Модернізація пристроїв автоматики і телемеханіки ділянки залізниці на базі мікропроцесорних технічних засобів

Вступ

Системи кодового управління об'єктами є потужним засобом підвищення ефективності роботи залізничного транспорту. Ці системи по забезпеченню безпеки ставляться до другої категорії пристроїв ЖАТ, тобто до пристроїв, від дії яких безпека руху поїздів безпосередньо не залежить. Тому впровадження мікропроцесорної техніки швидше й простіше відбувається саме в цій сфері.

Розвиток пристроїв автоматики і телемеханіки базується на постійному удосконаленні елементної бази та розробки нових архітектурних рішень. Час диктує: пора впроваджувати мікропроцесорні і релейно-процесорні ЕЦ, які вбирають в себе функції лінійного пункту диспетчерської централізації, автоблокування на прилеглих перегонах, переїзної сигналізації.

Розвиток мікропроцесорної техніки відбувається за кількома напрямками. По-перше, це розширення переліку технологічних процесів, в яких використовується мікропроцесорна техніка. По-друге, це підвищення рівня надійності роботи обладнання та обгрунтованості прийняття керуючих рішень. По-третє, це використання інформаційних технологій, що дозволяють спеціалістам, які не мають спеціальних знань з особливостей функціонування обчислювальної техніки, ефективно використовувати увесь арсенал засобів керування складними об’єктами, починаючи з ведення документації і закінчуючи використанням експертних систем.

Ці системи здатні до самодіагностики, стикуються з будь-якими апаратно-програмними комплексами, для них підходять існуючі приміщення. При децентралізованому розміщенні такої апаратури заощаджуються чималі кошти за рахунок використання волоконно-оптичного кабелю (одночасно вирішуються питання перешкодозахищеності від джерел перенапруги). Знімаються проблеми безконтактного управління стрілками і сигналами. Зводячи до мінімуму кількість релейної апаратури, вдається скорочувати обслуговуючий штат.

1 Обґрунтування вибору пристроїв залізничної автоматики

Відповідно дозавдання перегін, що прилягає до станції «П», обладнаний пристроями кодового автоблокування (КАБ) релейного типу. Це автоблокування почало впроваджуватися на мережі залізниць колишнього Радянського Союзу в 50-х рр. минулого сторіччя й одержала найбільш широке поширення із усіх систем автоблокування завдяки ряду переваг, головними з яких є наступні:

- використання кодових рейкових кіл, які крім виконання своїх основних функцій (контролю вільності блок-дільниці й контролю цілісності рейкових ниток) виконують функції телемеханічного каналу для передачі інформації між сусідніми сигнальними установками автоблокування;

- використання як колійної апаратури АЛСБ кодових пристроїв існуючих рейкових кіл.

Однак, у процесі експлуатації виявилися й негативні сторони КАБ релейного типу. Головний недолік виявився в тім, що при одночасному впливі декількох несприятливих факторів, а саме, при сполученні критичних погодних умов при певних експлуатаційних ситуаціях і деяких ушкодженнях технічних засобів, система допускає небезпечні відмови: короткочасні проблиски вогню, більш дозвільного, чим допускається при даній експлуатаційній ситуації.

Крім цього, аналіз відмов КАБ релейного типу показує, що більше 50 % із них доводиться на рейкові кола. Майже половина цих відмов викликана їх нестійкою роботою при флуктуаціях опору баласту та при дії завад від тягового струму.

У зв'язку з вище зазначеним виникає необхідність у модернізації пристроїв релейної КАБ на перегоні між станціями «У» і «П». Модернізація перегінних пристроїв можлива шляхом поступової заміни сигнальних установок релейної КАБ сигнальними установками мікропроцесорної системи числового кодового автоблокування типу АБ-ЧКУ, що була розроблена спеціально для цієї мети. Такий принцип модернізації одержав назву «шафа на шафу».

2. Модернізація перегінних пристроїв

2.1 Колійний план перегону

На колійному плані перегону, обладнаного електричною тягою поїздів, вказані:

- перегінні світлофори;

- рейкові кола в двонитковому зображенні із вказівкою їхньої довжини;

- колійні дроселі - трансформатори;

- сигнальні жили магістрального кабелю;

- високовольтну лінію автоблокування;

- резервну високовольтну лінію електропередач;

- місця встановлення силових трансформаторів та ін.

Біля кожної сигнальної установки вказують шафи для розміщення релейної апаратури, і кабельний план з'єднання всіх пристроїв із вказівкою довжини, кількості жил кабелю й числа запасних жил.

