Предусмотрены автоматическая и ручная фокусировка видимого и УФ-каналов, автоматическая и ручная экспозиция.

По техническим и эксплуатационным характеристикам УФ-камера (рис. 1) является наиболее современной и чувствительной к УФ-излучениям короны при дневном свете. За рубежом ее успешно используют для диагностирования изоляторов ЛЭП с вертолета, при осмотрах трансформаторов, обмоток электромашин на напряжение от 6 кВ и выше; она находит применение и в других отраслях промышленности. УФ-камера позволяет производить диагностирование как при полном дневном, так и при ночном освещении, а также в условиях плохой погоды: туман, слабый дождь.

Рис. 2.2. Вид сбоку и сзади тепловизионной камеры ТН7102

Следует отметить, что УФ-дефектоскоп «Филин 6» не обеспечивает получения четкого изображения объекта и разрядов в условиях дневного освещения и при атмосферных осадках даже при напряжении 100 кВ. Это объясняется тем, что его чувствительность в 700 - 1000 раз меньше, чем камеры DayCorII.

Камера DayCorII является биспектральной: она содержит УФ- и видеокамеры, каждая из которых работает в своем оптимальном диапазоне. Для УФ-камеры выбран оптимальный диапазон 0,24 - 0,28 мкм, поскольку ему соответствует максимальная интенсивность излучения ПЧ-разрядов и короны. Обеспечение высокой чувствительности датчика камеры в этом диапазоне достигается применением высокоэффективных оптических фильтров. Диапазон работы встроенной видеокамеры составляет 0,45 - 0,75 мкм. Отличное качество изображения обеспечивается совмещением (наложением) УФ- и видимого изображений изолятора в цвете. Наличие видеовыхода PAL (NTSC) позволяет после оцифровки сигнала в АЦП компьютера получить диагностическую информацию в реальном масштабе времени в виде цифрового видеофильма. Наглядность, быстродействие (частота работы УФ-камеры -- 24 Гц), отстройка (фильтрация) от световых шумов, широкий диапазон изменения экспозиции, пространственное разрешение и высокая чувствительность обеспечивают достоверность диагностической информации и надежное распознавание дефектных изоляторов.

Разработка диагностической системы

Создаваемая на базе камеры DayCorII быстродействующая компьютеризированная система диагностирования изоляторов КС будет установлена в вагоне-лаборатории для испытаний контактной сети (ВИКС ЦЭ) [1]. При ее разработке был использован опыт создания компьютеризированной тепловизионной системы диагностирования арматуры КС на базе ВИКС ЦЭ [2]. Предусматривается решение следующих исследовательских и организационно-технических задач:

1. Формирование аппаратной части высокоскоростного измерительно-информационного УФ-комплекса, состоящего из биспектральной камеры DayCorII, интерфейса для ее сопряжения с бортовым компьютером и измерительно-вычислительным комплексом (ИВК) вагона-лаборатории, кварцевого иллюминатора и кронштейна для установки камеры;

2. Разработка алгоритмов компьютерной обработки (первичной и вторичной) совмещенных видео- и УФ-изображений изоляторов, оценки технического состояния изоляторов, прогнозирование сроков службы, определения вида и содержания осмотров и ремонтов, корректировки графиков осмотров и ремонтов контактной сети, оценки возможности продления ресурса изоляторов;

3. Формирование специальных и прикладных программ ввода и обработки измерительной информации по данным УФ-аппаратуры, создание системы мониторинга технического состояния изоляторов с учетом информационных потоков, получаемых от бортового измерительно-вычислительного комплекса ВИКСа;

4. Разработка организации и методики контроля и диагностических обследований изоляторов, создание регламента и сценария проведения УФ-съемки с учетом внешних условий (время суток, состояние атмосферы, скорость электроподвижного состава, номенклатура, характеристики, условия эксплуатации изоляторов и др.) и обработки измерительной информации; разработка методических рекомендаций по оценке технического состояния изоляторов, определению причин, вызвавших неисправности (загрязнение, увлажнение, повреждение покрытия, трещины и др.), а также по мерам устранения дефектов, восстановления эксплуатационных свойств или замене изоляторов.

УФ-камера устанавливается на вышке ВИКС ЦЭ аналогично тепловизионной камере [2]. Наблюдения производятся через специальный иллюминатор, выполненный из кварцевого стекла КУ-1, пропускающего УФ- и видимый спектральный диапазоны (0,20 - 0,75 мкм) с коэффициентом пропускания 0,95 - 0,99. Предусматривается расположение в двух секторах, по ходу и против движения поезда (в зависимости от внешних световых шумов), с ориентацией в направлении опор контактной сети и под углом 15 - 25° к горизонту.

УФ-система обеспечивает возможность диагностирования следующих изоляторов контактной сети переменного тока напряжением 27,5 кВ: фарфоровых тарельчатых подвесных и фиксаторных; фарфоровых секционных стержневых и фиксаторных стержневых; стеклянных тарельчатых подвесных.

В ходе проведения научных и практических работ перечень изоляторов КС, для которых может быть применено УФ-диагностирование, будет уточнен.

Комплекс программного обеспечения

Программный комплекс системы диагностирования должен обеспечивать следующее:

- первичную обработку информации с частотой сканирования, задаваемой оператором в зависимости от скорости движения ВИКСа в составе поезда;

статистическую обработку УФ-изображения с оценкой достоверности измерительной информации;

- получение совмещенных УФ- и видимых изображений изоляторов в реальном масштабе времени в виде полноцветного цифрового фильма с последующей записью на жесткий диск бортового компьютера;

управление с компьютера по интерфейсу RS232 фокусом и экспозицией камеры;

- количественную оценку относительной яркости ПЧ-разрядов и короны с указанием места их нахождения на поверхности изолятора;

- определение места дефектных изоляторов в гирлянде, оценку степени развития дефекта и выдачу рекомендаций по принятию решений о дальнейшей эксплуатации дефектного изолятора;

- внесение дефектных изоляторов в память компьютера с привязкой к номеру опоры и участку КС, выделение необходимых фрагментов, их масштабирование и редактирование;

- распечатку цифровых цветных диагностических изображений изоляторов на принтере;

- обмен данными по интерфейсу бортового ИВК вагона-лаборатории;

цветное представление совмещенных УФ- и видеоизображений изоляторов на экранах дисплея компьютера и монитора, возможность просмотра цифровых фильмов, их редактирование, выделение и запись необходимых фрагментов с дефектными изоляторами;

- возможность записи УФ- и видеоизображений изоляторов на видеомагнитофон;

архивация данных УФ-обследований изоляторов, составление электронной документации и получение твердой копии с диагностической информацией в виде отчета;

- возможность записи фрагментов цифровых фильмов с изображениями дефектных изоляторов в УФ- и видеодиапазонах с привязкой к номерам опор на компакт-диск и съемный жесткий диск компьютера и последующую передачу в записи в дорожную электротехническую лабораторию и в службу электроснабжения железной дороги;

- обеспечение работы на IBM совместимых компьютерах в среде Windows версии 2000 и выше;

использование удобных графических диалоговых моделей, обеспечивающих пользователю максимальный сервис и простоту работы.

