Nghiªn cøu X©y dùng hÖ thèng chÈn ®o¸n kü thuËt
cho ®éng c¬ ®iÖn kÐo trªn ®Çu m¸y D12E
TS. ®ç viÖt dòng
Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe
Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc GTVT
Tãm t¾t: Sau khi söa ch÷a c¸c cÊp t¹i nhμ m¸y vμ ®Æc biÖt lμ khi ph¸t sinh h− háng trong
qu¸ tr×nh khai th¸c, viÖc chÈn ®o¸n kü thuËt cho c¸c ®éng c¬ ®iÖn kÐo trªn c¸c ®Çu m¸y diesel
truyÒn ®éng ®iÖn nãi chung vμ ®Çu m¸y D12E nãi riªng hiÖn nay cßn ch−a ®−îc gi¶i quyÕt ®Çy
®ñ b»ng ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ kh¸ch quan, chÝnh x¸c. Néi dung bμi b¸o nμy tr×nh bμy ph−¬ng
ph¸p x©y dùng hÖ thèng chÈn ®o¸n kü thuËt cho ®éng c¬ ®iÖn kÐo trªn ®Çu m¸y D12E trong
qu¸ tr×nh khai th¸c vμ c¸c kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc khi thö nghiÖm t¹i hiÖn tr−êng.
Summary: After having failures in operation and being repaired in factories, traction
motors used in electrically transmitted diesel locomotives, especially in D12E ones, are not
diagnosed by an accurate method. This paper presents a method of establishing a diagnostic
system for traction motors of the D12E locomotives. The research results are obtained in the
field.
i. hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn vμ
®éng c¬ ®iÖn kÐo ®Çu m¸y d12e
§Çu m¸y D12E lµ ®Çu m¸y diesel truyÒn
®éng ®iÖn (T§§) mét chiÒu c«ng suÊt trung
b×nh, dïng ®Ó kÐo tÇu kh¸ch, hµng vµ dån víi
tèc ®é cÊu t¹o lµ 80 km/h. Bé phËn ch¹y ®Çu
m¸y gåm 4 gi¸ chuyÓn h−íng víi 4 trôc chñ
®éng dÉn ®éng tõ 4 ®éng c¬ ®iÖn kÐo (§C§K)
mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp lo¹i TEO 15B. C¸c
§C§K ®−îc cÊp n¨ng l−îng ®iÖn mét chiÒu tõ
tæ ®éng c¬ diesel K6S23 CDR - m¸y ph¸t ®iÖn
kÐo (MF§K) mét chiÒu TD 805D. VÒ mÆt kÕt
cÊu, m¸y ®iÖn kÐo trªn ®Çu m¸y D12E ®−îc
thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®¶m b¶o cã thÓ vËn hµnh tin
cËy trong ®iÒu kiÖn vËn dông kh¾c nghiÖt trªn
®−êng s¾t ViÖt Nam [1], [2]. Tuy nhiªn, do thêi
gian sö dông ®· kh¸ l©u, chÊt l−îng kü thuËt
cña chóng ®· bÞ suy gi¶m, cÇn thiÕt ph¶i
th−êng xuyªn kiÓm tra, kÞp thêi ph¸t hiÖn vµ
kh¾c phôc h− háng ®Ó n©ng cao ®é tin cËy
vËn dông cña ®Çu m¸y. §Ó kiÓm tra c¸c th«ng
sè lµm viÖc cña bé truyÒn ®éng ®iÖn (T§§),
trªn ®Çu m¸y D12E cã bè trÝ mét sè ®Çu ra tÝn
hiÖu trªn c¸c cæng kiÓm tra phÝa tr−íc cña bé
®iÒu khiÓn trung t©m GC28, cung cÊp kh¸ ®Çy
®ñ c¸c th«ng sè gióp cho qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸
tr¹ng th¸i kü thuËt cho MF§K vµ hÖ thèng
®iÒu chØnh tù ®éng c«ng suÊt ®Çu m¸y. Nh−ng
®èi víi §C§K th× bé GC28 vµ hÖ thèng ®o
l−êng ®Çu m¸y kh«ng ph¶n ¶nh ®−îc c¸c
th«ng sè lµm viÖc riªng cho tõng §C§K. §iÒu
nµy khiÕn cho viÖc kiÓm so¸t ho¹t ®éng, chÈn
®o¸n h− háng cña tõng §C§K riªng lÎ trong
qu¸ tr×nh vËn dông gÆp nhiÒu khã kh¨n. Do
®ã, viÖc nghiªn cøu øng dông c¸c ph−¬ng
ph¸p ®· c«ng bè [2], [3], ®Ó thiÕt lËp mét hÖ
thèng ®o kiÓm, trî gióp chÈn ®o¸n kü thuËt
cho §C§K TEO 15B trªn ®Çu m¸y D12E lµ rÊt
cÇn thiÕt.
