Техническая реализация логических связей в системах автоблокировки

Системы автоматики на перегонах

5 курс, 1 семестр (5 АТЗ)

Лекция 1

Автоматическая блокировка.

Техническая реализация логических связей в системах автоблокировки.

План

  1. Общая характеристика.
  2. Классификация систем автоблокировки.
  3. Логические связи в автоблокировке.
  4. Методы селекции и импульсные признаки сигналов.
  5. Техническая реализация логических связей в системах автоблокировки.

* * * * *

Рекомендуемая литература:

  1. Путевая блокировка и авторегулировка. Под ред. Н. Ф. Котляренко. М.: Транспорт, 1983.
  2. Казаков А. А., Бубнов В. Д., Казаков Е. А. Системы интервального регулирования движения поездов. М.: Транспорт, 1986.

* * * * *

1. Общая характеристика

Автоматической блокировкой, или автоблокировкой (АБ), называется способ автоматического интервального регулирования движения поездов, при котором командная информация с пути на локомотив передается по оптическому каналу при помощи проходных светофоров.

Сигнальные показания путевых светофоров находятся в зависимости от состояния (свободности или занятости) блок-участков и изменяются автоматически в результате воздействия движущихся поездов на путевые датчики.

Блок-участками называются части перегонов, ограниченные проходными светофорами одного направления или проходным и станционным входным (выходным) светофором. Длина блок-участка рассчитывается по заданному временному интервалу между поездами

Благодаря разбивке межстанционных перегонов па блок-участки, АБ является эффективным средством увеличения пропускной способности железных дорог, позволяет уменьшить пространственный и временной интервалы между поездами за счет возможности одновременного нахождения нескольких поездов на каждом перегоне. При АБ повышается участковая скорость движения поездов, вследствие сокращения времени стоянок на станциях в ожидании обгона их другими поездами, поскольку, расстояние сближения между обгоняемым и обгоняющим поездами при наличии блок-участков меньше.

Автоматическое действие проходных светофоров обеспечивают путевые датчики — РЦ или счетчики осей. Hа магистральных железных дорогах Украины, оборудованных АБ, в качестве путевого датчика применяются только РЦ.

Применение автоблокировки в СССР началось в 30-х годах прошлого века. Первые участки Москва – Мытищи и Покровско – Стрешнево – Волоколамск

При АБ применяются двузначная, трехзначная и четырехзначная системы сигнализации. Основной на магистральных железных дорогах является трехзначная сигнализация, при которой предусматривается движение поездов с разграничением тремя блок-участками. Позади идущий поезд проезжает под зеленый огонь ближайший проходной светофор с зеленым огнем и приближается к следующему светофору тоже с зеленым огнем. При таком способе разграничения создаются наиболее комфортные условия для ведения поезда.

Двузначная система сигнализации применяется только на метрополитенах, где отсутствуют условия, ухудшающие видимость огней светофоров, и необходимо получить очень малые межпоездные интервалы. Применение двузначной сигнализации допускается только при наличии точечных автостопов.

Четырехзначная сигнализация применяется на участках с большими размерами движения, где обращаются поезда с резко отличающимися скоростями и длинами тормозных путей. Такие условия создаются, например, на пригородных участках или участках, где наряду с пригородными или другими поездами, имеющими частые остановки и сравнительно короткие тормозные пути, обращаются также дальние пассажирские (или грузовые) поезда с высокими скоростями движения, редкими остановками и более длинными тормозными путями. В этих случаях возникают два противоречивых эксплуатационных требования: с одной стороны, для осуществления интенсивного движения необходимо, чтобы попутные поезда следовали с наибольшим сближением, т. е. чтобы длины блок-участков были минимальными, с другой стороны, нужно, чтобы они обеспечивали тормозные пути поездов с высокой скоростью движения. Указанные противоречия устраняются введением четвертого сигнального показания — одновременно горящих желтого и зеленого огней. При четырехзначной сигнализации возможно движение поездов с разграничением четырьмя (пассажирские и грузовые поезда) и тремя (пригородные поезда) блок-участками. При приближении поезда к раздельному пункту с остановкой или отправлении со станции может применяться разграничение тремя блок-участками для всех поездов.

