Система управления переездной сигнализацией
Владельцы патента RU 2758627:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к средствам безопасности движения в местах пересечения железнодорожного и автомобильного транспорта. Система содержит схему управления переездными светофорами, выход которой соединен с входами переездных светофоров, рельсовую цепь участка приближения к переезду, имеющую рельсовые линии, ограниченные изоляционными стыками, и аппаратуру питающего и релейного концов. В состав аппаратуры питающего конца рельсовой цепи входят источник переменного тока, подключенный к одному из рельсов питающего конца рельсовой цепи, а другой рельс питающего конца рельсовой цепи через первичную цепь датчика тока и ограничитель уровня тока соединен с источником переменного тока, детектор фазы тока, подключенный к датчику тока и к источнику переменного тока питающего конца рельсовой цепи, по меньшей мере, один контроллер, детектор амплитуды тока, подключенный к датчику тока. В состав аппаратуры релейного конца рельсовой цепи входят источник электропитания, накопитель энергии, стабилизатор напряжения, генератор импульсов и ключ, соединенный с генератором импульсов, подключенным к стабилизатору напряжения, соединенного с накопителем энергии, подключенным к источнику электропитания. Силовые электроды ключа подключены к источнику электропитания и к рельсам релейного конца рельсовой цепи. Детектор амплитуды тока подключен к контроллеру, соединенному со схемой управления переездными светофорами. Достигается увеличение длины участка приближения к переезду. 2 ил.
Изобретение относится к средствам безопасности движения в местах пересечения железнодорожного и автомобильного транспорта, а именно к сигнальным устройствам, предупреждающим дорожный транспорт о приближении рельсового транспорта.
Известны устройства управления переездной сигнализацией, в которых для контроля свободности участка приближения используются системы счета осей (Щиголев С.А., Татиевский С.А. Автоматическая переездная сигнализация на счетчиках осей / Автоматика, связь, информатика. - 2005. - №12. - С. 58, рис).
Недостатком этих устройств является отсутствие контроля целостности рельсов ввиду того, что в них не применяются рельсовые цепи.
Известна система управления переездной сигнализацией, включающая рельсовую цепь участка приближения, содержащую рельсовые линии и аппаратуру питающего и релейного конца, переездные светофоры, схему управления переездными светофорами и устройства электроснабжения, обеспечивающие электропитанием аппаратуру питающего и релейного концов рельсовой цепи, и источник переменного тока питающего конца рельсовой цепи, один из выходов которого подключен к одному из рельсов рельсовой цепи (Казаков А.А. и др. Системы интервального регулирования движением поездов. - М.: Транспорт, 1986. - С. 172, рис. 8.7).
Недостатками этой системы является необходимость наличия специального устройства электроснабжения на релейном конце рельсовой цепи и наличие проводной или кабельной линии связи от аппаратуры релейного конца рельсовой цепи до питающего конца рельсовой цепи, что повышает стоимость устройств управления переездной сигнализацией и обусловливает увеличенные эксплуатационные расходы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство управления переездной сигнализацией (патент RU 2492091 С2, B61L 29/24, опубл. 10.09.2013, бюл. №25), содержащее переезд, схему управления переездными светофорами, выход которой соединен с входами переездных светофоров, рельсовую цепь участка приближения к переезду, имеющую рельсовые линии, ограниченные изоляционными стыками, и аппаратуру питающего и релейного концов. В состав аппаратуры питающего конца рельсовой цепи входит источник переменного тока, первый из выходов которого подключен к одному из рельсов питающего конца рельсовой цепи, а другой рельс питающего конца рельсовой цепи через первичную цепь датчика тока и соответствующий ограничитель величины тока соединен со вторым выходом источника переменного тока, датчик тока, детектор фазы тока, пороговый усилитель и безопасный динамический элемент. В аппаратуру релейного конца рельсовой цепи входит источник электропитания, накопитель энергии, стабилизатор напряжения, генератор импульсов и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, питающие входы которого подключены к выходу стабилизатора напряжения, подключенного к выходам накопителя энергии, входами соединенного с выходами источника электропитания. Силовые электроды ключа подключены к входам источника электропитания и к рельсам релейного конца рельсовой цепи. Выходная цепь датчика тока подключена к первому и второму входам входного сигнала детектора фазы тока, выход которого соединен с входом порогового усилителя, выходом подключенного к входу безопасного динамического элемента, выход которого соединен с управляющим входом схемы управления переездными светофорами, а третий и четвертый входы опорного напряжения детектора фазы тока подключены к выходам источника переменного тока питающего конца рельсовой цепи.
