Комплекс макетов устройств СЦБ
М.Б. ЗИНГЕР, начальник Вологодского отделения ПКТБ ЦШ
По заданию Департамента автоматики и телемеханики специалисты Проектно-конструкторско-технологи-ческого бюро железнодорожной автоматики и телемеханики (ПКТБ ЦШ) разрабатывают комплекс макетов устройств СЦБ. Цель создания комплекса -повышение качества выполнения пусконаладочных работ (ПНР) при уменьшении временных и финансовых затрат, приведение к нормативным требованиям условий охраны труда и техники безопасности. Качественная подготовка к пуску устройств электрической централизации позволит также существенно сократить технологические «окна» на их переключение. Описываемые изделия находятся пока в стадии изготовления опытных образцов. Тем не менее нестандартность задачи, отсутствие аналогичных разработок и технологий побудили автора к этой публикации с целью получения критических замечаний и пожеланий специалистов с дорог, имеющих большой опыт производства ПНР. Следует отметить, что предварительные консультации относительно определения состава комплекса, разработки конструктива и организации пользовательского интерфейса выявили значительное расхождение мнений.
Отсутствие промышленно выпускаемых технологических устройств для макетирования негативно сказывается на всем процессе пусконаладочных работ и вызывает значительные временные потери уже при постановке на макет.
К примеру, макетирование рельсовых цепей выполняется с использованием тумблеров или других переключателей и весьма разнообразных самодельных приспособлений, начиная от обычного листа фанеры до металлоконструкций КИПовских стендов.
Светофоры макетируют путем установки перемычек на кроссовых стативах и включения сигнального трансформатора питающей панели в режим короткого замыкания с помощью установки дополнительных понижающих трансформаторов. Ограниченные возможности при установке правильного токового режима огневых реле зачастую приводят к выходу последних из строя по причине перегрузки или дребезжания якоря.
Все вышеизложенное необходимо помножить на отсутствие наборов специализированных соединительных технологических жгутов, имеющих на концах соответствующие штекеры «бананового» или ножевого типа для правильного подключения макетов на кроссовых стативах. Вместо них, как правило, используются куски сигнального кабеля необходимой длины. Для типовых постов ЭЦ станций с более чем 100 стрелками их длина может достигать 50 м и более. Концы кабельных жил расклиниваются в гнездах кроссовых стативов подручными средствами. Как следствие - ненадежные контакты, лишняя работа и дополнительный расход сигнального кабеля. Все необходимые проверки, связанные с разрывом соответствующих цепей, выполняются вручную непосредственно на кроссе. Все это приводит к снижению их качества и производительности труда.
Для начала было решено разработать два автоматических макета (рельсовых цепей и стрелочного электропривода с эмуляцией работы токовых цепей для основных схем управления), два «классических» макета (стрелки и светофора) и понижающий трансформатор мощностью 1,5 кВА со ступенчатой регулировкой напряжения и токов в цепи огневых реле светофоров и использованием режима короткого замыкания.
Автоматический макет рельсовых цепей (АМРЦ) представляет собой комплекс из управляющего АРМа и контроллера, выполненного в виде отдельного конструктива, имеющего в своем составе релейный дешифратор с внешним выходом в виде контактов.
Контроллер устанавливается непосредственно в помещении кросса и подключается к кроссовым стативам специализированными соединительными жгутами со штекерами, соответствующими конструкции коммутационных панелей стативов. Управляющий АРМ соединяется с контроллером через последовательный порт и конвертер RS-232/токовая петля по физической четырехпроводной линии, для организации которой временно используются любые запасные кабельные жилы.
Макет разрабатывается в двух вариантах - централизованном и децентрализованном. Они различаются только конструкцией контроллера и количеством подключаемых рельсовых цепей.
Централизованный рассчитан на подключение до 124 рельсовых цепей, выполнен в металлическом корпусе и имеет сменные платы релейного шифратора. Последние отличаются типом выходных контактов (рис. 1 а, б) и способом объединения в группы в зависимости от вида коммутируемых цепей.
