CC BY
63
УДК 681.518.5:004.052.32 А. Н. Ковкин, канд. техн. наук
Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Санкт-Петербург
БЕСКОНТАКТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СВЕТОФОРАМИ В СИСТЕМЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ МПЦ- МПК
Рассмотрена практическая реализация бесконтактных устройств сопряжения на примере аппаратуры управления светофорами железных дорог и метрополитенов в системе микропроцессорной централизации МПЦ-МПК. Описаны общие принципы построения силовых модулей, обеспечивающих непосредственное управление напольными объектами. Особое внимание уделено способам решения специфических проблем, возникающих при бесконтактном управлении удаленными светофорами, а также при реализации функции контроля горения сигнальных показаний без использования огневых реле.
микропроцессорная централизация, бесконтактные устройства сопряжения, силовой модуль, безопасный логический элемент, генератор управляющих сигналов, преобразовательная схема, гальваническая развязка, контроль горения, контроль холодной нити, вре-мязадающая цепь.
DOI: 10.20295/2412-9186-2019-5-3 -307-325
Введение
Безопасность микропроцессорных систем ЖАТ достигается путем реализации вычислительных средств в виде многоканальной структуры и использования в устройствах сопряжения с объектами специальных технических решений, исключающих ложную активизацию исполнительных объектов при возникновении отказов [1, 2]. Известны различные принципы построения устройств сопряжения для безопасных систем. Наиболее простым и очевидным путем реализации безопасного сопряжения с объектами является построение аппаратуры сопряжения на основе реле первого класса надежности [3]. Такой принцип обеспечения безопасности используется в отечественных разработках [4], но в силу значительных габаритов аппаратуры, ограниченной возможности использования печатного монтажа и необходимости периодического обслуживания не может рассматриваться в качестве конкурентоспособного варианта. Зарубежные разработчики используют для сопряжения
с объектами иные технические решения, не предусматривающие использование специфичной релейной аппаратуры [5].
Одним из вариантов является применение малогабаритных реле с жестко связанными контактными группами (safety relay), адаптированных для печатного монтажа, что позволяет создавать относительно компактные и технологичные устройства сопряжения, безопасность которых основана на принципе избыточности в сочетании с контролем фактического размыкания контактов [6]. Практическая реализация подобных решений осложняется тем, что указанные реле выпускаются сравнительно небольшим количеством производителей и не имеют отечественных аналогов. Поэтому перспективным направлением развития микропроцессорных систем ЖАТ в нашей стране считается использование бесконтактных устройств сопряжения [7].
Основополагающие принципы обеспечения безопасности при бесконтактном сопряжении с объектами достаточно хорошо известны. Безопасность при возникновении отказов реализуется или путем тестирования полупроводниковых ключей с гарантированным отключением питания при обнаружении отказа, или за счет использования преобразовательных схем, формирующих напряжение для исполнительных объектов в результате динамической работы коммутационных элементов. Интерес представляют способы практической реализации бесконтактных устройств сопряжения, обеспечивающие решение различных сопутствующих проблем. Кроме того, требуют рассмотрения вопросы, связанные с контролем состояния напольных объектов без использования релейно-контактной элементной базы.
Одной из современных разработок в области железнодорожной автоматики, предусматривающих бесконтактное сопряжение с объектами, является система МПЦ-МПК (микропроцессорная централизация на основе микроЭВМ и программируемых контроллеров), разработанная специалистами Петербургского университета путей сообщения [8]. Система предназначена для централизованного управления стрелками и сигналами на станциях магистрального и промышленного железнодорожного транспорта, а также на линиях метрополитенов. Для бесконтактного сопряжения с объектами используются функциональные преобразователи с несимметричным отказом, получающие питание от источников постоянного напряжения. Такой принцип бесконтактного сопряжения с объектами не требует программно-аппаратной реализации контроля исправности полупроводниковых коммутационных элементов и удачно сочетается с современными системами бесперебойного
электропитания на основе шины постоянного тока. Вместе с тем использование преобразовательных устройств требует особого внимания к вопросам безопасности при управлении удаленными объектами, поскольку необходимо учитывать опасное влияние сообщений между кабельными жилами на работу бесконтактных схем управления, наличие высокочастотных гармоник в выходном напряжении, возможность повышения частоты напряжения на выходе устройств при отказе элементов [9].
