Автоматизована система оперативного контролю технічного стану контактної мережі

Степанцов, Руслан Сергійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10298

Title:	Автоматизована система оперативного контролю технічного стану контактної мережі
Authors:	Філімонов, Сергій Олександрович Степанцов, Руслан Сергійович
Keywords:	автоматизована система;контактна мережа;оперативний контроль;залишкова висота
Issue Date:	8-Jun-2026
Abstract:	Основна ідея кваліфікаційної роботи полягає у створенні портативного вимірювального вузла індустріального Інтернету речей (IIoT) для оперативного контролю зносу контактного проводу на електрифікованих залізницях. Цей пристрій призначений для повсякденного використання лінійними ремонтними бригадами, щоб замінити застарілі та повільні ручні інструменти, такі як мікрометри чи штангенциркулі. Підхід до реалізації базується на синтезі надійного контактного механо-електричного методу вимірювання із сучасними мікроелектронними рішеннями. На відміну від популярних лазерних систем, безпосередній механічний контакт щупа з проводом гарантує високу точність незалежно від погодних умов, наявності інею, дощу або шару графітового мастила. Для просторової прив'язки дефектів застосовується оптичний енкодер, який апаратно синхронізований із вимірювальним трактом. Під час перекочування приладу вздовж проводу енкодер генерує імпульси переривань, які ініціюють миттєве зчитування залишкової висоти проводу прецизійним потенціометричним датчиком Siemens. Це формує рівномірний масив координат профілю незалежно від швидкості руху штанги. Схемотехнічне рішення побудоване навколо восьмибітного індустріального мікроконтролера ATmega1284p, який забезпечує безперебійну роботу в умовах сильних електромагнітних наведень від тягової мережі 27,5 кВ. Для комунікації використовується енергоефективний модуль Bluetooth Low Energy (BLE112), що безперервно транслює отримані та відфільтровані дані на мобільний планшет оператора. Під час проєктування друкованої плати в Altium Designer застосовано розділення аналогової та цифрової «земель» для екранування високочастотного шуму. Особлива увага в роботі приділена розрахункам енергоспоживання. Застосування мікропотужного DC/DC перетворювача TPS60210, транзисторних ключів для керування живленням сенсорів та використання сплячих режимів мікроконтролера дозволили досягти видатних результатів. Розрахунковий час автономної роботи приладу від одного заряду літій-полімерного акумулятора становить понад 489 годин. Технологічна частина роботи включає розроблений маршрут виготовлення багатошарової друкованої плати комбінованим методом (з поєднанням хімічного та електрохімічного впливу). Проведено детальний розрахунок оперативного поштучного часу для серійного виробництва та оптимізовано габарити склотекстолітової заготовки. У конструктивному та технологічному планах розроблений пристрій кардинально відрізняється від наявних аналогів. Складні оптичні вагони-лабораторії є надзвичайно дорогими та потребують складних механізмів стабілізації , а ручні механічні засоби вимагають запису результатів у журнал. Запропонована система є портативною, легкою, надійно захищеною (IP65) і повністю інтегрованою в цифрову мережу. У соціо-екологічному та економічному планах впровадження приладу дозволяє перейти до концепції предиктивного обслуговування (Predictive Maintenance), що унеможливлює зупинку руху поїздів для ручних вимірів, економлячи значні кошти. Водночас кардинально підвищується безпека електромонтерів через скорочення часу їхньої роботи на небезпечній висоті , а енергоефективність пристрою та дотримання директив RoHS мінімізують негативний вплив на навколишнє середовище.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10298
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Степанцов.pdf Restricted Access	КРБ Степанцов Р.С. 2026	7.39 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

YEPKACbKMM IEPKABHMM TEXHOJIOTIYHMÝV HIBEPCHTET
OAKYJIbTET EJIEKTPOHHMX TEXHOJIOrIiM, ABTOTPAHCIOPTy TA
MAIIMHOBYIVBAHHA
KAOEIPA IIPMJIAIOBYIYBAHHA, MEXATPOHIKM TA
KOMII'IOTEPH3OBAHMX TEXHOJIOTIÄ
IonyueHO I0 3axHCTy
B.oBABiIYBaya kaþenpu TIMKT
MaKcHM BOHIAPEHKO
2026 p.
IIOACHIOBAJIbHA 3AIIMCKA
IO KBAJIIOIKAIỊMHOÏ POEOTHB AKAJIABPA
Ha TeMy «ABTOMaTH30BaHa cHCTeMa onepaTHBHOrO KOHTpo.IKo TeXHİYHOrO TaHY
KOHTaKHoỈ MepeKi»
BuxOHas 3106yBau oCBİTH 4 Kypcy, rpyn PCACK-23
cneuiabHİCTE: 174 «ABTOMaTH3auia, IOMT'TepHo
iHTerpOBaHiT eXHOJIoriï Ta poõoTOTeXHika:
oCBİTHA īporpaMa: PoóoTOTeXHİYHi CHCTeMA Ta
aBTOMaTH3aLig
CTenaHIOB Pycnar CepriắOBHY
KepiBHuK Cepriň DIJIIMOHOB
PeueH3eHT Cepriň BUCJIOYX
KBanihikauišHa poốoTa őakanaspa MicTHTL pesynbTaTH BlaCHMX 3100yTKİB aBTOpa.
BuKopHCTaHH 11eň, pe3yJIbTaTiB 1 TeKCTİB İHIHX aBTOPiB MaroTb IIOCHlaHHA Ha
BinnoBiIHe IDKepeio.
ninnne 3100y Ba4a
Yepkacn- 2026
IEPKACbKHÄ IEPKABHMÄ TEXHOJIOrIYHMÄ VHIBEPCHTET
(IORHC HallteIynamA B9ULOro HaBUTLHOrO 3aklaly )
DakyıbTeT CJICKTDOHHHX TeXHOJOriÄ, aBTOTpancnopTY Ta MauHHOoYIYBaHHA
Kadepa npuajo6yAYBAHH9, MexaTpoHİKH Ta KOMII'IOTepH3OBaHux TexHOJIOriÄ
OCBİTHbO--KK Banihikauiřňnnă piBeH, GakanaBp
CneuianbHicTh 174 <«ABTOMATMDauis, KoMIT'1OTepuo-irrerpOBani
OCBİTHA Iporpama «<Po6oTOreXHİMHİ CHCTeMH Ta aBTOMaTHT3exaHiO1iO»r iï Ta po6oTOTeXHİKa»
3ATBEPIKYIO
B.o. ABpaia Ka¢enpu [IMKT
MakcuM bOHAapeHKo
2026 poKy
3 A B I A H H A
HA KBAJIIOIKAIIŽHY POBOTY BAKAJIABPA
CTeriaHuOB PycnaH CepriňoBHY
(npBBHe, iM', IO 6aTbKOB))
1. TeMa poóOTH ABTOMaTH30BaHa CHCTeMa onepaTHBHOrO KOHTPoJIHO TeXH1YHOro CTaHV
KOHTaKHOỈ Mepexi
KepiBHMK poõoTH 101eHT KabexpH IIpulano6yiyBaHHA, MexaTpOHİKH Ta
KOMIT'IOTepH30BaHHX TexHOJIOrİň, K.T.H., IOeTDiİMOHOB Ceprin OneKcaHIpOBHY
(npi3BHe, iM'a, rIo őaTbKOBİ, HayKOBHă cryniHb, B4eHe 3BaHHA)
3aTBepNKEHİ HakasoM BHIIoro HaByaIBHOro 3aKnany Bin “13" KBiTHA2 026 poxy No 94/03-03
2.CTpOK IOMaHH 3106yBaeM poõoTH 5 yepBHA 2026 p.
3 BuxiņHi nani 10 poooTH ABTOMaTH30BaHa cHCTeMa onepaTHBHOT0 KOHTpoJIKO
TeXHIYHoro cTaHy KOHTaKTHOỈ Mepexi eneKTpHikOBaHHX 3ani3HHIE, BuMipOBaHH8
3aJiHIKOBOİ BHCOTH KOHTaKTHOTO IIpOBOIy. Bu3HayeHHA KOopNHHaTH MiCIIA
BHMIPkOBaHHA 3a 1o10MOTOFO ofITHYHOro eHKOAepa. Tlepenava pe3yJIbTaTIB BHMiproBaHb
Ha MOOiIbHHỶ TepMİHan onepaTopa 3a TeXHOIorieo Bluetooth Low Energy.
MIkpoKOHTPOJIep cHCTeMH ATmegal284P. PoboTa B YMOBax ejeKTpOMarHITHHX 3aBan
TArOBOÏ Mepexi 3MİHHOro CTpyMY HapyroO 27,5 KB. AianasoH pobo4HX TeMIIepaTyp BiI
MİHYc 20 °C 10 IJIHOC 50 °C. CTyniHb 3axHCTy npucTpoKO He HHKYe IP65.
4. 3MicT po3paxyHKOBO-10ACHIOBA.JTbHOİ 3anHCKH (nepeİK IHTaHb, AKin OTpi6Ho
po3po6HTH 1 O6rpyHTYBaHHA HeobxIJHOCTI IipoeKTYBaHHA aBTOMaTH3OBaHOi CHCTeMH
onepaTHBHOrO KOHTPOIIO TeXHIHHOro CTaHy KOHTaKTHOÏ Mepexi. 2 06rpyHTYBaHHs
TeXHİYHOrO 3aBIaHHA. 3 Po3pooka CTpyKTYPHOi Ta ipHHIHIOBOŤ CxeM CHCTeMM. 4
Po3paxXyHKOBa yacTHHa, 5 CneuialbHMÄ p03nin. 5.1 TexHOJoriyHHŽ posniL. 5.2
EKOHOMİyHMÄ po3in. 5.3 Po3AiI OXOpoHH Npaui.
5. IlepeİK TpağiHOro MaTepiany (3 To4HHM 3a3HaneHHAM o6oB'A3KOBHX KpecieHb)
ABTOMaTH30BaHa cHCTeMa ornepaTHBHOTO KOHTPOJIO TeXHİYHOrO CTaHy KOHTAKHOoi
MepeKi. CxeMa eieKTPHYHa CTpyKTypHa (Al). CxeMa eneKTpHYHa npHHIHNOBa (A).
lemOHCTpaiňHHÄ Marepin (A1). AIropuTM poốoTHleMOHCTPauiÄHuŇ_ MaTepian
(Al+Al).
6. KoneyIbTaHTM posninib KBaJni)ikauiMHoï poóoTH
IIpizeuuIe, iHiLiaM Ta IOCwla IlinncC, IlaTa
Posii 3aBlaHHA
KONCYJILTaNTa 3aBJlaHHA
BHJIaB ipuÄHAB
OxoponH upaui Koxem'aKiH O.C., CrapuuMÄ BHKIANa4
Kaenpu 3BKEXI
EkoHOMiHHİ DiniMOHOB C.O., noueHT kadenpu
pos,i.n, IIMKT, K.T.H., 1OueHT
TCXHOJoriynnů
posni.ı
HopMo.zisanišunů THYKOB B.B., 10ueHT Ka epu IIMKT,
KOHTP01b K.T.H., 10[eHT
7. lara BHNa4i3 aBlaHHA
KAJIEHIAPHMĂI IJIAH
Ng HasBa eTaniB KBanihikauišnoi Cpok BYKOHAHHA IIpHMITKa
3/n poõoTH eranipB o60TH
O6rpyHTyBaHHA Heo6xiIHOCTi npoekTyBaHHA Ha 0cHOBİ 02.2026 BHK
KpHTH4HOrO aHai3y iCHYIO4HX aHaioriB
2 06rpyHTYBaHHA TeXHİYHOrO 3aBlaHHA 02.2026 BHK
3 Po3poőka cTpyKTypHoi CXeMH 02.2026 BHK
4 Po3poőKa ipHHIHIOBOİ eneKTpHYHOỈ CXeMH 03.2026 BHK
5 Po3paXyHOK eneMeHTiB CXeMH 03-04.2026 BHK
OuiHKa TOYHOcTİ Ta HagiğHOCTİ 03-04.2026
7 TexHoJoriyHuň p031i 03-04.2026 BHK
Po3niı OXopOHH Ipa 03-04.2026 BHK
EKOHOMiYHHĂp 03nin 03-04.2026 BHK
10 OHopMNEHHA KPecieHb 03-04.2026 BHK
11 OdopMNEHHA IOnaTKİB 05.2026 BHK
12 OhopMneHHA CynpoBinHoï noKyMeHTauii 05.2026 BHK
3106yBay BHILOï ocBiTH PycJtaH CTEIIAHIOB
(n iAnHc
KepisnuK po6oTH Cepriň DIJIIMOHOB
(niINHC )
Зміст

Стор.
Технічне завдання…………………………………………..…………. 2
Вступ 5
1 Обґрунтування необхідності проєктування на основі аналізу
існуючих аналогів 7
1.1 Огляд Інтернет-джерел та комерційних систем моніторингу 7
1.2 Огляд літературних джерел та наукових публікацій 13
1.3 Патентний пошук та аналіз інноваційних рішень 20
2. Обґрунтування технічного завдання 24
3. Розробка структурної та принципової схеми системи 27
3.1 Розробка структурної схеми 27
3.2 Обґрунтування вибору елементів схеми 30
3.3 Розробка схеми електричної принципової системи автоматизації 32
4 Розрахунок основних вузлів схеми 35
4.1. Розробка програмного забезпечення 35
4.2 Розрахунок енергоспоживання 38
5. Спеціальна частина 42
5.1 Розробка технологічного процесу виготовлення друкованої
плати 42
5.2 Соціально-економічні та етико-екологічні аспекти прийняття
технічних рішень 49

РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Розробив Степанщов Р.С. Літ. Арк. Аркушів
Перевірив Філімонов С.О. Автоматизована система 3
оперативного контролю технічного
Т. Контр. Тичков В.В. стану контактної мережі
Пояснювальна записка ЧДТУ
Ств.

