Методы и алгоритмы диагностирования технического состояния тональных рельсовых цепей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.08, кандидат технических наук Сероштанов, Сергей Сергеевич

• Сероштанов, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сероштанов, Сергей Сергеевич

введение.

1 Тональные рельсовые цепи и их диагностирование на железных дорогах России.

1.1 Выбор и обоснование критериев для оценки эффективности использования систем с ТРЦ.

1.2 Анализ измерительных приборов и систем диагностики рельсовых цепей тональной частоты.

1.3 Выводы.

2 Разработка математической модели тональной рельсовой цепи.

2.1 Обобщенный метод исследования рельсовых цепей тональной частоты.

2.2 Применение аппарата конформных отображений и дробно-линейных преобразований для анализа тональной рельсовой цепи.

2.3 Определение погрешностей при расчете параметров тональных рельсовых цепей.

2.4 Анализ модели тональной рельсовой цепи при возникновении продольных и поперечных неисправностей.

2.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы диагностирования технического состояния тональных рельсовых цепей»

С каждым годом на железнодорожном транспорте увеличиваются объемы внедрения современных средств автоматики и телемеханики. Мощным средством увеличения пропускной способности железнодорожных линий и повышения безопасности движения поездов является АБ. АБ позволяет организовать движение поездов попутного следования с малыми интервалами. Кроме того, она повышает производительность труда эксплуатационных работников, сокращает эксплуатационные расходы и обеспечивает высокую безопасность движения поездов.

Одним из путей повышения надежности технических средств, обеспечивающих безопасность движения поездов, является внедрение устройств непрерывного контроля за их состоянием. Системы диагностики и телеконтроля позволяют уменьшить количество отказов в устройствах СЦБ за счет прогнозирования предотказных состояний, ускорить поиск отказавшего элемента, свести к минимуму время нахождения технического персонала в опасных зонах железнодорожного транспорта, повысить культуру труда электромеханика СЦБ, а также создать базу для перехода от системы планового обслуживания к предупредительно - восстановительной системе с возможностью последующего сокращения обслуживающего персонала. Устройства автоматического контроля позволяют предупреждать возникновение аварийных ситуаций путем обнаружения неисправностей, приводящих к опасным отказам и помогают решать задачи по обеспечению безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики [1,2].

Своевременный контроль технического состояния устройств СЦБ в динамике позволяет устанавливать необходимость и очередность мероприятий по предупреждению или оперативному устранению отказов.

Исправность РЦ и безопасность их функционирования зависят от множества факторов, меняющихся с течением времени. Установлено, что при неблагоприятном сочетании сопротивлений балласта, рельсовой линии, места по5 ложения шунта и колебаний напряжения сети, отрегулированная в соответствии с нормалями рельсовая цепь может дать ложную информацию о состоянии участка пути.

Предупредить появление таких отказов могут только системы непрерывного контроля технического состояния РЦ [3], применение которых из-за нерешенности целого ряда теоретических и практических проблем диагностики рельсовой линии весьма ограничено.

Поиск отказов в РЦ не автоматизирован и осуществляется с использованием различных измерительных средств. Нередко для обнаружения характера отказа электромеханику СЦБ необходимо направляться к месту расположения PJ1, что значительно увеличивает время поиска неисправности.

На современном этапе развития систем АБ широкое распространение получила система с ТРЦ.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка методики и алгоритма непрерывного контроля и прогнозирования постепенных отказов с определением характера и места неисправности ТРЦ в системе централизованной автоблокировки с поста электрической централизации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Обоснование необходимости включения в системы диагностики ТРЦ функции прогнозирования состояния рельсовой линии;

2) Исследование комплексных параметров ТРЦ с помощью теории представлений линейных групп и аппарата конформных отображений;

3) Разработка методов уменьшения погрешности при измерении параметров ТРЦ;

4) Определение диагностической карты областей состояний рельсовой линии на комплексной плоскости;

5) Проведение экспериментальных исследований эффективности применения алгоритма и методики непрерывного контроля и прогнозирования состояний ТРЦ;

6) Определение экономической эффективности использования разработанных алгоритма и методики в средствах контроля и диагностики ТРЦ.

Методика исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Построение областей нормального режима и областей неисправной рельсовой линии выполнено на основе аппарата конформных отображений. Расчеты выполнялись с использованием ЭВМ на базе пакетов анализа MathCAD 13 и Microsoft office Excel 2003. До проведения эксперимента выполнялся расчет и построение областей. Экспериментальные измерения проводились с использованием компьютерной техники и специализированных программ для анализа частотно-модулированных сигналов, таких как SONY Sound Forge 8.0, Syntrillium Cool Edit Pro 2.1, TONE и ADCVIEW версия 2.0.