В современных системах автоматики взаимодействие между вычислительными средствами и устройствами сопряжения реализуется с помощью стандартных интерфейсов, предусматривающих минимальное количество физических цепей. Это определяет необходимость использования в составе устройств сопряжения программируемой элементной базы, реализующей последовательный обмен данными. В системе МПЦ-МПК сопряжение вычислительного комплекса с объектами управления и контроля реализуется с помощью контроллеров безопасного сопряжения с объектами (КБСО). В состав КБСО входит контроллерный модуль, являющийся частью вычислительных средств и осуществляющий взаимодействие аппаратуры сопряжения и центральной вычислительной системы (ЦВС) с помощью последовательного интерфейса, а также набор силовых модулей, реализующих непосредственное управление напольными объектами. Отличительной чертой бесконтактных устройств сопряжения является специфичность силовой аппаратуры, управляющей различными типами исполнительных объектов. В данной статье рассматриваются особенности построения силовых модулей системы МПЦ-МПК, осуществляющих управление светофорами на объектах железнодорожного транспорта и метрополитена.
1. Общие принципы построения силовых модулей в системе микропроцессорной централизации МПЦ-МПК
В основе системы МПЦ-МПК лежит дублированная безопасная вычислительная структура, реализующая управление объектами по принципу «два из двух», при котором активизация исполнительного объекта возможна лишь при наличии соответствующих управляющих сигналов в двух каналах. Для осуществления данного принципа используются различные по схемным решениям безопасные логические элементы, реализующие функцию «И» [10, 11]. В системе МПЦ-МПК безопасные логические элементы
(БЛЭ) входят в состав силовых модулей, осуществляющих бесконтактное управление стрелками и светофорами (рис. 1).
лг
лг
I_______________I
Рис. 1. Структура управляющей схемотехники силовых модулей системы МПЦ-МПК
Входными сигналами силовых модулей являются периодические импульсные последовательности с частотой 10 кГц, поступающие от двухка-нальной вычислительной структуры. При наличии динамических сигналов на обоих входах на выходе БЛЭ формируется постоянное напряжение. Указанное напряжение обеспечивает питание генератора управляющих сигналов (ГУС), формирующего импульсы, управляющие силовыми ключами преобразовательной схемы (ПС). Напряжение, формируемое ПС, активизирует исполнительный объект (ИО). В случае отсутствия динамического сигнала хотя бы на одном из входов силового модуля постоянное напряжение на выходе БЛЭ отсутствует, питание на схему ГУС не подается и все силовые ключи ПС не получают управляющих воздействий, что является необходимым и достаточным условием для гарантированного нахождения ИО в выключенном состоянии.
Принципиально важным моментом является то, что ПС под воздействием сигналов от схемы ГУС формирует переменное напряжение низкой частоты. Это позволяет минимизировать взаимные влияния в кабельной сети при управлении удаленными объектами. Схемотехника БЛЭ работает на высоких частотах, за счет чего достигается сокращение габаритов элементной базы.
Основным требованием к безопасным логическим элементам, применяемым в дублированных безопасных структурах, можно считать исключение формирования выходного сигнала при отсутствии динамического сигнала хотя бы на одном из входов, вне зависимости от наличия отказов в схеме. Указанное требование определяет необходимость использования схемных
решений с однонаправленным отказом. В системе МПЦ-МПК безопасность логического элемента достигается за счет использования преобразовательных схем [12, 13]. Функциональная схема БЛЭ приведена на рисунке 2.
потенциал "+ Шых" выше потенциала "+24В"
Вход 1
Вход 2
+ ивых
+
питание
+24В
Управляющий генератор
+ ^ык
исходное напряжение
+24В
Рис. 2. Функциональная схема БЛЭ
В состав данной схемы входят три преобразователя - два входных и один выходной. Входные преобразователи предназначены для контроля наличия динамических сигналов на входах БЛЭ и представляют собой конденсаторные преобразователи полярности (КПП), широко используемые в различных схемотехнических решениях с несимметричным отказом. Выходной преобразователь осуществляет формирование постоянного напряжения и представляет собой обратноходовой преобразователь (ОХП), включающий в себя малогабаритный импульсный трансформатор. При поступлении на входы БЛЭ динамических сигналов от вычислительной системы КПП формируют постоянные напряжения заданной полярности. Напряжение с выхода КПП1 осуществляет питание управляющего генератора, обеспечивающего переключение коммутационного элемента в схеме выходного преобразователя. Напряжение с выхода КПП2 преобразуется в схеме ОХП и поступает на выход БЛЭ. Если на одном из входов БЛЭ отсутствует динамический сигнал, выходной преобразователь не получает либо управляющее воздействие, либо исходное напряжение для преобразования, значит постоянное напряжение на выходе БЛЭ будет отсутствовать.
