CC BY
22
УДК 681.518.5:004.052.32
А. Б. Никитин, докт. техн. наук
А. Н. Ковкин, канд. техн. наук
Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»,
Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В СИСТЕМЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ МПЦ-МПК
В статье рассмотрены принципы построения и практическая реализация бесконтактных устройств сопряжения на основе силовых преобразовательных схем для управления стрелочными приводами с трехфазными асинхронными двигателями переменного тока и приводами электромеханических автостопов на железных дорогах и метрополитенах в системе микропроцессорной централизации МПЦ-МПК, разработанной специалистами Петербургского университета путей сообщения. Описаны общие принципы обеспечения безопасности силовых модулей, реализующих непосредственное управление напольными объектами, особенности построения силовой схемотехники, а также узлов, осуществляющих функции контроля текущего состояния управляемых устройств и проверки исправности линейных цепей. Особое внимание уделено вопросам логической обработки управляющих сигналов, формирования управляющих воздействий для силовых ключей преобразовательной схемы, реализации управления двигателями с использованием трех- и пятипроводной рабочей цепи, контроля положения стрелочного перевода и механизма автостопа с применением кодовых сигналов. Затронуты вопросы практической реализации обнаружения обрывов рабочей цепи в периоды времени между переводом стрелок и изменением состояния электромеханических автостопов. Приведены основные технические характеристики силового модуля, сведения об используемой элементной базе и особенностях конструктивной реализации аппаратуры.
Микропроцессорная централизация, бесконтактные устройства сопряжения, силовой модуль, безопасный логический элемент, генератор управляющих сигналов, преобразовательная схема, гальваническая развязка, контроль положения стрелки, контроль рабочей цепи
DOI: 10.20295/2412-9186-2021-7-3-362-378
Введение
Современные системы железнодорожной автоматики и телемеханики представляют собой программно-аппаратный комплекс, безопасность которого достигается путем реализации многоканальной структуры и использования в устройствах сопряжения с исполнительными объектами специальных технических решений, исключающих ложную активизацию объектов при возникновении отказов [1, 2]. Известны различные способы построения устройств сопряжения для безопасных систем управления. Наиболее простой и очевидный путь реализации безопасного сопряжения с объектами — построение аппаратуры сопряжения на основе реле первого класса надежности [3]. Принцип применяется в отечественных разработках [4], но в силу значительных
габаритов аппаратуры, ограниченной возможности использования печатного монтажа и необходимости периодического обслуживания не может рассматриваться в качестве перспективного направления. Зарубежные разработчики используют для сопряжения с объектами иные решения, в которых не задействована элементная база, обладающая свойствами реле первого класса [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 дублировании реле и реализации контроля фактического размыкания контактов [6]. Этот подход осложняется тем, что указанные реле выпускаются сравнительно небольшим количеством зарубежных производителей и не имеют отечественных аналогов. Поэтому перспективным направлением развития микропроцессорных систем железнодорожной автоматики в нашей стране считается использование бесконтактных устройств сопряжения [7]. Основополагающие принципы обеспечения безопасности при бесконтактном управлении объектами хорошо известны. Безопасность при возникновении отказов достигается либо путем тестирования полупроводниковых ключей с гарантированным отключением питания при обнаружении отказа, либо за счет преобразовательных схем, формирующих напряжение для исполнительных объектов в процессе динамической работы полупроводниковых коммутационных элементов. На современном этапе представляют интерес способы практической реализации бесконтактных устройств сопряжения, а также вопросы, связанные с контролем состояния напольных объектов без использования релейно-контактной элементной базы.
Одной из передовых разработок в области железнодорожной автоматики, предусматривающих бесконтактное сопряжение с напольными объектами, стала система МПЦ-МПК (микропроцессорная централизация на основе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров), созданная 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 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 применение преобразовательных устройств требует особого внимания к вопросам энергетической эффективности технических решений и безопасности при управлении удаленными объектами [9].
В современных системах автоматики взаимодействие между вычислительными средствами и устройствами сопряжения осуществляется с помощью стан-
дартных 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 происходит за счет контроллеров безопасного сопряжения с объектами (КБСО). В состав КБСО входит контроллерный модуль, являющийся частью вычислительных средств и обеспечивающий взаимодействие аппаратуры сопряжения и центральной вычислительной системы с помощью последовательного интерфейса, и набор силовых модулей, непосредственно управляющих напольными объектами. Отличительная черта бесконтактных устройств сопряжения — специфичность силовой аппаратуры, управляющей различными типами исполнительных объектов. Здесь рассматриваются особенности построения силовых модулей, которые управляют трехфазными асинхронными двигателями в составе электроприводов, используемых на объектах железнодорожного транспорта и метрополитена.
