Диагностическая измерительная система для подвижного железнодорожного состава

Полезная модель относится к телеметрии системных параметров, влияющих на эффективность, безопасность и надежность любых транспортных средств, в частности, параметров работы отдельных систем и узлов подвижного железнодорожного состава, например, бортовых систем локомотива, буксовых узлов колесных тележек, тормозных цилиндров. Диагностическая измерительная система для подвижного железнодорожного состава, путем создания ТЭЛ на базе рядового пассажирского вагона без его коренной реконструкции позволяет повысить эффективность и безопасность тягового обеспечения перевозочного процесса. Диагностическая измерительная система для подвижного железнодорожного состава содержит сервер 1, снабженный средствами 2 ввода и вывода информации, программным обеспечением, реализующим функции управления процессами измерения, сбора, хранения результатов измерений и их сравнения с нормативными значениями, связанный магистралью в виде линии 3 двусторонней связи для сбора и обмена данными с измерительным оборудованием, скомпонованным в блоки 4 электроники, включающие измерительные и преобразующие модули 5 и 6 и средства 7 сопряжения с диагностируемым объектом 8 при этом сервер 1 снабжен базой данных, содержащей перечень блоков 4 электроники, сведения о диагностируемых объектах 8 и их контролируемых параметрах, Блоки 4 электроники снабжены радиомодемами 9, которые вместе с их измерительными и преобразующими модулями 5 и 6 конструктивно объединены в едином блоке 10, на котором закреплены средства 7 сопряжения, линия 3 двусторонней связи выполнена беспроводной последовательно соединяющей блоки 4 электроники и сервер 1, последний снабжен управляющим базовым модемом 11, связанным посредством спутниковых модемов 12 через приемо-передающие устройства 13 с региональным центром 14 проведения испытаний и сбора информации, и с отраслевым центром 15 контроля и принятия решений, а также сервер 1 дополнительно снабжен приемником 16 спутникового навигационного сигнала местоположения подвижного состава. В вариантах центр проведения испытаний, может быть размещен на борту подвижного состава, или вне подвижного состава стационарно. Вся измеряемая блоками 4 информация собирается в базовом модеме 17 сбора и предварительной обработки информации, совмещенным с управляющим базовым модемом 11 на базе, например, промышленного компьютера. Для обеспечения дистанционного контроля над результатами измерения в реальном масштабе времени, аппаратура сбора интегрированной информации дополнительно снабжается спутниковой аппаратурой 18 передачи измерительной информации в диспетчерский пункт и приема управляющих команд с диспетчерского пункта.

Полезная модель относится к телеметрии системных параметров, влияющих на эффективность, безопасность и надежность любых транспортных средств, в частности, параметров работы отдельных систем и узлов подвижного железнодорожного состава, например, бортовых систем локомотива, буксовых узлов колесных тележек, тормозных цилиндров.

Известен аппаратно-программный комплекс для диагностики, содержащий локальный сервер со средствами ввода и вывода информации, с программным обеспечением, реализующим функции управления процессами измерения, сбора, хранения результатов измерений и их сравнения с нормативными значениями, и измерительное оборудование, связанное с упомянутым сервером локальной магистралью для обмена данными и содержащее измерительные и преобразующие модули и средства сопряжения с диагностируемым объектом. При этом измерительное оборудование скомпоновано в, по меньшей мере, два рабочих поста, каждый из которых содержит блок электроники, включающий измерительные и преобразующие модули и средства сопряжения с диагностируемым объектом, при этом каждый рабочий пост снабжен соединенным с соответствующим блоком электроники терминальным модулем, содержащим клавиатуру, алфавитно-цифровой дисплей и средства идентификации объекта, при этом локальный сервер оснащен локальной базой данных, содержащей перечень рабочих постов, перечень исполнителей, сведения о диагностируемых объектах и их контролируемых параметрах, а локальная магистраль для обмена данными выполнена в виде линии двусторонней связи, последовательно соединяющей рабочие посты и локальный сервер.