5.3 Охорона праці 51
Висновки 66
Список використовуваної літератури 68
Додаток А Відомість технічного проєкту
Додаток Б Результати розрахунку на ЕОМ
Додаток В Презентація доповіді
Додаток Г Тези доповіді студентської науково-практичної
конференції «ДНІ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ – 2026»

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 4

Вступ

Сучасний етап розвитку транспортної інфраструктури України та світу
характеризується стрімким впровадженням систем автоматизації, цифровізації та
концепцій Індустрії 4.0. Електрифікований залізничний транспорт є основою
логістичної системи держави, що забезпечує високу провізну здатність,
екологічність та енергоефективність. Ключовою ланкою, що визначає надійність та
безперебійність електропостачання рухомого складу, є контактна мережа. У
процесі тривалої та інтенсивної експлуатації контактний провід піддається
складному комплексу негативних впливів: механічному тертю струмоприймачів,
термічному нагріванню від протікання струмів короткого замикання та робочих
навантажень, а також електрокорозійним та атмосферним явищам. Усе це
призводить до неминучого зношення проводу, зменшення його площі перерізу і, як
наслідок, зниження механічної міцності та струмопровідної здатності.
Критичне зношення контактного проводу без своєчасного виявлення здатне
спровокувати обриви ліній, що призводить до зупинки руху на магістральних
ділянках, колосальних фінансових збитків, а також створює пряму загрозу безпеці
пасажирів та обслуговуючого персоналу. Традиційні методи моніторингу
технічного стану контактної мережі, які досі масово застосовуються на вітчизняних
залізницях, базуються на ручних вимірюваннях за допомогою штангенциркулів,
мікрометрів або механічних вимірювальних скоб. Такий підхід є морально
застарілим і має низку критичних недоліків: надзвичайно висока трудомісткість,
низька швидкість виконання робіт, значний вплив людського фактора на точність
вимірювань, а також відсутність автоматизованого збереження та обробки
результатів. Крім того, ручні вимірювання вимагають присутності персоналу в зоні
підвищеної небезпеки (на висоті понад 5 метрів) та часто потребують
технологічних «вікон» у графіку руху поїздів, що економічно невигідно.
У контексті сучасної парадигми комп'ютерно-інтегрованих технологій та
автоматизації (Predictive Maintenance — обслуговування за фактичним станом),
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 5

виникає гостра потреба у переході від ручної праці до використання розумних
сенсорних мереж та індустріального Інтернету речей (IIoT). Створення
автоматизованої системи оперативного контролю (АСОК) технічного стану
контактної мережі дозволяє вирішити цю проблему шляхом розробки
спеціалізованих мікроконтролерних периферійних пристроїв. Сучасна елементна
база надає можливість інтегрувати високоточні оптичні та потенціометричні
датчики з мікроспоживаючими радіомодулями (наприклад, стандарту Bluetooth
Low Energy). Це дозволяє не лише знімати геометричні профілі проводу в режимі
реального часу, але й автоматично передавати масиви даних на мобільні пристрої
операторів або безпосередньо у хмарні бази даних та системи диспетчерського
управління верхнього рівня (SCADA).
Враховуючи необхідність інтеграції української залізниці до європейської
транспортної мережі (TEN-T) та відповідності жорстким міжнародним стандартам
безпеки (EN, IEC), розробка вітчизняних, економічно обґрунтованих та технічно
досконалих систем автоматизованого діагностування контактної мережі є
надзвичайно актуальною науково-практичною задачею.
Метою роботи є підвищення безпеки, оперативності та точності процесу
моніторингу технічного стану контактної мережі шляхом розробки та дослідження
автоматизованої системи оперативного контролю з бездротовою передачею даних.

.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 6

1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу
існуючих аналогів

1.1 Огляд Інтернет-джерел та комерційних систем моніторингу
Сучасний світовий ринок комерційних рішень для моніторингу, діагностики
та оцінки технічного стану контактної мережі електрифікованих залізниць та
міського легкого рейкового транспорту стрімко розвивається у напрямку повної
автоматизації. Відповідно до європейських концепцій інтелектуальних
транспортних систем (ITS) та цифрової залізниці, провідні інжинірингові
корпорації розробляють вимірювальні комплекси, здатні мінімізувати вплив
людського фактора. Проведений глибокий аналіз відкритих Інтернет-джерел,
технічної документації та комерційних пропозицій від таких світових лідерів, як
Siemens Mobility (Німеччина), MERMEC (Італія), Trimble Beena Vision (США) та
Alstom (Франція), дозволяє виділити кілька магістральних напрямків розвитку
засобів діагностики.
Залежно від способу базування та мобільності, сучасні комерційні системи
оперативного контролю можна умовно розділити на мобільні високошвидкісні
комплекси (вагони-лабораторії), стаціонарні трекові системи автоматичної
інспекції та портативні цифрові прилади для локального використання.
Мобільні діагностичні комплекси верхнього рівня
Беззаперечними лідерами у сегменті магістральної діагностики є системи,
що встановлюються на даху спеціалізованого рухомого складу (вагонів-
лабораторій або швидкісних діагностичних поїздів). Такі комплекси, як C-Cat
(Contact Wire Geometry and Wear Monitoring System) від корпорації MERMEC або
аналогічні рішення від Siemens, використовують безконтактний оптичний метод
вимірювання.
Принцип дії цих систем базується на методі високошвидкісної лазерної
тріангуляції та структурованого підсвічування. На даху рухомого складу жорстко
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 7

монтуються потужні напівпровідникові лазери, які генерують плоский віяловий
промінь, орієнтований перпендикулярно до осі контактного проводу.

Рисунок 1.1 – Принцип дії системи лазерної тріангуляції для вимірювання
зносу контактного проводу

Поруч із лазерними випромінювачами, на чітко вивіреній відстані (що
формує базову лінію тріангуляції), розміщуються високошвидкісні матричні
КМОН-камери (CMOS-камери). Вони оснащені вузькосмуговими оптичними
фільтрами, які відсікають сонячне світло та пропускають лише відбите
випромінювання на довжині хвилі лазера. При перетині лазерного променя з
контактним проводом на його зношеній (нижній) поверхні утворюється світловий
профіль. Камера фіксує це зображення з частотою від 2000 до 5000 кадрів за
секунду.
Спеціалізований цифровий сигнальний процесор (DSP) у режимі реального
часу аналізує кожен кадр, виділяє контур поверхні тертя та визначає ширину
майданчика зносу b . Оскільки початковий радіус кривизни нового проводу R
відомий і регламентований стандартом EN 50149, залишкова висота проводу Δh
обчислюється апаратно-програмним комплексом за тригонометричною
залежністю:
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 8

2
Δh = R − R2 −  b 
 
 2 

Рисунок 1.2 – Схема розміщення оптичного діагностичного обладнання на
даху вагона-лабораторії

Такі системи дозволяють проводити вимірювання з похибкою не більше
±0,1 мм на швидкостях до 320 км/год. Проте вони мають низку критичних
недоліків. По-перше, вартість такого апаратного комплексу та ліцензійного
програмного забезпечення є надзвичайно високою, що унеможливлює їх масове
застосування. По-друге, оптичні системи критично залежать від погодних умов:
інтенсивний дощ, снігопад або туман призводять до розсіювання лазерного
променя, появи оптичних «артефактів» та хибних вимірювань. Крім того, наявність
інею або шару графітового мастила, яке переноситься зі струмоприймачів, суттєво
спотворює реальний оптичний профіль проводу.
Стаціонарні трекові системи
Альтернативним підходом є встановлення стаціонарних порталів над
колією (наприклад, система PantoInspect, Данія). Ці комплекси монтуються в
місцях масового проходу рухомого складу, таких як в'їзди в депо. Їхнє головне
завдання полягає у контролі вугільних вставок струмоприймачів та їх взаємодії з
контактним проводом. Хоча такі системи ефективно виявляють сколи пантографів
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 9

і запобігають обривам мережі, вони є стаціонарними, а отже, абсолютно
непридатними для визначення суцільного поздовжнього профілю зносу
контактного проводу вздовж перегонів.
Портативні ручні прилади та мобільні вимірювальні вузли
Для оперативного контролю на локальних ділянках електромонтери
європейських компаній використовують електронні цифрові штангенциркулі та
мікрометри (наприклад, від Mitutoyo, Японія або Mahr, Німеччина). Ці інструменти
оснащені спеціальними губками-зачепами, які адаптовані під фасонний профіль
проводу (стандарти MF-85, MF-100).

Рисунок 1.3 – Сучасний цифровий штангенциркуль для точкового контролю
зносу контактного проводу

Вони забезпечують високу метрологічну точність (до \pm 0,02 мм), проте
дозволяють робити лише точкові (дискретні) виміри. Для перевірки прольоту
довжиною 50 метрів монтер змушений кожні кілька метрів підніматися на
ізолюючу вишку та вручну фіксувати показники. Цей метод забирає багато
робочого часу, вимагає тривалих технологічних «вікон» у розкладі руху поїздів і
не забезпечує автоматичного збереження даних у цифрову базу підприємства.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 10

У сегменті інноваційних рішень Індустрії 4.0 починають з'являтися
концептуальні розробки портативних бездротових сканерів кліпсового або
роликового типу. Вони встановлюються безпосередньо на провід за допомогою
ізолюючої штанги і перекочуються вздовж нього, безперервно фіксуючи товщину
та пройдену відстань. Аналіз таких комерційних прототипів виявляє використання
занадто важких індуктивних датчиків (LVDT) та закритих (пропрієтарних)
протоколів передачі даних. Це обмежує їх інтеграцію у відкриті інформаційні
системи.
З метою обґрунтування концепції власної розробки, було проведено зведене
порівняння характеристик основних комерційних аналогів. Результати
порівняльного аналізу наведені у таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Порівняльний аналіз характеристик комерційних систем
моніторингу
Критерій Високошвидкісні Цифрові ручні Проєктований
порівняння комплекси (напр., товщиноміри портативний IIoT-
Siemens, MERMEC) (напр., вузол АСОК
Mitutoyo)
Фізичний Безконтактний Контактний Контактний
принцип оптичний (лазерна механічний комбінований
тріангуляція) (електронний (потенціометричний
ноніус) датчик + оптичний
енкодер)
Швидкість Висока (до 300 Низька Оптимальна для
діагностики км/год) (дискретний поточних ремонтів (до
точковий 2–3 м/с)
контроль)
Вплив Критичний (дощ, Відсутній Мінімальний
погодних сніг, туман (механічний контакт,
умов знижують точність) захист IP65)

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 11

Продовження таблиці 1.1
Автоматизація Повна інтеграція у Відсутня Бездротова передача
даних хмарні системи (вимагає ручного (Bluetooth Low
(Big Data) запису в журнал) Energy) на мобільні
термінали
Безпека Висока Низька Висока (управління з
персоналу (управління (необхідність рівня землі через
зсередини вагона) роботи на висоті) ізолюючу штангу)
Економічна Екстремально Низька вартість Оптимальна
доступність висока вартість (доступна для
масового
впровадження у
бригадах)
Проведений аналіз комерційних рішень дозволяє констатувати наявність
технологічного розриву на ринку діагностичного обладнання. Великі лазерні
комплекси не спроможні забезпечити оперативність виконання щоденних
ремонтних робіт лінійними бригадами, тоді як ручні інструменти є морально
застарілими і не підтримують цифровізацію.
Таким чином, розробка портативного вимірювального вузла
автоматизованої системи оперативного контролю (АСОК) є технічно
обґрунтованим рішенням. Використання контактного потенціометричного датчика
гарантує високу завадостійкість до погодних умов, оптичний енкодер забезпечить
точну прив'язку дефекту до координати, а модуль Bluetooth 4.0 (BLE) дозволить
автоматизувати передачу масивів даних на планшети електромонтерів, формуючи
єдиний цифровий профіль контактної мережі підприємства без необхідності
зупинки руху поїздів на тривалий час.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 12

1.2 Огляд літературних джерел та наукових публікацій

Сучасний стан розвитку методів та засобів діагностики контактної мережі
електрифікованого залізничного транспорту широко висвітлюється у міжнародних
наукових виданнях, матеріалах конференцій IEEE, працях українських наукових
шкіл та дисертаційних дослідженнях. Аналіз актуальної фахової літератури
дозволяє простежити еволюцію вимірювальних систем від найпростіших
механічних шаблонів до складних комп'ютерно-інтегрованих комплексів, що
використовують методи машинного зору, електромагнітної індукції та бездротових
сенсорних мереж. Глибоке розуміння фізичних принципів, закладених у ці методи,
а також критичний розбір їхніх переваг та недоліків, описаних дослідниками, є
необхідним фундаментом для обґрунтування концепції проєктування нової
автоматизованої системи оперативного контролю. Відомі нині методи
вимірювання зносу можна об'єднати у дві великі групи залежно від діагностованого
параметра: вимірювання за геометричними розмірами та вимірювання за масою
металу, що залишилася.
Оптичні та лазерні методи вимірювання геометричних параметрів
займають значну частину сучасного наукового дискурсу. У багатьох публікаціях
європейських та вітчизняних вчених детально розглядається метод лазерної
профілометрії. Дослідники описують системи, які будуються на двох лазерних
випромінювачах: колімований промінь лазера за допомогою системи розгортання
перетворюється на плоский світловий пучок, який розходиться віялом і має
товщину 0,3-0,6 мм, що фіксується матричною телевізійною камерою. Під час
потрапляння контактного проводу у віяловий промінь світла на його поверхні
утворюється видима лінія перетину поверхні проводу з площиною, у якій лежить
цей промінь. Вчені відзначають, що ця лінія виділяється спеціалізованою системою
обробки з отриманого зображення поточного кадру камери, фіксуючи профіль
зношеної поверхні. Важливим науковим висновком є те, що форма фіксованої лінії
слабко залежить від нахилу проводу і визначається, в основному, саме його зносом.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 13

Рисунок 1.4 – Принцип формування оптичного профілю контактного
проводу за допомогою віялового лазерного променя

Водночас, у фаховій літературі відзначається низка суттєвих недоліків
оптичних систем. Дослідники вказують, що у більшості відомих систем обладнання
розміщується на даху вимірювального вагона, при цьому висота підвіски від місця
встановлення телевізійних камер постійно змінюється в межах від 0,5–1 м у
нижньому положенні проводу до 2,0–2,5 м у верхньому можливому положенні. Це
змушує інженерів оснащувати вимірювальну систему складними механічними
пристроями, що забезпечують стеження оптичної системи за висотою підвіски для
її підстроювання. Науковці підкреслюють, що необхідність такого додаткового
пристрою значно ускладнює контроль і є серйозним недоліком оптичного методу.
Ще більш критичною проблемою, яка широко обговорюється в літературі, є
нездатність точно формувати лінію перетину віялового променя з поверхнею за
поганих погодних умов. Автори публікацій доводять, що відбувається розсіювання
променя на краплях води, через що катастрофічно знижується точність
вимірювань. Деякі дослідники пропонують вирішувати цю проблему шляхом
розміщення освітлювального та вимірювального обладнання на окремому полозі
струмоприймача на мінімально допустимій відстані (80-100 мм), де відкритий
оптичний канал захищається від опадів за допомогою спеціальних бленд. Проте
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 14

такі рішення є громіздкими і застосовуються переважно для стаціонарних вагонів-
лабораторій.