Согласно ПТЭ, длина блок-участка при трехзначной сигнализации должна быть не менее тормозного пути при полном служебном торможении и максимальной реализуемой скорости, а на участках, оборудованных АЛС, должна быть, кроме того, не менее тормозного пути при экстренном торможении с учетом времени, необходимого на срабатывание устройств АЛС и автостопа, но не менее 1000 м.

2. Классификация систем автоблокировки

Система автоблокировки классифицируются по следующим признакам.

  • по характеру путевого развития на перегонах: однопутные, двухпутные, многопутные;
  • по способу организации движения на перегонах: одностороннее, двустороннее;
  • по значности сигнализации: двузначная, трехзначная, четырехзначная;
  • по роду сигнального тока, питающего рельсовые цепи: постоянного, переменного тока (50 Гц, 25 Гц, 75 Гц, тональной частоты);
  • по типу применяемых светофоров: с прожекторными, линзовыми, светодиодными и другими светофорами; без проходных светофоров;
  • по типу системы электропитания: переменного тока (безбатарейная) и смешанная;
  • по способу размещения аппаратуры: централизованные, децентрализованные.

3. Логические связи в автоблокировке

С общих позиций теории автоматического управления автоблокировку можно рассматривать как дискретный разомкнутый однотактный конечный автомат, входы и выходы которого территориально удалены (рассредоточены вдоль линии). Такое общее определение АБ может быть обосновано следующим:

1) по путевым телемеханическим каналам АБ передается дискретная оперативная информация о состоянии впереди лежащих участков (i-й участок свободен — «1», занят — «0»);

2) отсутствует обратная связь между входами и выходами системы (признак разомкнутого автомата);

3) каждому определенному значению входа (аргумента) — состоянию блок-участков — соответствует строго определенное значение выхода (функции) — показание светофора (признак однотактного автомата);

4) в процессе действия системы объем ее памяти не изменяется (признак конечного автомата).

При трехзначной АБ с контролем только красного огня (рис. 1.1) каждый блок-участок перегона имеет два двоичных входа: или — i-й блок-участок свободен и исправен или занят, неисправен: или — лампа красного огня светофора i-го блок-участка исправна или неисправна, а также три двоичных выхода, имеющих следующие дискретные скоростные значения:

зi – разрешается максимальная допустимая скорость;

жi – скорость ограничивается установленным пределом;

кi – скорость должна быть снижена до нуля.

При этом связь между соответствующими входами и выходами системы на языке алгебры логики выражается так:

,

где логические операции обозначены символами:

, – логическое умножение (И), конъюнкция

– логическое сложение (ИЛИ), дизъюнкция

– логическое отрицание (НЕ), инверсия переменной

В АБ с переносом красного огня при реализации указанных связей применяют цепочечную структуру, в которой каждая последующая установка связана с предыдущей одним физическим каналом, приспособленным для односторонней передачи информации
(рис. 1.2). Информация передается в направлении, противоположном движению поезда (на рисунке справа налево). В качестве линий связи могут использоваться воздушные провода, кабели, рельсовые линии, путевые шлейфы и др

При последовательной структуре связи каждая перегонная сигнальная установка является исполнительно-распорядительным пунктом исполнительным — по отношению к последующей и распорядительным — по отношению к предыдущей установке. Например, на рис. 1.2, а, где показана АБ с применением в качестве линии связи воздушного провода или кабеля, исполнительно-распорядительный пункт ИРП4 у светофора 4 (объект управления ОУ4) содержит исполнительную часть ИЧ4, связанную линией связи ЛС4 с последующим пунктом ИРП6, и распорядительную часта РЧ4, связанную другой, линией связи ЛС2 с предыдущим пунктом ИРП2. Путевые датчики ПД2, ПД4 и ПД6 (рельсовые цепи РЦ2, РЦ4, РЦ6) воздействуют на распорядительные части тракта передачи сообщений РЧ2, РЧ4 и РЧ6. На каждом ИРП устанавливается связь между исполнительной и распорядительной частями, благодаря чему в структурной схеме автоблокировки, как в автоматической телемеханической системе, создается непрерывная односторонняя связь между всеми ИРП в пределах одного перегона. В случае показанном на рис 1.2, б, рельсовая линия входит в тракт передачи в качестве его органической части и, помимо функции линии связи, выполняет также функции путевого датчика состояния блок-участка.

