Научная статья на тему 'Использование малогабаритных силовых реле в безопасных устройствах сопряжения компьютерных систем железнодорожной автоматики'

Использование малогабаритных силовых реле в безопасных устройствах сопряжения компьютерных систем железнодорожной автоматики Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
482
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
функциональный преобразователь / малогабаритное силовое реле / реле для печатного монтажа / реле не первого класса надежности / контроль размыкания контактов / ресурс реле / бестоковое переключение контактов / релейно-полупроводниковая схема коммутации / functional generator / small-sized power relay / relay for printed mounting / relays that are not devices of the first reliability class / check of contacts opening / resource of relay / deadlock switching of contacts / relay-semiconductor switching circuit

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Никитин Александр Борисович, Ковкин Алексей Николаевич, Манаков Александр Демьянович

В статье рассмотрена проблематика построения устройств сопряжения для компьютерных систем железнодорожной автоматики с использованием различной элементной базы, дан краткий обзор современной продукции ведущих производителей малогабаритных силовых реле, предназначенных для печатного монтажа, рассмотрены принципы использования реле не первого класса надежности для построения безопасных схем. Внимание уделено методам обеспечения необходимого ресурса релейных схем коммутации и особенностям использования реле для управления высоковольтными нагрузками постоянного тока. Приведены практические примеры реализации безопасных устройств сопряжения с использованием малогабаритных силовых реле и рассмотрены преимущества предложенных технических решений перед устройствами сопряжения на основе функциональных преобразователей с несимметричным отказом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Никитин Александр Борисович, Ковкин Алексей Николаевич, Манаков Александр Демьянович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using the small-sized power relays for design of safe interface devices within the computer systems of railway automation

In this article problems of design of interface devices within the computer systems of railway automation using different element base are considered, the short review of modern products of leading vendors of small-sized power relays intended for printed mounting is given, also the principles of using of relays that are not devices of the first reliability class for design of safe circuits are considered. Particular attention is paid to methods of providing the necessary resource of relay switching circuits and relay’s application features for controlling high-voltage loads of direct current. Also the paper presents practical examples of implementation of safe interface devices using the small-sized power relays and considers the advantages of the proposed technical solutions in comparison with interface devices based on functional generators with asymmetrical failure.

Текст научной работы на тему «Использование малогабаритных силовых реле в безопасных устройствах сопряжения компьютерных систем железнодорожной автоматики»

УДК 681.518.5:004.052.32

А. Б. Никитин, д-р техн. наук, А. Н. Ковкин, канд. техн. наук, А. Д. Манаков, д-р техн. наук

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах», Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛОГАБАРИТНЫХ СИЛОВЫХ РЕЛЕ В БЕЗОПАСНЫХ УСТРОЙСТВАХ СОПРЯЖЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

В статье рассмотрена проблематика построения устройств сопряжения для компьютерных систем железнодорожной автоматики с использованием различной элементной базы, дан краткий обзор современной продукции ведущих производителей малогабаритных силовых реле, предназначенных для печатного монтажа, рассмотрены принципы использования реле не первого класса надежности для построения безопасных схем. Внимание уделено методам обеспечения необходимого ресурса релейных схем коммутации и особенностям использования реле для управления высоковольтными нагрузками постоянного тока. Приведены практические примеры реализации безопасных устройств сопряжения с использованием малогабаритных силовых реле и рассмотрены преимущества предложенных технических решений перед устройствами сопряжения на основе функциональных преобразователей с несимметричным отказом.

функциональный преобразователь; малогабаритное силовое реле; реле для печатного монтажа; реле не первого класса надежности; контроль размыкания контактов; ресурс реле; бестоковое переключение контактов; релейно-полупроводниковая схема коммутации.

Введение

Устройства сопряжения с объектами в компьютерных системах автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов, должны иметь несимметричную характеристику отказов. Достигается это за счет использования схемотехнических решений с несимметричным отказом на основе преобразовательных схем (функциональных преобразователей) и программно-аппаратного контроля исправности полупроводниковых коммутационных элементов [1-3].

По виду используемой элементной базы различают релейные и бесконтактные устройства сопряжения.

