§ Скорость передачи информации по магистральному каналу -до 56 Кбит/с.
§ Разрядность центрального процессора - 32. Быстродействие - 800 тыс. оп/с.
§ Емкость оперативного запоминающего устройства - не менее I Мб
§ Емкость постоянного запоминающего устройства - не менее 512 Кб.
§ Количество внешних запросов прерываний - 4.
§ Количество входных аналоговых сигналов - 20. Разрядность интегрирующего аналого-цифрового преобразователя - 12. Уровень входных сигналов - от 0 до 10В.
§ Количество каналов ввода дискретных сигналов в контроллере МПК1 (МПК2) - 24; в контроллере ЦМК - 48. Уровень дискретных сигналов: логический 0 - от 0 до +1 В; логическая 1 - от +30 до +80 В.
§ Количество выходных дискретных сигналов - 36, в том числе в ЦМК - 12. Напряжение коммутации до +80 В, ток активной нагрузки до 1,5 А.
§ Количество выходных импульсных сигналов - 16. Амплитуда выходных импульсов не менее 20 В на нагрузке 68 Ом.
§ Количество каналов программируемых таймеров - 16. Выходной сигнал - импульс длительностью 40 - 100 мкс.
§ Последовательный интерфейс по стыку RS-232 в контроллере ЦМК - 5 каналов; в контроллерах МПК1, МПК2 по одному каналу.
§ Входное напряжение питания 50 В постоянного тока с пределами изменения от 35 до 70 В.
§ Вероятность безотказной работы МСУД в течение 4000 час. (200000 км пробега электровоза) не менее 0,99.
§ Ремонтопригодность МСУД обеспечивается наличием встроенных средств технического диагностирования, ЗИП и конструктивным исполнением, позволяющим оперативно осуществить замену отказавших съемных элементов исправными из состава ЗИП, а также проведение необходимого технического обслуживания.
§ Время готовности МСУД к работе с момента включения при температуре окружающего воздуха выше минус 35 °С не превышает 10 минут, при температуре окружающего воздуха ниже минус 35 °С не превышает 30 минут.
§ Аппаратура МСУД нормально функционирует при воздействии внешних климатических факторов:
× температура окружающей среды для аппаратуры, расположенной в кузове электровоза от минус 50 до + 60 °С, для блоков БИ1.2 - от минус 25 до + 60°С;
× скорость возрастания температуры окружающего воздуха при запуске электровоза в работу до 1 град/мин;
× скорость спада температуры окружающего воздуха после окончания работы электровоза до 2 град/мин;
× относительная влажность воздуха до 100 % при температуре 20 °С;
× возможность выпадения инея;
× тип атмосферы II по ГОСТ 15150-69;
× наличие пыли с концентрацией до 20 мг/куб. м;
× максимальная высота над уровнем моря до 1400м.
§ В части воздействия внешних механических факторов МСУД соответствует группе М25 по ГОСТ 17516.1-90Е:
× синусоидальная вибрация в диапазоне частот 0,5 - 100 Гц с максимальной амплитудой ускорений I § в любом из трех взаимно перпендикулярных направлений;
× одиночные удары в одном горизонтальном направлении с пиковым ударным ускорением 3g и длительностью ударного ускорения 2-20 мс.
2 Объект модернизации
2.1 Преобразователь выпрямительно-инверторный ВИП-5600 УХЛ2
Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) предназначен, для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования величины противо-э.д.с. инвертора в режиме рекуперативного торможения.
На электровозе устанавливается два преобразователя. Каждый ВИП состоит из блока силового (БС),блока питания (БП) и блока диагностики (БД).
