УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИ НАДЕЖНОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Российский патент 2002 года по МПК B61L7/08 

Для управления и контроля железнодорожного движения сегодня обычно применяются электронные централизационные посты (Signal + Draht 75(1983)11, стр. 210-215). Они вырабатывают по требованиям участковых диспетчеров или по побуждению за счет автоматики указания для движущихся на участке поездов, составляют соответствующие маршруты, контролируют их и снова отменяют после проезда. Переводные и контрольные устройства для полевых элементов электронных централизационных постов являются как и в релейной централизации составной частью внутренней установки. При этом управление и контроль стрелок как в релейной централизации реализовано с зарекомендовавшими себя там схемами включения стрелочного электропривода в релейной технике. Сигнально-техническая надежность устройств перевода и контроля стрелок достигается за счет надежности способа и применения технически надежных элементов; надежность способа основывается на контроле всех участвующих в процессах перевода и контроля компонентов через равномерные промежутки времени или также с управлением от события. Подобно как при управлении стрелок, дело происходит также при управлении световых сигналов. Необходимая надежность также и здесь достигается путем применения технически надежных конструктивных элементов и за счет надежности способа. В соответствии с процессом эксплуатации проверяют все модули в переводной части, подводящие линии к световому сигналу и сигнальные лампы. Если по сравнению с процессом эксплуатации требуются более короткие проверочные циклы, то могут производиться также и они вплоть до проверки готовности к зажиганию сигнальных ламп. Реакции устройств контроля и сигнализаторов передаются на оценивающую вычислительную систему, которая оценивает сообщения путем сравнения должно/фактически и соответственно реагирует.

Также и в электронных централизационных постах для подключения ведущих к потребителям жил до сих пор применяются сигнальные реле. Таковыми являются специально разработанные для нужд железнодорожной сигнальной техники реле, у которых конструктивно за счет жесткой связи контактов между собой обеспечено, что размыкатель и замыкатель не могут быть одновременно закрытыми. Это свойство сигнального реле является предпосылкой того, что положение контактов, например, расположенных в цепях переводного тока контактов сигнальных реле может контролироваться через другие, принудительно замыкаемые или размыкаемые с контролируемыми контактами контакты реле в других цепях тока. Подобные сигнальные реле являются естественно значительно более дорогими, чем обычные реле управления, даже если эти выполнены особенно надежными. До сих пор такие реле управления не могли применяться в критичных с точки зрения надежности применениях железнодорожной сигнальной техники, поскольку не обеспечено, что положение переключения контролируемого схемой или вычислительной машиной контакта действительно совпадает с положением переключения соответствующего контакта этого реле в существенной для надежности цепи тока потребителя. Недостаточная возможность проверки является причиной того, что до сих пор для таких существенных для надежности цепей тока использовались не электронные средства переключения, а несколько обычно последовательно включенных контактов или соответственно отдельные контакты надежных реле.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, которое специально для существенного для надежности управления в железнодорожном транспорте обходится без разработанных для этого, зарекомендовавших себя сигнальных реле. Заменяющие сигнальные реле реле/контакторы должны выбираться только по электрическим условиям эксплуатации, надежности и расходам.

Изобретение решает эту задачу за счет применения отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные соответствующие изобретению формы выполнения и развития указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

На фиг. 1 показана в виде выреза переводная часть светового сигнала; на фиг. 2 - то же, переводная часть стрелочного привода.

Обозначение средств переключения, которые не обязательно требуются для пояснения настоящего изобретения, на фиг. 1 -2 по причинам наглядности опущено.

Схематически представленный на фиг. 1 световой сигнал LS снабжен лампой разрешающего сигнала LG и лампой запрещающего (стоп-) сигнала LR, которые являются попеременно подключаемыми централизационным постом. Для этого обе сигнальные лампы соединены через схематически намеченные, также более длинные питающие линии L1, L2 с внутренней установкой централизационного поста. Для включения сигнальных ламп служат переводимые известным образом друг за другом централизационным постом исполнительных органа S0 и S1. Подключение этих исполнительных органов происходит от надежной вычислительной системы, которая вместе с другой вычислительной системой образует централизационный пост. Этой надежной вычислительной системой один канал обслуживает один исполнительный орган и другой канал - другой исполнительный орган. Разделение каналов поясняется на фиг. 1 пунктирной линией; штриховые линии показывают нетеряемое разделение потенциалов между отдельными компонентами устройства.