Перспективы создания компьютеризированной системы диагностирования изоляторов контактной сети по ультрафиолетовому излучению

Примеры диагностирования изоляторов УФ-системой

На рис. 2.3 представлены совмещенные УФ- и видеоизображения трех опор КС переменного тока на участке скоростной железной дороги, соединяющей Англию и Францию через Евротоннель. Пробные обследования изоляторов контактной сети проводились специалистами фирмы OFIL (Израиль) с помощью камеры DayCorII путем обхода в дневное время. На рис. 2.3, а четко просматривается корона на гирлянде из четырех изоляторов в кронштейне консоли. На рис. 2.3, б зафиксирована большая корона на гирлянде изоляторов в тяге консоли; кроме того, на гирлянде изоляторов кронштейна консоли наблюдаются сильные ПЧ-разряды. На рис. 2.3, в видны сильные ПЧ-разряды на первом и втором изоляторах (со стороны опоры) гирлянды в тяге консоли. Все упомянутые изоляторы после фактической проверки контактными методами были признаны дефектными и впоследствии заменены.

а)	б)
в)

Рис. 2.3. Совмещенные видео и УФ-изображения дефектов гирлянд изоляторов:

а -- в кронштейне консоли; б -- в тяге консоли и части изоляторов в кронштейне; в -- части изоляторов в тяге консоли

Необходимо отметить, что на всех трех изображениях в УФ-диапазоне просматриваются белые точки, что объясняется наличием световых шумов и ионизацией воздуха под действием напряжения в контактной сети (рассматриваются как помехи). На рис. 2.3, а и в видны изображения вагонов скоростного поезда; это свидетельствует о высоком быстродействии УФ-камеры.

Необходимо отметить, что наряду с УФ-методом диагностирования изоляторов КС целесообразно использовать тепловизионный метод с помощью инфракрасной системы диагностирования КС, установленной ООО «НИИЭФА-Энерго» на большинстве ВИКС ЦЭ. При этом осуществляется комплексное диагностирование изоляторов с использованием широкого диапазона оптического спектра электромагнитного излучения: от 0,21 до 8,3 мкм. Это обеспечивает высокую достоверность результатов диагностирования и устойчивость системы к внешним условиям (время суток, состояние атмосферы, перепад температур воздух и т. д.), большую наглядность и простоту восприятия диагностической информации.

2.5.4 Калибровка оптической системы

Для точной работы устройства необходимо знать расстояние S с точностью до пикселя. Так как выставить камеру в точно заданных параметрах очень сложно, то проводят калибровку каждого устройства в отдельности. Для каждой камеры каждому котангенсу угла присваивают номер пикселя и создают таблицу возможных положений провода.

Рассмотрим левую и правую камеры, геометрические расчеты для которых будут дуальны из-за симметричного расположения относительно оси движения вагона (рис.2.4).



Методика калибровки системы предполагает расположение имитаторов контактных проводов с известными заранее координатами в пределах наблюдаемой области. Калибровка системы проводится по четырем имитаторам для учета возможной нелинейности поля зрения оптической системы ПЗС камеры. Конечным результатом калибровки является таблица котангенсов углов визирования каждой камеры, где каждому углу визирования ставится в соответствие определенный номер пикселя ПЗС камеры. По заданным координатам, решая треугольники, вычислим углы визирования имитаторов:

.

Аппроксимируем функцию зависимости углов лучей C визирования от номеров пикселов S линейки ПЗС C=F(S) кривой третьего порядка:

C=A0+A1*S+A2*S2+A3*S3.

С помощью полученных отсчетов от ПЗС камеры найдем коэффициенты уравнения, подставив номера пикселов в систему уравнений:

C0=A0+A1*S0+A2*S02+A3*S03

C1=A0+A1*S1+A2*S12+A3*S13

C2=A0+A1*S2+A2*S22+A3*S23

C3=A0+A1*S3+A2*S32+A3*S33.

В качестве примера найдем коэффициент A0=D/D0, использую правило Крамера [6]. Где D определитель матрицы четвертого порядка:

.

А D0 определитель матрицы четвертого порядка:

.

В реальных условиях для заполнения таблицы используется не сам угол, а его котангенс, который и используется для вычисления декартовых координат КП (смотри выше):

.

Выполним аналогичные расчеты для средней камеры (рис.2.3).

Вычисляя углы подвеса имитаторов, решим симметричные треугольники:

.

Все остальные расчеты аналогичны боковым ПЗС камерам. Результатом является таблица, где каждому отсчету ставится в соответствие тангенс угла подвеса КП:

.

2.6 Информационно - вычислительный комплекс

Назначение информационно - вычислительного комплекса

ИВК вагона-лаборатории предназначен для получения с помощью первичных измерительных преобразователей (датчиков) электрических или цифровых сигналов, несущих информацию об измеряемых параметрах, приема и обработки этих сигналов, записи полученных данных и результатов на жесткий диск ЭВМ, отображения измеряемой информации на экране дисплея, а также распечатки протоколов инспекционных поездок и получаемой информации в графической форме.

Информационно-вычислительный комплекс вагона-лаборатории обеспечивает полную автоматизацию процессов измерений и допускового контроля параметров контактной сети, которая достигается компьютеризацией всех диагностик, регистрации и оформления получаемых результатов.