1. Общие принципы построения силовой аппаратуры в системе микропроцессорной централизации МПЦ-МПК
Безопасность системы МПЦ-МПК обеспечивает дублированная вычислительная структура, управляющая объектами по принципу «два из двух», согласно которому активизация исполнительного объекта возможна лишь при наличии соответствующих управляющих сигналов на выходах двух вычислительных комплектов. Для осуществления этого принципа в системах железнодорожной автоматики 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, бесконтактно управляющих стрелками и светофорами (рис. 1).
Входными сигналами силовых модулей являются периодические импульсные последовательности с частотой 10 кГц, поступающие от двухканальной вычис-
лг
лг
Силовой модуль устройств сопряжения
I_______________I
Рис. 1. Структура управляющей схемотехники силовых модулей системы МПЦ-МПК
лительной структуры. Когда динамические сигналы присутствуют на обоих входах, на выходе БЛЭ возникает постоянное напряжение. Оно обеспечивает питание генератора управляющих сигналов (ГУС), формирующего импульсы, управляющие силовыми ключами преобразовательной схемы (ПС). Напряжение, формируемое ПС, активирует исполнительный объект (ИО).
При отсутствии динамического сигнала хотя бы на одном из входов силового модуля постоянного напряжения на выходе БЛЭ нет, питание на схему ГУС не подается, все силовые ключи ПС не получают управляющих воздействий, что является необходимым и достаточным условием для гарантированного нахождения ИО в выключенном состоянии. Принципиально важный момент: ПС под воздействием сигналов от схемы ГУС формирует переменное напряжение низкой частоты. Это позволяет минимизировать взаимные влияния в кабельной сети при управлении удаленными объектами и обеспечить нормальное функционирование двигателей переменного тока. Схемотехника БЛЭ работает на высоких частотах, таким образом 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 преобразовательных схем [12, 13]. Функциональная схема БЛЭ приведена на рис. 2.
В состав схемы входят три преобразователя — два входных и один выходной. Входные предназначены для контроля наличия динамических сигналов
потенциал "+ 11вых" выше потенциала "+24В"
Вход 1
лиг
10кГц
+ Uвых
+24В
Т+24В
0В
Вход 2
ЛОГ 10кГц
Входной преобразователь (КПП 2)
I +24В
+ Uвых
исходное напряжение
+24В
Рис. 2. Функциональная схема БЛЭ
на входах БЛЭ и представляют собой конденсаторные преобразователи полярности (КПП), широко используемые в различных схемотехнических решениях с несимметричным отказом. Выходной преобразователь формирует постоянное напряжение и представляет собой обратноходовой преобразователь (ОХП), включающий в себя малогабаритный импульсный трансформатор. При поступлении на входы БЛЭ динамических сигналов от вычислительной системы КПП создают постоянные напряжения заданной полярности.
Напряжение с выхода КПП1 питает управляющий генератор, который обеспечивает 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 нет динамического сигнала, выходной преобразователь не получает либо управляющего воздействия, либо исходного напряжения для преобразования, а значит, постоянное напряжение на выходе БЛЭ будет отсутствовать.
2. Силовой модуль для управления приводами
Непосредственное управление стрелочными приводами железных дорог и метрополитенов в системе МПЦ-МПК производится с помощью силовых модулей СТ-1-2. На метрополитенах такой модуль управляет приводами электромеханических автостопов. Силовой модуль обеспечивает управление трехфазным асинхронным электродвигателем мощностью до 0,3 кВт и контролирует положение напольного объекта. Принцип безопасного управления двигателем состоит в использовании трехфазного мостового инвертора, силовые ключи которого работают в низкочастотном режиме и создают ступенчатое прямоугольное напряжение при условии поступления соответствующих управляющих сигналов от вычислительных средств [14, 15].
Силовой модуль взаимодействует с контроллерным в составе КБСО с помощью динамических сигналов. Управляющие сигналы, переводящие стрелку, представляют собой импульсные последовательности частотой 10 кГц. В силовом модуле идет логическая обработка управляющих сигналов с реализацией функции «И», что дает возможность использовать данное изделие в безопасной структуре управления «два из двух» без каких-либо дополнительных логических устройств.
Питание силового модуля осуществляется постоянным напряжением от двух изолированных источников — логического и силового. Номинальное напряжение логического питания составляет 24 В. Напряжение питания силовых схем зависит от параметров двигателя в составе привода и протяженности линейной цепи. Для стрелочных приводов величина напряжения питания модуля равняется 285 или 300 В (определяется удаленностью привода от поста централизации) [15]. При управлении приводами автостопов напряжение питания модуля должно иметь величину от 150 до 185 В.
