wersja mobilna
Online: 353 Czwartek, 2014.11.27

Temat miesiąca

Automatyka na szynach. Część 1

czwartek, 14 lipca 2011 10:39

Pojazdy szynowe taboru kolejowego, tramwajowego, trolejbusowego i metra oraz zasilające je za pośrednictwem sieci trakcyjnej podstacje stanowią nagromadzenie urządzeń elektroenergetycznych - silników, generatorów, przetwornic, transformatorów, itp. - oraz różnego typu aparatury łączeniowej, zabezpieczającej i sygnalizacyjnej. Specyfika transportu szynowego, zwłaszcza wysokie wymagania pod względem niezawodności i bezpieczeństwa, sprawia również, że specjalnie na potrzeby tej branży opracowywano różne systemy sterowania i zabezpieczające.

Spis treści » Napędy lokomotyw spalinowych i elektrycznych
» Przetwornica główna
» Przetwornice pomocnicze
» Systemy hamowania
» Komunikacja w pociżgach
» Sterowanie lokomotywą
» Pokaż wszystko

Ich funkcjonowanie uzależnione jest od możliwości komunikacji zarówno w obrębie pojazdu lub podstacji, jak i do centrum dyspozytorskiego. Stąd bardzo ważnym elementem wyposażenia są też systemy łączności. W artykule na przykładzie kolejnictwa przedstawiamy rozwiązania wykorzystywane w pojazdach szynowych - w pierwszej części opracowania, oraz w przypadku sieci trakcyjnej i podstacji zasilających, co opublikowane zostanie w kontynuacji artykułu.

Fot. 1. System sterowania i diagnostyki lokomotywy elektrycznej z rozruchem oporowym SySiD firmy Ente.

Pojazdy szynowe taboru kolejowego dzieli się na wagony, które służą do transportu ludzi i ładunków, oraz wyposażone w napęd i wytwarzające siłę pociągową pojazdy trakcyjne. W przypadku tych drugich są to głównie lokomotywy spalinowe oraz elektryczne. Te pierwsze, napędzane silnikami spalinowymi, są rozwiązaniami autonomicznymi, ponieważ nie muszą pobierać energii zasilającej z zewnątrz.

Dlatego wykorzystywane są zwykle tam, gdzie nieopłacalna jest budowa sieci trakcyjnej i podstacji elektroenergetycznych - na przykład na liniach lokalnych, w rejonach o niewielkim natężeniu ruchu lub na terenach, na których nie przeprowadzono jeszcze elektryfikacji.

Lokomotywy elektryczne są natomiast zasilane z zewnętrznej elektrycznej sieci trakcyjnej. Energia przekazywana jest do nich za pośrednictwem tzw. odbieraka prądu (pantografu). Jest on umieszczony na lokomotywie i ma bezpośredni kontakt z przewodami napowietrznej sieci trakcyjnej, z której pobiera prąd.

NAPĘDY LOKOMOTYW SPALINOWYCH I ELEKTRYCZNYCH

Rys. 1. Przetwornica ENI-PL3000/110DC - do zasilania z sieci trakcyjnej obwodów pomocniczych 110V w lokomotywach elektrycznych

Układy napędowe w lokomotywach spalinowych różnią się w zależności od rodzaju przekładni (mechanicznej, hydraulicznej, elektrycznej prądu przemiennego lub prądu stałego) przekazującej moment obrotowy z silnika na osie napędowe kół. Lokomotywy z przekładnią elektryczną (lokomotywy spalinowo-elektryczne) są spotykane najczęściej.

Układ napędowy tego typu składa się z prądnicy napędzanej silnikiem spalinowym, która zasila silnik elektryczny. Ten z kolei za pośrednictwem przekładni napędza zestawy kołowe lokomotywy. W przypadku pojazdów zasilanych z sieci trakcyjnej napięcia stałego wykorzystywane są silniki trakcyjne prądu stałego z rozruchem i regulacją prędkości za pośrednictwem rezystorów, tyrystorów lub tranzystorów IGBT.

W przypadku gdy wykorzystywane są elementy półprzewodnikowe, występują mniejsze straty energii niż w układach z rezystorami. Dlatego te pierwsze zdecydowanie częściej spotyka się w pojazdach szynowych poruszających się na krótszych trasach między postojami - na przykład w tramwajach niż w pociągach.

Inną możliwością jest wykorzystanie silników prądu przemiennego zasilanych przez przemienniki częstotliwości. Poza silnikami trakcyjnymi w elektrycznych pojazdach trakcyjnych i w spalinowo-elektrycznych wykorzystuje się też silniki pomocnicze. Napędzają one na przykład wentylatory lub sprężarki.

