Электромагнитная совместимость устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Существующая  система контроля параметров  кодов.

Параметры электрических  сигналов локомотивной сигнализации в  рельсах должны соответствовать  установленным нормам. В процессе эксплуатации в первую очередь контролю подлежит ток локомотивной сигнализации в рельсах и продолжительность  импульсов (интервалов) электрических  сигналов.

Значение тока локомотивной сигнализации нормируется по току на входном конце. Правильный выбор  тока при регулировке зависит  от верного определения состояния  балласта в момент проверки. Для  мокрого сезона (мокро и тепло) сопротивление балласта равно 1 Ом×км, влажный (слабый дождь, роса) – 2 Ом×км, сухой и слабопромерзший (заморозки  весной и осенью)– 5 Ом×км, сильнопромерзший (зимой в мороз) – 50 Ом×км. Используя  регулировочные таблицы, ток в рельсовой  цепи устанавливается таким образом, чтобы при самых неблагоприятных  погодных условиях на входном конце  он был не меньше 1,2 А при тепловозной  тяге, 1,4 А при электрической тяге переменного тока, 2А – постоянного  тока.

Измерение тока локомотивной сигнализации в рельсах.

Существует следующие  метода измерения тока в рельсах  в промежутке между поездами:

-  измерение непрерывного тока, посылаемого в РЦ при проверке вместо импульсного. Этот метод предполагает участие в измерении второго человека, который перемычкой шунтирует контакт трансмиттерного реле для временной посылки непрерывного тока;

-  измерение тока локомотивной сигнализации в импульсах. При измерении шунтируют рельсовую цепь на входном конце ампервольтметрами со специальным поводком, снабженным наружной головкой, или с помощью амперметров с внутренним сопротивлением не более 0,06 – 0,08 Ом (Ц-56, Ц-760, Ц-438, на шкале 6А). При измерении амперметром с поводком стрелка, прибора отводится вправо до тех пор, пока амплитуда колебаний под действием измеряемого тока не станет равной 0,5 мм. Среднее положение стрелки при установившихся колебаниях и есть сила тока в рельсах;

-  измерение тока локомотивной сигнализации в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора. Амперметр подключается параллельно этой обмотке без отключения нагрузки. В данном случае амперметр шунтирует рельсовую цепь. Величину тока в рельсах можно определить, умножив показания прибора на коэффициент трансформации. Недостатком этого метода является то, что здесь важную роль играет сопротивление амперметра. Рекомендуется использовать амперметр Ц-438, который имеет шкалу 0 – 1,5 А с сопротивлением 0,32 Ом;

-  измерение тока локомотивной сигнализации с шунтированием рельсовой цепи испытательным шунтом. Данный метод находит применение при отсутствии амперметра с низким входным сопротивлением. Измеряется напряжение на шунте и делится на его сопротивление (0,06 Ом), полученное значение – ток локомотивной сигнализации.

Проверка временных  параметров электрических сигналов.

Требования, предъявляемые  к продолжительности импульсов  и интервалов, и нормы на отклонения для упрощения регулировки длительности импульсов при замене трансмиттерных реле на сигнальных установках автоблокировки описаны выше. Проверка временных  параметров кодов сводится к регулировке  трансмиттерных реле. При этом трансмитерные  реле постоянного тока регулируют так, чтобы время их срабатывания превышало  время отпускания не более, чем на 0,03-0,05 с и учитывают, что для  транмиттерных реле постоянного  тока характерно укорачивание импульсов. У трансмиттерных реле переменного  тока время срабатывания и отпускания якоря не должно отличаться друг от друга более, чем на 0,01 с. Они обладают следующим свойством: время срабатывания близко к времени отпусканию.

Для автоматизированной комплексной  оценке работоспособности рельсовых  цепей широко используется система «Контроль».

Измерительная система «Контроль», предназначенная для измерения кодового тока и определения временных параметров числового кода АЛС, также позволяет контролировать проезд изостыков, и таким образом определять длину рельсовых цепей. Во время измерительной поездки контролируется величина первого импульса и первого интервала.

В основу метода положено измерение  сопротивления подвагонного контура, образованного рельсами, колесными  парами и рамой вагона. Измерительный  ток в контуре частотой 5 кГц  создается питающими индукторами, расположенными под вагоном. Измерение  тока производится с помощью приемных катушек, расположенных под вагоном  аналогично катушкам АЛС.

Основной недостаток данного  устройства – часто повышение  сопротивление подвагонного контура  обусловлено нарушением контакта между  колесом и рельсом, а также  контактов в буксовых узлах колесных пар. Это приводит к ложным срабатываниям  системы. Местонахождение изостыка устанавливается с погрешностью до 20-30 метров.