Оба исполнительных органа S0 и S1 в отличие от уровня техники выполнены не в виде сигнальных реле с принудительно размыкаемыми или замыкаемыми замыкающими и размыкающими контактами, а в виде реле управления с не принудительно размыкаемыми или замыкаемыми переключающими контактами S0/1 и S0/2 или соответственно S1/1. Они выполнены механически таким образом, что отдельные переключающие контакты, если они приварены в одном положении, при переключении соответствующего реле больше не могут перекидываться; размыкающий контакт остается закрытым, а замыкающий контакт остается открытым. Это означает, что в случае неисправности один из контактов исполнительного органа S0 механически удерживается, в то время как другой переключающий контакт реле и дальше работает нормально. Такое поведение зависания одного контакта в одном или другом положении не может быть исключено также при применении надежных исполнительных органов; наступившая ошибка должна индицироваться.

За счет применения сигнально-технически ненадежных исполнительных органов S0 и S1 больше не является возможным надежно контролировать правильное поведение функционирования исполнительных органов через приводимые в действие вместе с контактами S0/1, S0/2, S1/1 другие контакты соответствующих исполнительных органов. Контролирующая вычислительная система поэтому для проверки работы исполнительных органов может только контролировать их положение переключения во включенной цепи тока светового сигнала. В настоящем случае это происходит через контроль напряжения, которое отводится посредством измерительного резистора Rx из текущего во время процесса измерения в цепи питания контролируемой сигнальной лампы питающего тока. Это измерительное напряжение подается через оптоэлектронный элемент связи ОК3 на двухпороговый дискриминатор FD устройства контроля и которое оценивает это измерительное напряжение и передает результат оценки дальше через оптоэлектронный элемент связи OK1 на оба вычислительных канала надежной вычислительной системы. Вычислительная система записывает подведенные ей от двухпорогового дискриминатора сигналы и распознает в случае неисправности из появления не ожидаемых в настоящее время сигналов сообщений несвоевременное состояние открыто/закрыто, по меньшей мере, одного переключателя. Из питающего тока, текущего на фиг. 1 при подключенной сигнальной лампе LR для запрещающего показания сигнала в цепи тока лампы, вычислительная система распознает посредством переданного ей от двухпорогового дискриминатора сигнала сообщения, что оба размыкающих контакта S01/1 и S02/2, отключенного в соответствии с режимом исполнительного органа S0, и размыкающий контакт S1/1 также отключенного исполнительного органа S1 действительно замкнуты. Если один из этих контактов по причине неисправности остался бы в другом положении переключения, то течение тока через лампу запрещающего сигнала было бы прервано, или измерительный резистор был бы коротко замкнут, так что двухпороговый дискриминатор передал бы не ожидаемый в это время сигнал сообщения на вычислительную систему. Приварился ли один из этих контактов в представленном положении, оценивающая вычислительная система распознает при подключении лампы разрешающего сигнала LG. Для этого вычислительная система вначале вызывает через вычислительный канал реверсирование исполнительного органа SO. Если его контакты работают нормально, то контакт S0/2 разрывает цепь питания для еще подключенной лампы запрещающего сигнала LR, в то время как контакт S0/1 переключает контакт S0/2; лампа запрещающего сигнала остается таким образом подключенной. Контакт S0/1, однако, шунтирует не только контакт S0/2, но также и измерительный резистор Rx, так что во время подключения только исполнительного органа S0 двухпороговый дискриминатор FD детектирует отклонение вниз от заданного значения порога и передает соответствующее сообщение на оценивающую вычислительную систему. Одновременно контакт S0/1 в соединении с контактом S0/2 подключает однополюсно лампу разрешающего сигнала LG. Если в это время вследствие неисправности за счет соприкосновения жилы на одной из ведущих к сигнальной лампе LG для разрешающего положения жил было бы приложено напряжение, то это имело бы следствием, что текущий в измерительном резисторе Rx ток создает падение напряжения, которое было бы определено двухпороговым дискриминатором и сообщено дальше на вычислительную систему; вычислительная система определила бы из несвоевременного появления соответствующего сигнала сообщения наличие неисправности. Приваривание одного из двух контактов исполнительного органа S0/1, S0/2 имеет те же последствия, что и соприкосновение жил. Если, например, контакт исполнительного органа S0/1 был бы приварен в представленном положении, то это было бы распознано при подключении исполнительного органа S0, поскольку тогда через переключенный контакт исполнительного органа S0/2 течение тока через лампу разрешающего сигнала LG было бы прервано, так что к вычислительной системе от двухпорогового дискриминатора был бы подведен не ожидаемый в это время сигнал сообщения. Подобное происходит, если бы в представленном положении был приварен контакт исполнительного органа S0/2. При подключении исполнительного органа S0 тогда перебросился бы только контакт исполнительного органа S0/1. Он помешал бы тогда последующему подключению лампы разрешающего сигнала LG, поскольку он включил соединение вместо к лампе разрешающего сигнала LG к лампе запрещающего сигнала LR.