Недостатком этого технического решения является недостаточная длина рельсовой цепи участка приближения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение длины участка приближения к переезду.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему управления переездной сигнализацией, содержащую переезд, схему управления переездными светофорами, выход которой соединен с входами переездных светофоров, рельсовую цепь участка приближения к переезду, имеющую рельсовые линии, ограниченные изоляционными стыками, и аппаратуру питающего и релейного концов, где в состав аппаратуры питающего конца рельсовой цепи входит источник переменного тока, детектор фазы тока, датчик тока, при этом первый из выходов источника переменного тока подключен к одному из рельсов питающего конца рельсовой цепи, а другой рельс питающего конца рельсовой цепи через первичную цепь датчика тока и соответствующий ограничитель величины тока соединен со вторым выходом источника переменного тока, первый и второй входы детектора фазы тока подключены к выходам датчика тока, а третий и четвертый входы опорного напряжения детектора фазы тока подключены к выходам источника переменного тока питающего конца рельсовой цепи, в аппаратуру релейного конца рельсовой цепи входит источник электропитания, накопитель энергии, стабилизатор напряжения, генератор импульсов и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, питающие входы которого подключены к выходу стабилизатора напряжения, подключенного к выходам накопителя энергии, входами соединенного с выходами источника электропитания, причем силовые электроды ключа подключены к входам источника электропитания и к рельсам релейного конца рельсовой цепи, согласно изобретению, в аппаратуру питающего конца рельсовой цепи дополнительно введены, по меньшей мере, один контроллер и детектор амплитуды тока, своими входами подключенный к выходам датчика тока, причем выходы детектора амплитуды тока и выходы детектора фазы тока подключены к первому и второму аналоговым входам контроллера соответственно, а выход контроллера подключен к входу схемы управления переездными светофорами.
Заявляемая система управления переездной сигнализацией поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления переездной сигнализацией; на фиг. 2 приведены графики функциональных зависимостей скачков амплитуды тока и скачков фазы тока 
на входе рельсовой линии от длины рельсовой линии 
при коммутации (периодическом замыкании) релейного конца для различных значений сопротивления балласта.
Функциональная схема системы управления переездной сигнализацией (фиг. 1) содержит рельсовую линию 1 рельсовой цепи участка приближения к переезду 2, с указанным стрелкой направлением движения поездов, и переездные светофоры 3 и 4, подключенные к выходу схемы управления 5 этими светофорами. На питающем конце рельсовой линии 1 содержится источник переменного тока 6, первый выход которого соединен с одним из рельсов рельсовой линии 1, а второй выход через соответствующий ограничитель тока рельсовой цепи (на схеме не показан) и первичную цепь датчика тока 7 подключен к другому рельсу рельсовой линии 1. Выход датчика тока 7 соединен с первым и вторым входами входного сигнала детектора фазы тока 8 и с входом детектора амплитуды тока 9, выходы которых подключены к первому и второму аналоговым входам контроллера 10 соответственно. Выход контроллера 10 подключен к управляющему входу схемы управления переездными светофорами 5. Третий и четвертый входы детектора фазы тока 8, являющиеся входами опорного сигнала детектора фазы тока, подключены к выходам источника переменного тока 6 питающего конца рельсовой цепи. Первый и второй рельсы релейного конца рельсовой линии 1 соединены с входами источника электропитания 11 и с силовыми электродами ключа 12, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов 13. Выходы источника электропитания 11 соединены с входами накопителя энергии 14, выходы которого подключены к стабилизатору напряжения 15, выходы которого соединены с питающими входами генератора импульсов 13.
В качестве ограничителя тока рельсовой цепи может использоваться активное сопротивление (резистор) или реактивное, например дроссель типа РОБС-3А (не схеме не показаны). Датчик тока реализуется, например, с использованием трансформатора тока или на других функционально аналогичных элементах. Детектор фазы тока реализуется на известных схемотехнических решениях (Нефедов В.И., Сигов А.С. Основы радиоэлектроники и связи. - М.: Высшая школа, 2009. - С. 464, рис. 5.22 а).
Система управления переездной сигнализацией работает следующим образом.
В рельсы рельсовой линии 1 (фиг. 1) на питающем конце рельсовой цепи от источника переменного тока 6 поступает электрический сигнал переменного тока. В отсутствии поезда на участке приближения он передается по рельсам на релейный конец рельсовой линии 1, поступая на вход источника электропитания 11, который осуществляет преобразование входного переменного напряжения в выходное напряжение нужной амплитуды. Выпрямленное напряжение передается на выход накопителя энергии 14. Напряжение с выхода накопителя энергии 14 подается на вход стабилизатора напряжения 15, который обеспечивает электропитанием генератор импульсов 13, вырабатывающий импульсы напряжения, управляющие процессами включения и выключения ключа 12. Вследствие этого при свободном участке приближения происходит периодическое шунтирование релейного конца рельсовой цепи ключом 12, который имеет сопротивление во включенном состоянии равное или меньше нормированного значения поездного шунта.
