Рельсовые цепи с импульсными методами преобразования информации для систем автоматической переездной сигнализации

Актуальность исследований. Центральными задачами систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), решаемыми при эксплуатации железнодорожного транспорта, были и остаются обеспечение надежности и безопасности движения поездов на станциях и перегонах. Развитие средств микроэлектроники во многом предопределило модернизацию существующих СЖАТ. Элементная база современных информационно-управляющих электронных систем железнодорожного транспорта способствовала снижению капитальных вложений при вновь проектируемых СЖАТ и уменьшению эксплуатационных расходов уже построенных. А энергопотребление таких систем сократилось в десятки раз.

Между тем, для контроля участков приближения к станциям и переездам, где нет автоблокировки, может отсутствовать высоковольтно-сигнальная линия необходимая для функционирования автоматической переездной сигнализации (АПС). Строительство данных коммуникационных линий и введение соответствующей силовой аппаратуры составляет от 40% до 60% от общей стоимости внедрения АПС.

В то же время известно, что столкновения между автомобильным и железнодорожным транспортом несут большие экономические потери. Недопустимым последствием, возникающим в таких ситуациях, является причиняемый вред жизни и здоровью человека. Вследствие чего ОАО «РЖД» утвердило «Программу повышения безопасности движения на железнодорожных переездах» на 2011;2015 годы, по которой 219 переездов необходимо оборудовать средствами АПС, а на 83 они должны быть модернизированы.

Соответственно возникает необходимость в разработке и изучении устройств контроля участков приближения универсального типа, обладающих минимальными капитальными вложениями и эксплуатационными расходами. Кроме того, аналогичные задачи необходимо решить для систем горочной автоматической централизации (ГАЦ) и промышленного транспорта. 5.

Изложенное свидетельствует об актуальности работ, направленных на улучшение технико-экономических показателей универсальных технических устройств, рассматриваемых в настоящей диссертационной работе, а именно снижение материалоемкости и энергопотребления, расширение функционально возможных применений, а также повышение безопасности движения.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов контроля и устройств рельсовых цепей (РЦ) с минимальным объёмом оборудования, использующих рельсовую линию (PJI) в качестве линии передачи электроэнергии на приемный конец РЦ и телемеханического канала связи для передачи информации с релейного конца PJT на питающий без источника электроэнергии и проводной линии связи.

В диссертации поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Проведен анализ современного состояния РЦ для контроля участков приближения к переездам и станциям, промышленных железнодорожных путей, а также устройств ГАЦ для работы систем автоматического регулирования скорости (АРС) движения отцепов.

2. Рассмотрен метод коммутации аппаратуры релейного конца РЦ и получение соответствующей информации на ее питающем конце. Созданы теоретические основы функционирования участка приближения АПС с использованием данной РЦ.

3. Разработан метод контроля РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом. Созданы теоретические основы функционирования участка приближения АПС с использованием РЦ с радиоканалом.

4. Рассмотрен способ преобразования, приема и передачи информации, а также принцип кодирования сигналов, передаваемых по радиоканалу телемеханики, позволяющий достигнуть приемлемый уровень их помехоустойчивости.

5. Разработана методика определения координаты подвижной единицы при ее вступлении на участок РЦ, а также определения ее скорости и ускорения. Определен алгоритм задержки времени на закрытие переезда.

6. Разработаны схемотехнические решения и практические рекомендации по проектированию и внедрению в эксплуатацию данных систем, обладающие функциональной универсальностью и возможностью их применения в самых различных областях СЦБ, имеющие, кроме того, свойство аппаратной унификации, что позволяет упростить процесс проектирования и снизить стоимость строительства.

В качестве объекта исследования в настоящей работе выбраны устройства автоматики и телемеханики на линиях и станциях.

Предметом исследования является РЦ переездной сигнализации, методы их построения и испытания.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в научной работе, использовались классические методы теории линейных и нелинейных электрических цепей, корреляционного анализа, теории передачи сигналов, имитационное и программное моделирование. При исследовании электронных систем применялось представление полупроводниковых приборов в виде линейных и нелинейных моделей, основанных на аппроксимации вольтамперных характеристик в виде кусочно-линейных функций.

Научная новизна работы определяется следующими полученными результатами.

1. Исследован метод контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, позволяющий использовать РЛ как канал телемеханики и как канал передачи достаточной электрической энергии для работы аппаратуры релейного конца.

2. Исследованы достоверные признаки для контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, определены предельные длины при различных условиях эксплуатации и подключения аппаратуры РЦ, а также минимальные сопротивления балласта.

3. Предложен и научно обоснован метод контроля состояния РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом, использующий РЛ как канал передачи достаточной энергии для работы аппаратуры релейного конца. 7.