В составе контроллера имеются четыре эмулятора кода КПТШ-5(7) для макетирования рельсовых цепей участков удаления частотой 25 или 50 Гц. Участки приближения макетируются с помощью выделенных групп контактов сменных плат. Внешний вид контроллера (спереди и сзади), его габаритные размеры показаны на рис. 2, а, б.
Программное обеспечение (ПО) контроллера позволяет проверить функционирование любого релейного выхода (включение/выключение) и эмулятора непосредственно с управляющей панели. В состав По входят соответствующие диагностические функции для проверки своей работоспособности.
Аппаратно-программное исполнение АМРЦ дает возможность подключать к одному управляющему АРМу до восьми контроллеров, включая удаленное размещение последних. Они могут подключаться к АрМу или контроллеру-ретранслятору по физической четырех-проводной цепи на расстоянии до трех километров. Такая необходимость может возникать, например, при проверке зависимостей увязки со смежными постами ЭЦ или маневровыми районами. К контроллеру-ретранслятору можно подключать до двух дополнительных контроллеров.
Металлический корпус делает контроллер достаточно ударопрочным. Планируемая длина соединительных технологических жгутов позволит размещать контроллер на значительном удалении от кроссовых стативов.
С помощью централизованного варианта АМРЦ можно регулировать электрические централизации с количеством стрелок более 100.
Децентрализованный вариант рассчитан на подключение до 48 рельсовых цепей включительно, имеет в своем составе блок контроллера и блок коммутации рельсовых цепей. Также в его составе имеются эмуляторы кода КПТШ-5(7) и выделенные контактные группы для макетирования участков приближения. Типы выходных контактных групп имеют жесткую привязку к конкретной модификации блока коммутации рельсовых цепей, который следует заказывать исходя из определенных функциональных задач.
Блок контроллера и блок коммутации рельсовых цепей имеют пластмассовые корпуса с размерами 430х203х43 мм. Конструкция и вес блоков позволяют крепить их на любом стативе с помощью специализированного приспособления. Отличительной особенностью данного варианта контроллера является возможность измерения аналоговых параметров (ток, напряжение, сдвиг фаз) по любому из коммутируемых выходов. К управляющему АРМу непосредственно может быть подключено до восьми контроллеров, а в режиме ретрансляции через смежный блок коммутации рельсовых цепей - до 16.
Структурная схема децентрализованного варианта АМРЦ приведена на рис. 3. Он применяется для регулировки электрических централизаций с количеством стрелок до 100.
С помощью программного обеспечения АРМа можно индивидуально включать/выключать объекты. Оно позволяет задавать необходимые маршруты с автоматическим занятием и освобождением рельсовых цепей в необходимой последовательности с установленной скоростью передвижения условной подвижной единицы. Основная экранная форма управляющего АРМа показана на рис. 4.
Оба рассматриваемых варианта АМРЦ с точки зрения схемотехнических решений являются унифицированными и могут быть использованы для коммутации практически любых электрических цепей без превышения коммутируемых мощностей и формирования управляющих воздействий, например, разрыв контрольных цепей стрелок и светофоров при проверках зависимостей. Они позволяют применять удаленное беспроводное управление контроллерами с использованием карманных переносных компьютеров (КПК) и интерфейса «Bluetooth», что создает дополнительные удобства при работе в релейной без привлечения дополнительных специалистов для работы с АРМом.
На малых станциях с количеством стрелок до 10 и блок-постах не всегда целесообразно устанавливать автоматические макеты рельсовых цепей. Для таких случаев специалисты Вологодского отделения ПКТБ ЦШ в инициативном порядке разработали переносной вариант макета в компактном исполнении без использования управляющего АРМа. Конструктивно он скомпонован в пластмассовом контейнере с размерами 400х300х130 мм (рис. 5), включение/выключение рельсовых цепей происходит вручную (с помощью тумблеров). Настройка макета на соответствующий тип коммутационных контактов в зависимости от типа рельсовых цепей осуществляется установкой перемычек на настроечном разъеме. В составе этого устройства тоже есть эмуляторы кода КПТШ-5(7) для макетирования участков удаления. К кроссовым стативам он подключается специализированными соединительными технологическими жгутами необходимой длины с соответствующими штекерами на конце.