При составлении схем замещения ТРЦ использованы основные положения теории четырехполюсников и линий с распределенными параметрами. Данные, полученные экспериментальным путем, обрабатывались с использованием аппарата регрессионного анализа. Результаты расчетов согласуются с данными, полученными в результате экспериментальных исследований, а расхождение между ними не превышает 5-10%.

Заключение диссертации по теме «Управление процессами перевозок», Сероштанов, Сергей Сергеевич

Заключение

1. Обоснована необходимость разработки метода прогнозирования состояния рельсовой линии для систем диагностики ТРЦ. Анализ отказов ТРЦ показал, что в среднем 24 % неисправностей, от общего числа, приходится на РЛ.

2. Анализ измерительных средств, используемых для измерения параметров ТРЦ показал, что ни одно из них не рассчитано для диагностики рельсовой линии - как источника постепенных и внезапных отказов.

3. Предложенный аппарат конформных отображений и дробно-линейных преобразований позволяет увидеть всю область изменения параметров тональных рельсовых цепей.

4. Сформулирована экстремальная задача нахождения коэффициентов j дробно-линейного преобразования, с использованием метрики сферы Римана, решение которой существует и позволяет определить уточненные параметры ' четырехполюсника рельсовой цепи.

5. Применение разработанных методов и алгоритма непрерывного контроля и прогнозирования состояния РЛ позволяет выявлять места продольных и поперечных неисправностей с точностью до 25 м.

6. Построены диагностические карты областей состояния РЛ на комплексной плоскости при возникновении продольных неисправностей значениями от 1 до 10 Ом и при возникновении поперечных неисправностей значениями от 0,06 до 10 Ом.

7. Достоверность разработанных методов и алгоритма подтверждена проведенными экспериментальными исследованиями на перегоне Красноярск-Бугач Красноярской железной дороги и на станции Московка Западно-Сибирской железной дороги. Расхождение результатов расчетов с экспериментальными данными не превышает 10 %.

8. Выполнен расчет экономической эффективности внедрения системы диагностики ТРЦ, использующей разработанные алгоритм и методы. Срок окупаемости затрат на внедрение системы диагностики на участке Зеледеево - Бугач Красноярской ж.д. составил 12 месяцев. Чистый дисконтированный доход за десять лет составит 879190,69 руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сероштанов, Сергей Сергеевич, 2006 год

1. Власенко С. В. Диагностика электрических рельсовых цепей/ С. В. Власенко, И. JI. Захаров, С. А. Лунев// Тез. докл. 15-й науч.-техн. конф. «Неразрушающий контроль и диагностика». М., 1999.

2. Гоман Е. А. Интеграция средств автоматизации диагностирования с современными системами ЖАТ/ Е. А. Гоман, А. А. Се петый// Автоматика, связь, информатика, 2002. № 11. С. 13-17

3. Системы автоблокировки/ В. С. Дмитриев и др.// Автоматика, связь, информатика. № 2, 1999, стр.6-9

4. Дмитриев B.C. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты/В. С. Дмитриев, В. А. Минин//М.: Транспорт, 1992. 182 с.

5. Опыт эксплуатации и перспективы внедрения тональных рельсовых цепей на станциях / С. В. Власенко, С. С. Сероштанов и др.// Вестник инж. электромехаников ж.-д. тр. В. 1. Самара, 2003. С. 253-255.

6. Проектирование двухниточных планов станций с электрическими рельсовыми цепями/ ГТСС М.: Транспорт, 2001. 46 с.

7. Проектированию двухниточных планов станций с электрическими рельсовыми цепями. Изменение №1 в 4ЮЮ4-ТМП№1247/1545, 2002. 3 с.

8. Котляренко Н. Ф. Электрические рельсовые цепи/ Н.Ф.Котляренко //М.: Транспорт, 1964. 327 с.

9. Петров А.Ф. Универсальные рельсовые цепи/ А. Ф. Петров, А. И. У шкал о в// Автоматика, телемеханика и связь. 1996. №3. С. 27-32.

10. Лисенков В.М. Принципы построения и методы технической реализации микропроцессорной системы автоблокировки АБ-Е2/ В. М. Л и сенков, И.В. Беляков, В.А. Грушка// Автоматика, связь, информатика. 1998. № 1.С.8-11.

11. Сайт в Интернете: http://nilatm.miit.ru/

12. Микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ/ И. В. Беляков, Ю. ННеклюдов и др.// Автоматика, связь, информатика. 2002. №6. С. 11-14.

13. Лекута Г. Ф. Автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры (АБТЦ) на базе системы Ebilock 950/ Г. Ф. Лекута// Автоматика, связь, информатика. 2002. № 5. С. 15-18

14. Микропроцессорная система автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры АБТЦ-М/ В. И. Зорин, В. А. Воронин и др.// Автоматика, связь, информатика. 2003. № 9. С. 8-10.

