Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарская государственная академия путей сообщения

Учебное пособие для студентов специальности

«Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

Основы железнодорожной автоматики и телемеханики

Ю.И. Полевая

Самара 2006

УДК 656.25

Рецензенты:

Заместитель руководителя Департамента автоматики и телемеханики ОАО «РЖД»

В.Н. Новиков

Доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой АСОИУ Самарской государственной академии путей сообщения

О.А. Кацюба

Доктор техн. наук, профессор кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте»

Московского государственного университета путей сообщения

П.Ф. Бестемьянов

Полевой Ю.И.

П49 Основы железнодорожной автоматики и телемеханики [Текст]: учебное пособие для вузов / Ю.И. Полевой - Самара : СамГАПС, 2006. - 100 с.: ил.; 21 см - Библиогр.: с. 91. - 150 экз. - ISBN 5-98941-014-Х

В учебном пособии изложены основы устройств автоматики и телемеханики применяемых в системах сигнализации, централизации и блокировки. Этот материал является фундаментом для освоения профилирующих дисциплин, где изучаются системы регулирования движения поездов на станциях и перегонах, маневровых передвижений и формирования составов на станциях.

Приводится материал по трем разделам: классификация и назначение систем железнодорожной автоматики, элементы систем железнодорожной автоматики и кабельные сети. Особое внимание уделено вопросам обеспечения безопасности движения поездов.

Предназначено для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» в качестве учебного материала, а также может быть использовано при проведении практических занятий.

УДК 656.25

ISBN 5-98941-014-Х © СамГАПС, 2006

© Полевой Ю.И., 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

1.1 Классификация и назначение систем железнодорожной автоматики и телемеханики

Контрольные вопросы и задание

2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

2.1 Электромагнитные реле

2.1.1 Принцип действия реле и их классификация

2.1.2 Реле постоянного тока

2.1.2.1 Нейтральные реле

2.1.2.2 Поляризованные и импульсные реле

2.1.1.3 Комбинированные реле

2.1.2 Реле переменного тока

2.1.4 Трансмиттеры

2.1.5 Полупроводниковые и микропроцессорные элементы

2.1.5.1 Полупроводниковые приборы

2.1.5.2 Микропроцессорные средства

Контрольные вопросы и задание

2.2 Путевые устройства систем железнодорожной автоматики и телемеханики

2.2.1 Светофорная сигнализация

2.2.1.1 Устройство и установка светофоров

2.2.1.2 Расстановка светофоров автоблокировки .

2.2.1.3 Расстановка светофоров на станции

2.2.2 Стрелочные электроприводы

2.2.3 Рельсовые цепи

2.2.3.1 Выполняемые функции и структурные схемы

2.2.3.2 Режимы работы и основные требования

2.2.3.3 Схемы рельсовых цепей

2.2.3.4 Разветвленные рельсовые цепи

2.2.3.5 Расчет рельсовой цепи

Контрольные вопросы и задание

3. КАБЕЛЬНЫЕ СЕТИ

3.1 Устройства кабельных сетей

Контрольные вопросы и задание

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Перечень сокращений

АБ - автоматическая блокировка (автоблокировка).

АЗСР - автоматическое задание скорости роспуска.

АЛС - автоматическая локомотивная сигнализация.

АЛУ - арифметическое логическое (арифметико-логическое) устройство.

АПС - автоматическая переездная сигнализация.

АРС - автоматическое регулирование скорости.

ГАЦ - горочная автоматическая централизация.

ГПЗУ - горочное программно-задающее устройство.

Д - датчик.

ДК - диспетчерский контроль.

ДСШ - двухэлементное секторное (фазочуствительное) реле.

ДЦ - диспетчерская централизация.

ДШ - дешифратор.

ЗО - задающий орган.

ИО - исполнительный орган.

КПТШ - кодово-путевой трансмиттер штепсельный.

КС - канал связи.

МП - микропроцессор.

МТ - маятниковый трансмиттер.

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.

ОР - объект регулирования.

ОС - орган сравнения.

Пер - передатчик.

ПЗУ -постоянное запоминающее устройство.

Пр - приемник.

ПТЭ - правила технической эксплуатации.

РЦ - рельсовая цепь.

САР - система автоматического регулирования.

СМ - соединительная муфта.

СП - стрелочный (электро) привод.

СЦБ - сигнализация, централизация и блокировка.

ТГЛ - телеуправление горочным локомотивом.

ТС - телесигнализация.

ТУ - телеуправление.

УКМ - универсальная конечная муфта.

УПМ - универсальная промежуточная муфта.

ФОЖАТ - физические основы железнодорожной автоматики

и телемеханики.

Ш - шифратор.

ЭВМ - электронная вычислительная машина.

ЭОЖАТ - электрические основы железнодорожной автоматики

и телемеханики.

ЭЦ - электрическая централизация.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В железнодорожных вузах Российской Федерации перед чтением профилирующих дисциплин вводится ознакомительный курс по специализации. В Самарской академии путей сообщения по специальности Автоматика телемеханика и связь читаются дисциплины Физические основы железнодорожной автоматики и телемеханики и связи (ФОЖАТС), Электрические основы железнодорожной автоматики и телемеханики (ЭОЖАТ), Электрические основы связи (ЭОС). Как показывает опыт, ознакомление с основами железнодорожной автоматики телемеханики и связи создает положительные предпосылки к осознанному выбору специализации и подготавливает базу к освоению основного материала. По упомянутым дисциплинам читается курс лекций, проводятся практические занятия и экскурсии на линейные объекты железнодорожного транспорта (посты электрической централизации линейно-аппаратные залы и т. п.).

