WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

,, (7)

где - угол между плюсовой пластиной конденсатора и пробной поверхностью;

- угол между пластинами конденсатора;

- диэлектрическая проницаемость гололедно-изморозевых образований.

; (8)

; (9)

; (10)

, (11)

где - толщина стенки гололедно-изморозевых образований;

- ширина поперечного сечения провода в поле конденсатора;

- длина обкладки конденсатора (размер пластины в поперечном направлении относительно провода).

Напряженность зоны поля определена как

, (12)

где - длина пластины конденсатора, приходящаяся на участок;

- напряжение конденсатора.

Заряд равен:

, (13)

где - ширина обкладки конденсатора (размер пластины в продольном направлении относительно провода).

Емкость определяется как:

; (14)

. (15)

Итоговая емкость планарного конденсатора:

. (16)

Совокупность приведенных систем уравнений и уравнений представляют собой математическую модель, позволяющую определить зависимость изменения емкости планарного конденсатора от толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе (bг=0,2 мм – 2 мм), при различных значениях:

- угла между обкладками конденсатора (=1,74 рад – 3,14 рад);

-физико-химических свойств гололедно-изморозевых образований (=80 - 90);

- расстояния между обкладками конденсатора и контактным проводом (,=9 мм – 12 мм);

- размера обкладок конденсатора ();

- напряжения конденсатора (U).

Модель реализована в виде компьютерной программы, позволяющей исследовать указанные выше зависимости. В качестве примера на рис. 3 приведена зависимость изменения емкости планарного конденсатора от расстояния между проводом и обкладками конденсатора при толщине стенки гололеда (bг) 0,5 мм, 1 мм и 1,5 мм при следующих заданных условиях: площадь пластин 24 мм2, угол между пластинами конденсатора =3,14 рад, диэлектрическая проницаемость льда =80, напряжение конденсатора U=10 В. Способ обеспечивает чувствительность контроля, определяемую изменением емкости конденсатора, 6% и более (рис. 3).

Результаты проведенного исследования доказывают возможность применения емкостного способа контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе.

Рис. 3 – Изменение емкости планарного конденсатора при различных значениях толщины стенки гололеда (bг) в зависимости от расстояния между проводом и обкладками конденсатора

Достоверность результатов оценки чувствительности предложенного способа контроля, полученных с помощью математической модели, проверена в ходе лабораторных испытаний измерительной части линейной информационно-контролирующей системы СРОГ.

Проведенные лабораторные испытания:

- подтвердили корректность математической модели с учетом принятых допущений;

- позволяют сделать заключение о возможности применения емкостного способа для обнаружения гололедно-изморозевых образований с толщиной стенки 1мм и более.

Данный способ положен в основу разработанной системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной подвески электрических железных дорог.

Третья глава посвящена разработке принципов построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог на основе применения емкостного способа контроля толщины стенки гололеда. Автором предложена иерархическая распределено-централизованная структура СРОГ, представленная на рисунке 4.

Система представляет собой комплекс линейных информационно-контролирующих систем (ЛИКС), установленных в местах наиболее вероятного образования гололеда, рассредоточенных вдоль контактной сети и объединенных посредством канала связи с центральной информационно-контролирующей системой диспетчерского пункта (ИКСДП).

Функциональная схема линейной информационно-контролирующей системы, основным назначением которой является идентификация начальной стадии процесса гололедообразования и передача технологической информации на диспетчерский пункт, включает в себя:

- подсистему сбора информации;

- интерфейс ввода-вывода информации;

- подсистему программного контроля и логического управления;

- коммуникационную подсистему;

- подсистем питания и энергосбережения.

Функциональная схема информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта включает:

- коммуникационную подсистему;

- интерфейс ввода-вывода;

- подсистему программной обработки информации;

- подсистему регистрации и представления информации.

Определены назначение и состав функций, реализуемых подсистемами.

Требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, обуславливают значимость и необходимость разработки и обоснования принципов формирования топологии системы. Автором предложена классификация климатических и геофизических факторов, влияющих на процесс гололедообразования. В общем случае все они могут быть классифицированы по характеру их образования на постоянные, условно-постоянные, то есть зависящие от постоянных в той или иной степени, и переменные. Наличие в приведенной классификации постоянных и условно-постоянных факторов позволяет предположить наличие участков дороги, являющихся критическими с точки зрения процесса гололедообразования. Организация контроля гололедно-изморозевых образований на этих участках позволит прогнозировать состояние процесса на всем протяжении контактной сети. Формирование рекомендаций по объективной оценке конкретного участка дороги с учетом наличия или отсутствия перечисленных факторов, степени их влияния затруднено в связи со сложностью рассматриваемых процессов и является предметом дальнейших исследований. Представляется, что корректное решение данной задачи возможно путем статистического анализа эксплуатационных данных. Реализация предложенных принципов построения топологии системы контроля осуществлена на примере Северо-Кавказской железной дороги (СКЖД).

Эффективность системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в значительной степени определяется ее способностью распознавать максимальное число форм гололедообразования с учетом степени опасности их влияния на нормальную эксплуатацию контактной сети, возможностью адаптации системы к работе в соответствующем гололедном районе и настройки на идентификацию гололеда заданной толщины. Предложены варианты компоновки СРОГ, предусматривающие установку основных блоков ЛИКС, как на контактном проводе, так и на несущем тросе.

Линейная информационно-контролирующая система представляет собой два, конструктивно обособленных, блока:

- измерительный блок (ИБ), включающий в себя датчик контроля толщины стенки гололеда;

- блок контроля и управления (БКУ), включающий в себя все остальные функциональные подсистемы ЛИКС.

При образовании гололеда на контактном проводе, по мере увеличения его толщины, лед, попадая в зону чувствительности измерительного блока, вызывает срабатывание емкостного датчика. При этом блок коммутации включает или отключает ток нагрузки, формируя тем самым входной сигнал подсистемы сбора информации.

С целью обеспечения возможности формирования состава технических средств измерительного блока системы раннего обнаружения гололеда, базирующегося на емкостном датчике приближения, анализа возможности адаптации системы к конкретному гололедному району и ее настройки, рассмотрены термины и определения, в соответствии с ГОСТТ 15150-69. В соответствии с этим предложены варианты размещения датчиков гололеда, отличающиеся их числом и ориентацией активной поверхности относительно контактного провода. Предусматривается возможность включения в состав ЛИКС до 4 датчиков гололеда, настроенных на срабатывание при различной толщине стенки гололеда. Это позволяет идентифицировать максимально возможное число форм гололеда, обеспечивая контроль толщины стенки гололеда на верхней и боковых поверхностях контактного провода, и также динамику процесса гололедообразования в совокупности с процессами профилактического подогрева и плавки гололеда. Наличие резервированных устройств, помимо прямого повышения надежности функционирования, обеспечивает возможность самодиагностирования системы.

В четвертой главе определены принципы построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.

В соответствии с целями и задачами системы, принципами ее построения, изложенными в главах 1 и 3, сформулированы основные требования к техническим средствам:

-иметь унифицированный состав и номенклатуру изделий;

-обеспечивать гибкость изменения конфигурации, возможность поэтапного развития структуры системы, ее функциональных возможностей, путем модульного наращивания технических средств с соблюдением преемственности на всех этапах создания и развития;

-обеспечивать круглосуточный режим работы без обслуживающего персонала, быстроту поиска и устранения неисправностей, удобство проведения ремонтных и планово-профилактических работ;

-иметь удобные конструктивные и компоновочные структуры, обеспечивающие защиту функциональных блоков от электромагнитных помех, тепловых и механических воздействий;

-ориентироваться на использование в качестве базовых компонентов системы серийно выпускаемых, сертифицированных устройств, технические характеристики которых соответствуют условиям применения;

-ориентироваться на применение стандартных протоколов, интерфейсов и оконечных устройств.

