СПОСОБ КОНТРОЛЯ СВОБОДНОСТИ ПУТЕВОГО УЧАСТКА И ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ РЕЛЬСОВАЯ ЦЕПЬ Российский патент 1994 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, в частности к интервальному регулированию движения поездов.

Широко известен способ контроля состояние путевого участка посредством рельсовой цепи с нейтральным электромагнитным реле.

Известен способ контроля (выбранный в качестве прототипа) посредством рельсовой цепи с фазочувствительным приемником, который реагирует как на уровень сигнала, так и на его фазу относительно опорного напряжения.

Известна фазочувствительная рельсовая цепь, выбранная в качестве прототипа, содержащая источник питания с ограничителем, рельсовую линию, согласующий трансформатор, к которому последовательно подключены конденсатор и фазочувствительный приемник.

Недостаток известного способа и устройства, как и всех эксплуатируемых в настоящее время рельсовых цепей, заключается в том, что на достоверность контроля состояния путевого участка влияет величина сопротивления поездного шунта (должна быть не более 0,06 Ом) и удельное значение сопротивления изоляции (должна быть не менее 1 Ом х км, а в укороченных рельсовых цепях до 0,1 Ом х км).

Цель изобретения - повышение надежности действия неограниченной рельсовой цепи за счет отслеживания фазы путевого приемника при приближении к рельсовой цепи и удалении от нее поездного шунта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля состояние путевого участка посредством фазочувствительного приемника, реагирующего на фазу сигнала, осуществляется отслеживанием изменения фазы сигнала, которая при проследовании поезда должна быть последовательно зафиксирована в четырех заданных диапазонах. Выполнение упомянутого требования воспринимается устройством как проследование поезда, невыполнение - занятость участка. Фазочувствительная рельсовая цепь содержит источник питания, подсоединенный через ограничитель тока к одному концу рельсовой линии, к другому концу которой посредством согласующего трансформатора подсоединен конденсатор. В качестве приемника подключен блок контроля нулевого значения сигнала (БКНЗС), выход которого соединен с одним из входов первого триггера, второй вход которого подсоединен к выходу второго аналогичного блока, а выход - к входам сброса первого (делитель) и второго (счетчик Джонсона) счетчиков, одному из входов элемента И и входу синхронизации регистра, вход данных которого соединен с выходами данных второго счетчика, тактовый вход которого соединен с выходами первого счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора и тактовым входом третьего счетчика, вход сброса которого соединен с одним входом второго логического элемента И и одним из выходов пятого счетчика, а выход - с одним из входов второго триггера, второй вход которого через резистор и тумблер соответственно соединен с минусовым и плюсовым полюсами источника питания, а выход - со вторым входом второго элемента И. Второй вход первого элемента И соединен с выходом комбинированного элемента, а выход - с тактовым входом четвертого счетчика (делитель), выход которого соединен с тактовым входом пятого счетчика (счетчик Джонсона), вход сброса которого соединен с одним из своих выходов, а остальные выходы - с частью входов комбинированного элемента, остальные входы через первый, второй и третий элемент ИЛИ, а также непосредственно соединены с выходами регистра.

Заявленный контроль фазы сигнала путевого приемника посредством предложенного устройства способствует достижению цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявленные изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

П р и м е р осуществления способа. На искусственной неограниченной рельсовой линии была собрана рельсовая цепь, в которой не были предусмотрены изолирующие стыки, длина рельсовой линии составляла 1,25 км и несущественно были скорректированы значения R_п, R₃, С_р и коэффициент трансформации релейного трансформатора.

Согласно заявляемому способу был осуществлен контроль состояния рельсовой цепи по изменению фазы сигнала путевого приемника относительно опорного напряжения при перемещении нормативного шунта. Перемещение шунта осуществлялось первоначально по смежной рельсовой линии с координаты - 1,75 (1750 м до релейного конца) в сторону релейного конца, затем по данной рельсовой линии (от 0 до 1250 м) и далее по другой смежной рельсовой линии (от питающего конца до 2500 м).

За начало отсчета принят релейный конец. Координата питающего конца 1250 м. На фиг.1 показаны кривые ϕ_р= ϕ₁ (Х_ш) при r_и = ∞ и ϕ_р= ϕ₂(Х_ш) при r_и=1 Ом х км.