2.7 Устройство и работа БОМ

Блок оптико-механический представляет собой герметичный металлический корпус, в котором установлены:

Три измерительные телевизионные камеры, три блока обработки телевизионных сигналов, один из которых включает в себя мультиплексор сбора данных от датчиков боковых перемещений и системы измерения температуры, четырехканальный мультиплексор сигналов от видео камер, устройство управления нагревателями, блок питания, датчики измерения температуры защитных стекол, плат телевизионных фотоприемников телевизионных камер и наружной температуры, а также нагревательные элементы подогрева плат фотоприемников и самоподогревающиеся защитные стекла иллюминаторов.

Блок оптико-механический устанавливается на капоте автомотрисы АДМ.

Каждая телевизионная камера состоит из корпуса с объективом МИР-1, платы фотоприемника и платы обработки сигналов (А1 и А3 - левая ТВ камера, А2 и А4 - правая). На плате фотоприемника расположены координатно-чувствительный элемент - ПЗС линейка, предназначенная для измерения углового положения КП относительно оси оптической системы и Pin фотодиод датчика опор контактной сети. Конструктивно плата фотоприемника помещена в фокальную плоскость объектива ТВ камеры. Блок обработки ТВ камеры выполнен на базе сигнального микропроцессора ADSP-2191 и предназначен для управления фотоприемником, считывания информации, и ее обработки. Программное обеспечение контроллера блока обработки реализует также процедуру адаптации фотоприемного тракта под изменяющиеся условия освещенности и алгоритмы фильтрации и обнаружения сигналов от КП.

Центральная ТВ камера также состоит из фотоприемника и блока обработки (А6 и А7). Фотоприемник центральной камеры аналогичен фотоприемникам боковых камер, но не содержит фотодиода и приемного тракта датчика опор контактной сети. Контроллер блока обработки центральной ТВ камеры также выполнен на базе сигнального микропроцессора ADSP-2191, но не содержит элементов фотодиодного приемного тракта датчика опор контактной сети. Дополнительно на плате блока реализован управляемый процессором четырехканальный мультиплексор, предназначенный для чтения информации и управления датчиками боковых перемещений кузова автомотрисы относительно колесных пар ходовых тележек, датчиком температуры наружного воздуха (в вариантном исполнении УСП КП) и системой термостабилизации защитных стекол и фотоприемников.

Для связи ТВ камер с микропроцессорным контроллером PCDSP104 БЭ предусмотрен четырехканальный (один канал резервный) мультиплексор MUXTV-M (А5). Через мультиплексор в БЭ поступает информация об углах визирования КП ТВ камерами о положении опор контактной сети, а также от датчиков боковых перемещений, датчика температуры наружного воздуха и от контроллера нагревателя. Мультиплексор используется для передачи команд управления оборудованием БОМ. В режимах настройки БОМ мультиплексор позволяет передавать в БОМ полный видео сигнал от каждой камеры.

Блок питания (А8) обеспечивает напряжения питания для всех элементов электрической схемы БОМ.

2.8 Устройство и работа БЭ

Блок электроники представляет собой металлический корпус с направляющими на нижней стенке. На задней стенке БЭ размещена розетка разъема, а на передней жидкокристаллический монитор рабочего места оператора УСП КП LCD-KIT03 и пленочная клавиатура АРТ-01.

Внутри корпуса установлены:

Устройство вычислительное WAFER-5820-300, контроллер последовательного канала PCDSP104 на базе сигнального микропроцессора ADSP-2191,драйвер пленочной клавиатуры, клавиатура АРТ-01, устройство хранения информации ZIP DRIVE 100M, устройство отображения LCD-KIT03 и блок питания.

В нерабочем положении БЭ хранится в специальном кейсе, на время инспекционной поездки устанавливается в пульт управления УСП КП.

Устройство вычислительное WAFER-5820-300 представляет собой PC-совместимую одноплатную ЭВМ, выполненную в конструктиве PC-104, и является основным элементом БЭ. На плате ЭВМ имеется стандартный набор контроллеров для подключения периферийного оборудования.

Для визуализации получаемой информации к ЭВМ подключено устройство отображения (LCD монитор) LCD-KIT03. В процессе работы оператор УСП КП имеет возможность записывать информацию о положении КП на магнитный носитель (дискету) устройства хранения информации ZIP DRIVE 100M.

Диалог оператора с ЭВМ ведется с встроенной клавиатуры АРТ-01, либо со стандартной клавиатуры, подключаемой к внешнему разъему PC/2 . Связь клавиатуры с WAFER-5820-300 осуществляется при помощи драйвера клавиатуры через контроллер последовательного канала PCDSP104.

Наименование клавиш встроенной клавиатуры и их назначение указаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Наименование клавиши	Назначение клавиши
Esc	Отмена
Enter	Выбор
	Перемещение по меню вверх
	Перемещение по меню вверх
Запись	Начало/конец записи
Файл	Открытие/закрытие файла
Экран	Выбор режима отображения информации: · Высота и зигзаг контактного провода; · Положение контактного провода в плане
Опора	Ручная фиксация опор

Для связи ЭВМ с БОМ контроллер последовательного канала PCDSP104 используется интерфейс SPORT с применением стандарта RS422.

Датчик скорости (датчик угла поворота Л178/1.2) подключен к контроллеру последовательного канала PCDSP104.

Микропроцессорный контроллер PCDSP104, представляет собой одноплатную конструкцию, устанавливаемую в системную шину PC104 БЭ. Основная задача контроллера - обработка информации об угловом положении КП, получаемой от ТВ камер. Алгоритм обработки позволяет получить текущие значения высоты HКП и смещения LКП (рисунок 1). При этом реализована проверка всех точек пересечения лучей визирования объектов, находящихся в полях зрения ТВ камер, на предмет выполнения неравенства (2) (п.2.3.1).

Вычислительное устройство WAFER-5820-300 работает в режиме прерывания через один метр пути от системы синхронизации, реализованной в контроллере PCDSP104. Основным элементом системы синхронизации является датчик скорости (датчик угла поворота Л178/1.2). Один раз на метре пути вычислительное устройство WAFER-5820-300 считывает через системную шину информацию от всех элементов УСП КП: ТВ камер, системы синхронизации (время прохождения одного метра пути и направление движения), датчиков опор контактной сети, датчиков боковых перемещений кузова автомотрисы относительно колесных пар ходовых тележек, терморезисторов измерения температуры внутри БОМ, датчика температуры наружного воздуха.

