МОДЕЛЬ ЦЕПЕЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ РЕЛЕ ПОЕЗДНЫХ МАРШРУТОВ

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье рассматривается использование и локализация электромагнитных реле, что является одной из важнейших проблем систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте. Для решения этих задач обсуждались вопросы моделирования процессов и использования микроэлектронных устройств, повышение эффективности и надежности.

ABSTRACT

This scientific article discusses the use and localization of electromagnetic relays, which is one of the most important problems of automation and telemechanics systems in railway transport. To solve these problems, the issues of modeling processes and the use of microelectronic devices, increasing efficiency and reliability were discussed.

Ключевые слова: железнодорожный транспорт, безопасное управление движением поездов, электромагнитные реле, теория графов, моделирование.  

Keywords: railway transport, safe train traffic control, electromagnetic relays, graph theory, modeling.

Обеспечение безопасного управления транспортным процессом в основном возложены на  устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования по безопасности, предъявляемые к этим системам в настоящее время осуществлено путем применения реле первого класса надежности, в устройствах и узлах, непосредственно связанных с передвижением поездов. В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики непосредственно не связанных с движением поездов, также применяются электромагнитные реле более низкого класса надежности, к примеру, кодовые типа КДР.  Дальнейшее использование электромагнитных реле в системах управления  является весьма проблематичным решением т.к. эти устройства обладают высокой материалоемкостью, энергопотреблением, а также непрерывно возрастающими стоимостными показателями

Задержки поездов связанные с неисправностями устройств СЦБ, ощутимым образом отражаются в виде экономических потерь. Большая часть основного оборудования, обеспечивающего безопасность движения поездов составляют приборы и инструменты срок службы которых перевалил далеко за 30 лет, этим объясняются кратковременные повреждения, вызванные состоянием морально и технически устаревшего оборудования. В этой связи создание и внедрение новых систем автоматизации железных дорог с использованием микроэлектронных технологий, является актуальной инновационной научной задачей. Использование достижений современных микроэлектронных технологий позволяет обеспечить более эффективное и безопасное управление транспортным процессом [1]. Надежная работа таких систем возможна при наличии достаточной, достоверной и своевременной информации о состоянии устройств железнодорожной автоматики и телемеханики [4]. В этой ситуации большое значение приобретают вопросы, связанные с внедрением компьютерных технологий, микроконтроллеров в устройствах и системах железнодорожной автоматики и телемеханики, вместо традиционных релейных устройств и систем. [2.3].

Одним из способов повышения надежности технических средств, обеспечивающих оптимальное управление движением поездов, является внедрение устройств, не содержащих механических переключений, которые непосредственно участвуют в прокладке и открытии маршрутов движения поездов. Создание инновационного проекта, заключается в том, что в существующей системе блочной маршрутной релейной централизации, блок управления поездными и маневровыми маршрутами (НПМ-69), реализованный на реле типа КДР, заменить на микроэлектронный (НПМ-69-М) функциональные возможности которого, по управлению маршрутами, полностью идентичны  блоку НПМ-69.

С этой целью решается задача внедрение микроконтроллеров в блоке управления поездными и маневровыми светофорами НПМ-69 системы блочной маршрутной релейной централизации, взамен используемых электромагнитных реле второго класса надежности типа КДР.

Предполагается применить один микроконтроллер типа STM-32 для реализации программным путем логических операций, выполняемых блоком НПМ-69, включая возможности по коммутации электрических цепей реле ВК с помощью оптореле. Управляющие сигналы формируются микроконтроллером и подаются на вход оптореле. Для успешной реализации поставленной задачи и получения оптимального алгоритма работы микроконтроллера, разработана модель электрической цепи реле ВК, при задании поездного маршрута. Фрагмент принципиальной схемы вспомогательного конечного реле поездных маршрутов приведен на рис.1, из которого видно, что обмотка реле ВК имеет две цепи возбуждения, Первая цепь проходит через фронтовые контакты реле НКН и клеммы 2-2, вторая цепь проходит через тыловые контакты реле НКН, фронтовые контакты реле КН и клеммы 1-16. Цепь самоблокировки, проходит через контакты реле НКН, КН, собственные контакты реле ВК и клеммы 2-12.

Рисунок.1. Принципиальная электрическая схема возбуждения вспомогательного конечного поездного реле ВК блока НПМ-69

Математическое описание и исследование функционирования вспомогательного реле ВК поездных маршрутов блока управления поездными светофорами, основано на  разработанной математической модели вспомогательного конечного реле  фиксирующего конец поездного  маршрута с использованием теории графов и сети Петри, для синтеза и оптимизации программного обеспечения микропроцессорного блока типа НПМ-69-М. Рассмотрим работу графа обобщенной модели  реле ВК блока НПМ-69 рис. 2. Для графа сети Петри вспомогательного конечного реле блока НПМ-69, расширенные входные и выходные функции приведены в системе уравнений (1). Позиции  и  , отражают состояние переменной, отвечающей за вспомогательное кнопочное реле, при этом следует иметь ввиду, что сумма этих переменных всегда равна единице, т.е.  . Наличие фишки в позиции , соответствует единичному состоянию переменной и возбужденному состоянию реле ВК. Позиции и  , отражает состояние кнопочных реле НКН и КН, а именно наличие фишки в этих позициях, соответствует их возбужденному состоянию. Наличие фишек в позициях и определяет наличие питания на этих клеммах, отсутствие фишек, соответствует отсутствию питания на этих клеммах. Питание на эти клеммы подается в зависимости от рода и направления маршрута.