15. Система автоблокировки с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры и дублирующими каналами передачи информации микропроцессорная АБТЦ-М/ руководство по эксплуатации 41571-00-00 РЭ. 2004. 66 с.

16. Рекомендации по проектированию ЭЦ, АБ, АЛСО, ДЦ и ГАЦ. Указания ГТСС №1247/1612. 2005.

17. Сайт в Интернете: http://siemens.com/ts.

18. Переход к системе ETCS в масштабе сети SBB, 2003.

19. Боченков М. С. Исследование температурной работы концевых участков рельсовых плетей бесстыкового пути/ М. С. Боченков // Труды ЦНИИ МПС. М.: Трансжелдориздат, 1962. В.244.

20. Клименко В. Я. Уравнительные устройства/ В. Я. Клименко, В. К. Сонин//Путь и путевое хозяйство. 2001. № 5. С. 9-10.

21. Клименко В. Я. Плети длиной с перегон на Северной дороге/ В. Я. К л и м е н к о// Путь и путевое хозяйство. 1998. № 11. С. 7.

22. Коган А. Я. Оценка безопасности эксплуатации бесстыкового пути по условию выброса с учетом его фактического состояния/ А. Я. Коган,

23. A. В. Савин// Вестник ВНИИЖТ 2003. №2.

24. Клименко В. Я. Плети длиной с перегон/ В. Я. Клименко// Путь и путевое хозяйство. 1998. № 6. С. 18.

25. Ермаков В. М. Бесстыковой путь на железных дорогах России/

26. B. М. Ермаков, Н. П. Виногоров//Железные дороги мира. 2000. №11.

27. Клименко В. Я. Рельсовые плети длиной до перегона с уравнительными стыками/ В. Я. Клименко, JI. В. Клименко// Вестник ВНИИЖТ. №2. 2004. С. 22-25.

28. Клименко В. Я. Требования к устройству, укладке и содержанию бесстыкового пути с плетями длиной до перегона и уравнительными стыками/

29. B. Я. Клименко, Л. В. Клименко //Вестник ВНИИЖТ. № 1. 2005. С. 34-37.

30. Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ. Утв. 27.04.01. М., 2001. 79 с.

31. Сайт в Интернете: http://sdurn.narod.ru/hardmeas.htrril

32. Требин В. Я. Микропроцессорный диагностический комплекс для тональных рельсовых цепей/ В. Я. Требин, С. В. Власенко, М. В. Смирнов// Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун. путей сообщения 2002.1. C. 23-26

33. Дмитриев В. С. Рельсовые цепи тональной частоты/ В. С Дмитриев, В.А. Воронин// Автоматика, телемеханика и связь. № 5. 1996. С. 27-30.

34. Сайт в Интернете: http://www.ritmcompany.ru

35. Воронин В. А Об измерениях в рельсовых цепях тональной частоты/ В. А. Воронин, В. С. Широков // Автоматика, связь, информатика. 1999. С.23-27.

36. Сайт в Интернете: http://www.as-atis.ru/mpiscb.php

37. Сайт в Интернете: http://www.komag-b.ru/JPGS/pk-rc.pdf

38. Сайт в Интернете: http://www.jais.ru/itrc.html

39. Сайт в Интернете: http://www.komag-b.ru/JPGS/pmi-rc.pdf

40. Использование математической модели для диагностики тональной рельсовой цепи/Гателюк О.В., Смирнов М.В. и др.//Межвуз. тем. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. С. 35-37

41. Определение электрических параметров рельсового пути/ Железные дороги мира. №1. 2000. С. 13-21.

42. Котельников А. В. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств/ А. В. Котельников, А. В. Наумов, Л. П. Слободя-нюк//М.: Транспорт, 1990. 215 с.

43. Сайт в Интернете http://shepotin-gk.narod.ru/INTER-2.htm46Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы / Н. П. Бо-городицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тар ее в// JL: Энергия, 1977. 352 с.

44. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. 3-е изд. перераб./ Ю. В. Корицкий//М.: Энергия, 1976. 320 с.

45. Алиев И. И. Электротехнические материалы и изделия: Справочник/И. И. Алиев. М.: РадиоСофт, 2005. 351 с.

46. Ходкевич А. Г. Улучшение условий электромагнитной совместимости тяговой сети переменного тока с рельсовыми цепями автоблокировки на участках бесстыкового пути: Дис. канд. техн. наук. Омск, 2006. 152 с.

47. Яворский Б. М. Основы физики Т.2 / Б. М. Яворский, А. А. Пинский//М.: Наука, 1972. 736с.

