СИСТЕМНАЯ И ИНФОРМАЦИОННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕГОННЫХ УСТРОЙСТВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДАТЧИКА СЧЁТА ОСЕЙ

АННОТАЦИЯ

Датчики, фиксирующие движение колеса вагона на небольшом участке рельса, дают важную информацию о движении составов и являются ответственным элементом многих систем железнодорожной автоматики. Широко распространенные датчики индукционного типа имеют ряд существенных недостатков-низкая помехозащищенность, жесткие требованию монтажу, низкая чувствительность при малой скорости движения. Зарубежные компании (SIEMENS. ALCATEL SEL) выпускают датчики трансформаторного типа, зарекомендовавшие себя как высоконадежные приборы железнодорожной автоматики. Однако высокая стоимость и большой объем аппаратуры в месте установки создают определенные трудности для их широко использования на железных дорогах Узбекистана.

ABSTRACT

Sensors that record the movement of a wagon wheel on a small section of the rail provide important information about the movement of trains and are a critical element of many railway automation systems. Widespread induction type sensors have a number of significant drawbacks - low noise immunity, rigid installation requirements, low sensitivity at low speed. Foreign companies (SIEMENS. ALCATEL SEL) produce transformer-type sensors that have proven themselves as highly reliable railway automation devices. However, the high cost and large volume of equipment at the installation site create certain difficulties for their widespread use on the railways of Uzbekistan.

Ключевые слова: Блок обработки сигналов (БОС),сигнализации централизации блокировка (СЦБ), автоматики и телемеханики, электричества централизация (ЭЦ).

Keywords: Signal processing unit (BOU) interlocking signaling (IS), automation and telemechanics, electricity centralization (EC).

Разработанный многофункциональный датчик построен на генераторном принципе, что позволило обеспечить высокую чувствительность при относительно небольших габаритах и на основе простой схемотехники. Датчик состоит из двух генераторов, контуры которых создают вдоль датчика два локальных электромагнитных поля. При движении гребня колеса над поверхностью датчика изменяются параметры контуров и частоты генераторов. Разностная частота генераторов является выходным сигналом. Она при движении колеса над датчиком, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения в зависимости от направления движения состава. Импульсы разностной частоты передаются по двухпроводной линии к блоку обработки сигналов. По этой же линии датчик получает питание.

Блок обработки сигналов (БОС) позволяет работать с двумя многофункциональными датчиками. В состав БОС, входят источник питания датчиков, плата выделения частотных сигналов датчиков, три быстродействующих микропроцессорных контроллера, блок индикации и управления. В конструкции БОС предусмотрены блок согласования с путевым реле НВШ1-1100 и выход для сопряжения с вычислительными машинами. Сигналы каждого датчика доступны всем трем контроллерам, что обеспечивает мощный резерв и дублирование средств обработки в экстремальных ситуациях, например, при сбоях, зависании программ. В нормальном режиме за каждым датчиком «наблюдает» один контроллер. В функции третьего контроллера входит управление работой блока на более высоком уровне: обработка результатов двух контроллеров, посылка им соответствующих директив, работа с интерфейсом. Контроллеры датчиков обрабатывают периоды следования импульсов от датчиков и при их номинальном значении сообщают третьему контроллеру о нормальной работе датчиков. При коротком замыкании или обрыве линии все три контроллера получают информацию об этом, и в мультипроцессорной системе формируется управляющий сигнал типа «защитный отказ». Разработанное программное обеспечение позволяет в рамках одних аппаратных средств БОС, решать следующие задачи.

1. Контроль занятости/свободности пути. Контролируемый участок пути ограничивается двумя датчиками. При отсутствии состава на этом участке контроллеры датчиков те создают для третьего контроллера сигналы о движении колес (осей), что позволяет последнему формировать сигнал управления «свободно». Движение колес над одним из датчиков включает третий контроллер на счет колес, фиксируемых этим датчиком. По изменению частоты определяется направление движения, и формируются сигналы «занято», а также индикация соответствующего направления движения. С появлением сигналов от второго датчика выполняется счет колес, прошедших над вторым датчиком. После равенства счета колес по первому и второму датчику снимается сигнал «занято» и устанавливается с соответствующая индикация. Более сложные алгоритмы обработки используются для контроля состояния пути при движений составов с остановкой и при реверсивном движении.

2. Измеритель скорости движения состава. Датчик имеет протяженную зону чувствительности (несколько десятков сантиметров), что позволяет в контроллере сосчитать время прохождения колеса над датчиком и (с большой погрешностью) рассчитать скорость движения. Более точно измеряется скорость при использовании двух датчиков, расположенных на известном друг от друга расстоянии. В этом случае, каждый из контроллеров формирует для контроллера временные отметки при вхождении зону чувствительности. По внутреннему таймеру третьего контроллера определяется время между отметками и вычисляется скорость.

3. Определение износа колеса. Экспериментальные движения колес с разной степенью износа позволили установить зависимость между изменением частоты и степенью износа. Этот факт позволяет использовать датчик для экспресс-диагностики колес состава во время движения. С помощью контррельса обеспечивается движение гребня колеса над датчиком по определенной траектории. Отклонение частоты выходного сигнала фиксируется контроллером и в соответствии с градуировочной характеристикой образцового колеса делается заключение о степени износа.

Многофункциональность датчика совместно с дополнительным программным обеспечением БОС, позволяет решать задачи определения длин составов, заполняемости пути и др. Разработанные датчики прошли длительные всесторонние испытания в условиях сортировочной горки. Подключение датчиков к БОС, осуществлялось по резервным проводам штатных коммуникаций сортировочной горки, аппаратура показала высокую помехоустойчивость.

