Анализ системы контроля автоматической локомотивной сигнализации

Раздел 1. Анализ существующих систем контроля и измерения параметров кодов автоматической локомотивной сигнализации

В настоящее время на железных дорогах Украины системами кодовой автоблокировки (АБ) и автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) оборудовано около 60% существующих перегонов.

Наибольший процент отказов в такой системе приходится на элементы бесконтактной и релейной аппаратуры. Второе место в данной структуре занимают рельсовые цепи и воздушные и кабельные сигнальные линии. Третье - место занимают сигналы и релейные шкафы и штативы. На рис.1.1. приведена гистограмма отказов составных элементов системы АБ для железных дорог Украины для 1997, 1998 и 1999 годов.

Рис. 1.1. Отказы в системе кодовой автоблокировки по элементам

А - релейные шкафы и стативы, Б - электропитающие устройства, В - бесконтактная и релейная аппаратура, Г - трансформаторы и преобразователи, Д - элементы защиты, Е - аккумуляторы, Ж - сигналы, З - воздушные и кабельные сигнальные линии, И - рельсовые линии, К - другие элементы.

Основными причинами повреждений являются некачественное выполнение работ, связанных с обслуживанием устройств, а также несоблюдение сроков осмотра и проверки элементов (рис.1.2) [1].

Рис.1.2. Причины отказов в системе кодовой автоблокировки

А - схемно-конструкторские, Б - заводские, В - воздействие посторонних лиц и организаций, Г - воздействие грозовых и коммутационных перенапряжений, Д- И - эксплуатационные (Д- нарушение правил производства работ, Е - невыполнение сроков проверки и осмотра, Ж - ошибки, допущенные при производстве работ и некачественное выполнение, З - некачественная проверка и ремонт в РТУ), И - другие факторы.

Таким образом, для обеспечения надежной работы системы АЛС необходимо совершенствовать техническое обслуживание ее устройств и, в частности, повышать эффективность контроля работоспособности.

1.1 Эксплуатационно-технические требования к кодам АЛС

В локомотивной сигнализации с числовым кодом каждый сигнал путевых светофоров для передачи на локомотив преобразуется в соответствующую ему кодовую комбинацию в виде определенного сочетания импульсов тока, которая образует электрический сигнал, посылаемый в рельсы, навстречу движущемуся локомотиву.

На рис.1.3. показаны значения кодов АЛС зеленому (З), желтому (Ж) и красно-желтому (КЖ) огню на перегонном светофоре. Красный огонь на путевом светофоре загорается при отсутствии кодов в рельсовой цепи 2.

Рис.1.3. Значения кодов АЛС

К основным параметрам, определяющим устойчивую передачу сигналов с пути на локомотив, относятся номинальный ток локомотивной сигнализации в рельсах в начале РЦ и продолжительность импульсов и интервалов электрических сигналов, продолжительность которых изменяется при передаче их в рельсы и отличается от вырабатываемой кодовыми трансмиттерами.

Требования локомотивных устройств к временным параметрам сигналов. Продолжительность импульсов и длинных интервалов ограничивается только со стороны их допустимого укорочения. Длительность же коротких импульсов и интервалов лимитируется как по удлинению, так и по укорочению.

Так, чтобы дешифратор локомотивной сигнализации зафиксировал импульсы и интервалы кодовых комбинаций, воспроизводимых контактами импульсного реле локомотивного усилителя, продолжительность их должна быть достаточна для срабатывания реле счета импульсов и интервалов. При напряжении питания импульсного реле 50 В время срабатывания равно 50 - 60мс. С понижением напряжения до 40 В время увеличивается до 75 - 90 мс, а с увеличением напряжения до 60 В - уменьшается до 30 - 45 мс.

Длительность первого импульса должна быть не менее 250 мс, чтобы реле 1, которое получает питание во время импульса, а во время интервала оставляет якорь притянутым за счет замедления на отпускание, выдержало полное замедление. При более коротком первом импульсе замедление на отпускание равно длительности импульса (при 50В).

Продолжительность второго и третьего импульсов наименьшая у кодов зеленого и желтого огня. Их величина определяется временем срабатывания реле 2 и 3 дешифратора и может быть принято 70 мс. Наименьшую продолжительность имеет импульс кодовой комбинации желтого огня с красным длительностью 0,8 с. Требование к импульсу состоит в следующем, реле 1 в наступившем после импульса интервале должно сохранять замкнутой цепь реле 1А в течение времени его срабатывания и возбуждения достаточного магнитного потока в сердечнике реле для фиксирования приема сигнала в цепи реле соответствия СР дешифратора (после отпускания якоря реле 1). Таким образом, для удовлетворения этих условий требуется не менее 120 мс при напряжении на контактах реле ИР усилителя 45В.