Методи вимірювання залишкової ширини майданчика тертя також
активно досліджуються науковою спільнотою. У статтях зазначається, що цей
метод є найбільш популярним під час розроблення пристроїв автоматичної
діагностики завдяки достатності одностороннього доступу до проводу. При
підсвічуванні проводу відбитий від його поверхні сигнал приймається оптичним
сенсором, реєструється ширина смуги, після чого виконується розрахунок
залишкової висоти. Однак, критичний аналіз таких систем у науковій літературі
виявляє серйозні методичні похибки. Дослідники акцентують увагу на тому, що
нижня поверхня майданчика зносу ніколи не буває ідеально рівною; крім дефектів
поверхонь, завжди існує певний радіус кривизни, який є різним у різних точках.
Більше того, вчені вказують на можливу наявність декількох поверхонь зносу, що
виникають після повороту проводу навколо своєї осі в процесі експлуатації.
Відповідно, за умови складної конфігурації (наприклад, подвійного або бічного
зносу) з'являється серйозна помилка в результаті вимірювання виключно за
шириною відблиску. Це робить оптичні методи, засновані лише на ширині
майданчика, непридатними для створення високоточних портативних систем
оперативного контролю.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 15

Рисунок 1.5 – Геометричні профілі зношення контактного проводу та
утворення нерівномірних майданчиків тертя

Електромагнітні та вихрострумові методи оцінки стану контактної
мережі становлять окремий великий пласт наукових досліджень. Автори
публікацій детально описують принцип дії струмо-вихрового датчика, який
ґрунтується на вимірюванні магнітного потоку, що створюється котушкою під час
внесення в її магнітне поле контактного проводу. Теоретичне обґрунтування
методу полягає в тому, що зміна потоку викликається вихровими струмами, що
виникають у металі проводу, а значення електрорушійної сили (ЕРС), наведеної в
приймальній котушці, є прямо пропорційним масі проводу, що залишилася. У
літературі наводяться приклади вимірювальних пантографів для вихрострумового
методу, які монтуються на вагонах-лабораторіях. Проте, аналізуючи ці праці,
можна зробити висновок, що вихрострумові перетворювачі дуже чутливі до зміни
відстані між датчиком та проводом (так званого "lift-off" ефекту), а також до зміни
електропровідності матеріалу проводу внаслідок його нагрівання. Крім того,
пристрої, що реагують на масу металу, що залишилася, включаючи ті, що
працюють на принципі вимірювання активного опору ділянки проводу за схемою
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 16

чотирьох затискачів, не дають точного уявлення про локальну геометрію зносу і не
дозволяють виявити небезпечні бокові підпили.
Контактні механо-електричні методи в сучасному науковому середовищі
розглядаються як найбільш стабільні та надійні для створення портативного
вимірювального обладнання. У класичних працях описується схема вимірювань за
висотою від базової лінії, де пристрій складається з двох пар роликів, закріплених
на візку, які охоплюють провід, причому осі роликів розташовані під кутом 40°
відносно одна одної, нижче бічних заглиблень проводу. Між роликами
розташовується вимірювальний датчик. Принцип роботи полягає в тому, що у міру
зносу проводу датчик піднімається, а його механічне переміщення перетворюється
на електричну напругу, пропорційну зносу. Дослідники зазначають, що раніше такі
пристрої мали низьку швидкість вимірювання через необхідність переставляти
датчик у місцях відходу гілок підвіски на анкерування. Однак, сучасні публікації з
мікроелектроніки та автоматизації пропонують модернізувати цей підхід. Завдяки
використанню високоточних лінійних потенціометричних перетворювачів, які
підключаються до аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) сучасних
мікроконтролерів, вдається досягти похибки вимірювання менше ніж 0,1 мм.
Безпосередній механічний контакт вимірювального елемента з проводом повністю
нівелює вплив погодних умов, оптичних перешкод, шарів мастила чи нагару, що
робить цей метод безальтернативним для портативних систем, які застосовуються
лінійними бригадами в будь-яких експлуатаційних умовах.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 17

Рисунок 1.6 – Кінематична схема пристрою для контактного вимірювання
геометричних параметрів зносу

Інтеграція бездротових сенсорних мереж та концепцій IIoT є
найсучаснішим трендом, що масово висвітлюється у фаховій літературі останніх
років. Науковці акцентують увагу на тому, що більша частина автоматичних
засобів вимірювання традиційно встановлюється на вагонах-лабораторіях, де
інформація з вимірювального пантографа передається на бортову ЕОМ через плати
збирання даних та волоконно-оптичні канали зв'язку. Однак, для портативних
пристроїв такий підхід є неможливим. Розвиток індустріального Інтернету речей
(Industrial Internet of Things) вимагає створення компактних, автономних
периферійних пристроїв збору даних. Дослідники приділяють значну увагу
протоколам бездротової передачі інформації, зокрема стандарту Bluetooth Low
Energy (BLE 4.0 і вище). У статтях доводиться, що застосування BLE дозволяє
радикально знизити енергоспоживання портативного приладу, забезпечуючи його
тривалу роботу від компактних акумуляторів. Дані з лінійного датчика висоти та
оптичного енкодера (одометра) синхронно обробляються мікроконтролером,
формують пакет даних і передаються радіоканалом на мобільний пристрій
оператора.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 18

Сучасні підходи до проєктування апаратної частини (Hardware Design)
також знаходять широке відображення у науково-технічній літературі. Значна
увага приділяється питанням електромагнітної сумісності (ЕМС) вимірювальних
систем, що працюють у безпосередній близькості до контактної мережі з напругою
27,5 кВ. Дослідники наголошують на необхідності застосування апаратних
фільтрів нижніх частот та оптичної розв'язки для захисту мікроконтролерних
систем від потужних наведень промислової частоти та імпульсних завад. Крім того,
сучасні методики проєктування передбачають обов'язкове використання систем
автоматизованого проєктування електронної апаратури (САПР). Зокрема, у
фахових джерелах часто згадується використання середовища Altium Designer для
трасування багатошарових друкованих плат портативних приладів. Це дозволяє
оптимізувати розміщення компонентів, розрахувати хвильовий опір
високочастотних трас (що критично важливо для інтегрованих антен Bluetooth-
модулів) та забезпечити високу технологічність і вібростійкість майбутнього
виробу.

Рисунок 1.7 – Концептуальна архітектура бездротового сенсорного вузла на
базі IIoT-технологій

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 19

Висновки з огляду літератури. Детальний аналіз сучасних наукових
публікацій, дисертацій та матеріалів профільних конференцій підтверджує, що
попри активний розвиток автоматичних систем на базі вагонів-лабораторій, існує
гостра наукова та інженерна проблема у сегменті портативного обладнання.
Автори погоджуються, що ручні методи оцінки зносу, засновані на механічних
інструментах, є нерелевантними в епоху цифровізації, оскільки не можуть бути
автоматизовані. Оптичні та лазерні методи є занадто складними, дорогими та
нестабільними для реалізації у вигляді малогабаритного інструменту
електромонтера. Водночас, синтез перевіреного часом механо-електричного
контактного методу з сучасними мікроконтролерними технологіями,
високоточними оптичними енкодерами, сучасними підходами до проєктування
плат (наприклад, в Altium Designer) та протоколами бездротової передачі даних
BLE відкриває широкі перспективи для наукового пошуку. Спроєктований
пристрій, що є об'єктом нашої розробки, має повністю ліквідувати цей розрив,
спростити процес вимірювання, автоматизувати фіксацію результатів та
виключити більшість помилок, пов'язаних із людським фактором, забезпечивши
при цьому інтеграцію локальних вимірів у глобальну базу даних підприємства.

1.3 Патентний пошук та аналіз інноваційних рішень

Для підтвердження світової новизни, технічної доцільності та
патентоздатності обраного напрямку проєктування автоматизованої системи
оперативного контролю, невід'ємним етапом наукового дослідження є проведення
глибокого патентного пошуку. Цей процес дозволяє не лише уникнути дублювання
існуючих розробок, але й виявити вільні технологічні ніші для впровадження
інновацій. Пошук здійснювався з використанням глобальних баз даних Всесвітньої
організації інтелектуальної власності (WIPO PATENTSCOPE), Європейського
патентного відомства (Espacenet), Відомства з патентів та товарних знаків США
(USPTO) та спеціалізованої бази Українського національного офісу
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 20

інтелектуальної власності та інновацій (УКРНОІВІ). Глибина ретроспективного
пошуку склала п'ятнадцять років, що є оптимальним періодом для оцінки динаміки
розвитку мікроелектронних вимірювальних систем у залізничній галузі.
Основними класами Міжнародної патентної класифікації (МПК), за якими
здійснювався цілеспрямований відбір документів, стали класи B60L (Електрична
тяга; Струмоприймачі для ліній електропостачання), G01B 5/00 (Вимірювальні
прилади, що характеризуються використанням механічних засобів) та G01B 11/00
(Оптичні вимірювальні прилади). Аналіз знайдених документів показав, що
абсолютна більшість запатентованих за останнє десятиліття рішень у європейських
країнах спрямована на вдосконалення дорогих систем безконтактного контролю
для швидкісних поїздів.
Розглядаючи європейські патенти у сфері лазерної профілометрії
контактного проводу, варто виділити патентні заявки, що описують складні
комплекси з використанням високошвидкісних камер та структурованого
підсвічування. Суть цих винаходів зводиться до формування тривимірної моделі
проводу під час руху діагностичного вагона. Незважаючи на високу
технологічність, у формулах цих патентів обов'язково присутні складні механізми
стабілізації оптичних осей та системи примусового обдуву лінз для боротьби з
атмосферними опадами. Це підтверджує раніше зроблений висновок про надмірну
складність, високу вартість та вразливість оптичних методів для реалізації у
вигляді портативного інструменту для щоденного використання лінійними
ремонтними бригадами.
Аналіз американських та міжнародних патентів, які описують портативні
пристрої, виявляє тенденцію до використання вимірювальних візків, що
перекочуються по контактному проводу за допомогою ізолюючих штанг. У
формулах таких винаходів часто фігурують індуктивні датчики лінійного
переміщення (LVDT) та масивні механічні одометри. Хоча ці рішення вирішують
проблему незалежності вимірювань від погодних умов, їхніми критичними
недоліками є велика маса вимірювального вузла та використання закритих
радіопротоколів, що унеможливлює їх універсальну інтеграцію. Крім того, у
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 21

жодному з проаналізованих міжнародних патентів не було знайдено концепції
поєднання енергоефективних протоколів бездротових сенсорних мереж стандарту
Bluetooth Low Energy з легкими контактними потенціометричними датчиками.
Дослідження національної бази патентів України на корисні моделі
демонструє наявність кількох розробок, присвячених контактним вимірювальним
штангам. Запропоновані вітчизняними авторами пристрої містять механічні щупи
та найпростіші аналого-цифрові перетворювачі, дані з яких зчитуються за
допомогою вбудованого стрілочного або цифрового індикатора. Проте архітектура
цих рішень категорично не відповідає сучасним вимогам індустріального Інтернету
речей (IIoT). Більшість запатентованих вітчизняних приладів є повністю
ізольованими, не здатні зберігати масиви даних і передавати їх на мобільні
пристрої, а також використовують застарілу аналогову базу без належного захисту
від електромагнітних наведень.
На основі критичного аналізу патентної документації можна впевнено
стверджувати, що запропонована у даній кваліфікаційній роботі концепція має
суттєву новизну. Використання надійного лінійного потенціометричного датчика
переміщення у поєднанні з оптичним енкодером для точної прив'язки дефекту до
геометричної координати формує унікальний, стійкий до завад вимірювальний
тракт. Застосування для обробки цих сигналів сучасних та перевірених у
промисловості мікроконтролерів (зокрема сімейства ATmega) гарантує високу
обчислювальну стабільність при мінімальному енергоспоживанні, що є критично
важливим для автономних пристроїв. Водночас, проєктування апаратної частини
системи у професійних САПР, таких як Altium Designer 15, дозволить реалізувати
багатошарову друковану плату з надійним екрануванням високочастотного тракту
Bluetooth-модуля та гальванічним захистом від електромагнітних завад тягової
мережі 27,5 кВ. Така продумана комбінація апаратних рішень не має прямих
аналогів у патентних базах і має надзвичайно високий потенціал для отримання
патенту на корисну модель.
Висновки до розділу
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 22

Проведений комплексний аналіз існуючих методів діагностики,
комерційних систем моніторингу, актуальної наукової літератури та патентної
документації дозволяє зробити низку важливих для подальшого проєктування
висновків. Застарілі ручні засоби контролю не відповідають сучасним вимогам
автоматизації, цифровізації та охорони праці, тоді як високошвидкісні безконтактні
комплекси на базі вагонів-лабораторій є економічно недоцільними для щоденного
оперативного використання лінійними бригадами. Оптичні та лазерні методи
діагностики, незважаючи на їхній інтенсивний технологічний розвиток,
залишаються критично вразливими до погодних умов, крапель води, відблисків та
графітового забруднення контактного проводу.
Обґрунтовано, що єдино правильним шляхом вирішення проблеми є
створення портативного мікроконтролерного пристрою на базі контактного
механо-електричного методу вимірювання залишкової висоти у поєднанні з
оптичною фіксацією пройденої відстані. Використання надійних мікроконтролерів
сімейства ATmega, інтегрованих з модулем бездротового зв'язку Bluetooth Low
Energy, забезпечить стовідсоткову автоматизацію передачі даних на мобільні
термінали обслуговуючого персоналу. Застосування передових стандартів
трасування друкованих плат в Altium Designer 15 гарантуватиме промислову
надійність та завадостійкість приладу в екстремальних умовах експлуатації. Таким
чином, розробка автоматизованої системи оперативного контролю є науково
обґрунтованою, технічно інноваційною та повністю готовою до етапу інженерної
реалізації.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 23

2. Обґрунтування технічного завдання

Розробка автоматизованої системи оперативного контролю технічного
стану контактної мережі вимагає чіткого формулювання технічного завдання, яке
базується на результатах попереднього критичного аналізу. Головним
призначенням проєктованої системи є оперативне, високоточне та безпечне
вимірювання залишкової висоти контактного проводу з одночасною фіксацією
пройденої відстані та бездротовою передачею масивів даних на мобільний термінал
оператора. Зважаючи на специфічні умови експлуатації на об'єктах залізничної
інфраструктури, система повинна відповідати жорстким вимогам європейських
стандартів (зокрема серії EN 50122) щодо електробезпеки та електромагнітної
сумісності. Пристрій має гарантовано функціонувати в умовах постійного впливу
потужних електромагнітних полів від тягової мережі змінного струму напругою
27,5 кВ, а також за широкого діапазону температур навколишнього середовища (від
мінус 20 до плюс 50 градусів Цельсія). Конструктивне виконання портативного
вимірювального вузла повинно забезпечувати ступінь захисту оболонки не нижче
IP65, що повністю унеможливить потрапляння всередину вологи та
дрібнодисперсного графітового пилу від струмоприймачів, гарантуючи тим самим
стабільність метрологічних характеристик виробу.
Вимоги до вимірювального тракту та сенсорної бази є критично важливими
для забезпечення загальної достовірності даних системи. Для вимірювання
залишкової висоти фасонного проводу необхідно застосувати високоточний
контактний (механо-електричний) метод, який абсолютно не схильний до впливу
погодних факторів та оптичних перешкод. Як первинний перетворювач доцільно
обрати потенціометричний датчик лінійного переміщення індустріального класу.
Він повинен забезпечувати похибку перетворення не гірше ніж 0,05 мм на всьому
діапазоні вимірювань (зазвичай від 0 до 15 мм, що з запасом перекриває
максимальний допустимий знос стандартних проводів площею перерізу 85-120
квадратних міліметрів). Для синхронної просторової прив'язки значень зносу до
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 24