Функциональная схема силового модуля СТ-1-2 приведена на рис. 3. Модуль состоит из двух независимых узлов — управляющего и контрольного. Управляющий включает в себя два БЛЭ, занимающихся логической обработкой сигналов. Каждый БЛЭ инициирует вращение двигателя в одном из направлений. Генератор управляющих сигналов и мостовая схема преобразования составляют инвертор, формирующий напряжение для двигателя. Помимо управляющей схемотехники, в состав инвертора входят диагностические схемы. Они порождают аналоговые сигналы, пропорциональные току перевода стрелки, и контролируют исправность рабочей цепи.
Генератор управляющих сигналов выполнен на основе микроконтроллеров, которые обеспечивают работу силовых ключей схемы преобразования в низкочастотном режиме без использования широтно-импульсной модуляции. Питает генератор энергия выходного сигнала БЛЭ, что исключает возможность ложного формирования трехфазного напряжения при отсутствии динамических сигналов на управляющих входах силового модуля. Преобразовательная схема модуля имеет гальваническую связь с цепью напольного объекта. Надежное функционирование генератора управляющих сигналов в указанных условиях обеспечивается за счет оптоэлектронной развязки.
Мостовая схема преобразования реализована с использованием биполярных транзисторов с изолированным затвором (ЮВТ). Применение ЮВТ обусловлено необходимостью минимизировать потери энергии на ключах в условиях высокого рабочего напряжения нагрузки инвертора [16—20]. Транзисторы управляются с помощью драйверных микросхем, производящих привязку управляющих импульсов к плавающему потенциалу эмиттера верхних ключей мостовой схемы без использования трансформаторов [21].
Специфика мостовой схемы преобразования в составе модуля СТ-1-2 заключается в наличии 10 силовых полупроводниковых ключей. Это обеспечивает универсальность силового модуля, т. к. появляется возможность построения рабочих цепей с разным количеством проводов. Реверсирование двигателя происходит путем изменения порядка чередования фаз, определяемого алгоритмом управления силовыми ключами. Особенность схем управления приводами в системе МПЦ-МПК — отсутствие контактов автопереключателя в рабочей цепи. Остановка двигателя по окончании работы привода осуществляется на уровне программного обеспечения по факту получения контроля требуемого положения управляемого напольного объекта.
Принцип построения рабочих цепей с тремя и пятью проводами, а также временные диаграммы работы силового модуля при различных направлениях работы двигателя показаны на рис. 4.
Реализация рабочей цепи с пятью проводами показана на примере привода электромеханического автостопа, используемого на метрополитенах [22]. Особенность электрической схемы автостопа — наличие контактов, состояние которых определяется текущим положением привода. Для открытия и закрытия
УПРАВЛЯЮЩИЙ УЗЕЛ
+и сил
БЛЭ 1
БЛЭ 2
т
О <
о. и
О X
сс
^
1
<
са
О
ее <
<
ей ш
и 1- О
и о.
и с
:> <
2
X
и
+и сил
ИНВЕРТОР
и
^ р"*"! г*"*"]
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
- ток перевода
- исправность рабочей цепи
КОНТРОЛЬНЫЙ УЗЕЛ
1+5
передатчик + 48 +24 лог
ограничитель + 48 схема питания с гальванической развязкой
+ 5
"к 0 тока 0 0 лог
1+5
приемник
1 датчик тока
Рис. 3. Функциональная схема модуля СТ-1-2
0 сил
+24 лог
0 лог
0 сил
канал А
канал В
0 лог
+24 лог
канал А
канал В
0 лог
канал А
0
канал А
канал В
0
Мостовая схема преобразования
верхняя группа ключей
IBL 2BL 3B L 4в L-, 5BL
-IDs JÙi jfn jfzs jfzs
■+
1н
2н,_.
3н
JLZS XzsXzs Xzs jrzs
4н ,_.
5н
нижняя группа ключей
стрелочный привод
А В
обмотки двигателя
DC
привод автостопа
обмотки двигателя
га
ср
0 m m о
п О
га и
1 s
ос ^
ш
I—
га
S îi 1
ш х ^ га £ ^ о
га
Ю
1в 2в Зв 4в 5в
1н
2н
^
4н 5н
Диаграмма перевода в направлении 1
Диаграмма перевода в направлении 2
Порядок чередования фаз:
А - С - В
А - В - С
Рис. 4. Упрощенная схема рабочей цепи и временная диаграмма работы инвертора
автостопа необходимы разные пары проводов. Чтобы открыть автостоп и удерживать механизм в открытом состоянии, нужны проводы 3, 4, 5. При завершении открытия контакты принимают положение, показанное на рисунке, и после по-
2
С
С
А
В
С
дачи напряжения на провода 1, 2, 5 автостоп возвращается в закрытое состояние. Дроссели в схеме привода ограничивают ток в режиме удержания открытого автостопа.
