 |
Основные теоретические сведения
|
|
|
|
Электрические схемы, отображающие принцип действия каких-либо устройств СЦБ, выполняют ответственные задачи по безопасности движения поездов, поэтому к ним предъявляются определенные требования.
Цепи железнодорожной сигнализации, централизации, блокировки могут быть классифицированы по их функциональному назначению и условиям работы на следующие группы:
1) элементов систем централизации стрелок и сигналов;
2) элементов автоблокировки и авторегулировки, обеспечивающих безопасность движения;
3) логических схем вспомогательных устройств управления и контроля, непосредственно не связанных с обеспечением безопасности движения;
4) приборов телемеханического управления и контроля.
Цепи первых двух группвыполняют ответственные задачи, поэтому ни при каких обстоятельствах они не должны допускать отказов, создающих угрозу безопасности движения.
При вычерчивании схемы СЦБ используются типовые условные обозначения приборов, коммутирующих устройств и питающих проводов.
Имеется ряд технических положений, которые следует учитывать при составлении схем СЦБ. Эти положения, полученные на основании многолетнего опыта проектирования и эксплуатации такого вида устройств, и сводятся к следующему.
1) Для построения схем СЦБ применяют приборы (реле), не допускающие опасных отказов. До настоящего времени основным прибором, используемым в ответственных цепях, является реле первого класса надежности, имеющее следующие характерные особенности:
а) герметичный прозрачный пломбируемый корпус;
б) несвариваемые контакты, что обеспечивается применением в качестве контактного материала угольно-серебряных компонентов;
|
|
|
в) отпадание общего для всех контактов якоря происходит под действием собственного веса, а не только из-за реакции контактных пластин, способных в процессе эксплуатации деформироваться;
г) высокий коэффициент возврата (не ниже 0,5);
д) согласованное положение всех одноименных контактов, при котором неразмыкание хотя бы одного тылового контакта исключает замыкание всех его фронтовых контактов.
2) Применяют аппаратную или информационную избыточность или проверяют алгоритмы устройства, если используют приборы, допускающие опасные отказы. Так, например, широко практикуется метод проверки алгоритмов в рельсовых цепях с путевыми реле, работающими в импульсном режиме и поэтому не имеющими угольно-серебряных контактов, как не обеспечивающих требуемого ресурса непрерывной работы.
Если рельсовая цепь свободна, то путевое реле 1ИП (рис. 3.1, а) работает в импульсном режиме, а при ее занятости обесточивается. Для проверки импульсной работы рельсовой цепи и управления светофором используют реле 1П первого класса надежности.
Схемы контроля импульсного путевого реле 1ИП представлены на рис. 3.1. Из них наиболее простая схема проверки (см. рис. 3.1, а) создает ситуацию ложной свободности рельсовой цепи в случае сваривания контактов 1 ИП (например, от воздействия грозы или при обрыве контактного провода). От этого недостатка свободна схема (рис. 3.1, б), где длительное замыкание контакта 1ИП в любом положении приводит к разряду конденсатора С2 и к опусканию якоря реле 1П, в результате чего гарантируется перекрытие светофора на запрещающее показание. Однако и в данной схеме возможен опасный отказ при одновременном сообщении фронтового и тылового контактов реле 1ИП в результате их заиндевения. В схеме, приведенной на рис. 3.1, в, этот отказ не приводит к ложной информации о свободности рельсовой цепи.
Рис. 3.1. Схемы контроля импульсной работы реле
|
|
|
3) Приборы, выполняющие функции контроля и замыкания (блокировки) стрелок и сигналов, в нормальном состоянии обтекаются током.
В этом случае при повреждении цепи такого прибора (обрыв, короткое замыкание, отключение электропитания) он выключается и приводит устройство в запрещающее положение, при котором становится невозможным открыть сигнал, перевести стрелку или получить ложную информацию о свободности пути.
4) При проектировании устройств СЦК за нормальное (исходное) состояние устройств железнодорожной автоматики принято такое, при котором отсутствует подвижной состав на рельсовых цепях, причем на перегонах светофоры автоблокировки открыты, а на станциях они закрыты, и стрелки установлены в плюсовое положение.
5) Все изолированные путевые участки на станциях и перегонах должны контролироваться соответствующими приборами. Повреждение любого элемента цепи должно привести к прекращению функционирования устройства немедленно или при передаче очередной команды, связанной с работой данной цепи.