Освоение материала затруднено тем, что в настоящее время издается мало учеников и учебных пособий по железнодорожной автоматике, телемеханике и связи. Имеющиеся в наличии учебники изданы в основном до 1990 года, и они морально и физически устарели. Кроме того, освоение материала по основам автоматики, телемеханики и связи предполагает изучение большего количества учебного материала в достаточно упрощенном виде. Таких учебников практически нет, и студенты вынуждены обращаться к основным учебникам, которые для первоначального освоения достаточно сложны.

Предлагаемое учебное пособие существенно облегчит освоение материала как студентам дневной формы обучения, так, что особенно важно, и заочной. Студенты заочной формы обучения, хотя в большинстве своем и работают по специальности, но имеют дело с одной-двумя системами, а про другие не имеют четкого представления.

Введение в учебный процесс дисциплин ФОЖАТС и ЭОЖАТ на Электротехническом факультете СамГАПС позволило осуществить двухуровневый (двухступенчатый) процесс обучения, что положительно сказалось на усвоении материала, улучшило выживаемость знаний, существенно снизило количество отстающих студентов.

Материалом для написания учебного пособия послужил накопленный опыт во время проведения занятий по упомянутым дисциплинам на дневном и заочном факультетах. Кроме того, был составлен ряд программ (перечень программ и регистрационные номера приведены в приложении) для работы студентов в компьютерном классе.

Пособие содержит три раздела с перечнем рекомендуемого библиографического материала, контрольные вопросы по разделам, упражнения с вариантами заданий в соответствии с шифром студента (для студентов заочной формы обучения), перечень сокращений, алфавитно-предметный указатель, библиографический список, приложения.

Отзывы и пожелания можно направлять по адресу: 443066, Самара, 1-ый Безымянный переулок, 18, СамГАПС, кафедра АТС.

С учетом полученных отзывов на кафедре АТС планируется издание еще одного учебного пособия по дисциплине ЭОЖАТ, которая является продолжением дисциплины ФОЖАТС.

В заключение хочу выразить глубокую признательность рецензентам В.Н. Новикову, О.А. Кацюбе, П.Ф. Бестемьянову за ценные предложения и оперативность при рецензировании пособия.

ВВЕДЕНИЕ

Ведущую роль по увеличению пропускной и провозной способности дорог, повышению перерабатывающей способности сортировочных горок, грузовых станций, сокращению времени оборота вагонов, увеличению скорости грузовых и пассажирских поездов при минимальных по сравнению с другими устройствами затратах играют устройства автоматики, телемеханики и связи, а также автоматизированные системы управления перевозками и технологическими процессами. Для регулирования движения поездов на перегоне широкое применение поручил комплекс устройств, в который входят: автоблокировка (АБ), автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), диспетчерский контроль (ДК).

Регулирование движения поездов на станциях производится средствами релейной электрической централизации (ЭЦ).

Большое распространение получила диспетчерская централизация (ДЦ) для телемеханического управления стрелками и сигналами ряда промежуточных станций с одного диспетчерского поста.

Формирование составов осуществляется на сортировочных станциях, оборудованных устройствами горочной автоматики (ГАЦ, АРС и др.).

До последнего времени практически все перечисленные устройства монтировались на реле первого класса надежности или кодовых реле. В последние десятилетия стали интенсивно внедряться микроэлектронные и микропроцессорные устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Разработка устройств на современной элементной базе предусматривает и совершенствование алгоритмов работы новых устройств многократно расширяющих функциональные возможности систем управления и контроля за движением поездов.

В учебном пособии изложены основы устройств автоматики и телемеханики, применяемых в системах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Эти основы являются фундаментом для освоения профилирующих дисциплин, где изучаются системы регулирования движения поездов на станциях и перегонах, регулирования маневровых передвижений и формирования составов на станциях.

В развитие устройств железнодорожной автоматики большей вклад внесли научно-исследовательские, проектные и учебные институты, заводы по производству аппаратуры железнодорожной автоматики, выдающиеся ученые старшего поколения и наши современники. Практически все устройства и системы железнодорожной автоматики отечественного производства.

Для успешного освоения основ железнодорожной автоматики и телемеханики чтение лекций и проведение практических занятий с выполнением расчетов и упражнений целесообразно сопровождать экскурсиями на линейные объекты железнодорожного транспорта, проведением занятий в компьютерных классах по программам, названия которых приведены в приложении.

В учебном пособии приводится материал по трем разделам: классификация и назначение систем железнодорожной автоматики, элементы систем железнодорожной автоматики и кабельные сети. Особое внимание уделено вопросам обеспечения безопасности движения поездов.

В последнее десятилетие релейно-контактные системы, предназначенные для регулирования движения поездов, вытесняются микропроцессорными системами, а также путевыми датчиками на основе тональных и адаптивных рельсовых цепей, имеющих более высокую надежность и способных работать в условиях пониженного сопротивления изоляции. В учебном пособии приводится материал для ознакомления с простейшим микропроцессором.

1. СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

1.1 Классификация и назначение систем железнодорожной автоматики и телемеханики

Автоматикой и телемеханикой называется отрасль техники, обеспечивающая контроль и управление производственными процессами. Железнодорожная автоматика и телемеханика способствуют повышению производительности труда, увеличению пропускной способности, обеспечению безопасности движения поездов, улучшению условий и культуры труда железнодорожников, совершенствованию методов обслуживания. Эти устройства позволяют более эффективно использовать весь комплекс технических средств железнодорожного транспорта, обладая высокими показателями эксплуатационной, технической и экономической эффективности.