Для контроля положения стрелочного перевода или привода автостопа используется кодовая контрольная цепь, разработанная для системы МПЦ-МПК [23]. Основу цепи составляют электронные кодовые датчики ДСТ, размещенные в непосредственной близости от напольного объекта и коммутируемые контактами, предусмотренными в конструкции привода. Контроллерный модуль в составе КБСО периодически посылает на датчики ДСТ запрос в виде кодовой комбинации. Датчики обрабатывают запрос и отправляют на контроллерный модуль ответную кодовую комбинацию, на основании которой программное обеспечение определяет положение стрелки или привода автостопа. Питание датчиков ДСТ и передача кодовых комбинаций в обоих направлениях идут по отдельной двухпроводной контрольной цепи.
Контрольный узел силового модуля СТ-1-2 (рис. 3) представляет собой схему, реализующую двунаправленную передачу информации между контроллерным модулем и кодовыми датчиками ДСТ по двухпроводной линейной цепи с номинальным напряжением 48 В. По той же цепи производится питание датчиков ДСТ. Контрольный узел включает в себя приемник, передатчик и ограничитель тока. Питание контрольного узла осуществляется через схему, обеспечивающую формирование необходимых напряжений и гальваническую развязку контрольной цепи привода и источника логического питания силового модуля. Напряжение 48 В через ограничитель тока поступает в контрольную цепь привода, питая датчика ДСТ. Обратный провод контрольной цепи подключен к источнику питания через резистор — датчик тока. Передатчик транслирует код от контроллерного модуля на датчик ДСТ путем периодического шунтирования контрольной цепи.
После получения запроса датчик ДСТ формирует ответный код шунтированием контрольной цепи на дальнем конце линии (около привода). В результате увеличения тока в контрольной цепи при шунтировании схемой ДСТ на датчике тока выделяется сигнал, поступающий через схему приемника на контроллерный модуль. В схемах передатчика и приемника реализована оптоэлектронная развязка. Ограничитель тока исключает чрезмерное повышение тока, потребляемого от схемы питания при шунтировании контрольной цепи в процессе передачи кодов.
3. Реализация контроля исправности рабочей цепи
в периоды времени между переводами стрелок
Одним из эффективных методов контроля исправности цепи управления двигателем является контроль протекания тока при подключении источника напряжения. Поскольку силовой модуль СТ-1-2 предназначен для управления
асинхронным двигателем переменного тока и рабочая цепь отделена от контрольной цепи, целесообразно использовать постоянное напряжение. В этом случае проще обеспечить работоспособность схемы контроля на длинных кабельных линиях, имеющих значительную емкость.
Схема контроля рабочей цепи в составе модуля СТ-1-2 дает возможность обнаруживать обрывы цепи управления и обмоток двигателя электропривода и выявлять разомкнутое состояние блок-контактов в приводе в периоды времени, когда привод не используется. Принципиальная схема описываемого технического решения приведена на рис. 5. Схема контроля рабочей цепи входит в состав инвертора и состоит из четырех одинаковых узлов контроля, что позволяет обнаруживать отказы в трех- и пятипроводной цепи управления двигателем. На рисунке в целях упрощения изображено только два узла — достаточно для пояснения принципа работы схемы.
Постоянное напряжение подается в контролируемую цепь через DC/DC-конвертер с гальванической развязкой, что исключает объединение рабочих цепей разных приводов через источник питания схем контроля. Узлы контроля подключаются к каждому проводу рабочей цепи, кроме одного, соединенного непосредственно с положительным выводом DC/DC-конвертера. Когда рабочая цепь исправна, ток от положительного полюса DC/DC-конвертера протекает через рабочую цепь привода и элементы FU, VD, VT1, R узлов контроля на отрицательный полюс. Напряжение с датчиков тока R через интегрирую-
Рис. 5. Принцип реализации контроля исправности рабочей цепи на примере трехпроводной схемы управления двигателем
щие цепи Яи, Си поступает на входы компараторов, реализованных на основе операционных усилителей. Указанное напряжение превышает опорное напряжение иоп2, на выходе компараторов формируется высокий потенциал. Ток протекает через светодиоды оптронов, в результате чего транзисторы в составе оптронов замыкают выходную цепь схемы контроля. Если в рабочей цепи стрелочного привода имеется обрыв, в цепи хотя бы одного узла контроля не будет тока, а значит, соответствующий оптрон разомкнет выходную цепь. Параметры компаратора определяются величиной опорного напряжения иоп2 и обеспечивают работоспособность схемы на кабельных линиях любой длины в пределах допустимой для аппаратуры управления электроприводом.