В релейных устройствах сопряжения коммутация цепи исполнительного объекта осуществляется с помощью реле [4]. В отечественных системах железнодорожной автоматики такие устройства сопряжения принято строить на реле первого класса надежности, которые, в свою очередь, управляются с помощью функциональных преобразователей небольшой мощности [1-3, 5]. Существенным недостатком такого решения являются неудовлетворительные массогабаритные показатели систем. Кроме того, этот подход не укладывается в современные концепции конструктивной реализации оборудования, предполагающие использование печатного монтажа.

В бесконтактных устройствах сопряжения непосредственное управление объектами осуществляется с помощью полупроводниковых элементов коммутации или функциональных преобразователей соответствующей мощности. Если осуществляется коммутация цепи исполнительного объекта с помощью полупроводниковых ключей, необходимы постоянный контроль исправности коммутационной схемы с привлечением для этого дополнительных ресурсов вычислительных средств и немедленное отключение питания группы исполнительных объектов в случае обнаружения пробоя ключевых элементов [1, 2]. Очевидно, что для отключения питания следует использовать технические решения с несимметричным отказом, в качестве которых выступают различные преобразовательные схемы.

Серьезной проблемой, возникающей перед разработчиком при реализации бесконтактного сопряжения, является наличие существенных потерь энергии в схемах преобразования. Особенно велики потери в схемах преобразователей, построенных с использованием трансформаторов. Практика показывает, что КПД трансформаторных преобразователей редко достигает значения 90 % и чаще всего находится в пределах 80...85 % [6, 7]. Невысокий КПД преобразовательных схем приводит не только к перерасходу электроэнергии, но и к значительному тепловыделению. Это, в свою очередь, накладывает ограничения на плотность размещения оборудования и требует дополнительных мер для отвода тепла. Кроме того, относительно несложные схемы преобразования обычно формируют напряжения прямоугольной формы, характеризуемые значительным уровнем высокочастотных гармоник [8]. Наличие высокочастотных гармоник проявляется при работе оборудования на достаточно протяженную кабельную сеть и вынуждает принимать специальные меры для снижения взаимных влияний между цепями [9].

Таким образом, как бесконтактное сопряжение с объектами, так и релейное сопряжение на основе реле первого класса надежности не свободны от недостатков, поэтому остается актуальной задача поиска иных решений для реализации сопряжения с объектами. В связи с этим представляет интерес анализ современной продукции ведущих мировых производителей электромагнитных реле.

1 Обзор продукции современных производителей электромагнитных реле

Несмотря на широкое распространение силовой полупроводниковой элементной базы, электромагнитные реле продолжают выпускаться рядом ведущих мировых производителей электронного и электротехнического оборудования. Среди них можно выделить такие известные бренды, как Siemens (Германия), Tyco Electronics (Австрия), Finder (Италия), Schneider Electric (Франция), Omron (Япония). В ассортименте продукции указанных компаний присутствуют самые разные изделия, начиная от миниатюрных реле для слаботочных цепей и заканчивая силовыми реле, способными коммутировать токи в несколько десятков ампер. Различаются и конструктивные исполнения реле, определяющие способ монтажа. Широко распространены изделия для объемного монтажа, предусматривающие установку с помощью специальных колодок на DIN-рейку. Однако особый интерес для современного разработчика представляют реле, предназначенные для монтажа на печатную плату. Такие изделия встречаются не только среди слаботочных реле, но и в линейке продукции для силовых применений [10, 11]. Так, практически в каждой серии силовых реле Finder или Tyco Electronics присутствуют модификации, предназначенные для печатного монтажа. Далее речь пойдет о реле, имеющих именно такое конструктивное исполнение.

Для описания конфигурации контактов реле существуют различные системы обозначений. В табл. 1 показаны буквенные обозначения контактных групп, используемые в технической документации большинства зарубежных производителей, и их соответствие наименованиям контактов, принятым в отечественной железнодорожной отрасли.

Таблица 1. Буквенные обозначения контактных групп

Нормально разомкнутая контактная группа NO Общий контакт и фронтовой контакт

Нормально замкнутая контактная группа NC Общий контакт и тыловой контакт

Переключающая контактная группа (контактный тройник) CO Общий контакт, тыловой контакт и фронтовой контакт

Количество контактных групп в реле указывается цифрой перед буквенным обозначением. Например, запись «2СО» означает, что реле содержит два контактных тройника.