ii. x©y dùng hÖ thèng chÈn ®o¸n kü
thuËt (C§KT) cho §C§K trªn ®Çu
m¸y d12e
2.1. X©y dùng m« h×nh C§KT cho
§C§K TEO 15B
Mét hÖ thèng C§KT bÊt kú bao gåm
nh÷ng phÇn tö cã quan hÖ t−¬ng hç víi nhau
(h×nh 1), bao gåm: ®èi t−îng chÈn ®o¸n
(§TC§), c¸c th«ng sè chÈn ®o¸n (TSC§), c¸c
tiªu chuÈn chÈn ®o¸n, c¸c thiÕt bÞ vµ ph−¬ng
tiÖn chÈn ®o¸n (PTC§), quy tr×nh chÈn ®o¸n,
thuËt to¸n vµ ch−¬ng tr×nh chÈn ®o¸n (CTC§),
c¸c bé phËn tiÕp nhËn vµ xö lÝ c¸c th«ng tin
(TNC§), con ng−êi thao t¸c [1], [2], [3].
Tõ c¸c c«ng tr×nh ®· c«ng bè [1], [2], ta
®· cã m« h×nh C§KT tæng qu¸t cho
§C§K trªn ®Çu m¸y diesel. Víi c¸c
TSC§ vµ c¸c tiªu chuÈn chÈn ®o¸n cña
§C§K TEO 15B [3], ta x¸c ®Þnh ®−îc tËp
hîp tèi thiÓu c¸c TSC§ Zmin (1) vµ Grap
chÈn ®o¸n cho §C§K ®Çu m¸y D12E
(h×nh 2), ®¸p øng ®−îc yªu cÇu chÈn
®o¸n, phï hîp víi c¸c ®iÒu kiÖn thùc tÕ
t¹i XÝ nghiÖp §Çu m¸y [3].
Zmin = {Rcf, IF§, UF§, R−, Ak,
UKT, IPM, Δc, PF§, MK, Rcc, Rtx, ta,
U¦, nK (VK), tct, Pc, tk, Uk}
(1)
Hµm chuÈn héi logic cña m« h×nh 2
cã d¹ng:
F§ = (PF§) ∧ (PF§ ∨ UF§ ∨ K1) ∧ (UF§
∨ IF§ ∨ U¦ ∨ K1) ∧ (U¦ ∨ Uk ∨ K2) ∧ (Uk ∨
Δc ∨ AK ∨ K3) ∧ (Δc∨ Pc ∨ K4) ∧ (Pc ∨ Rtx ∨
K5) ∧ (Rtx ∨ AK∨ K6) ∧ (AK ∨ tK ∨ K7) ∧ (tK ∨
K8) ∧ (IF§ ∨ Rcc ∨ R− ∨ RcF∨ MK ∨ K13) ∧
(RcF ∨ AK ∨ K11) ∧ (Rcc∨ UKT ∨ K12) ∧
(UKT ∨ IPM ∨ K9) ∧ (IPM ∨ AK ∨ K10) ∧ (ta∨
R−) ∧ (ta ∨ K14) ∧ (MK ∨ tct ∨ nK ∨ K16) ∧
(nK ∨ tct ∨ PF§ ∨ K16) (2)
Mçi TSC§ l¹i t−¬ng øng víi phÐp kiÓm
tra nh»m x¸c ®Þnh TTKT cho mét bé phËn
hoÆc mét phÇn tö thuéc §C§K TEO 15B. TËp
hîp c¸c kÕt luËn Ki (i = 1,..., 17,[3]) vÒ t×nh
tr¹ng kü thuËt cô thÓ cña mçi phÇn tö cÊu t¹o
cña §C§K TEO 15B, ®−îc x©y dùng dùa vµo
m« h×nh cña §TC§, c¸c hÖ ph−¬ng tr×nh logic
(2) vµ dùa trªn kinh nghiÖm chÈn
®o¸n, vËn dông söa ch÷a cña c¸c
chuyªn gia vµ sù so s¸nh gi÷a th«ng
sè ®o ®¹c, víi c¸c tiªu chuÈn chÈn
®o¸n. Tõ m« h×nh 2 x©y dùng ch−¬ng
tr×nh chÈn ®o¸n tù ®éng cho §C§K
TEO 15B víi sù trî gióp cña c¸c thiÕt
bÞ ®o l−êng vµ vi xö lÝ th«ng qua viÖc
øng dông thuËt to¸n víi l−u ®å tæng
qu¸t (h×nh 3), qua 19 b−íc kiÓm tra
theo mét quy tr×nh chÈn ®o¸n phï hîp
víi ®iÒu kiÖn thùc tÕ [3].