Средства автоматики и телемеханики заменяют труд человека при контроле и управлении производственными процессами. Наиболее общей и совершенной системой автоматики является система автоматического регулирования (САР). Различные виды САР отличаются принципом действия, конструкцией элементов, областью применения и т. п. Однако они имеют ряд общих функциональных узлов, позволяющих представить любую систему САР в виде общей функциональной схемы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1. Общие функциональные схемы САР

В системе автоматического регулирования (рис. 1.1, а) измерительный орган (датчик Д) измеряет регулируемую величину. В качестве измерительного органа используют датчик, преобразующий регулируемую величину в пропорциональную ей другую физическую величину, удобную для воздействия на орган сравнения ОС. Элементами, выполняющими функции измерительного органа, могут быть тахогенератор, преобразующий скорость вращения в ЭДС, или ток; термопара, преобразующая изменение температуры в ЭДС; мембрана, преобразующая изменение давления в перемещение, и т. п. Измерительные органы, как правило, должны потреблять малую мощность, чтобы не нарушать регулируемый процесс.

Задающий орган ЗО служит для задания установленного значения регулируемой величины. Функции этого органа могут выполнять простые элементы, например, реле, кнопка, рукоятка, если задание является постоянным, или сложные, если задание является переменным и должно вычисляться в зависимости от конкретных значений нескольких переменных.

Орган сравнения ОС предназначен для определения отклонения фактического значения регулируемой величины от заданного в результате их сравнения. Для обеспечения работы органа сравнения необходимо, чтобы выходные параметры измерительного и задающего органов имели одинаковую физическую величину.

При отклонении фактического значения от заданного орган сравнения передает воздействие на исполнительный орган ИО, который восстанавливает заданное значение регулируемой величины объекта регулирования ОР.

Таким образом, САР представляет собой замкнутую цепь воздействий: объект -- на измерительный орган (датчик) -- орган сравнения -- исполнительный орган -- объект регулирования. Поэтому рассмотренная структура САР называется также замкнутой системой автоматического управления. Замкнутая цепь воздействий состоит из двух основных частей. Одна из них контролирует регулируемую величину, а другая -- управляет ею.

Функциональная схема САР может содержать и другие элементы. Во многих случаях, например, между органами сравнения и исполнительным имеется усилительный орган, так как мощность на выходе органа сравнения обычно невелика и недостаточна для управления исполнительным органом.

На железнодорожном транспорте широко распространены разомкнутые системы автоматического регулирования, в которых осуществляется лишь одна из функций САР -- автоматический контроль или автоматическое управление.

В системах автоматического контроля (рис. 1.1, б) измерительный орган (датчик Д) воздействует на указательный орган УО, который сигнализирует или записывает значение контролируемой величины или положение объекта (контроль положения стрелок, сигналов, свободности путей и т. п.). Функция управления объектом здесь отсутствует и может выполняться другой системой.

В системе автоматического управления (рис. 1.1, в) функция контроля отсутствует. Объект может контролироваться другой системой.

В системах автоматики расстояние между объектом управления или объектом контроля и пунктом управления или пунктом контроля невелико. Если требуется осуществлять управление или контроль удаленными объектами, то необходимы специальные технические средства для сокращения числа каналов связи между пунктами и объектами управления и контроля. В этом случае системы автоматики преобразуются в системы телемеханики. Системы телемеханики отличаются от систем автоматики тем, что они содержат каналы связи КС, шифраторы Ш, передатчики Пер, приемники ПР и дешифраторы ДШ.

К системам телемеханики относят телерегулирование (рис.1.2, а), телесигнализацию (рис. 1.2, б),телеуправление (рис. 1.2, в).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2. Системы телемеханики

Применение систем телемеханики дает возможность управления и контроля большим числом удаленных объектов из одного центрального пункта с использованием небольшого числа (часто одного) каналов связи. Различия между системами автоматики и телемеханики условны. На практике не во всех случаях можно провести четкую границу между системами автоматики и телемеханики. Часто применяют комплекс устройств, содержащий несколько систем автоматики и телемеханики.

На железнодорожном транспорте для повышения пропускной способности и обеспечения безопасности движения поездов используют следующие основные системы автоматики и телемеханики, обеспечивающие нормальное функционирование устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).

Автоматическая блокировка (автоблокировка) -- система интервального регулирования движения поездов на перегонах при помощи путевых светофоров, показания которых изменяются автоматически под действием движущихся поездов. При автоблокировке межстанционные перегоны делят на блок-участки, каждый из которых ограждается проходным светофором. Блок-участок оборудуют рельсовой цепью, которая является датчиком информации о наличии или отсутствии на ней поезда. Светофоры сигнальными огнями передают информацию о состоянии впереди лежащих блок-участков. Воспринимая эту информацию, машинисты движущихся поездов регулируют скорость поездов в соответствии с показаниями светофоров.

Автоматическая локомотивная сигнализация и автостопы (АЛС) -- устройства, предназначенные для повышения безопасности движения поездов и улучшения условий работы локомотивных бригад. Устройства АЛС обеспечивают автоматическую передачу с пути и прием на локомотиве сигналов, соответствующих показаниям путевого светофора, к которому приближается поезд.

В зависимости от совершенства и уровня решаемых эксплуатационных задач различают системы АЛС с контролем бдительности, контролем скорости и авторегулировкой скорости.

При контроле бдительности поезд останавливается автоматически, если после предупреждения (например, звукового сигнала) о смене сигнала на более запрещающий или по истечении контрольного времени машинист нажатием рукоятки бдительности не подтвердит бдительность. Контроль бдительности может быть неоднократным или периодическим.

