Глава III
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ УСТРОЙСТВ СЦБ
КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Для выявления фактических отклонений параметров элементов и систем железнодорожной автоматики и телемеханики от норм и предупреждения возможных отказов важное значение имеет применение специальных технических средств. Построение таких средств для выполнения проверок и использование их с учетом условий эксплуатации является составной частью технического диагностирования. С помощью этого решаются задачи проверки работоспособности, предупреждения и поиска причины отказов и прогнозирования состояния элементов и систем.
Средства технического диагностирования классифицируются по следующим основным признакам: степени воздействия на объект; принципу диагностирования; степени автоматизации; характеру решаемых задач. Такая классификация дает возможность провести системный анализ использования их применительно к устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики.
По степени воздействия на объект все технические средства могут быть разделены на активные и пассивные.
Активные технические средства представляют собой специальные устройства, обеспечивающие подачу контрольных сигналов на вход системы и дающие возможность оценить реакцию системы на соответствующий сигнал. Проверка устройств СЦБ с применением активных технических средств предусматривает использование специальных макетов и стендов. Однако в простейших случаях контрольным сигналом может служить и обычный рабочий сигнал, если это не мешает нормальному действию системы.
Для проверки работоспособности вновь вводимых устройств широко используются макеты стрелок, светофоров и рельсовых цепей, с помощью которых легко имитируют все сигналы, поступающие от этих объектов. Для проверки и поиска отказов в аппаратуре кодового управления применяется метод "проверки на себя", который также предусматривает активное воздействие на систему подачей контрольных сигналов, формируемых самой системой. Такой же метод может широко применяться и для проверки ряда других устройств, как, например, линейных цепей РПБ, цепей смены направления автоблокировки и т. д.
На ряде дистанций созданы специальные контрольные устройства, позволяющие имитировать передачу и прием кодовых сигналов в системах ДЦ. Последовательная передача таких сигналов с возможностью остановки на каждом такте позволяет быстро обнаружить любой отказ. Имитирующие устройства применяют также и при проверке аппаратуры ГАЦ, АРС и другой горочной техники.
К пассивным техническим средствам относятся устройства, фиксирующие состояние отдельных элементов или узлов системы. Сюда относятся индикаторы, контрольные приборы и специальные устройства, позволяющие зафиксировать определенную последовательность работы схемы.
Наиболее простыми являются оптические и акустические индикаторы, контролирующие состояние определенных реле.
Более сложные индикаторы — счетчики, следящие системы, сигнализаторы выхода контролируемого значения параметра за допускаемые пределы.
По принципу диагностирования различают технические средства для проверки функционирования объектов и для оценки параметров объектов.
Наибольшее распространение в области СПБ получили стенды для проверки функционирования блочной аппаратуры (блоков МРЦ, ГАД, кодовой автоблокировки, кодовых ячеек ДЦ и др.). Такие стенды позволяют проверить аппаратуру по всем вариантам выполняемых ею функций. В отличие от других видов аппаратуры (автоматической телефонной и многоканальной связи, радиосвязи) устройства СЦБ по принципу своей компоновки плохо приспособлены для наложения функционального контроля на действующую систему. Так, все блоки МРЦ являются многофункциональными, а отдельные элементы этих блоков (контакты реле) относятся к целому ряду не связанных между собой схем. При таком построении аппаратуры для создания функционального контроля блоков в процессе эксплуатации понадобилась бы контрольная схема, по сложности не уступающая контролируемой аппаратуре. Поэтому функциональный контроль релейных схем строится не по блочному, а по функциональному признаку, т. е. контролируются отдельные электрические цепи или отдельные такты схемы.
Проверка объектов по нормированным параметрам применительно к устройствам СЦБ сводится к проверке электрических параметров (ток, напряжение, сопротивление, емкость) и неэлектрических — в основном временных параметров.
В настоящее время контроль параметров осуществляется главным образом при профилактических измерениях и периодической замене аппаратуры, а возможности непрерывного контроля используются крайне ограниченно. Существует непрерывный контроль напряжения важнейших источников питания, сопротивления изоляции кабеля и монтажа. В то же время значительный эффект дает контроль за временем перевода стрелки, за плотностью прилегания остряка к рамному рельсу, за состоянием изолирующего стыка и др.
По степени автоматизации технические средства диагностирования могут быть ручными, полуавтоматическими и автоматическими. К ручным устройствам относятся контрольно-проверочные приборы, подключение которых осуществляется вручную, хотя выбор места их подключения может быть заложен в специальную программу. Полуавтоматические и автоматические средства контроля и диагностирования предусматривают автоматическое подключение к определенным контрольным точкам по заданной программе.
Структурная схема простейшего автоматического устройства обегающего контроля состоит из распределителя, тактового генератора, шифратора и дешифратора, порогового датчика и индикаторного устройства.
Информация может передаваться селективным методом, если контролируемый объект находится на значительном удалении от индикатора. Так, для передачи информации об отказах на сигнальной точке автоблокировки в системе диспетчерского контроля используется частотная селекция.
По характеру решаемых задач технические средства диагностирования могут быть предназначены для определения работоспособности, обнаружения неисправности, переключения на резервную аппаратуру, а также для прогнозирования процесса возникновения неисправностей.