TSC§ PTC§ T.T.C§ TNC§
T¸c ®
é
n
g
nh©n t
¹
o
T¸c ®
é
n
g
cña v
Ë
n hµnh
§
TC§
H×nh 1. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng chÈn ®o¸n kü thuËt
K6
PF§
UFD IF§
U−
RCC
UK
K2
K1
K5
K3 K4
K9
K10
K12
K13
K11
RCF
K7
RT
X
PC
ΔC
AktK
ta
K8
UKT IPM
R¦K14
MK
tct
nK
K15
K16
H×nh 2. Grap chÈn ®o¸n TTKT tèi −u cña
§C§K TEO 15B
2.2. ThiÕt lËp ch−¬ng tr×nh kiÓm tra,
chÈn ®o¸n cho §C§K TEO 15B trong qu¸
tr×nh vËn dông
§Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc TTKT cña
§C§K ë t×nh tr¹ng ®ang vËn hµnh trªn tuyÕn,
cÇn ®o ®¹c ®ång thêi nhiÒu th«ng
sè lµm viÖc cña chóng, trong ®ã
quan träng nhÊt lµ viÖc ®o ®¹c,
®¸nh gi¸ chÝnh x¸c c¸c gi¸ trÞ lín
cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn kÐo vµ
®¶m b¶o an toµn tuyÖt ®èi cho
ng−êi vµ thiÕt bÞ ®o. ViÖc chÈn
®o¸n riªng cho §C§K ®−îc thùc
hiÖn khi xuÊt hiÖn h− háng ®−îc
ph¸n ®o¸n lµ cña c¸c §C§K
trong qu¸ tr×nh ®Çu m¸y ®ang vËn
dông §Ó ®¸nh gi¸ ®−îc chÝnh x¸c
h− háng cã thuéc vÒ c¸c §C§K
hay kh«ng, b−íc ®Çu tiªn lµ cÇn
kiÓm tra c«ng suÊt cña hÖ thèng
®éng lùc (b−íc 4 cña quy tr×nh
chÈn ®o¸n tæng hîp [2], [3]) ®Ó
lo¹i trõ c¸c h− háng cña côm
®éng c¬ diezel – MF§K vµ hÖ
thèng ®iÒu chØnh tù ®éng trªn ®Çu
m¸y. Sau ®ã tiÕn hµnh thùc
nghiÖm kiÓm tra §C§K trªn
tuyÕn, thùc hµnh ®o ®¹c c¸c
TSC§ Zi vµ ®¸nh gi¸ theo m«
h×nh chÈn ®o¸n ®· lùa chän.
ThuËt to¸n thö nghiÖm riªng
§C§K bao gåm [3]:
- PhÇn thuËt to¸n ch−¬ng
tr×nh phôc vô cho viÖc ®äc d÷ liÖu
qua cæng COM cña m¸y tÝnh, l−u
gi÷ hiÓn thÞ sè liÖu vµ kÕt qu¶
chÈn ®o¸n.
- C¸c phÇn thuËt to¸n
ch−¬ng tr×nh chÈn ®o¸n:
+ PhÇn ch−¬ng tr×nh thö
nghiÖm c«ng suÊt
+ ChÈn ®o¸n §C§K
trong qu¸ tr×nh vËn dông
- Tõ s¬ ®å khèi, tiÕn hµnh thiÕt lËp c¸c
ch−¬ng tr×nh chÈn ®o¸n chung vµ chÈn ®o¸n
riªng §C§K khi vËn dông b»ng ng«n ng÷ lËp
tr×nh h−íng ®èi t−îng Microsof Visual Basic
6.0 [3].
KiÓm tra §C§K
B¾t ®Çu
Nh
Ë
p c¸c tiªu chuÈn
Ti (i = 1-17)
§äc c¸c TSC§ Rj
tõ cæng Com
In d÷ liÖu ®o,
vÏ ®å thÞ TS ®o
NhËp c¸c TSC§ Rk
Tõ bµn phÝm
T1 & PFD
§óng
T2 & UFD
T3 & U−
§óng
T4 & Uk
§óng
Ti & Rik
§óng
T17 & nK
§óng
§óng
KÕt luËn tæng
¸t
In b¸o c¸o KÕt thóc
KÕt luËn 17
Sai
KÕt luËn i
Sai
KÕt luËn 3
Sai
KÕt luËn 2
Sai
KÕt luËn 1
Sai
KÕt luËn 1
Sai
H×nh 3. L−u ®å thuËt to¸n chÈn ®o¸n §C§K TEO 15B
ADC
TLC 7135C
.