Автоматический макет стрелочного электропривода (АМСЭ). Применяемые сегодня технологии выполнения пусконаладочных устройств электрической централизации не могут обеспечить полноценную проверку схемы управления стрелкой с проверкой работы токовых цепей и качества построения напольной кабельной сети. Последнее особенно актуально при подключении новой кабельной сети модернизируемой станции к существующим электроприводам. В этом случае просчеты при проектировании и строительстве могут резко увеличить фактическое время технологического «окна» при переключении, а также привести к фатальным результатам, требующим переукладки кабеля.
Успешное решение обозначенных проблем поможет вывести процесс пусконаладочных работ на качественно новый уровень. С этой целью специалистами Вологодского отделения ПКТБ ЦШ разрабатываются автоматические макеты стрелочных электроприводов для основных схем управления стрелками. Рассмотрим варианты для двухпроводной (с центральным и магистральным питанием) и пятипроводной схем управления. В качестве конструктива для вышеупомянутых макетов выбран пластмассовый кейс (410х340х205 мм), внешний вид которого для обоих вариантов приведен на рис. 6 и 7.
Для проверки работы токовых цепей в качестве эквивалента электродвигателя используются нагрузочные резисторы с суммарной регулируемой нагрузкой до 400 Вт. Алгоритмы работы обоих макетов на стадии подключения одинаковы. Согласно им запрашиваются сведения о стрелке:
спаренная или одиночная (у спаренной запрашивается номер - первая или вторая);
тип питания (магистральное или центральное) для двухпроводной схемы;
положение стрелки (плюсовое или минусовое) и соответствие положения приборов в схеме управления;
правильность подключения макета.
С подтверждением последнего подпункта макет включается в работу. На примере двухпроводной схемы управления одиночной стрелкой с центральным питанием дальнейший алгоритм его работы выглядит следующим образом:
проверяется наличие напряжения контрольной цепи и его соответствие по амплитуде;
при положительном результате схема макета подключает эквивалент блока БДр в соответствии с выбранной установкой положения стрелки и проверяет появление постоянной составляющей соответствующей амплитуды и полярности.
При переводе стрелки контролируются пропадание напряжения в контрольной цепи и появление в линии напряжения рабочей батареи соответствующей полярности и амплитуды.
Затем к линии автоматически подключаются нагрузочные резисторы на период, заданный положением переключателя на лицевой панели макета (от 2 до 10 с), во время которого измеряются ток и напряжение рабочей батареи.
После отключения нагрузочного резистора проверяется появление в линии напряжения контрольной цепи, схемой макета подключается эквивалент блока БДР и проверяется появление постоянной составляющей соответствующей полярности и амплитуды, а также индикации, соответствующей положению эмулируемой стрелки.
Алгоритмы работы АМСЭ для пятипроводной схемы стрелки сходны. Единственное отличие заключается в том, что при реверсировании стрелки проверяется правильность изменения чередования фаз.
Автоматические макеты стрелочных электроприводов могут работать от автономного источника питания, например, встроенного аккумулятора при использовании вне поста ЭЦ. При этом обеспечивается протоколирование результатов работы и измерений. Последние можно просмотреть на цифровых индикаторах АМСЭ и при необходимости скачать на АРМ со специализированным ПО через последовательный интерфейс RS-232.
Вышеупомянутые устройства служат для полноценной проверки схем управления стрелкой с имитацией работы токовых цепей как на уровне кроссового монтажа, так и непосредственно на напольных устройствах с измерением необходимых параметров. Они не предназначены для макетирования стрелок при проверке зависимостей устройств ЭЦ. В этом случае используется неавтоматический (классический) макет стрелок.
Макет стрелки предназначен для макетирования контрольных цепей стрелок и, фактически, представляет собой классический вариант схемы с компоновкой ее в корпусе блока БДР.