Известна также система для контроля качества ремонта и технического обслуживания, содержащая ЭВМ с соответствующим программным обеспечением и средства диагностики, включающая средства диагностики выполненные в виде, по меньшей мере, одного упомянутого аппаратно-программного комплекса, локальный сервер которого связан посредством канала двусторонней связи с упомянутой ЭВМ, выполненной в виде комплексного серверного устройства, включающего сервер для хранения баз данных, системный и файл-сервер, программное обеспечение которых обеспечивает двусторонний обмен данными с локальными серверами, накопление, качественную оценку и количественный анализ поступающей от локальных серверов информации с использованием сведений о предельных значениях контролируемых параметров объектов, которыми дополнены упомянутые базы данных, и рабочей диспетчерской станции, связанной с упомянутым комплексным серверным устройством (см. заявку на ПМ РФ 2007103326/28 «Способ ремонта и технического обслуживания и применяемые в способе аппаратно-программный комплекс для диагностики и система для контроля качества ремонта и технического обслуживания», опубл. 10.08.2008).

Недостатки системы заключаются в том, что диагностика и измерение параметров работы отдельных систем и узлов подвижного железнодорожного состава происходит без привязки к последующему процессу управления надежностью работы подвижного состава в реальном масштабе времени и местоположения на пути следования состава. Отсутствие временной привязки и местоположения не обеспечивает адекватного воздействия управляющего центра для восстановления нормальной работы. Эти недостатки предопределяются тем, что результаты диагностирования и измерений передаются в управляющий центр по окончании маршрута на физическом носителе, например флэш-памяти, когда актуальность сведений значительно снижена, а управляющее воздействие на борту имеющимися техническими средствами произвести затруднительно.

Однако, если на борту размешать предложенную систему, то появляется возможность осуществлять управляющее воздействие на борту наряду с имеющимися и дополнительно введенными техническими средствами, то есть путем создания унифицированной дорожной тягово-энергетической измерительной лаборатории (ТЭЛ). Такое решение диктуется расширением круга задач эффективного и безопасного тягового обеспечения перевозочного процесса в условиях увеличения объема перевозок и интенсификации использования тягового подвижного состава, что требует создания унифицированной дорожной тягово-энергетической измерительной лаборатории (ТЭЛ).

Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности и безопасности тягового обеспечения перевозочного процесса. Еще одной дополнительной задачей является создание ТЭЛ на базе рядового пассажирского вагона без его коренной реконструкции, что даст возможность решить главную задачу - эффективное и безопасное тяговое обеспечение.

Поставленная задача решается за счет того, что известная система для контроля качества ремонта и технического обслуживания, содержащая сервер, снабженный средствами ввода и вывода информации, программным обеспечением, реализующим функции управления процессами измерения, сбора, хранения результатов измерений и их сравнения с нормативными значениями, связанный магистралью в виде линии двусторонней связи для сбора и обмена данными с измерительным оборудованием, скомпонованным в блоки электроники, включающие измерительные и преобразующие модули и средства сопряжения с диагностируемым объектом при этом сервер снабжен базой данных, содержащей перечень блоков электроники, сведения о диагностируемых объектах и их контролируемых параметрах, согласно полезной модели, блоки электроники снабжены радиомодемами, которые вместе с их измерительными и преобразующими модулями конструктивно объединены в едином блоке, на котором закреплены средства сопряжения, линия двусторонней связи выполнена беспроводной последовательно соединяющей блоки электроники и сервер, последний снабжен управляющим базовым модемом, связанным посредством спутниковых модемов через приемо-передающие устройства с региональным центром проведения испытаний и сбора информации, и с отраслевым центром контроля и принятия решений, а также сервер дополнительно снабжен приемником спутникового навигационного сигнала местоположения подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний размещен вне подвижного состава стационарно.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний размещен на специальной платформе вагона тягово-энергетической лаборатории.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту вагона подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту локомотива подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту в хвосте подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту в голове подвижного состава.

Измерительная система может отличаться тем, что центр проведения испытаний, размещен на вагонах подвижного состава с интервалом, по меньшей мере, 4-9 необорудованных системой вагонов на один оборудованный вагон и так далее.

Измерительная система, размещенная на борту подвижного состава в виде ТЭЛ, обеспечивает проверку всех параметров подвижного состава в различных режимах эксплуатации, с разработкой соответствующих мероприятий и правил, которые достаточно полно изложены в технических требованиях на унифицированную дорожную тягово-энергетическую лабораторию с функциями тормозоиспытательного вагона.