2. Силовой модуль для управления светофорными лампами накаливания и светодиодными аналогами
Бесконтактное управление излучателями станционных светофоров в системе МПЦ-МПК осуществляется с помощью силовых модулей С-4-2. Силовой модуль обеспечивает управление четырьмя светофорными лампами накаливания мощностью 15 Вт или светодиодными аналогами, электрические характеристики которых совпадают с параметрами указанных ламп. В случае использования в кабельной сети светофоров сигнально-бло-кировочного кабеля парной скрутки максимальная дальность управления светофорами составляет 4 км. Кроме того, силовой модуль реализует контроль горения включенных ламп и светодиодных аналогов, а также контроль целостности холодных нитей выключенных ламп накаливания. При использовании двухнитевых ламп возможно резервирование аппаратуры. В этом случае выходы силового модуля основного комплекта подключаются к одним нитям ламп, а выходы силового модуля резервного комплекта - к другим нитям тех же ламп.
Силовой модуль состоит из четырех одинаковых каналов, реализующих управление одной светофорной лампой. Каждый канал включает в себя схему БЛЭ, инвертор, схему контроля горения (КГ) и схему контроля холодной нити (КХН). Функциональная схема одного канала силового модуля приведена на рисунке 3.
Преобразовательная схема в данном силовом модуле образована инвертором, обеспечивающим формирование выходного напряжения силового модуля путем преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы и представляющим собой двухтактную схему преобразования с трансформатором [14]. В состав инвертора входит также генератор управляющих сигналов, получающий питание от энергии выходного сигнала БЛЭ. В качестве коммутационных элементов инвертора используются полевые транзисторы с изолированным затвором, что позволяет существенно упростить задачу формирования управляющих сигналов.
При работе инвертора на выходах силового модуля формируется переменное напряжение 100 Гц 110 В. Увеличение частоты напряжения до 100 Гц позволило уменьшить габариты трансформаторов, входящих в состав ПС. Применение пониженной величины напряжения объясняется необходимостью ослабления влияния на соседние цепи линии через емкость кабеля в
условиях несинусоидальных воздействий [15]. Для подключения светофорных ламп используются серийно выпускаемые сигнальные трансформаторы СТ-4 с первичной обмоткой, рассчитанной на напряжение 110 В.
ш о
о
А
КАНАЛ 1
1+24В
БЛЭ
^сг
10В
1+24В
Схема КХН
10В
Инвертор
л ;
О.! Ш -I г
Г
^ +10...24В —1|=1_, СИЛ
П
0В
Схема КГ
1+24В
ш
0
1
3
£ .0
ПНЧ
ЧЬ
10В 1+24В
ПНЧ
10В
А
Б
Б
КАНАЛ 2 КАНАЛ 3 КАНАЛ 4
Рис. 3. Функциональная схема силового модуля для управления светофорными лампами
В связи с тем, что лампы подключаются через сигнальные трансформаторы, появление постоянного напряжения в кабельной сети не может привести к ложному включению лампы. Использование трансформаторной схемы преобразования в составе аппаратуры управления объясняется необходимостью гальванической развязки источника силового питания относительно кабельной сети светофоров и позволяет исключить возникновение опасных ситуаций при одиночных замыканиях между кабельными жилами
различных сигнальных показаний [12]. Иными словами, трансформатор создает эффект, аналогичный двухполюсному размыканию цепи в релейных системах централизации. Вторичная обмотка трансформатора имеет дополнительную секцию, используемую совместно с основной обмоткой с целью повышения выходного напряжения при управлении светофорами, удаленными свыше 3 км. Подключение дополнительной секции обмотки реализуется соответствующей установкой перемычки.
Схема КГ предназначена для контроля фактического включения светофорного излучателя. Работа схемы КГ основана на измерении тока, протекающего в выходной цепи силового модуля [16]. Данная схема содержит трансформатор тока, включенный в выходную цепь. Вторичная обмотка трансформатора тока нагружена на выпрямительную схему. Напряжение с выхода выпрямительной схемы поступает на два преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), формирующих динамические сигналы, частота которых определяется током в выходной цепи. Указанные динамические сигналы через контрольные выходы силового модуля поступают в каналы вычислительных средств. Использование преобразователей напряжение-частота дает возможность осуществлять оценку величины тока в выходной цепи модуля, что позволяет выявлять такие отказы в цепях светофорных излучателей, как обрыв и короткое замыкание. Безопасность функционирования схемы КГ обеспечивается использованием двух независимых ПНЧ, формирующих динамические сигналы для различных каналов безопасной структуры. В выходных цепях ПНЧ предусмотрена оптоэлектронная развязка. Возможность ложного формирования динамических сигналов на контрольных выходах силового модуля при отсутствии тока в выходной цепи исключается за счет организации питания светоизлучающих диодов в составе элементов оптоэлектронной развязки от энергии входного сигнала ПНЧ.
