Об авторах

Воронов Николай Анатольевич

Генеральный директор ФГУП «Нижего­родский завод им. М. В. Фрунзе», канди­дат экономических наук.

Зябиров Хасян Шарафджанович

Первый вице-президент ОАО «Россий­ские железные дороги», д-р техн. наук.

Кириллов Алексей Геннадьевич

Генеральный директор НТФ «Медуза».

Рейман Александр Михайлович

С. н. с. Института прикладной физики РАН, к. ф.-м. н.

Славинский Зиновий Михайлович

Д-р техн. наук

Шишков Александр Викторович

Главный инженер НТФ «Медуза».

 Одной из причин аварий и крушений на железнодорожном транспорте являют­ся изломы рельсов по дефектам в них. На сегодняшний день во всем мире наи­более надежным методом НК рельсов, уложенных в путь, является линейная многоракурсная ультразвуковая дефек­тоскопия. Другие методы НК применяют­ся значительно реже из-за ограниченной номенклатуры выявляемых дефектов и чаще всего имеют сугубо научное, а не прикладное значение.

В диагностических службах желез­ных дорог применяются как съемные (ультразвуковые дефектоскопы), так и мобильные (вагоны-дефектоскопы, авто­мотрисы) средства контроля. Выявление большей части (более 92 %) дефектов рельсов, уложенных в путь, и оператив­ное реагирование на факт обнаружения дефекта на сегодняшний день обеспечи­вается путем контроля рельсов ультра­звуковыми съемными дефектоскопами. Вагоны-дефектоскопы и автомотрисы при кажущейся значительно большей производительности выдают заключе­ние о подозрительном участке рельса с большой задержкой и требуют проведе­ния вторичного контроля участков пути, вызывающих сомнения по показаниям мобильных средств.

Повышение требований к безопасно­сти движения поездов требует перехода на качественно новый, более высокий уровень контроля, учитывающий дос­тижения в области информационных технологий, замены устаревших прибо­ров современными. На протяжении нескольких последних лет в России бы­ли разработаны и внедрены в практику съемные ультразвуковые рельсовые дефектоскопы нового поколения. С экс­плуатационной точки зрения все эти приборы довольно близки, несмотря на многочисленные различия в конструк­тивной части и схемах прозвучивания рельсов.

Настоящая статья ставит своей целью не сравнение приборов (это задача для независимых и беспристрастных экспер­тов), а краткое изложение принципи­альных особенностей автоматизирован­ного дефектоскопа нового поколения АДС-02, разработанного сотрудниками Института прикладной физики РАН и НТФ «Медуза» совместно с Горьковской ж. д., производство которого организо­вано на ФГУП «Нижегородский завод им. М. В. Фрунзе».

До недавнего времени сплошная за­пись эхографической информации приме­нялась только на мобильных средствах. На съемных дефектоскопах контроль за действиями операторов отсутствовал, информация об обнаруженных дефектах выдавалась лишь в виде звукового сиг­нала в наушники оператора и развертки типа А на экране прибора и нигде не фиксировалась. Даже применение усо­вершенствованных схем прозвучивания часто не приводило к повышению достоверности выявления дефекта из-за отрицательного действия субъективных факторов оператора.

Авторы статьи имеют многолетний опыт создания автоматизированных ультразвуковых комплексов различного применения (медицинского, техноло­гического и т.п.), основанных на пре­имуществах совместного применения аппаратных и программных средств регистрации и обработки информации. Применение таких встраиваемых вычис­лительных систем позволяет миними­зировать проблемно-ориентированную аппаратную часть и использовать все возможности современных технологий создания и модернизации программ­ных оболочек. В 1999 г. впервые был представлен макет одной из возможных программно-аппаратурных реализаций ультразвукового съемного рельсового дефектоскопа АДС-02. За это время прибор прошел технические и эксплуа­тационные испытания, налажено его серийное производство, выпущена опытная партия. К настоящему времени накоплен немалый опыт эксплуатации де­фектоскопа АДС-02 на железных дорогах России. Дефектоскоп имеет сертификаты Госстандарта РФ и МПС России и внесен в Реестр средств измерений, разрешен­ных к эксплуатации на сети федеральных железных дорог.

Основная задача, которую авторы ста­вили перед собой, - обеспечить сплош­ную запись информации, поступающей с эхографических каналов при работе в пути, и возможность ее оперативно­го просмотра. Для этого в программу, управляющую работой прибора, была встроена запись предварительно сжа­той информации на твердотельный диск, входящий в состав прибора. Для упаковки был применен оригинальный алгоритм, разработанный сотрудником НТФ «Медуза» А. Б. Крупником. Этот ал­горитм позволяет сжимать информацию без потерь со средним коэффициентом сжатия 10. Отметим, что за прошедшие 4 года емкость доступных твердотельных дисков увеличилась в десятки раз при одновременном снижении стоимости, что позволяет сейчас хранить на встро­енном в прибор диске информацию о 50 - 100 км пройденного пути. Емкость диска определяется разумным соотно­шением «цена-объем», принципиальных ограничений для хранения записей о сотнях и тысячах километров нет.

