Безопасность железной дороги – под надёжный контроль

По предложению горного мастера (руководителя службы прогноза и предотвращения горных ударов) Евгения Печеницына для контроля безопасности железнодорожного полотна, проходящего над шахтой «Магнезитовая», в скором времени будет применяться новое, высокоточное оборудование. Его проект «Использование датчика определения пространственного положения MPU-9250 и макетной платы ARDUINO NANО для изготовления инклинометрических датчиков» занял третье место в конкурсе «Лучший новатор-2020» в разделе «Горный».

За плечами Евгения Саткинский горно-керамический колледж, который он окончил в 2006 году по специальности «Эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования промышленных предприятий» и работа в качестве электрогазосварщика.

- Значительная часть запасов первого шахтного поля шахты «Магнезитовая» находится в охранных целиках (участках грунта) различных поверхностных объектов: железнодорожного пути РЖД, ведомственных железных дорог, русла реки Большая Сатка, железнодорожного и автомобильного мостов, – поясняет Евгений Печеницын. – Охраняемые участки земной поверхности, подрабатываемые подземным способом, требуют круглосуточного мониторинга. В рамках проекта реконструкции и технического перевооружения шахты заложена система автоматического мониторинга охраняемой поверхности на участке железнодорожного полотна с 22-го по 23-й километр (направления Бердяуш-Бакал ЮУЖД) протяжённостью 1200 метров. На данный момент для контроля просадки грунта действует автоматическая наблюдательная станция, которая представляет собой сеть инклинометрических датчиков, установленных в деформационных реперах, заглублённых на два метра в грунт и выше уровня земли на 700 мм. Всего на данный момент на участке установлено 55 (48 проводных и 7 беспроводных) датчиков. Приборы расположены на расстоянии 5-12 метров друг от друга и в девяти метрах от дороги. Все приборы подключены в общую сеть.

Инклинометрический датчик представляет собой печатную плату с микропроцессором и датчиком пространственного положения, оснащённым гироскопом и акселерометром (GY-521). Гироскоп измеряет угловую скорость движения в пространстве относительно первоначального места установки, а акселерометр – ту же скорость по диагоналям.

- Данные датчики работают на плате старого образца (первого поколения). На основании показаний двух датчиков мы имеем общую картину их движения в пространстве, но не знаем их положения относительно магнитного полюса Земли. Определение пространственного положения чипа GY-521 только по трём осям, с корректировкой только по акселерометру приводит к «плаванию» данных (постепенного ухода от первоначального положения) даже в статическом состоянии. Малое количество переменных для расчета приводят к низкому качеству определения пространственных положений, - продолжает автор операционного улучшения. - В плате нового поколения, на которой работает датчик MPU-9250, помимо гироскопа и акселерометра, можно задействовать ещё и магнитометр. Мы можем наблюдать, в какую сторону поворачивается датчик относительно центра Земли, то есть можем оценить его положение в пространстве.

Ещё одно преимущество нового датчика состоит в том, что он позволяет исключить погрешности в показаниях, связанные с блуждающими токами, которые неизбежны при движении составов. В настоящее время в системе возникает много шумов, которые приходится сглаживать математически, а с новым оборудованием эта необходимость отпадёт.

Выбор макетной платы ARDUINO NANО обусловлен несколькими факторами. Это ее компактность и возможность на стадии калибровки программного обеспечения установить её непосредственно в корпус проектируемого инклинометра для проведения натурных испытаний в условиях низких температур и повышенной влажности. Также плата даёт возможность подключения множества дополнительных датчиков и устройств, которые могут применяться как для увеличения точности показаний (GPS треккеры), так и для обеспечения передачи данных на большие расстояния (радио-модули). Оборудование может работать в температурном диапазоне от -40°С до +50°С. Немаловажны низкая стоимость макетной платы, возможность замены и перепрошивки в полевых условиях, работа от сети питания от 5 до 20 вольт. Плата имеет открытый код программного обеспечения (ПО). Это позволяет выполнять работы по созданию нового ПО и его модернизации, а также заменять комплектующие на более современные детали с минимальными затратами времени и средств. Размеры макетной платы и датчика определения пространственного положения позволяют разместить их в уже существующих корпусах инклинометров.

Макетная плата для новых датчиков уже изготовлена. Специалисты центра автоматизированных систем и информационных технологий (ЦАСиИТ) разрабатывают программное обеспечение. После того, как оно будет установлено, предстоят испытания на местности и калибровка датчиков.

Благодарим за фото Василия Максимова

Конкурс новаторов проводится бюро патентоведения и рационализации Группы Магнезит с 2017 года. Он направлен на раскрытие и развитие творческого потенциала работников, вовлечение персонала в реализацию мероприятий по совершенствованию процессов производства. Победители и призёры определяются в шести разделах: горный, технологический, механический, информационных технологий и автоматизированных систем управления, энергетический, экология, охрана труда и промышленная безопасность. В первом конкурсе участвовали 36 человек, из них до финала дошли 19. В прошлом году свои проекты защитили 12 из 22 конкурсантов. В текущем – 14 человек из 19. За время существования конкурса внедрено 21 из 45 операционных улучшений, поданных новаторами.