Контроль холодных нитей светофорных ламп осуществляется путем анализа реакции цепи при подаче в выходные цепи модуля коротких импульсов высокой скважности [17, 18]. Импульсы подаются через дополнительную обмотку трансформатора в схеме инвертора. Формирование импульсов и анализ реакции осуществляется схемой КХН. Опасное влияние КХН на выключенную светофорную лампу исключается путем ограничения энергии импульсов. В случае целостности нити лампы КХН формирует динамический сигнал, который подается на выходы силового модуля, используемые для контроля горения. Указанный сигнал отличается по временным
параметрам от сигнала, формируемого при горении лампы, и интерпретируется программным обеспечением как исправное состояние холодной нити. Для того чтобы при включенном сигнальном показании схема КХН не оказывала мешающего влияния на работу инвертора и схемы КГ, формирование импульсов блокируется сигналом, возникающим на выходе БЛЭ.
Питание силового модуля осуществляется постоянным напряжением от двух источников питания. Один источник питания условно называется логическим, другой - силовым. Логический источник используется для питания БЛЭ, ПНЧ в схеме КГ, а также схемы КХН. Энергия силового источника после преобразования в инверторе передается к исполнительным объектам. Номинальное напряжение логического источника питания составляет 24 В. Напряжение силового источника питания может изменяться в пределах от 10 до 24 В в зависимости от режима работы светофоров («день», «ночь», ДСН).
3. Особенности управления светодиодными излучателями ИСМПЛ
Светодиодные излучатели для использования в метрополитене (ИСМПЛ, далее - излучатели) используются на подземных линиях метрополитенов [19]. Излучатели рассчитаны на работу в цепях переменного тока с номинальным напряжением 30 В. Структурная схема излучателя представлена на рис. 4. Входная цепь реализует выпрямление и сглаживание напряжения. Светодиодная матрица (СДМ) образована четырьмя ветвями по два светодиода в каждой. Схема управления СДМ осуществляет включение и выключение матрицы при достижении входным напряжением определенных значений. Кроме того, схема управления осуществляет стабилизацию напряжения на включенной СДМ, обеспечивая постоянство величины тока, протекающего через светодиоды.
Входное напряжение
Схема управления СДМ
V: V:
V: V:
V:
V: V:
Рис. 4. Структура излучателя ИСМПЛ
В системе МПЦ-МПК рассматриваемые излучатели работают на постоянном напряжении. В условиях значительной протяженности кабельных ли-
ний применение постоянного напряжения является предпочтительным, поскольку существенно снижает вероятность подсветки выключенных сигнальных показаний по причине взаимных влияний между цепями. Кроме того, при использовании постоянных напряжений упрощается задача резервирования аппаратуры, поскольку существует возможность параллельного соединения выходов устройств.
Минимальное допустимое напряжение ограничено возможностью поддержания заданной величины тока через светодиоды. Максимальное напряжение на включенном излучателе определяется по условию допустимого нагрева элементной базы излучателя. Величина напряжения на входе излучателя в значительной степени зависит от сопротивления кабельной линии. Поэтому аппаратура управления удаленными светофорами должна обеспечивать возможность регулировки выходного напряжения.
Управление излучателями в системе МПЦ-МПК осуществляется с помощью силовых модулей С-4-3 (рис. 5).
Один модуль обеспечивает бесконтактное управление четырьмя излучателями. В случае использования в кабельной сети светофоров сигнально-блокировочного кабеля парной скрутки максимальная дальность управления светофорами может достигать 3.. .5 км в зависимости от типа излучателя. Силовой модуль позволяет осуществлять контроль фактического протекания тока в цепи включенных излучателей, что рассматривается как функция контроля горения сигнального показания.
Силовой модуль С-4-3 состоит из четырех одинаковых каналов. Каждый канал включает в себя схему БЛЭ, инвертор и схему контроля горения (КГ), аналогичные соответствующим узлам модуля С-4-2. Безопасность функционирования силового модуля С-4-3 в части управления и контроля базируется на тех же принципах, что и безопасность модуля С-4-2. В данном силовом модуле функция трансформатора состоит не только в гальванической развязке цепей, но и в предотвращении появления постоянного напряжения в выходной цепи при пробое силовых ключей инвертора.
Основное отличие силового модуля С-4-3 состоит в том, что в структуре устройства предусмотрена выпрямительная схема, обеспечивающая формирование постоянного выходного напряжения, кроме того, отсутствует схема КХН. Вторичная обмотка трансформатора в схеме инвертора имеет несколько дополнительных секций, что обеспечивает возможность ступенчатого регулирования выходных напряжений в зависимости от длины кабельной линии.
