[10-2022] Блок базового контроля для повышенной надежности для УЗП

[Admin]

Блок базового контроля для повышенной надежности для УЗП

КРАСИЛЬНИКОВ Владимир Сергеевич, Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), Филиал СамГУПС в Нижнем Новгороде, кафедра «Общеобразовательные и профессиональные дисциплины», доцент, канд. физ.-мат. наук, г. Нижний Новгород, Россия


Ключевые слова: блок базового контроля, устройство заграждения переезда, ультразвуковой локатор, транспортное средство
Аннотация. Устройство заграждения переезда предназначено для исключения несанкционированного въезда транспортных средств на железнодорожный переезд. В его состав входит блок базового контроля, который позволяет обнаружить въезд автомобиля на переезд, а также анализирует показания датчиков контроля наличия транспортных средств в зоне переезда. Однако, как показывает опыт эксплуатации, надежность его работы недостаточно высокая. В статье рассмотрены возможности и недостатки существующих блоков базового контроля, предложен более надежный вариант этого устройства.

Предотвращение аварийных ситуаций входит в число важных мер для повышения уровня безопасности движения поездов [1-3]. Риски их возникновения можно уменьшить путем реализации организационных и технических мероприятий [4, 5].
Устройство заграждения переезда (УЗП) является дополнительным техническим средством повышения безопасности движения на железнодорожном переезде [6]. Оно состоит из четырех заградительных устройств (УЗ) для автомобильных дорог шириной до 10 м или двух УЗ шириной 6 м; системы контроля свободности (СКС) зон поднимающихся крышек УЗ; щита управления; шкафа для размещения аппаратуры.
В систему СКС входят: блок базового контроля (ББК), размещенный в шкафу трансформатор и четыре ультразвуковых локатора (датчики присутствия транспортных средств), которые устанавливаются на фундаментах УЗ [7].
УЗП работает совместно с автоматической переездной сигнализацией (АПС) и осуществляет заграждение зоны переезда, исключает въезд автотранспорта на огражденный переезд, а также обеспечивает его выезд, если авто
мобиль оказался в зоне переезда после ограждения.
В функции блока ББК входит анализ показаний локаторов для выявления автотранспортных средств в контролируемых зонах УЗ и обнаружение несанкционированного въезда на переезд.

В составе УЗП применяются разные блоки базового контроля [8-10]. Одним из первых использовался ББК1 [11]. Устройство заграждения переезда, в состав которого входил блок, содержит заграждающие элементы в виде подпружиненных секций, связанных приводными рычагами и механическими передачами с толкающими элементами электроприводов, ограничители, упоры и пульт управления.Такая конструкция излишне усложнена датчиками положения. Первоначально ББК1 служил для предотвращения въезда автотранспорта на переезд при приближении к нему поезда. Основным недостатком блока оказалась низкая надежность.
Другой блок базового контроля ББК-2М (ББК2) [12-14] содержит печатную плату с проводниками и элементами, которые включены в единую электрическую цепь. Причем половина этих элементов образует на плате три важные об
ласти: область источника питания (ИП), область задающих генераторов импульсов (ЗГИ) и область регулировочных элементов (РЭ).
Блок ББК2 входит в систему СКС, которая является частью УЗП. Недостатком этого блока также является недостаточная надежность. Среди причин можно назвать некорректный выбор проводников и элементов и их неудачное расположение на печатной плате. Из-за этого происходит ухудшение термостабильности источника питания и, как следствие, снижение помехозащищенности и стабильности работы локаторов, которыми оснащены переезды.
Для повышения надежности заграждающих устройств разработан новый блок базового контроля ББКЗ [15]. В него внесены следующие изменения: область ИП снабжена задающим токовым ключом, в области РЭ установлены регулировочные резисторы, имеющие линейную температурную зависимость, а в области ЗГИ - высоконадежный задающий керамический конденсатор.
Общий вид блока ББКЗ представлен на рис. 1. Схематическое изображение его корпуса - на рис. 2. На рисунке приняты следующие обозначения: 1- кожух, 2 - основание, 3 - печатная плата, 4 - кронштейн.
Новый блок выполнен в корпусе малогабаритного электромагнитного реле штепсельного типа НМШ, имеющего I класс надежности. Прозрачный кожух с переключателем крепится к основанию корпуса затяжным винтом. Печатная плата размещена на кронштейне, который закреплен на основании. При включении реле в схему выведенные наружу штепсельные контакты вставляют в гнезда разъемов.