Многофункциональный датчик (МФД) с частотно-модулированным выходным сигналом имеет небольшие габариты (210x80x30 мм), массу 700 г и содержит 14 транзисторов. Датчик работоспособен в широком тем­пературном диапазоне (—50...+65°С), виброустойчив и герметичен, устанавливается внутри колеи между шпал. Широкая поверхность датчика ориентирована к зоне движения гребня посредством крепежного устройства массой 1,5 кг. Небольшая потребляемая мощность (2 Вт) и выходные токовые импульсы свыше 50 мА допускают установку датчика на расстоянии до 5 км от системы. Для подключения датчика к системе достаточно двух кабельных жил. По этим жилам подается питание и передается информацион­ный сигнал. Датчик устанавливается за несколько минут и в ходе эксплуатации практически не обслуживается.

Для модуляции сигнала используются два электронных генератора. Небольшие катушки индуктивности генераторов расположены вдоль широкой поверхности датчика вблизи зоны движения гребня и разнесены друг от друга на расстояние в несколько сантиметров. Движущийся над поверхностью датчика гребень изменяет частоты генераторов и вызывает изменение выходной частоты прямоугольных импульсов датчика. Схемное решение датчика выполнено так, что совместно с частотной модуляцией происходит модуляция длительности выходного импульса. Это дополнительно повышает помехозащиту и информативность МФД.

В результате многолетней эксплуатации датчиков было установлено, что для колес вагонов средняя градировочная характеристика имеет вид, показанный на рис. 1.

Использование зависимости выходной частоты F от положения оси колеса над датчиком расширяет информационные свойства датчика, так как в процессе движения оценивается их взаимное положение. Рассмотрим наиболее простои критерий определения прохода оси над датчиком. Считаем, что ось прошла, если частота изменялась относительно начального значения F0 как в большую, так и в меньшую сторону.

Рисунок 1. Средняя градировочная характеристика многофункционального датчика для колес вагонов

Например, при движении колеса в сторону увеличения координаты L происходит последовательное изменение частоты от F0 до значения F+, затем снова снижается до значения F0 (центр оси совпадает с центром датчика по вертикали) и, наконец, после уменьшения частоты до F_ вновь увеличивается до значения F0. При движении колеса в другом направлении изменение частоты происходит в обратном порядке. Остановка колеса над датчиком определяется как длительное получение частоты одного значения, например, FOCT. Частотно-модулированный сигнал может обрабатываться средствами вычислительной техники, так как достаточно просто преобразуется в код. Однако существование большого количества систем, воспринимающих сигнал о движении оси в виде импульса напряжения, потребовало для согласования с ними соответствующего преобразования. Преобразование частотного сигнала МФД в импульс напряжения происходит в конвертере, функциональная схема которого приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Функциональная схема конвертера многофункционального датчика

Кроме предоставления информации об осях, в конвертере предусмотрены другие информационные выходы, которые допускают использование МФД в существующих и разрабатываемых системах.

Таким образом, Так, совместимость с системами ДИСК, ПОНАБ, КГСМ достигается установкой в БОС плат, формирующих выходной сигнал прохода оси, эквивалентный сигналам распространенных датчиков ДМ, ПБМ. Следует отметить, что в этом варианте фронт импульса оси привязан к моменту появления центра оси над серединой датчика. Это позволило повысить точность позиционного управления тепловым измерителем в широком скоростном диапазоне движения и остановках.

Другой режим работы блока с этими системами предусматривает замену электронной рельсовой педали ЭП-1 многофункциональными датчиками. Два МФД устанавливаются на входе участка контроля, два -на выходе. Определение состояния участка пути и управление путевым реле происходят по известному принципу сравнения данных счетчиков осей. Использование двух независимых цепей повышает надежность определения состояния участка пути, ограниченного датчиками.

Список литературы:

1. Saitov A. et al. Improvement of control devices for road sections of railway automation and telemechanics //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2021. – Т. 264. – С. 05031.
2. Boltayev S. et al. A block model development for intelligent control of the switches operating apparatus position in the electrical interlocking system //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2021. – Т. 264. – С. 05043.
3. Bakhron o‘gli T. Z. et al. SORTING HILLS CURRENT PROBLEMS IN AUTOMATION AND TELEMECHANICS SYSTEMS //Open Access Repository. – 2022. – Т. 9. – №. 02. – С. 1-4.
4. Talat G., Zokhid T. TO THE QUESTION OF RESEARCH OF NONLINEAR IDENTIFICATIONS OF COMPLEX OBJECTS //Universum: технические науки. – 2022. – №. 11-7 (104). – С. 59-63.
5. Курбанов Ж. Ф., Тошбоев З. Б. Ў. ТЕМИР ЙЎЛ САРАЛАШ ТЕПАЛИГИ АВТОМАТИКА ВА ТЕЛЕМЕХАНИКА НАЗОРАТ ҚУРИЛМАЛАРИНИ МИКРОПРОЦЕССОР БОШҚАРУВ АСОСИДА ТАКОМИЛЛАШТИРИШ // Scientific progress. – 2021. – Т. 2. – №. 5. – С. 425-431.
6. Курбанов Ж. Ф., Тошбоев З. Б. Ў. САРАЛАШ ТЕПАЛИГИДАГИ АВТОМАТЛАШТИРИЛГАН БОШҚАРУВ ТИЗИМИ ЖАРАЁНЛАРИНИ РИВОЖЛАНТИРИШНИ АСОСИЙ ТАМОЙИЛЛАРИ //Scientific progress. – 2021. – Т. 2. – №. 5. – С. 432-435.
7. Bahron o’g’li T. Z. IMPROVEMENT OF MICROPROCESSOR CONTROL OF RAILWAY DECELERATION WAGON DECELERATION DEVICES. 2021.