Из приведенных кривых видно, что при удалении шунта на расстоянии 1500 м. (т.е. при отсутствии шунта) фаза сигнала не отличается от фазы опорного напряжения на угол 20^о, а при большем удалении - и на 10^о. При приближении шунта к релейному концу фаза сигнала находится в "окне" 40-70^о, а при удалении - в "окне" 40-60 градусов, независимо от состояния балласта (1 Ом х км≅ ≅ r_и≅ ∞ ). При наложении шунта в пределах рельсовой линии (ограничена местами подключения приборов) фаза сигнала при любом балласте умещается в "окне" от 10 до 20^о. Фиксируя поочередное перемещение фазы сигнала по "окнам" 0-20, 40-70, 10-20, 40-60, 0-10^о может быть осуществлен контроль проследования состава, т.е. занятие и освобождение путевого участка.

На фиг.1 приведены зависимости фазы сигнала от места наложения шунта при различных состояниях балласта; на фиг.2 - устройство, позволяющее осуществить контроль состояния путевого участка -фазочувствительная рельсовая цепь; на фиг.3 - временные диаграммы сигнала и опорного напряжения, а также работы триггеров Шмитта и триггера фиксации фазы.

Рельсовая линия 1 через резистор 6 и трансформатор 3 подключена к полюсам источника переменного напряжения 25 и 26. Другой конец линии через трансформатор 2 и конденсатор 4 подключена к первому блоку контроля нулевого значения сигнала 5. Входом блока служит первичная обмотка согласующего трансформатора 5.1, выход которого через диод 5.2 и резистор 5.3 подключен к входу триггера Шмитта, который зашунтирован резистором 5.4 (резисторы 5.3 и 5.4 образуют делитель напряжения) и стабилитроном 5.5. К выходу триггера 5.6 подключен формирователь логической единицы по фронту 5.7. К входу второго блока контроля нулевого значения 7 подано напряжение (25, 26). Схема обоих блоков одинакова, а обозначение элементов блоков отличаются только первой цифрой. Выходы упомянутых блоков соединены с входами триггера фиксации фазы 8, выход которого соединен с входом сброса счетчиков 9 и 11, входом синхронизации записи регистра 12 и одним из входов элемента 21. Выход генератора 10 соединен с тактовыми входами счетчиков 19 и 9, выход последнего из которых соединен с тактовым входом счетчика 11, выходы которого соединены с входами данных регистра 12, выходы которого через логические элементы ИЛИ 13, 14 и 15 соединены с частью входов комбинированного элемента 16, вторая часть входов которого соединена с выходами счетчика 23 (счетчик Джонсона), а выход - со вторым входом элемента 21, выход которого соединен с тактовым входом счетчика 22 (делитель частоты), выход которого соединен с тактовым входом счетчика 23, один из выходов которого соединен со своим входом сброса, еще один выход счетчика соединен с входом сброса счетчика (делитель) 19 и одним из входов логического элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом триггера 20, один из входов которого соединен с выходом счетчика 19, второй - с полюсами 25 и 26 соответственно через тумблер 17 и резистор 18.

Устройство работает следующим образом. На выходах блоков 5 и 7 происходит кратковременное повышение потенциалов в момент, когда на их входах понижается потенциал до порога переключения триггера Шмитта с учетом работы делителя напряжения собранного на резисторах 5.3 и 5.3. Для того, чтобы в меньшей мере момент переключения триггера 5.6 зависел от амплитуды входного сигнала целесообразно иметь эту амплитуду по возможности больше. При этом триггер защищен от перенапряжения стабилитроном 5.5, а от действия обратной полуволны - диодом 5.2. Прохождения кривой U_р= ϕ₃(t) (фиг.3а) и кривой U_м= = ϕ₄(t) через ось почти совпадает по времени. Угол сдвига между синусоидой на фиг. 3, а Х_ш = ∞ и синусоидой на фиг.3, в не превышает 10^о. Нахождение шунта в координате Х_ш= -0,25 км приводит к тому, что угол сдвига составляет от 40 до 70^о при разных значениях сопротивлениях изоляции. Итак, в момент снижения опорного напряжения до нуля (почти до нуля) на входе блока 7 устанавливается в единичное состояние триггер 8, а при таком же снижении на входе блока 5 этот триггер сбрасывается. Время установленного состояния триггера 8 соответствует разности фаз между сигналом и опорным напряжением. Временная диаграмма работы триггеров показана соответственно на фиг.3 (б, г, д).