Urządzenia sieciowe dla transportu szynowego

Urządzenia sieciowe pracujące w pociągach powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością oraz odpornością na trudne warunki otoczenia. W tym specyficznym zastosowaniu są one bowiem narażone na różne niekorzystne czynniki, takie jak naprężenia mechaniczne, dużą wilgotność, wahania temperatury, zanieczyszczenia i pyły oraz ciągłe wibracje i wstrząsy. Przykładem urządzeń o wzmocnionej konstrukcji, które produkowane są z myślą o wykorzystaniu w kolejnictwie, są zarządzane switche warstwy 3 z serii Viper 212 firmy Westermo, które w swojej ofercie ma Tekniska Polska.

Urządzenia te spełniają normy określone przez obowiązujący w aplikacjach kolejowych standard EN 50155. Dostępne są one w metalowej, szczelnej obudowie o stopniu ochrony IP65. Ich konstrukcja jest specjalnie wzmacniana, nie mają też żadnych komponentów wrażliwych na wstrząsy. Zakres temperatur pracy wynosi od -40 do +70°C, dodatkowo zaimplementowano w nich rozwiązania zwiększające niezawodność transmisji.

Przykładem jest obsługa protokołu FRNT (Fast Recovery of Network Toplogy), który zapewnia szybką rekonfigurację w przypadku wystąpienia awarii sprzętu lub utraty połączenia oraz rozwiązania gwarantujące wymagany w aplikacjach czasu rzeczywistego determinizm sieci. Zaawansowana funkcjonalność z obsługą do 64 sieci VLAN w połączeniu z potokołami warstwy 3 pozwala na zapewnienie bardzo wysokiego poziomu bezpieczeństwa (VRRP, NAT, Port Forwarding Firewall IPSec,VPN).

PRZETWORNICA GŁÓWNA

Rys. 2. Przetwornica ENIPL110/400AC - do zasilania trójfazowych odbiorników z pokładowej sieci 110V lokomotywy elektrycznej

Niezbędnym elementem wyposażenia pojazdów trakcyjnych elektrycznych oraz spalinowych z przekładnią elektryczną są przetwornice. W tych pierwszych obniżają one napięcie stałe 3kV z sieci trakcyjnej do napięcia stałego 110V. Jest ono dalej wykorzystywane do zasilania obwodów pomocniczych lokomotywy, takich jak systemy sterowania, oświetlenia, sygnalizacji, a także do ładowania akumulatorów, które zasilają obwody elektryczne pojazdu trakcyjnego, gdy w czasie postoju przetwornica jest wyłączona.

Podobną funkcję przetwornice pełnią w pojazdach spalinowych, gdy do zasilania obwodów lokomotywy wymagane jest inne napięcie niż to uzyskiwane z prądnicy. Przykładem takiego urządzenia jest przetwornica statyczna ENI-PL3000/110DC produkowana przez Zakład Elektroniki Przemysłowej Enika w Łodzi (rys. 1). Jej podstawowe komponenty to: filtr tłumiący wyższe harmoniczne oraz przepięcia (Z1), wysokonapięciowy falownik z tranzystorami IGBT (U1), transformator mocy (T) zapewniający separację galwaniczną między wejściem i wyjściem oraz układ prostownika (U2) i filtr napięcia wyjściowego (Z2).

Częścią przetwornicy jest również układ sterowania (A), za pośrednictwem którego łączem światłowodowym do sterownika lokomotywy przesyłane są sygnały diagnostyczne (GP i PP) informujące o parametrach pracy przetwornicy. W przypadku niesprawności któregoś z podzespołów lub otwarcia pokrywy przetwornica zostaje automatycznie odłączona od zasilania zewnętrznym stycznikiem. W ENI-PL3000/110DC zamontowano też wewnętrzny wentylator (W).

PRZETWORNICE POMOCNICZE

Oprócz przetwornicy głównej w pojazdach trakcyjnych instalowane są też przetwornice i przekształtniki pomocnicze. Zasilają one na przykład wentylatory chłodzące silniki trakcyjne, sprężarki oraz wentylatory rezystorów hamowania, jak również systemy oświetlenia zewnętrznego lokomotywy. Przykładem jest przetwornica statyczna ENI-PL110/400AC przeznaczona do zasilania trójfazowych odbiorników z pokładowej sieci 110VDC lokomotywy elektrycznej (rys. 2).

Napięcie wejściowe jest w niej doprowadzane przez dławik wejściowy (L1) do przekształtnika podwyższającego (U1) wytwarzającego stabilizowane napięcie pośrednie, które jest dalej doprowadzane do trójfazowego falownika wyjściowego (U2). Przetwarza on stałe napięcie pośrednie na zmodulowane wyjściowe napięcie trójfazowe o stabilizowanej częstotliwości 50Hz. W celu ograniczenia zawartości harmonicznych napięcia i prądu zastosowano wyjściowy filtr trójfazowy (Z).