Укорочение длительности коротких интервалов кодовых комбинаций на входе дешифратора на локомотиве ограничивается временем срабатывания реле 1А и 2А. Эти реле фиксируют интервалы длительностью не более 70 мс. Для исключения отпускания якоря реле 1 в коротких интервалах, удлиненных сверх допустимого, наибольшая длительность коротких интервалов не должна превышать 190 мс (величина принята с запасом).

Наименьшая длительность большого интервала кодовой комбинации должна составлять 500 мс. В течении этого времени и длительности первого импульса следующей кодовой комбинации реле 1 и 1А (2А) дешифратора должно успеть отпустить свои якоря и вновь сработать реле 1 от остатка первого импульса (250 мс).

Таким образом, на контактах импульсного реле усилителя продолжительность первого импульса кодовых комбинаций зеленого и желтого огня должна быть не менее 250 мс, последующих - 70 мс, желтого огня с красным - 120 мс, а длительность коротких интервалов не менее 70 мс и не более 190мс, длинных - не менее 500 мс.

Приняты следующие допустимые отклонения в продолжительности коротких интервалов на контактах импульсных реле усилителей на локомотиве- 70 - 90 мс 3.

Требования путевых устройств к временным параметрам сигналов АЛС.

Как упоминалось выше, самый короткий импульс в числовом коде имеет место у кодовой комбинации КЖ. Его длительность 0,8 с. В дешифраторе от первого импульса с замедлением срабатывает реле 1. Таким образом, продолжительность первого импульса должна быть достаточна для срабатывания реле и приобретения необходимого замедления на передачу заряда конденсатора С2, а при сигналах Ж и З также необходимо выдержать и на удержание якоря реле в коротком интервале. В первом случае достаточными являются 160 мс. Длительность короткого интервала составляет 70 мс.

В рельсовых цепях (РЦ) временные изменения в сигналы вносят защитные фильтры и путевые дроссель-трансформаторы, особенно если имеются элементы, настроенные в резонанс на частоте сигнального тока. Они препятствуют возрастанию и спаданию тока в реле. Эти изменения зависят от повышенной силы тока на релейном конце. И поскольку сила тока в РЦ зависит от сопротивления балласта, время срабатывания и отпускания путевого реле является величиной переменной.

Так, при высоком сопротивлении балласта, ток в РЦ увеличивается и может превышать ток срабатывания реле в 2 и более раза. Ток в реле быстрее достигает значение тока срабатывания. В результате имеем укорочение начала импульса. После прекращения посылки импульса ток в реле уменьшается до тока отпускания значительно медленнее. Это приводит к удлинению конца импульса за счет сокращения следующего за ним интервала.

Следовательно, в кодовой автоблокировке на контактах трансмиттерного реле длительность короткого интервала должна находится в пределах 110 - 210мс. По требованиям автоматической локомотивной сигнализации эта величина должна быть равна 80 - 170 мс. Удовлетворив оба условия, получим длительность короткого интервала - 110 - 170 мс. Этим отклонения должны отвечать сигналы в рельсах единственной или первой по ходу поезда РЦ. В следующей по ходу поезда РЦ продолжительность импульсов должна находится в пределах, требуемых локомотивной сигнализацией, если сигналы в месте трансляции не фиксируются дешифраторами кодовой АБ 3.

Допустимые продолжительности импульсов и интервалов приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1.

Требования к численным параметрам кодовых комбинаций.

Ритмичность - поступление одного и того же числа импульсов с большим интервалом между ними. Нарушение ритмичности заключается в уменьшении или увеличении числа импульсов против числа содержащихся в кодовой комбинации или отсутствии большого интервала. Вызывает нарушение ритмичности либо помехи, действующие на сигналы, либо перерыв в приеме сигналов, например при переходе с одной РЦ на другую. Все это вызывает проблески огней на локомотивном светофоре.

Перерыв в поступлении сигналов вызывается:

отсутствие сигнального тока в рельсах между точками присоединения к ним дроссельных перемычек или перемычек к кабельным стойкам и изостыками в тот момент, когда над ними проходят приемные катушки (около 1м);

недостаточным током локомотивной сигнализации в рельсовой цепи до шунтирования ее первой колесной парой;

сменой фазы тока локомотивной сигнализации в смежных рельсовых цепях;

задержкой приема сигналов на время автоматического восстановления чувствительности усилителя до номинальной после приема в конце предыдущей РЦ сигналов при большом токе;

задержкой посылки электрических сигналов после вступления локомотива в рельсовых цепях, работающих без предварительного включения кодирования.