поздовжньої координати проводу, прилад обов'язково має бути оснащений
одометром на базі інкрементального оптичного енкодера. Цей вузол повинен
генерувати апаратні строб-імпульси через кожні 10-50 мм пройденого шляху,
ініціюючи процес аналого-цифрового перетворення сигналу з лінійного датчика
висоти. Такий архітектурний підхід дозволить формувати рівномірний цифровий
масив даних тривимірного профілю проводу незалежно від швидкості переміщення
вимірювальної штанги електромонтером.
Вимоги до обчислювального ядра та мікроконтролерної системи базуються
на необхідності забезпечення абсолютної надійності, детермінованості реакцій на
апаратні переривання та мінімального енергоспоживання. Серцем портативного
пристрою має стати восьмибітний мікроконтролер індустріального виконання з
розвиненою апаратною периферією. Оптимальним інженерним вибором для
вирішення завдань такого класу є використання перевірених часом та складними
промисловими умовами мікроконтролерів сімейства ATmega. Обраний контролер
повинен мати на борту багатоканальний аналого-цифровий перетворювач (АЦП) з
роздільною здатністю не менше 10 біт для оцифрування сигналу з потенціометра,
апаратні таймери-лічильники для апаратної обробки квадратурних сигналів
енкодера та стандартні комунікаційні інтерфейси (наприклад, UART або SPI) для
швидкого сполучення з радіомодулем. Обчислювальна потужність
мікроконтролера повинна забезпечувати математичну можливість первинної
цифрової фільтрації сигналів (реалізацію алгоритмів ковзного середнього або
медіанної фільтрації) для усунення високочастотних апаратних шумів перед
формуванням пакетів даних.
Вимоги до комунікаційного інтерфейсу та енергозабезпечення
продиктовані парадигмою індустріального Інтернету речей (IIoT) та необхідністю
граничної мінімалізації габаритів і маси пристрою. Передача вимірювальної
інформації від портативного датчика на мобільний термінал оператора (захищений
смартфон або планшет) має здійснюватися виключно бездротовим каналом зв'язку.
Враховуючи необхідність тривалої автономної роботи, стандартом обміну даними
слід обрати протокол Bluetooth Low Energy (BLE версії 4.0 або вище). Радіомодуль
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 25

повинен забезпечувати стійкий зв'язок на відстані до 15-20 метрів (з урахуванням
роботи монтера на висоті з довгою ізолюючою штангою) та підтримувати
автоматичний перехід у режим глибокого сну (Deep Sleep) у мікропаузах між
сеансами вимірювання. Система живлення повинна будуватися на базі сучасних
літій-полімерних (Li-Po) акумуляторів з інтегрованими контролерами заряду та
апаратним захистом від струмів короткого замикання. Загальне енергоспоживання
мікроконтролерної системи в активному режимі передачі даних не повинно
перевищувати 30-50 мА, що гарантуватиме безперервну роботу приладу протягом
кількох робочих змін.
Вимоги до конструювання та проєктування друкованих плат безпосередньо
випливають із надзвичайно жорстких електромагнітних умов експлуатації поблизу
тягової мережі. Розробка топології друкованої плати для вимірювального вузла
повинна здійснюватися виключно у професійних системах автоматизованого
проєктування електронної апаратури. Використання промислового середовища
рівня Altium Designer 15 є обов'язковою умовою для створення надійного виробу,
оскільки цей інструментарій дозволяє реалізувати комплексний наскрізний підхід
до проєктування, починаючи від верифікації принципової електричної схеми і
закінчуючи генерацією високоточних виробничих файлів стандарту Gerber.
Проєктована плата повинна бути як мінімум двошаровою, із суцільними мідними
полігонами заземлення (GND) для надійного екранування чутливих аналогових
вимірювальних кіл від високочастотного цифрового шуму мікроконтролера та
радіочастотного тракту BLE-модуля. Крім того, під час трасування топології
необхідно враховувати вимоги щодо жорсткої мінімізації довжини провідників від
аналогового датчика до входів АЦП, а також передбачати розміщення пасивних
апаратних RC-фільтрів безпосередньо біля виводів мікроконтролера для
придушення наведень промислової частоти 50 Гц.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 26

3. Розробка структурної та принципової схеми системи

3.1 Розробка структурної схеми

Розробка структурної схеми є фундаментальним етапом проєктування, який
визначає архітектуру, функціональні блоки та напрямки потоків інформації в
автоматизованій системі. Виходячи з вимог сформульованого технічного завдання,
архітектуру системи оперативного контролю технічного стану контактної мережі
логічно розділено на два ієрархічні рівні: польовий рівень безпосереднього збору
даних (портативний вимірювальний пристрій) та верхній рівень агрегації, обробки
й інтеграції інформації в інфраструктуру залізничного депо. Такий розподілений
підхід дозволяє мінімізувати апаратну складність ручного інструменту, перенісши
важкі обчислювальні та аналітичні задачі на стаціонарне обладнання.
Польовий рівень представлений компактним автономним вимірювальним
вузлом, який кріпиться на ізолюючій штанзі. Центральним елементом цього вузла
є блок мікроконтролера, на який покладено функції збору сирих даних, їхньої
первинної цифрової фільтрації та управління комунікаційними інтерфейсами.
Навколо мікроконтролерного ядра формується вимірювальний тракт, що
складається з двох ключових сенсорних блоків. Перший — це блок вимірювання
залишкової висоти контактного проводу. Для забезпечення еталонної точності в
умовах екстремальних електромагнітних наведень від тягової мережі та високих
механічних вібрацій, у структурній схемі застосовано промислові датчики
лінійного переміщення від компанії Siemens. Їхня висока роздільна здатність та
промисловий рівень захисту ідеально підходять для роботи у складі діагностичного
обладнання. Другий сенсорний блок — це одометричний вузол, призначений для
просторової прив'язки значень зносу до пройденої відстані вздовж проводу.
Синхронізація роботи двох сенсорних блоків відбувається на апаратному
рівні. Переміщення приладу вздовж проводу фіксується одометром, який генерує
строго визначену кількість імпульсів на кожен міліметр пройденого шляху. Ці
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 27

імпульси надходять на вхід зовнішніх переривань мікроконтролера, ініціюючи
миттєве зчитування аналогового сигналу з лінійного датчика Siemens через
вбудований аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Завдяки такому
структурному рішенню формується рівномірний масив просторових координат
профілю проводу, який абсолютно не залежить від швидкості, з якою
електромонтер переміщує вимірювальну штангу. Блок живлення портативного
вузла структурно включає літій-полімерний акумулятор, контролер заряду та
високоефективний DC-DC перетворювач для формування стабільної напруги
живлення логічної частини та аналогових датчиків.

Рисунок 3.1 – Структурна схема автоматизованої системи оперативного
контролю технічного стану контактної мережі

Передача зібраних та попередньо відфільтрованих мікроконтролером даних
здійснюється через комунікаційний блок, побудований на базі радіомодуля
стандарту Bluetooth Low Energy. Пакетна інформація транслюється на проміжний
мобільний термінал (захищений планшет або смартфон), який знаходиться в
електромонтера. Мобільний додаток терміналу візуалізує поточний профіль
контактного проводу в режимі реального часу, сигналізуючи про виявлення
критичного локального зносу. Проте на цьому структура системи не завершується,
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 28

оскільки сучасна парадигма автоматизації вимагає повної інтеграції локальних
даних у загальну мережу підприємства.
З мобільного терміналу зашифровані масиви даних через стільникову мережу
або Wi-Fi передаються на верхній рівень системи — до диспетчерського пункту
дистанції електропостачання. Для надійної агрегації даних від багатьох
портативних приладів, формування єдиної бази зносу та безшовної інтеграції в
автоматизовану систему управління технологічними процесами (АСУ ТП) депо, як
шлюз збору даних використовується промисловий програмований логічний
контролер (ПЛК) Omron. Інтеграція ПЛК Omron у загальну структурну схему
дозволяє на апаратному рівні зв'язати нашу систему діагностики з існуючими
комплексами диспетчеризації (SCADA), автоматично формувати наряди на ремонт
аварійних ділянок та реалізувати концепцію предиктивного обслуговування
(Predictive Maintenance) інфраструктури.
Фізична реалізація всієї апаратної частини польового рівня вимагає
об'єднання мікроконтролера, радіомодуля та кіл узгодження датчиків на єдиній
платформі. Проєктування структурної топології та безпосереднє трасування
друкованої плати здійснюється у професійному середовищі Altium Designer.
Використання цього потужного інструменту автоматизованого проєктування
дозволяє ще на етапі розробки структурних та принципових схем закласти
необхідні вимоги щодо електромагнітної сумісності, розділити полігони аналогової
та цифрової землі, а також оптимізувати хвильовий опір радіочастотного тракту
Bluetooth-модуля.
Структурна декомпозиція системи на чітко окреслені функціональні блоки з
використанням передової промислової елементної бази гарантує її високу
масштабованість, ремонтопридатність та стійкість до відмов. Відсутність складних
механічних та оптичних вузлів, які були характерні для аналогів попередніх
поколінь, робить розроблену структуру ідеально адаптованою до суворих реалій
експлуатації на залізничному транспорті.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 29

3.2 Обґрунтування вибору елементів схеми

Вибір елементної бази для реалізації принципової електричної схеми
портативного вимірювального вузла ґрунтується на необхідності безумовного
виконання вимог технічного завдання щодо точності, надійності,
енергоефективності та стійкості до екстремальних електромагнітних завад.
Враховуючи специфіку роботи приладу в безпосередній близькості до контактної
мережі напругою 27,5 кВ, пріоритет надавався компонентам індустріального та
військового стандартів виконання, які мають розширений температурний діапазон
та покращені характеристики електромагнітної сумісності (ЕМС). Ключовим
критерієм вибору мікроконтролера DD1 стала необхідність поєднання високої
обчислювальної потужності з мінімальним енергоспоживанням у режимах сну та
наявністю розвиненої периферії для обробки різнорідних сигналів. Восьмибітний
мікроконтролер ATmega1284p від компанії Microchip (Atmel) був обраний завдяки
наявності 128 Кбайт Flash-пам'яті, що дозволяє реалізувати складні алгоритми
цифрової фільтрації та стеку протоколу BLE, а також 10-бітного АЦП з достатньою
швидкодією та двох апаратних інтерфейсів UART. Використання мікроконтролерів
сімейства STM32 було відхилено через їхнє надмірне енергоспоживання в
активному режимі та складність забезпечення ЕМС у даному конкретному
застосуванні, тоді як ATmega1284p демонструє еталонну стабільність роботи в
умовах потужних промислових наведень.
Обґрунтування вибору сенсорної бази та компонентів вимірювального
тракту базується на забезпеченні метрологічної надійності системи. Як первинний
перетворювач залишкової висоти проводу D1 було обрано прецизійний
потенціометричний датчик лінійного переміщення серії Siemens SITRANS, який
замінив морально застарілі та недоступні аналоги. Датчики Siemens відзначаються
високою лінійністю (до 0,05%), практично нескінченною роздільною здатністю та
надзвичайно високим ступенем захисту (IP67), що є критичним для роботи в
умовах забруднення графітовим пилом та опадами. Для оцифрування сигналу з
датчика Siemens з мінімальними похибками було обрано операційний підсилювач
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 30

DA1 типу AD8606 від Analog Devices. Цей двоканальний підсилювач має
наднизький вхідний струм, мінімальний зсув напруги та підтримує технологію
Rail-to-Rail, що дозволяє максимально ефективно використовувати динамічний
діапазон АЦП мікроконтролера при низьковольтному живленні 3,3 В. Для
одометричного вузла D2 було підтверджено вибір оптичного енкодера HEDS-9730
від Broadcom (Avago Technologies). Він є стандартом де-факто для компактних
промислових систем завдяки своїй надійності, високій роздільній здатності (до 360
LPI) та здатності працювати при значних механічних вібраціях, формуючи чіткий
квадратурний сигнал для апаратних переривань мікроконтролера.
Вибір компонентів системи зв'язку та керування живленням продиктований
вимогами автономності та сучасними стандартами IIoT. Для реалізації
бездротового інтерфейсу було обрано сертифікований модуль Bluetooth Low
Energy DD2 типу BLE112 від компанії Silicon Labs (Bluegiga). Даний модуль
містить вбудований стек протоколу Bluetooth 4.0, антену та вирізняється
наднизьким енергоспоживанням у режимі передачі даних (близько 27 мА), що
ідеально підходить для батарейного живлення. Використання готового модуля, а
не чипа, дозволяє гарантувати стабільність радіозв'язку та спрощує сертифікацію
виробу. Фундаментальним рішенням для забезпечення завадостійкості аналогового
тракту стало використання DC/DC перетворювача U3 типу TPS60210 від Texas
Instruments. Цей мікропотужний перетворювач на базі перемикаємих
конденсаторів (charge pump) забезпечує стабільну напругу 3,3 В без використання
індуктивностей, які могли б слугувати антенами для магнітної складової перешкод
від контактної мережі. Крім того, TPS60210 має наднизький рівень власних
пульсацій, що критично важливо для живлення прецизійного АЦП та операційного
підсилювача. Для реалізації схеми програмного керування живленням датчиків
(Power Gating) було обрано P-канальні MOSFET-транзистори VT1 та VT2 типу
IRLML6401. Ці транзистори в компактному корпусі SOT-23 мають наднизький опір
відкритого каналу (менше 65 мОм), що мінімізує втрати напруги при живленні
датчиків, та керуються логічними рівнями 3,3 В безпосередньо від порту
мікроконтролера.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 31