С учетом эксплуатации линейных информационно-контролирующих систем на открытом воздухе, их подверженности влиянию электроподвижного состава, механических средств борьбы с гололедом, технические средства ЛИКС должны соответствовать по пыле- и влагозащищенности требованиям ГОСТ 14254-96 (IP 55), по виброустойчивости требованиям ГОСТ Р 50030.5.2-99 (МЭК 60947-5-2-97). Кроме того, технические средства должны обеспечивать автономную работу линейной системы в течение периода времени возможного гололедообразования.

Структура технических средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований включает в себя технические средства линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта.

Исходя из целей и задач системы, характеристики процесса гололедно-изморозевых образований как объекта контроля, основных принципов построения СРОГ, функционально-технологического состава разработана блок-схема технических средств линейной информационно-контролирующей системы, представленная на рисунке 5. Основные компоненты блок-схемы: микропроцессорный контроллер (МПК) малого энергопотребления; датчик гололеда (ДГ); датчик температуры; приемо-передающее устройство (ППУ - радио МОДЕМ, GSM модуль, модуль спутниковой связи); аккумуляторная батарея (АК); блок коммутации (программно управляемый исполнительный блок (ИБ), осуществляющий коммутацию цепей питания и управления.

Рис. 5. Блок-схема технических средств ЛИКС

Блок-схема технических средств центральной информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта представлена на рисунке 6:

- ПУУ - программируемое устройство управления, осуществляющее организацию взаимодействия и управление работой компонентов системы диспетчерского пункта, а также сбор, регистрацию и обработку вторичной технологической информации, поступающей от линейных информационно-контролирующих систем. Для реализации функций ПУУ могут быть использованы вычислительные ресурсы автоматизированного рабочего места диспетчера, либо специализированного персонального компьютера или контроллера;

- ППУ - приемо-передающее устройство, поддерживающее дуплексный канал связи между центральной информационно-контролирующей системой диспетчерского пункта и линейными информационно-контролирующими системами СРОГ. Приемо-передающее устройство соединено с ПУУ посредством стандартного последовательного порта. В качестве приемо-передающего устройства предлагается к использованию GSM-модуль.

Проанализированы варианты реализации коммуникационной подсистемы СРОГ, предусматривающие применение различных каналов связи, дана оценка их применимости.

Рис. 6. Блок-схема технических средств ИКСДП

В главе сформирован базовый состав технических средств системы, приведены характеристики устройств, позволяющие оценить возможность их применения в качестве компонентов СРОГ. При этом, помимо требования функциональной полноты, наиболее сложной представляется реализация непрерывного контроля в режиме реального времени без обслуживания линейной информационно-контролирующей системы в течении гололедоопасного периода. Основополагающим, при решении данной проблемы, является правильный выбор аккумуляторных батарей. Рассмотрим этот вопрос. Классификация режимов работы ЛИКС, проведенная в соответствии с общим алгоритмом функционирования системы, позволяет определить время нахождения системы в каждом характерном режиме в зависимости от климатических характеристик региона (местности) эксплуатации СРОГ.

Примем следующие обозначения:

(час) - длительность периода возможного гололедообразования. (=4320 часов);

(час) - длительность периода наличия критической температуры окружающей среды. =2880 часов (значение получено автором по результатам анализа данных метеорологической службы Северо-Кавказского региона);

(час) - длительность периода наличия гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети. Принимается ;

(час) - время нахождения системы в i-ом режиме работы;

- коэффициент инициализации i-го режима, равен числу инициализаций базового, по отношению к i-му, режима работы ЛИКС. Базовым считается режим, число инициализаций которого определяет период инициализации i-го режима;

(час) - время программной обработки i-го режима.

Тогда, времена нахождения линейной информационно-контролирующей системы в соответствующих режимах работы могут быть определены следующим образом:

; (17)

; (18)

; (19)

; (20)

, (21)

где - время нахождения системы в первом режиме в течение периода (час);

- время нахождения системы в первом режиме в течение периода (час);

- время нахождения системы в первом режиме в течение периода.(час);

; (22)

; (23)

. (24)

Приведенные зависимости позволяют определить тип и требуемую емкость аккумуляторных батарей линейной информационно-контролирующей системы.

В соответствии с базовым составом технических средств разработана принципиальная схема линейной информационно-контролирующей системы.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»