8 А
I
ф
I Б
й А
Ь
КАНАЛ 2
КАНАЛ 3
КАНАЛ 4
Рис. 5. Функциональная схема силового модуля для управления излучателями ИСМПЛ
4. Безопасное формирование управляющих сигналов для силовых ключей инвертора
При использовании преобразовательных схем для управления светофорами необходимо уделять особое внимание параметрической безопасности в условиях протяженных кабельных линий [12]. Основным фактором, влияющим на безопасность, является возможность взаимных влияний между цепями через емкость кабельной линии. В связи с этим необходимо исключать возможность значительного повышения частоты выходного напряжения при возникновении отказов элементов времязадающих цепей (ВЗЦ) в генераторах управляющих сигналов.
Положительного результата в отношении безопасности можно добиться путем использования схемных решений с двумя ВЗЦ, определяющими продолжительность отдельных частей рабочего цикла генератора. В этом случае при одиночном отказе будет сокращаться либо длительность импульса, либо длительность паузы, значит частота сигнала на выходе генератора увеличится не более чем в два раза. Кроме того, если такой генератор управляет двухтактной схемой преобразования с трансформатором, нарушение идентичности управляющего сигнала в плечах схемы приведет к резкому увеличению потребляемого тока и ухудшению эффективности работы преобразователя. Из этого следует, что отказ может быть обнаружен в результате срабатывания защиты от перегрузок, а возрастание частоты при отказе будет частично компенсироваться снижением выходного напряжения.
В рассматриваемых силовых модулях генератор с двумя ВЗЦ реализован в виде симметричного мультивибратора на транзисторах (рис. 6). В схеме мультивибратора содержится подстроечный резистор, с помощью которого можно добиться равной продолжительности импульсов на силовых ключах инвертора в условиях возможного отклонения параметров элементов. Это дает возможность использования в схеме конденсаторов с допуском на величину емкости до 20 %.
коллектор V11
коллектор V^2
вых 1
вых 2
выход 1
выход 2
dead time
dead time
f
Рис. 6. Схема генератора управляющих сигналов
Оптоэлектронная развязка в выходных цепях мультивибратора повышает помехозащищенность схемы и исключает ложную подачу питания на генератор при возникновении одиночного замыкания на печатной плате устройства. Включение светодиодов оптронов между коллекторами транзи-
сторов УТ1 и УТ2 способствует незначительному уменьшению длительности импульсов на обоих выходах генератора. Это обеспечивает наличие так называемого «мертвого времени», в течение которого закрыты оба ключа инвертора, что необходимо для предотвращения появления сквозных токов в двухтактной преобразовательной схеме. Выходные сигналы генератора в аппаратуре МПЦ-МПК подаются на силовые ключи через драйверные ИМС (на рисунках не показаны). Это позволяет реализовать электронную защиту силовых ключей от перегрузок и коротких замыканий.
Преимуществом генератора на транзисторах по сравнению с аналогичными решениями на интегральных микросхемах является «прозрачность» схемы с точки зрения доказательства безопасности. При такой реализации генератора есть возможность анализировать поведение устройства при любых отказах элементов, а также имитировать отказы в ходе испытаний образцов изделий на безопасность.
Заключение
Силовые модули аппаратуры сопряжения с объектами в составе системы МПЦ-МПК построены на основе преобразовательных схем, формирующих напряжение, необходимое для работы исполнительных объектов. Управление силовыми ключами преобразовательных схем осуществляется с помощью генераторов управляющих сигналов, получающих питание от безопасных логических элементов «И», обеспечивающих обработку сигналов в дублированной структуре управления.
Особенностью силовых модулей, осуществляющих управление светофорами, является наличие низкочастотных трансформаторов в составе преобразовательных схем, обеспечивающих гальваническую развязку источника питания относительно линейных цепей и предотвращающих ложную активизацию выключенных сигнальных показаний при замыканиях в кабельной сети. Силовые модули, используемые для управления железнодорожными светофорами, формируют пониженные напряжения, равные 110 В, что исключает подсветку ненадлежащих показаний вследствие емкостных связей между цепями. Опасное увеличение частоты выходных напряжений силового модуля вследствие отказов исключается путем построения генератора управляющих сигналов на основе схемных решений с двумя вре-мязадающими цепями.
Модули, осуществляющие управление светодиодными излучателями ИСМПЛ, эксплуатируемыми на подземных линиях метрополитенов, обеспечивают постоянное выходное напряжение с номинальной величиной 30 В. Использование постоянного напряжения снижает остроту проблем, связанных с взаимными влияниями между цепями, и облегчает задачу резервирования аппаратуры.
Все силовые модули, управляющие светофорами, осуществляют также контроль горения сигнальных показаний путем измерения величины тока в выходной цепи устройств. В схемах контроля горения используются трансформаторы тока и дублированные преобразователи напряжение-частота. Такое решение позволяет с высокой достоверностью обнаруживать перегорание ламп, обрывы цепей и короткие замыкания. При управлении лампами накаливания реализуется функция контроля холодной нити. Состояние холодной нити определяется по реакции цепи на воздействие коротких импульсов напряжения.