Система АЛС с контролем скорости по техническим признакам относится к разомкнутым системам автоматического регулирования. Снижение скорости до значения, определяемого сигналом АЛС, производит машинист. Если машинист не выполнит заданную программу снижения скорости, то произойдет автоматическое торможение.

Наиболее совершенной является система АЛС с авторегулировкой скорости, которая представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования (см. рис. 1.1, а). Объектом регулирования является скорость поезда. Заданная скорость движения определяется сигналом АЛС (задающий орган), а фактическая скорость движения контролируется скоростемером (датчиком), связанным с колесом локомотива. Информация о заданной и фактической скорости движения сравнивается в органе сравнения. Если фактическая скорость превышает заданную, создается воздействие на исполнительный орган, связанный с тормозами поезда; начинается торможение и снижение скорости до заданной величины, после чего торможение прекращается. Фактическая скорость непрерывно фиксируется скоростемером (датчиком). Таким образом, система автоматического регулирования скорости обеспечивает автоматическое снижение скорости до заданной.

Полуавтоматическая блокировка -- система регулирования движения поездов на линиях с неинтенсивным движением, при которой правом на занятие поездом перегона является разрешающее показание выходного сигнала станции. Открытие сигнала производит дежурный по станции или блокпосту, а закрытие осуществляется автоматически от воздействия движущегося поезда. Прибытие поезда в полном составе и освобождение перегона подтверждает дежурный по станции.

Автоматический диспетчерский контроль представляет собой систему телесигнализации (см. рис. 1.2, б) о местоположении поездов на участке, состоянии сигналов и свободности путей на промежуточных станциях и другую информацию.

Автоматическая переездная сигнализация и автоматические шлагбаумы -- ограждающие устройства на переезде, обеспечивающие автоматическое включение светофорной сигнализации для автотранспорта и автоматическое закрытие шлагбаумов (при их наличии) при приближении поезда. Эти устройства предназначены для обеспечения безопасности движения поездов при пересечении железных дорог в одном уровне с автомобильными. Переездная сигнализация выключается и шлагбаум открывается автоматически после освобождения поездом переезда.

Электрическая централизация стрелок и сигналов -- комплекс станционных устройств автоматики и телемеханики, позволяющий управлять стрелками и сигналами целой станции (или отдельной ее части) из одного пункта (поста ЭЦ), обеспечивающий безопасность движения поездов и высокую пропускную способность станции. При всех видах электрической централизации для перевода стрелок устанавливают электроприводы; приемо-отправочные пути и стрелочные участки оборудуют рельсовыми цепями; в качестве сигналов применяют светофоры. В зависимости от типа электрической централизации управление стрелками может быть раздельным или маршрутным. При раздельном управлении маршрут устанавливают переводом каждой входящей в маршрут стрелки нажатием кнопки или поворотом стрелочной рукоятки, после чего нажатием сигнальной кнопки открывают сигнал. При маршрутном управлении стрелки переводят, и сигнал открывают нажатием двух или нескольких кнопок на пульте управления.

Диспетчерская централизация -- комплекс устройств, в состав которого входят устройства электрической централизации на станциях, автоблокировка на перегонах и кодовые системы телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС) для передачи команд управления с центрального пункта и передачи извещений с контролируемых объектов на центральный пункт.

Устройства диспетчерской централизации дают возможность управлять из одного пункта стрелками и сигналами в пределах диспетчерского участка протяженностью до 300 км. Современные системы диспетчерской централизации дают возможность управлять объектами, удаленными от пункта управления практически на любое расстояние.

Автоматизация сортировочных горок -- комплекс устройств, предназначенный для повышения перерабатывающей способности сортировочных горок и обеспечения безопасности движения, состоящий из горочной автоматической централизации (ГАЦ) для автоматического перевода стрелок по маршрутам следования отцепов; системы автоматического регулирования скорости скатывания отцепов (АРС), обеспечивающей интервальное и прицельное торможение для поддержания необходимых интервалов между отцепами; автоматического задания скорости роспуска (АЗСР), обеспечивающего возможность роспуска состава с переменной скоростью с целью повышения перерабатывающей способности горки; телеуправления горочным локомотивом (ТГЛ) для автоматического регулирования скорости надвига состава на горку без участия машиниста; программно-задающих устройств (ГПЗУ), позволяющих получить наиболее эффективный режим роспуска отцепов на сортировочной горке.

Основные положения и порядок работы устройств СЦБ, как и других сооружений и устройств железнодорожного транспорта, устанавливаются Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ), точное выполнение которых обеспечивает слаженность работы всех звеньев железнодорожного транспорта, четкую и бесперебойную работу железных дорог и безопасность движения.

В соответствии с требованиями ПТЭ для обеспечения безопасности движения, а также для четкой организации движения поездов и маневровой работы служат сигналы. Сигнал является приказом и подлежит беспрекословному выполнению. На железнодорожном транспорте применяют только сигналы, утвержденные министром транспорта. В качестве постоянных сигналов применяют светофоры. При повреждении на светофоре должен автоматически загораться красный огонь, а на предупредительном светофоре -- огонь, соответствующий запрещающему показанию связанного с ним основного светофора.

С устройствами, описанными в разделе 2.1, можно ознакомиться по [1, 2].

Контрольные вопросы и задание

Контрольные вопросы

1.Для чего предназначены средства железнодорожной автоматики и телемеханики?

2.Чем отличаются функциональные схемы САР?

3.Из каких элементов состоит функциональная схема управления?

4.Из каких элементов состоят схемы телеуправления и телесигнализации?

5.Для чего предназначена автоблокировка, полуавтоматическая блокировка и автоматическая локомотивная сигнализация?