Печатная плата ББКЗ показана на рис. 3. На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - область источника питания; 2 - область задающих генераторов импульсов; 3 - область регулировочных элементов; 4 - диодный мост; 5 - сглаживающий пульсации конденсатор; 6 - конденсатор; фильтрующий высокие гармоники, 7 - токовый ключ; 8 - источник опорного напряжения для токового ключа; 9-12 - резисторы в схеме источника опорного напряжения; 13 - конденсатор в схеме источника опорного напряжения; 14 - инвертирующий буфер; 15 и 16 - резисторы в схеме задающего генератора; 17 - задающий элемент С; 18 - регулировочный элемент VR1; 19-регулировочный элемент VR2; 20 и 21 - резисторы в схеме формирователя длительности импульсов зондирования; 22 - конденсатор в схеме формирователя длительности импульсов зондирования; 23 - резистор в схеме задающего генератора.
Блок ББКЗ работает следующим образом. Напряжение 40 (+2...-4) В постоянного тока от блока ББКЗ используется для питания и обогрева локаторов СКС. Запуск локаторов происходит от импульсов, которые генерируются формирователем импульсов и усиливаются усилителем мощности ББКЗ. Длительность импульсов определяется радиальным размером зоны контроля УЗ на переезде.
Для защиты от влияния паразитных сигналов от посторонних предметов, находящихся вне переезда, в ББКЗ предусмотрена регулировка частоты запуска зондирующих импульсов. Информация о работе, а также о неисправностях локаторов отражается на светодиодных индикаторах блока.
Надежность ББКЗ во многом зависит от печатной платы (рис. 3), которая содержит область источника питания (ИП), область задающих генераторов импульсов (ЗГИ) и область регулировочных элементов (РЭ). Расположенные вне этих областей элементы обеспечивают деление частот от задающего генератора, синхронизацию импульсов, усиление мощности сигнала и индикацию работоспособности неисправностей, т.е. в меньшей степени влияют непосредственно на надежность работы блока.
Схема ББКЗ имеет определенные особенности построения. Область источника питания включает диодный мост (D), сглаживающий пульсации конденсатор, фильтрующий высокие гармоники конденсатор, токовый ключ (Q) и схему опорного напряжения для токового ключа на соответствующих элементах.
В источнике питания блока ББК2 [12] задающий токовый ключ не использовался. В нем для стабилизации применялась простая схема на основе стабилитрона и резистора, характеристики которых по стабилизации существенно слабее в сравнении с характеристиками аналогичных элементов схемы ББКЗ. Введение в область ИП задающего токового ключа позволило уменьшить зависимость выходного напряжения источника питания от температуры и улучшить его термостабильность. В результате в блоке ББКЗ удалось улучшить стабилизацию напряжения и расширить температурный диапазон.
Недостатком ББК2 является и небольшой диапазон рабочих температур источника питания, который составляет -55...+100 °C. Кроме того, в процессе стабилизации участвует стабилитрон, и протекающие в нем токи добавляют теплоту полупроводниковому кристаллу (так как прямая рассеиваемая мощность стабилитрона низка и составляет всего 0,15 Вт). Это вызывает нелинейность температурных характеристик источника питания ББК2 [12].
В схеме токового ключа ББКЗ реализовано разделение цепи источника напряжения и токового ключа, имеющего температурный диапазон -55...+150 °C и рассеиваемую мощность до 1,5 Вт. Это позволило снизить влияние температуры на эффективность работы схемы стабилизации.
В схеме токового ключа используются транзисторы BDP953, BDP955, FZT653. Возможно также использовать их отечественный аналог - транзистор 2Т665Б9, который является биполярным переключательным и импульсным транзистором с рассеиваемой мощностью от 0,3 до 1,5 Вт с частотой не более 300 МГц.
Область ЗГИ блока ББКЗ включает два генератора импульсов, собранных на базе шестеричного инвертирующего буфера, резисторов и задающего элемента (С). Эти компоненты являются более современными по сравнению с соответствующими компонентами ББК2.
Для повышения надежности работы в области ЗГИ установлен высоконадежный керамический конденсатор группы NPO (класс 1). Принцип его работы основан на анализе температурного коэффициента емкости (ТКЕ), характеризующего зависимость емкости от температуры окружающей среды. Диэлектрики этой группы отличаются низкой диэлектрической проницаемостью и хорошей температурной стабильностью (ТКЕ стремится к нулю). Применение конденсатора с таким диэлектриком позволило значительно улучшить стабильность выходных импульсов генератора и, как следствие, повысить надежность работы ББКЗ.
Область РЭ блока ББКЗ включает подстроечные резисторы VR1, VR2, установленные в схемах генераторов. Эти резисторы имеют линейную температурную зависимость и способны работать при температуре от -60 до +125 °C. Благодаря их применению улучшена стабильность регулировки частоты генератора в широком температурном диапазоне. В итоге удалось повысить точность определения границ зоны, контролируемой ультразвуковыми локаторами.

Применение схемы токового ключа (Q) и элементов (С, VR1, VR2) с улучшенными характеристиками по току, напряжению и температуре позволило повысить надежность работы блока ББКЗ. Кроме того, улучшены такие характеристики локаторов, как помехозащищенность и точность определения зоны контроля.
Таким образом, в новом блоке удалось добиться следующих результатов:
уменьшено влияние температуры на выходное напряжение источника, за счет чего улучшена термостабильность источника питания;
снижено паразитное влияние на элементы области задающих генераторов импульсов, т.е. обеспечена стабильность работы локаторов;
повышена точность регулировки регулировочных элементов, соответственно, стабильность частоты и уровень помехозащищенности локаторов.
Эти положительные эффекты обеспечивают условия для более надежной работы блока базового контроля и устройства заграждения переезда в целом.