Для того чтобы оценить эффективность применения малогабаритных силовых реле в современной аппаратуре, приведем несколько примеров, отражающих их функциональные возможности и массогабаритные показатели (табл. 2).

Таблица 2. Примеры массогабаритных показателей

Номинальный ток контактов, А Габариты, мм (ДхШхВ) Особенности контактной системы Производитель

8 29x13x16 2СО Присутствует в ассортименте всех современных производителей

16 39x36x49 2СО или 3СО 2Ш или 3Ш с увеличенным межконтактным расстоянием Finder (62 серия), Tyco Electronics (серия RM)

30 53x35x31 2СО 2КО с увеличенным межконтактным расстоянием Finder (66 серия), Tyco Electronics (серия Т92)

50 52x33x58 2Ш или 3Ш с увеличенным межконтактным расстоянием Finder (67 серия)

2 Принципы использования силовых малогабаритных реле в системах железнодорожной автоматики

Для использования электромеханических реле в системах автоматики, непосредственно связанных с безопасностью движения поездов, необходим анализ возможности построения на их основе устройств с несимметричным отказом. Существенное преимущество реле перед полупроводниковыми компонентами заключается в высокой устойчивости к воздействию перенапряжений. Вместе с тем во всех современных малогабаритных реле, выпускаемых зарубежными производителями, применяются контакты из сплавов серебра, а якорь реле возвращается в исходное положение под действием пружин, поэтому рассматриваемые реле нельзя отнести к приборам первого класса надежности. При использовании этих реле необходимо учитывать вероятность сваривания контактов и возможность ложного замыкания нормально разомкнутой контактной группы при возникновении механических отказов, например поломки пружин или иных элементов конструкции [9].

Для построения безопасных схем, в том числе устройств сопряжения, для реле не первого класса надежности необходимо предусматривать избыточность и возможность контроля правильной работы. Иными словами, цепь исполнительного объекта должна размыкаться контактами как минимум двух отдельных реле и должен быть предусмотрен контроль фактического раз-

мыкания нормально разомкнутых контактных групп при снятии напряжения с обмоток [9]. Разумеется, такой подход увеличивает количество реле в системах автоматики. Но это с избытком компенсируется относительно невысокой стоимостью и малыми габаритами рассматриваемых реле, особенно в случае использования печатного монтажа.

В связи с необходимостью контроля фактического размыкания контактов большой интерес представляют специфические серии силовых малогабаритных реле, называемые реле безопасности (safety relay), имеющиеся в ассортименте многих современных производителей [10, 11]. Их конструкция предусматривает жесткую связь между всеми общими контактами, чем исключается одновременное замыкание общих контактов разных контактных групп с тыловыми и фронтовыми контактами. Это значит, что можно легко реализовать контроль фактического размыкания контактов, коммутирующих цепь исполнительного объекта. Примеры некоторых реле безопасности приведены в табл. 3.

Таблица 3. Реле безопасности

Номинальный ток контактов, А Габариты, мм (ДхШхВ) Особенности контактной системы Производитель

6 29x13x26 2CO Tyco Electronics (серия SR2)

8 29x13x26 2CO Finder (50-я серия)

40x13x17 2NO + 2NC Tyco Electronics (серия SR4)

3NO + 1NC

55x17x17 3NO + 3NC Tyco Electronics (серия SR6)

4NO + 2NC

Следует отметить, что большинство современных реле имеет довольно жесткую конструкцию фронтовых и тыловых контактов. Поэтому при сваривании одного из них с подвижным общим контактом можно не рассматривать вероятность мостового замыкания, т. е. осуществлять контроль фактического размыкания контактов можно и без использования реле безопасности. В принципе, это реализуемо для любого реле, имеющего тройниковые контакты. Если есть возможность проверить фактическое замыкание тыловых контактов в тройнике, то при положительном результате проверки можно быть уверенным, что фронтовой контакт в данном тройнике будет гарантированно разомкнутым. Такой подход может представлять интерес для схем, в которых применение реле безопасности невозможно вследствие слишком большого тока нагрузки.