Рассмотренная аппаратура позволяет осуществлять бесконтактное управление всеми станционными светофорами, кроме входных, поскольку последние требуют реализации резервного питания запрещающих показаний от местного источника. Управление входными светофорами в системе МПЦ-МПК реализуется путем релейного сопряжения с использованием типовых схем релейных шкафов. Дальность управления излучателями ИСМПЛ позволяет реализовать в рамках МПЦ-МПК функции автоблокировки с централизованным управлением сигналами, что значительно повышает эффективность внедрения системы на метрополитенах.
Отличительной чертой аппаратуры управления светофорами в последних версиях системы МПЦ-МПК является идентичность технических решений, используемых для управления разрешающими и запрещающими показаниями. Это обеспечивает унификацию устройств сопряжения и позволяет управлять с помощью одних и тех же аппаратных средств светофорами с различным набором сигнальных показаний. Адаптация технических средств к особенностям алгоритмов управления конкретными светофорами реализуется на уровне программного обеспечения системы.
Конструктивное исполнение аппаратуры МПЦ-МПК обеспечивает приемлемые габаритные показатели в сочетании с высокой технологичностью и удобством обслуживания в процессе эксплуатации. Силовые модули управления светофорами реализованы в закрытых конструктивах «Евромеханика», обеспечивающих возможность быстрой замены
устройств. Оптимальное использование монтажного пространства внутри металлического корпуса модуля достигается за счет выполнения низкочастотных трансформаторов в преобразовательных схемах на кольцевых сердечниках. В габаритах силового модуля 51*250*262 мм реализовано управление четырьмя лампами, что соответствует двум маневровым светофорам или одному выходному светофору с маневровым показанием и одним желтым огнем. В состав светофорного КБСО входит три силовых модуля. Габариты стандартного электротехнического шкафа позволяют разместить до 10 светофорных КБСО.
Использование трансформаторов в выходных цепях силовых модулей не только обеспечивает безопасность, но и способствует повышению устойчивости аппаратуры к воздействию перенапряжений со стороны линейных цепей. Высокие показатели надежности аппаратуры управления светофорами подтверждаются многолетним опытом эксплуатации силовых модулей в составе системы МПЦ-МПК на станциях магистрального и промышленного железнодорожного транспорта, а также на объектах петербургского метрополитена.
Библиографический список
1. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Х. А. Христов, Д. В. Гавзов ; под ред. Вл. В. Сапожникова. - М. : Транспорт, 1995. - 272 с.
2. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Методы и принципы обеспечения безопасности микроэлектронных СЖАТ. РТМ 32 ЦШ 1115842.0194. - СПб. : ПГУПС, 1994. - 120 с.
3. Построение устройств согласования электронных схем управления с исполнительными реле / А. С. Переборов, М. П. Лисовский, А. А. Прокофьев // Автоматика, телемеханика и связь. - 1982. - № 5. - С. 7-11.
4. Микропроцессорная система централизации ЭЦ-ЕМ / С. С. Пресняк, А. С. Ершов, О. Л. Маковеев, А. В. Циркин // Автоматика, связь, информатика. - 2000. - № 9. -С. 2-4.
5. Алешин В. Н. Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов системы ЕЫ1оск-950 / В. Н. Алешин // Автоматика, связь и информатика. - 2003. - № 1. -С. 13-17.
6. Никитин А. Б. Использование малогабаритных силовых реле в безопасных устройствах сопряжения компьютерных систем железнодорожной автоматики / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин, А. Д. Манаков // Автоматика на транспорте. - 2018. - Том 4. -№ 2. - С. 264-278.
7. Бесконтактные устройства сопряжения микропроцессорных систем железнодорожной автоматики с напольными объектами / О. К. Дрейман, Д. В. Гавзов, М. В. Илюхин // Автоматика, телемеханика и связь. - 1991. - № 1. - С. 12-14.
8. Сапожников В. В. Микропроцессорная система электрической централизации МПЦ-МПК / В. В. Сапожников, А. Б. Никитин // Наука и транспорт. - 2009. -№ 1. - С. 18-21.
9. Гавзов Д. В. Бесконтактные УСО для микропроцессорных централизаций / Д. В. Гав-зов, А. Н. Ковкин // Проблемы безопасности функциональных преобразователей с несимметричным отказом : сб. науч. трудов. - СПб. : ПГУПС, 2004. - С. 46-49.
10. Христов Х. А. Електронизация на осигурителната техника / Х. А. Христов. - София : Техника, 1984. - 355 с.