Приваривание контакта исполнительного органа S1/1 в одном или другом положении делает невозможным подключение лампы разрешающего сигнала LG или соответственно отключение лампы запрещающего сигнала LG. Соответствующее обратное сообщение двухпорогового дискриминатора сообщает вычислительной системе о наступившей неисправности.

Если контакт исполнительного органа S0/1 приварен в не представленном на фиг. 1 положении, в которое он попал при подключении лампы разрешающего сигнала, то лампа запрещающего сигнала после отключения состояния разрешающего сигнала хоть и может зажечься, однако соответствующее контрольное сообщение отсутствует, поскольку контакт S0/1 шунтирует измерительный резистор Rx. Если контакт исполнительного органа S0/2 приварен в не представленном на фиг. 1 положении, то может еще подключаться состояние разрешающего сигнала, однако не состояние запрещающего сигнала. Соответствующее сообщение информирует вычислительную систему о наступившей неисправности и запирает сигнал.

Собственно сообщением о неисправности на вычислительную систему является то, которое вызывается, если незадолго перед подключением лампы разрешающего сигнала подводящие линии к этой лампе контролируются на соприкосновение жил с другими ведущими потенциал линиями, а именно выдача не ожидаемого в настоящее время сообщения состояния на вычислительную систему. Это сообщение состояния заметно отличается от сообщения состояния, которое должно было бы выдаваться при правильном положении переключателя.

В предпочтительном случае управляющей вычислительной системе придано в соответствии только ограниченное число потребителей. Так, она приводится в состояние, подвергать потребители и/или вовлеченные в процесс контроля средства переключения циклической или управляемой от события проверке функционирования. Путем циклической записи и оценки контрольных сообщений вычислительная система распознает каждое изменение в картине состояний сигнализации, будь-то правильное или не правильное. Путем вначале однополюсного и только потом двухполюсного подключения потребителей из лежащих на подводящих линиях к потребителям потенциалов можно делать выводы об определенных состояниях, например, исполнительных органов в цепи подключения потребителей. Они являются таким образом контролируемыми и это таким образом открывает возможность, применять для этих исполнительных органов самые нормальные сигнальные реле или контакторы.

Другая возможность для контроля положения переключения размыкающих контактов (механически или электронно) заключается в гальванической связи цепей питания и контроля. При ошибочном положении переключения подключающего контакта на контролируемые сигнализаторы включаются не ожидаемые в этот момент времени напряжения, причем неожидаемая картина сигнальных состояний указывает вычислительной машине на наличие неисправности. Такой пример выполнения изобретения представлен на фиг. 2; он относится к применению изобретения в случае стрелочного привода, который питается известным по себе образом через четыре жилы от сети трехфазного тока. Каждая жила содержит один переключатель H11/1, Н21/1, Н12/1 или соответственно Н22/1, который представлен одним контактом обычного реле управления Н11, H21, H12, Н22. Соответственно два из этих реле включены последовательно, то есть подключаются и отключаются совместно. Подключение происходит через один или соответственно другой вычислительный канал управляющей и контролирующей вычислительной системы; отключение происходит через устройство контроля тока движения LU, которое может определять достижение конечного положения стрелки и при распознавании конечного положения стрелки прерывает цепь питания последовательно включенных реле управления. Придание в соответствие реле управления обоим вычислительным каналам выбрано так, что цепи питания для обмоток двигателя W1 до W3 стрелочного привода WA постоянно проходят через переключатели приводимых в действие из различных вычислительных каналов реле управления. В представленном конечном положении привода последовательно включенные обмотки W1 и W3 могут подключаться только через переключатели H11/1 и Н21/1 и обмотка W2 только через переключатели Н12/1 и Н22/1; соответствующие реле управления управляются из различных вычислительных каналов. При переключении привода на обмотках W1 и W3 или соответственно W3 и W2 соответственно приложены сопряженные фазовые напряжения. Обе цепи переводного тока проходят через переключатели H12/1 и Н21/1 или соответственно H11/1 и Н21/1; соответствующие реле управления приданы различным вычислительным каналам. Когда привод достигает свое новое конечное положение, приводные контакты, однако, еще не перебросились, обмотки двигателя W2 и W3 через переключатели H11/1 и Н21/1, а обмотка W1 через переключатели H12/1 и Н21/1 приложены к напряжению, прежде чем они отключатся после включения приводных контактов. Отключение реле управления происходит через устройство контроля тока движения LU, которое обесточивается посредством приводных контактов. Также и в фазе выбега питание приводных обмоток производится через переключатели, которые управляются из различных вычислительных каналов.