Вычислительное устройство WAFER-5820-300 через контроллер PCDSP104 осуществляет управление всеми элементами УСП КП: системой синхронизации, ТВ камерами, нагревательными элементами БОМ.

2.9 Устройство и работа ПУ

Пульт управления (ПУ) стационарно устанавливается в проеме окна автомотрисы АДМ и служит для размещения и фиксации в нем БЭ.

На передней стенке корпуса ПУ размещаются тумблеры включения БЭ и БОМ, индикаторы включения БЭ и БОМ и предохранители БЭ и БОМ. На нижней стенке корпуса - разъемы для подключения ДС, БОМ, подачи напряжения питания на БОМ, подачи напряжения с аккумуляторной батареи автомотрисы, а также само позиционирующийся разъем для связи ПУ с БЭ.

2.10 Устройство и работа датчика боковых перемещений

В состав УСП КП входят два датчика боковых перемещений. Они предназначены для регистрации вертикальных перемещений кузова автомотрисы АДМ-1 относительно буксы колесной пары и передачи в УСП КП информации о значении указанных перемещений. Датчики установлены с двух сторон автомотрисы на буксы одной колесной пары, ближайшей к БОМ.

2.11 Опыт эксплуатации ВИКС на Донецкой железной дороге

Контроль контактной сети необходим для обнаружения на ранней стадии изменений ее состояния, обеспечения бесперебойного движения поездов и исключения возможности травмирования людей. При этом необходимо учитывать эксплуатационно-экономический аспект, связанный с оптимизацией срока службы устройств контактной сети. В общем случае компоненты, обеспечивающие совместимость, должны быть сертифицированы перед установкой или внедрением. В подсистеме электроснабжения такими компонентами являются: контактная сеть; токоприемники; контактные вставки токоприемников. Опыт эксплуатации вагона ВИКС на Донецкой железной дороге открывает широкие возможности диагностики контактной сети и повышает эксплуатационную надежность и экономичность взаимодействующих токосъёмных систем. Анализируя выходные данные многочисленных объездов по участкам, можно определить условия возможного ухудшения качества токосъема и показать рациональные пути предотвращения этого.

Для контроля контактной сети в ООО “ДАК-ЭНЕРГЕТИКА”, ГП “ДОРТРАНСЭНС”, НТУ “ХПИ” разработана концепция системы диагностики, включающая конкретный перечень диагностических параметров. Выделены наиболее информативные параметры, оцененные по принципу “затраты - эффект”.

Критерием качества токосъема является сумма приведенных затрат на содержание токоприемников и контактной сети, которые должны быть минимальными. Как показывает опыт для оценки качества динамики токосъема достаточно пользоваться абсолютным значением максимальной переменной составляющей контактного нажатия |Pv|max. Тогда коэффициент относительного изменения нажатия можно представить выражением n = |Pv|max / М(Р). Характеризуя эксплуатационное состояние контактной сети по параметру контактного нажатия имеет смысл рассматривать все показатели n, s[Р], |Pv|max. В докладе дан анализ качества токосъема участков Донецкой железной дороги. Показано, что эффективность стабилизации нажатия около уровня, обеспечивающего минимальный износ контактных элементов токоприемников и контактной сети, можно оценить по результатам продолжительной эксплуатации вагона ВИКС.

Важнейшей проблемой эксплуатации контактной сети является ее качественное диагностирование. Это особенно важно при переходе к высокоскоростному движению, повышение скорости движения и веса поездов. Без точного инструментального контроля параметров контактной сети такое движение просто невозможно.

Благодаря введению в эксплуатацию вагон - лаборатории испытаний контактной сети (ВИКС) диагностирование контактной сети для Донецкой железной дороги стало более точным и совершенным, во много раз увеличилось количество регистрируемых параметров. Новая лаборатория работает в любое время суток, при различных атмосферных осадках, что значительно повысило производительность, так сегодня ВИКС объезжает за 20-25 дней все главные пути станций и перегонов Донецкой ж.д., а на старом вагоне требовалось полтора месяца.

В докладе изложены основные функциональные особенности вагона, условия его эксплуатации. Показано что главным отличием от старых вагонов диагностирования контактной сети, является бесконтактное измерение таких параметров как: высота контактного провода над уровнем верха головок рельсов (в диапазоне от 5500 мм до 6900 мм с погрешностью не более 10 мм); положения контактного провода (зигзаг и вынос) в плане при количестве проводов от одного до четырех (в диапазоне 700 мм с погрешностью не более 10 мм); измерение износа контактных проводов при количестве проводов от одного до четырех по поперечному сечению с погрешностью не более 3 мм2.

Функциональные возможности последних модификаций ВИКС значительно расширены. Ведется контроль параметров: понижения контактного провода на воздушных стрелках, положение по высоте фиксаторов и отходящих анкеровочных ветвей относительно основного контактного провода; нажатие токоприемника на контактный провод; регистрацию ударов по токоприемнику; регистрацию отрывов токоприемника от контактного провода; автоматическую отметку опор; наклон кузова вагона относительно букс колесных пар; скорость движения вагона-лаборатории; напряжение в контактной сети; температуру наружного воздуха; тепловизионную диагностику арматуры контактной сети.

Большую роль новая лаборатория уже сыграла в электрификации участка Дебальцево - Комунарск и Комунарск - Родаково, первый проход электровоза по новому участку завершился успешно, а все благодаря неоднократному проезду лаборатории с бесконтактным измерением высоты и “зигзагов” контактного провода.

Бальная оценка контактной сети на порядок выше чем была раньше, конечно вагон - лаборатория стала находить больше отклонений, но и программа вносит свои коррективы, считает за аварийную точку отходящею ветвь зафиксированную вдали от основного контактного провода, на стрелках зачастую срабатывают датчики фиксирующие понижение фиксаторов относительно контактного провода, в результате всех факторов бальность на Донецкой ж.д. колеблется от 150 до 600 балов за участок, при норме на отлично 25.

Замеры износа контактного провода показали, что разница между измерением ВИКС и замерами ЭЧК составляет 4,8%, и этого достаточно для выявления локального износа, но при этом скорость движения была 15-20 км/ч, при повышении скорости появляется большое искажение и на скорости 50 км/ч замеры просто невозможны. Датчик требует доработки, т.к. на данном этапе для замера перегона нужно брать окно, а это вызывает большие сложности.