На рисунку 1.1 наведений колійний план перегону, який обладнаний двоколійним кодовим автоблокуванням при електротязі змінного струму. Біля кожного колійного світлофора розташована релейна шафа типу ШРУ, для якої надані позначення типу даної сигнальної установки («О») і тип кодового колійного трансмітера.

Основне живлення змінним струмом (ПХ-ОХ) подається в релейну шафу від силового трансформатора типу ОМ-0,2 або ОМ-0,6, установленого на силовій опорі високовольтної лінії автоблокування. Резервне живлення змінним струмом (РПХ-РОХ) здійснюється від лінії електропередачі ЛЕП через трансформаторну підстанцію КТПО.

Лінійні кола автоблокування виконані магістральним кабелем зв'язку. При новому проектуванні, як правило, застосовують двокабельні магістралі з використанням кабелів, які не є пупінізованими, марки МКПАБ.

При кодовому автоблокуванні передбачаються наступні лінійні кола:

Н, ОН - зміни напрямку, при організації по одній із колій тимчасового двобічного руху. При цьому, дроти Н, ОН також використовується для передачі на сигнальну установку інформації про показання наступного світлофора. Це необхідно для вибору сигнальних кодів при неправильному напрямку руху по даній колії перегону;

ДСН, ОДСН - подвійного зниження напруги, які водночас використовуються й для передачі кодових сигналів у системі частотного диспетчерського контролю;

ИЧ, ОИЧ - повідомлення про наближення поїзда до станції від попереджувальної парної сигнальної установки до станційного релейного приміщення;

ЗС, ОЗС - ув'язування показань світлофора, розташованого перед вхідним із показаннями вхідного світлофора.

Рисунок 1.1 - Колійний план перегінних пристроїв кодового автоблокування електротязі змінного струму

Прилади кожної сигнальної установки в двоколійному кодовому автоблокуванні розміщають в окремій шафі типу ШРУ. На спарених сигнальних установках у кожного прохідного світлофора встановлюють окрему релейну шафу й утворюються дві одиночні сигнальні установки відповідних типів. Для кожної сигнальної установки вказують кабелі від релейної шафи до світлофорів, рейковим колам, кабельним ящикам.

2.2 Принципово - структурна схема модернізації перегінних пристроїв

При автоблокуванні кожний міжстанційний перегін поділяють на окремі блок-ділянки, які обладнують електричними рейковими колами і огороджують прохідними світлофорами, які діють автоматично. Показання світлофорів залежать від місця знаходження поїзда. Нормально (при відсутності поїзда) на світлофорах горить зелений вогонь.

Основні вимоги, що пред'являються до пристроїв автоблокування, передбачаються наступними правилами технічної експлуатації:

- при зайнятому стані блок-дільниці, на світлофорі, що її огороджує, повинен включатися червоний вогонь;

- пристрої автоблокування не повинні допускати відкриття світлофора до звільнення блок-дільниці, що він огороджує;

- необхідно, щоб на одноколійних перегонах після відкриття вихідного світлофора була виключена можливість відкриття вихідних і прохідних світлофорів протилежного напряму;

- при перегоранні червоної лампочки на світлофорі, що огороджує зайняту блок-дільницю, передбачається автоматичне перенесення червоного вогню на попередній по ходу поїзда світлофор;

- технічні засоби автоблокування повинні забезпечувати захист від появи сигналу, який більш дозволяє , при пошкодженнях елементів апаратури.

Вибір сигнального показання на прохідному світлофорі здійснюється в такий послідовності: за допомогою рейкового кола контролюється стан блок-ділянки, що огороджується.

Для заданої експлуатаційної ситуації, яка зображена в додатку А схема працює в такий спосіб. Рейкове коло блок-дільниці 4П зайнята поїздом й коди в ній відсутні. Відсутність кодів з рейкової лінії блок-дільниці 4П через дросель-трансформатор ДТ-1 і пристрій захисту й сполучення ПЗС передаються у мікропроцесорний приймач МПП. Відповідно до алгоритму роботи МПП відбувається виконання команди "Збудження відповідних сигнальних реле".

Так як реле 3Ж і 3З знеструмлені, то на світлофорі 4 горить червоний вогонь, а безконтактний комутатор струму (БКС) через дросель-трансформатор ДТ-1 посилає в рейкове коло блок-дільниці 6П кодові сигнали «ЧЖ».