Przetwornice i przekształtniki są też instalowane w wagonach. Są to zarówno urządzenia, które przetwarzają napięcie z sieci trakcyjnej doprowadzane do wagonów z lokomotywy za pośrednictwem gniazd elektrycznych, jak i napięcie pokładowe np. 110V, na napięcie potrzebne do zasilania obwodów pomocniczych w wagonach. Przykładem odbiorników w wagonach są systemy oświet lenia, ogrzewania (konwekcyjnego lub nawiewnego) oraz klimatyzacji.

Lokomotywa E6ACT-Dragon

Lokomotywa elektryczna E6ACT-Dragon do prowadzenia składów towarowych to wspólny projekt Zakładów Naprawczych Lokomotyw Elektrycznych, firmy EC Engineering oraz Instytutu Elektrotechniki. Zespół napędowy składa się z silnika trakcyjnego asynchronicznego o mocy 834kW, przekładni oraz zestawu kołowego w postaci osi oraz pary kół monoblokowych.

Układ pneumatyczny lokomotywy stanowi blok zasilania oraz przygotowania powietrza (dwie jednostopniowe, chłodzone powietrzem sprężarki śrubowe), blok sterujący, instalacja pneumatyczna i elementy wykonawcze. Lokomotywę wyposażono w hamulec mechaniczny tarczowy, elektrodynamiczny oraz postojowy sprężynowy.

Obwód główny wysokiego napięcia w E6ACT-Dragon stanowią:

  • dwa jednopołówkowe odbieraki prądu z własnym układem sterującym oraz układem zabezpieczającym auto-drop, który zapobiega nadmiernemu zużyciu ślizgu grafitowego,
  • szybki wyłącznik próżniowy typu D CN-L,
  • filtry wygładzające napięcie,
  • trzy bloki zasilania napędu.

Te ostatnie składają się z:

  • przekształtnika D C/DC regulującego napięcie na wejściu falowników,
  • dwóch przekształtników D C/AC zasilających silniki trakcyjne,
  • przekształtnika D C/DC regulującego prąd rezystora hamownia,
  • dławików ograniczających zakłócenia wprowadzane do sieci trakcyjnej.

Urządzenia pomocnicze są w lokomotywie E6ACT zasilane przez zespół przetwornic statycznych. Pojazd jest również wyposażony w akumulatory o pojemności 100Ah. Podstawowym komponentem systemu sterowania pojazdem jest sterownik główny, który nadzoruje pracę lokomotywy, kontroluje polecenia wydawane przez maszynistę, steruje wybranymi komponentami obwodu głównego i obwodów pomocniczych oraz kontroluje sterownik napędu odpowiadający za rozruch.

Rozruch i hamowanie są kontrolowane przez układ przeciwpoślizgowy. W przypadku jego wystąpienia system automatycznie obniża moment zadawany na oś, która wpadnie w poślizg, a gdy to nie wystarcza, włącza piaskowanie aż do odzyskania przyczepności.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Uniwersalny moduł AdvancedMC z mikroprocesorem Core i5/i7 czwartej generacji

2014-11-26   | KONTRON East Europe Sp. z o.o.
Uniwersalny moduł AdvancedMC z mikroprocesorem Core i5/i7 czwartej generacji

AM4024 jest uniwersalnym modułem AdvancedMC wyposażonym w mikroprocesor Core i5/i7 czwartej generacji, mogącym znaleźć zastosowanie w aplikacjach wymagających dużej mocy obliczeniowej i wieloprocesorowych, realizowanych na bazie różnych platform, od 1U MicroTCA z 6 slotami AdvancedMC po 13U AdvancedTCA z maksymalnie 12 kartami bazowymi ATCA.
czytaj więcej

Przetwornik przesunięcia liniowego o zakresie 150 mm działający przez ścianki metalowe

2014-11-26   |
Przetwornik przesunięcia liniowego o zakresie 150 mm działający przez ścianki metalowe

Magnetorezystywny przetwornik przesunięcia liniowego AD-015 opracowany przez firmę Reventec odróżnia się od innych bezkontaktowych przetworników, np. indukcyjnych czy Halla możliwością pomiaru położenia ruchomego magnesu również przez grube ścianki wykonane z takich materiałów, jak stal nierdzewna, aluminium, tytan czy włókno węglowe - bez wpływu na jego sygnał wyjściowy i dokładność. Zakres pomiarowy wynosi w standardowej wersji 150 mm, a maksymalna odległość sensora od magnesu to 40 mm.
czytaj więcej

    Nowy numer APA