48. Яворский Б. М. Справочник по физике/ Б. М. Яворский, А. А. Детлаф//М.: Наука, 1964. 848с.

49. У сен ко А. П. Активное и внутреннее индуктивное сопротивление рельса / А. П. Усенко, М. Г. Шалимов// Труды Омского инст. инж. ж.-д. тр. Омск. 1969. Т. 118, С. 65-70.

50. Б осин М. Н. Первичные и вторичные параметры рельсовых цепей при повышенных частотах/ М. Н. Босин// Сб. трудов ЛЭТИИЖТ. В. V. Транс-желдориздат, 1953.

51. Аркатов В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание/ В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенский// М.: Траспорт, 1990. 295 с.

52. Бунин Д. А. Провода и кабели в СЦБ и связи/ Д. А. Бунин// М.: Транспорт, 1982. 287 с.

53. Сайт в Интернет: http://acs-group.narod.ru/kl 1 .htm.

54. Сайт в Интернет: http://www.elcable.ru/product/catalog/mark-all.html? mark=66.

55. Сайт в Интернет: http://yuzhcable.com.Ua/catalog/3 1 5.html.

56. Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей/ А. Ф. Белецкий//!^.: Радио и связь. 1986. 436 с.

57. Цыганков В. И. Расчет рельсовых цепей с фазочувствительными приемниками методом конформных отображений/ В. И. Цыганков// Харьковский ин-т инж. ж.-д. тр. / научные труды. В. 59, 1962. С. 19-33.

58. Цыганков В. И. Методика определенияч параметров рельсовых цепей по рельефным картам гиперболических функций/ В. И. Цыганков// Труды Омского ин-та. инж. ж.-д. тр. 1962. Т. 36 С. 5-16

59. Цыганков В. И. Основные соотношения для расчета рельсовых цепей с фазочувствительными приемниками методом конформных отображений/ В. И. Цыганков//Труды Омского ин-та. инж. ж.-д. тр. Т. 33 1961. С. 22-36.

60. Власенко С. В. Четырехполюсники и группа PSL (С)/ С. В. Вла-сенко,0. В. Гателюк// Второй Сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-96) / Новосибирск, 1996.

61. Влас ен ко С. В. Реализуемые четырехполюсники и расчет рельсовых цепей/ С. В. В л а с е н к о, О. В. Г ат е л ю к// Математика в вузе / Труды международной науч.-метод. конф. Кострома. 1996.

62. Влас ен ко С. В. Автоматизированные системы технической диагностики станционных рельсовых цепей: Дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1997. 126 с.

63. Каргаполов М. И. Основы теории групп/ М. И. Каргаполов, Ю. И. Мерзляков// М.: Наука, 1982. 315 с.

64. Лаврентьев М. А. Методы теории функции комплексного переменного/М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат//М.: Наука, 1987. 688 с.

65. Сероштанов С. С. Применение математического аппарата конформных отображений для непрерывного контроля и прогнозирования состояния тональных рельсовых цепей/ С. С. Сероштанов, С. А. Лунев// Омский научный вестник. № 9(46). Омск, 2006. С. 98-102.

66. Шабат Б. В. Введение в комплексный анализ/ Б. В. Шабат// М.: Наука, 1969. 576 с.

67. Четверухин Н. Ф. Проективная геометрия/ Н. Ф. Четверухин// М.: Наука, 1953.278 с.

68. Введение в топологию: Учеб. пособ. для вузов/ Ю. Г. Борисович, Н. М. Близняков и др.//М.: Высш. школа, 1980.295 с.

69. Типовые материалы для проектирования 410003-ТМП / Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением оборудования АБТЦ. 2000.

70. Б р ы л е е в A.M. Теория, устройство и работа рельсовых цепей/ А. М. Брылеев, Ю. А. Кравцов, А. В. Шишляков// М.: Транспорт, 1978. 334 с.

71. Методика оценки технико-экономической эффективности внедрения ресурсосберегающих технологий и их влияния на сокращение эксплуатационных расходов/ ВНИИЖТ № ЦТехО 11. М.: Транспорт, 1998. 35 с.

72. Экономика железнодорожного транспорта Под ред. Н. П. Тереши-ной, Б. М. Лапидуса, М. Ф. Трихункова. М: УМК МПС России, 2001. 600 с.

73. Устройства СЦБ. Технология обслуживания / М.: Транспорт, 1999.432 с.

74. Фатхутдинов Р. А. Управленческие решения: Учебник/ Р. А. Фат-хутдинов // М: ИНФРА-М, 2002. 314 с.

75. ФПМ путевой фильтр; ГП — генератор путевой; ПП - путевой приемник.

76. Рисунок 1 — Схема подключения к аппаратуре ТРЦЯ