МЕТОДЫ И АЛГОРИТМ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПУСКОВЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ОПТОРЕЛЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО НАБОРНОГО БЛОКА НСО-М

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье рассматриваются вопросы применения и локализации электромагнитных реле, являющихся одним из важнейших элементов в системах управления железнодорожным транспортом. Для решения этих задач рассматриваются вопросы моделирования процессов и поиска технического решения с использованием современных микроэлектронных устройств, повышения эффективности и надежности. Для решения этих вопросов были рассмотрены методы и приемы работы микроэлектронных устройств.

ABSTRACT

This scientific article is devoted to the issues of the use of electromagnetic relays and their localization, which is one of the major problems in railway transporti control systems. To solve these problems, the issues of modeling processes and finding a technical solution using modern Microelectronics devices, increasing efficiency and reliability have been considered. To solve these issues, the methods and methods of microelectronics devices were considered.

Ключевые слова: железнодорожная автоматика и телемеханика, электромагнитные реле, стрелочные приводы, управление стрелкой, микроконтроллер, оптопара, оптореле, датчик Холла.

Keywords: railway automation and telemechanics, electromagnetic relays, switch drives, arrow control, microcontroller, optocoupler, optorele, Hall sensor.

Системы железнодорожной автоматики и управления движением поездов необходимы для обеспечения безопасного руководства эксплуатационными процессами на железных дорогах, при этом системы железнодорожной автоматики и телемеханики обеспечивают безопасное управление транспортными процессами. Главным в них является аспект безопасности системы управления, который обеспечивает оптимальное управление технологическими процессами при организации перевозок. Отличительной особенностью современных систем управления железнодорожной автоматики и телемеханики является процесс компьютеризации и применения микроэлектронных технологий. Основной причиной внедрения этих технологий является процесс отказа от использования электромагнитных реле. На железнодорожных станциях для управления движением поездов и маневровых передвижений используется блочная маршрутная релейная централизация (БМРЦ). В системе заложены устройства в виде блоков, обеспечивающие автоматическое задание маршрутов при указании координаты начала и конца с помощью специальных кнопок. Особенностью такого задания маршрутов является необходимость сообщения системе БМРЦ о свойствах и категории устанавливаемых маршрутов. Комплекс таких блоков называется «наборный». Система БМРЦ была разработана в середине 60-х годов прошлого столетия, чем объясняется изобилие электромагнитных реле в наборных блоках. Инновационной задачей для исследователей железнодорожной автоматики и телемеханики является разработка микроэлектронных блоков наборной группы без применения электромагнитных реле. При этом микроэлектронные устройства должны быть полностью функционально аналогичными релейным блокам и иметь электромагнитную совместимость с другими блоками. В релейном блоке при наличии питания на выводах клемм 13, 113 и 117 срабатывают реле 1ПУ (плюсовое управляющее реле) и 1МУ (минусовое управляющее реле). В существующих релейных блоках в качестве реле ПУ и МУ используются электромагнитные реле второго класса надежности типа КДР 1М, имеющие замедление на отпадание и электрическое сопротивление обмотки 3,8 Ом. Электрическая схема цепи пусковых управляющих реле ПУ, МУ представляет собой последовательное соединение обмоток реле КДР 1-М и ограничивающих сопротивлений номиналом 10 Ом, расположенных в блоках управления маневровыми и поездными светофорами, блоках управления одиночными маневровыми светофорами, блоках управления маневровыми светофорами, установленных в створах [7; 1; 4].

Рисунок 1. Схема подключения микроконтроллера

D1, D2, D3, D4 – PVG612

 Рисунок 2. Схема реализации электрических цепей пусковых управляющих реле

Количество обмоток реле в цепи ПУ, МУ наборного блока управления одиночными стрелками (НСО) зависит от длины маршрута, от количества стрелок, входящих в устанавливаемый маршрут. В микроэлектронном блоке (рис. 1) использование каких бы то ни было электромагнитных реле исключено, поэтому вместо обмоток реле необходимо предусмотреть схему замещения, которая будет выполнять несколько функций. Первая функция схемы замещения – это сохранение целостности электрической цепи между выводами клемм 13, 113 при задании маршрута по плюсу стрелки и клемм 13, 117 при задании маршрута по минусу стрелки, а также сохранения условий срабатывания реле других блоков НСО и наборных блоков управления спаренными стрелками, входящими в маршрут, т.е. сохранение целостности электрической цепи плюсовых и минусовых управляющих реле, заложенных в принципе построения блочной маршрутной релейной централизации. Вторая функция схемы замещения – это подача потенциала +5В на ножки 1 или 8 микроконтроллера, который изменит состояние выводов 9 или 11, тем самым фиксируя факт срабатывания реле 1ПУ либо 1 МУ. Для выполнения первой функции схемы замещения, т.е. способность сохранить электрические характеристики цепи ПУ, МУ, используется схема, приведенная на рис. 2. Задача имитации обмотки реле ПУ, МУ решается использованием оптопар D3, D4 и включением схемы, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений R1, R2, R3 и R4, R5, R6. С целью имитации наличия омического сопротивления обмотки реле КДР 1М использованы два параллельно включенных резистора, суммарное сопротивление которых должно быть эквивалентно сопротивлению обмотки реле 3,8 Ома. Для уменьшения величины тока, протекающего по цепи с фотодиодом, сопротивление R2 должно быть в два раза больше сопротивления R1. Группа оптопар D1, D2 имитирует контакты обесточенного состояние реле 1ПУ и 1МУ, а именно: D1 – тыловые контакты реле 1ПУ, а D2 – тыловые контакты реле 1МУ [3; 5].