Основные меры предупреждения появления кратковременных проблесков огней из-за численных искажений сигналов:

ускоренная и предварительная посылка сигналов в рельсовые цепи, декодирование дешифратором только второго сигнала желтого с красным, совмещение шайб в трансмиттере;

фиксация дешифратором сигналов зеленого огня с лишним импульсом в течение времени замедления реле ПКР, применение на станциях кодовых трансмиттеров с меньшей продолжительностью кодовых комбинаций - 1,6 с, расположение изостыков на переходных кривых стрелочных переводов, а не по главному пути 3.

Минимальный кодовый ток на входном конце РЦ - 1,2 А при автономной тяге, 2А при электрической тяге постоянного тока и 1,4А - переменного тока. Максимальный кодовый ток на выходном конце РЦ не более 25А 4.

1.2 Анализ технологии контроля параметров кодов

Параметры электрических сигналов локомотивной сигнализации в рельсах должны соответствовать установленным нормам. В процессе эксплуатации в первую очередь контролю подлежит ток локомотивной сигнализации в рельсах и продолжительность импульсов (интервалов) электрических сигналов.

Значение тока локомотивной сигнализации нормируется по току на входном конце. Правильный выбор тока при регулировке зависит от верного определения состояния балласта в момент проверки. Для мокрого сезона (мокро и тепло) сопротивление балласта равно 1 Омкм, влажный (слабый дождь, роса) - 2 Омкм, сухой и слабопромерзший (заморозки весной и осенью) - 5 Омкм, сильнопромерзший (зимой в мороз) - 50 Омкм. Используя регулировочные таблицы, ток в рельсовой цепи устанавливается таким образом, чтобы при самых неблагоприятных погодных условиях на входном конце он был не меньше 1,2 А при тепловозной тяге, 1,4 А при электрической тяге переменного тока, 2А - постоянного тока.

Измерение тока локомотивной сигнализации в рельсах.

Существует два метода измерения тока в рельсах в промежутке между поездами:

измерение непрерывного тока, посылаемого в РЦ при проверке вместо импульсного. Этот метод предполагает участие в измерении второго человека, который перемычкой шунтирует контакт трансмиттерного реле для временной посылки непрерывного тока;

измерение тока локомотивной сигнализации в импульсах. При измерении шунтируют рельсовую цепь на входном конце ампервольтметрами со специальным поводком, снабженным наружной головкой, или с помощью амперметров с внутренним сопротивлением не более 0,06 - 0,08 Ом (Ц-56, Ц-760, Ц-438, на шкале 6А). При измерении амперметром с поводком стрелка, прибора отводится вправо до тех пор, пока амплитуда колебаний под действием измеряемого тока не станет равной 0,5 мм. Среднее положение стрелки при установившихся колебаниях и есть сила тока в рельсах;

измерение тока локомотивной сигнализации в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора. Амперметр подключается параллельно этой обмотке без отключения нагрузки. В данном случае амперметр шунтирует рельсовую цепь. Величину тока в рельсах можно определить, умножив показания прибора на коэффициент трансформации. Недостатком этого метода является то, что здесь важную роль играет сопротивление амперметра. Рекомендуется использовать амперметр Ц-438, который имеет шкалу 0 - 1,5 А с сопротивлением 0,32 Ом;

измерение тока локомотивной сигнализации с шунтированием рельсовой цепи испытательным шунтом. Данный метод находит применение при отсутствии амперметра с низким входным сопротивлением. Измеряется напряжение на шунте и делится на его сопротивление (0,06 Ом), полученное значение - ток локомотивной сигнализации.

Проверка временных параметров электрических сигналов.

Требования, предъявляемые к продолжительности импульсов и интервалов, и нормы на отклонения для упрощения регулировки длительности импульсов при замене трансмиттерных реле на сигнальных установках автоблокировки описаны выше. Проверка временных параметров кодов сводится к регулировке трансмиттерных реле. При этом трансмитерные реле постоянного тока регулируют так, чтобы время их срабатывания превышало время отпускания не более чем на 0,03-0,05 с и учитывают, что для транмиттерных реле постоянного тока характерно укорачивание импульсов. У трансмиттерных реле переменного тока время срабатывания и отпускания якоря не должно отличаться друг от друга более, чем на 0,01 с. Они обладают следующим свойством: время срабатывания близко к времени отпусканию.