Рассматриваемая схема контроля не отключается от рабочей цепи в период работы двигателя электропривода. Чтобы предотвратить повреждение схемы контроля и шунтирование рабочей цепи, существует схема ограничения тока на транзисторах УТ1 и УГ2. Когда электропривод выключен, транзистор VII открыт в результате воздействия потенциала, поступающего через резистор Я1. Ток через транзистор УТ1 определяется значением напряжения на датчике тока, при котором транзистор УГ2 остается в закрытом состоянии. Если при работе двигателя возникают условия для увеличения тока через узел контроля, напряжение на датчике тока превысит опорное напряжение иоп1, транзистор УГ2 будет открываться и шунтировать цепь затвора УТ1, поддерживая установленное значение тока. При воздействии противоположной полуволны напряжения протекание тока через узел контроля исключается за счет наличия диодов
Интегрирующие цепи Яи, Си обеспечивают устойчивое обнаружение обрывов в рабочей цепи в условиях мешающего влияния со стороны других цепей через емкость кабельной линии. За счет интегрирующих цепей предотвращается ложное переключение компараторов под воздействием переменной составляющей, создаваемой источником влияния. Параметры интегрирующих цепей оптимизируются с учетом возможности подавления влияний частотой 50 Гц и достаточного быстродействия схемы контроля, помогающего обнаруживать кратковременные обрывы.
Предохранители FU предотвращают влияние отказов схемы контроля на возможность управления электроприводом. Благодаря предохранителям исключается шунтирование рабочей цепи при пробое транзисторов УТ1 или диодов, а также при возникновении отказов элементов, ограничивающих ток. При возникновении перечисленных событий предохранители срабатывают под воздействием рабочего напряжения, создаваемого схемой управления приводом, и отключают отказавшие узлы контроля от рабочей цепи.
Заключение
Силовые модули аппаратуры сопряжения в составе системы МПЦ-МПК построены на основе преобразовательных схем, формирующих переменное
напряжение, необходимое для работы исполнительных объектов. Такое решение исключает зависимость от дефицитной элементной базы и хорошо сочетается с устройствами электропитания на основе шины постоянного тока. Безопасность аппаратуры при возникновении отказов достигается за счет того, что управление силовыми ключами преобразовательных схем осуществляется с помощью генераторов управляющих сигналов, которые получают питание от безопасных логических элементов «И», обрабатывающих сигналы в дублированной структуре управления.
Особенностью модулей, осуществляющих управление электроприводами переменного тока, является отсутствие трансформаторов в составе силовых преобразовательных схем, что обеспечивает малые габариты, высокую энергетическую эффективность и технологичность аппаратуры. Силовые модули формируют трехфазное напряжение ступенчатой прямоугольной формы без использования широтно-импульсной модуляции. Это позволяет существенно сократить потери энергии в преобразовательной схеме, в результате чего заметно уменьшается тепловыделение аппаратуры во время работы приводов.
Применение кодовой контрольной цепи исключает возможность получения ложного контроля положения стрелок при ошибочном подключении линейных проводов и обеспечивает высокую устойчивость контрольной схемотехники к воздействию дестабилизирующих факторов. Схемные узлы, контролирующие исправность рабочей цепи в периоды времени между переводами стрелок, помогают выявлять отказы цепи управления двигателем до того, как возникнет необходимость в использовании привода. Это уменьшает вероятность задержки поездов из-за неисправности аппаратных средств. Кроме того, появляется возможность выявлять предотказные состояния, выраженные в кратковременной потере контакта в цепях управления и контроля стрелочным электроприводом.
Отличительная черта аппаратуры управления электроприводами в системе МПЦ-МПК — универсальность в отношении типа напольного объекта и количества проводов в цепи управления двигателем. Область возможного применения силового модуля, рассмотренного в статье, не ограничивается управлением стрелочными приводами и приводами электромеханических автостопов. Можно адаптировать это техническое решение для управления устройствами заграждения на переездах, приводами разъединителей на линиях электроснабжения и другими приборами с асинхронными электродвигателями.
Конструктивная реализация аппаратуры МПЦ-МПК обеспечивает эффективное использование внутреннего пространства электротехнических шкафов, удобство монтажа и обслуживания в процессе эксплуатации. Силовые модули СТ-1-2 изготовлены в закрытых конструктивах «Евромеханика», позволяющих быстро заменять устройства. Силовой модуль 51x250x262 мм управляет одним электроприводом и контролирует положение управляемого напольного объекта. В состав стрелочного КБСО входит пять силовых модулей. Габариты стандартного электротехнического шкафа позволяют разместить до пяти стрелочных
КБСО, что позволяет управлять 25 стрелками. Высокие показатели надежности аппаратуры управления стрелками и автостопами подтверждаются многолетним опытом эксплуатации силовых модулей в составе системы МПЦ-МПК на станциях магистрального и промышленного железнодорожного транспорта и объектах Петербургского метрополитена.