В предлагаемом макете стрелки для двухпроводной схемы управления (рис. 8) имеется миниатюрное поляризованное реле 2К1 типа AXICOM P2 V23079, выполняющее функции реверсивного реле ППр3-5000. Это создает несомненные удобства и снижает трудоемкость при его подключении.
Описанные выше устройства -это первый этап в создании базисного аппаратно-программного комплекса автоматических отладочных средств для устройств электрической централизации. Требуется разработка соответствующих макетов перегонных устройств и систем переездной автоматики для перехода на полностью автоматические технологии проверки.
Для релейных систем создание последних связано с особыми трудностями. Основная проблема заключается в том, что для внедрения систем автоматической проверки зависимостей при формировании управляющих воздействий на объекты СЦБ требуется прямая связь с пультом управления дежурного по станции и обратная связь с табло для проверки правильности восприятия и отображения объектов. Пока такие возможности типовыми решениями для релейных систем электрической централизации не предусмотрены.
При поэтапном переходе на такие технологии применительно к любым системам ЭЦ уже сейчас требуется срочная разработка схемотехнических решений для пультов управления и табло релейных систем ЭЦ с целью унификации подключения управляющего АРМа к управляющим и информационным цепям. Чисто аппаратные решения для реализации таких функций выглядят достаточно просто - установка дополнительных разъемов с параллельным подключением контактов к кнопкам (подсистема ТУ) и лампочкам табло (подсистема ТС).
Унификация подключения подсистемы ТС и выполнение необходимого монтажа промышленным способом будет иметь большое значение при внедрении систем мониторинга устройств СЦБ (СТДМ). Съем информации ТС непосредственно с лампочек табло фактически стал основным и имеет бесспорные преимущества перед съемом с использованием отдельных контактов. В этом случае объемы монтажа, стоимость и сроки выполнения работ предельно минимизируются. Включение этой подсистемы ТС в типовое проектирование и выполнение монтажа в заводских условиях еще более удешевит стоимость внедрения систем диагностики при безусловном повышении качества монтажа. Подключение любых систем СТДМ к подобной подсистеме ТС будет выполняться с минимальными затратами через переходные разъемы.
При реализации полноценных технологий автоматической проверки зависимостей устройств электрической централизации подготовка схем подключения автоматических макетов и программного ресурса конкретной станции однозначно должна входить в состав проекта.
Автор статьи будет благодарен за любые критические замечания и пожелания специалистов, имеющих достаточный практический опыт и знакомых с проблемами макетирования при производстве пусконаладочных работ.
Единственным принципиальным отличием от «классической» схемы макетирования применительно к пятипроводной схеме управления стрелкой является компоновка в одном корпусе двух эквивалентов блока БДР.
Тумблеры, установленные в контрольных цепях, служат для дистанционного разрыва последних и использования возможностей макета рельсовых цепей при проверке зависимостей устройств Эц.
Макет светофора представляет собой нагрузочный эквивалент для всех типов светофоров с лампами мощностью 15 и 25 Вт (однонитевых и двухнитевых) и предназначен для полноценной эмуляции работы светофоров со штатной схемой управления. Он может подключаться на уровне кросса и напольного оборудования. Для индикации используются светодиоды соответствующей цветности. Подключение необходимых огней происходит в соответствии с принципиальной схемой эмулируемого светофора.
Сам макет выполнен в виде двух частей - блока управления с необходимой индикацией и нагрузочного блока с силовыми резисторами. Такое решение принято в связи с тем, что при длительной работе нагрузочные блоки сильно нагреваются и могут создавать определенный дискомфорт для регулировщика при компоновке их в одном корпусе. Принципиальные схемы блока управления и нагрузочного блока макета приведены на рис. 9 и 10 соответственно. Макет выполняется в двух вариантах - для цепей питания 220 В (МС-1) и 12 В (МС-2).
Предусмотрена возможность дистанционного разрыва контрольной цепи с помощью тумблера для использования возможностей макета