6.Для чего предназначена электрическая и диспетчерская централизация?

7.Какие устройства входят в комплекс средств автоматизации сортировочных горок?

8.Для чего предназначены светофоры?

Задание

Запустить на персональном компьютере (ПК) программу 1 (см. приложение 7) и ознакомиться с ее действием.

2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

2.1 Электромагнитные реле

2.1.1 Принцип действия реле и их классификация

Наиболее распространенными элементами систем железнодорожной автоматики и телемеханики являются реле и приборы релейного действия, при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования и контроля движения поездов, а также различные схемные зависимости.

Основным отличием реле и приборов релейного действия от других элементов автоматики и телемеханики является скачкообразное изменение выходной величины у при плавном изменении входной величины х (рис. 2.1). При изменении входной величины от нуля до х_сp (срабатывания) выходная величина у остается постоянной и равной нулю (или близкой к нулю). После достижения входной величиной значения х_ср скачкообразно изменяется выходная величина от нуля до у₁. При дальнейшем изменении входной величины выходная величина не изменяется и остается равной у₁. При уменьшении входной величины до х₀ (отпускания) выходная величина скачкообразно уменьшается до нуля и остается неизменной.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.1. Характеристика реле

Рис.2.2. Схема электромагнитного реле

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, как правило, применяют реле и приборы релейного действия, в которых входными и выходными являются электрические величины (ток и напряжение). Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, то такой элемент называют контактным реле, или просто реле. Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливается изменением внутреннего состояния элемента (внутреннего сопротивления проводимости, индуктивности и т. п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или бесконтактным реле.

Основной частью реле (рис. 2.2) является электромагнит -- наиболее простой преобразователь электрического сигнала в механическое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сердечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемый якорем. Якорь воздействует на исполнительный орган - контакты 5. При прохождении тока по обмотке возникает магнитный поток; магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор, пронизывают якорь, который под действием электромагнитных сил притягивается, замыкая контакты. Это явление называется срабатыванием (возбуждением) реле. При выключении тока якорь под действием силы тяжести (собственного веса) или сил реакции контактных пружин возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Это явление называется отпусканием (обесточиванием) реле.

Для условного обозначения состояний элементов автоматики и телемеханики, в том числе и реле, применяют двоичную систему счисления: возбужденное состояние реле обозначают символом 1, обесточенное -- символом 0.

Контактные реле получили наибольшее распространение в эксплуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики благодаря их простоте и надежности работы. К их достоинствам следует отнести возможность одновременного независимого переключении нескольких выходных цепей постоянного и переменного тока, что обусловлено наличием раздельных групп контактов у этих элементов. При этом выходные цепи оказываются гальванически не связанными одна с другой и с входной цепью.

Достоинствами реле также являются малые потери мощности в контактном переходе, практически бесконечное отношение сопротивлений контакта в разомкнутом и замкнутом состояниях, независимость от воздействия электрических и магнитных нолей, высокая электрическая прочность и др.

Однако контактные реле имеют относительно большие размеры и массу, небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме, недостаточное быстродействие, обусловленное наличием механических перемещений при работе реле. Указанные недостатки в основном могут быть устранены применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава. Бесконтактные приборы получают все более широкое внедрение.

Вместе с тем бесконтактные приборы релейного действия имеют и существенные недостатки, которые связаны с трудностью построения бесконтактных элементов, отвечающих одному из основных требований к устройствам СЦБ -- исключению опасных положений при повреждении отдельных элементов схем. При использовании бесконтактных реле возникает трудность одновременного коммутирования нескольких выходных цепей, гальванически не связанных друг с другом. Указанные недостатки ограничивают область применения бесконтактных реле в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, поэтому в ответственных исполнительных цепях, а также при необходимости коммутации нескольких гальванически не связанных выходных цепей сохраняются, как правило, контактные реле, которые непрерывно совершенствуются.

В перспективе наиболее приемлемым следует признать оптимальное сочетание контактных и бесконтактных приборов. Применение тех или иных приборов в конкретных системах автоматики и телемеханики определяется на основании эксплуатационных, технических и экономических требований, предъявляемых к вновь разрабатываемым и проектируемым системам.

Рассмотренные классификация и основные характеристики относятся лишь к контактным реле.

По надежности действия реле подразделяются на I и низшие классы надежности.

К реле I класса надежности относятся реле, у которых возврат якоря при выключении тока в обмотках обеспечивается с максимальной гарантией и осуществляется под действием собственного веса (силы тяжести). Реле I класса надежности имеют также следующие дополнительные свойства, обеспечивающие высокую надежность их действия:

несвариваемость фронтовых контактов, замыкающих наиболее ответственные цепи при возбужденном состоянии реле; для этого фронтовые контакты изготовляют из графита с примесью серебра, а остальные контакты -- из серебра;

надежное контактное нажатие и сравнительно большие межконтактные расстояния (нажатие на фронтовые контакты не менее 0,3 Н, на тыловые -- не менее 0,15 Н), зазор между контактами при крайних положениях якоря должен быть не менее 1,3 мм; исключение залипания якоря при выключении тока в обмотке реле, что обеспечивается наличием антимагнитных штифтов на якоре.

Реле I класса надежности применяют во всех системах автоматики и телемеханики без дополнительного схемного контроля отпускания якоря.