Электромагнитное реле, в отличие от полупроводниковых коммутационных элементов, подвержено износу в процессе эксплуатации. Это не столько механический износ, связанный с наличием движущихся частей, сколько эрозия (разрушение) контактов в момент размыкания цепи, по которой протекает ток нагрузки [9]. Поэтому вторым, не менее важным вопросом, возникающим при использовании электромеханических реле, является обеспечение необходимого электрического ресурса схемы. Современная аппаратура должна функционировать в течение всего срока службы без необходимости периодического обслуживания. Электрический ресурс реле выражается в количестве срабатываний реле под нагрузкой и зависит, главным образом, от величины тока нагрузки.

Рассмотрим конкретный пример. Согласно данным производителя, электрический ресурс реле безопасности SR2 при работе на резистивную нагрузку для номинального тока составляет 10 5 срабатываний, а при уменьшении тока через контакты до 1 А увеличивается до 10 6. При дальнейшем уменьшении тока электрический ресурс реле стремится к величине механического ресурса, который для данного реле составляет 10 7 срабатываний [10]. Это говорит о том, что при частоте срабатываний 1 раз в 10 минут, в случае работы на номинальную нагрузку, срок службы указанного реле будет менее двух лет. Но уже при уменьшении тока до 1 А срок службы возрастает до 19 лет.

Увеличивать ресурс работы реле можно путем использования различных способов искрогашения [9]. Однако более эффективным методом является уменьшение тока. Здесь существуют два пути. Первый - применение реле с многократным запасом по коммутируемому току, что возможно при управлении объектами, имеющими сравнительно небольшое энергопотребление. Например, в цепи светофорной лампы мощностью 15 Вт, включенной через сигнальный трансформатор, протекает ток около 80 мА в установившемся режиме и примерно в 10 раз больше в момент включения (800 мА). Этот ток можно коммутировать реле безопасности с номинальным током контактов 8 А, получая тем самым 10-кратный запас по току. Второй путь - реализация бестокового переключения контактов путем включения в цепь исполнительного объекта последовательно с контактами реле полупроводникового коммутационного прибора. Полупроводниковый прибор должен открываться после прекращения дребезга контактов при замыкании и запираться до начала размыкания контактов. Таким способом создаются комбинированные релейно-полупроводниковые схемы коммутации, в которых реле отвечает за безопасность, а полупроводниковый элемент обеспечивает необходимый ресурс.

При коммутации цепей переменного напряжения электрическая дуга, возникающая в момент размыкания контактов, гаснет при переходе тока через нулевое значение. В случае коммутации постоянного тока существует риск длительного горения дуги, что приводит к фактическому неразмыканию цепи

и интенсивному разрушению контактов. Следует отметить, что номинальный ток контактов обычно нормируется для переменного напряжения 220 В либо постоянного напряжения 30 В и совершенно не отражает способность реле коммутировать постоянный ток при более высоких напряжениях. Поэтому, при использовании малогабаритных силовых реле для управления высоковольтной нагрузкой постоянного тока (например, двигателем постоянного тока стрелочного электропривода), необходимо учитывать отключающую способность реле, определяющую максимальные значения постоянного тока и напряжения, при которых не происходит длительного горения электрической дуги после размыкания контактов. Отключающая способность приводится производителями в технических характеристиках реле в виде графиков, показывающих связь между величинами постоянных напряжений и токов для различных видов нагрузки. При постоянном напряжении в цепи нагрузки порядка сотен вольт для появления дуги достаточно очень небольшого тока. Поэтому допустимая величина постоянного тока для таких напряжений оказывается в несколько десятков раз меньше номинального тока контактов. Например, согласно данным производителя, силовое реле Finder 66-й серии, имеющее номинальный ток контактов 30 А, на постоянном токе при напряжении 220 В способно коммутировать всего лишь 0,3 А [11]. Известно, что напряжение, при котором возникает длительное горение дуги, при прочих равных условиях находится в прямой зависимости от расстояния между контактами [9]. Несколько лучшие показатели отключающей способности имеют контактные группы с увеличенным межконтактным расстоянием, особенно при наличии магнитного дугогашения. Однако решить проблему путем использования одной такой контактной группы удается не всегда. Зачастую для обеспечения необходимой отключающей способности приходится прибегать к последовательному включению в электрическую цепь нескольких контактных групп.