11. Schiwek L. W. Failsafe - Schaltungen mit LOGISAFE - Technik/ Signal and Draht. -1986. - № 9. - S. 192-197.
12. Ковкин А. Н. Методы построения бесконтактных устройств сопряжения управляющего вычислительного комплекса с исполнительными объектами систем железнодорожной автоматики : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.08. защищена : 29.09.2005 : утв. : 20.01.2006.
13. Патент на полезную модель № RU 114017 U1 МПК B61L 19/00. Устройство для включения исполнительных устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Авторы: Никитин А. Б., Ковкин А. Н., Балуев Н. Н., Наседкин О. А., Алешечкин Ю. А. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО ПГУПС. Заявка: 2011140197/11. Дата подачи заявки: 03.10.2011. Начало действия патента 03.10.2011. Дата публикации 10.03.2012. Бюл. № 7.
14. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов / Б. Ю. Семенов - М. : СОЛОН-Р, 2001. - 327 с.
15. Ковкин А. Н. Влияние кабельных сетей на безопасность функционирования бесконтактных устройств сопряжения / А. Н. Ковкин // Разработка и эксплуатация новых устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Сборник научных трудов. - СПб. : ПГУПС, 2004. - С. 51-55.
16. Ковкин А. Н. Безопасный контроль состояния аналоговых объектов в системах железнодорожной автоматики / А. Н. Ковкин // Автоматика и телемеханика железных дорог России. Новая техника и новые технологии : сб. науч. трудов. - СПб. : ПГУПС, 2008. - С. 58-62.
17. Никитин А. Б. Контроль целостности нитей выключенных светофорных ламп / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин // Актуальные вопросы развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики : сб. науч. трудов. - СПб. : ПГУПС, 2013. -С. 80-86.
18. Патент на полезную модель № RU 139451 U1 МПК B61L 5/14 G08G 1/095. Устройство контроля холодных нитей светофорных ламп / Авторы: Никитин А. Б., Ковкин А. Н., Абрамов О. А. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО ПГУПС. Заявка: 2013151003/11. Дата подачи заявки: 15.11.2013. Начало действия патента 15.11.2013. Дата публикации 20.04.2014. Бюл. № 11.
19. Излучатель светодиодный метрополитеновский для подземных линий ИСМПЛ. Руководство по эксплуатации. АДКП.432227.009РЭ. - ЗАО «СМП АСУД ГИБДД», 2002. - 9 с.
Alexey N. Kovkin "Automation and remote control on railways" department Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University, St. Petersburg
CONTACTLESS SIGNAL CONTROL IN COMPUTER BASED INTERLOCKING SYSTEM MPC-MPK
This article describes the practical implementation of contactless devices interface on the example of railway and subway signal control equipment in the computer based interlocking system MPC-MPK. The general principles of construction of the power modules providing direct control of ground objects are described. Special attention is paid to the methods of solving specific problems arising in the contactless control of remote signals, as well as the implementation of the function of monitoring the signal functioning without the use of relays.
computer based interlocking, a contactless interface device, power module, safe logic element, a generator of control signals, converter circuit, galvanic isolation, functioning monitoring, cold filament monitoring, timing chain.
References
1. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl.V., Hristov H. A., Gavsov D. V. (1995) Methods of construction of safe microelectronic systems of railway automation [Metody postroeniya bezopasnykh mikroelektronnykh sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki], Edition Sapozhnikov Vl. V. - Moscow: Transport, 1995. - 272 p.
2. Safety of railway automation and remote control. Methods and principles of ensuring the safety of microelectronic systems railway automation [Bezopasnost zheleznodorozhnoj avtomatiki i telemekhaniki. Metody i printsipy obespecheniya bezopasnosti mikroelektronnykh SZHAT]. Technical guidance material 32 TCSH 1115842.01-94. - St. Petersburg.: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS]. 1994. - 120 p.
3. Pereborov A. S., Lisowski M. P., Prokofiev A. A. (1982) Construction of devices of coordination of electronic control circuits with Executive relays [Postroenie ustrojstv soglasovaniya elektronnykh skhem upravleniya s ispolnitelnymi rele], Automation, telemechanics and communication [Avtomatika, telemekhanika i svyaz]. 1982. Issue 5. 7-11 p.
4. Presnyak S. S., Ershov A. S., Makoveev O. L., Tsirkin A. V. (2000) Microprocessor system of centralization of EC-EM [Mikroprotsessornaya sistema tsentralizatsii ETS-EM], Automation, communication, Informatics [Avtomatika, svyaz, informatika]. 2000. Issue 9.
5. Aleshin V. N. (2003) Microprocessor centralization of points and signals of Ebilock-950 system [Mikroprotsessornaya tsentralizatsiya strelok i signalov sistemy Ebilock-950], Automation, communication and Informatics [Avtomatika, svyaz i informatika]. 2003. Issue 1.