Библиографический список
1. Сапожников В. В. , Сапожников Вл. В., Христов Х. А., Гавзов Д. В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / 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 1115842.01-94. - СПб.: ПГУПС, 1994. - 120 с.
3. А. С. Переборов, М. П. Лисовский, А. А. Прокофьев. Построение устройств согласования электронных схем управления с исполнительными реле // Автоматика, телемеханика и связь. - 1982. - № 5. - C. 7-11.
4. С. С. Пресняк, А. С. Ершов, О. Л. Маковеев, А. В. Циркин. Микропроцессорная система централизации ЭЦ-ЕМ // Автоматика, связь, информатика. - 2000. - № 9.
5. В. Н. Алешин. Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов системы Ebi-lock-950 // Автоматика, связь и информатика. - 2003. - № 1.
6. А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин, А. Д. Манаков. Использование малогабаритных силовых реле в безопасных устройствах сопряжения компьютерных систем железнодорожной автоматики // Автоматика на транспорте. - 2018. - № 2. - Т. 4.
7. О. К. Дрейман, Д. В. Гавзов, М. В. Илюхин. Бесконтактные устройства сопряжения микропроцессорных систем железнодорожной автоматики с напольными объектами // Автоматика, телемеханика и связь. - 1991. - № 1. - С. 12-14.
8. В. В. Сапожников, А. Б. Никитин. Микропроцессорная система электрической централизации МПЦ-МПК // Наука и транспорт. - 2009. - С. 18-21.
9. Д. В. Гавзов, А. Н. Ковкин. Бесконтактные УСО для микропроцессорных централиза-ций // Проблемы безопасности функциональных преобразователей с несимметричным отказом. Сборник научных трудов. - СПб.: ПГУПС, 2004.
10. Х. А. Христов. Електронизация на осигурителната техника. - София: Техника, 1984. -355 с.
11. Schiwek L. W. Failsafe - Schaltungen mit LOGISAFE - Technik / Signal and Draht. - 1986. -№ 9. - S. 192-197.
12. А. Н. Ковкин. Методы построения бесконтактных устройств сопряжения управляющего вычислительного комплекса с исполнительными объектами систем железнодорожной автоматики: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -СПб.: ПГУПС, 2005.
13. Патент на полезную модель № 114017 МПК B61L. Устройство для включения исполнительных устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики // А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин, Н. Н. Балуев, О. А. Наседкин, Ю. А. Алешечкин. Начало действия патента 03.10.2011. Дата публикации 10.03.2012.
14. А. Н. Ковкин, А. М. Костроминов, Ю. И. Ефименко. Электронное управление электродвигателями в системах железнодорожной автоматики // Электротехника. - 2016. -№ 5. - С. 61-65.
15. А. Н. Ковкин. Инверторы как средство безопасного управления двигателями стрелочных электроприводов // Автоматика на транспорте. - 2020. - № 2. - Т. 6. - С. 121-133.
16. Б. Ю. Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: «СОЛОН-Р», 2001. - 327 с.
17. А. Попов, С. Попов. Применение IGBT в преобразовательной технике // Новости электроники. - 2013. - № 5. - С. 35-46.
18. Blake C. and Bull Ch. IGBT or MOSFET: Choose Wisely. IR, 1999. - 5 p.
19. Chou W. Ultra-fast 1200V IGBTs reduce switching and conduction losses // Power Electronics, 31.08.2011.
20. IGBT Characteristics. Application Note AN-983. IR, 2012. - 16 p.
21. А. Булычев, К. Автушенко. Ключ на плечо! Особенности применения высоковольтных драйверов производства IR // Новости электроники. - 2013. - № 5. - С. 20-26.
22. А. Н. Ковкин. Бесконтактное управление электродвигателями в системах автоматики железных дорог и метрополитенов // Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов: сборник трудов научно-практической конференции. - СПб.: ПГУПС, 2015. - С. 18-23.
23. Д. В. Ефанов, А. А. Блюдов. Повышение надежности датчиков контроля положения железнодорожных стрелок // Известия ПГУПС. - 2014. - № 3. - С. 69-77.