3 Примеры реализации устройств сопряжения на основе силовых малогабаритных реле

Рассмотрим практические примеры использования малогабаритных силовых реле для создания устройств сопряжения вычислительных средств с исполнительными объектами железнодорожной автоматики. На рис. 1 показана схема управления светофорными лампами. Безопасность данной схемы основана на использовании двух реле безопасности Р1 и Р2, управляемых функциональным преобразователем (ФП) с несимметричным отказом. Поскольку данное устройство сопряжения предназначено для работы в дублированной безопасной структуре, функциональный преобразователь реализует логику управления «2 из 2».

Узел выбора показаний

включение раз решающего показания

I______________________I

Рис. 1. Схема управления светофорными лампами

Схема выполнена таким образом, что питание разрешающих показаний осуществляется через нормально разомкнутые контактные группы реле, а питание на запрещающее показание подается через нормально замкнутые контактные группы этих же реле. В схеме предусмотрен раздельный контроль горения разрешающего и запрещающего показания с помощью датчиков тока (ДТ). Любой отказ одного из реле безопасности обнаруживается в процессе эксплуатации по отсутствию контроля горения запрещающего либо разрешающего показания. Для исключения опасной ситуации при накоплении отказов программное обеспечение системы должно быть построено таким образом, чтобы при обнаружении одиночного отказа дальнейшая эксплуатация данного устройства сопряжения становилась невозможной. Например, в случае отсутствия контроля горения запрещающего показания при закрытом светофоре должна исключаться возможность формирования сигналов для его открытия.

Данная схема предусматривает двухполюсное отключение нагрузок и требует использования реле безопасности с четырьмя контактными группами. Если в двухполюсном отключении нет необходимости, могут быть использованы более простые и дешевые реле безопасности, имеющие две контактные группы. Путем использования комбинаций из нескольких подобных схемных узлов можно реализовать управление самыми разными светофорами. Такое техническое решение может рассматриваться в качестве достойной альтернативы бесконтактным устройствам сопряжения на основе трансформаторных схем преобразования. Благодаря отсутствию преобразования энергии значительно сокращаются потери, а значит, и нагрев оборудования. При использовании данного принципа управления в выходные цепи устройств сопряжения поступает синусоидальное переменное напряжение, что позволяет понизить уровень требований к кабельным сетям станций. В пользу данного решения свидетельствует то, что два реле безопасности занимают на печатной плате меньше места, чем один низкочастотный силовой трансформатор.

При использовании таких устройств сопряжения можно получить преимущество как по массогабаритным, так и по стоимостным показателям.

Для управления двигателем горочного привода может быть использована схема, показанная на рис. 2. Для обеспечения необходимого ресурса применена релейно-полупроводниковая схема коммутации, в которой коммутация рабочего тока реализуется с помощью силового биполярного транзистора с изолированным затвором [12, 13].

к аналогичному узлу управления

Рис. 2. Схема управления приводом горочной стрелки

Сигнал, подаваемый на затвор транзистора, формируется с помощью специальной схемы управления, обеспечивающей задержку на открытие транзистора до момента окончания дребезга релейных контактов при срабатывании, а также закрытие транзистора до начала размыкания контактов при выключении реле. В силу значительной величины коммутируемого тока в данной схеме невозможно использовать реле безопасности, и применяются обычные силовые реле Р1 и Р2, контактная система которых способна выдерживать пусковой ток двигателя. Безопасность функционирования обеспечивается путем дублирования реле и контроля фактического размыкания контактов, для чего используется специальная схема контроля исправности, состоящая из ограничивающих резисторов R1, R2 и оптопары VU1. Помимо контроля правильности функционирования реле, эта цепь используется для контроля исправности полупроводникового ключа.

Работает схема контроля исправности следующим образом. До начала перевода стрелки при исправных элементах схемы через светодиод оптопа-ры протекает ток и на выходе схемы контроля присутствует сигнал низкого уровня. Если в одном из контролируемых реле не замкнут тыловой контакт

или возникает пробой полупроводникового ключа, оптопара будет закрыта и на выходе схемы контроля будет присутствовать сигнал высокого уровня. Когда такая ситуация возникает до начала перевода стрелки, это воспринимается программным обеспечением системы как отказ оборудования и эксплуатация данной стрелки запрещается. В процессе перевода стрелки при исправных элементах схемы светодиод оптопары шунтируется открытым силовым транзистором и выходной сигнал схемы контроля меняет свое состояние, что позволяет обнаруживать неисправность самой цепи контроля.