3.3 Розробка схеми електричної принципової системи автоматизації

Розробка принципової електричної схеми портативного вимірювального
вузла є ключовим етапом апаратного проєктування, на якому структурні блоки
перетворюються на конкретні схемотехнічні рішення із заданими електричними
параметрами. З огляду на надзвичайно складні електромагнітні умови експлуатації
поблизу контактної мережі змінного струму (27,5 кВ), схема повинна
забезпечувати не лише високу точність вимірювань, але й апаратну завадостійкість
та стабільність живлення. Основу обчислювального ядра приладу становить
високопродуктивний восьмибітний мікроконтролер індустріального стандарту
ATmega1284p. Вибір саме цього мікроконтролера обґрунтований його розширеним
обсягом Flash-пам'яті, наявністю кількох апаратних інтерфейсів USART для
незалежної роботи з радіомодулями та швидким багатоканальним аналого-
цифровим перетворювачем (АЦП). Мікроконтролер тактується від зовнішнього
кварцового резонатора частотою 16 МГц, що забезпечує жорстку детермінованість
часових інтервалів під час збору даних.
Інтеграція аналогового вимірювального тракту вимагає особливої уваги
до фільтрації сигналів. Прецизійний потенціометричний датчик лінійного
переміщення (від компанії Siemens), який безпосередньо вимірює залишкову
висоту контактного проводу, не може бути підключений до входів АЦП
мікроконтролера напряму. Для придушення потужних низькочастотних наведень
(50 Гц) від тягової мережі, аналоговий сигнал проходить через активний фільтр
нижніх частот (ФНЧ) другого порядку. Цей фільтр реалізовано на базі
прецизійного операційного підсилювача AD8606, який відзначається низьким
рівнем власного шуму та підтримкою технології Rail-to-Rail, що критично важливо
для систем із низьковольтним однополярним живленням. Крім того, для захисту
входів операційного підсилювача та мікроконтролера від електростатичних
розрядів (ESD), у схемі передбачено встановлення швидкісних обмежувальних
TVS-діодів на кожній сигнальній лінії.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 32

Підключення цифрового одометричного вузла, реалізованого на базі
оптичного енкодера HEDS-9730, здійснюється до виводів зовнішніх апаратних
переривань мікроконтролера ATmega1284p (INT0 та INT1). Оптичний датчик
формує два квадратурні сигнали (канали А та В), зсунуті за фазою на 90 градусів.
Апаратна обробка цих сигналів дозволяє мікроконтролеру не лише з високою
точністю (з точністю до часток міліметра) фіксувати пройдену штангою відстань,
але й визначати напрямок її руху. Для усунення можливого «брязкоту» на лініях
енкодера та формування крутих фронтів імпульсів, у принципову схему закладено
пасивні інтегруючі RC-ланцюжки (підтягуючі резистори та керамічні
конденсатори малої ємності).
Організація бездротового зв'язку та керування живленням є
фундаментальними для забезпечення тривалої автономної роботи приладу. Для
передачі сформованих масивів даних (координата плюс значення зносу) на
мобільний термінал оператора, використовується модуль Bluetooth Low Energy
(наприклад, інтегральне рішення стандарту BLE 4.0), який підключається до
мікроконтролера через апаратний інтерфейс UART. Живлення всієї схеми
здійснюється від компактного літій-полімерного (Li-Po) акумулятора з
номінальною напругою 3,7 В. Оскільки мікроконтролер, Bluetooth-модуль та
оптичний енкодер вимагають стабілізованої напруги, у схемі застосовано
високоефективний знижувально-підвищувальний (Buck-Boost) DC/DC
перетворювач TPS60210. Він гарантує підтримку стабільної напруги 3,3 В на шині
живлення навіть при значному розряді акумулятора. Для максимальної економії
енергії, живлення на аналоговий та оптичний датчики подається не постійно, а
лише в момент проведення вимірювань через спеціальні польові транзисторні
ключі (P-канальні MOSFET типу IRLML6401), якими логічно керує
мікроконтролер.
Вимоги до електромагнітної сумісності (ЕМС) та топології
безпосередньо впливають на етап переходу від принципової схеми до друкованої
плати. Оскільки розробка топології здійснюється у професійному середовищі
автоматизованого проєктування Altium Designer, принципова схема містить усі
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 33

необхідні директиви для подальшого трасування. Зокрема, передбачено розділення
«земляних» провідників на аналогову (AGND) та цифрову (DGND) землі, які
з'єднуються в одній точці (Star Grounding) під корпусом мікроконтролера. Це
схемотехнічне рішення дозволяє повністю виключити вплив високочастотних
цифрових шумів від радіомодуля на прецизійний аналоговий тракт вимірювання
висоти проводу, гарантуючи метрологічну достовірність системи автоматизації.

Рисунок 3.2 –Схема електрична принципова автоматизованої системи
оперативного контролю технічного стану контактної мережі

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 34

4 Розрахунок основних вузлів схеми

4.1. Розробка програмного забезпечення
Ключовою перевагою застосування радіомодуля BLE112 є широкий спектр
доступних засобів для програмування. До базового інструментарію, що
використовується для налаштування модуля та створення застосунків, належать:
• BGScript — спрощена, подібна до BASIC мова програмування. Її
використання дозволяє виконувати скрипти безпосередньо на самих BLE-модулях,
що повністю усуває потребу в інтеграції додаткового мікроконтролера.
• BGAPI — спеціальний програмний інтерфейс для управління модулем
через зовнішній керуючий пристрій (хост-контролер), який функціонує у зв'язці з
портованою C-бібліотекою BGLib.
• Bluegiga Bluetooth Smart SDK та Bluegiga Profile Toolkit — набори
засобів розробника, призначені для конструювання власних Bluetooth Smart
додатків та профілів.
Архітектурна побудова додатків для технології BLE має свої особливості.
Безпосередньо на самому модулі реалізується серверна частина, завдання якої —
надання клієнтським пристроям доступу до сервісів (наприклад, трансляція
показників із сенсорів). Зі свого боку, пристрій-клієнт — у цій ролі виступає
пристрій збору даних — приймає цю інформацію для подальшої візуалізації або
ретрансляції.
Специфіка програмного забезпечення для терміналу збору даних
визначається як обраною операційною системою, так і підходами конкретного
розробника. Існує можливість реалізації базових, максимально спрощених
застосунків із такою логічною послідовністю дій:
1. Сканування радіоефіру на наявність активних BLE-пристроїв.
2. Встановлення з'єднання з цільовим апаратом після його успішної
ідентифікації.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 35

3. Ініціалізація підпрограми «Вимірювання» (відповідає за прийом
вхідних пакетів даних від BLE-сервера).
4. Виведення отриманих показників на дисплей.
5. Прийняття рішення щодо подальшого алгоритму дій або збереження
отриманих результатів у базу даних.
6. Циклічне продовження зчитування інформації або примусова зупинка
виконання підпрограми.
Графічне відображення алгоритмів функціонування представлене на
рисунках 4.1 та 4.2. Зокрема, наведено загальні блок-схеми головної програми
модуля та логіки роботи підпрограми збору даних (Measurement) на стороні
пристрою-клієнта.

Рисунок 4.1 — Структурна схема алгоритму роботи основної програми
модуля
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 36

Рисунок 4.2 — Структурна схема алгоритму роботи підпрограми
«Вимірювання»

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 37

Сучасний арсенал інструментів розробника надає широкі можливості для
написання клієнтського програмного забезпечення під будь-яку операційну
систему та для будь-якого апарату, за умови апаратної підтримки взаємодії з BLE-
пристроями.

4.2 Розрахунок енергоспоживання

Для точного визначення загального енергоспоживання спроєктованого
приладу необхідно проаналізувати витрати енергії його ключовими апаратними
компонентами: сенсорами переміщення, операційним підсилювачем,
радіомодулем BLE112 та блоком індикації.
Під час розробки доцільно виокремити чотири потенційні режими
функціонування системи:
• одиничне вимірювання без трансляції показників;
• одиничне вимірювання з відправкою даних на віддалений термінал збору;
• безперервне (потокове) вимірювання без активації радіоканалу;
• безперервне вимірювання з постійною передачею інформації на віддалений
пристрій.
Згідно з регламентом технічної експлуатації електрифікованих залізниць,
суцільний моніторинг по всій довжині контактного проводу (КП) здійснюється
виключно на відрізках, де зафіксовано знос понад 25%. З огляду на те, що потокові
вимірювання застосовуються лише в зонах локального стирання КП і є скоріше
винятком, ніж правилом, у подальших розрахунках останні два режими не
розглядатимуться.
При частоті дискретизації 150 Гц аналого-цифровий перетворювач (АЦП)
мікроконтролера генерує 16 відліків. Загальна тривалість одного циклу
вимірювання (враховуючи 100 мс, необхідних для стабілізації перехідних процесів
після замикання ключа) розраховується за такою залежністю:
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 38

T = t + n
o.i. пп (4.1)
f

де To.i. — тривалість одиничного вимірювання (мс); n — кількість
отриманих відліків; f — частота дискретизації (Гц); tпп — час встановлення
перехідного процесу. Згідно з обчисленнями, на проведення одного виміру
витрачається 216,6 мс.
Щодо струмоспоживання окремих елементів: оптичний сенсор потребує 25
мА, а модуль індикації — 0,5 мА. Зв'язка потенціометричного датчика та
операційного підсилювача споживає 1,68 мА. Сумарний струм системи (I_{oo}) без
урахування мікроконтролера сягає 27,18 мА. Таким чином, витрати заряду на
проведення одного вимірювання становитимуть:

Q = I ⋅To.i. = 27,18 ⋅10−3 ⋅ 216,6 ⋅10−3 = 5,89 ⋅10−3 (4.2)

Для самого мікроконтролера середній показник струму під час виконання
одиничного виміру (без трансляції даних) становить 6,7 мА. Повний цикл його
активності — пробудження, збір показників, обчислення та повернення у режим
сну — триває 218,4 мс. Відповідно, енерговитрати мікроконтролера
дорівнюватимуть:

Q = Ioo ⋅To.i. = 6,7 ⋅10−3 ⋅ 218, 4 ⋅10−3 = 1,39 ⋅10−3 (Ас) (4.3)

Отже, сукупне енергоспоживання приладу під час виконання одного виміру
без передачі результатів складає: 5,89 + 1,39 = 7,28·10⁻³ А·с.
У режимі роботи з активним радіоканалом витрати енергії модулем BLE112
суттєво залежать від зовнішнього середовища, стабільності з'єднання та параметрів
приймача. Для реєстрації реального струмоспоживання використовувався
осцилограф, підключений у розрив кола живлення через вимірювальний резистор
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 39

номіналом 10 Ом. Динаміка зміни струму під час перемикання станів модуля
наведена на відповідних осцилограмах з технічної документації (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 — Струм споживання BLE112 під час передавання даних

Під час виконання одиничного виміру з паралельною передачею інформації
енерговитрати модуля становлять 1,49·10⁻³ А·с. Щоб розрахувати споживання
BLE112 у режимі очікування (струм сну за паспортом — 9·10⁻⁶ А), необхідно
визначити сумарний час його перебування в неактивному стані.
Відповідно до нормативних актів, ручний контроль зносу КП здійснюється
бригадою з 5 фахівців, які витрачають 8,5 людино-годин на обстеження одного
кілометра шляху. З урахуванням додаткових 2,15 людино-годин, необхідних для
пропуску поїздів і маніпуляцій з вишкою, загальні трудовитрати сягають 10,65
людино-годин. Таким чином, за стандартну 8-годинну зміну бригада здатна
перевірити 3,75 км колії.
Оскільки мікроконтролер переходить у сплячий режим швидше, ніж
завершує роботу радіомодуль, для подальших розрахунків береться до уваги лише
час активності МК, що дорівнює 221 мс. Враховуючи, що на 1 км припадає 15
прольотів (по 9 фіксаторів на кожен), на відрізку з подвійним КП бригада здійснює
близько 2025 вимірів за робочу зміну.
Тривалість режиму сну мікроконтролера розраховується як:

Tсну = Tср − Ni ⋅Tмк (4.4)
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 40

де Tсну — загальний час перебування мікроконтролера в режимі сну за зміну
(с); Tср — загальна тривалість зміни (с); Sïð — подолана бригадою відстань; Ni —
кількість здійснених вимірювань; Tмк — час активності мікроконтролера (с).
Відповідно, сумарний час сну мікроконтролера за зміну становить 28358
секунд в автономному режимі та 28356 секунд у режимі постійної передачі даних.
Середній струм споживання пристрою визначається за співвідношенням:

Q
Iроб. = (4.5)
Tср

де Iср.î.³. — середній показник струму під час одиничного виміру (А).
За розрахунками, без використання віддаленого терміналу середній струм
дорівнює 1,8574·10⁻³ А, а з активованою передачею — 1,8578·10⁻³ А.
Якщо в якості основного джерела живлення обрати Li-Ion акумулятор
ємністю 1500 мА·год із середньою робочою напругою 1,8 В, струм споживання від
батареї (формула 4.6) дозволяє обчислити загальний час автономного
функціонування приладу:
T = Cак
роб (4.7)
Iсрî.³.
У підсумку, розрахунковий час роботи пристрою від одного заряду
акумулятора під час одиничних вимірювань досягне 489,5 годин без трансляції
показників та 489,3 години за умови активного обміну даними з дистанційним
пристроєм збору.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 41

5. Спеціальна частина

5.1 Розробка технологічного процесу виготовлення друкованої плати

Друкована плата (ДП) являє собою діелектричну базу пласкої форми, на
поверхні якої сформовано систему струмопровідних металевих доріжок, що
реалізують електричні з'єднання згідно з принциповою схемою.
Головне функціональне призначення ДП — забезпечення просторового
розміщення та фіксації електрорадіоелементів (ЕРЕ) із залученням
автоматизованих складальних ліній. Наступним етапом є групова пайка
компонентів, яка виконується методом занурення в розплав або на хвилі припою
марки ПОС-60. Для надійного встановлення вивідних деталей у структурі плати
виконуються спеціальні монтажні отвори. Зв'язок між струмопровідними шарами
на різних сторонах діелектрика забезпечується через так звані перехідні
металізовані отвори.
Впровадження ДП у серійне виробництво значно полегшує процеси
регулювання апаратури та мінімізує ризик виникнення помилок під час складання,
оскільки топологія провідників і координати отворів є стандартизованими для всіх
виробів однієї партії. Додатковими перевагами такого підходу перед традиційним
об'ємним монтажем є суттєве зменшення масогабаритних показників апаратури,
оптимізація відведення теплової енергії та зниження загальної металомісткості
конструкції.
До друкованих плат ставляться жорсткі вимоги щодо точності відтворення
провідного малюнка, показників опору ізоляції та механічної надійності. Критично
важливим критерієм є здатність поверхні до паяння, яка гарантується правильним
підбором фінішних покриттів та якістю металізації. Саме тому хіміко-гальванічні
процеси відіграють ключову роль у загальному циклі виготовлення виробу.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 42