В нашому випадку, при перегоранні лампи червоного вогню на світлофорі 4, вогневе реле 4О залишається без струму й фронтовим контактом розмикає коло трансмітерного реле 6Т. У рейковому колі 6П кодові імпульси ЧЖ припиняються, на світлофорі 6 включається червоний вогонь. Таким чином, відбувається перенос червоного вогню світлофора 4 на світлофор 6.

Блок-дільниця 8П вільна й тому реле 8ИП буде приймати код ЧЖ і передавати його в дешифратор 8ДА. Дешифратор розшифровує код і комутує кола обмоток сигнальних реле 8Ж таким чином, що реле стануе під струм, і своїм фронтовим контактом замкне коло лампи жовтого вогню світлофора 8.

2.3 Принципова схема дешифратора АБ

Принципова схема дешифратора АБ зображена на рисунку 2.3 відображає роботу дешифратора 6ДА блок-дільниці 6П для заданої ситуації згідно завдання курсового проекту. Блок-дільниця 6П вільна й до неї по рейковому колі з блок-дільниці 4П поступає код ЧЖ. Дешифратор 6ДА приймає ці імпульси та від імпульсу першого кодового циклу ЧЖ фронтовим контактом реле І одночасно замикаються три кола дешифратора.

По першому колу спрацьовує реле-лічильник 1, що має вповільнення на притягання 0,15с. На час цього вповільнення одночасно утвориться друге коло для зарядження конденсатора С1, що проходить через тилові контакти реле 1А, Ж, ПТ, діод Д1, тилові контакти реле-лічильника 1, 1А конденсатор С1 і полюс М. По закінченні вповільнення реле-лічильник 1 притягає якір і фронтовий контакт замикає коло розрядження конденсатора С1 на реле Ж і конденсатор С2. Резистор R₀₁ обмежує коло зарядження конденсатора С1, тому конденсатор С2 від першого імпульсу не заряджається до повної напруги притягання й реле Ж не спрацьовує. Завдяки цьому досягається захист від помилкового вмикання реле Ж при надходженні з рейкового кола випадкового імпульсу.

По третьому колу, що проходить через тиловий контакт реле ПТ та діод Д6, спрацьовує реле В, контролюючи відсутність імпульсу в суміжному рейковому колі (тиловий контакт реле ПТ) і присутність імпульсу у власному рейковому колі (фронтовий контакт реле І). Реле В фронтовим контактом підготовляє коло увімкнення реле-лічильника 1А.

З моменту закінчення імпульсу коду ЧЖ у довгому інтервалі реле І відпускає якір. Його фронтовим контактом вимикаються реле-лічильник 1 і реле В, а тиловим контактом вмикається живлення до реле-лічильника 1А, що збуджуючись, стає через свій власний контакт на самоблокування. Тривалість довгого інтервалу (0,57с) значно перевищує час уповільнення реле В і реле-лічильників, тому, витримавши вповільнення, знеструмлюються реле-лічильник 1 і реле В. Потім реле В своїм фронтовим контактом вмикає коло самоблокування реле-лічильника 1А, витримавши вповільнення, останній відпускає свій якір.

При надходженні наступного кодового циклу ЧЖ конденсатор С1 і С2 знову заряджаються, але, з обліком раніше накопиченої енергії, цього разу до напруги притягання якоря реле Ж. Через фронтовий контакт реле Ж1 (повторювача реле Ж) і тиловий контакт реле З на світлофорі включається лампа жовтого вогню. Другим фронтовим контактом реле Ж1 послідовно з лампою червоного вогню по високоомній обмотці вмикається вогневе реле О, що контролює цілість нитки лампи червоного вогню в холодному стані.

При надходженні наступних імпульсів коду ЧЖ робота всіх кіл повторюється. Від кожного спрацьовування реле-лічильника 1 відбувається періодичне під зарядження конденсаторів С1 і С2.

Рисунок 2.3 - Принципова схема дешифратора кодового автоблокування

3 Обладнання станції «П» системою електричної централізації з кодовим керуванням

Обладнання станції «П» системою електричної централізації (ЕЦ) з кодовим керуванням дозволить забезпечити її керування зі станції «У», що значно підвищить ефективність використання ЕЦ.

При цьому, застосування МСКК дозволить скоротити оперативний персонал чергових на виконавчій станції «П» шляхом передачі їхніх функцій керування й контролю персоналу розпорядницької станції «У», що дозволить сконцентрувати керування й поліпшити технологію перевізного процесу. При цьому, інформація про ситуації на виконавчій станції може передаватися по телемеханічному каналі зв'язку на центральний пост керування поїзному або вузловому диспетчерові.