Для обеспечения необходимой отключающей способности используется последовательное включение контактных групп. Обмотки двигателя в данной схеме шунтируются встречно-параллельным диодом замыкающим ток, возникающий под воздействием ЭДС самоиндукции. Это позволяет производить расчет отключающей способности схемы по графику для резистивной нагрузки. Количество необходимых контактных групп выбирается из условия надежного отключения тока фрикции двигателя в случае пробоя полупроводникового ключа. Для увеличения количества контактных групп применяются дополнительные реле Р1-д и Р2-д.

Устройство сопряжения для горочного привода на основе релейно-полупроводниковых коммутационных схем имеет следующие преимущества перед техническими решениями на основе силовых функциональных преобразователей. Во-первых, функциональный преобразователь для исполнительного объекта, работающего на постоянном токе, обязательно включает в себя трансформатор и соответственно имеет невысокий КПД. Горочная стрелка переводится достаточно часто. Поэтому потери энергии, возникающие в преобразовательной схеме, могут приводить к существенному нагреву силовой элементной базы и необходимости использования принудительной вентиляции для охлаждения оборудования. В схеме релейно-полупроводниковой коммутации потери минимальны, что позволяет обойтись без организации принудительного охлаждения даже при интенсивной эксплуатации оборудования. Во-вторых, в случае пробоя коммутационных элементов преобразовательной схемы во время перевода стрелка может на некоторое время остановиться в среднем положении, что крайне нежелательно с точки зрения специфики работы горочной автоматики [14]. В случае пробоя силового транзистора в релейно-полупроводниковой коммутационной схеме через двигатель стрелочного привода продолжит протекать ток и стрелка будет доведена до крайнего положения.

Заключение

Бесконтактные устройства сопряжения с несимметричным отказом обычно включают в себя схемы, осуществляющие преобразование энергии, что приводит к возникновению потерь и необходимости отвода тепла от обору-

дования. Кроме того, следует учитывать наличие высокочастотных гармоник в выходных цепях преобразовательных схем. Устройства сопряжения на основе реле первого класса надежности имеют большие габариты и являются нетехнологичными изделиями, поскольку не допускают широкого использования печатного монтажа. Поэтому представляют интерес технические решения, основанные на коммутации цепей исполнительных объектов с помощью малогабаритных силовых реле, предназначенных для печатного монтажа. Указанные реле не относятся к приборам первого класса надежности. При использовании таких реле необходимо обеспечивать безопасность путем дублирования и контроля фактического размыкания контактов. Увеличение количества реле, связанное с необходимостью дублирования, не критично с точки зрения массо-габаритных показателей аппаратуры, поскольку два малогабаритных силовых реле при использовании печатного монтажа в любом случае занимают меньше пространства, чем одно реле первого класса надежности.

Помимо безопасности, при использовании релейной элементной базы необходимо прорабатывать вопросы, связанные с обеспечением необходимого ресурса оборудования. Наиболее действенными методами увеличения ресурса релейных схем являются реализация многократного запаса по коммутируемому току и использование релейно-полупроводниковых схем коммутации. Кроме того, при управлении высоковольтными нагрузками постоянного тока необходимо учитывать отключающую способность реле. Наиболее эффективным практическим методом повышения отключающей способности является последовательное включение в цепь исполнительного объекта нескольких контактных групп.

Использование малогабаритных силовых реле представляет наибольший интерес как альтернатива бесконтактным устройствам сопряжения, имеющим в своем составе силовые трансформаторы, поскольку в этом случае не только устраняются недостатки, свойственные преобразовательным схемам, но и появляется возможность улучшения массогабаритных и стоимостных показателей оборудования. В некоторых случаях использование принципа коммутации вместо преобразования позволяет реализовать более благоприятный алгоритм поведения устройства при переходе в защитное состояние, что хорошо видно на примере схемы управления горочным приводом.

Библиографический список

1. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Х. А. Христов, Д. В. Гав-зов ; 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 ЦШ1115842.01-94. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 1994. - 120 с.

3. Долгий И. Д. Введение в безопасную радиочастотную логику / И. Д. Долгий, А. Г. Кулькин, С. А. Кулькин, Ю. Э. Пономарев, И. Н. Розенберг // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2014. - № 6. - С. 229-238.

4. Никитин А. Б. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций / А. Б. Никитин, В. А. Кононов, А. А. Лыков. - М. : ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - 348 с.