По способу передачи сообщений АБ относится к системам циклического действия с непрерывной передачей информации.

4. Методы селекции и импульсные признаки сигналов

При любом методе селекции необходимые сообщения передаются в закодированном виде электрическими сигналами. Поскольку в устройствах АБ производится управление малопозиционными объектами, то необходимые сообщения могут передаваться элементарными сигналами.

Наиболее распространенные импульсные признаки сигналов:

  • амплитуда импульсов постоянного или переменного тока (соотв. ИПАБ, ЧКАБ);
  • длительность импульсов постоянного или переменного тока или интервалов между ними (ЧДК, АЛСН числового кода);
  • полярность импульсов постоянного или фаза переменного тока (соотв. импульсные РЦ, постоянного тока, фазочувствительные РЦ);
  • частота колебаний переменного тока (ТРЦ, частотная АЛСН, ЧДК);
  • количество импульсов постоянного или переменного тока (ЧКАБ, АЛСН числового кода).

Наиболее широко в устройствах АБ используются числовые, частотные и фазовые сигналы. Для увеличения объема передаваемой информации и повышения помехозащищенности тракта передачи часто применяют комбинированные импульсные признаки.

5. Техническая реализация логических связей в системах автоблокировки

Техническая реализация алгоритмов управления трехзначной и четырехзначной АБ может быть достигнута при помощи релейных контактных и бесконтактных (дискретных и интегральных) логических элементов, а также за счет применения микропроцессорной и компьютерной техники.

В релейных логических элементах в качестве приемников информации в проводных системах АБ используются приемники с непрерывным входом и дискретным выходом, характеризуемым изменением положения их контактов.

Вся система передачи информации при АБ должна исключать появление ложной информации, разрешающей машинисту реализовать скорость более допустимой.

В трехзначных системах АБ при полярных признаках сигнала, дополненных нулевым качеством, применяются трехпозиционные релейные приемники с двумя исполнительными системами: нейтральной, реагирующей одинаково на любой полярный параметр сигнала, и поляризованной, однозначно реагирующей на каждый полярный параметр.

В импульсно-проводной 3-значной автоблокировке (ИПАБ) постоянного тока с контролем разрешающих и запрещающего огней с реализацией логических связей на релейно-контактных элементах (рис. 1.3) значения двоичных входов определяются состояниями следующих реле:

  • путевое реле 6П (датчик занятости блок-участка 6П) – xi;
  • сигнальное реле 4С (медленнодействующий повторитель нейтрального контакта комбинированного линейного реле 6Л) – xi+1;
  • огневое реле 4О, контролирующее исправность ламп как запрещающего, так и разрешающих огней светофора 4 – yi+1zi+1; где zi+1 – двоичный вход, по которому поступает информация об исправном состоянии ламп разрешающих огней св. 4.

В линии связи ЛС используется сигнал с амплитудными и полярными импульсными признаками. Приемником этого сигнала, несущего информацию о количестве свободных впереди лежащих блок-участков, является линейное реле 6Л. При занятии блок-участка 6П, путевое реле 6П не будет получать питания, и отключит своим фронтовым контактом линейную цепь. Реле 6Л обесточится, и выключит свой повторитель 4С, который отключит своим фронтовым контактом цепь разрешающих огней, а тыловым – замкнет цепь питания лампы красного огня светофора 6. При освобождении 6П, через тыловые контакты 4С линейное реле 6Л получит питание обратной полярности. Через фронтовой нейтральный контакт 6Л сработает 6С м включит на св.6 желтый огонь. При освобождении 4П, через фронтовые контакты 4С линейное реле 6Л получит питание прямой полярности и включит своим поляризованным контактом зеленый огонь на св.6.