Рисунок.2. Граф исходного состояния реле ВК

Рассмотрим работу графа рис.2., когда никаких действий по заданию маршрута не производится, и согласно состояния графа реле вспомогательное конечное поездное, определяющее конец поездного маршрута, обесточено (в позиции  имеется фишка). Анализ распределения фишек по позициям показывает, что реле НКН, КН и ВК обесточены и нет питание на клемме 1-16, поэтому в позициях и  отсутствуют фишки, тогда как в инверсных позициях ,  и они присутствуют.

Рассмотрим работу графа при задании поездного маршрута. При этом кнопка  нажимается второй, что определяет конец поездного маршрута именно в блоке НПМ-69, светофора «Ч» это фиксируется возбуждением реле ВК.  Перенос фишки в позицию осуществляется входным уравнением  по переходу и входным уравнениям перехода  по формуле  и выходной  функцией . Выполнение условий этих уравнений приведет к переносу фишки из инверсной позициив прямую , граф состояния в этом случае представлен на рис.3.

Рисунок 3. Положение графа при выполнении условий для переноса фишки в позицию

Второй альтернативной цепью возбуждения реле ВК, является цепь через фронтовой контакт реле КН и присутствием питания на клемме 1-16. В этом случае перенос фишки в позицию осуществляется по запуску перехода  при выполнении условий уравнения и его  выходной функции . Граф состояния возбуждения реле по второй альтернативной цепи показан на рис.4.

Рисунок. 4. Цепь срабатывания реле ВК через контакты кнопочного реле

 После возбуждения реле ВК становится на самоблокировку по запуску перехода по его входной функции     и выполнения условий выходного уравнения  . Граф состояния цепи самоблокировки представлен на рис.5.

Рисунок 5. Состояние графа при выполнении условий самоблокировки реле ВК

Обрыв цепи самоблокировки приводит к обесточиванию реле ВК, что происходит после замыкания  маршрута отправления и обесточивании замыкающего реле  7З (рис.1). На графе это состояние осуществляется переносом фишки из позиции   в инверсную позицию  запуском перехода   при выполнении условий входных уравнения  , и выходного уравнения   (рис.6).

Рисунок 6. Граф состояния обесточивания реле ВК

Наличие фишки в инверсной позиции клеммы 2-12 объясняется обрывом цепи питания контактами реле 7З.  после перемещения фишки в позицию  граф принимает исходное состояние (рис.2). 

Разработана и исследована модель сети Петри работы вспомогательного конечного поездного реле. В процессе исследования модели электрических цепей реле, а именно процесс его возбуждения, самоблокировки и обесточивания позволило получить оптимальный, алгоритм работы и программное обеспечение для микроконтроллера,  достоверно отражающее работу этих устройств, исполненных на основе реле второго класса надежности блока управления поездными и маневровыми передвижениями системы блочной маршрутной релейной централизации

По результатам исследования модели работы вспомогательного конечного поездного   реле на основе сети Петри получен алгоритм для программного обеспечения управляющего микроконтроллера, принципиальная схема работы реле в микропроцессорном блоке НПМ-69-М представлена на рис.7.

Рисунок 7. Принципиальная электрическая схема подключения бесконтактных элементов для переменной  блока НПМ-69-М

Список литературы:

1. Прохоренко А.Г. Средства расширения функциональных возможностей систем оперативного управления движением на железнодорожных станциях. Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. – Хабаровск: Издательство университета ДвГУПС, 2016. – С.101-105.
2. Аметова Э.К., Азизов А.Р. Теория сетей Петри при разработке и исследовании математической модели блока НСО. ФарПИ ИТЖ. 2019, №5 с.93-98.
3. Азизов А.Р., Аметова Э.К. НСС микроэлектрон блокини яратиш. ТошТЙМИ Ахбороти. 2019 №2. 155-160 б.
4. A.R. Azizov, E.K. Ametova, S.Q. Ubaydullayev  Model of circuits against repeated relays of shunting routes Vol. 2 No. 1 (2022): Harvard Educational and Scientific Review
5. Аметова Э.К., Азизов А.Р. Исследование модели цепи кнопочных реле микроэлектронного блока НСС. Муҳаммад ал-Хоразмий авлодлари. Муҳаммад ал-Хоразмий номидаги Тошкент ахборот технологиялари университети 2019, №3(9) 75-77 б.
6. Бестемьянов П.Ф. Методы повышения безопасности микропроцессорных систем интервального регулирования движения поездов. Докторская диссертация, Москва, 2001, 324с.