5. Переборов А. С. 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.

6. Готтлиб И. М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы / И. М. Готтлиб. - М. : Постмаркет, 2000. - 552 с.

7. Никитин А. Б. Использование функциональных преобразователей с несимметричным отказом для управления электроприводами переменного тока / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин // Автоматика на транспорте. - 2016. - Т. 2. - № 1. - С. 7-18.

8. Ковкин А. Н. Влияние кабельных сетей на безопасность функционирования бесконтактных устройств сопряжения / А. Н. Ковкин, А. Б. Никитин // Разработка и эксплуатация новых устройств и систем ж.-д. автоматики и телемеханики. -СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2004. - С. 51-55.

9. Сапожников Вал. В., Кравцов Ю. А., Сапожников Вл. В. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики : учебник для вузов ж.-д. транспорта / Вал. В. Сапожников, Ю. А. Кравцов, Вл. В. Сапожников ; под ред. Вал. В. Са-пожникова. - М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 394 с.

10. Tyco Electronics Corporation Catalogue No. 9-1773450-2, Issued 09-2008. - Tyco Electronics Austria GmbH, 2008. - 256 с.

11. Inter Electric. Официальный дистрибьютор Finder в России. Сайт компании. -URL : http://www.finder-relay.ru/katalog.

12. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи : семейства, характеристики, применение / П. А. Воронин. - М. : Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2001. - 384 с.

13. Никитин А. Б. Управление стрелочными электроприводами в компьютерных системах горочной централизации / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин // Автоматика на транспорте. - 2015. - Т. 1. - № 1. - С. 51-62.

14. Переборов А. С. Телеуправление стрелками и сигналами : учебник для вузов ж.-д. транспорта / А. С. Переборов, А. М. Брылеев, В. Ю. Ефимов, И. М. Кокурин, Л. Ф. Кондратенко ; под ред. А. С. Переборова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1981. - 390 с.

Alexander B. Nikitin,

Alexey N. Kovkin, Alexander D. Manakov «Automation and remote control on railways» department Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Using the small-sized power relays for design of safe interface devices within the computer systems of railway automation

In this article problems of design of interface devices within the computer systems of railway automation using different element base are considered, the short review of modern products of leading vendors of small-sized power relays intended for printed mounting is given, also the principles of using of relays that are not devices of the first reliability class for design of safe circuits are considered. Particular attention is paid to methods of providing the necessary resource of relay switching circuits and relay's application features for controlling high-voltage loads of direct current. Also the paper presents practical examples of implementation of safe interface devices using the small-sized power relays and considers the advantages of the proposed technical solutions in comparison with interface devices based on functional generators with asymmetrical failure.

functional generator; small-sized power relay; relay for printed mounting; relays that are not devices of the first reliability class; check of contacts opening; resource of relay; deadlock switching of contacts; relay-semiconductor switching circuit

References

1. Sapozhnikov Val. V., Sapozhnikov Vl. V., Hristov H.A., Gavzov D. V. (1995). Methods for constructing safe microelectronic railway automation systems [Metody postro-eniya bezopasnyh mikroehlektronnyh sistem zheleznodorozhnoj avtomatiki]. Edited by Vl. V. Sapozhnikov. Moscow, Transport [Transport]. - 272 p.

2. Safety of railway automation and remote control. Methods and principles of ensuring the safety of microelectronic COMF. RTM 32 TSH1115842.01-94 [Bezopasnost' zheleznodorozhnoj avtomatiki i telemekhaniki. Metody i principy obespecheniya be-zopasnosti mikroehlektronnyh SZHAT. RTM 32 CSH1115842.01-94]. St. Petersburg, Petersburg State Transport University [Peterburgskij gos. un-t putej soobshcheniya], 1994. - 120 p.

3. Dolgij I. D., Kul'kin A. G., Kul'kin S. A., Ponomarev Yu. E., Rozenberg I. N. (2014). Introduction into the Safe Radio Frequency Logic [Vvedenie v bezopasnuyu radio-chastotnuyu logiku]. Proceedings of Southern Federal University. Technical science [Izvestiya YUFU. Tekhnicheskie nauki], issue 6. - Pp. 229-238.