Необходимость создания именно портативной измерительной системы в первую очередь обусловлено тем, что, во избежание повреждений вагонов-лабораторий и возможных аварийных ситуаций, по соображениям безопасности обслуживающего персонала, ТЭЛ на базе пассажирских вагонов, даже с усиленной хребтовой балкой вагонов, не могут быть использованы при отработке режимов вождения тяжеловесных поездов с постановкой вагона-лаборатории в голову состава или в сечениях поезда по длине состава весом более 4000 т.

Следует отметить, что современные технические средства по сбору и передаче измерительной информации позволяют осуществить размещение испытательного аппаратно-программного комплекса в любом месте, например, на специальной платформе или вагоне в хвосте состава на основе эталонного образца тягово-энергетической лаборатории перспективной конструкции, в локомотиве или другом месте. В этом случае нет необходимости осуществлять разработку и изготовление ТЭЛ усиленно-утяжеленной конструкции, стоимость которой многократно превысит стоимость измерительного комплекса.

Поэтому важно создать такую измерительную систему, которая с одной стороны обеспечивает решение поставленных задач, а с другой стороны измерительное оборудование должно обеспечивать м обильный монтаж и демонтаж ее элементов, а также размещение в любом месте.

Решение поставленной задачи в заявленной совокупности признаков осуществлено за счет создания портативной измерительной системы, выполняющей функции унифицированной дорожной ТЭЛ.

Полезная модель поясняется схемой.

Диагностическая измерительная система для подвижного железнодорожного состава содержит сервер 1, снабженный средствами 2 ввода и вывода информации, программным обеспечением, реализующим функции управления процессами измерения, сбора, хранения результатов измерений и их сравнения с нормативными значениями, связанный магистралью в виде линии 3 двусторонней связи для сбора и обмена данными с измерительным оборудованием, скомпонованным в блоки 4 электроники, включающие измерительные и преобразующие модули 5 и 6 и средства 7 сопряжения с диагностируемым объектом 8 при этом сервер 1 снабжен базой данных, содержащей перечень блоков 4 электроники, сведения о диагностируемых объектах 8 и их контролируемых параметрах, Блоки 4 электроники снабжены радиомодемами 9, которые вместе с их измерительными и преобразующими модулями 5 и 6 конструктивно объединены в едином блоке 10, на котором закреплены средства 7 сопряжения, линия 3 двусторонней связи выполнена беспроводной последовательно соединяющей блоки 4 электроники и сервер 1, последний снабжен управляющим базовым модемом 11, связанным посредством спутниковых модемов 12 через приемо-передающие устройства 13 с региональным центром 14 проведения испытаний и сбора информации, и с отраслевым центром 15 контроля и принятия решений, а также сервер 1 дополнительно снабжен приемником 16 спутникового навигационного сигнала местоположения подвижного состава.

В вариантах центр проведения испытаний, может быть размещен на борту подвижного состава, или вне подвижного состава стационарно.

Вся измеряемая блоками 4 информация собирается в базовом модеме 17 сбора и предварительной обработки информации, совмещенным с управляющим базовым модемом 11 на базе, например, промышленного компьютера.

Для обеспечения дистанционного контроля над результатами измерения в реальном масштабе времени, аппаратура сбора интегрированной информации дополнительно снабжается спутниковой аппаратурой 18 передачи измерительной информации в диспетчерский пункт и приема управляющих команд с диспетчерского пункта.

Система работает следующим образом.

Сервер 1, снабжается базой данных, содержащей перечень блоков 4 электроники, сведениями о диагностируемых объектах 8 и их контролируемых параметрах. Блоки 4 монтируются на диагностируемом объекте 8 (дизель-генераторной установке, колесной буксе, тормозном цилиндре и др.) за счет средств 7 сопряжения например, парой «винт-гайка». Сигналы измерения параметров датчиками 5, преобразуется модулями 6 и радиомодемами 9 блоков 4 в радиосигнал и передается по беспроводной линии 3, информация собирается на сервере 1. Последний снабжен управляющим базовым модемом 11, связанным посредством спутниковых модемов 12 через приемо-передающие устройства 13 с региональным центром 14 проведения испытаний и сбора информации и с отраслевым центром 15 контроля и принятия решений, куда и передаются сведения о параметрах работы подвижного состава. Передача сведений сопровождается приемом спутникового навигационного сигнала о местоположении подвижного состава приемником 16 сервера 1.