У реле низших классов надежности возврат якоря при выключении тока в обмотках реле может обеспечиваться как под действием собственного веса, так и под действием сил реакции контактных пружин. Эти реле, как правило, используют в схемах, не связанных непосредственно с обеспечением безопасности движения поездов (диспетчерский контроль, схемы наборной группы маршрутно-релейной централизации, кодовая аппаратура диспетчерской централизации и др.). При использовании этих реле в ответственных цепях (дешифраторы автоблокировки и АЛС, путевые реле импульсных рельсовых цепей и др.) предусматривают обязательный схемный контроль притяжения и отпускания якоря реле при непрерывной импульсной работе. Если же эти реле работают в ответственных цепях с непрерывным питанием, то применяют их дублирование (параллельное или последовательное включение обмоток реле и последовательное включение контактов).

По принципу действия реле подразделяют на следующие типы:

электромагнитные, в основу действия которых положено свойство электромагнита притягивать якорь и переключать связанные с ним контакты при протекании по обмотке тока. Электромагнитные реле получили наиболее широкое распространение в железнодорожной и промышленной автоматике и телемеханике;

индукционные (двухэлементные), работающие от взаимодействия переменного магнитного потока одного элемента и тока, индуцируемого в легком подвижном секторе переменным магнитным потоком другого элемента. Индукционные реле работают только от переменного тока;

электротермические, основанные на явлении расширения тел при нагревании; чаще всего в электротермических реле применяют биметаллические пластины, изгибающиеся при нагревании, и замыкающие контакты, связанные с биметаллическими пластинами.

По роду питающего тока реле подразделяются на реле постоянного, переменного и постоянно-переменного тока.

Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

В зависимости от времени срабатывания реле делятся на быстродействующие -- с временем срабатывания на притяжение и отпускание до 0,03 с; нормальнодействующие -- с временем срабатывания до 0,3 с; медленнодействующие -- с временем срабатывания до 1,5 с; временные (реле выдержки времени) -- с временем срабатывания свыше 1,5 с.

Реле имеет два состояния -- рабочее (возбужденное) и нерабочее (обесточенное). В рабочем состоянии реле возбуждено током, якорь его притянут, верхние, нормально разомкнутые (фронтовые) контакты замкнуты. В нерабочем положении через обмотку реле ток не протекает (или он ниже тока отпускания), якорь находится в отпущенном положении, при этом замыкаются нижние, нормально замкнутые (тыловые), контакты.

Напряжение и ток, при которых якорь притягивается до упора и замыкаются фронтовые контакты, называют напряжением и током срабатывания, а напряжение и ток, при котором происходит отпускание якоря, -- напряжением (током) отпускания. Номинальное рабочее напряжение всегда несколько выше напряжения срабатывания (обычно в 1,5 раза).

Отношение напряжения (тока) отпускания U_О к напряжению (току) срабатывания U_СР характеризует коэффициент возврата реле

k_В=U_О /U_СР или k_В =I_О/I_СР.

Для большинства реле, используемых в устройствах СЦБ, коэффициент возврата находится в пределах от 0,25 до 0,5.

В устройствах автоблокировки реле, кроме специальных типов, рассчитаны на номинальное рабочее напряжение 12 В, а в станционных устройствах, как правило, -- на 24 В.

На железных дорогах применяют реле трех видов: малогабаритные штепсельные реле (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), предшествующие им большие штепсельные реле (НШ, КШ) и более поздние штепсельные реле Ленинградского (Санкт-Петербургского) завода (РЭЛ, ПЛ).

При проектировании и новом строительстве устройств предусматривают использование малогабаритных штепсельных реле, которые изготовляются двух типов: в защитном кожухе (колпаке) для установки в релейных шкафах и на стативах и открытые (без кожуха) для установки в релейных блоках электрической централизации.

Применяемые в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики реле имеют специальную маркировку (условное наименование), состоящую из букв и цифр, занимающих определенное место в обозначении. Первая буква или сочетание двух первых букв в обозначении указывают на физический принцип действия реле: Н -- нейтральное, П -- поляризованное, К - комбинированное, И -- импульсное, ДС - индукционное переменного тока (двухэлементное секторное). Буква М, стоящая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, указывает на малогабаритное исполнение реле. Буква М отсутствует у малогабаритных реле автоблокировки, у которых буква А означает, что это реле автоблокировки малогабаритное. У пусковых реле в условном наименовании имеется буква П, а у реле с выпрямителями -- буква В.

Конструкция реле, которая характеризуется в основном видом электрического контактного соединения с другими приборами, обозначается буквой Ш (штепсельное).

Условные буквенные обозначения некоторых типов реле расшифровываются следующим образом: НМШ -- нейтральное малогабаритное штепсельное; НМПШ -- нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное; ИМВШ -- импульсное малогабаритное штепсельное с выпрямителем; НШ -- нейтральное штепсельное (большое); ДСШ-- двухэлементное секторное штепсельное.

У медленнодействующих на отпускание реле в обозначении имеется дополнительная буква М, а у реле с замедлением на срабатывание, достигаемым с помощью термоэлемента, -- буква Т, например НМШМ--нейтральное малогабаритное штепсельное медленнодействующее; НМШТ -- нейтральное малогабаритное штепсельное с термоэлементом.

Цифра после указанных букв характеризует контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие восьми контактных групп на переключение 8 фт (ф -- фронтовой, т -- тыловой контакты); цифра 2 обозначает четырехконтактные реле (4 фт); цифра 3 указывает на наличие у реле двухконтактных групп на переключение и двух фронтовых контактов (2 фт, 2 ф); цифра 4 обозначает четыре полных тройника и четыре фронтовые контакта (4 фт, 4ф); цифра 5 указывает на наличие двух тройников на переключение и двух тыловых контактов (2 фт, 2 т).