Системи кодового керування об'єктами за рівнем забезпечення безпеки відносяться до другої категорії пристроїв ЗАТ, тобто до пристроїв, від дії яких безпека руху поїздів безпосередньо не залежить.

У цей час у Росії й Україні створений цілий ряд подібних систем кодового керування, які по принципах побудови приблизно однакові. До них можна віднести системи "Тракт" і "Сетунь" (Росія), "Темп" і "Навігатор" (Україна).

З перерахованих систем найбільш доцільним є використання системи Навігатор, оскільки вона повністю підходить для вирішення поставленої в курсовому проекті задачі по модернізації станційних пристроїв і розроблена в Україні, що спрощує її впровадження та зменшує капітальні витрати.

Взагалі мікропроцесорна система кодового керування "Навігатор" призначена для телекерування окремими станціями, групою станцій, вилученими районами станцій, роз'їздами, блокпостами та іншими пристроями.

3.1 Вибір комплексу технічних засобів

Комплекс технічних засобів для кодового керування станцією «П» (рисунок 3.1) складається із апаратури електричної централізації ЕЦ з пультом-табло ПТ для місцевого керування станцією і технічних засобів мікропроцесорної системи телекерування (системою МСКК). Система МСКК для даного випадку повинна складатися із двох комп'ютерів, що працюють під керуванням спеціального базового і прикладного програмного забезпечення й з'єднаних каналами зв'язку, основним та резервним. Один з комп'ютерів перебуває на розпорядницькій станції (станція Р), другий перебуває на виконавчій станції (станція П). За допомогою розпорядницького комп'ютера оперативний персонал розпорядницької станції здійснює керування виконавчою станцією й контролює стан її об`єктів: колій, стрілок та світлофорів.

Відбувається це таким чином

При введенні оператором розпорядницької станції (РС) команд керування (введення здійснюється за допомогою клавіатури (КЛ) або маніпулятора (М) типу "Миша") центральний процесор (ЦП) розпорядницького комп'ютера (РК) формує відповідний машинний код. Цей код за допомогою модемів (МОабо МР) перетворюється у код телекерування (ТК), захищений від завад та призначений для передачі по фізичній лінії зв'язку, основній (ЛЗО), а у випадку її несправності, резервної (ЛЗР). Код ТК приймається на виконавчій станції (ВС), демодулюється модемами МО або МР (перетворюється в машинний код) і надходить у центральний процесор (ЦП).

ЦП дешифрує код ТК й забезпечує автоматичне формування послідовності команд ТК для встановлення заданого маршруту (аналог релейного маршрутного набору) з додатковою перевіркою правильності дії пристроїв і маніпуляцій чергового по станції. Потім, команди керування через модулі виводу (МВ) виконавчого комп'ютера (ВК) передаються в систему електричної централізації (ЕЦ) для виконання.

Інформація про стан станційних пристроїв виконавчої станції ВС (колій, стрілок, світлофорів і ін.) через модулі введення (МВВ) передається в ЦП ВК. Там вона кодується, потім модулюється модемом (МО або МР) і у вигляді коду телесигналізації (ТС) по лінії зв'язку (ЛЗО або ЛЗР) передається на ВС. У ВК виконавчої станції код ТС демодулюється, розшифровується й відображається на екрані кольорового відеомонітору (ВМ) у вигляді мнемосхем, подібних до стандартних позначень на пульт-табло ЕЦ.

Для підвищення надійності системи МСКК енергопостачання розпорядницького й виконавчого комп'ютерів здійснюється від блоків безперебійного живлення (ББЖ).

По забезпеченню безпеки руху поїздів, як було зазначено вище, МСКК відноситься до другої групи, тобто до систем, від дії яких безпека руху поїздів безпосередньо не залежить. Подача сигналів ТК для реалізації керуючих наказів здійснюється шляхом замикання електричних кіл, еквівалентних натисканню кнопок пульт-табло ЕЦ. Відповідальність за безпеку при таких принципах ув'язування МСКК з ЕЦ несуть пристрої електричної централізації.

Технічні засоби МСКК являють собою стандартне встаткування, спеціалізація якого досягається за рахунок спеціального програмного

забезпечення, і за рахунок спеціального встаткування, до якого відносяться (див. рис.3.1):

· М - модеми;

· МВ - модулі виведення сигналів ТК;

· МВВ - модулі введення сигналів ТС.