6) Применяют двухполюсное отключение приборов от источника питания, что обеспечивает отключение прибора при снятии управляющего сигнала и практически исключает ложное срабатывание его от ЭДС посторонних цепей.
7) Однополюсное отключение применяют в цепях, имеющих только внутренние соединительные линии, которые находятся в стационарных условиях, т. е. не подвергаются механическим и климатическим воздействиям.
8) Обеспечивают защищенность цепи от ложных срабатываний под воздействием индуцированной ЭДС, которая может появиться из смежной цепи, проходящей в одном кабеле, через емкость кабельных жил. Наибольшее значение ЭДС приобретает в том случае, если внешняя соединительная линия ответственной цепи проходит в зоне влияния силовых цепей (линии высокого напряжения, контактная сеть и др.). При наличии одного и в особенности двух заземлений (в начале и в конце линии) уровень наведенной ЭДС может достигать нескольких сотен вольт, поэтому в устройствах СЦБ широко применяют высокоиндукционные реле постоянного тока, для срабатывания которых требуется очень высокое напряжение переменного тока (800 В и более). При напряжении до 250 В в этих реле гарантируется отпадание якоря.
|
|
|
9) При использовании бесконтактных приборов предусматривают меры, обеспечивающие защитный отказ системы в случае их любого повреждения.
10) Исключают образование обходных цепей, так как в случае неправильного построения схем может произойти срабатывание приборов по обходным цепям без проверки необходимых зависимостей. Для исключения обходных цепей важное значение имеет надежное соединение схемы с полюсами источника питания. При построении схемы лучше использовать вместо проводов шины, обрыв которых в эксплуатации невозможен (маловероятен). Каждый прибор (реле) обязательно подключают одним проводом к отдельному лепестку шины. В этом случае обрыв монтажного провода приводит к потере питания только одного прибора, обходные цепи не образуются.
11) В практике часто возникает необходимость включения некоторого реле А через параллельно соединенные контакты реле, которые размещены на разных стативах. Для сокращения расхода монтажного провода целесообразно положительный полюс источника снимать с шины соответствующего статива, но в этом случае предохранители стативов оказываются включенными параллельно. В результате суммарный ток в проводе «а − в» может оказаться недостаточным для перегорания предохранителей и вызвать возгорание изоляции провода «а − в» (рис. 3.2, а).
 |
Рис. 3.2. Схемы включения предохранителей
Для правильного построения схемы (рис. 3.2, б) необходимо реле А подключать к положительному полюсу источника только через предохранитель своего статива.
При электропитании сложной электрической цепи, приборы которой располагаются на разных стативах, должен предусматриваться отдельный предохранитель в цепи положительного полюса питания, служащий для питания только этой цепи.
12) Контакты приборов пульта (кнопки, рукоятки) не должны выполнять блокировочных функций. С целью исключения образования обходных цепей, которые возникают при понижении сопротивления изоляции между токоведущими частями, контакты приборов пульта должны включаться или в начале, или в конце ответственной цепи.
|
|
|
13) Важное значение имеет подключение реле к источникам питания. Контакты реле и других приборов в схеме необходимо включать в прямой провод, между полюсом батареи и обмоткой реле, чтобы при случайном замыкании проводов, идущих к реле, источник питания закорачивался, а реле шунтировалось (рис. 3.3, а). Включение схемы, изображенной на рис. 3.3, б, неприемлемо, таккак при замыкании проводов сигнальное реле С остается все время под током независимо от занятости пути (контакт реле П).
14) Двухполюсная коммутация цепей в схемах (рис. 3.3, в) является наиболее предпочтительной. При включении контактов реле в прямой и обратный провода схема получается более надежной, так как при замыкании контактов оба полюса источника отключаются от линейных проводов. Это условие должно соблюдаться всегда, если оно не требует установки дополнительных реле из-за недостатка контактов, а в особо ответственных цепях − и независимо от этого.
 |
Рис. 3.3. Схемы включения реле
15) Для обеспечения несрабатывания реле от посторонних источников тока при размыкании его обмоток рекомендуется использовать шунтирование обмоток реле, это правило можно применять в особо ответственных реле при однополюсной (см. рис. 3.3, г) и двухполюсной (см. рис. 3.3, д) коммутации.
16) Все схемы должны строиться из расчета включения минимального количества контактов реле, рукояток, кнопок и т. д.