У некоторых типов реле (ДСШ, ИМШ и др.) цифры, характеризующие контактную систему, не ставят. Второе число, которое пишется через черточку, указывает на значение общего сопротивления обморок постоянному току при последовательном включении обмотки (НМШ1-1800, АНШ2-1600). Если обмотки включают раздельно или они имеют различное сопротивление, то его значение указывают дробью: в числителе указывают сопротивление первой катушки, а в знаменателе -- второй.

Полные номенклатуры некоторых типов реле расшифровываются так: НМШ1-1800 -- нейтральное малогабаритное штепсельное реле с восемью контактными группами и общим сопротивлением обмоток, включенных последовательно, 1800 0м; НМПШ2-400-- нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с четырьмя контактными группами на переключение и сопротивлением обмоток 400 Ом; НМПШЗ-0,2/220 -- нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с контактной системой 2 фт, 2 ф и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом.

Таблица 2.1

Условные обозначения реле

Реле	I и II классы надежности	III класс надежности
Нейтральное
Нейтральное с замедлением на отпускание якоря
То же с выпрямителем
Поляризованное
То же с преобладанием одной полярности		-
Комбинированное
Переменного тока
То же двухэлементное		-

Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ2-40 -- огневое малогабаритное штепсельное четырехконтактное с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220 -- аварийное штепсельное четырехконтактное на номинальное напряжение 110 и 220 В. У нейтрального реле типа РЭЛ буквы в обозначении указывают: реле электромагнитное разработки Ленинградского электромеханического завода.

Условные графические обозначения реле в электрических схемах приведены в табл. 2.1.

Реле в защитном кожухе изготовляют для работы при температуре окружающей среды от --50 до +60 °С и относительной влажности до 90 % (при температуре +20 °С), а открытые реле, предназначенные для установки в релейных блоках, -- при температуре окружающей среды от +5 до +35 °С и относительной влажности до 80% (при температуре +20°С).

2.1.2 Реле постоянного тока

2.1.2.1 Нейтральные реле

Электромагнитные реле постоянного тока получили наиболее широкое распространение, так как они просты по устройству и ненадежны в работе. Реле постоянного тока подразделяют на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

Нейтральные реле не реагируют на направление тока в обмотке (нейтральны к полярности тока). Якорь нейтрального реле притягивается, переключая контакты при любой полярности тока в обмотках. После выключения тока якорь возвращается в исходное состояние. Таким образом, нейтральное реле является двухпозиционным.

Электромагнитная система нейтрального малогабаритного реле типа НМШ (рис. 2.3) состоит из сердечника 1 с двумя катушками 2, Г-образного ярма 3 и якоря 4 с противовесом.



Рис. 2.3. Конструкция и нумерация контактов реле

Бронзовый упор на якоре исключает его залипание, так как препятствует касанию якоря в притянутом положении к полюсу сердечника. Якорь двумя тягами 5 управляет контактной системой. Фронтовые контакты 7 изготовляют из графита с серебряным наполнением, а общие 8 и тыловые 9 - из серебра. Контактирующий материал помещается на концы контактных пружин. Сочетание контактов графит-серебро исключает возможность сваривания фронтовых контактов с общими при пропускании по ним тока.

При отсутствии тока в обмотках реле якорь под действием силы тяжести противовеса находится в опущенном положении, общие контакты замыкаются с тыловыми. При прохождении тока через обмотки реле намагничивается сердечник, магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор и якорь, который притягивается к сердечнику. Тяга перемещается вверх, размыкая тыловые и замыкая общие контакты с фронтовыми. Концы контактных пружин, через основание 6 выведенные наружу, образуют штепсельную розетку. Реле закрывается прозрачным кожухом 12 с ручкой 11. Кожух крепится к основанию реле затяжным винтом 10. Для включения реле в схему выведенные наружу контакты вставляют в гнезда штепсельной розетки, к лепесткам которой припаивают монтажные провода.

Шпули катушек нормально действующих реле изготовляют из фенопласта, а медленнодействующих из красной меди. За счет медных шпулей достигается замедление на отпускание якоря до 0,2 с. Для увеличения замедления до 0,6 с на месте первой катушки, расположенной у основания, устанавливают сплошную медную гильзу.

Расположение и нумерация контактов реле типов НМШ1 и НМШМ1 приведены на рис. 2.3.

Первая катушка подключается к выводам 1 и 3, вторая, помещенная со стороны якоря,-- к выводам 2 и 4. Катушки могут включаться раздельно, последовательно и параллельно.

Фронтовые (ф) и тыловые (т) контакты, работающие с одним общим контактом (о), образуют контактную группу или тройник. Реле типов НМШ1 и НМШМ1 имеют восемь контактных групп и обозначаются 8 фт. Номер каждого контакта нейтрального реле составляют из двух цифр, первая из которых указывает номер контактной группы, а вторая -- тип контакта. Все цифровые обозначения общих контактов оканчиваются цифрой 1, фронтовые -- 2 и тыловые --3. Например, номер 72 обозначает, что это фронтовой контакт седьмой группы, 71--общий контакт, 73--тыловой контакт. Контакты рассчитаны на переключение цепей при токе нагрузки до 2 А. Выводы от обмоток подключаются к выводам 1-3 и 2-4 (см. рис. 2.3). При последовательном включении обмоток соединяют перемычкой выводы 2-3, а при параллельном -- 1-2 и 3-4.