Технические данные:
Номинальное входное напряженна, БС, В 1570
Входная частота, Гц 50
Номинальное входное напряжение БП, В 330
Номинальное входное напряжение БД, В 50
Номинальное выходное напряжение, В 1400
Номинальный выходной ток, А 4000
Номинальная выходная активная мощность, кВт 5600
Номинальное выходное напряжение БП, В 24
Номинальная выходная мощность БП, Вт 600
Параметру импульсов на выходе СФИ:
Амплитуда напряжения основного импульса, В 10
Амплитуда напряжения форсажного импульса, В 20
Длительность импульса на уровне 0,1 мкс 650
Амплитуда напряжения основного импульса в цепях управления
силовых тиристоров, В 7
Коэффициент полезного действия, % 98,6
Масса БС, кг 1250
Масса БП, кг 2
Масса БД, кг 5
Охлаждение воздушное принудительное
Количество охлаждающего воздуха, м³/мин 330
Силовая часть ВИП имеет 8 плеч и выполнена по схеме в соответствии с рисунком 2.1. Каждое плечо ВИП состоит из двух последовательно и пяти параллельно соединенных тиристоров. Плечи укомплектованы тиристорами Т353-800. При этом плечи 1,2,7,8 укомплектованы тиристорами 28 класса с неповторяющимся импульсным напряжением в закрытом состоянии не ниже 3800 В; плечи 3,4,5,6-тиристорами 32 класса. Конструктивно блоки тиристоров расположены по высоте пять, а по горизонтали -по восемь штук.
Силовая схема ВИП позволяет реализовать четырехзонное регулирование выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной обмотки тягового трансформатора.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема ВИП
Выравнивание тока по параллельным ветвям плеч обеспечивается подбором тиристоров по суммарному падению напряжения и также диагональным подключением плеч.
Допустимый разброс по суммарному падении напряжения между параллельными ветвями плеч при токе 400 А должен составлять не более 0,04 В.
Система формирования импульсов служит для включения тиристоров силовой схемы ВИП, которая управляется аппаратурой управления электровоза.
Параметры сигнала, подаваемого на вход СФИ, должны иметь следующие значения:
Амплитуда напряжения, не менее, В 18
Амплитуда тока, не менее, А 0,2
Амплитуда импульсов тока на уровне 0,5 амплитуды, не менее 30
Скорость нарастания управляющего тока, не менее, А/мкс 0,1
Блок питания обеспечивает напряжением блоки управления СФИ. Блок питания запитан от обмотки собственных нужд тягового трансформатора электровоза.
БП представляет собой транзисторный стабилизатор напряжения с параллельным: регулирующим элементом. Стабилизатор позволяет с заданной точностью поддерживать постоянное .напряжение на выходе при изменении входного напряжения в пределах 250-4700 В.
Блок диагностики служит для контроля наличия пробитых тиристоров в плечах БС, пробитых транзисторов в БП и СФИ, подачи запускающих импульсов для БУ при диагностировании работы СФИ, а так же позволят контролировать алгоритм работы плеч ВИП при работе его на холостом ходу или под нагрузкой.
2.2 Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-118
Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-118 предназначена для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении.
Технические данные:
Рабочее положение вертикальное
Номинальная мощность питания цепей управления, не более, Вт 250
Напряжение силовых целей относительно "земли"
и цепей управления, В 1500
Амплитуда напряжения импульсов управления на выходе,
не менее, В 20
Длительность импульсов управления на входе на уровне 0,5 амплитуды не менее, мкс 20
Напряжение питания постоянного (пульсирующего)тока цепей
управления, В 50
Номинальное напряжение питания переменного тока
(эффективное значение), В 2×270
Допустимое отклонения питающего напряжения, В 2×(100-330)
Допустимые перенапряжения на силовых выводах,
не более, В 1600
Номинальный продолжительный выпрямленный ток
(среднее значение), А 850
Ток выпрямленный 5-ти минутного режима с холодного состояния,
не более, А 308
Масса, кг 147
Выпрямительная установка возбуждения представляет собой двухполупериодный управляемый тиристорный выпрямитель, собранный по схеме с нулевой точной. Каждое плечо выпрямителя состоит из трех тиристоров, включенных параллельно.
На лицевой панели блока, размещены съемные блоки тиристоров 2,4.В каждом блоке находится силовой тиристор 10 с охладителем 11 и элементы защищающие тиристор от перенапряжения и помех.
Каркас состоит из металлического сварного основания 19. боковые панели образуют воздуховод.