17) Для уменьшения плотности тока на контактах при прохождении через контакт реле значительного тока, близкого к допустимому по техническим условиям, необходимо все свободные контакты реле включать параллельно.
18) Для экономии общего количества проводов, связывающих отдельные объекты, можно применять общий обратный провод для нескольких электрических цепей (рис. 3.4, а – в) и при однополюсной коммутации цепей (рис. 3.4, а).
Такое включение имеет недостаток, так как при замыкании двух прямых проводов питание двух сигнальных реле (1С и ЗС) идет через контакты одного из путевых реле (1П или ЗП), что не удовлетворяет условиям безопасности. Аналогичная схема с шунтированием обмоток реле показана на рис. 3.4, б, в. В этой схеме короткое замыкание не вызывает опасных последствий, однако при обрыве общего провода возможно последовательное питание двух реле. Применять такую схему при воздушной линии не рекомендуется. Ее применяют только на кабельных линиях.
 |
Рис. 3.4. Варианты использования общего провода
19) Схемы в обесточенном состоянии реле должны обеспечивать такое положение устройств, которое создает большую безопасность, чем при нахождении реле под током. При выборе режима работы реле следует учитывать то, что из двух возможных вариантов нарушения его работы − обесточивание и подпитка − первое является более вероятным.
|
|
|
20) При проектировании устройств в СЦБ необходимо обращать внимание на количество предохранителей в цепях, которое должно быть минимальным. При их размещении следует учитывать эксплуатационные удобства для обслуживающего персонала.
21) Важным моментом при проектировании принципиальных схем являются проверка и анализ их работы при повреждениях (обрыв, замыкание и заземление). Повреждения проводов и приборов не должны допускать таких положений устройств СЦБ, при которых не обеспечивается безопасность движения поездов.
22) Схемы СЦБ должны предусматривать защиту местных и линейных цепей от грозовых разрядов.
Все приведенные требования являются основными, однако они не исчерпывают всех требований, предъявляемых к различным схемам СЦБ. При проектировании и особенно при разработке новых схем эти требования должны подвергаться всестороннему анализу и экспериментальной проверке в лабораторных и эксплуатационных условиях.
3.2. Контрольные вопросы
1) Чем обусловлено применение реле первого класса надежности в схемах СЦБ?
2) Допускается ли возможность применения в схемах СЦБ реле второго класса надежности, и каким образом при этом обеспечиваются условия безопасности?
3) Когда и для какой цели применяется шунтирование обмоток реле?
4) Какое состояние реле (под током, без тока) принимается за исходное при проектировании устройств СЦБ?
5) Почему при проектировании схем предпочтительно двухполюсное отключение приборов от источника питания?
6) Каковы требования по количеству и месту установки предохранителей в схемах?
7) На какой вид повреждений должны проверяться вновь спроектированные схемы СЦБ (обрыв, короткое замыкание, заземление)?
8) Допускается ли в схемах СЦБ использование общего провода?
9) Могут ли контакты приборов пульта (кнопки, рукоятки) выполнять блокировочные функции в схемах СЦБ?
4. МОНТАЖНЫЕ СХЕМЫ
Цель занятия: изучить способы исполнения монтажных схем в заводских условиях и в специальных устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
Основные сведения
Монтажная схема показывает, каким образом соединяются между собой элементы (сопротивления, транзисторы, конденсаторы, диоды, контакты реле и т. д.), изображенные на принципиальной схеме. Отдельные приборы на монтажной схеме могут изображаться и в цельной компоновке (например, реле, трансформатор, выпрямитель и т. д.), т. е. без детального показа отдельных элементов, из которых они состоят. При этом указываются лишь названия и выводы данных приборов, которые используются для подключения к другим элементам схемы.
В зависимости от предназначения устройства монтажная схема может быть выполнена на печатной плате (электронные схемы − на бесконтактных элементах). На железнодорожном транспорте применяются монтажные схемы несколько иного исполнения, которые могут собираться на стеллажах, в релейных шкафах и т. д.
Монтаж на печатных платах выполняется, как правило, в заводских условиях и применяется для монтажа какого-либо узла, прибора, блока, когда количество комплектующих приборов (диоды, сопротивления, дроссели, конденсаторы и т. д.) сравнительно невелико.
В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики используется достаточно большое количество приборов (имеются в виду трансформаторы, реле, выпрямители и т. д., а не только комплектующие изделия), разместить их на одной илинескольких платах невозможно, поэтому здесь применяется иной принцип монтажа, который отличается от заводского.