4. Nikitin A. B., Kononov V.A., Lykov A.A. (2014). Basics of designing interlocking of intermediate stations [Osnovy proektirovaniya ehlektricheskoj centralizacii prome-

zhutochnyh stancij]. Moscow, FSBOU «Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport» [FGBOU «Uchebno-metodicheskij centr po obra-zovaniyu na zheleznodorozhnom trans-porte»]. - 348 p.

5. Pereborov A. S., Lisovskij M. P., Prokof'ev A. A. (1982). Construction of devices for reconciling electronic control circuits with executive relays [Postroenie ustrojstv soglasovaniya ehlektronnyh skhem upravleniya s ispolnitel'nymi rele]. Automation, remote control and communications [Avtomatika, telemekhanika i svyaz'], issue 5. -Pp. 7-11.

6. Gottlib I. M. (2000). Power supplies. Inverters, converters, linear and pulse stabilizers [Istochniki pitaniya. Invertory, konvertory, linejnye i impul'snye stabilizatory]. Moscow, Postmarket [Postmarket]. - 552 p.

7. Nikitin A. B., Kovkin A. N. (2016). Using Of Functional Generators with Asymmetrical Failure for AC Electric Drive Control [Ispol'zovanie funkcional'nyh preobrazovatelej s nesimmetrichnym otkazom dlya upravleniya ehlektroprivodami peremennogo toka]. Automation on Transport [Avtomatika na transporte], vol. 2, issue 1. - Pp. 7-18.

8. Kovkin A. N., Nikitin A. B. (2004). Influence of cable networks on safety of functioning of contactless interface devices [Vliyanie kabel'nyh setej na bezopasnost' funkcion-irovaniya beskontaktnyh ustrojstv sopryazheniya]. Development and operation of new devices and railway automation and remote control systems [Razrabotka i ehksplu-ataciya novyh ustrojstv i sistem zh.-d. avtomatiki i telemekhaniki]. St. Petersburg, Petersburg State Transport University [Peterburgskij gos. un-t putej soobshcheniya]. -Pp. 51-55.

9. Sapozhnikov Val. V., Kravcov Yu.A., Sapozhnikov Vl. V. (2008). Theoretical foundations of railway automation and remote control. Textbook for high schools. transport [Teoreticheskie osnovy zheleznodorozhnoj avtomatiki i telemekhaniki. Uchebnik dlya vuzov zh.-d. transporta]. Edited by Val. V. Sapozhnikov. Moscow, SOU «Educa-tional and Methodological Center for Education in Railway Transport» [GOU «Ucheb-no-metodicheskij centr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte»]. - 394 p.

10. Tyco Electronics Corporation Catalogue No. 9-1773450-2, Issued 09-2008. Tyco Electronics Austria GmbH, 2008. - 256 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Inter Electric. Official Finder Distributor in Russia [Oficial'nyj distrib'yutor Finder v Rossii]. URL: http://www.finder-relay.ru/katalog.

12. Voronin P.A. (2001). Power semiconductor switches: families, characteristics, application [Silovye poluprovodnikovye klyuchi: semejstva, harakteristiki, primenenie]. Moscow, Publishing house «Dodeca-XXI» [Izdatel'skij dom «Dodehka-HKHI»]. -384 p.

13. Nikitin A. B., Kovkin A. N. (2015). Point Machines Control in Computer Systems of Hump Interlocking [Upravlenie strelochnymi ehlektroprivodami v komp'yuternyh sistemah gorochnoj centralizacii]. Automation on Transport [Avtomatika na transporte], vol. 1, issue 1. - Pp. 51-62.

14. Pereborov A. S., Bryleev A. M., Efimov V. Yu., Kokurin I. M., Kondratenko L. F. (1981). Telecontrol arrows and signals. Textbook for high schools. transp. [Teleupravlenie strelkami i signalami. Uchebnik dlya vuzov zh.-d. transp.]. Edited by A. S. Pereborov. Moscow, Transport [Transport]. - 390 p.

Статья представлена к публикации членом редколлегии И. Д. Долгим Поступила в редакцию 13.02.2018, принята к публикации 16.03.2018

НИКИТИН Александр Борисович - доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. e-mail: nikitin@crtc.spb.ru

КОВКИН Алексей Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. e-mail: akovkin@yandex.ru

МАНАКОВ Александр Демьянович - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I.

e-mail: manakoff_2@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.