Наиболее просто может быть реализован принцип получения контроля работоспособности или исправности контролируемого объекта. При этом пороговыми датчиками контролируется ряд параметров и при соответствии этих параметров нормативным значениям формируется обобщенный сигнал работоспособности схемы. При выходе одного из параметров за границы допусков на центральный пункт поступает сигнал общей неисправности.
Допусковые, или пороговые, датчики устанавливают для контроля напряжения на путевых реле, светофорных лампах, источниках напряжения постоянного и переменного тока и в других цепях, где напряжение должно быть строго нормировано. Схемы таких датчиков не должны допускать опасного влияния на контролируемый объект, поэтому датчики, имеющие резисторный вход, должны обладать входным сопротивлением не менее 50 кОм. В качестве регистрирующего элемента датчиков используют электромагнитные реле или магнитоуправляемые контакты.
Полная гальваническая развязка контролируемой цепи с пороговым датчиком может быть достигнута при использовании контактных миллиамперметров и милливольтметров. Приборы М286к, М283к, МЗОЗк и другие обеспечивают класс точности 2,5 — 4,0 и могут работать при температуре окружающего воздуха от минус 30 до плюс 50 ° С. В том случае, когда гальваническая развязка датчиков и рабочих цепей невозможна, сопротивление датчиков, как было сказано выше, должно быть не менее 50 кОм с учетом действующей нормы защитного сопротивления изоляции цепей СЦБ-1 кОм/В (24 кОм со стороны каждого полюса источника напряжения 24 В).
Для устойчивой работы контактного прибора необходимо, чтобы ток, разрываемый его контактом, и напряжение на контактах были как можно меньше. Поэтому регистрирующее реле должно включаться в коллекторную цепь транзистора, на базу которого подается отпирающий потенциал через контакт прибора.
Основным недостатком, сдерживающим широкое внедрение контактных измерительных приборов в аппаратуру диагностирования устройств СЦБ, является их относительно высокая стоимость и большие габаритные размеры.
Полная гальваническая развязка датчика с контролируемой цепью может быть также достигнута при использовании токового датчика, достроенного на магнитном элементе с прямоугольной петлей гистерезиса. Такие датчики в устройствах диагностирования автоблокировки нашли применение на Куйбышевской и Московской дорогах. Конструктивно датчик Московской дороги представляет собой два тороидальных пермаллоевых сердечника, на которых размещены обмотки считывания (три витка), обмотки смещения (10 витков) и выходные обмотки (два витка). Входная обмотка, состоящая из одного витка, включается в разрыв контролируемой цепи.
Протекающий по входной обмотке контролируемый ток постоянно сравнивается с током в обмотке смещения, значение которого задается по необходимости. При повышении контролируемого тока сверх установленной нормы на выходной обмотке появляются импульсы напряжения, которые отпирают операционный усилитель, в результате чего на выходе датчика появляется сигнал логической единицы.
Рис. 5. Принципиальная схема датчика тока
В качестве входного устройства порогового датчика постоянного тока могут использоваться и выпускаемые промышленностью датчики тока типов ДТ-2 и ДТ-3 (рис. 5), представляющие собой измерительный трансформатор постоянного тока, действие которого основано на использовании явления подмагничивания сердечника постоянным током.
Дроссель насыщения 1 представляет собой тороидальную конструкцию и содержит два кольцевых сердечника, на которых размещены обмотки переменного тока 3 и 4, соединяемые последовательно, и охватывающая оба сердечника обмотка управления 2. Тип сердечника 79НМ.ОЛ 16/20-5. Обмотки переменного тока имеют 500 витков провода сечением 0,15 мм2; управляющая обмотка — пять витков провода 0,5 мм2.
При подаче напряжения переменного тока 24 — 30 В по обмоткам переменного тока датчика, дросселю насыщения или выпрямительному мосту будет протекать переменный ток
где контролируемый постоянный ток в управляющей обмотке; w1 - число витков управляющей обмотки; w2 - суммарное число витков обмоток переменного тока.
После выпрямления и фильтрации на выходе датчика появляется напряжение постоянного тока, прямо пропорциональное контролируемому постоянному току.
Наряду с потенциальными и токовыми пороговыми датчиками в системах телеконтроля применяют и пороговые датчики времени. С помощью таких датчиков на станциях фиксируется отклонение от нормы времени перевода стрелок, замедления сигнальных реле, замедления на закрытие шлагбаумов станционного переезда.
В качестве датчика времени может быть использовано электромеханическое реле времени ЭМРВ-27 Б-1, настраиваемое на нужное предельное значение. Применяют также различные бесконтактные схемы задержки.
Внедренный на Горьковской дороге пороговый датчик времени (рис. 6) представляет собой времязадающую цепь из активного сопротивления и емкости с использованием однопереходного транзистора VT (2Т117Б) в качестве релейного элемента и тиристора VD6 (КУ 101) в качестве элемента памяти. Отсчет времени проводится с момента подачи положительного потенциала на вход датчика. Конденсатор заряжается и соответственно повышается напряжение между эмиттером и второй базой транзистора. При достижении определенного значения напряжения на транзисторе последний открывается и открывает тиристор. Цепь, образуемая резистором R4 и диодом VD4, предназначена для разряда конденсатора после окончания цикла измерения. Номиналы цепи RC могут быть рассчитаны или подобраны экспериментально в зависимости от контролируемого интервала. Стабильность схемы может быть обеспечена при условии стабилизации напряжения питания, применения металлобумажных конденсаторов и установки датчика в отапливаемом помещении.