Охладитель расположен в воздуховоде и охлаждается нагнетаемым воздухом. На боковых панелях расположены индуктивные делители 6, слева и справа установлены предохранители 20. Тиристоры, индуктивные делители и предохранители соединены шинным монтажом. Напряжение подводится шинами 1,3,5. Усилители-формирователи импульса управления силовыми тиристорами обоих плечей размещены на одной панели управления 22.
Блок ПКБ предназначен для установки в него съемного устройства регистрации (кассеты ЭН). На широкой стороне блока находятся направляющие для установки кассеты на оптический узел. На задней стенке устройства закреплен разъем для подключения электрической линии связи с аппаратурой МСУД.
Габаритные размеры блока 136x130x35 мм.
Описание блока ПКБ, кассеты ЭН и устройства обработки информации регистраторов ПКС изложены в руководстве по эксплуатации аппаратуры.
Инструкция для ввода данных о временных ограничениях скорости, регистрации диагностической информации и обработки зарегистрированной информации изложена в приложении А.
2.3 Шунтирующие устройства ШУ-001, ШУ-003
Шунтирующие устройства предназначены для гашения энергии, запасенной в катушках аппаратов, при отключении катушек от источников питания.
Технические данные:
Максимальное импульсное напряжение между
выводами в прямом направлении, В 8000
Номинальное напряжение постоянного (пульсирующего) тока между выводами в обратном направлении, В 500
Масса ШУ-001,кг 0,008
Масса ШУ-003,кг 0,015
Шунтирующее устройство представляет собой цепь, состоящую из последовательно соединенных диода V типа КД209 В и резистора R С2-ЗЗН-2-1кОм±10% с наконечниками 2 для подключения к выводам катушек. В шунтирующем устройстве ШУ-003 для увеличения длины цепочки элементу соединены с помощью проволоки 1 ММ-1,0.Вывод с маркировкой на трубке "Ж" подключается к выводу' катушки, связанному с "землей".
Шунтирующее устройство ШУ-001 представлено в соответствии с рисунком 2.2,а шунтирующее устройство ШУ-003-с рисунком 2.3.
Рисунок 2.2 – Шунтирующее устройство ШУМ-001.Схема электрическая и габаритный чертеж.
Рисунок 2.3 – Шунтирующее устройство ШУМ-003.Схема электрическая и габаритный чертеж.
2.4 Описание микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза (МСУД)
ЦМК обеспечивает обмен информацией между контроллерами управления и пультами машиниста, диагностику состояния электрооборудования и связь с приборами АСУБ по стыку RS-232.МПК1 или МПК2 последовательно опрашивает состояние входных сигналов от объекта управления, вычисляет значения выходных управляющих воздействий по программе, соответствующей алгоритму управления приводом и другим оборудованием электровоза. В аппаратуре предусмотрен встроенный непрерывный контроль, обеспечивающий проверку ее исправности. При возникновении отказов отдельных компонентов аппаратура либо сохраняет работоспособность, либо передает сообщение в блок БИ1 о необходимости переключиться на другой МПК.
Блок входных фильтров обеспечивает сглаживание пульсаций и кратковременных провалов входного напряжения питания аппаратуры.
2.4.1 В состав ЦМК входят следующие функциональные узлы:
- ячейка микропроцессорного контроллера МК3.1 ( Octagon Systems 6010 ), предназначенная для программной обработки информации, управления приемом-выдачей сигналов обмена с элементами ввода-вывода, сопряжения с внешними устройствами по стыку RS-232;
- две ячейки ввода дискретных сигналов ДИЗ, предназначенные для ввода в контроллер сигналов дискретных датчиков;
- ячейка преобразователей уровней ПУ1.1, предназначенная для гальванической развязки и согласования уровней сигналов цепей шкафа МСУД с цепями ячейки МКЗ, а также выдачи напряжения +5 В для питания энергонезависимого регистратора;
- ячейка вывода дискретных сигналов УДЗ, предназначенная для выдачи управляющих воздействий на дискретные исполнительные механизмы;
- ячейка питания СН5, предназначенная для преобразования напряжения
бортсети 50 В постоянного тока в напряжение +5 В питания узлов аппаратуры, а также для управления подогревом аппаратуры при работе в условиях низких температур;
