ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ УДАЛЕННЫМИ СВЕТОФОРАМИ

Прежде всего это ка­сается выходных, а также маневровых светофоров с централи­зованным управлением на переменном токе. Однако на длину подобных кабелей существуют определенные ограничения — в настоящее время она не должна превышать 1 км. В наиболь­шей степени это относится к светодиодным светофорам со зна­чительно малым энергопотреблением по отношению к ламповым. Причина заключается во влиянии емкостей между соседними жилами сигнальных кабелей, которые при большой длине могут вызвать подсветку ненадлежащего показания светофора, что приводит к нарушениям требований безопасности движения. Другая проблема, которая ограничивает максимальную дли­ну сигнального кабеля, связана с контролем функционирова­ния светофора в режиме излучения. В частности, для свето­диодного светофора с малым потреблением мощности емкость между жилами сигнального кабеля может оказаться достаточ­ной для включенного состояния огневого реле, расположенно­го на посту электрической сигнализации. Это может привести к появлению ложного контроля работы светофора. Вместе с этим очевидно, что перспективное увеличение дли­ны путей и усложнение станционного развития больших стан­ций вызовут появление проблем надежного функционирова­ния светофоров с централизованным управлением. Остается нерешенным вопрос контроля «холодного» состо­яния светодиодного светофора, что обусловлено нестабиль­ностью вольтамперной характеристики светодиодов и нали­чием излучения даже при достаточно малых токах, протека­ющих через них. Очевидно, что при наличии изложенных проблем требует­ся проработка методов их устранения. Один из способов, позволяющих исключить влияние ем­кости между жилами сигнального кабеля, — переход с пере­менного напряжения питания излучателей светофора на по­стоянное. Однако при существующей в светофорах структуре включения светодиодов в светодиодной матрице (СДМ) пере­ход на постоянное напряжение требует увеличения параллель­но включенных рабочих жил кабеля, так как напряжение пи­тания СДМ невелико и лежит в диапазоне 12-24 В. Предложенное в техническое решение резервирован­ного светодиодного светофора позволяет реализовать СДМ с гораздо большим, чем в известных схемах, последователь­ным включением светодиодов (рис. 1).

Рис. 1. Схема резераированного светодиодного светофора

Это дает возможность повысить напряжение питания СДМ до существенно больших величин постоянного напряжения, например до нескольких десятков вольт и выше, при сохранении требований к надеж­ности и долговечности функционирования светофора. Как видно из рис. 1, при обрыве в одном или нескольких основных светодиодах светофор продолжает функционировать в нормальном режиме излучения. В этом случае контроль из­лучения светофора может осуществляться традиционными ме­тодами при помощи огневого реле постоянного тока, располо­женного на посту электрической централизации. Следовательно, переход на питание СДМ от источника по­стоянного повышенного напряжения по схеме рис. 1 позво­ляет не только увеличить длину сигнального кабеля, но и кон­тролировать излучение светофора. При питании светофора от переменного напряжения эти две проблемы можно решить с помощью схемы, рассмотренной в. Однако для выполнения требований безопасности она должна быть дополнена и иметь вия представленный на рис. 2.

Рис. 2. Схема светодиодного светофора с мемвисимым вспомогательным реле

Здесь питание вспомогательного реле (ВР), напряжение на ко­торое передается через контакты сигнального реле (СР), осу­ществляется по независимой паре жил сигнального кабеля. Как видно из рис. 2, даже при наличии в основной паре жил сигнального кабеля практически любых наводок переменно­го напряжения от соседних жил включение излучателя будет происходить только при включенном состоянии вспомогатель­ного реле, которое представляет собой реле постоянного тока и не срабатывает от переменных напряжений. Очевидно, что в случае применения схемы, приведенной в [3], как и схемы, представленной на рис. 2, необходимо вво­дить дополнительные жилы сигнального кабеля. Тем не менее длина последнего может быть существенно увеличена. Метод управления светофором, где не требуется введение дополнительных жил, показан на рис. 3.

Рис. 3. Схема совмещения постоянного и переменного напряжения в одной сигнальной паре жил кабеля

Здесь питание излу­чателя светофора осуществляется переменным напряжением, а управление вспомогательным реле постоянного тока проис­ходит от источника постоянного напряжения. Подключение излучателя к вторичной обмотке сигнального трансформато­ра TV, как и в схеме рис. 2, осуществляется контактами ВР. Источники постоянного и переменного напряжения разделяют­ся с помощью конденсаторов С1 и С2. Схема функционирует при определенных соотношениях между параметрами источ­ника постоянного и переменного напряжения. Очевидно, что емкость СМЖК между соседними жилами сигнального кабеля не оказывает влияния на работу вспомогательного реле по­стоянного тока. Таким образом, совмещение постоянного и переменного напряжения в одной сигнальной паре жил кабеля позволя­ет исключить подсветку ненадлежащего показания светофо­ра. Следует отметить, что эта схема, как и схема рис. 2, может быть использована в светодиодных и ламповых светофорах. Принцип контроля излучения светофора, надежность функ­ционирования которого не зависит от емкости между ос­новными жилами сигнального кабеля, реализуется схемой, представленной на рис. 4 (ее основой является схема рис. 2 со вспомогательным реле постоянного тока).