Модеми забезпечують роботу в двопровідних фізичних кабельних лініях зв'язку або каналах зв'язку в режимах - симплекс, напівдуплекс, повний дуплекс відповідно до міжнародного стандарту CC1TT V.21 зі швидкістю обміну 300 Бод.

3.2 Однонитковий план станції із сигналізуванням

У процесі проектування електричної централізації (ЕЦ) насамперед розробляється однонитковий план станції, на якому розміщуються поїзні (вхідні, вихідні) і маневрові світлофори; визначається конструкція світлофорів (щоглові, карликові); нумеруються стрілки й сигнали; вказуються сигнальні вогні світлофорів; виконується розбивка колії на ізольовані ділянки (рис. 3.2).

З боку перегону станція захищається вхідними світлофорами (Н і Ч).

Вхідні світлофори передбачаються завжди щогловими й мають п'ять вогнів: червоний, два жовтих, зелений і місячно - білий.

Для прийому поїздів по неправильній колії (наприклад, на період організації тимчасового двобічного руху по однієї з колій перегону під час капітального ремонту іншої) передбачаються додаткові вхідні світлофори НД і ЧД. Ці світлофори через недостатню ширину міжколійя можуть установлюватися з лівої сторони по руху поїздів. Вони мають одне дозвільне показання - два жовтих вогні незалежно від маршруту прийому.

Сполучені світлофори (вихідні світлофори, які сполучені з маневровими) встановлюються з урахуванням заданої спеціалізації прийома-відправних колій і позначаються літерами Н і Ч залежно від напрямку руху з додаванням цифри колії відправлення (НІ, Н3, – для непарного напрямку й ЧІІ, Ч4 - для парного напрямку

На знеособлених коліях вихідні світлофори встановлюються з обох кінців станційної колії (Н5 і Ч5), а на спеціалізованих (колії І, ІІ, і 3) - тільки з одного кінця відповідно до спеціалізації.

У даному випадку, оскільки прилягаючі перегони обладнані тризначним автоблокуванням, сполучені світлофори мають червоний, жовтий, зелений і луно-білий вогні: жовтий і зелений вогні використовуються як дозвільні для відправлення поїздів; луно-білий (не миготливий) – для маневрів з колії; червоний – як заборонний для поїзних і маневрових маршрутів; луно-білий (миготливий) – як запрошувальний для відправлення поїздів по світлофорах, які приймають участь у маршрутах безупинного руху (світлофори НІ, Н3 і ЧІІ,Ч4).

Оскільки станція «П» проміжна й маневрові пересування у неї здійснюються в мінімальних розмірах, маневрові світлофори встановлюються тільки в самих необхідних випадках. При їхньому розміщенні варто враховувати наступні вимоги. Маневрові світлофори зі станційних колій, як було викладено вище, сполучаються з вихідними, тому всі сполучені світлофори одночасно є й маневровими. Якщо колія спеціалізована (сполучений світлофор установлений з одного кінця), то із протилежного кінця передбачається маневровий світлофор. Маневрові світлофори встановлюються для:

· огородження станції з боку під'їзних колій, вантажних дворів інших примикань (на рис. 3.2 відсутні);

· виїзду з тупиків (М5);

· огородження горловини станції з боку прийомо-відправних колій (ЧІІ, Ч5, Ч4, М7, М9, НІ, Н3, Н4, Н5, М4);

· виїзду з без стрілочних ділянок, розташованих між вхідними світлофорами й першою стрілкою, (М1, М3, М2);

Стрілки на схематичному плані вказують у нормальному (плюсовому) положенні й нумерують порядковими парними номерами в парній горловині, починаючи від вхідного світлофора, і непарними - у непарній горловині. Стрілки з'їздів нумеруються суміжними номерами.

3.3 Перелік маршрутів

Маршрутом при ЕЦ прийнято вважати організований шлях проходження рухомого составу поїзним або маневровим порядком у межах станції за дозволяючими показаннями світлофорів.

На заданій станції всі пересування по прийому та відправленню поїздів, а також маневрові пересування маршрутизуються.

Розробка маршрутизації завершується складанням таблиць основних і варіантних поїзних (табл. 3.1). та маневрових маршрутів (табл. 3.2).

У таблиці маршрутів послідовно перераховуються спочатку всі поїзні а потім маневрові маршрути, вказується положення ходових і охоронних стрілок, що входять у маршрут, позначаються літери світлофорів, по яких відбувається пересування рухомого складу.