4. Разработан и исследован метод определения фазы выходного тока на питающем конце РЦ с радиоканалом. Определены области значений фазы выходного тока в различных режимах работы РЦ при разных длинах и значений сопротивления балласта.

Практическая ценность.

1. Предложенные решения по РЦ нового типа с импульсными методами преобразования информации позволяют отказаться от высоковольтной коммуникационной инфраструктуры и необходимости проведения проводных линий связи между питающим и релейным концами РЦ, что особенно актуально при строительстве АПС на участках железных дорог без автоблокировки.

2. Метод определения скорости и координаты подвижной единицы, находящейся на РЦ, может быть использован в ГАЦ для работы системы АРС при движении отцепа.

3. Разработанные концептуальные направления и их схемотехнические решения позволяют сформировать перспективные технические задания на проектирование РЦ без высоковольтно-сигнальной линии.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы при разработке РЦ нового типа с импульсными методами преобразования информации в НПЦ «Промэлектроника» (Екатеринбург).

На защиту выносятся.

1. Метод контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, позволяющий использовать PJI как канал телемеханики и как канал передачи достаточной электрической энергии для работы аппаратуры релейного конца.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований допустимых значений параметров РЦ с контролем их состояния на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца.

3. Метод контроля состояния РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом, использующий PJI как канал передачи достаточной энергии для работы аппаратуры релейного конца и принцип, позволяющий определить фазу выходного тока на питающем конце РЦ с радиоканалом.

4. Результаты исследований допустимых значений параметров РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции: «Транспорт 21 века: Исследования. Инновации. Инфраструктура» (Екатеринбург, 2011) — научно технической конференции «Молодые ученные — транспорту» (Екатеринбург, 2007, 2008) — научно-технических семинарах НПЦ «Промэлектроника» и НПО «Автоматика» (Екатеринбург) — заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» УрГУПС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, а также получено положительное решение на выдачу одного патента РФ. Две статьи опубликованы в журнале, рекомендуемом ВАК для публикации научных результатов диссертационных исследований.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (129 наименований). Текст диссертации содержит 151 страницу, включает 53 рисунка и 3 таблицы.

4.3 Выводы по главе.

1. В результате выполненного анализа приведены уравнения для расчета экономической эффективности внедрения РЦИМПИ в перегонных и станционных устройствах СЦБ железных дорог. Эти уравнения позволяют сравнивать различные варианты применения предложенных технических решений.

2. Проведен анализ энергопотребления схем, при питании их от РЦ. Определена минимальная величина напряжения питающего конца РЦ, которая требуется для обеспечения работоспособности схем.

3. Установлена зависимость потерь мощности от параметров устройств, входящих в состав схем и влияние изменения параметров РЦ, в частности, при климатических изменениях, определено влияние режима импульсной работы ключа на практически необходимое минимальное значение энергопотребления.

4. Разработаны схемотехнические решения РЦИМПИ.

5. Натурные исследование режимов работы лабораторного макета РЦ подтвердили функциональные зависимости, полученные в расчетах и количественные значения основных параметров РЦ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполнения диссертационной работы сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что современные РЦ участков приближения к переездам и станциям, а также РЦ для контроля состояния путей на промышленном железнодорожном транспорте экономически неэффективны из-за необходимости организации высоковольтной и сигнальной линии связи между релейным и питающим концами.

2. Исследован метод контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, позволяющий использовать РЛ как канал телемеханики и как канал передачи достаточной электрической энергии для работы аппаратуры релейного конца;

3. Исследованы достоверные признаки для контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, определены предельные длины при различных условиях подключения аппаратуры РЦ, а также минимальные сопротивления балласта.

4. Предложен и научно обоснован метод контроля состояния РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом, использующий РЛ как канал передачи достаточной энергии для работы аппаратуры релейного конца.

5. Разработан и исследован принцип, позволяющий определить фазу выходного тока РЦ с радиоканалом на питающем конце. Определены области значений фазы выходного тока в различных режимах работы РЦ при разных длинах и значений сопротивления балласта.

6. Разработана методика определения координаты подвижной единицы при ее вступлении на участок РЦ, а также определение ее скорости и ускорения. Определен алгоритм задержки времени на закрытие переезда.

7. Разработаны схемотехнические решения и практические рекомендации по проектированию и внедрению в эксплуатацию данных систем, обладающих функциональной универсальностью и возможностью ее применения.

133 в самых различных областях СЦБ, имеющих, кроме того, свойство аппаратной унификации, что позволяет упростить процесс проектирования и снизить стоимость строительства.