Вся измеряемая блоками 4 информация собирается в базовом модеме 17 сбора и предварительной обработки информации, совмещенным с управляющим базовым модемом 11 на базе, например, промышленного компьютера.

Для обеспечения дистанционного контроля над результатами измерения в реальном масштабе времени, аппаратура сбора интегрированной информации дополнительно снабжается спутниковой аппаратурой 18 передачи измерительной информации в диспетчерский пункт и приема управляющих команд с диспетчерского пункта по второму каналу линии 3.

Таким образом, для решения, сформулированной выше задачи в блоках 4 имеется ряд унифицированных датчиков, которые измеряют параметры вагона и локомотива (температуру, давление, ток, напряжение, усилие и т.д.) с беспроводной передачей информации в пределах вагона (локомотива); унифицированную аппаратуру сбора информации с датчиков 5 и последующую беспроводную передачу в пределах состава; базовый модем 11 сбора и предварительной обработки информации со всего подвижного состава, объединенный с модулем управления на основе промышленного персонального компьютера, согласованного с модемом спутникового терминала передачи данных и программное обеспечение для работы всех элементов системы.

Пример конкретного выполнения.

Заявители имеют в разработке именно такую аппаратуру для измерения эксплуатационных параметров объектов подвижного состава, с целью контроля технического состояния и технического диагностирования. К числу таких устройств относятся: аппаратно-программный комплекс «Борт» - для диагностирования дизель-генераторных установок; комплекс «БСКТ-Р» - для непрерывного контроля температуры подшипниковых узлов локомотива; комплекс оперативной диагностики «Прогноз» - для контроля параметров вибрации, температуры, частоты вращения и т.д.

Именно в системе «БСКТ-Р» нашла применение система беспроводной передачи информации по радиоканалу. Однако такая система имеет ограниченный радиус действия.

Для увеличения радиуса действия была разработана модификация «БСКТ-RF» и проведены успешные испытания на скоростной электричке Омск-Новосибирск, где в качестве радиомодема использовался встраиваемый радиочастотный модуль (весом менее 20 грамм) с радиусом действие около 1 км в разрешенном диапазоне частот. Испытания подтвердили хорошую помехозащищенность канала передачи информации. По существу прошел экспериментальную отработку элемент для портативной измерительной системы (реальное размещение элементов непрерывного контроля температуры на подвижном составе.

Кроме системы непрерывного контроля температуры подшипниковых узлов локомотива и вагонов создана система беспроводных датчиков для контроля давления, тока, напряжения и измерения частоты вращения с реальным размещением на подвижном составе.

Промышленная применимость подтверждается использованием для решения поставленных задач следующих отечественных и зарубежных разработок. Основой для разработки базового модема сбора и предварительной обработки информации может служить встраиваемый радиочастотный модуль, совмещенный с платой BTerminal, построенной на базе цифрового сигнального процессора ADSP-BF532 Blackfin, что успешно используется в комплексе оперативной диагностики «Прогноз». Основу управляющего базового модема составляет промышленный компьютер. Аналогично может быть разработана и аппаратура для контроля других параметров, что позволит осуществить создание портативной измерительной системы, выполняющей функции унифицированной дорожной тягово-энергетической измерительной лаборатории. Были продемонстрированы действующие опытные образцы датчиков измерительной системы с беспроводной передачей и приемом измеренной информации по радиоканалу в разрешенном диапазоне частот.

Для обеспечения дистанционного контроля над результатами измерения в реальном масштабе времени необходима аппаратура передачи измерительной информации в диспетчерский пункт и приема управляющих команд с диспетчерского пункта, что сложно осуществить без использования спутникового канала передачи данных.

На европейских и американских железных дорогах решение этих проблем, наряду с созданием собственно аппаратуры контроля состояния элементов подвижного состава, тесно увязано с использованием GPS для решения навигационных задач, мобильной сотовой сети - для передачи данных. Для российских железных дорог такое решение не сможет обеспечить выполнение некоторых задач, учитывая размеры территории Российской Федерации.

Для эффективного решения поставленной задачи, можно использовать развернутые спутниковые системы (стационарные или низкоорбитальные). По мнению авторов, наибольшего эффекта в реализации можно достичь, если использовать низкоорбитальную спутниковую систему, так как модемы передачи и приема информации низкоорбитальных спутников достаточно компактны, то их установка на подвижных железнодорожных средствах не вызовет проблем. Это позволит осуществлять обмен информацией с подвижными составом и дистанционный контроль его местоположения в реальном масштабе времени.