A. B. Nikitin, Doctor of Technical Sciences A. N. Kovkin, PhD in Technical Sciences
Department of Automation and Telemechanics on Railways, Saint Petersburg State Transport University of Emperor Alexander I
ELECTRIC POINT MACHINES IN THE MICROPROCESSOR CONTROLLER AND MICROPROCESSOR INTERLOCKING SYSTEM
The article discusses the principles of construction and practical implementation of contactless bridging devices based on powered conversion circuits for point machines controlling in the microprocessor controller and microprocessor interlocking system with three-phase asynchronous motors and electromechanical train stop drives on railways and subways in the MPC-MPK microprocessor-based centralization system, developed by specialists of Petersburg State Transport University of Emperor Alexander I. The general principles of ensuring the safety of power modules that implement direct control of floor-level objects, the features of the construction of powered circuit engineering, as well as units that carry out the functions of monitoring the current state of controlled devices and checking the health of circuit lines are described. Particular attention is paid to the issues of logical processing of control signals, the formation of control actions for the power keys of the converter circuit, the implementation of motor control using a three- and five-wire working circuit, control of the point operating gear position and the train stop drive mechanism using code signals. The questions of the practical implementation of the detection of breaks in the actuating circuit during the periods between switching of points and the change in the state of the electromechanical train stop drives are touched upon. The main technical characteristics of the power module, information about the used element base and the features of the constructive implementation of the equipment are given.
Computer-based interlocking, contactless bridging devices, power module, safe logic element, generator of control signals, conversion circuit, galvanic isolation, point operating gear control, actuating circuit control
DOI: 10.20295/2412-9186-2021-7-3-362-378
References
1. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Khristov Kh. A., Gavzov D. V. (1995) Metody postroy-eniya bezopasnykh mikroelektronnykh sistem zheleznodorozhnoy avtomatiki [Methods of safe microelectronic systems constructing of railway automation]. Moscow, Transport Publ., 272 p. (In Russian)
2. Bezopasnostzheleznodorozhnoy avtomatiki i telemekhaniki. Metody i printsipy obespecheniya bezopasnosti mikroelektronnykh SZHAT. RTM32 TSSH 1115842.01-94 [Safety of railway automation and remote conrol. Methods and principles for ensuring the safety of microelectronic compressed air systems. RTM 32 TsSh 1115842.01-94]. Saint Petersburg, St. Petersburg State Transport University, 1994, 120 p. (In Russian)
3. Pereborov A. S., Lisovsky M. P., Prokofiev A. A. (1982) Postroyeniye ustroystv soglasovaniya elektronnykh skhem upravleniya s ispolnitel'nymi rele [Construction of devices for matching electronic control circuits with executive relays]. Avtomatika, telemekhanika isvyaz [Automation, remote control and communication], no. 5, pp. 7-11. (In Russian)
4. PresnyakS. S., ErshovA. S., Makoveev O. L., Tsirkin A. V. (2000) Mikroprotsessornaya sistema tsentralizatsii ETS-EM [Microprocessor system of centralization of EC-EM] Avtomatika, svyaz, informatika [Automation, communication, informatics], no. 9. (In Russian)
5. Aleshin V. N. (2003) Mikroprotsessornaya tsentralizatsiya strelok i signalov sistemy Ebilock-950 [Microprocessor-based centralization of arrows and signals of the Ebilock-950 system]. Avtomatika, svyaz, informatika [Automation, communication, informatics], no. 1. (In Russian)
6. Nikitin A. B., Kovkin A. N., Manakov A. D. (2018) Ispolzovaniye malogabaritnykh silovykh rele v bezopasnykh ustroystvakh sopryazheniya komp'yuternykh sistem zheleznodorozhnoy avtomatik [Using the small-sized power relays for design of safe interface devices within the computer systems of railway automation]. Avtomatika na transporte [Automation on Transport], no. 2, vol. 4.
7. Dreiman O. K., Gavzov D. V., Ilyukhin M. V. (1991) Beskontaktnyye ustroystva sopryazheniya mikroprotsessornykh sistem zheleznodorozhnoy avtomatiki s napolnymi obyektami [Non-contact devices for interfacing microprocessor systems of railway automation with floor objects]. Avtomatika, telemekhanika i svyaz [Automation, remote control and communication], no. 1, pp. 12-14.
8. Sapozhnikov Vl. V., Nikitin A. B. 2009 Mikroprotsessornaya sistema elektricheskoy tsentralizatsii MPTS-MPK [Microprocessor system of electric centralization MPCMPK]. Nauka i transport [Science and transport], no. S, pp. 18-21.