Неустановленна заводом изготовителем и система автоматического аварийного опускания токоприемника, только человеком находящимся на смотровой вышке, в результате чего Донецкий ВИКС уже имеет печальный опыт ломать токоприемник.

Но несмотря на множество недоработок представителем ЭЧ и ЭЧК очень нравится новый вагон, теперь они уходят не с длинной лентой которую надо еще расшифровать, а с кассетой визуального наблюдения за состоянием контактной сети и дискетой или распечатанной ведомостью отклонений по участку.

Таким образом применение ВИКС обеспечивает более надежное и с меньшими затратами содержание контактной сети, повышает безопасность персонала за счет уменьшения времени его нахождения в опасной зоне.

Благодаря вводу в эксплуатацию вагонов - лабораторий исследования параметров контактной сети (ВИКС), появилась возможность ввести бальную оценку состояния, что в свою очередь позволило существенно улучшить качество содержания и уменьшить число повреждений.

Поскольку оборудование ВИКС образца 1963 года морально устарело, возникла необходимость в создании ВИКС нового поколения. В 1996 г. на базе современных технологий микропроцессорной и вычислительной техники на предприятии Научно - исследовательского института электрофизической аппаратуры (НИИЭФА - ЭНЕРГО) был разработан и внедрен в эксплуатацию на Октябрьской дороге ВИКС нового поколения. Вновь разработано большинство датчиков, система обработки отображения и хранения информации. Измерения зигзага и высоты контактного провода осуществляется при помощи бесконтактной стереотелевизионной системы. Разработан и внедрен в эксплуатацию датчик износа контактного провода. Группа датчиков находящихся под потенциалом контактной сети позволяет оценивать качество токосъема, а именно наличие подбоев, ударов при проходе жестких точек, фиксировать отрывы токоприемника, а также измерять нажатие токоприемника и напряжение в контактной сети.

Информация со всех датчиков поступает на ЭВМ информационно - вычислительного комплекса, где после обработки по определенным алгоритмам осуществляется сравнение измеренных параметров с нормативными и рассчитывается бальная оценка состояния контактной сети. В смотровой вышке установлена видеокамера. Кадры видеосъемки синхронизированы с записью измеряемых параметров, что позволяет производить синхронный просмотр вместе с записанными данными. В последнее время ВИКС комплектуются тепловизионными системами на базе ИК - камеры ТН7102 фирмы Nec San-ei. Были разработаны методы измерения и обработки, которые позволили значительно увеличить процент выявленных дефектов.

На основе стереотелевизионной системы было разработано упрощенное устройство слежения за параметрами контактного провода (УСП-КП), предназначенное для установки на монтажных автомотрисах АДМ. Данное устройство позволяет осуществлять бесконтактное измерение геометрических параметров подвеса контактных проводов, записи полученных параметров на устройство хранения информации и их отображения на мониторе рабочего места оператора УСП КП. УСП гораздо доступнее по сравнению с ВИКС и позволяет осуществлять диагностику слабо загруженных участков железных дорог.

В настоящее время производиться модернизация аппаратных и технических средств ВИКС направленная на повышение надежности и точности измерений, а также с целью создания автоматизированных рабочих мест ЭЧК, что позволило бы наиболее эффективно организовать эксплуатацию контактной сети.

3 Обеспечение безопасных условий труда

3.1 Безопасность при работе

УСП КП - устройство слежения за провисом контактного провода.

В конструктивном исполнении это три основных блока: Блок оптико-механический, Блок электроники и Пульт управления. Оптико-механический блок - это железный ящик с электронной начинкой и прорезями для объективов, которые, в свою очередь, закрыты защитными стеклами. Блок электроники представляет собой монитор, отображающий информацию, клавиатуру управления, и устройство для записи информации на накопитель. Пульт управления - устройство для подачи питания на блок электроники и Оптико-механический блок со светодиодами, которые показывают наличие питания на том или ином блоке. Питание устройства: постоянный ток с напряжением 28В и силой тока 1.2А при выключенном Оптико-механическом блоке и 1.4В при включенном.

Источник питания, в свою очередь напитывается от бортового аккумулятора напряжением 24В постоянного тока, доступ к которому блокирован.

Само устройство имеет третью категорию по электробезопасности. Для исправной работы устройство имеет 6 степень защиты: полная защита персонала от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями; полная защита оборудования от попадания пыли.

От проникновения воды через корпус изделия предусматривается 5 степень защиты - защита от водяных струй, то есть IP65 по ГОСТ 14254-88.

В период эксплуатации управление осуществляется оператором периодически, так как снимаемая информация записывается.

3.2 Калибровка оборудования УСП КП

БОМ калибруется на стенде в хорошо освещаемом чистом помещении.

Первым шагом в калибровке УСП КП является подбор положения камер. Так как расстояния до проводов достаточно велики, то должен быть очень маленький разброс угла захвата камер. Для этого на стенде располагаются имитаторы проводов, в количестве 16 штук. По их количеству, на отображаемых на камере элементах, судят о расположении камер в корпусе БОМ. Разница в отображаемых камерами элементах не должна превышать пяти элементов.

Далее эти имитаторы заменяются на три других имитатора на разном расстоянии от БОМ. В данном расположении имитаторов необходимо получать достаточный для всех имитаторов провода уровень сигнала. Для этого настраивают фокус каждой из камер.

Сама калибровка включает в себя несколько этапов: выставляются четыре имитатора на одном расстоянии от БОМ но с разным смещением от центральной оси БОМ. Это расстояние обуславливается реальным расположением БОМ на АДМ. То есть расположением относительно головки рельса. В программе калибровки устанавливают расстояние и смещения имитаторов проводов и запускают программу. Таким образом, выставляются точные значения расстояния БОМ до проводов.

При закрывании крышки БОМ необходима герметизация устройства. Герметизация производится силиконовым герметиком, который требует некоторых особенностей в обращении таких как: проветривание помещения и недопускание попадание герметика в глаза.

После закрывания крышки БОМ требуется повторная калибровка по пункту 1.4, так как могут сбиться настройки из-за перекоса элементов БОМ.