Рис. 4. Схема контроля излучения саетофора по дополнительным жилам сигнального кабеля

Здесь огневое реле (ОР) переменного напряжения расположено вблизи из­лучателя светофора, например в путевой коробке, и информа­ция о его состоянии передается на контрольное реле (КР) по­ста электрической централизации. Так как информация о контроле излучения светофора пере­дается постоянным напряжением, то функционирование схемы контроля не зависит от длины сигнального кабеля. Эффективным способом расширения функциональных воз­можностей светофоров является передача сигналов при по­мощи средств оптоэлектроники. Один из вариантов подобных устройств приведен на рис. 5. 

Рис. 5. Схема оптоэлектронного упрааления светофором

Информация с поста электрической централизации пере­дается по световоду на безопасный преобразователь с само­возбуждением, выполненный на МОП-транзисторах. Устрой­ство управляется сигналом постоянного напряжения с поста электрической централизации. Безопасный преобразователь представляет собой схему, преобразующую фото-ЭДС прием­ных фотодиодов в импульсное напряжение, которое после сиг­нального трансформатора ГКпоступает на излучатель. Им­пульсная работа преобразователя обеспечивает безопасность схемы на соответствие требованиям железнодорожной авто­матики. То есть при отсутствии оптического сигнала с поста электрической централизации схема не может функциониро­вать. Выбор МОП-транзисторов обусловлен тем, что электри­ческий сигнал, полученный от фотодиодов, сравнительно мал по мощности, а этот тип транзисторов не потребляет мощно­сти на управление. Суммарное количество фотодиодов, кото­рое необходимо для функционирования схемы, определяется пороговым напряжением выбранного типа МОП-транзистора. Структура оптоэлектронного управления и электроснабже­ния светофоров на станциях приведена в. Там же предло­жен простой метод контроля излучения светофора с передачей информации на пост электрической централизации по свето­воду, исключающий появление ложного контроля функцио­нирования светофора. Применение оптоволоконных сетей связи для управления светофорами позволяет снизить использование дорогостоя­щих металлических кабелей, увеличить надежность работы устройств СЦБ и улучшить условия безопасности движения. «Холодное» состояние СДМ светофора должно проверять­ся на этапе, когда через нее не протекает ток, так как вольтамперные характеристики светодиодов обладают температурной, технологической и эксплуатационной нестабильностью. Для этой цели может использоваться признак наличия емкости светодиода при отсутствии обрыва в егор-л-переходе. Один из вариантов устройства контроля целостности СДМ в «холод­ном» состоянии приведен на рис.6. 

Рис. 6. Схема контроля «холодного» состояния светодиодов

При выключенном состоянии сигнального реле, когда све­тофор не излучает, на СДМ подается высокочастотное пере­менное напряжение достаточно малой амплитуды от генерато­ра G. Наличие емкости светодиодов определяет появление че­рез них переменного тока. Это фиксируется датчиком тока (ДТ), выходной сигнал которого передается компаратором K и да­лее поступает в схему соответствующего контрольного органа. Рассмотренные принципы управления светофорами по­казывают различные варианты их практической реализации, выбор которых определяется конкретными условиями. Кро­ме того, предложенные технические решения могут исполь­зоваться не только в станционных системах СЦБ. В частности, они применимы и в устройствах автоблокировки с централи­зованным расположением аппаратуры автоматики и телемеха­ники, когда расстояние от поста управления до светофора или иного исполнительного органа составляет десятки километров.

Мария Александровна Оськина, ассистент кафедры «Электрические машины» Уральского государственного университета путей сообщения (УрГУПС), Екатеринбург.

Коментарі

Очень приятно видеть, когда работает творческая мысль. Если Вы предлагаете использовать оптоволоконный кабель, то по нему можно передать массу информации. При таком подходе может быть просто установить контроллер, который будет контролировать ещё массу всевозможных параметров. Исправность СДМ можно контролировать простейшей видео камерой с определением силы излучения для каждого светодиода (в выключенном состоянии контролировать коротким импульсами с большой скважностью, при этом не будет видимого на глаз излучения). Информацию на пост ЭЦ о состоянии излучателей передавать сообщениями циклически (использовать различные способы определения достоверность информации (например, Crc 32 порядка)). Более того, при таком подходе можно обойтись без оптоволоконного кабеля, используя существующие кабельные линии и надтональные модемы (есть опыт такого применения). На дворе 21 век, а мы всё норовим использовать реле (реле нужны, там где без них не обойтись (переход на безопасный уровень)).
При инженерном решении необходимо помнить об экономической целесообразности и рентабельности, а также от грозозащите. Применение полупроводниковых элементов и реле на длинных линиях могут приводить к неисправности этих элементов (большая напряжённость эл. поля на p-n переходе (точечный пробой)). В этих вариантах построения схемотехники необходимо стремится к снижению проходных емкостей монтажа и трансформаторов (ёмкости современных трансформаторов применяемых в ЖАТ слишком велика (100-300 пф)).