Схема, содержащая элементы 9-24 (фиг.2), предназначена для определения разностей фаз, попадания найденных значений и соответствующие "окна" при нахождении шунта перед рельсовой цепью (Х_ш ≈ ≈ - 0,5 км), на рельсовой цепи (Х_ш ≈ + 0,5 км), за рельсовой цепью (Х_ш ≈1,5 км) и уходе шунта из зоны его влияния на путевой приемник (Х_ш > 2,5 км). При свободном путевом участке фазочувствительный приемник "ожидает" появление фазы в "окне" 40-70^о, затем переключается на "ожидание" в "окне" 10-20^о, далее переключается на "ожидание" в "окне" 40-60^о, и, наконец - на ожидание в окне 0-20^о. Изменение фаз в соответствии с ожидаемыми значениями за некоторый интервал времени (например за 30 мин) фиксируется устройством, как нормальное продвижение поезда. Заданный интервал исключает опасную ситуацию в случае остановки поезда, на контрольном участке или повреждении рельсовой линии, когда в силу помех при неограниченном времени может наступить контроль ложной свободности или исправности. Снижение опасности из-за воздействия помех достигается еще и тем, что фазовые соотношения для каждого "окна" и должны многократно повториться (количество поворотов определяется коэффициентом деления счетчика 22).

И, наконец, для полной уверенности и надежности контроля свободности и исправности путевого участка предложенное устройство должно троироваться и проверяться синхронное состояние выходов этих устройств.

Устройство контроля разности фаз работает следующим образом.

Первый счетчик (делитель) 9 и второй счетчик 11 расторможены только в течении установленного в единичное состояние первого триггера 8. При отсутствии приближающего поезда триггер ненадолго устанавливается (фиг.3 д), что по фазе не превышает 10^о (в крайнем случае 20^о). Непродолжительное время нахождения триггера 8 в установленном состоянии не позволяет второму счетчику 11 переключиться в третью позицию (Q2). При этом непрерывно поддерживается логическая единица на выходах Q 0 или Q1. Эта информация и заносится в регистр 12 в момент обнуления триггера 8. Использование промежуточного звена - первый счетчик 9 между генератором 10 и вторым счетчиком 11 позволяет существенно сократить ошибку при определении разности фаз вызванную тем, что момент переключения генератора 10 и момент переключения триггера 8 может значительно отличаться. Третий счетчик 19 нормально заторможен за счет повышенного потенциала на входе R. Счетчик вступает в работу в момент приближения поезда. В нормальных условиях, когда исправна рельсовая цепь, продолжительность занятие участка ограничена несколькими минутами, или в крайнем случае, несколькими десятками минут, когда наблюдаются сбои в движении поездов, счетчик 19 не успевает переполниться (большой коэффициент деления) и второй триггер 20 сохраняет исходное состояние, делая прозрачным второй логический элемент 24 и для сигнала с выхода Q 0 пятого счетчика 23 (это его исходное состояние). В случае повреждения рельсовой нити или чрезмерно длительного занятия путевого участка триггер 20 устанавливается в единичное состояние исключая контроль свободного участка. В исходное состояние триггера 20 может быть приведен только обслуживающим персоналом за счет кратковременного переключения тумблера 17.

При приближении поезда изменяются фазовые соотношения между сигналом и опорным напряжением (фиг. 3 а, в при Х_ш = =- 0,25) увеличивается интервал времени, в течение которого триггер 8 сброшен (фиг.3 д) и на выходе Q3 (Q4 или Q5) счетчика 11 повышается потенциал (фиг.2). После сброса триггера 8 информация переносится в регистр 12, благодаря чему на выходе первого логического элемента ИЛИ 13 повышается потенциал. Так как на выходе Q0 пятого счетчика так же повышен потенциал, то и на выходе комбинированного элемента 16 появляется логическая единица. Это обстоятельство делает прозрачным элемент 21 для импульсов с выхода триггера 8. После переполненная счетчика 22 изменяется состояние выходов пятого счетчика. На выходе Q0 потенциал понижается, а на выходе Q1 повышается. При этом вступает в работу (переводится в режим ожидания) второй логический элемент И комбинированной схемы 16. Дальнейшее продвижение поезда (Х_ш = 0,5) приводит к тому, что разность фаз между сигналом и опорным напряжением оказывается в пределах 10-20^о и на выходах Q1 счетчика 11 и регистра 12 повышается потенциал при этом на выходе элемента 16 вновь повышается потенциал (предварительно он был понижен когда шунт был наложен в координате Х_ш = 0,1), и вновь счетчик 22 отсчитывает серию импульсов с выхода триггера 8, что впоследствии приводит к переключению счетчика 23. В работу включается следующий элемент И микросхемы 16. При этом отслеживается увеличение разности фаз при Х_ш=1,5. Если такое увеличение происходит, то повышается потенциал на выходе Q3 счетчика 23 и контролируется снижение разности фаз до значения 20^о. При соблюдении и этого в устройстве происходит повышение потенциала на выходе Q4 счетчика 23, что в свою очередь обнуляет счетчик (повышается потенциал на выходе Q0 и выходе элемента 24 (контроль освобождения участка).