Монтажные схемы на платах выполняются по специальной технологии. Для какого-то узла, прибора, устройства, состоящего из отдельных комплектующих (транзисторы, сопротивления, конденсаторы и т. д.), изготавливается печатная плата, на которой токопроводящий слой (фольга) нанесен в заводских условиях на гетинакс или другую электроизоляционную основу. Затем на основу наносится рисунок будущих соединений между отдельными элементами, а весь ненужный токопроводящий слой фольги удаляется химическим способом.
Необходимые соединения элементов осуществляются путем пайки их между собой, а рисунок фольги служит проводником для таких соединений.
На принципиальных схемах СЦБ насчитываются десятки (сотни) различных приборов, среди которых могут быть отдельные приборы (реле, трансформаторы,выпрямители, преобразователи, генераторы и т. д.) и более мелкие составляющие (резисторы, конденсаторы, диоды и т. д.), которые соединяются между собой монтажными проводами.
Все это многообразие приборов должно найти отражение на конкретном месте их установки. Таким местом может быть, например, металлический релейный шкаф (рис. 4.1), стеллаж, путевая коробка, электропривод и т. д.
Когда число приборов, для которых необходимо выполнить монтажную схему, значительно, используют металлические релейные шкафы (для наружной установки) или деревянные стеллажи (для размещения приборов в помещениях). Полки, на которых планируется размещать аппаратуру, нумеруются одиночными цифрами: (1), (2), (3),..., а приборы, располагаемые на них, − двойными цифрами (рис. 4.1).
 |
Рис. 4.1. Порядок размещения полок в релейном шкафу
Например, прибору, установленному на первой полке и занимающему 1-е место, присваивается номер 11. Если этот прибор будет расположен на второй полке на таком же месте, то его номер будет 21, на третьей – 31, на четвертой − 41 и т. д.
Выходящие от данного прибора клеммы обозначаются в виде вертикальных линий над прибором с указанием номеров контактов.
Самый нижний отсек релейного шкафа, где располагаются электроизоляционные клеммы, предназначенные для соединения и монтажа приборов с кабелем, идущим к напольным устройствам (светофор, рельсовая цепь и т. д.), называется нулевой полкой и обозначается цифрой (0).
Для выполнения монтажа, например, релейного шкафа, необходимо определить места, где будут располагаться монтируемые приборы (номера полок и номера мест на полке), а также указать название прибора согласно принципиальной схеме. От каждого контакта монтируемого прибора должны быть сделаны выводы, к которым подключается монтажный провод, обозначенный в виде вертикальных линий (количество линий может быть взято с запасом на случай возможных вариантов подключения).
Цифры, указанные на этих линиях, означают следующее: в нижней части линии − номер контакта данного прибора, в средней части − на какой прибор (согласно присвоенному месту) в данном шкафу (стеллаже и т. д.) идет провод от данного контакта, в верхней части − номер контакта, на который подключается приходящий провод.
Таким образом организуется цепочка, состоящая из цифр, в которой указывается «откуда» (с какого контакта данного прибора − первая цифра) и «куда» (на какой прибор − вторая цифра) подключается провод (третья цифра – номер контакта).
Монтаж можно считать выполненным верно, если количество проводов, «ушедших» с одного прибора, соответствует количеству «пришедших» с другого, т. е. как бы состоялся взаимный обмен «адресами».
Для одной и той же принципиальной схемы можно иметь несколько монтажных вариантов. При этом необходимо выбрать такой, чтобы расход монтажного провода был минимальный и было удобно обслуживать схему.
4.2. Контрольные вопросы
1) Какой принцип разработки монтажных схем существует?
2) В чем заключается суть «адресного» принципа монтажа?
3) Какие способы исполнения монтажных схем известны?
4) Что такое «печатная плата»? Для чего она предназначена?
5) Можно ли применять «печатный» монтаж в устройствах СЦБ?
6) Когда целесообразно применять адресный принцип монтажа?
7) Для какой цели составляются монтажные схемы?
8) В чем заключается технология выполнения монтажа на печатных платах?
9) В каких случаях в монтажных схемах используются печатные платы?
10) Что является основанием для составления монтажных схем?
11) Какова специфика составления монтажных схем СЦБ?
12) Каким требованиям должна удовлетворять монтажная схема?
|
|
|