6. Nikitin A. B., Kovkin A. N., Manakov A. D. (2018) The use of small-sized power relays in the safe interface devices of computer systems of railway automation [Ispolzovanie malogabaritnykh silovykh rele v bezopasnykh ustrojstvakh sopryazheniya kompyuternykh sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki], Automation on transport [Avtomatika na transporte]. 2018. Issue 2. Vol. 4.
7. Dreiman O. K., Gavzov D. V., Ilyukhin M. V. (1991) Contactless devices of interface of microprocessor systems of railway automatics with objects [Beskontaktnye ustrojstva so-pryazheniya mikroprotsessornykh sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki s napolnymi obektami], Automatics, telemechanics and communication [Avtomatika, telemekhanika i svyaz]. 1991. Issue 1. - Pp. 12-14.
8. Sapozhnikov V. V., Nikitin A. B. (2009) Microprocessor system of electrical centralization MPC-MPK [Mikroprotsessornaya sistema elektricheskoj tsentralizatsii MPTS-MPK], Science and transport [Nauka i transport]. - 2009. Pp. 18-21.
9. Gavzov D. V., Kovkin A. N. (2004) Contactless USO for microprocessor centralization. Safety problems of functional converters with asymmetric failure [Beskontaktnye USO dlya mikroprotsessornykh tsentralizatsij. Problemy bezopasnosti funktsionalnykh preobrazovatelej s nesimmetrichnym otkazom], Collection of proceedings. - St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], 2004.
10. Hristow H. Electronics in interlocking technology [Elektronizatsiya na osiguritelnata tekhnika], Sofia: Technique, 1984. - 355 p.
11. Schiwek L.W. (1986) Failsafe Circuits with LOGISAFE technology, Signal and wire. -1986. Issue 9. Pp. - 192-197.
12. Kovkin A. N. (2005) Methods of construction of a contactless interface device of the control computer complex with Executive facilities of railway automation systems [Metody postroeniya beskontaktnykh ustrojstv sopryazheniya upravlyayushchego vychislitelnogo kompleksa s ispolnitelnymi obektami sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki], PhD thesis. St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], 2005.
13. Nikitin A. B., Kovkin A. N., Baluev, N. N., Nasedkin O. A., Aleshechkin Y. A. (2012) Patent for utility model N 114017 MPK B61L. Device for switching on the actuators of railway automation and remote control systems [Ustrojstvo dlya vklyucheniya ispolnitel-nykh ustrojstv sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki i telemekhaniki]. Nachalo dejstviya patenta 03.10.2011. Data publikatsii publication 10.03.2012.
14. Semenov B. Y. (2001) Power electronics for Amateurs and professionals [Silovaya el-ektronika dlya lyubitelej i professionalov]. Moscow, "SOLON-R", 2001.
15. Kovkin A. N. (2004) The impact of cable networks on the safe of the functioning of the contactless interface device [Vliyanie kabelnykh setej na bezopasnost funktsionirovaniya beskontaktnykh ustrojstv sopryazheniya], Collection of scientific works. - St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], 2004.
16. Kovkin A. N. (2008) Safe control of analog objects in railway automation systems. Automation and telemechanics of Russian Railways. New equipment and new technologies [Bezopasnyj kontrol sostoyaniya analogovykh obektov v sistemakh zheleznodorozhnoj avtomatiki. Avtomatika i telemekhanika zheleznykh dorog Rossii. Novaya tekhnika i no-vye tekhnologii], Collection of proceedings. - St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], 2008.
17. Nikitin B., Kovkin A. N. (2013) Operability control filaments of switched-off traffic lights. Topical issues of railway automation and telemechanics systems development [Kontrol tselostnosti nitej vyklyuchennykh svetofornykh lamp. Aktualnye voprosy razvitiya sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki i telemekhaniki], Collection of proceedings. - St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], 2013.
18. Nikitin A. B., Kovkin A. N., Abramov O. A. (2013) The patent for useful model N 139451 MPK B61L. Control device cold filaments traffic lights [Ustrojstvo kontrolya kholod-nykh nitej svetofornykh lamp]. Nachalo dejstviya patenta 15.11.2013. Data publikatsii 20.04.2014.
19. Emitter led of the metro underground lines ISMPL [Izluchatel svetodiodnyj metropolite-novskij podzemnykh linij ISMPL]. User manual. ADKP.432227.009RE. ZAO "SMP ASUD GIBDD". - 2002.
Статья представлена к публикации членом редколлегии А. Б. Никитиным.
Поступила в редакцию 18.02.2019, принята к публикации 10.04.2019.
КОВКИН Алексей Николаевич - кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. e-mail: [email protected]
© Ковкин А. Н., 2019