СПИСОК источников

1. Седов В.В., Сорокин С.В., Красильников В.С. Системы оповещения обслуживающего персонала постов КТСМ // Железнодорожный транспорт. 2019. № 9. С. 94-96.
2. Красильников В.С. Узлы крепления платформы для устройств контроля схода подвижного состава // Автоматика, связь, информатика. 2022. № 6. С. 12-14. DOI: 10.34649/ АТ.2022.6.6.003
3. Пат. 2768095 РФ МПК В60Т 7/12, В61Н 13/00. Устройство остановки поезда при сходе колесной пары / Красильников В.С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ «СамГУПС». Ns 2021132027; заявл. 01.11.21; опубл. 23.03.22; Бюл. № 9 (I ч.). 8 с.: ил.
4. Пат. 155788 РФ МПК В 61 L 23/00 В 60 К 28/10. Устройство контроля схода колесной пары с рельсов / Зайцев И.А., Ерилин Е.С., Исайчев Н.Г., Красильников В.С. и др.; заявитель и патентообладатель ОАО «РЖД». № 2015102034/11; заявл. 23.01.15; опубл. 20.10.15; Бюл. № 29 (II ч.). 4 с.: ил.
5. Пат. 185444 РФ, МПК В 61 L 23/00, В 60 К 28/10. Устройство контроля схода колесной пары с рельсов / Красильников В.С., Фоминых А.В.; заявитель и патентообладатель АО «НИИЖТ». № 2018121492; заявл. 13.06.18; опубл. 05.12.18; Бюл. № 34 (I ч.). 5 с.: ил.
6. ОСТ 32.200-2002. Устройство заграждения железнодорожного переезда (УЗП). Общие технические условия.
7. Островский И.А. Проблемы средств сигнализации,централизации и блокировки (СЦБ): дипломная работа / Костанайский социально технический университет . Костанай, 2010. URL: https://studbooks.net/ 2453312/ tehnika/statsionarnye_ustroystva_ zagrazhdeniya_pereezdov.
8. А. с. СССР 1801849 МПК В 61 L 29/24. Устройство для ограждения железнодорожного переезда / Шумейко В.А. № 4866746/11; заявл. 14.08.90; опубл. 15.03.93. Бюл. № 10. 4 с.: ил.
9. Пат. 2137645 РФ МПК В61L 29/22, B61L 29/24. Устройство для ограждения железнодорожного переезда / Тюпкин Ю.А., Каменский В.М., Абрамов В.М.; заявитель и патентообладатель ВНИИЖТ. № 98106721/28; заявл. 10.04.98; опубл. 20.09.99. 6 с.: ил.
10. Пат. 2455185 РФ МПК В61L29/24. Устройство управления переездной сигнализацией / Тильк И.Г, Гнить-ко Р.В., Сергеев Б.С.; заявитель и патентообладатель: ЗАО «НПЦ «Промэ-лектроника». № 2010145608/11; заявл. 11.09.10.; опубл. 10.07.2012; Бюл. № 19. 5 с.: ил.
11. Пат. 2066649 Российская Федерация, МПК В61L 29/00, В61L 29/02. Устройство для ограждения железнодорожного переезда / Галимов Г.Г., Потемкин Е.А., Чех Н.П. и др.; заявитель и патентообладатель: ВНИИЖТ. Уральское отделение. № 9292008470; заявл. 26.11.92.; опубл. 20.09.96; Бюл. № 9 (I ч.). 8 с.: ил.
12. Устройство заграждения железнодорожного переезда. Руководство по эксплуатации 9109РЭ / ГУП Уральское отделение Всерос. науч.-исслед. ин-т железн. транспорта. - Екатеринбург: Уральское отделение ВНИИЖТ. -2001. - С. 3-8.
13. Устройство заграждения железнодорожного переезда НРПС. 101.06256.19.0. http://izko 18.ги/ blagoustrojstvo/ustrojstvo-zagrazhdeni-ya-pereezda-uzp-2/ustrojstvo-zagrazh-deniya-pereezda-uzp/.
14. Комплект специального оборудования автоматического заграждения УЗП (КСОАЗ) движению автомобильного транспорта через железнодорожный переезд при одноуровневом пересечении автомобильной дороги : технические характеристики // Производственное объединение «Ограждения, барьеры и системы безопасности» : сайт. 2020. URL: https: И www.uzpspb.com/
15. Пат. 200249 РФ МПК В 61 L 23/00, В 60 К 28/10. Блок базового контроля устройства заграждения железнодорожного переезда / Зайцев И.А., Каменев А.В., Красильников В.С. и др.; заявитель и патентообладатель АО «НИИЖТ». № 2020111611; заявл. 20.03.20.; опубл. 14.10.20; Бюл. № 29 (I ч.). 8 с.: ил.