Аналіз на технологічність конструкції виробу
Під технологічністю конструкції розуміють комплекс властивостей виробу,
що забезпечують його максимальну пристосованість до виготовлення, технічної
експлуатації та ремонтопридатності з мінімальними витратами ресурсів, за умови
збереження заданого рівня якості та визначених обсягів випуску.
Промислове виробництво ДП реалізується електрохімічним, хімічним або
комбінованим методами. Сучасні технологічні тенденції також вказують на
зростання популярності адитивних способів формування топології.
Застосування комбінованого підходу дозволяє випускати плати з високим
рівнем щільності розміщення елементів. Базовим матеріалом у цьому випадку
виступає склотекстоліт, плакований ультратонкою мідною фольгою (товщина
шару близько 5 мкм). Для запобігання механічним пошкодженням під час
логістичних операцій та свердління, фольга екранується алюмінієвим або мідним
листовим протектором товщиною 50–75 мкм. Матеріал, захищений міддю, відомий
під назвою «Слофадит», а з алюмінієвим покриттям — СТПА. Після формування
системи отворів та етапу хімічного осадження міді цей захисний протектор
відокремлюється від фольги і відправляється на підприємства кольорової
металургії як вторинна сировина. Надалі заготовка проходить стадію гальванічної
металізації та низку інших технологічних кроків, які різняться залежно від
обраного варіанту обробки:
А. За негативним методом:
1. Розкрій матеріалу та хіміко-механічна підготовка поверхні.
2. Формування захисного рельєфу з використанням негативу.
3. Процес витравлювання міді.
4. Зняття захисного покриття.
5. Нанесення лакової плівки для захисту.
6. Свердління та подальше зенкування отворів.
7. Операція хімічного міднення.
8. Видалення лакового шару.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 43

9. Двоетапне гальванічне міднення з використанням спеціальних
рамкових кріплень.
10. Фінішне покриття сплавом Розе.
Б. За позитивним методом:
1. Розрізання заготовок та підготовка поверхні (хіміко-механічна).
2. Формування захисного малюнка (позитиву).
3. Нанесення захисної лакової плівки.
4. Свердління та зенкування монтажних отворів.
5. Процес хімічного міднення.
6. Зняття лакової плівки.
7. Етап гальванічного міднення.
8. Гальванічне нанесення металорезисту (сплав олово-свинець).
9. Видалення первинного захисного малюнка.
10. Травлення незахищених ділянок міді.
Розробка технологічного процесу
Комбінована технологія є синтезом хімічного та електрохімічного впливу.
Оскільки базовим матеріалом є фольгований діелектрик, провідники формуються
шляхом субтрактивного витравлювання міді, тоді як металізація стінок отворів
забезпечується первинним хімічним мідненням із подальшим електрохімічним
потовщенням провідного шару. На сьогодні цей підхід є домінуючим у сфері
виробництва багатошарових друкованих плат (БДП).
Залежно від способу захисту струмопровідних доріжок під час
витравлювання міді, комбінований процес поділяють на два різновиди. Негативний
варіант передбачає використання фоторезисту або спеціальної фарби як бар'єру,
тоді як позитивний базується на застосуванні металорезистивного покриття. Свої
назви ці способи отримали від типу фотошаблона: у першому випадку для
створення захисного рельєфу застосовується негатив схеми, у другому — позитив.
Ця технологія масово використовується на підприємствах із дрібносерійним
характером виробництва.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 44

Недоліки негативного комбінованого способу:
1. Під час свердління на виході інструмента утворюються задирки
(«гусениці»), що створює механічне зусилля, здатне спровокувати відрив
контактної площадки.
2. На початкових етапах витравлювання оголений діелектрик піддається
руйнівному впливу агресивних гальванічних середовищ та активних флюсів
(зокрема, HCl) під час лудіння сплавом Розе. Внаслідок цього опір ізоляції готового
виробу на порядок нижчий, ніж при використанні позитивного процесу.
3. Оскільки гальванічна металізація відбувається у пристосуваннях, які
екранують отвори з одного боку, розподіл металу всередині отвору є вкрай
нерівномірним. Це часто призводить до відшарування покриття під час ремонтного
перепаювання компонентів.
4. Робота зі сплавом Розе належить до категорії токсичних операцій.
Недоліком позитивного способу є низька хімічна стійкість фоторезистивних
матеріалів на базі полівінілового спирту в умовах подвійного гальванічного циклу.
Це вимагає додаткових витрат праці (ретушування, зачищення) і суттєво
ускладнює виробничий процес.
Послідовність виконання операцій наведена у таблиці 5.1.
Спільними недоліками обох підходів є:
1. Порушення безперервності автоматизованого циклу через необхідність
ручного лакування, що вимагає залучення малярів високої кваліфікації.
2. Процес свердління крізь шар лаку призводить до швидкого зношування
та погіршення стійкості різального інструмента.
У підсумку, негативний метод легше впровадити у виробництво завдяки
менш суворим вимогам до стійкості фоторезисту та можливості застосування
широкого спектра травлильних розчинів (включно з FeCl₃). Натомість позитивний
підхід гарантує вищі діелектричні показники, дозволяє досягти більшої щільності
монтажу та відкриває ширші можливості для комплексної автоматизації.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 45

Таблиця 5.1 — Маршрутна технологія виготовлення ДП комбінованим
способом
№ Операція Негативний Позитивний
з/п метод метод
1 Розрізання заготовок та хіміко- + +
механічна підготовка поверхні
2 Одержання захисного рисунка з + -
негативу
3 Одержання захисного рисунка - +
4 Травлення міді + -
5 Видалення захисного рисунка + -
6 Нанесення захисної лакової плівки + +
7 Свердління та зенкування отворів + +
8 Хімічне міднення + +
9 Видалення лакової плівки + +
10 Гальванічне міднення в два прийоми за + -
допомогою рамкових пристосувань
11 Гальванічне міднення - +
12 Гальванічне покриття сплавом олово- - +
свинець
13 Покриття сплавом Розе + -
14 Видалення захисного рисунка - +
15 Травлення міді - +
Розрахунок розмірів заготовки
Отримання технологічної заготовки здійснюється методами вирубки або
різання із застосуванням гільйотинних чи роликових ножиць. Нормативна
документація жорстко регламентує ширину технологічних полів: для
односторонніх (ОДП) та двосторонніх (ДДП) плат вона становить до 10 мм, а для
багатошарових (БДП) — 30 мм.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 46

Габарити заготовки ( Aз ) обчислюються за залежністю:
Aç = Aï + 2 ⋅ H (5.1)
де Aз — робочий розмір (ширина або довжина) плати, що обробляється,
згідно з кресленням, мм; H — ширина технологічного припуску, мм.
Приймаємо розрахункову довжину ДП Aï = 240 мм, а ширину технологічного
поля H =10 мм. Звідси:
Aз = 240 + 2 ⋅10 = 260 мм
Вибір матеріалу
На основі аналізу даних для реалізації проєкту обирається фольгований
склотекстоліт марки СФ-1-35 із базовою товщиною 1,5 мм.
Розрахунок часу на виготовлення одної плати
Норма поштучного часу визначається за наступною формулою:
T = T ⋅1+ k 
шт оп   (5.2)
 100 
де Tоп — оперативний час виконання технологічних операцій; k —
нормативний коефіцієнт часу, відведеного на організаційно-технічне
обслуговування робочого місця (у відсотках).
Калькуляція оперативного часу (Tоп ) для групової обробки партії з 10 плат
наведена в таблиці 5.2.
Таблиця 5.2 — Розрахунок оперативного часу (Tоп ) для партії з 10 плат
№ з/п Найменування технологічної Тривалість T, хв.
операції
1 Підготовчі роботи 0,5
2 Механічне зачищення поверхні 0,32
3 Знежирення заготовки 0,11
4 Нанесення фоторезистивного шару 0,027
5 Процес експонування 0,24
6 Проявлення топології 0,30
7 Лакування поверхні 0,12
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 47

Продовження таблиці 5.2
8 Свердління монтажних отворів 0,11
9 Процес хімічного міднення 0,43
10 Зняття захисного покриття 0,5
11 Електрохімічне нарощування міді 0,83
12 Вібрознежирення 0,09
13 Нанесення флюсувальної суміші 0,12
14 Цикл промивання 0,378
15 Термосушіння 1,43
16 Технічний контроль (ВТК) 0,12

Разом 5,625
Сумарний оперативний час: Tоп = 5,625 хв.
Обґрунтування та калькуляція коефіцієнта k подані у таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 — Структура витрат часу на обслуговування ( k )
Складові витрат робочого часу Відсоток від
Tоп
Розкладання, налаштування та промивання інструментарію 0,6
(на початку та наприкінці зміни)
Поточна підготовка матеріалів 0,4
Прибирання робочої зони в процесі та по завершенню зміни 1,0
Час на регламентований відпочинок та особисті потреби 4,8
Проміжний підсумок 6,8
З урахуванням виробничої гімнастики (одна пауза 2,5
тривалістю 10 хв)
Загальний підсумок (k) 9,3
Загальний розрахунок поштучного часу за формулою (5.3):
Tшт = 5,625 ⋅1+ 9,3 
 100 
= 6,15 хв.
 

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 48

5.2 Соціально-економічні та етико-екологічні аспекти прийняття
технічних рішень

Впровадження новітніх засобів діагностики в інфраструктуру залізничного
транспорту виходить далеко за межі суто інженерних чи схемотехнічних завдань.
Проєктування автоматизованої системи оперативного контролю технічного стану
контактної мережі несе в собі глибокий соціально-економічний та етико-
екологічний підтекст, який є обов'язковим для розгляду в рамках сучасного
кваліфікаційного дослідження. Як фахівець галузі автоматизації та комп'ютерно-
інтегрованих технологій, розробник повинен керуватися не лише критеріями
функціональності, але й глобальними стандартами сталого розвитку, безпеки праці
та європейськими нормами технічної етики. Ухвалення рішення щодо модернізації
застарілих ручних методів вимірювання на користь концепції Індустріального
Інтернету речей (IIoT) є стратегічним кроком, що безпосередньо впливає на умови
праці людей, економічну стабільність транспортної галузі та стан навколишнього
середовища.
Соціально-економічний вимір розробленої системи базується на
фундаментальній зміні парадигми обслуговування залізничної інфраструктури.
Традиційні підходи вимагали значних витрат часу на ручне вимірювання зносу
контактного проводу, що передбачало зупинку руху поїздів, формування тривалих
технологічних «вікон» та залучення великих бригад електромонтерів. Це
генерувало колосальні непрямі збитки для економіки через простій вантажних та
пасажирських складів. Спроєктований портативний мікроконтролерний пристрій
дозволяє реалізувати концепцію предиктивного обслуговування (Predictive
Maintenance). Завдяки швидкій бездротовій передачі масивів даних через інтерфейс
Bluetooth Low Energy на мобільні термінали, а звідти — до промислових
програмованих логічних контролерів (зокрема, систем верхнього рівня на базі
обладнання Omron), диспетчерські служби отримують точний цифровий профіль
зносу в режимі реального часу. Це дозволяє економічно обґрунтовано планувати
заміну лише тих ділянок проводу, які дійсно досягли критичної межі, уникаючи
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 49

передчасного списання матеріалів та оптимізуючи витрати підприємства на
технічне обслуговування.
Етичні аспекти інженерної діяльності у даному проєкті нерозривно пов'язані
з охороною праці та збереженням життя і здоров'я обслуговуючого персоналу.
Робота на висоті поблизу контактної мережі, що перебуває під напругою 27,5 кВ
змінного струму, є одним із найнебезпечніших видів діяльності на залізниці.
Застарілі ручні прилади змушували монтера тривалий час перебувати в зоні
підвищеного ризику, виконуючи точкові вимірювання та записуючи результати в
журнал. Автоматизація цього процесу зводить вплив людського фактора до
мінімуму. Інженерна етика вимагає відмови від компромісів у питаннях надійності,
саме тому у розробці було принципово виключено використання сумнівних або
застарілих компонентів. Вибір прецизійних датчиків індустріального класу від
європейських виробників, таких як Siemens, гарантує абсолютну достовірність
даних. Відсутність хибних показників означає, що жоден критичний дефект не буде
пропущений, що безпосередньо запобігає обривам контактної мережі, аваріям
рухомого складу та потенційним людським жертвам.
Екологічна складова прийняття технічних рішень проявляється як на етапі
експлуатації, так і на етапі конструювання приладу. Електрифікований залізничний
транспорт є найчистішим видом масових перевезень, і забезпечення його
безперебійної роботи є глобальним екологічним пріоритетом. Запобігання аваріям
на контактній мережі усуває ризики виникнення пожеж, розливу небезпечних
вантажів та забруднення прилеглих територій унаслідок сходження поїздів з рейок.
З точки зору екодизайну самої апаратної частини, розробка відповідає жорстким
європейським директивам RoHS (Restriction of Hazardous Substances).
Проєктування топології багатошарової друкованої плати у середовищі Altium
Designer дозволило оптимізувати габарити виробу, мінімізувати використання
текстоліту та хімічних реагентів при його виробництві.
Крім того, енергоефективність як екологічний фактор була закладена в саму
архітектуру системи. Використання мікроконтролера з глибокими режимами сну,
апаратне керування живленням сенсорного тракту та застосування мікропотужного
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 50

DC/DC перетворювача гарантують наднизьке споживання енергії. Це дозволило
застосувати компактний літій-полімерний акумулятор невеликої ємності та
подовжити термін його служби. Зменшення частоти заміни хімічних джерел
живлення безпосередньо скорочує обсяги електронного сміття (e-waste) та знижує
токсичне навантаження на довкілля після завершення життєвого циклу приладу.
Таким чином, розроблена система є не лише технічно досконалим інструментом,
але й соціально відповідальним та екологічно безпечним рішенням, що

5.3 Охорона праці

Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в приміщенні
інформаційно-технічного відділу
В даній роботі розробляється проект автоматизованої системи оперативного
контролю технічного стану контактної мережі. Такі роботи пов’язані з
проведенням великої кількості розрахунків, опрацюванням великих об’ємів
інформації, що потребує постійного використання комп’ютерної техніки.
За рівнем фізичних навантажень робота за персональним комп’ютером (ПК)
класифікується як легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120 – 150
ккал/год. – категорія Іа. В той же час даний вид роботи характеризується значною
розумовою напругою, високою напруженістю зорової роботи і досить великим
навантаженням на м'язи рук при роботі з клавіатурою ПК, тому велике значення
має раціональна конструкція і розташування елементів робочого місця, а також
дотримання правильного режиму праці і відпочинку.
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які безпосередньо
впливають на працівника.
Роботи з проектування проводяться в приміщенні з розмірами: довжина –
3,1 м; ширина – 2,4 м; висота – 3 м. Площа всього приміщення складає 7,44 м2, а
об’єм – 22,32 м3. В приміщенні працює одна людина. Робоче місце відповідає
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 51