Analog
Inputs
RS232
T¹o nguån DTR
GND
RTS
DOut CTR
Khèi ®iÒu
khiÓn(VXL)
CS
Clock
DIN
Clock
DC
Bé nèi
ghÐp trung
gian
.
.
§Çu ra c¶m biÕn
§Çu ra c¶m biÕn
§Çu KT CR
§Çu KT CR
H×nh 4. S¬ ®å khèi thiÕt bÞ ®o, trî gióp chÈn ®o¸n ®Çu m¸y D12E
2.3. Ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, lùa chän hÖ
thèng ®o [3]
Trªn h×nh 4 lµ s¬ ®å khèi thiÕt bÞ ®o hiÖn
®· ®−îc trang bÞ t¹i XÝ nghiÖp §Çu m¸y Hµ néi
®Ó chÈn ®o¸n MF§K, ®Çu ra sè cña thiÕt bÞ
®−îc nèi ghÐp vµo cæng COM (RS 232) cña
m¸y tÝnh, ®Çu vµo t−¬ng tù cña thiÕt bÞ ®−îc
®Êu nèi tuú theo b−íc kiÓm tra cô thÓ [2], [3].
§Ó thùc hiÖn chÈn ®o¸n §C§K, nh− ®·
tr×nh bµy, cÇn ®o ®−îc ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn kÐo
ë tr¹ng th¸i c¸c §C§K ®Çu m¸y ®ang vËn
hµnh, cã trÞ sè rÊt cao (víi UMF§K = 850V;
IMF§K = 1200A). V× vËy, tr−íc khi ®−a tÝn hiÖu
®iÖn ¸p phÇn øng cña §C§K vµo cæng vµo
t−¬ng tù cña thiÕt bÞ chÈn ®o¸n ®· cã ([1], [2]),
tÝn hiÖu ®o ph¶i ®−îc ®−a qua bé chuyÓn ®æi
c¸ch ly. TÝn hiÖu ra t−¬ng tù cña bé chuyÓn
®æi c¸ch ly cã gi¸ trÞ phï hîp víi ®Çu vµo bé
biÕn ®æi AD vµ vi xö lý (0 ÷ 5V). MÆt kh¸c ®Ó
®¶m b¶o an toµn cho ng−êi vµ thiÕt bÞ trong
qu¸ tr×nh ®o, bé chuyÓn ®æi cã thªm chøc
n¨ng c¸ch ly hoµn toµn gi÷a nguån ®iÖn ®éng
lùc (®Çu vµo) vµ thiÕt bÞ A/D (®Çu ra). Cã thÓ
lùa chän c¸c thiÕt bÞ cã thÓ ®¸p øng ®−îc c¸c
nhiÖm vô nµy cña nhiÒu h·ng kh¸c nhau
(Booth, Siemen,…) nh−ng khã lùa chän phï
hîp ®−îc d¶i ®o còng nh− c¸c th«ng sè ®Çu
vµo cña bé A/D ®· cã (vèn ®· ®−îc thiÕt kÕ
l¾p ®Æt cho ®Çu m¸y D12E).
V
+15
0
-15
O/I
120mV
100mV
1000V
G
H×nh 5. S¬ ®å khèi bé chuyÓn ®æi c¸ch ly GA33
§Ó tËn dông vËt t− s½n cã t¹i XÝ nghiÖp,
ta sö dông thiÕt bÞ chuyÓn ®æi c¸ch ly GA33
trong m¹ch ®iÖn ®Çu m¸y D12E ®Ó l¾p ®Æt bé
chuyÓn ®æi tÝn hiÖu vµ c¸ch ly ®iÖn ¸p cho hÖ
thèng cÇn thiÕt kÕ. Bé GA33 (h×nh 5) cã c¸c
chøc n¨ng: BiÕn ®æi ®iÖn ¸p tõ (0 ÷ 1000)V vÒ
®iÖn ¸p (0 ÷ 10)V, dßng ®iÖn tõ (0 ÷ 1500)A
vÒ ®iÖn ¸p (0 ÷ 10)V. C¸ch ly gi÷a ®Çu vµo vµ
ra theo nguyªn lý biÕn ¸p xung [3].