Если при подключении стрелочного привода один или несколько переключателей не закроются, то привод или не может переключаться или требует для переключения недопустимо большое время. И то и другое было бы распознано еще подлежащими пояснению сигнализаторами и сообщено на вычислительную систему. Если один или несколько переключателей при отключении привода не откроются, то это точно также будет распознано сигнализаторами и сообщено на вычислительную систему. Как это обуславливается, поясняется ниже более подробно.

Для контроля стрелочного привода и таким образом для непосредственного распознавания не вовремя открытых или закрытых переключателей служат два сигнализатора M1 и М2. Эти сигнализаторы выполнены в виде операционных усилителей и предназначены для того, чтобы выдавать сообщения состояния на оба вычислительных канала. Каждый сигнализатор в зависимости от подведенного к нему входного потенциала может выдавать два различных сообщения, одно из которых он вводит с правильной фазой в качестве первого, а другое в качестве второго бита в сигнальную телеграмму МК1 или соответственно МК2 на соответствующий вычислительный канал. Оба сигнализатора через отдельные линии однополюсно приложены к корпусу. Их сигнальные входы через мостиковые контакты В5, В6, В1 соединены с двумя ведущими к стрелочному приводу жилами. Обе других ведущих к стрелочному приводу жилы соединены через мостиковые контакты В3, В4 с ведущими потенциал выходами двух источников постоянного напряжения U3, U4, причем одна жила соединена с плюсовым полюсом источника постоянного напряжения U3 и другая - с минусовым полюсом источника постоянного напряжения U4. Другие зажимы обоих источников постоянного напряжения приложены через отдельные линии на землю. Через приводные контакты АК1 до АК4, поставленные в распоряжение от обоих источников постоянного напряжения U3, U4, потенциалы подводят в качестве контрольных потенциалов соответственно к одному или другому сигнализатору M1, M2. В представленном конечном положении привода на сигнальном входе сигнализатора M1 лежит плюсовой потенциал и на сигнальном входе сигнализатора М2 лежит минусовой потенциал. При другом конечном положении привода на сигнальном входе сигнализатора M1 был бы приложен минусовый потенциал, а на сигнальном входе сигнализатора М2 - плюсовой потенциал. Во время перехода стрелки выданные сигнализаторами M1, M2 сигналы сообщений вычислительной машиной не оцениваются. Для этого вычислительная машина получает от устройства контроля тока движения LU соответствующие сообщения состояния, которые вводятся с правильной фазой, например, в третьем разряде в подводимые к обоим вычислительным каналам сигнальные телеграммы MK1, MK2. Однако можно также во время перехода стрелки включать сигнализаторы через выходные сигналы устройства контроля тока движения в неактивное состояние и таким образом препятствовать оценке сообщений состояния во время перехода стрелки.

Если теперь вследствие неисправности один или несколько включенных в цепь питания приводных обмоток переключателей при отключении привода, например, за счет приваривания остаются закрытыми, то по меньшей мере, в одном из сигнализаторов на подведенный к нему контрольный потенциал накладывается подключаемое от дефектного переключателя на соответствующую переводную жилу переводное напряжение. Сигнализатор тогда на стороне выхода не имел бы никакого выходного сигнала. Это тогда было бы распознано оценивающей сигнальные телеграммы вычислительной системой как неисправность.

Если при подключении стрелочного привода один или несколько исполнительных органов не закрылся бы как положено, например, потому что они приварились в исходном положении, то устройство контроля тока движения также еще отключило бы сигнализаторы в неактивное состояние после предусмотренного для перехода стрелки максимального значения или соответственно сообщило бы вычислительной системе, что выходные сигналы сигнализаторов не подлежат оценке. Из отсутствия ожидаемых сигналов сообщений вычислительная система распознает наличие неисправности.

Таким образом возможные ошибки функционирования переключателей в обоих положениях переключения являются надежно распознаваемыми. Поскольку это возможно, то также относительно управления стрелочных приводов существует возможность подключать и отключать их через реле управления и отказаться от применяемых для этого до сих пор дорогих сигнальных реле. Вместо сигнальных реле могут применяться также электронные средства переключения для включения питающих линий, поскольку их возможное ошибочное функционирование является также распознаваемым для вычислительной системы.