Использование предлагаемого способа контроля свободности путевого участка и предложенной рельсовой цепи, разработанной с учетом упомянутого способа, позволит обеспечить надежный контроль состояния путевого участка при сопротивлении поездного шунта 0,5 Ом (кривые на фиг.1 практически не зависят от величины сопротивления шунта, если он не превышает 0,5 Ом, а при более высоких частотах он может быть равен и 1 О м) и снижении сопротивления изоляции существенно ниже нормативного значения (0,3-0,5 Ом х км). Изобретение существенно меняет представление о возможности использования рельсовых цепей в условиях неблагоприятных для нормального и шунтового режимов.

Использование: для контроля свободности путевого участка. Сущность изобретения: осуществляется сравнение заданной разности фаз сигнального тока в начале и конце рельсовой линии с зафиксированными при проследовании поезда. Устройство содержит два блока контроля нулевого значения сигнала, два триггера, пять счетчиков, генератор импульсов, три элемента ИЛИ, элемент И - ИЛИ и два элемента И. Счетчики выполнены в виде счетчиков Джонсона. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля свободности путевого участка, заключающийся в том, что задают величину разности фазы сигнального тока в рельсовой линии в начале и конце контрольного участка пути при наличии поезда на участке, определяют фазу сигнального тока в рельсовой линии в начале контрольного участка и в конце контрольного участка, фиксируют разность между ними, которую сравнивают с заданной, и, в случае равенства заданной величины разности фаз сигнального тока и определенной, фиксируют следование поезда по контрольному участку пути, отличающийся тем, что определяют четыре контрольные точки, одна из которых расположена на предыдущем контрольном участке, смежном с данным, другая - в начале данного контрольного участка, третья - в конце данного контрольного участка и четвертая - на последующем контрольном участке, смежном с данным, и задают соответственно четыре величины разности фаз сигнального тока в рельсовой линии в начале и конце данного контрольного участка при проследовании поездом указанных контрольных точек, которые сравнивают с определенной величиной разности фаз сигнального тока в рельсовой линии в начале и конце данного контрольного участка, а фиксацию проследования поездом данного контрольного участка осуществляют после последовательной фиксации равенства разности фаз сигнального тока в начале и конце рельсовой линии данного контрольного участка заданным упомянутым четырем величинам разности фаз сигнального тока. 2. Фазочувствительная рельсовая цепь, содержащая источник питания, подключенный через ограничитель тока к рельсам на одном конце рельсовой линии, к рельсам на другом конце которой подключена одна обмотка согласующего трансформатора, к одному выводу другой обмотки которого подключена обкладка конденсатора, отличающаяся тем, что она снабжена триггерами, генератором импульсов, счетчиками импульсов, регистром, элементами И, ИЛИ и И-ИЛИ, резистором, переключателем и блоками контроля нулевого значения сигнала, вход одного из которых подключен к другой обкладке конденсатора и другому выводу второй обмотки согласующего трансформатора, а выход соединен с одним из входов первого триггера, второй вход которого подключен к выходу другого блока контроля нулевого значения сигнала, а выход - к входам сброса первого и второго счетчиков, первому входу первого элемента И и входу синхронизации регистра, входы данных которого соединены с выходами второго счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, соединенным с входом третьего счетчика, вход сброса которого соединен с одним из выходов четвертого счетчика, подключенным к одному входу четвертого элемента И, а выход - с одним из входов второго триггера, другой вход которого через резистор и контакт переключателя соединен соответственно с минусовым и плюсовым полюсами источника питания, а выход - с вторым входом второго элемента И, второй вход первого элемента И соединен с выходом элемента И-ИЛИ, а выход - с тактовым входом пятого счетчика импульсов, выход которого соединен с тактовым входом четвертого счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с одним из собственных выходов, а другие выходы пятого счетчика - с одними входами элемента И-ИЛИ, другие входы которого соединены с выходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ и с одними из выходов регистра, другие входы которых подключены к входам элементов ИЛИ, при этом второй и четвертый счетчики импульсов выполнены в виде счетчиков Джонсона.