Электропитание аппаратуры релейного конца рельсовой цепи рельсовой линии 1 осуществляется за счет энергии, накопленной в накопителе 14, поступающей от источника переменного тока 6 в моменты разомкнутого состояния рельсовой цепи. Современные средства микроэлектроники позволяют реализовать схему генератора импульсов 13 с потребляемой мощностью не более 5-15 мВт. Если в качестве ключа 12 применить МОП транзистор, то мощность для управления этим ключом пренебрежимо мала. Мощность, поступающая на аппаратуру релейного конца рельсовой цепи по рельсовой линии 1 от ее питающего конца, то есть от источника переменного напряжения 6, лежит в пределах нескольких сотен милливатт. Поэтому для функционирования рассматриваемой аппаратуры релейного конца вполне достаточно этой мощности. Обеспечение электропитанием генератора импульсов 13 в моменты времени замкнутого состояния ключа 12 осуществляется накопителем энергии 14, который по сущности работы является пиковым детектором.
Коммутация релейного конца обусловливает импульсные изменения амплитуды тока и фазы тока на входе рельсовой линии 1 от источника переменного тока 6. Эти изменения регистрируются датчиком тока 7 и подаются на входы, соответственно, детектора фазы тока 8 и детектора амплитуды тока 9. Скачки фазы тока на входе рельсовой линии 1 преобразуются детектором фазы тока 8 в перепады постоянного напряжения на его выходе, пропорциональные значениям фазы тока на входе рельсовой линии 1, и поступают на первый аналоговый вход контроллера 10. Скачки амплитуды переменного тока преобразуются детектором амплитуды тока 9 в перепады постоянного напряжения на выходе детектора амплитуды тока 9, пропорциональные значению силы (амплитуды) тока на входе рельсовой линии 1, и подаются на второй аналоговый вход контроллера.
Наличие этих скачков тока и/или скачков фазы тока на входе рельсовой линии 1 свидетельствует о свободном состоянии участка приближения к переезду 2 и об исправном состоянии аппаратуры рельсовой цепи рельсовой линии 1. Отсутствие этих скачков тока и/или скачков фазы тока свидетельствует о том, что участок приближения к переезду занят поездом, или что аппаратура рельсовой цепи, включая регистрацию целостности рельсовых линий, неисправна. Таким образом, соблюдаются требования безопасности, предъявляемые к рельсовым цепям на участке приближения к переезду.
В контроллере 10 проводится анализ перепадов постоянного напряжения на его первом и втором аналоговых входах по уровню скачков постоянного напряжения. При наличии хотя бы на одном из этих входов перепадов напряжения, выше некоторого заранее заданного значения по уровню, на выходе контроллера 10 формируется разрешающий сигнал, который передается на управляющий вход схемы управления 5 переездными светофорами, которая включает разрешающие показания переездных светофоров 3 и 4. Движение дорожного транспорта через переезд 2 открыто.
При вступлении поезда на участок приближения рельсовая линия 1 шунтируется колесными парами подвижного состава, что приведет к прекращению работы аппаратуры приемного конца и определит отсутствие импульсных изменений амплитуды и фазы тока на входе рельсовой линии. Это приведет к прекращению перепадов постоянного напряжения на выходе детекторов амплитуды 9 и фазы тока 8 и, соответственно, на первом и втором аналоговых входах контроллера и, соответственно, к исчезновению разрешающего сигнала на входе схемы управления 5 переездными светофорами. На светофорах 3 и 4 появляются запрещающие показания. Движение дорожного транспорта по переезду 2 прекращается.
В предлагаемой системе управления переездной сигнализацией наличие скачков тока и/или скачков фазы тока на входе рельсовой линии 1 свидетельствует о свободном состоянии участка приближения к переезду 2 и, одновременно, об исправном состоянии аппаратуры рельсовой цепи. Отсутствие этих скачков тока и/или скачков фазы тока свидетельствует о том, что участок приближения к переезду занят поездом, или что аппаратура рельсовой цепи, включая регистрацию целостности рельсовых линий 2, неисправна. Таким образом, в данной системе соблюдаются требования безопасности, предъявляемые к рельсовым цепям на участке приближения к переезду. Дальнейшее повышение уровня безопасности в данной системе управления переездной сигнализацией от возможных опасных отказов в контроллере может быть обеспечено формированием на выходе контроллера 10 разрешающего сигнала управления, поступающего на вход схемы управления 5 переездными светофорами, в виде последовательности импульсов определенной заданной частоты. При этом на входе схемы управления 5 переездными светофорами необходимо использовать безопасный динамический элемент, который реализуется на известных схемотехнических решениях (Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Методы и принципы обеспечения безопасности микроэлектронных СЖАТ: РТМ 32 ЦШ 1115842.01-94. - СПб.: ПГУПС.- С. 86, рис. 7.6).