1.3 Системы контроля параметров кодов АЛС

Для автоматизированной комплексной оценке работоспособности рельсовых цепей широко используется система «Контроль».

Система «Контроль». Эта система позволяет определить местонахождение изостыка. В основу метода положено измерение сопротивления подвагонного контура, образованного рельсами, колесными парами и рамой вагона. Измерительный ток в контуре частотой 5 кГц создается питающими индукторами, расположенными под вагоном. Измерение тока производится с помощью приемных катушек, расположенных под вагоном аналогично катушкам АЛС.

Основной недостаток данного устройства - часто повышение сопротивление подвагонного контура обусловлено нарушением контакта между колесом и рельсом, а также контактов в буксовых узлах колесных пар. Это приводит к ложным срабатываниям системы. Местонахождение изостыка устанавливается с погрешностью в несколько сотен метров.

Датчики тока АЛС имеют низкую помехозащищенность от токов тяговой сети, поэтому не позволяют измерять фазовые соотношения токов АЛС с должной точность.

Не измеряет аргумент тока АЛС и поэтому не позволяет точно определить параметры рельсовой цепи (в частности с использованием фазовоординатного метода). Основной недостаток существующих магнитоприемников - несимметричность расположения относительно электрического поля источника помехи.

Погрешность измерения ординаты из вагон-лаборатории складывается из трех составляющих:

систематическая погрешность обусловленная наличием расстояния между датчиком проезда изостыков и приемными катушками АЛС. Эту составляющую можно исключить при начальной калибровке;

прогрессирующая систематическая погрешность, обусловленная радиальным износом колесных пар (может достигать 3 %);

систематические и случайные погрешности датчиков оборота колесной пары и преобразовательной аппаратуры (0,3%).Этой составляющей в виду ее малости можно пренебречь.

Погрешности измерения амплитуды тока АЛС аппаратурой вагона-лаборатории также складывается из трех составляющих:

систематическая погрешность, обусловленная высотой приемных катушек (Хотя ее можно исключить при калибровке);

случайная погрешность, возникающая от механических колебаний приемных катушек во время движения. Как указывается в работе 43 она составляет 10%, что является предельным, а иногда может достигать и 30% Удовиков;

систематические и случайные погрешности преобразовательной аппаратуры.

Система автоматизированной проверки параметров сигналов АЛСН и кодовых РЦ из вагона лаборатории, предложенная Удовиковым, является модернизированная система «Контроль».

Данная система предназначена для автоматизированной комплексной оценке работоспособности рельсовых цепей и выполняет следующие функции:

измерение модуля, аргумента и временных параметров тока АЛС, а также значения обратного тягового тока в рельсах;

измерение текущей ординаты рельсовой линии, фиксировать начало и конец рельсовой цепи, и контролировать исправность изостыков;

вычислять параметры рельсовой линии и аппаратуры РЦ по результатам измерений и определять показатели работоспособности РЦ;

документально фиксировать измеренную информацию.

В состав ИВК входят датчики тока АЛС, датчики изостыков и датчики, фиксирующие вращение оси; измерительные устройства - асимметрии тягового тока, модуля и аргумента тока АЛС и временных параметров кодов, а также измерители, фиксирующие границы РЦ и пройденный путь. Все данные, поступающие от измерителей, передаются в бортовую микро-ЭВМ и могут быть выведены через печатающее устройство посредством устройства управления.

Фазовые соотношения в ИВК предложено измерять с помощью цифровых фазометров.

Датчик тока АЛС является более помехозащищенным, чем в аппаратуре «Контроль», поскольку выполнены с применением симметричной намотки. Элементы в экранирующем корпусе расположены так, что обеспечивается подавление синфазных помех, обусловленных коммутационными процессами, влиянием высоковольтных линий и другими причинами. Также данный вид приемных катушек кодового сигнала обеспечивают для наведенных ЭДС слабую зависимость от горизонтальных смещений элементов в процессе движения, что уменьшает инструментальные погрешности в процессе измерения амплитудных и временных параметров кодов.

Для уменьшения инструментальных погрешностей необходимо:

совершенствовать измерительную аппаратуру, использовать статистическую обработку результатов и автоматически корректировать систематические погрешности;

использовать системный подход в измерении, т.е. не рассматривать каждый параметр обособленно, а учитывать тесную взаимосвязь. В конечном итоге необходимо получать общую оценку о работоспособности системы.