B»ng c¸ch ghÐp nèi c¸c ®Çu vµo “1000V”
vµ “0/I” cña c¸c bé GA33 víi c¸c ®Çu A1, B2
t−¬ng øng cña c¸c phÇn øng §C§K (h×nh 6),
sao cho ®iÖn ¸p phÇn øng cña chóng ®−îc ®Æt
trªn c¸c cæng vµo cao ¸p cña GA33. C¸c ®Çu
ra cña c¸c bé GA33 ®−îc nèi chung ®iÓm “0”
vµ trïng víi ®iÓm 0 cña nguån cÊp ± 15V,
nguån nµy ®−îc lÊy trùc tiÕp tõ nguån ± 15V
cña ®Çu m¸y. §Çu ra tÝn hiÖu chuyÓn ®æi “V”
cña c¸c bé GA33 chÝnh lµ c¸c ®iÖn ¸p t−¬ng
tù cã gi¸ trÞ b»ng 1% gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµo. C¸c
®Çu ra nµy sÏ ®−îc kÕt nèi víi c¸c ®Çu vµo
t−¬ng øng cña thiÕt bÞ chÈn ®o¸n tæng hîp.
Toµn bé c¸c bé GA33 ®−îc l¾p ®Æt trong mét
hép kim lo¹i, nhá gän vµ ®−îc kÕt nèi víi
m¹ch ®éng lùc, nguån vµ thiÕt bÞ ®o kiÓm qua
c¸c gi¾c nèi kÐp vµ d©y dÉn tÝn hiÖu.
H×nh6. S¬ ®å ®Çu nèi cña thiÕt bÞ
víi m¹ch ®iÖn ®Çu m¸y
H×nh 7. Tæ hîp thiÕt bÞ chuyÓn ®æi, c¸ch ly
cña thiÕt bÞ chÈn ®o¸n §C§K
III. qu¸ tr×nh thùc nghiÖm vμ c¸c
kÕt qu¶ ®−îc øng dông
Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm chÈn ®o¸n §C§K
®Çu m¸y D12E ®−îc tiÕn hµnh tõ th¸ng
8 - 2003 ®Õn th¸ng 10 - 2003, trong thêi gian
nµy thùc hiÖn viÖc lùa chän, l¾p r¸p, chÕ t¹o
thiÕt bÞ ghÐp nèi, chuyÓn ®æi - c¸ch ly vµ l¾p
ghÐp víi A/D ®· cã, x©y dùng quy tr×nh thö
nghiÖm, ch−¬ng tr×nh ®o ghi, xö lý d÷ liÖu theo
m« h×nh chÈn ®o¸n, tiÕn hµnh qu¸ tr×nh thùc
nghiÖm kiÓm tra chÊt l−îng ®Çu m¸y vµ cña
c¸c §C§K ë tr¹ng th¸i vËn hµnh trªn tuyÕn
Hµ Néi - H¶i D−¬ng. C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc
d−íi d¹ng sè liÖu, ®Æc tÝnh cña c¸c TSC§ (h×nh
8) vµ kÕt qu¶ chÈn ®o¸n vÒ tr¹ng th¸i kü thuËt
cña §C§K (h×nh 9) trªn ®Çu m¸y cô thÓ [3].
H×nh 8. §Æc tÝnh c¸c TSC§ cña §C§K
vËn dông trªn tuyÕn
H×nh 9. KÕt qu¶ chÈn ®o¸n tr¹ng th¸i
kü thuËt cña §C§K§K
C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm thu ®−îc ®Òu
thèng nhÊt víi c¸c kÕt qu¶ kiÓm tra cã ®−îc tõ
viÖc ®o ®¹c trùc tiÕp, tuy nhiªn tÝnh kh¸ch
quan, trùc quan vµ ®é chÝnh x¸c cao h¬n. Khi
sö dông thiÕt bÞ, cã thÓ nhËn biÕt chÝnh x¸c sù
biÕn ®æi liªn tôc cña c¸c th«ng sè ®o, tõ ®ã cã
nh÷ng kÕt luËn vÒ bé phËn vµ møc ®é h−
háng, TTKT còng nh− chÊt l−îng kü thuËt cña
M1
M2
M3
M4
Tíi kÝch t
õ
Gi¸ 2
Tíi MF§K
Tíi kÝch t
±
A
A
1
õ
Gi¸ 1
A
1
A
1
B2
1
B2
B2
B2
15V
±15V
±
15V
±15V
M2 (K6)
M3 (K7)
M4 (K8)
M1(K5)
1000V
1000V
1000V 1000V
0/I
0
0/I
0/I 0/I
0
0
0
V
V V
V
GA33 - 2
GA33-3
GA33 - 4
GA33-1