Комп’ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів

Реферат: Комп'ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів містить блок пам’яті і належить до обчислювальної техніки. Систему можна використовувати для моніторингу параметрів і діагностики силових тягових трансформаторів, які забезпечують технологічні процеси електропостачання залізниць. UA 76896 U (12) UA 76896 U UA 76896 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області обчислювальної техніки, автоматики та вимірювальної техніки і може бути використана для моніторингу параметрів режимів і діагностики силових тягових трансформаторів, які забезпечують технологічні процеси електропостачання залізниць з метою покращення надійності функціонування тягових мереж та покращення безпеки руху. Відомий пристрій [1], який виконує функції відмови стійкого керування об'єктами, що включає аналізатор виду аварійної ситуації, об'єкт діагностування і входи системи, які з'єднані з інформаційними входами об'єкта діагностування, виходи системи з'єднані з першою групою входів аналізатора виду аварійної ситуації, а виходи системи з'єднані з другою групою входів аналізатора виду аварійної ситуації. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що у відомому пристрої не виконуються функції моніторингу параметрів режимів функціонування тягових трансформаторів залізниць і на їх базі не проводиться діагностика технічного стану функціонування силових трансформаторів, що забезпечують електропостачання на тягу залізниць. Відомий пристрій [2], який за своєю технічною суттю є системою керування технологічним об'єктом, яка включає регулятор, суматор, блок контролю керуючої величини, модель чистого запізнювання об'єкта керування, блок коректування часу запізнювання, блок порівняння і модель об'єкта без запізнювання, вихід якого підключений до другого входу моделі чистого запізнювання, вхід блока контролю керуючої величини з'єднаний з другим входом об'єкта керування, а вихід регулятора з’єднаний з другим входом суматора, до виходу якого підключені послідовно з'єднані модель чистого запізнювання об'єкта керування, другий блок порівняння і модель об'єкта без запізнювання. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються функції моніторингу та реєстрації аналогової інформації параметрів функціонування тягових трансформаторів залізниць таких як температура масла, вологість масла, тангенсу кута діелектричних втрат і не проводиться на їх базі контроль і діагностика його функціонування в номінальному режимі. Найбільш близькою за своєю технічною суттю є система оцінювання невизначеності вимірювання [3], що містить блок пам’яті, блок вимірювального обладнання, блок виділення суттєвих складових невизначеності, блок введення вихідних даних, інтерфейси, блок розрахунку невизначеності вимірювання, блок обчислення покривного фактора, вхід і вихід якого підключені до бази даних, а другий вихід якого підключений до входу блока розрахунку невизначеності вимірювання, причому вхід блока виділення суттєвих складових невизначеності підключений до виходу блока введення даних, а другий вихід якого підключений до входу бази даних. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується з єдиних інформаційних позицій моніторинг аналогових сигналів, що відображають режими функціонування силових трансформаторів електропостачання залізничного транспорту на тягу, не проводиться реєстрація доаварійного, аварійного і після аварійного режимів функціонування трансформаторів системи електропостачання з прив'язкою до часу і роботи системи захисту з метою проведення аналізу, контролю, діагностики і прогнозу технічного стану. В основу корисної моделі поставлена задача створення комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів з розширеними функціональними можливостями, а також збільшення рівня їх надійності і можливості діагностування та прогнозу технічного стану, в процесі роботи якої за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними відкривається можливість реалізації моніторингу параметрів режимі, що відображають нормальні, перехідні і аварійні режими функціонування трансформаторів для постачання енергії на тягу залізниць, що реалізується з прив'язкою до часу і роботою системи захисту з метою проведення аналізу, діагностики і прогнозу залишкового ресурсу. Поставлена задача вирішується тим, що включення комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів чотирипортового модуля інтерфейсу, мікропроцесора, ключів, регістра, дешифраторів, приймача сигналів часу, аналого-цифрового перетворювача, формувача аналогових сигналів, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу адреси першого дешифратора і-й (і=1,2,3,4), вихід якого з'єднаний з управляючим входом i-го ключа, підключеного своїм виходом до і-го входу формувача аналогових сигналів, вихід шини даних другого порту мікропроцесора підключений до входу шини даних приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, блока пам’яті і аналого-цифрового перетворювача, підключеного своїм входом до виходу формувача аналогових сигналів, вихід шини адреси третього порту мікропроцесора з’єднаний з входом 1 UA 76896 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 шини адреси аналого-цифрового перетворювача, регістра, другого дешифратора, приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, вихід регістра з'єднаний з адресним входом блока пам'яті, виходи другого дешифратора підключені до відповідних входів вибору кристала приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, аналого-цифрового перетворювача, блока пам’яті і регістра, а стробуючий вхід першого дешифратора підключений до стробуючого виходу мікропроцесора, виходи запису і читання якого з'єднані з входами запису і читання приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, аналогоцифрового перетворювача, блока пам’яті і регістра. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 наведено структурну схему комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів, на фіг. 2 наведено блок-схему алгоритму функціонування комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів. Комп'ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів (фіг. 1) включає мікропроцесор 1, дешифратори 2, ключі 3, формувач аналогових сигналів 4, аналого-цифровий перетворювач 5, приймач сигналів часу 6, регістр 7, блок пам’яті 8 і чотирипортовий модуль інтерфейсу 9. Вихід шини адреси першого порту мікропроцесора 1 підключений до входу адреси першого дешифратора 2 і-й (1=1,2,3,4), вихід якого з'єднаний з управляючим входом i-го ключа 3, підключеного своїм виходом до i-го входу формувача аналогових сигналів 4. Вихід шини даних другого порту мікропроцесора 1 підключений до входу шини даних приймача сигналів часу 6, чотирипортового модуля інтерфейсу 9, блока пам’яті 8 і аналого-цифрового перетворювача 5, підключеного своїм входом до виходу формувача аналогових сигналів 4. Вихід шини адреси третього порту мікропроцесора 1 з’єднаний з входом шини адреси аналого-цифрового перетворювача 5, регістра 7, другого дешифратора 2, приймача сигналів часу 6, чотирипортового модуля інтерфейсу 9. Вихід регістра 7 з'єднаний з адресним входом блока пам'яті. Виходи другого дешифратора 2 підключені до відповідних входів вибору кристала приймача сигналів часу 6, чотирипортового модуля інтерфейсу 9, аналого-цифрового перетворювача 5, блока пам’яті 8 і регістра 7. Стробуючий вхід першого дешифратора 2 підключений до стробуючого виходу мікропроцесора 1, виходи запису і читання якого з'єднані з входами запису і читання приймача сигналів часу 6, чотирипортового модуля інтерфейсу 9, аналого-цифрового перетворювача 5, блока пам’яті 8 і регістра 6. Мікропроцесор 1 комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів (фіг. 1) виконаний, наприклад, у вигляді однокристального мікропроцесора КМ1816ВЕ51. Чотирипортовий модуль 9, комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів (фіг. 1) виконаний, наприклад, у вигляді інтегральної схеми ST16C554DCJ. Робота комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів (фіг. 1) проводиться у відповідності з наведеною блок-схемою алгоритму роботи на (фіг. 2). Після запуску комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів вона працює постійно, згідно з алгоритмом (фіг. 2), в реальному часі. Спочатку проводиться інсталяція комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів, а також обробляється процедура обміну інформацією між системою і верхнім рівнем керування. Якщо обмін інформацією між комп'ютерною системою моніторингу та діагностики тягових трансформаторів і системою вищого рівня керування не проводиться, то вона запускається в роботу. Комп'ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів (фіг. 1) проводить безперервно в реальному часі постійний моніторинг аналогових сигналів, які надходять із датчиків температури, вологості, напруги і струму силового трансформатора. Процедура моніторингу реалізується таким чином, що всі аналогові сигнали за час Т записуються в пам'ять комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів. В наступному такті роботи комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів, тобто в T+t, нові значення аналогових даних записуються в пам'ять на місце інформації, яка записана в першому такті. Таким чином реалізується динамічний процес моніторингу параметрів режимів функціонування силового трансформатора. В процесі моніторингу постійно проводиться аналіз появи сигналів початку аварійного режиму в тяговій електричній системі, згідно з математичними залежностями 1  t    2 1  F   2 (1) 1  tg   2 , 55 де: t° - температура масла, 1 та 2 - відповідно, мінімальне та максимальне значення; 2 UA 76896 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 F - вологість масла, 1 та 2 - відповідно, мінімальне та максимальне значення можливої вологості; tg - значення кута діелектричних втрат 1 та 2 - відповідно, мінімальне та максимальне значення tg - обчислюється за формулою tg = Іа / Ір * 100 - відношення активної складової струму до реактивної складової струму. Якщо аварійної ситуації не було, то процес моніторингу повторюється, тобто реалізується процедура слизького моніторингу всіх аналогових сигналів, що відображають стан силового тягового трансформатора. В момент появи аварійного режиму згідно з (1) реєструється сигнал світового часу із приймача сигналів часу 6, в блоці пам’яті 8 фіксується інформація доаварійного режиму за період Т і записується інформація про аномальний режим за проміжок часу Т1=Т2+Т3. Фактично записується аналогова інформація, що відображає роботу силового трансформатора впродовж аварійного режиму Т 2 і після аварійного режиму Т3. Після