2.1.2.2 Поляризованные и импульсные реле

Поляризованные реле отличаются от нейтральных наличием в магнитной системе постоянного магнита. Они имеют поляризованный якорь, который переключается из одного (нормального) положения в другое (переведенное) в зависимости от направления (полярности) тока, протекающего по обмоткам катушек. По надежности действия они не отвечают требованиям реле I класса, поэтому при использовании в ответственных схемах правильность их работы проверяется схемным способом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 2.4. Конструкция реле ПМПШ 150/150

Поляризованное малогабаритное пусковое реле ПМПШ-150/150 применяют в схеме включения стрелочного электропривода совместно с реле НМПШЗ-0,2/220. Магнитная система поляризованного реле (рис. 2.4) состоит из катушек 1, надетых на сердечники 2; постоянного магнита 3 и поляризованного якоря 4. К якорю шарнирно прикреплена изоляционная планка 5, с помощью которой осуществляется переключение контактов. Усиленные контакты НУ (нормальный усиленный) и ПУ (переведенный усиленный) снабжены магнитами дугогашения искры.

При отсутствии тока в обмотках якорь остается и удерживается потоками постоянного магнита в том положении, в котором он находился в момент выключения тока. Якорь реле (см. рис. 2.4) показан в нормальном положении. В этом состоянии общие контакты о замкнуты с нормальными контактами Н. Магнитный поток Ф_П постоянного магнита 3 разветвляется по двум параллельным ветвям (как показано сплошными линиями) в виде потоков Ф_П1 и Ф_П2. Эти потоки были бы равны, если бы якорь занимал среднее положение. Однако якорь никогда среднего положения не занимает и всегда находится в одном из крайних положений (на рис. 2.4 в левом). Благодаря увеличению воздушного зазора справа и уменьшению его слева поток левого сердечника превышает поток правого. За счет разности этих потоков ДФ_П= Ф_П1--Ф_П2 якорь удерживается в левом положении. Магнитный поток Ф_К, создаваемый катушками, всегда в одном стержне складывается с потоками постоянного магнита, а в другом -- вычитается. Для того чтобы якорь перебросился в правое положение, необходимо по обмоткам катушек пропустить ток такой полярности, чтобы магнитные потоки постоянного магнита и катушек складывались в правом стержне (в левом они будут вычитаться). За счет суммарного магнитного потока якорь реле перебросится в правое положение. После выключения тока якорь остается в этом положении, так как теперь уже поток Ф_П2 будет превышать поток Ф_П1. Для возвращения якоря в прежнее положение необходимо пропустить ток другой полярности.

Реле ПМПШ-150/150 (ПМП-150/150) имеет четыре контактные группы, из них две -- с усиленными контактами (контактная формула 2 нупу, 2 нп, усиленные контакты 111-112-113 и 141-142-143). Контакты поляризованного якоря нумеруются трехзначными числами. Реле ПМПШ-150/150 рассчитано на номинальное рабочее напряжение 24 В. Обмотки его включаются раздельно. Якорь реле занимает нормальное положение, замыкаются контакты 111-112, 121-122, 131-132, 141-142. Расстояние между усиленными контактами не менее 7,5 мм, между остальными -- 5 мм. Каждый усиленный контакт обеспечивает не менее 100000 переключений цепи постоянной тока 4 А при напряжении 240 В, а остальные контакты -- цепи постоянного тока 2 А при напряжении 24 В. Замкнутые контакты выдерживают в течение 1 ч ток 15 А. Температура нагрева контактов при этом не превышает температуру окружающей среды более чем на 100 °С.

Импульсные поляризованные реле применяют в качестве путевых и их повторителей в импульсных рельсовых цепях, а также в некоторых других устройствах автоматики и телемеханики.

Импульсные реле обладают высокой чувствительностью, что позволяет использовать их для работы от маломощных коротких импульсов тока определенной полярности. Они не отвечают требованиям реле I класса надежности, поэтому в ответственных схемах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов, осуществляется непрерывный контроль притяжения и отпускания якоря и переключения контактов. Например, в рельсовых цепях применяют специальные релейно-конденсаторные или релейные дешифраторы, обеспечивающие такой контроль.

Импульсные реле в зависимости от регулировки их магнитной системы могут срабатывать от токов разных направлений, переключая якорь вправо или влево в зависимости от направления тока в обмотке (нейтральная регулировка) или от тока только одного направления (регулировка с преобладанием). Импульсные путевые реле имеют регулировку с преобладанием.

Путевые реле имеют один переключающий контакт о-ф-т из металлокерамического сплава. Магнитную систему реле (рис. 2.5) образуют постоянный магнит 1 с полюсными наконечниками 2 и 4, якорь 3 и катушка 5. Полюсные наконечники и якорь выполнены из магнитомягкой стали, а постоянный магнит -- из магнитотвердой. Средняя часть якоря находится внутри неподвижной катушки 5. Нижняя часть якоря укреплена на неподвижной плоской пружине. Верхний конец якоря жестко связан с контактной пружиной 6 (общий контакт), которая в правом крайнем положении замыкается с тыловым контактом, а в крайнем левом - с фронтовым.

Реле имеет регулировку с преобладанием вправо, чтобы его якорь при прекращении тока в обмотке возвращался в исходное положение. Преобладание вправо в данном случае достигнуто более близким расположением правого верхнего и левого нижнего полюсных наконечников. Магнитный поток Ф_П, создаваемый постоянным магнитом, проходит от северного полюса N к южному S через полюсные наконечники 2 и 4. Часть магнитного потока проходит также через якорь 3 и воздушные зазоры у правого верхнего и левого нижнего наконечников в виде дополнительного потока ДФ_П. Поэтому общий магнитный поток в правом верхнем и левом нижнем зазорах превышает поток в левом верхнем и правом нижнем зазорах, и якорь занимает правое положение. В этом положении он удерживается также дополнительным усилием, создаваемым плоской пружиной.