В числовой кодовой 3-значной автоблокировке (ЧКАБ) переменного тока с контролем только запрещающего огня (рис. 1.4) значения двоичных входов определяются состояниями реле:

  • сигнальное реле желтого огня 6Ж – xi;
  • сигнальное реле зеленого огня 6З – xi+1;
  • огневое реле 4О – yi+1;

Поскольку в данном случае РЦ блок-участка 6П используется также в качестве линии связи, путевое импульсное реле 6И является одновременно датчиком свободности блок-участка 6П и приемником числового кода от КПТ и его повторителя реле 4Т. Если 6П занят, реле 6И – обесточено, дешифратор ДА выключает реле 6Ж и 6З, и на светофоре 6 зажигается красный огонь. Исправность лампы красного огня контролируется огневым реле 6О. В случае перегорания нити лампы осуществляется перенос красного огня на предыдущий по ходу поезда светофор. При освобождении 6П импульсное реле 6И начинает принимать числовой код содержащий информацию о количестве свободных блок-участков (в данном случае – одного), в соответствии с которым дешифратор ДА включит реле 6Ж (на светофоре 6 включится желтый огонь), а при освобождении блок-участка 4П – и реле 6З (на светофоре 6 загорится зеленый огонь).

При построении цепей автоблокировки независимо от применяемой элементной базы должен соблюдаться принцип, в соответствии с которым, при любом повреждении в системе исключается опасный отказ – появление на светофоре ложного более разрешающего показания. Любой обрыв, или замыкание в схемах рельсовой цепи, дешифратора, цепей управления сигналами светофора и других цепях, ответственных за безопасность движения поездов, должен переводить систему или ее часть в защитное состояние, например, блок-участок с неисправными устройствами АБ должен автоматически ограждаться запрещающим сигналом светофора.


Назначение и области применения числовой кодовой АБ переменного тока

Числовую кодовую автоблокировку проектируют при всех видах тяги поездов. При электрической тяге постоянного тока используют рельсовые цепи, работающие на сигнальной частоте 50 Гц, при электрической тяге переменного тока — на сигнальной частоте 25 Гц, а при автономной тяге возможно применение частоты 50 или 25 Гц. В остальном схемы автоблокировки идентичны.

Числовая кодовая автоблокировка — беспроводная. Информация между сигнальными точками передается по рельсовым нитям кодовыми сигналами КЖ, Ж, 3 с числовыми признаками. Этими же кодовыми сигналами на локомотив транслируется информация о показании впереди стоящего светофора. При свободном состоянии блок-участка кодовые сигналы воспринимают импульсные путевые реле, а при вступлении на блок-участок поезда локомотивные катушки. Кодовые сигналы посылаются всегда навстречу поезду.

Путевые устройства автоблокировки питаются от высоковольтной трехфазной линии 6 или 10 кВ переменным током промышленной частоты 50 Гц и от резервной трехфазной линии 6 или 10 кВ, подвешенной на опорах контактной сети. Если питание от основной линии прекратится, то осуществляется автоматическое переключение питания от резервной линии.

Основные элементы двухпутной автоблокировки 50 и 25 Гц

Основными элементами двухпутной автоблокировки переменного тока 50 Гц являются кодовая рельсовая цепь переменного тока 50 Гц, светофор, дешифраторная ячейка ДА, сигнальные реле Ж и 3.

На питающем (выходном) конце рельсовой цепи устанавливают путевой трансформатор ПТ, ограничитель ОТ, конденсаторные блоки, дроссель-трансформатор ДТ типа ДТ-0,6, датчик кодов КПТШ-515 или КПТШ-715, трансмиттерное реле Т, повторяющее работу контактов трансмиттера и передающее коды в рельсовую цепь. На приемном (входном) конце рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформатор.ДТ-0,2, защитный фильтр ЗБФ-1, импульсное путевое реле И типа ИМВШ-110, дешифраторную ячейку ДА, сигнальные реле Ж и 3.

При автоблокировке переменного тока 25 Гц, на питающем и релейном концах применяют дроссель-трансформаторы типа ДТ1-150. Вместо фильтра ЗБФ-1 используют фильтр ФП-25.

В упрощенной принципиальной схеме числовой кодовой автоблокировки с сигнальной частотой 25 Гц для проходных светофоров 5, 7 и 9 нечетного пути двухпутного перегона (рис. 4.1) питание рельсовых цепей осуществляется от преобразователя ПЧ-50/25 (ПЧ, ДПЧ). От мешающего действия тягового тока и его гармонических составляющих путевое реле защищено электрическим фильтром ФП-25 (Ф), Кодовые сигналы посылаются в рельсовую цепь в результате замыкания контакта трансмиттерного реле Т (ДТ). Для уменьшения искрообразования на контактах реле Т и настройки рельсовой цепи на питающем конце включают конденсаторы и резисторы.