9. Gavzov D. V., Kovkin A. N. (2004) Beskontaktnye USO dlya mikroprotsessornykh tsentrali-zatsij. Problemy bezopasnosti funktsionalnykh preobrazovatelej s nesimmetrichnym otka-zom [Contactless USO for microprocessor centralization. Safety problems of functional converters with asymmetric failure], Collection of proceedings. St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS]. (In Russian)
10. Khristov K. (1984) Electronization of equipment. Sofia: Technics, 355 p. (In Bulgarian)
11. Schiwek L. W. (1986) Failsafe - Schaltungen mit LOGISAFE - Technik. Signal and Draht, h. 9, s. 192-197. - Дата ведь должна идти перед названием? И вообще тут, похоже, что-то потерялось. В русском библ. списке было так: Schiwek L.W. Failsafe Circuits with LOGISAFE technology / Signal and wire. - 1986. - № 9. - Pp. 192-197.
12. Kovkin A. N. (2005) Metodypostroyeniya beskontaktnykh ustroystv sopryazheniya upravlyay-ushchego vychislitel'nogo kompleksa s ispolnitel'nymi obyektami sistem zheleznodorozhnoy avtomatiki. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk [Methods of constructing contactless devices for interfacing the control computer complex with the executive objects of the railway automation systems. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences]. Saint Petersburg, St. Petersburg State Transport University Publ. (In Russian)
13. Nikitin A. B., Kovkin A. N, Baluyev N. N., Nasedkin O. A., Aleshechkin Y. A. Patent napoleznuyu model № 114017 MPK B61L. Ustroystvo dlya vklyucheniya ispolnitel'nykh ustroystv sistem zheleznodorozhnoy avtomatiki i telemekhaniki. [Patent for utility model No. 114017 IPC B61L. Device for switching on actuators of railway automation and remote control systems]. Nachalo deystviya patenta 03.10.2011. Data publikatsii 10.03.2012. Date ofpublication 03.10.2012. (In Russian)
14. Kovkin A. N., Kostrominov A. M., Efimenko Yu. I. (2016) Elektronnoye upravleniye ele-ktrodvigatelyamy [Electronic control of electric motors in railway automation systems]. Elektrotekhnika [Electrical engineering], no. 5, pp. 61-65. (In Russian)
15. Kovkin A. N. (2020) Invertory kak sredstvo bezopasnogo upravleniya dvigatelyami streloch-nykh elektroprivodov [Invertors as means of secure control for electric switch mechanisms]. Avtomatika na transporte [Automation on Transport], no. 2, vol. 6, pp. 121-133. (In Russian)
16. SemenovB. Yu. (2001) Silovaya elektronika dlya lyubiteley i professionalov [Power electronics for hobbyists and professionals]. Moscow, SOLON-R Publ., 327 p. (In Russian)
17. Popov A., Popov S. (2013) Primeneniye IGBT v preobrazovatelnoy tekhnike [Application of IGBTs in converter technology]. Novosti elektroniki [Electronics News], no. 5, pp. 35-46. (In Russian)
18. Blake C, Bull C. (1999) IGBT or MOSFET: Choose Wisely. IR, 5 p.
19. Chou W. Ultra-fast 1200V IGBTs reduce switching and conduction losses. Power Electronics, 31.08.2011.
20. IGBT Characteristics. Application Note AN-983. IR, 2012, 16 p.
21. Bulychev A., Avtushenko K. (2013) Klyuch na plecho! Osobennosty primeneniya vysokovolt-nykh draiverov proizvodstva IR [Shoulder arms! Application specificities of high voltage IR-production drivers]. Novosty elektroniky [News of electronic engineering], no. 5, pp. 20-26. (In Russian)
22. Kovkin A. N. (2015) Beskontaktnoye upravleniye elektrodvigatelyamy v sistemakh avtoma-tiky zheleznykh dorog i metropolitenov [Contactless control of electric motors in systems of railway and subway automation]. Problemy bezopasnosty i nadezhnosty mikroprotsessornykh kompleksov [Security and reliability issues of microprocessor-based complexes]. Sbornik trudov nauchno-prakticheskoy konferentsii [Collected papers of research and training conference]. Saint Petersburg, Saint Petersburg State Transport University Publ., pp. 18-23. (In Russian)
23. EfanovD. V., BlyudovA. A. (2014) Povysheniye nadezhnosti datchikov kontrolya polozheniya zheleznodorozhnykh strelok [Increasing the reliability of position sensors of railway points], Collection of proceedings. St. Petersburg: Proceedings of Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university [PGUPS], no. 3, pp. 69-77. (In Russian)
Статья представлена к публикации членом редколлегии профессором Л. А. Барановым Поступила в редакцию 04.03.2021, принята к публикации 30.03.2021
НИКИТИН Александр Борисович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I nikitin@crtc.spb.ru
КОВКИНАлексей Николаевич — кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I akovkin@yandex.ru
© Никитин А. Б., Ковкин А. Н., 2021