Уже первые сравнительные испыта­ния дефектоскопов, которые проводи­лись в НИИ мостов МПС России в 2000 г., показали неоспоримые преимущества съемных дефектоскопов с регистрацией данных, поэтому комиссией было при­нято решение оснастить и другие типы дефектоскопов системами регистрации. Такие съемные регистраторы, подклю­чаемые извне, были разработаны к приборам «РДМ-2» и «Авикон-01». Что же касается оперативного, в про­цессе контроля, просмотра эхограмм с разверткой типа В дефектоскоп АДС-02 до настоящего времени остается един­ственным прибором, предоставляющим такую возможность.

Аппаратная часть дефектоскопа АДС- 02 представляет собой 16-канальную приемо-передающую систему (по 7 независимых каналов на каждую нит­ку и канал ручных искателей). Схема про- звучивания, применяемая в настоящее время, соответствует схеме «Д» по клас­сификации, и обес­печивает достаточно высокий уровень выявляемости дефектов (повышение условной технической эффективности примерно на 10 % при других вариантах схемы прозвучивания достигается зна­чительным увеличением числа каналов контроля и, следовательно, усложнени­ем аппаратуры). Следует отметить, что программная конфигурация искательной системы позволяет применять любую схе­му прозвучивания (до 8 каналов на одну нитку пути) путем создания и записи в память дефектоскопа файла описания искательной системы, в котором зада­ются углы ввода ультразвука в рельс и разворота относительно оси рельса, рас­положение преобразователей в лыже и порядок их поочередного возбуждения, а также ряд других параметров. Такая система позволяет также вносить в описание искателей не номинальные, а истинные значения углов ввода и попра­вок на задержку сигнала в протекторе искателя.

Принятые сигналы поступают на интер­фейсную плату, где преобразуются в циф­ровой код и передаются во встроенный одноплатный компьютер. Одновременно в компьютер передается также инфор­мация о напряжении на аккумуляторе и внутренней температуре в приборе, а также текущая путейская координата от датчика, встроенного в одно из ведущих колес тележки. Вся дальнейшая обработ­ка производится программным путем. В качестве встроенной вычислительной платформы в настоящее время приме­няется промышленный РС-совместимый компьютер Lippert с тактовой частотой 200 МГц и электролюминесцентный экран Planar с разрешением 320х240 точек. Управление режимами работы осуществляется с помощью герметичной 16-кнопочной клавиатуры. Все электрон­ные компоненты прибора рассчитаны на применение в температурном диапазоне от -40° до +65° С.

В дефектоскопе АДС-02 применена двухуровневая регистрация дефектоско­пической информации. Срабатывание звукового и светового индикаторов происходит при превышении сигналом опорного уровня по СО-3Р, а регистра­ция - по уровню - 4 дБ. Это позволяет наблюдать за подозрительными участка­ми пути на «подпороговой» стадии разви­тия дефекта. Заметим, что сама история появления этого режима демонстрирует преимущества программной реализации обработки сигналов. Режим был реализо­ван и встроен в прибор без каких-либо изменений в аппаратной части в течение одного дня после того, как было принято решение о применении такого режима*

Информация запоминается в опера­тивной памяти прибора, сжимается и сохраняется на твердотельном диске. Следует отметить, что запись информа­ции на диск производится независимо от желания оператора, эксплуатация де­фектоскопа без регистратора (в отличие от систем со съемными регистраторами) невозможна. Кроме эхографической

информации фиксируются путейская ко­ордината, дата и время, действия опера­тора (изменение усиления, отключение каналов, нажатие кнопки «Стык» и т. п.), служебные отметки (режим «Блокнот»), а также эхограммы в виде А-разверток и М-разверток, полученные при переме­щении ПЭП вручную.

Рис. 1. Вид экрана дефектоскопа: а - главное меню; б - режим сплошной записи; в - режим про­смотра фрагментов; г - режим стоп-кадра

Просмотр информации возможен двумя способами. Во-первых, можно ос­тановить запись и просмотреть всю за­писанную информацию на графическом экране прибора. В этом режиме можно перелистывать В-эхограмму постранич­но, перемещаться к выбранному фраг­менту, проводить измерения с помощью курсора. Во-вторых, можно, не прерывая запись, просмотреть последний записан­ный участок (около 2 м, рис. 1). Такой режим стоп-кадра оказался особенно удачным при прохождении зоны болтово­го стыка, когда информация обрабатыва­ется по особому алгоритму, и некоторые дефекты (например, кода 52) могут быть пропущены оператором, т. к. индикация не срабатывает. Опыт эксплуатации при­боров на Горьковской ж. д. подтвердил эффективность этого режима.

Еще один режим, реализованный в приборе, - реконструкция условных изо­бражений дефекта в проекции рельса (рис 2). Как показала практика, такая «подсказка» оператору полезна, и этот режим представления информации был в дальнейшем поддержан другими раз­работчиками.

Рис. 2. Проекция рельса с дефектами: а - на экране дефектоскопа, выполненная в пути до передачи информации в компьютер; б - полу­ченная в программе углубленного анализа дефектограмм

Появление регистрирующей техники остро поставило вопрос об организации сбора и накопления информации о состоя­нии рельсов, уложенных в путь, в цехах дефектоскопии. Передача информации с дефектоскопа АДС-02 в стационарный компьютер сейчас может производиться двумя путями - через стандартный прин­терный порт (LPT) и по сетевому прото­колу, реализованному по спецификации Ethernet. Последний способ обеспечива­ет более чем десятикратное увеличение скорости обмена информацией между прибором и компьютером. Кроме того, с развитием сетевых технологий связа­на возможность организации удаленной передачи данных с приборов в цех дефек­тоскопии дистанции пути, которая сейчас находится в стадии разработки.

В комплект поставки дефектоскопа АДС-02 входит программная оболочка RAILTEST для Windows, разработанная сотрудниками НТФ «Медуза» С. Ю. Ксенофонтовым и А. В. Ерошиным. Она предна­значена для приема информации с дефектоскопов типа АДС-02 по каналам LPT и Ethernet, просмотра и архивирования информации, печати фрагментов и про­токолов. При этом можно использовать все преимущества современной компью­терной системы - высокое разрешение экрана, возможность работы с мышью, звук и т. п. (рис. 3). Хранение собранной информации ведется в папках, имена ко­торых являются названиями участков кон­троля, а имена файлов - датами контро­ля. Таким образом, можно накапливать информацию о нескольких проходах по одному и тому же участку. Программа позволяет одновременно открыть и про­сматривать несколько файлов, листать журнал записи, быстро переходить от од­ного фрагмента к другому, увеличивать отдельный фрагмент, измерять глубины, а также реконструировать расположение условных изображений дефектов (анало­гично функции реконструкции, реализо­ванной в приборе). Программу можно использовать и для обучения операто­ров, так как в ней предусмотрена имита­ция звуковой и визуальной информации дефектоскопа АДС-02 при работе в пути, а также наглядные окна для трехмерной демонстрации хода ультразвукового луча и места расположения указателя (курсо­ра В-развертки) в проекциях рельса.

Рис. 3.

Информация на компьютер записыва­ется в формате, позволяющем переда­вать результаты контроля по коммуника­ционным каналам (электронной почте) в вышестоящие организации для анализа и хранения.

Внедрение дефектоскопов с регистра­торами может привести и к еще одному качественно новому шагу - примене­нию современных технологий автомати­зированного распознавания растровых изображений для повышения производи­тельности труда. Сейчас вся записанная информация просматривается вручную, что весьма утомительно, учитывая объ­ем поступающей информации и возмож­ности ошибок при визуальном распозна­вании эхограмм человеком. В настоящее время активно начинают применяться различные программы распознавания образов, например, на основе нейрон­ных сетей, а эхограммы дефектов в виде В-развертки довольно легко алго­ритмизируются. Запись эхографической информации в виде В-развертки («пу­тейская координата - глубина рельса») позволяет легко сопоставлять данные, полученные от разных средств дефек­тоскопии. Применение новых информа­ционных технологий может перевести ультразвуковую дефектоскопию рельсов на качественно новый уровень.

К настоящему времени серийное про­изводство дефектоскопов АДС-02 освои­ло Федеральное унитарное предприятие - Нижегородский завод им. М. В. Фрун­зе. Приборы успешно эксплуатируются службами дефектоскопии железных дорог РФ. Эффективность технических решений, реализованных в конструкции прибора, подтверждается результатами по выявлению дефектов (табл. 1). Один из приборов успешно применяется на РСП-17 (ГЖД) для входного контроля рельсов. Опыт эксплуатации партии дефектоскопов доказал правильность выбранного направления в разработке нового поколения систем НК - симбио­за программной гибкости и аппаратной надежности.

Табл. 1. Результаты эксплуатации дефектоскопов АДС-02 на Горьковской ж. д.