цього реалізується формування файлів експрес і повної інформації про аварію і передача в автоматичному режимі експрес-даних про доаварійний Т, аварійний Т 2 і після аварійний Т 3 режими на систему керування вищого рівня. Передача повної інформації реалізується по запиту з верхнього рівня. Після передачі експрес-інформації проводиться процедура на предмет можливості подальшого продовження моніторингу. У випадку неможливості проведення моніторингу - реалізується процедура кінця роботи і функціонування комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів припиняється. Якщо прийнято рішення продовжувати моніторинг, то знову проводиться інсталяція комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів та реалізується аналіз процедури обміну інформацією між системою верхнього рівня керування і комп'ютерною системою моніторингу та діагностики тягових трансформаторів. При необхідності проводити обмін інформацією, в першу чергу реалізується аналіз читання інформації з комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів чи тестування її. Якщо необхідно проводити читання даних, то в комп'ютерній системі моніторингу та діагностики тягових трансформаторів виконується процедура прийому даних з системи верхнього рівня, їх аналіз на предмет правильності передачі і в подальшому виконується процедура кінця зв'язку. Потім в комп'ютерній системі моніторингу та діагностики тягових трансформаторів проводиться аналіз на предмет продовження моніторингу аналогових сигналів параметрів режимів і процес повторюється. В тому випадку, коли необхідно проводити тестування комп'ютерної системи моніторингу та діагностики тягових трансформаторів, то з системи керування тяговими мережами вищого рівня передається пакет тестів і проводиться процедура перевірки правильності її роботи. Якщо тест виконався, то в комп'ютерній системі моніторингу та діагностики тягових трансформаторів проводиться процедура після тестового контролю і процес роботи її продовжується згідно з алгоритмом (фіг. 2). У випадку невиконання в комп'ютерній системі моніторингу та діагностики тягових трансформаторів тестових програм, то автоматично формується і передається інформація про неполадки в ній на вищий рівень керування і обробляється процедура кінця роботи. Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними запропонована комп'ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів вигідно відрізняється від прототипу. На відміну від прототипу, в якому звужені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування, в зв'язку з тим, що на базі прототипу неможливо виконувати з єдиних інформаційних позицій моніторинг аналогових сигналів параметрів режимів, що надходять з силових трансформаторів системи електропостачання залізниць, у запропонованій комп'ютерній системі моніторингу та діагностики тягових трансформаторів завдяки введенню нових блоків і зв'язків між ними відкривається можливість реалізації безперервного моніторингу аналогових сигналів, що відображають нормарні, перехідні і аварійні режими силових трансформаторів надходження електроенергії на тягу залізниць з прив'язкою до часу і роботи системи захисту з метою проведення аналізу, контролю, діагностики і прогнозу технічного стану. Джерела інформації: 1. Система відмовостійкого керування об'єктами G06F 11/18, патент України № 60844. Промислова вартість. Офіційний бюлетень № 8, книга 1, 2005 р. 2. Система керування технологічним об’єктом G05В 13/00, патент України № 51692. Промислова вартість. Офіційний бюлетень № 14, 2010 р. 3. Система оцінювання невизначеності вимірювання, G06F 17/18, патент України № 41541. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 10, 2009 р. (прототип). 60 3 UA 76896 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Комп'ютерна система моніторингу та діагностики тягових трансформаторів, що містить блок пам′яті, яка відрізняється тим, що в неї введено чотирипортовий модуль інтерфейсу, мікропроцесор, ключі, регістр, дешифратори, приймач сигналів часу, аналого-цифровий перетворювач, формувач аналогових сигналів, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу адреси першого дешифратора і-й (і = 1, 2, 3, 4) вихід якого з'єднаний з управляючим входом і-го ключа підключеного своїм виходом до і-го входу формувач аналогових сигналів, вихід шини даних другого порту мікропроцесора підключений до входу шини даних приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, блока пам′яті і аналого-цифрового перетворювача, підключеного своїм входом до виходу формувача аналогових сигналів, вихід шини адреси третього порту мікропроцесора з'єднаний з входом шини адреси аналого-цифрового перетворювача, регістра, другого дешифратора, приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, вихід регістра з'єднаний з адресним входом блока пам'яті, виходи другого дешифратора підключені до відповідних входів вибору кристала приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, аналого-цифрового перетворювача, блока пам′яті і регістра, а стробуючий вхід першого дешифратора підключений до стробуючого виходу мікропроцесора, виходи запису і читання якого з'єднані з входами запису і читання приймача сигналів часу, чотирипортового модуля інтерфейсу, аналогоцифрового перетворювача, блока пам′яті і регістра. 4 UA 76896 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5