вимогам НПАОП 0.00-7.15-18, відповідно до яких площа, виділена для одного
робочого місця з ПК, повинна складати не менше 6 м2, а об’єм – не менше 20 м3.
Більшість інформації, яку обробляє мозок, надходить до нього через очі. Але
в підсумку вплив світла на організм не обмежується органами зору, оскільки
спектр, що випромінюється в тій чи іншій мірі впливає на всі процеси, що
відбуваються в організмі людини. Тому важливо обирати безпечні та комфортні
джерела освітлення, особливо для робочих приміщень.
Інтенсивність, температура і тип освітлювальних приладів в офісах і
виробничих приміщеннях впливають на людину, що виконує професійні обов'язки.
Від цих параметрів залежить те, як швидко працівники будуть втомлюватися,
наскільки краще концентруватися і як часто робити помилки.
Порівняльна оцінка природного та штучного світла, отримана в ході
досліджень, показує явну перевагу першого. Причина криється в спектральному
складі випромінювання і динамічності природного світла, яка впливає на циркадні
ритми. Але покладатися тільки на природне освітлення неможливо - людині
потрібне світло на 4-8 годин довше, ніж триває світловий день, плюс близько 20%
працівників в промислово розвинених регіонах працюють позмінно, в тому числі в
нічні години.
Оптимальний рівень яскравості освітлення для людини в середньому
становить 1000-1500 лк. Якщо денне світло не здатне забезпечити ці показники,
необхідно доповнити його штучним. Воно може бути загальним або локальним,
розрахованим на певну робочу зону.
В приміщенні відділу під час роботи дослідник працює з даними, які
виводяться програмним забезпеченням на екран монітору. Найменша розрізненість
об’єкту (в даному випадку об’єктом розрізнення і фоном є: текст на моніторі та
власне фон монітора, текст на аркуші паперу та аркуш, букви на клавіатурі і
клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це відповідає високій точності зорової праці.
Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд – Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном –
великий.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 52

Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не лише
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так, при світлому
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла),
різкість тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення.
При надмірній яскравості джерел світла та оточуючих предметів може
відбутись засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та неоднакова
яскравість оточуючих предметів призводять до частої переадаптації очей під час
виконання роботи і як наслідок – до швидкого стомлення органів зору. Тому
поверхні, що добре освітлюються і знаходяться в полі зору, краще фарбувати в
кольори середньої світлості, коефіцієнт відбивання яких знаходиться в межах 0,3-
0,6 і, бажано, щоб вони мали матову або напівматову поверхню.
Освітлення робочого приміщення проектується згідно з ДБН В.2.5-28-2018
«Природне і штучне освітлення». Природне освітлення здійснюється через 1 вікно
розмірами 1,5×2 м та площею – 3 м2, для покращення рівномірності освітлення та
для збільшення кількості відбитого від стін світла, останні пофарбовані
водоемульсійною фарбою в світло-жовтий колір. З метою регулювання природного
освітлення приміщення, на вікна встановлені жалюзі. Коефіцієнт природного
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце
розташоване на відстані 4м від джерела природного освітлення і в цій точці
значення КПО становить 32-40 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім.
Штучне освітлення приміщення здійснюється світильником BS18/4x18 FOR
A (який має 4 люмінесцентні лінійні лампи типу LF), які забезпечують 420 лк
освітленості приміщення. Для даного типу зорової праці рівень загального
штучного освітлення повинен складати близько 400 лк. Отже, рівень штучного
освітлення робочої зони відповідає нормативним значенням згідно ДБН В.2.5-28-
2018 «Природне і штучне освітлення».
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Дане приміщення
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 53

оснащене кондиціонером Carrier 42/38QCE024718 для регулювання температури
повітря. Нормативні значення основних параметрів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22-28 ˚С ;
- в холодний період року 21-25 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 40-60 %;
- в холодний період року 40-60 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с);
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с).
Нормативні значення даних параметрів становлять відповідно:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 27-28 ˚С;
- в холодний період року 23-24 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 50-52%;
- в холодний період року 55-57%;
3) Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1м/с.
З вище наведених даних мікроклімату видно, що показники температури
задовольняють норми згідно ДСН 3.3.6.042-99.
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45 дБ. Згідно
ДСН 3.3.6.037-99 цей рівень повністю відповідає нормативному рівню який
становить 50 дБ. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а отже
негативно не впливає на працівника.
Внаслідок дії електромагнітних полів на організм людини виникають
функціональні зміни центральної нервової системи. При цьому спостерігається
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 54

підвищена втомлюваність, біль голови. Первинний прояв дії електромагнітної
хвилі – нагрівання, яке призводить до пошкодження тканин і органів. Поля
надвисоких частот впливають на очі, викликаючи виникнення катаракти.
Багаторазовий вплив випромінювання малої інтенсивності призводить до стійких
функціональних змін центральної нервової системи.
Головними джерелами електромагнітного випромінювання в приміщенні є
системний блок ПК та монітор. Випромінювання від яких відповідає нормам ДСН
3.3.6.096-2002.
В даному приміщенні використовується електромережа змінного струму з
електропроводкою прихованого типу. ПК та інші пристрої живляться напругою 230
В і споживають менше 3500 Вт. Робоче місце оснащене спеціалізованими
розетками для офісної техніки, особливість яких полягає в тому що вони під’єднані
до мережного фільтру задля захисту техніки від високочастотних та імпульсних
шумів. Для захисту людини від ураження електричним струмом в приміщені
передбачене захисне занулення згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 «Захисні заходи
електробезпеки в електроустановках будинків і споруд».
Для даного приміщення категорія за вибухопожежонебезпечністю
відповідає категорії В (Горючі та важкогорючі рідини, тверді горючі та
важкогорючі речовини і матеріали, речовини та матеріали, здатні при взаємодії з
водою, киснем повітря або одне з одним лише горіти за умови, що приміщення, в
яких вони знаходяться, або використовуються, не відносяться до категорій А та Б)
згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016, а клас пожежі – Е (горіння установок і обладнання,
які знаходяться під напругою), А2 (горіння твердих матеріалів яке не
супроводжується тлінням).
В даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії
виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014
«Правила пожежної безпеки в Україні»:
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою. Стеля
виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а підлога
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 55

з ламінату з синтетичного волокна. Всі матеріали застосовані для будівництва та
оздоблення лабораторії пройшли перевірку і були дозволенні органами державного
санітарно-епідеміологічного нагляду.
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5 (призначений
для гасіння загорянь різних речовин, горіння яких не може відбуватися без доступу
повітря, загорянь електроустановок, що знаходяться під напругою до 1000 В), який
знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього, відповідно до Наказу
МВС України від 15.01.2018 № 25 “Правила експлуатації та типові норми
належності вогнегасників”.
Приміщення не обладнане системою пожежної сигналізації, а тому ця
система потребує проведення відповідних розрахунків та змонтування.
Згідно з «Порядком проведення медичних оглядів працівників певних
категорій», затвердженим наказом Міністерства охорони здоров’я України від 21
травня 2007 року № 246, визначена періодичність проведення попереднього (під
час приймання на роботу) та періодичних (впродовж трудової діяльності)
медичних оглядів працівників.
Під час проведення попереднього медичного огляду реєструють вихідні
об’єктивні показники здоров’я працівника, визначають стан його здоров'я і
можливості виконання професійних обов'язків в умовах дії конкретних шкідливих
та небезпечних факторів виробничого середовища і трудового процесу без
погіршення стану здоров'я. Також виявляють професійні захворювання (отруєння),
що виникли раніше під час роботи на попередніх виробництвах, і запобігають
виробничо-зумовленим та професійним захворюванням.
Періодичні медичні огляди проводять з метою:
- своєчасного виявлення в працівників ранніх ознак гострих і хронічних
професійних захворювань, загальних і виробничо-обумовлених захворювань;
- забезпечення динамічного спостереження за станом здоров’я працівників
в умовах дії шкідливих та небезпечних виробничих факторів і трудового процесу;
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 56

- вирішення питань щодо можливості працівника продовжувати роботу в
умовах дії конкретних шкідливих та небезпечних виробничих факторів і трудового
процесу;
- розроблення індивідуальних і групових лікувально-профілактичних та
реабілітаційних заходів для працівників, які за наслідками медичного огляду
належать до групи ризику;
- проведення відповідних оздоровчих заходів.
Зважаючи на те що в науково-дослідному кабінеті відсутні шкідливі
виробничі фактори, а робота пов’язана з постійним спостереженням об’єктів, тобто
вимагає постійного зорового напруження на протязі більше ніж 4 години,
співробітники проходять періодичний медичний огляд один раз на рік. Первинний
та періодичний медичний огляд проводиться у таких лікарів як офтальмолог,
невропатолог.
Після проведення аналізу лабораторії та умов праці за робочим місцем
можна зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються
сприятливими окрім системи пожежної сигналізації. Тому пропонується
встановити систему пожежної сигналізації, щоб робоче приміщення відповідало
нормам НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні» та ДБН
В.2.5.56-2014.

Модернізація системи пожежної сигналізації у відділу
Система пожежної сигналізації призначена для вирішення таких основних
завдань: своєчасне виявлення спалаху; отримання, обробка, передача і подача в
заданому вигляді інформації про пожежу споживачам. Отже, в своєму складі
система пожежної сигналізації повинна мати пристрої, здатні виявити спалах і
передати сигнал тривоги.
Ці функції пожежної сигналізації забезпечуються різними технічними
засобами, а саме: для виявлення пожежі служать сповіщувачі; для обробки,
протоколювання інформації і формування керуючих сигналів тривоги —
приймально-контрольна апаратура і периферійні пристрої.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 57

Очевидно, що видача сигналу пожежної тривоги є необхідною, але не
достатньою умовою для забезпечення пожежної безпеки об'єкту в цілому. Тому,
окрім цих функцій, пожежна сигналізація додатково повинна формувати команди
на включення автоматичних установок пожежогасіння та димовідведення, систем
сповіщення про пожежу, технологічного, електротехнічного і іншого інженерного
устаткування об'єктів.
Системи пожежної сигналізації класифікують по наступних ознаках:
- типу пожежного сповіщувача (теплові, димові, світлові, ультразвукові,
оптико-електронні (фотоелектричні), радіопроменеві, фотопроменеві,
пневматичні, комбіновані);
- принципу дії (безперервної дії і дискретної дії);
- конструктивного виконання (виконані на контактних і безконтактних
елементах);
- виду каналу зв'язку (спеціальні дротяні канали, дротяні канали міської
телефонної станції, радіоканали);
- способу передачі (кодування) повідомлень по каналах зв'язку
(багатопровідні з електричним розділенням сигналу, однопровідні з тимчасовим
розділенням сигналів, однопровідні з частотним розділенням сигналів);
- структурі ліній зв'язку (з однофідерними лініями, радіально-променевими
лініями, комбінованими лініями).
На даний момент можна виділити три основні типи систем автоматичної
пожежної сигналізації: порогова, адресно-опитова, адресно-аналогова.
Порогова. На заході такі системи отримали назву «conventional» або
«традиційні». У такій системі кожен пожежний сповіщувач (датчик), має прошитий
ще на підприємстві поріг спрацьовування. Наприклад, якщо мова йде про тепловий
сповіщувач, то досягши певної температури навколишнього середовища, такий
датчик подасть відповідний сигнал на контрольну панель пожежної сигналізації,
але поки температура не досягне цього порогу, сповіщувач мовчатиме.
Друга відмітна особливість подібних систем це радіальна топологія
побудови шлейфів сигналізації. Тобто від контрольної панелі в різні боки йдуть
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 58

кабелі пожежних шлейфів, часто їх називають променями. У кожен такий промінь
зазвичай включають близько 20-30 датчиків, і при спрацюванні одного з них
контрольна панель відображає тільки номер шлейфу в якому спрацював пожежний
сповіщувач.
Основна перевага такого типу сигналізації – низька вартість устаткування.
Основний недолік – досить пізнє виявлення пожежі, відсутність контролю
працездатності датчиків, неекономічна витрата монтажних матеріалів, низька
інформативність отриманих сигналів від датчиків
Адресно-опитувальна система сигналізації відрізняється від порогової
алгоритмом зв'язку контрольної панелі з пожежним сповіщувачем. Якщо
контрольна панель в пороговій системі постійно «чекає» сигналу від пожежного
датчика про зміну його стану, то в адресно-опитувальна системі контрольна панель
періодично опитує підключені пожежні сповіщувачі з метою з'ясувати їх стан.
Подібний алгоритм окрім ідентифікації датчика (кожен датчик має свою
адресу) дозволяє контролювати працездатність датчиків. Типи отримуваних від
датчика сигналів: «Норма», «Несправність», «Відсутність», «Пожежа». Пожежний
шлейф має кільцеву архітектуру.
Серед переваг можна виділити вигідне співвідношення ціна/якість, високу
інформативність отриманих повідомлень, контроль працездатності пожежних
датчиків. Основний недолік – пізнє виявлення пожежі.
Адресно-аналогові системи пожежної сигналізації є на справжній момент
самими передовими. Вони володіють всіма перевагами адресно-опитувальних
систем і рядом своїх переваг. Головною відмінністю таких систем від вище
описаних, це те, що рішення про перебування на об'єкті приймає контрольна
панель, а не датчик. Сама контрольна панель є складним обчислювальним
приладом, який проводить безперервний динамічний опит підключених датчиків
(звідки і назва «аналоговий» - безперервний), отримує і аналізує значення, отримані
від них і за наслідками обробки цих даних ухвалює остаточне рішення.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 59

Наприклад, теплові датчики постійно передають значення температури
навколишнього середовища на контрольну панель (по суті є термометрами), а сама
панель стежить за величиною цього значення і динамікою його зміни.
Подібна схема роботи дозволяє виявляти вогнища спалаху на початкових
стадіях його розвитку і своєчасно запобігти можливому збитку.
Важливими перевагами цього типу систем є дійсно раннє виявлення
спалахів, економія на монтажних роботах і витратних матеріалах, контроль
працездатності пожежних сповіщувачів, компенсація чутливості датчиків. Але
поряд з перевагами фігурує основний недолік – висока вартість устаткування.
Провівши аналіз існуючих систем пожежної сигналізації та розглянувши
їхні переваги та недоліки, було прийнято рішення обрати адресно-опитувальну
систему пожежної безпеки. Саме такий тип пожежної сигналізації виконує
необхідні функції в найбільш повному обсязі при адекватній ціні.
Згідно вимог НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні»
та ДБН В.2.5.56-2014 в якості пожежної сигналізації інформаційно-технічного
відділу приймається прилад приймально-контрольний пожежний (ППКП)
«Парус», який зібраний в металевому корпусі білого кольору, має наступні функції:
- прийом сигналів від підключених в систему адресних (без адресних)
сповіщувачів;
- контроль стану шлейфів пожежної сигналізації;
- фіксування сигналів про виникнення пожежі чи несправності;
- видача сигналів на запуск пристроїв пожежогасіння;
- включення зовнішніх світлозвукових сповіщувачів та ланцюгів управління
установками пожежогасіння, мовленнєвого оповіщення, димовидалення і
відключення системи вентиляції об'єкта.
Технічні характеристики:
- кількість посадочних місць для встановлення інтерфейсних модулів - 5;
- конфігурація ППКП довільна і залежить від типів інтерфейсних модулів і
їх кількості, що визначається проектними рішеннями;
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 60