Последним элементом настройки является настройка датчика боковых перемещений. У датчика есть некоторое среднее значение, которое фиксируется с помощью троса и находящегося внутри датчика СКВТ (синусно-косинусный вращающийся трансформатор).

3.3 Монтаж и настройка оборудования УСП КП на АДМ

Установка БОМ и БЭ на автомотрисе, прокладка и стыковка соединительных кабелей производится в соответствии с инструкцией по монтажу и схемой подключений.

БОМ калибруется на предприятии-изготовителе вместе с БЭ и калибровочные таблицы хранятся в БЭ. Номера БОМ и БЭ указаны в паспорте на УСП КП и на шильниках блока оптико-механического и блока электроники.

После монтажа аппаратуры на автомотрисе необходимо произвести привязку БОМ к уровню головок рельсов железнодорожного пути, на котором установлена автомотриса. Для этого:

Над БОМ установить имитатор КП на высоте от 5600 до 6500 мм относительно рельсового полотна и со смещением относительно продольной оси рельсового полотна в диапазоне от минус 400 мм до +400 мм.

После установки имитатора необходимо точно измерить положение имитатора относительно уровня головок рельсов.

На время настройки УСП КП к БЭ должна быть подключена стандартная клавиатура PC через разъем на передней панели БЭ

Включить УСП КП, и после загрузки войти в «МЕНЮ НАСТРОЙКИ СИСТЕМЫ». Операции по работе с программным обеспечением УСП КП подробно описаны в документе РП3.300.002ИЭ1. Программное обеспечение УСП КП. Инструкция пользователя.

В меню «ПАРАМЕТРЫ НАСТРОЙКИ» ввести значения измеренных высоты и смещения имитатора КП (действительные значения).

Войти в меню «НАСТРОЙКА». На экране появятся две отметки положения имитатора КП - действительное (красного цвета) и измеренное УСП КП (черного цвета). Если измеренных значений больше чем одно - убрать из поля зрения БОМ лишние объекты. Задача настройки - совместить измеренное УСП КП положение с действительным. Положение по высоте корректируется программно (нажатие клавиш Up и Down), при этом изменяется значение расстояния от базы БОМ до уровня головок рельсов железнодорожного пути (на заводе изготовителе это значение принимается равным 2800 мм). Положение по смещению корректируется механически, вращая регулировочные винты датчиков боковых перемещений в соответствии с рекомендациями на экране монитора. Изменение положения регулировочного винта на десять миллиметров изменяет измеренное УСП КП положение имитатора КП приблизительно на 30 мм. На экран монитора выводятся измеренные датчиками боковых перемещений расстояния в миллиметрах. Если эти значения в процессе настройки выходят за пределы 30 мм, необходимо удлинить (при положительном значении) или укоротить (при отрицательном значении) трос соответствующего датчика боковых перемещений на это значение и продолжить настройку.

4. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

4.1 Общие вопросы охраны труда и окружающей среды

Охрана труда - это система правовых, социально-экономических, организационно-технических, санитарно-гигиенических, лечебно-профилактических мероприятий и средств, которые направлены на сохранение жизни, здоровья и работоспособности человека в процессе труда ДСТУ 2293-93 [1].

Законодательная и нормативная базы Украины относительно охраны труда и окружающей среды опираются на следующие документы: законы (Конституция Украины, закон Украины “Об охране труда”, закон Украины “Об охране окружающей естественной среды” и другие), подзаконные акты (постановления, распоряжение и т.д.), и нормативно-техническую документацию (ГОСТы, ССБТ, ДНАОП, НАОП, СН, СНиП, ПУЭ и др.).

Объектом исследования в охране труда является человек в процессе труда, производственная среда и обстановка, взаимодействие человека с производственным оборудованием, а также организация труда и производства.

Закон Украины “Об охране труда” [2] определяет основные положения по реализации конституционного права граждан на охрану их жизни и здоровья в процессе трудовой деятельности; при участии соответствующих государственных организаций, регулирует отношения между предприятием и работником в независимости от форм собственности предприятия; устанавливает единственный порядок организации труда в Украине.

Основными направлениями охраны труда и окружающей среды являются: безопасность труда на производстве, предупреждение производственного травматизма и профессиональных заболеваний, предупреждения пожаров и взрывов, вопроса правовой охраны труды, использования и воссоздания природных ресурсов, снижение или полное устранение негативного влияния человеческой деятельности на окружающую среду и т.д. [2, 3].

Закон Украины “Об охране окружающей естественной среды” [3] устанавливает меры, которые обеспечивают реальные гарантии конституционного права граждан на здоровую и благоприятную среду пребывание, ответственность и меры наказания за нарушение природоохранного законодательства.

Учитывая специфику электротехнической промышленности в целом и особенности проектирования отдельных технологических элементов, требования охраны труда устанавливаются уже на стадии проектирования объекта.

4.2 Производственная санитария

В залах вычислительной техники и других производственных помещениях при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно - эмоциональным напряжением, должны соблюдаться работоспособные свойства при следующих условиях:

1) температура окружающей среды от +22 до +24 °С;

2) относительная влажность воздуха 40- 60 % без конденсации;

3) скоростью движения воздуха не более 0,1 м/с.

С учетом ряда требований проанализированные опасные и вредные факторы, которые возникают при работе оператора на ЭВМ. Данные представленные в таблице 4.1 в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74* [4].

Таблица 4.1 - Перечень опасных и вредных производственных факторов в помещении лаборатории с компьютерной техникой

Наименование фактора	Источники возникновения	Характер влияния на организм человека	Нормируемый параметр
Шум	Принтеры,сканеры, системные блоки ЭВМ	Расстройства ЦНС, глухота	Уровень звука LР, дБА
Психофизиологические факторы	Большой объем работы, перенапряжение зрительных анализаторов	Нервно-психологические расстройства	--------
Электромагнитные излучения	Мониторы ЭВМ	Снижение кровяного давления и сокращений сердца	Напряженность Е, В/м
Электрический ток	Токоведущие элементы, повреждение изоляции, части компьютера, которые находятся под высоким напряжением	Поражение электрическим током	Напряжение прикосновения U, В; Величина тока, который протекает через тело человека І, А
Ультрафиолетовое, инфракрасное излучение	Мониторы ЭВМ	Головная боль, сонливость, заболевание органов зрения, головокружения	Интенсивность теплового облучения Е, Вт/м2
Мягкое рентгеновское излучение	Мониторы ЭВМ	Усталость, лучевая болезнь, заболевание органов зрения, сердечно-сосудистой системы	Эквивалентная доза Рэкв, мкР/ч
Электростатическое поле	Компьютерная техника	Раздражительность, головная боль, ухудшение зрения	Напряженность Е, В/м

Работа исследователя связана с расходом энергии 121 - 150 ккал/ч.

Рабочее место - постоянное. Параметры микроклимата в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 с учётом категории работ по энергозатратам для тёплого и холодного периодов года приведены в таблице в таблице 6.2.

Для обеспечения оптимальных параметров микроклимата согласно СНиП 2.04.05-91 [6] в помещении лаборатории предусмотренная система центрального водяного отопления, естественной вентиляции и кондиционирования.

Таблица 4.2 - Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в помещении лаборатории с компьютерной техникой.

Период года	Категория работ	Температура, °С	Относительная Влажность, %	Скорость движения воздуха, мс
		Опти- маль- ная	Допустимая
			верхн.	нижн.
			на раб. Месте Постоянная
				Оптим.	доп.	оптим.	доп.
холодный	1б	21-23	24	20	40-60	?75	?0,1	0,3
теплый	1б	22-24	28	21	40-60	?60	?0,2	0,1-0,3

Причиной вибрации в лаборатории является работа вентилятора кондиционера и системных блоков компьютеров. В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 [7] уровень вибрации в помещении лаборатории не превышает значения LV =35 дБ, Lа =75 дБ. Защита от вибраций осуществлена применением амортизаторов, которые представляют собой упругие элементы, которые размещены между вибрирующей поверхностью и основой (пружины, резиновые прокладки) соответственно ГОСТ 12.4.046-78 [8].

Процесс эксплуатации ПЭВМ сопровождается повышением уровня шума. Допустимое значение уровня звука в помещении вычислительного зала в соответствии с ГОСТ 12.1.003-83* [9] и ДСанПин 3.3.2.007-98 [10] 50 дБА.

Наиболее неблагоприятными и распространенными источниками шума являются импульсные преобразователи напряжения и трансформаторы строчного развертывания дисплеев. Снижение шума на рабочем месте осуществлено следующими методами в соответствии с ГОСТ 12.1.029-80[11]:

- уменьшение шума в источнике;

- рациональное планирование помещения;

- уменьшение шума на пути его распространения.

Также источниками шума в помещении лаборатории являются принтеры, сканеры, вентиляторы и вытяжки. Для обеспечения нормируемого уровня шума в помещении лаборатории, использованы конструктивные решения: шумопоглощающие средства (перфорированные плиты, панели); перегородки.

Уровень рентгеновского излучения на расстоянии 0,05 м от экрана компьютера отвечает эквивалентной дозе 100 мкР/ч согласно НРБУ-97 [12] и ДНАОП 0.00-1.31-99 [13]. Интенсивность теплового излучения не превышает 35 Вт/м. Напряженность электростатического поля Е = 20 кВ/м. Защита от перечисленных излучений осуществлена применением защитных фильтров и экранов.

Для нормальной работоспособности оператора в ходе рабочего дня необходимо обеспечить хорошую освещенность помещения лаборатории с компьютерной техникой. Неудовлетворительное освещение количественно или качественно утомляет не только зрение, но и вызывает усталость организма в целом, влияет на производительность труда оператора. Для обеспечения нормального освещения в компьютерном зале применяются естественное и искусственное освещение, которое нормируются санитарными нормами и правилами СНиП ІІ-4-79 [14]. Естественное освещение реализуется через оконные отверстия, искусственное - комбинированное: местное и общее равномерное. Естественное освещение нормируется коэффициентом естественной освещенности (КЕО), а нормируемой величиной искусственного освещения является освещенность (Еmin, лк), значения которых приведены в таблице 6.З.

Таблица 4.З - Нормируемые значения КЕО при естественном освещении и освещенность на рабочих поверхностях при искусственном освещении для компьютерного зала.

Помещение, участок, операция, оборудование	Разряд и под разряд зрительной работы	Контраст объекта различения с фоном	Характе ристика фон	Нормированная освещенность, лк	КЕО, ен ш При естественном боковом освещении, %
				От общего освещения	От комбинированного освещения
Компьютер-ный зал	III, «в»	Средний	Средний	300	750	2

Эксплуатация ПЭВМ сопровождается электромагнитным излучением. Допустимое значение электромагнитного излучения в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84* [15] 0,3 А/м при частоте 50 Гц. Для защиты от влияния электромагнитного излучения предусмотрен защитный экран на дисплее монитора.

В помещениях с дисплеями необходимо контролировать аэроионизацию. Норма содержания аэроионов обоих знаков от 1500 до 6000 в 1 куб. см. воздуха. Стоит учитывать, что мягкое рентгеновское излучение, которое возникает при напряжении на аноде 20 - 22 кВ, а также напряжения на токоведущих участках схемы вызывает ионизацию воздуха с образованием позитивных ионов, что считается неблагоприятным для человека согласно НРБУ-97 [12].

4.3 Меры безопасности

В помещении лаборатории для питания разного оборудования (ЭВМ, осветительные приборы) используется сеть переменного тока с напряжением 220В и частотой 50Гц с заземленной нейтралью.

Лаборатория, в которой размещена компьютерная техника, является помещением с повышенной опасностью поражения человека электрическим током, потому что возможное одновременное прикосновение человека к металлоконструкциям, которые имеют соединение с землей сооружения, технологическим аппаратам, механизмам с одной стороны, и к металлическим корпусам с другой ПУЭ-87 [16].

В соответствии с ГОСТ 12.1.019-79* [17] и ГОСТ 12.1.030-81* [18] предусмотренных следующих мероприятий по обеспечению электробезопасности:

- конструктивные;

- схемно-конструктивные;

- эксплуатационные.

Конструктивные меры безопасности направленные на предотвращение возможности прикосновения человека к токоведущим частям. Для устранения возможности прикосновения оператора к токоведущим частям, все рубильники установлены в закрытых корпусах, токоведущие части изолированы. Применен блочный монтаж. Степень защиты оборудования отвечает ІР 44 (где 4 - защита от твердых тел размером более 1 мм;4 - защита оборудования от капель воды, которые попадают к поверхности оборудования) согласно ГОСТ 14254-96 [19].

Схемно-конструктивные мероприятия электробезопасности обеспечивают безопасность прикосновения человека к металлическим не токоведущим частям электрических аппаратов при случайном пробое их изоляции и возникновения электрического потенциала на них. Питание оборудования осуществлено от сети с заземленной нейтралью напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

По способу защиты от поражения электрическим током ПЭВМ принадлежит к I классу в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75* [20]. Поскольку напряжение меньше 1000 В , но более 42 В , то, в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81* [18], с целью защиты от поражения электрическим током применено зануление.

Первичным источником питания ПЭВМ является однофазная сеть переменного тока напряжением 220 В, с заземленной средней точкой, частотой 50 Гц мощностью 2 кВт. Электропитание осуществлено от электроустановки (трансформатора) с регулируемым напряжением под нагрузкой.

Эксплуатационные средства электробезопасности. Напряжение сети подается в распределительный шкаф. В помещении кафедры проложенная шина защитного заземления (заземляющий проводник) выполнена в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 12.1.030-81* [18]. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена средняя точка, не более 0,6 Ом. Шина защитного заземления доступная для обзора.

4.4 Пожарная безопасность

Пожарная безопасность - состояние объекта, при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновение и развития пожара, а также обеспечивается защита материальных ценностей.

Помещение компьютерного зала в соответствии с требованиями НАПБ Б.07.005-86 (ОНТП 24 - 86) [21] по взрыво- и пожароопасности относится к категории В, где использованы твердые вещества и материалы; вещества способные гореть при взаимодействии с водой, воздухом или друг с другом. Компьютерный зал расположен в здании с II степенью огнестойкости согласно ДБН В. 1.1-7-2002 [22]. Согласно ПУЭ - 87 [16] установленный П-IIа класс помещения по пожарной опасности.

Причинами, которые могут вызывать пожар в компьютерном зале, являются:

1) неисправность электропроводки и приборов;

2) короткое замыкание электрических цепей;

3) перегрев аппаратуры;

4) молния.

Пожарная безопасность в помещении обеспечена системами предотвращения пожара, пожарной защиты, организационно-техническими мероприятиями ГОСТ 12.1.004-91* [23].

Система предотвращения пожара:

контроль и профилактика изоляции;

наличие плавких вставок и предохранителей в электронном оборудовании;

для защиты от статического электричества используется заземление;

молниезащита здания согласно РД 34.21. 122-87 [24].

Система пожарной защиты:

аварийное отключение и переключение аппаратуры;

наличие первичных средств пожаротушение, огнетушителей ОУ-5 6 шт., потому что углекислота имеет плохую электропроводимость, или порошковых огнетушителей ВП-5 6шт.;

система оповещения, световая и звуковая сигнализация;

защита легковоспламеняющихся частей оборудования, конструкций защитными материалами;

использование негорючих материалов для акустической обработки стен и потолков;

в помещениях, где нет рабочего персонала установленная автоматическая система пожарной защиты;

для успешной эвакуации персонала при пожаре установленные следующие размеры дверей рабочего помещения:

ширина дверей 1,5 м;

высота дверей 2,0 м;

ширина коридора 1,8 м;

рабочее помещение имеет два выхода;

расстояние от наиболее отдаленного рабочего места не превышает 100 м.

Организационные средства пожарной профилактики:

-обучение персонала правилам пожарной безопасности;

- издание необходимых инструкций и плакатов, плана эвакуации персонала в случае пожара.

4.5Расчет искусственного освещения конструкторского бюро

Расчет искусственного освещения КБ проведем методом коэффициента использования светового потока [1,2].

Размер помещения КБ принимаем:

A=10 - длина помещения КБ;

B=6 - ширина помещения КБ;

H=3 - высота помещения КБ.

При расчете по принятому методу потребный световой поток одной лампы определяем по формуле

,(4.1)

где Фл - световой поток лампы, люмен (лм);

Emin - нормированная освещенность (лк);

K - коэффициент запаса;

S - освещаемая площадь, м2;

Z - коэффициент минимальной освещенности (коэффициент неравномерности);

N - число светильников, шт;

n - число ламп в светильнике, шт;

- коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Из формулы (1) находим число светильников, которые необходимо установить в КБ.

;(4.2)

Согласно рекомендациям [3] характер зрительной работы в КБ высокой точности, размер объекта различения (наименьший) составляет от 0,3 до 0,5 мм, поэтому разряд зрительной работы III, а минимальная освещенность рабочего места при общем освещении составляет 300 лк (Emin=300лк). Исходя из имеющихся отечественных источников света и учитывая рекомендации [4] выбираем в качестве источника света светильник белого цвета типа УСП 35 с двумя люминесцентными лампами (n=2).

Учитывая требования [4], принимаем K=1,2; Z=1,1

Для определения коэффициента использования светового потока () находим индекс помещения - i

;(4.3)

где h - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью помещения, м;

Для КБ уровень рабочей поверхности над полом составляет hp=0,8 м.

Тогда h=H-hсв -hp=3-0,2-0,8=2 м.

Принимаем [4] коэффициенты отражения (S) поверхностей потолка (Sп), стен (Sс) и пола (Sпл) равными Sп=70%; Sс=50%; Sпл=30% находим

=1,875 (4.4)

Из справочника данных находим =0,6

Тогда = 7 шт. (4.5)

На основании рекомендаций [2] наивыгоднейшее отношение расстояния между рядами светильников (L) к их высоте (h) принимаем равным 1,4

=1,4 (4.6)

Тогда расстояние между рядами светильников (L) равно L=·h=1,4·2=2,8

Располагаем светильники вдоль длинной стороны помещения. Расстояние между стенами и крайними рядами светильников принимаем равным

l(0,3-0,5)L

При ширине КБ B = 6 м имеем число рядов светильников (m)

m= 2 (4.7)

Число светильников в одном ряду (м)

4 шт. (4.8)

При длине одного светильника типа УСП 35 с лампами ЛБ-40 lсв=1,07м их общая длина в одном ряду составляет м·lсв=4·1,07=4,28 м.