Принцип действия основных цепей в схеме сигнальных установок кодовой АБ.

Состояние цепей и показание путевых светофоров на схеме соответствуют расположению поезда на рельсовой цепи 5П. На каждой сигнальной точке непрерывно работают кодовые путевые трансмиттеры КПТШ, вырабатывая числовые коды, необходимые для работы автоблокировки и АЛС. При нахождении поезда на рельсовой цепи 5П импульсное путевое реле на сигнальной установке 5 зашунтировано скатами поезда и не работает в кодовом режиме. Сигнальные реле Ж и 3 на выходе дешифраторной ячейки обесточены, и на светофоре 5 по цепи, проходящей через тыловой контакт реле Ж и низкоомную обмотку огневого реле О (АОШ2-180/0,45) получает питание красная лампа. Реле О контролирует целостность нити красного огня. Если она исправна, то через тыловой контакт реле Ж и фронтовой контакт реле О к контактам КЖ кодового путевого трансмиттера подключается обмотка трансмиттерного реле Т, коммутирующего контактом питающий конец рельсовой цепи 7П. При этом в рельсовую цепь 7П подаются кодовые импульсы красно-желтого огня. Если при указанной поездной ситуации красная лампа на светофоре 5 неисправна, то цепь реле Т разомкнута, и в рельсовую цепь 7П импульсы не подаются. В этом случае красный огонь переносится на предыдущий по ходу поезда светофор 7. Перегорание ламп при разрешающих показаниях светофора (желтый или зеленый) не приводит к изменениям в кодировании и, следовательно, переноса огней не происходит. При приеме импульсным путевым реле И на сигнальной точке 7 кодового импульса КЖ на выходе дешифраторной ячейки ДА возбуждается сигнальное реле Ж. На светофоре 7 загорается желтый огонь, а трансмиттерное реле Т, подключенное к контактам Ж трансмиттера КПТШ, обеспечивает подачу в рельсовую цепь 9П кодовых импульсов желтого огня. Реле О сигнальной точки 7 включается высокоомной обмоткой через фронтовой контакт реле Ж последовательно с нитью лампы красного огня, контролируя ее исправность в холодном состоянии. В случае ее обрыва информация об этом передается на ближайшую станцию посредством устройств диспетчерского контроля. Импульсные посылки кода Ж воспринимает путевое реле И на сигнальной точке 9. На выходе дешифраторной ячейки возбуждаются сигнальные реле Ж и 3, в рельсовую цепь 11П контактами трансмиттерного реле Т подается кодовый импульс зеленого огня.

Огневое реле О на сигнальной точке 9 контролирует в холодном состоянии целостность нити лампы красного огня. На следующей сигнальной точке 11 (на рис. 4.1 не показана) импульсы кода 3 принимаются так же, как и импульсы кода Ж, т.е. на светофоре загорается зеленый огонь. При нахождении поезда на любой из рассматриваемых рельсовых цепей кодовые импульсы принимают локомотивные катушки.

Коды зеленого и желтого огней различаются локомотивным приемником, зажигая на локомотивном светофоре соответственно желтый и зеленый огни. Реле двойного снижения напряжения ДСН, обмотки которых включены на каждой сигнальной точке параллельно в пределах перегона в цепь ДСН — ОДСН, определяют яркость горения огней светофора. На соответствующий режим работы лампы переключает дежурный по станции или диспетчер.

В кодовой автоблокировке не предусмотрено защиты от срабатывания импульсного путевого реле от сигнального тока смежной рельсовой цепи в случае нарушения изоляции изолирующих стыков. Появление более разрешающего показания на проходном светофоре исключается схемным способом, основанным на использовании в смежных рельсовых цепях кодовых сигналов с различной продолжительностью импульсов и интервалов и проверке их асинхронности в схеме дешифраторной ячейки. Вследствие применения такой защиты при исправном состоянии изолирующих стыков нормальный прием кодов из собственной рельсовой цепи и возбуждение сигнальных реле возможны только в интервалах между кодовыми импульсами, посылаемыми в смежную рельсовую цепь.


PAGE 10

Техническая реализация логических связей в системах автоблокировки