- наявність основного і резервного каналу зв'язку верхнього рівня для
обміну інформацією з блоками розширення БР1;
- кількість блоків розширення БР1 що підключаються до ППКП - до 15
шт.;
- основне живлення - змінна напруга 220 (+ 22-33) В;
- резервне живлення - вбудовані акумуляторні батареї 24В, ємністю 12
А·год;
- зарядний пристрій:
1. автоматична підзарядка АКБ;
2. при повній розрядці АКБ - зарядка АКБ не менше 80% від повної ємності
АКБ протягом 24 годин, повна зарядка протягом наступних 48 годин;
- обмеження струму споживання зовнішніми пристроями при живленні їх
від джерела живлення ППКП;
- ступінь захисту, що забезпечується оболонкою - IP30;
- умови експлуатації:
1. відносна вологість до 93% при плюс 40 °С;
2. температура навколишнього середовища від мінус 5 °С до плюс 40 °С.
До складу ППКП входять наступні елементи (обов’язковий склад):
- плата комутації;
- плата комутації і фільтрів (ПКФ);
- перетворювач AC / DC;
- акумуляторні батареї (АКБ);
- модуль управління (МУ);
- модуль клавіатури і індикації (МКИ);
- модуль індикації (ЖКИ)
- інтерфейсні модулі.
Інформація про несправності устаткування електроживлення БР1 видається
по каналу зв'язку RS-485 верхнього рівня в ППКП.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 61

Рисунок 5.1 – Прилад приймально-контрольний пожежний «Парус»

Модуль управління (МУ) призначений для обміну даними з інтерфейсними
модулями, встановленими в прилад ППКП, по основному та резервному
каналу зв'язку RS-485 нижнього рівня. Забезпечує обмін даними з блоками
розширення БР1 по основному і резервному каналу зв'язку RS-485 верхнього рівня.
Відображає стан системи світлодіодними індикаторами і на дисплеї приладу
ППКП, зберігає технологічні константи і налаштування інтерфейсних модулів,
встановлених в приладі ППКП та блоку розширення БР1 (за наявності). Зберігає
архіви про аварійні ситуації, несправності в системі, спрацьовуванні пожежних
сповіщувачів та пристроїв пожежогасіння.
МУ здійснює моніторинг вихідної напруги блоку живлення, акумуляторної
батареї, наявності вхідної мережевої напруги живлення (220В 50Гц). Контролює
заряд акумуляторної батареї приладу ППКП та блоку розширення БР1 (за
наявності). Передає напругу обладнання електроживлення приладу ППКП (блоку
БР1) до інтерфейсних модулів, встановлених в приладі ППКП (в блоці БР1), і до
зовнішніх пристроїв. Видає назовні сигнали "ПОЖЕЖА" і "Несправність" за
допомогою двох релейних виходів.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 62

Рисунок 5.2 – Модуль управління ППКП «Парус»

Модуль опитування пожежних сповіщувачів (МОПС) забезпечує
підключення від 1 до 8 пожежних шлейфів. Кількість адресних або безадресних
пожежних сповіщувачів в одному пожежному шлейфі може бути від 1 до 32.
Керування модулем МОПС здійснюється по основному або резервному каналу
зв’язку RS-485 нижнього рівня.
Адреса модуля МОПС задається 5-ти позиційним перемикачем. Живлення
модуля МОПС здійснюється від основної або резервної лінії живлення. В процесі
функціонування модуль МОПС постійно контролює обрив і коротке замикання
пожежних шлейфів.

Рисунок 5.3 – Модуль опитування пожежних сповіщувачів ППКП «Парус»

Фірма-виробник пожежної сигналізації та сповіщувачів до неї, рекомендує
встановлювати один датчик на кожні 4 кв.м площі приміщення з чергуванням типу
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 63

датчиків та один ручний датчик біля входу в приміщення. Чергування датчиків
необхідно для можливості виявлення всіх можливих типів пожеж.
Інформаційно-технічний відділ має площу майже 8 м2 , тому необхідно
встановити два датчики ІПД-А (димовий) та ІПТ-А (тепловий) в та один ручний
сповіщувач ІПР-А (біля вхідних дверей на відстані 1,5 м від підлоги). Також
необхідне встановлення зазначених датчиків по всій площі будівлі, в якій
знаходиться відділ.

Рисунок 5.4 - Схема під'єднань шлейфів сигналізації до ППКП «Парус»

Запропонована до встановлення пожежна сигналізація дозволить не просто
виявити пожежу, а подати сигнал тривоги на її початку, вказати точне місце
виникнення небезпечної ситуації, та тип датчика який спрацював. Це дозволить
найбільш точно оцінити план майбутніх дій та прийняти правильне рішення щодо
вирішення надзвичайної ситуації. Також система пожежної сигналізації може
здійснювати автоматичний виклик служби порятунку.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 64

Адресний тепловий пожежний датчик
KL710А

Призначений для виявлення пожежі і
спрацьовує при швидкому збільшенні
температури або досягненні нею певного
порогу.
Адресний димовий оптичний датчик
KL731AB

З двома вбудованими світлодіодними
індикаторами, з механізмом, що запобігає
несанкціонованому вимкненню.
- змінна оптична камера;
- захист пожежного датчика від пилу і
комах;
- повна самодіагностика.

Рисунок 5.5 – Адресні пожежні датчики для роботи з ППКП «Парус»

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 65

Висновок

Проведений критичний аналіз існуючих засобів діагностики показав, що
застарілі ручні інструменти є неефективними, трудомісткими та небезпечними для
персоналу. Водночас сучасні оптичні комплекси на базі вагонів-лабораторій
виявилися занадто дорогими та вразливими до погодних умов, таких як дощ або
сніг. З огляду на це, було обґрунтовано доцільність створення портативного
мікроконтролерного пристрою, який використовує надійний контактний механо-
електричний метод вимірювання зносу у поєднанні з оптичною фіксацією
пройденої відстані.
У межах апаратної розробки було створено структурну та принципову
електричну схеми, базою для яких стали індустріальний мікроконтролер
ATmega1284p, прецизійний датчик лінійного переміщення Siemens, оптичний
енкодер та енергоефективний радіомодуль Bluetooth Low Energy. Спроєктована
архітектура дозволяє автоматично передавати зашифровані масиви даних про
профіль проводу на мобільні термінали операторів. Надалі ця інформація
надходить до диспетчерських систем верхнього рівня для реалізації стратегії
предиктивного обслуговування (Predictive Maintenance).
Висока автономність системи підтверджена розрахунками
енергоспоживання: завдяки алгоритмам сну та мікропотужному DC/DC
перетворювачу прилад здатен працювати понад 489 годин від одного акумулятора.
Крім того, для впровадження пристрою у серійне виробництво розроблено
технологічний процес виготовлення друкованої плати комбінованим методом.
Проєкт має значний соціально-економічний та екологічний ефект. Його
впровадження мінімізує вплив людського фактора, виключає необхідність тривалої
зупинки руху поїздів, суттєво підвищує безпеку праці монтерів та повністю
відповідає європейським екологічним директивам RoHS. Окрему увагу в роботі
приділено охороні праці: проаналізовано умови в інформаційно-технічному відділі
та запропоновано встановлення адресно-опитувальної пожежної сигналізації на
базі приладу «Парус».
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 66

Загалом розроблена автоматизована система є інноваційною та економічно
обґрунтованою, що дозволяє усунути технологічний розрив між застарілими
ручними вимірюваннями та дорогими стаціонарними комплексами.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 67

Список використаної літератури

1. Luo Q., et al. Wear performance of pantograph–overhead catenary system:
a review. Railway Engineering Science. 2023. Vol. 31, Iss. 2. P. 115–138.
2. Gregori S., Tur M., Gil J. Assessment of catenary condition monitoring by
means of pantograph head acceleration and Artificial Neural Networks. Mechanical
Systems and Signal Processing. 2023. Vol. 202. Art. 110697.
3. Rungskunroch P., et al. Toward Smart Railway Infrastructure Predictive and
Optimised Maintenance Through Digital Twin (DT) System. Sensors. 2026. Vol. 26, Iss.
8. Art. 2333.
4. Wang Y., et al. Real-Time Rail Electrification Systems Monitoring: A
Review of Technologies. IEEE Access. 2026. Vol. 14. P. 45120–45145.
5. Zhang J., et al. Scalable, Flexible, and Affordable Hybrid IoT-Based
Ambient Monitoring Sensor Node with UWB-Based Localization. Sensors. 2025. Vol.
25, Iss. 13. Art. 4061.
6. Kowalski M., et al. Ultra-Low-Power Sensor Nodes for Real-Time
Synchronous and High-Accuracy Timing Wireless Data Acquisition. Sensors. 2024. Vol.
24, Iss. 15. Art. 4871.
7. Smith A., Jones B. Internet of Things in Railway Operations: Predictive
Maintenance and Condition Monitoring. IEEE Transactions on Intelligent
Transportation Systems. 2022. Vol. 23, Iss. 7. P. 8910–8925.
8. Lee H., Kim S. Development of a Wearable Sensor Node for Industrial
Applications using Bluetooth Low Energy. IEEE Internet of Things Journal. 2021. Vol.
8, Iss. 12. P. 9811–9822.
9. Chen L., et al. Contact wire wear measurement based on laser triangulation
and image processing. Measurement. 2022. Vol. 188. Art. 110543.
10. Davis M. Electromagnetic Compatibility in Printed Circuit Board Design for
Industrial IoT Sensors. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2023. Vol.
65, Iss. 3. P. 712–720.
Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 68

11. Garcia-Martin E., et al. Energy Management in Wireless Sensor Networks
for Railway Catenary Monitoring. Energies. 2021. Vol. 14, Iss. 9. Art. 2541.
12. Williams T., et al. Advanced Altium Designer Techniques for High-Speed
and EMC-Compliant PCB Layouts. Journal of Electronic Packaging. 2024. Vol. 146, Iss.
2. Art. 021005.
13. Sato K., et al. Predictive Maintenance Strategies for Electrified Railway
Infrastructure based on IoT Sensor Data. Transportation Research Part C: Emerging
Technologies. 2023. Vol. 148. Art. 104032.
14. Johnson R. Bluetooth 5.0 and Beyond: Enhancing Low Energy Sensor Nodes
for Industrial Environments. Wireless Communications and Mobile Computing. 2022.
Vol. 2022. Art. 8473921.
15. Meier F., et al. Optomechanical sensors for overhead contact line monitoring
in harsh railway environments. Optical Engineering. 2021. Vol. 60, Iss. 4. Art. 044102.
16. Zhou X., et al. Pantograph Wear Classification via Dual-Backbone Feature-
Fusion Ensemble Network. IEEE Sensors Journal. 2026. Vol. 26, Iss. 5. P. 4501–4512.
17. Brown C., et al. Design and Validation of a Potentiometric Sensor Array for
Industrial Wear Measurement. Sensors and Actuators A: Physical. 2022. Vol. 338. Art.
113456.
18. Silva P., et al. Embedded Systems for Real-Time Signal Processing in
Railway Diagnostics. Microprocessors and Microsystems. 2023. Vol. 97. Art. 104765.
19. Martinez A., Rossi L. Condition-Based Maintenance in Railway Catenaries
Using Wireless Sensor Networks: A Case Study. IEEE Transactions on Industrial
Informatics. 2024. Vol. 20, Iss. 1. P. 340–351.
20. Nguyen T., et al. Optimization of BLE Communication Protocols for Low-
Power Industrial IoT Edge Devices. IEEE Internet of Things Magazine. 2025. Vol. 8, Iss.
2. P. 45–51.
21. Thompson E. Automated Design and Analysis of PCBs for Industrial
Automation. London: Springer-Verlag, 2022. 312 p.

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 69
Ïîçíà÷åííÿ Íàéìåíóâàííÿ Ïðèì³òêà
1 Äîêóìåíòàö³ÿ çàãàëüíà
2
3 çàíîâî ðîçðîáëåíà
4
5 À1 ÐÑÀÑÊ23.23199.026.001 Ý1 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíà 1
6 À1 ÐÑÀÑÊ23.23199.026.001 Ý3 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâà 1
7 À4 ÐÑÀ23.23199.026.001ÏÇ Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà
8 À1 ÐÑÀÑÊ23.23199.026.001 ÄÌ Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
9
10 Äîêóìåíòàö³ÿ ³íøà
11
12 çàíîâî ðîçðîáëåíà
13
14
15 À1 ÐÑÀÑÊ23.23199.026.001 ÄÌ Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
16
17 À1 ÐÑÀÑÊ23.23199.026.001 ÄÌ1 Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
18
19 1
20
21
22
23
24
22
23
24
25
26
27

ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÒÏ
Çì. Àðêóø ¹ äîêóì. Ï³äï. Äàòà
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. Àâòîìàòèçîâàíà ñèñòåìà îïåðàòèâíîãî Ë³ò. Àðêóø Àðêóø³â
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ò 1
êîíòðîëþ òåõí³÷íîãî ñòàíó êîíòàêòíî¿

Í.Êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ìåðåæ³ ×ÄÒÓ
Çàòâ. Â³äîì³ñòü òåõí³÷íîãî ïðîºêòó

¹ ñòðîêè
Ôîðìàò
Ê³ë. ëèñò³â
¹ åêç.

Розрахунок на ЕОМ

Арк.
РСА23ск3. 23199.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 70
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ 1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àëãîðèòì ðîáîòè
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ 1
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ2
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àëãîðèòì ðîáîòè
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ2
ÐÑÀñê23.23199.026.001 Å3
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àâòîìàòèçîâàíà ñèñòåìà îïåðàòèâíîãî
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. êîíòðîëþ òåõí³÷íîãî ñòàíó êîíòàêòíî¿ ìåðåæ³ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâà
Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.23199.026.001 Å3
ÐÑÀñê23.23199.026.001 Ý1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Àâòîìàòèçîâàíà ñèñòåìà îïåðàòèâíîãî
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. êîíòðîëþ òåõí³÷íîãî ñòàíó êîíòàêòíî¿ ìåðåæ³ Ò 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíà
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.23199.026.001 Ý1
1 — ïåðåñóâíà ëàáîðàòîð³ÿ, 2 — ÅÎÌ, 3 — ³íòåðôåéñíà ïëàòà, 4 — âîëîêîííî-îïòè÷íèé êàíàë çâ’ÿçêó, 5 — àêóìóëÿòîðíèé â³äñ³ê, 6 — àêóìóëÿòîð, 7 — ðåòðàíñëÿòîð, 8 — âèòà ïàðà, 9 — âèì³ðþâàëüíèé ïàíòîãðàô, 10 — ìåõàí³çì ï³äõâàòó êîíòàêòíîãî ïðîâîäó, 11 — ïëàòà çáîðó äàíèõ, 12 — êîíòàêòíèé ïðîâ³ä.
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àâòîìàòèçîâàíà ñèñòåìà îïåðàòèâíîãî
Ðîçðîá. Ñòåïàíöîâ Ð.Ñ. êîíòðîëþ òåõí³÷íîãî ñòàíó êîíòàêòíî¿ ìåðåæ³ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.23199.026.001 ÄÌ

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets