 |
Принцип действия путевого датчика системы счета осей устройств контроля участков пути
|
|
|
|
Путевой датчик (ПД) типа ДПЭП системы устройств контроля участков пути (УКП СО), разработанный Уральским отделением ВНИИЖТ,
является источником первичной информации о количестве осей подвижного состава, которые проследовали по контролируемому участку пути. Датчик представляет собой электромагнитную систему с переменными параметрами, входным электрическим сигналом которой является высокочастотное переменное напряжение генератора, расположенного в аппаратуре счетного прибора (СП). Напряжение выходного сигнала ПД зависит от параметров магнитной системы, которые изменяются при появлении и проследовании колеса над датчиком.
Рассмотрим упрощенную конструкцию и схему путевого датчика показанную на рис.6, поясняющие принцип действия ПД. На питающий вход ПД подается высокочастотное переменное напряжение Uген частоты fген = 71,4 кГц. На рельсе 1 условно показано колесо 2 подвижного состава. Параллельно оси рельса 1 расположен индуктор 3, по которому протекает ток iинд, создающий в пространстве около рельса 1 и колеса 2 переменное магнитное поле. Это поле создает в выходной катушке 4 напряжение Uвых, величина которого зависит от магнитного сопротивления цепи между индуктором 3 и катушкой 4. Отсутствие или наличие колеса в этом пространстве изменяет это магнитное сопротивление и взаимоиндуктивность Ми–к между индуктором 3 и катушкой 4, что вызывает изменение величины выходного напряжения датчика Uвых.
Рассмотрим электрическую схему путевого датчика представленную на рис.7. Здесь емкость СЭ1 эквивалентна сумме емкостей С1 и распределенной емкости жил кабеля от ПД до СП, а емкость СЭ2 – эквивалентна емкости других жил того же кабеля. Величина взаимоиндуктивности Ми-к, как было сказано ранее, зависит от наличия или отсутствия колеса над магнитной системой ПД. Согласование уровней токов и напряжений в электрической цепи генератора и индуктора осуществляется при помощи трансформатора ТV, которыйвыполнен на тороидальном ферритовом сердечнике. Его первичная обмотка w1 содержит 20 витков, вторичная w2 – 1 виток. Для повышения эффективности работы датчика в его входную цепь включен резонансный контур, образованный индуктивностью обмотки w1 и емкостью конденсатора С1, настроенный на частоту fген.
|
|
|
Таким образом, как видно из схемы на рис.7, если названные параметры схемы неизменны, то выходное напряжение Uвых датчика определяется только величиной взаимоиндуктивности Ми-к, изменение которой на величину Ми-к, вызванное наличием или отсутствием колеса над датчиком, приводит к появлению изменения напряжения выходной катушки ПД на значение Uвых.
Рис.6
Наличие высокочастотного напряжения Uген и соответствующего ему тока iинд в индукторе накладывает ряд особенностей на процессы работы ПД. Это вызвано, в первую очередь, тем, что металлические массы колеса при воздействии на них переменного высокочастотного магнитного поля изменяют свои магнитные свойства за счет увеличения потерь на перемагничивание, гистерезис (запаздывание), проявление поверхностного эффекта и т.д.
Рис.7
Эти изменения приводят к тому, что наличие колеса в магнитной цепи датчика становится эквивалентным массе внесенной в него, которая по своим свойствам близка к алюминиевой (или, например, медной, латунной). Поэтому имитатор колеса, используемый при технологических проверках ПД, выполнен в виде алюминиевой пластины. Причем следует иметь в виду, что уменьшение частоты fген напряжения питания датчика, при котором масса колеса будет проявлять ферромагнитные свойства, нежелательно вследствие значительного снижения чувствительности датчика.
|
|
|
Кроме того, следует заметить, что практическая конструкция и электрическая схема путевого датчика на самом деле значительно сложнее. Это обусловлено двумя обстоятельствами.
Первое из них заключается в том, что изменение выходного напряжения 
Uвых, связанное с проследованием колеса над выходной катушкой, очень незначительно и не превышает нескольких сотен милливольт при наличии постоянной амплитуды переменного напряжения на выходе катушки: Uвых = 10…15 В. Поэтому для надежного выделения столь относительно малого значения напряжения Uвых применен дифференциальный способ выделения полезного сигнала, а это, в свою очередь, требует введения дополнительной выходной катушки.
Вторая причина усложнения вызвана необходимостью введения контроля работоспособности и правильно закрепленного состояния датчика на рельсе. Это также обусловило введение других дополнительных выходных катушек ПД.
Рассмотрим расположение катушек в реальном путевом датчике и упрощенную схему их включения показанную на рис.8. Здесь колесо и входной трансформатор ТV подразумевается условно, чтобы не усложнять изображение.
Датчик содержит четыре выходные катушки: 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 с одинаковым числом витков. Они расположены вдоль продольной оси индуктора 3 и над ним. Расстояние от продольной оси катушек до рельса не одинаково: катушки 4.1 и 4.2 установлены дальше от рельса, чем катушки 4.3 и 4.4. Выходные напряжения катушек в соответствии с их порядковой нумерацией обозначены как Uвых1, Uвых2, Uвых3 и Uвых4. Балансировочными резисторами R“A” и R“Ф” дифференциальной схемы выделения полезного сигнала осуществляется настройка ПД после его установки на рельс и подстройка в случае необходимости в процессе эксплуатации. Цепь (R ф и Cф) служит для фильтрации высокочастотных помех. Трансформатор ТVвых выполняет функции согласования уровней сигналов. Его выходное напряжение Uс, снимаемое с вторичной обмотки w2, поступает далее на селективный усилитель переменного напряжения (на схеме не показан). Оптоэлектронные ключи S1 и S2 (ИМС типа 293КП1), управляемые светодиодами VD1 и VD2, соответственно осуществляют шунтирование выходов катушек 4.1 и 4.3 для выполнения функции тестирования ПД. Управление работой светодиодов выполняется двумя разнополярными импульсными сигналами, условно обозначенными как один сигнал Uупр.
|
|
|
На рис.8, показано включение только двух катушек 4.1 и 4.3. Катушки 4.2 и 4.4 включены на аналогичную электрическую схему, процессы работы которой не отличаются от рассматриваемых ниже для катушек 4.1 и 4.3. Катушки 4.1 и 4.3 включены встречно, поэтому суммарное выходное напряжение, поступающее на схему балансировки,
Uвых = Uвых1 – Uвых3 (1.4)
Если магнитная связь между индуктором 3 с каждой из катушек одинакова, то напряжения Uвых1 и Uвых3 будут равны между собой, в соответствии с этим Uвых = 0. Так как катушки 4.1 и 4.3 расположены на различных расстояниях от рельса 1 и смещены относительно продольной оси индуктора 3, то их выходные напряжения исходно различны, а напряжение Uвых = 0.
Для приведения выходного напряжения cхемы к нулевому уровню, при отсутствии колеса над катушками, (Uc = 0) служит схема балансировки. Регулировка схемы, т.е. получение нулевого уровня сигнала, производится следующим образом. Поочередным вращением потенциометра R“A” и R“Ф” устанавливают минимальный уровень сигнала UС. На этом балансировка схемы заканчивается.
6 Принцип действия путевых датчиков и системы счета осей фирмы “SIEMENS”
Принцип действия системы счета осей иллюстрируется схемой
показанной на рис.9. Устройство счета осей состоит: из двухканальных датчиков Д1 и Д2, аппаратуры счетных пунктов (СП) и счетного устройства СУ. Датчики Д1 и Д2 располагаются на шейках рельсов. Аппаратура СП размещается непосредственно у рельсовой линии в путевых ящиках специальной конструкции (ПЯ1 и ПЯ2).
Счетное устройство СУ располагается в помещении поста ЭЦ и связывается с каждым датчиком двухпроводной линией Л1, Л2. На выходе СУ включены два реле 1-го класса надежности.
При свободном состоянии контролируемого участка пути П реле занятости РЗ находится без тока, а реле свободности РС – под током. Если участок пути П занят, то под током будет находиться реле РЗ, а без тока – РС.
|
|
|
Передающие катушки К1, К2 датчика Д1 получают питание от генератора Г частотой f0 = 43 кГц. Сигнал с приемных катушек К3, К4 поступает на приемники-преобразователи П1и П2. На выходе приемника первого канала при отсутствии осей в зоне датчика будет присутствовать сигнал частотой f1=3,6 кГц, а на выходе приемника второго канала – сигнал частотой f2= 6,5 кГц. Через фильтры Ф1, Ф2 и согласующий трансформатор эти сигналы поступают по двухпроводной линии к счетному устройству (СУ). По этой же линии от СУ в ПЯ подается напряжение постоянного тока для питания аппаратуры СП (П, М). В счетном устройстве сигналы из линии после согласующего трансформатора разделяются фильтрами Ф1, Ф2 и поступают на микропроцессорный счетчик С.
При вступлении колеса в зону действия датчика сигнал на его приемных катушках увеличивается. Это приводит к изменению частот на выходах приемников-преобразователей и, как следствие, к уменьшению их уровней на выходах соответствующих фильтров и в линии. В зависимости от направления движения сначала уменьшается сигнал на одной частоте, а потом – на другой.
Изменение уровня сигнала в линии фиксируется счетчиком С в СУ. При этом очередность изменения уровня на частотах f1 и f2 позволяет оценивать направление движения и выполнять операции суммирования или вычитания числа осей в счетчике.
Если на участок П со стороны Д1 зайдет состав, то счетчик С обеспечит суммирование всех осей состава. При этом после фиксации уже первой оси реле РС обесточится, а реле РЗ получит питание.
При выходе с участка П через датчик Д2 (работающий аналогично датчику Д1) счетчик С выполняет операции вычитания. Если число вошедших осей совпадает с числом вышедших осей, то счетчик придет в исходное состояние. В результате на его выходе обеспечится возбуждение реле РС и обесточивание реле РЗ.
Если по каким-либо причинам произойдет сбой в работе СУ, и при фактической свободности участка П счетчик С не придет в исходное состояние, то потребуется искусственное восстановление его нормальной работы. Это обеспечивается нажатием специальной кнопки (выводы В, ОВ), подключаемой к счетчику С в СУ. Эта кнопка может располагаться на пульте дежурного по станции. Вместе с тем, при некоторых видах отказов аппаратуры и нестандартных эксплуатационных ситуациях, действие этой кнопки блокируется, и для приведения системы в исходное состояние требуется нажатие дополнительных кнопок (на схеме не показаны).
Счетное устройство С для обеспечения требований безопасности выполнено с использованием двух параллельно действующих микропроцессоров. Работа процессоров постоянно (независимо от наличия осей в зоне датчика) проверяется с помощью специальных тестовых программ. Результат сравнивается с контрольным устройством.
|
|
|
Наличие датчиков и аппаратуры СП, а также контроль за их исправным состоянием, осуществляется счетчиком С, который реагирует на сигналы по каждому каналу от каждого датчика. Пропадание сигнала хотя бы по одному каналу приводит к блокировке счетчика, и его дальнейшая работа возможна только после устранения отказа и искусственного восстановления его исходного состояния.
|
|
|