Таким образом, в предлагаемом техническом решении реализуются условия безопасности, которым должны удовлетворять устройства функционирования переезда.
Светофоры 3 и 4 показаны как условные разрешающие или запрещающие элементы. В общем виде вместо них или совместно с ними могут применяться шлагбаумы различного типа или известные устройства заграждения переезда (УЗП).
Определение предельных значений длины участка приближения.
Согласно исследованиям (Сисин В.А. Оптимизация устройств автоматической переездной сигнализации // Транспорт Урала. - 2011. - №3 (30) - С. 40-43. ISSN 1815-9400.), скачки тока на входе рельсовой линии при коммутации релейного конца в зависимости от длины рельсовой линии описываются выражением:
где: 
- длина РЦ, 
- коэффициент затухания волны, 
- коэффициент фазы, rБ - сопротивление балласта, 
- сопротивление рельсовой петли (табличная величина), ϕрл - угол сопротивления рельсовой петли (табличная величина).
А скачки фазы тока описываются выражением:
На фиг. 2 приведены функциональные зависимости скачков амплитуды тока и скачков фазы тока на входе рельсовой линии от длины рельсовой линии при коммутации (периодическом замыкании) релейного конца при использовании в качестве ограничителя тока, например, дросселя типа РОБС-3А.
Из анализа приведенных функциональных зависимостей скачков амплитуды тока и скачков фазы тока следует, что когда скачки тока становятся меньше некоторой критической величины, обозначенной на приведенных диаграммах двумя пунктирными линиями, расположенными вдоль оси X, скачки фазы тока, даже при снижении сопротивления балласта rБ - до значений меньших, чем допустимые по условиям эксплуатации железных дорог (от 1 до 0,5 Ом/км), находятся выше некоторого критического значения, установленного для скачков фазы тока (на приведенной диаграмме скачков фазы тока этот критический уровень сигнала тоже показан пунктирной линией, расположенной параллельно и вдоль оси X). Когда скачки фазы тока становятся ниже некоторой критической величины, скачки амплитуды тока опять становятся выше некоторой критической величины (только обратной полярности). Из этого следует, что в предлагаемой системе управления переездной сигнализацией одновременное использование на питающем конце рельсовой линии и импульсных изменений фазы тока, и скачков тока в качестве параметра, свидетельствующего о свободном и исправном состоянии рельсовой цепи, позволяет почти вдвое увеличить длину участка приближения по сравнению с использованием для этих целей только скачков амплитуды тока, или только скачков фазы тока (решений, известных из уровня техники).
Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается увеличение длины участка приближения к переездам, и реализуются условия безопасности, которым должны удовлетворять устройства функционирования переезда.
Следовательно, в предложенном изобретении достигается увеличение длины участка приближения к переезду.
Система управления переездной сигнализацией, задействующая переезд, содержащая схему управления переездными светофорами, выход которой соединен с входами переездных светофоров, рельсовую цепь участка приближения к переезду, имеющую рельсовые линии, ограниченные изоляционными стыками, и аппаратуру питающего и релейного концов, где в состав аппаратуры питающего конца рельсовой цепи входит источник переменного тока, детектор фазы тока, датчик тока, при этом первый из выходов источника переменного тока подключен к одному из рельсов питающего конца рельсовой цепи, а другой рельс питающего конца рельсовой цепи через первичную цепь датчика тока и соответствующий ограничитель уровня тока соединен со вторым выходом источника переменного тока, первый и второй входы детектора фазы тока подключены к выходам датчика тока, а третий и четвертый входы детектора фазы тока подключены к выходам источника переменного тока питающего конца рельсовой цепи, в аппаратуру релейного конца рельсовой цепи входит источник электропитания, накопитель энергии, стабилизатор напряжения, генератор импульсов и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, питающие входы которого подключены к выходу стабилизатора напряжения, подключенного к выходам накопителя энергии, входами соединенного с выходами источника электропитания, причем силовые электроды ключа подключены к входам источника электропитания и к рельсам релейного конца рельсовой цепи, отличающаяся тем, что в аппаратуру питающего конца рельсовой цепи дополнительно введены, по меньшей мере, один контроллер и детектор амплитуды тока, своими входами подключенный к выходам датчика тока, причем выходы детектора амплитуды тока и выходы детектора фазы тока подключены к первому и второму аналоговым входам контроллера соответственно, а выход контроллера подключен к входу схемы управления переездными светофорами.