В настоящее время на российском рынке услуг низкоорбитальных спутников работают две компании ЗАО «ГлобалТел» (российский оператор американской спутниковой системы связи «Глобалстар») - учредители ОАО «Ростелеком» и Globalstar L.H., а также российская компания ОАО «Спутниковая система «Гонец» (оператор российской спутниковой системы «Гонец») - учредитель «Роскосмос».

По мнению авторов наибольшего эффекта в реализации можно достичь, если использовать Российскую низкоорбитальную спутниковую систему «Гонец», которая создается в рамках Федеральной космической программы по планам «Роскосмоса».

Группировка низкоорбитальных спутников «Гонец» не развернута до штатной системы и обладает рядом ограничений, но именно все это можно превратить в положительные факторы. Незавершенность развертывания группировки низкоорбитальных спутников «Гонец» открывает широкие возможности для внесения в их структуру требований, которые бы учитывали особенности железнодорожного транспорта. Это позволит проще создать корпоративную сеть и использовать спутниковые технические решения в создаваемой портативной измерительной системе, то есть использовать единый системный подход в разработке технических решений (сложившаяся сейчас ситуация позволяет решить эту проблему в кратчайшие сроки).

Кроме того, при реализации предлагаемой программы, можно грамотно использовать преимущества применения низкоорбитальных спутников в общей структуре создания глобального комплексного управления движением поездов, мониторинга состояния инфраструктуры и подвижного состава с использованием спутниковых технологий, в общей скоординированной программе ОАО «РЖД» и «Роскосмоса».

Планами «Роскосмоса» предусматривается к 2012 году осуществить развертывание полной группировки спутников «Гонец», состоящей из 24 космических аппаратов. В настоящее время на орбите находится 4 спутника, к 2010 г. численность спутников будет доведена до 8-12, что позволит проводить испытания опытных образцов измерительной системы. Спутниковые каналы связи системы «Гонец» работают в диапазоне частот 0,3-0,4 ГГц и 0,2-0,3 ГГц.

Спутниковая система «Глобалстар» развернута до штатной эксплуатации (работают 48 спутников), что обеспечивает полное покрытие территории России южнее 74° северной широты. Спутниковые каналы связи системы «Глобалстар» работают в диапазоне частот 2,5/1,6 ГГц.

1. Диагностическая измерительная система для подвижного железнодорожного состава, содержащая сервер, снабженный средствами ввода и вывода информации, программным обеспечением, реализующим функции управления процессами измерения, сбора, хранения результатов измерений и их сравнения с нормативными значениями, связанный магистралью в виде линии двусторонней связи для сбора и обмена данными с измерительным оборудованием, скомпонованным в блоки электроники, включающие измерительные и преобразующие модули и средства сопряжения с диагностируемым объектом, при этом сервер снабжен базой данных, содержащей перечень блоков электроники, сведения о диагностируемых объектах и их контролируемых параметрах, отличающаяся тем, что блоки электроники снабжены радиомодемами, которые вместе с их измерительными и преобразующими модулями конструктивно объединены в едином блоке, на котором закреплены средства сопряжения, линия двусторонней связи выполнена беспроводной, последовательно соединяющей блоки электроники и сервер, последний снабжен управляющим базовым модемом, связанным посредством спутниковых модемов через приемопередающие устройства с региональным центром проведения испытаний и сбора информации и с отраслевым центром контроля и принятия решений, а также сервер дополнительно снабжен приемником спутникового навигационного сигнала местоположения подвижного состава.

2. Измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен на борту подвижного состава.

3. Измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен вне подвижного состава стационарно.

4. Измерительная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен на специальной платформе вагона тягово-энергетической лаборатории.

5. Измерительная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен на борту вагона подвижного состава.

6. Измерительная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен на борту локомотива подвижного состава.

7. Измерительная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний размещен на борту в хвосте подвижного состава.

8. Измерительная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что центр проведения испытаний, размещен на борту в голове подвижного состава.

10. Измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что блоки электроники, включающие измерительные, преобразующие модули, радиомодемы и средства сопряжения с диагностируемым объектом, размещены на подвижном составе с интервалом, по меньшей мере, на каждом 5-10 вагоне.