Если как установочное напряжение для потребителей, так и напряжения, из которых отводятся контрольные потенциалы, приложены совместно к потенциалу корпуса, короткие замыкания потребителей являются надежно распознаваемыми за счет короткого замыкания контрольных потенциалов.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики. Каждая цепь тока потребителей содержит последовательно расположенные, управляемые независимо друг от друга сигнально-технически ненадежные переключатели, управляемые с помощью независимых вычислительных каналов надежной вычислительной системы. Каждая жила цепи тока содержит один переключатель. Предусмотрен сигнализатор для распознавания отведенного от текущего через потребители тока питания или проверки. Не вовремя закрытый или открытый переключатель изменяет заметным образом напряжение проверки по сравнению с напряжением проверки, устанавливающимся при правильном положении переключателя. Выходные сигналы сигнализатора оцениваются двумя вычислительными каналами надежной вычислительной системы, которая распознает несвоевременное состояние по меньшей мере одного из переключателей из появления не ожидаемых в это время выходных сигналов сигнализатора. Технический результат - возможность использования реле/контакторов вместо сигнальных реле. 9 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для сигнально-технически надежного управления и контроля электрических потребителей на железнодорожном транспорте со следующими признаками: a) каждая цепь тока потребителя содержит, по меньшей мере, два последовательно расположенных, управляемых независимо друг от друга сигнально-технически ненадежных переключателя (S0/1, S0/2, S1/1; H11/1, Н21/1; H12/1, Н22/1) для размыкания/замыкания цепи тока; b) оба переключателя являются управляемыми с помощью независимых вычислительных каналов надежной вычислительной системы; c) каждая жила цепи тока содержит один из двух переключателей; d) предусмотрен, по меньшей мере, один сигнализатор (FD; M1, M2) для распознавания напряжения проверки, отведенного от текущего через потребители (LG, LR; WA) или подключаемого, по меньшей мере, посредством потребителя тока питания или проверки, зависящего от рабочего состояния потребителей; e) не вовремя закрытый или открытый переключатель изменяет заметным образом напряжение проверки по сравнению с напряжением проверки, устанавливающимся при правильном положении переключателя; f) выходные сигналы сигнализаторов оцениваются двумя вычислительными каналами надежной вычислительной системы и вычислительная система распознает несвоевременное состояние открыто/закрыто, по меньшей мере, одного из переключателей из появления не ожидаемых в это время выходных сигналов сигнализатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что переключатели выполнены в виде контактов реле управления (H11, H12; Н21, Н22). 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что переключатели выполнены в виде бесконтактно переключаемых электронных конструктивных элементов. 4. Устройство но любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что каждой вычислительной системе придано в соответствие такое ограниченное число потребителей, что она является в состоянии наряду с управлением потребителями также производить циклическую и/или управляемую событием проверку функционирования потребителей и/или вовлеченных в процесс управления и/или контроля средств переключения. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что проверка функционирования охватывает вначале одно- и потом двухполюсное подключение отдельных или нескольких потребителей в следующие друг за другом во времени шаги переключения и ввод и оценку соответствующих контрольных потенциалов из соответственно включенных жил. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что как переводное напряжение для потребителей, так и напряжение/напряжения, из которых отводят контрольные потенциалы, имеют общий опорный потенциал. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что опорный потенциал является потенциалом земли. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, там, где потребитель (WA) является попеременно реверсируемым в одно из двух возможных конечных положений, для контроля этих конечных положений предусмотрены два сигнализатора (M1, M2) для определения контрольных потенциалов, которые подводятся к сигнализаторам через управляемые потребителем контакты положения (АК1 до АК4) из раздельных источников постоянного напряжения (U3, U4), которые, так же как и сигнализаторы, приложены с различной полярностью к общему опорному потенциалу, и причем их расположение выбрано таким, что в одном конечном положении потребителя от одного источника постоянного напряжения (U3) через, по меньшей мере, один контакт положения (АК4) на один сигнализатор (M1) попадает положительный контрольный потенциал (+) и от другого источника постоянного напряжения (U4) через, по меньшей мере, другой контакт положения (АК1) на другой сигнализатор (M2) попадает отрицательный контрольный потенциал (-), в то время как в другом конечном положении потребителя это как раз наоборот. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оба источника постоянного напряжения (U3, U4) и оба сигнализатора (M1, M2) приложены каждый через две отдельные линии к общему опорному потенциалу.

10 Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что сигнализаторы выполнены в виде операционных усилителей.