 Рассмотрим работы схемы при необходимости имитации срабатывания реле 1ПУ. В случае срабатывания кнопочных реле на вывод клеммы 13 подается потенциал либо плюс, либо минус батареи 24 В. Подключение в цепь элемента D1 выводов 4 и 6 позволяет пропускать через оптореле токи любой полярности. Для определения наличия напряжений на клеммах 13 и 113 и регистрации присутствия тока в цепи используется датчик тока типа ACS712, основанный на работе датчика Холла, схема включения которого приведена на рис. 3. Наличие тока в цепи клемма 13 – выводы 4 и 6 элемента D1 – выводы 34 и 12 датчик тока D3 – клемма 113, способствует появлению сигнала на выводе 7 датчика тока . В программном обеспечении микропроцессора наличие этого сигнала означает, что реле 1ПУ сработало, следовательно, выводы принимают значение нуль, а выводы  – плюс 5В. Аналогичным образом работает электрическая цепь пускового реле 1МУ. Наличие микроконтроллера обуславливает необходимость в разработке программного обеспечения, которое основано на алгоритме, приведенном на рис. 4. В алгоритме предусмотрен блок № 9 выдержки времени, необходимый для адаптации микроэлектронного блока с релейными при их совместном применении [6; 8; 2].

Рассмотренный метод практической реализации электрических цепей пусковых управляющих оптореле микропроцессорного наборного блока НСО-М показал состоятельность вопроса о возможности замены электромагнитных реле в наборных блоках системы блочной маршрутной релейной централизации на микроэлектронные элементы, при этом в качестве которых использовались микроконтроллер, оптопары и датчик Холла. При этом необходимо соблюдать принципы построения релейной системы с учетом возможности совместного использования как релейных блоков, так и микроэлектронных. Последнее обстоятельство определяет наличие блока № 7 в алгоритме.

Рисунок 3. Микроэлектронный вариант схемы реализации электрических цепей срабатывания реле 1ПУ и 1МУ

Рисунок 4. Алгоритм работы микроконтроллера блока НСО-М

Список литературы:

1. Азизов А.Р., Аметова Э.К. Контроль технического состояния микроэлектронного блока НСС как задача распознавания образов // Технические науки и инновация. – ТашГТУ, 2019. – №1. – С. 20–25.
2. Азизов А.Р., Аметова Э.К., Убайдуллаев С.К. Mодель цепей вспомогательных реле поездных маршрутов // Universum: технические науки. – 2022.
3. Аметова Э.К., Азизов А.Р. Исследование модели цепи кнопочных реле микроэлектронного блока НСС // Муҳаммад ал-Хоразмий авлодлари. – Ташкент : ТУИТ, 2019. – № 3 (9). – С. 75–77.
4. Ametova E., Azizov A., Yuldashev Sh. Microprocessor technology in the devices railway automation and telemechanics // Asian Journal of Research. – 2020. – SJIF 6,1. – IFS 3,7.
5. Ametova E.K., Azizov A.R. Theory of petri nets in the development and mathematical model of a single arrow control blocks // Scientific-technical journal. – 2020. – Vol. 24, Iss. 6. – Article 7.
6. Aripov N., Sadikov A., Ubaydullayev S. Intelligent signal detectors with random moment of appearance in rail lines monitoring systems // E3S Web of Conferences 264, 05039 (2021). CONMECHYDRO – 2021.
7. Azizov A.R., Ametova E.K. Developing of microelectronic block HCC // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. – 2019. – Vol. 6, Issue 3.
8. Azizov A.R., Ametova E.K., Ubaydullayev S.Q. Model of circuits against repeated relays of shunting routes // Harvard Educational and Scientific Review Soldiers Field Boston. – 2022. – Vol. 2, № 1.