Датчики тока АЛС имеют  низкую помехозащищенность от токов  тяговой сети, поэтому не позволяют  измерять фазовые соотношения токов  АЛС с должной точность.

Не измеряет аргумент тока АЛС и поэтому не позволяет  точно определить параметры рельсовой  цепи. Основной недостаток существующих магнитоприемников – несимметричность расположения относительно электрического поля источника помехи.

Погрешность измерения ординаты из вагон-лаборатории складывается из трех составляющих:

-  систематическая погрешность обусловленная наличием расстояния между датчиком проезда изостыков и приемными катушками АЛС. Эту составляющую можно исключить при начальной калибровке;

-  прогрессирующая систематическая погрешность, обусловленная радиальным износом колесных пар (может достигать 3 %);

-  систематические и случайные погрешности датчиков оборота колесной пары и преобразовательной аппаратуры (0,3%).Этой составляющей в виду ее малости можно пренебречь.

Погрешности измерения амплитуды  тока АЛС аппаратурой вагона-лаборатории  также складывается из трех составляющих:

-  систематическая погрешность, обусловленная высотой приемных катушек ;

-  случайная погрешность, возникающая от механических колебаний приемных катушек во время движения. Как указывается в работе она составляет 10%, что является предельным, а иногда может достигать и 30% [14];

-  систематические и случайные погрешности преобразовательной аппаратуры.

Существует и другая система  автоматизированной проверки параметров сигналов АЛСН и кодовых РЦ из вагона лаборатории, предложенная Удовиковым, которая является модернизированным  вариантом системы «Контроль».

Данная система предназначена  для автоматизированной комплексной  оценке работоспособности рельсовых  цепей и выполняет следующие  функции:

-  измерение модуля, аргумента и временных параметров тока АЛС, а также значения обратного тягового тока в рельсах;

-  измерение текущей ординаты рельсовой линии, фиксировать начало и конец рельсовой цепи, и контролировать исправность изостыков;

-  вычислять параметры рельсовой линии и аппаратуры РЦ по результатам измерений и определять показатели работоспособности РЦ;

-  документально фиксировать измеренную информацию.

Для уменьшения инструментальных погрешностей необходимо:

-  совершенствовать измерительную аппаратуру, использовать статистическую обработку результатов и автоматически корректировать систематические погрешности;

-  использовать системный подход в измерении, т.е. не рассматривать каждый параметр обособленно, а учитывать тесную взаимосвязь. В конечном итоге необходимо получать общую оценку о работоспособности системы.

Современный уровень развития микропроцессорной и компьютерной техники позволяет решить вопрос о контроле работы устройств автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), что  предполагает оценку ее временных и  численных параметров кодовых сигналов, по-новому.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Устройство для  измерения параметров АЛС.

 
Для контроля параметров кодовых сигналов устройств АЛС, на базе персонального  компьютера типа IBM PC, предлагается устройство, структурная схема которого приведена  на рис. 4.

Сигнала с приемных катушек  АЛС поступает в компьютер  через параллельный порт LTP. Для этого  осуществляется согласование входного сигнала с входным диапазоном аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В устройстве используется десятиразрядное  АЦП типа К1113ПВ1. Применение АЦП более  низкого разряда не обеспечивает необходимую точность измерений  и приведет к высокой степени  погрешности при записи сигнала.  

Для управления работой АЦП  используется программируемый таймер типа К580ВИ53, который задает частоту  дискретизации входного сигнала. Управление информационной системой осуществляется программой написанной на языке высокого уровня Delphi.   

Контроль готовности АЦП  осуществляется через специальный  вход LPT порта, вызывающий аппаратное прерывание. Подпрограмма обработки прерывания осуществляет чтение шины данных АЦП  через мультиплексоры в ОЗУ компьютера. Далее производится компьютерная обработка  результатов, определяется спектр сигнала, его амплитуды и фазы, а также  осуществляется статистическая обработка  результатов.

Данное устройство позволяет  записывать сигнал с выхода фильтра, как этого требует Инструкция по техническому обслуживанию устройств  сигнализации, централизации и блокировки, и с выходов катушек АЛС. Сигнал, записанный с катушек АЛС, представляет собой сумму кодовых сигналов АЛС и тягового тока со всеми его  гармоническими составляющими и  импульсными помехами, возникающими во время работы локомотива. И поэтому  данное устройство позволит анализировать  не только временные и численные  параметры кодов АЛС, но и оценить  степень влияния помех на работу систем автоматики и определить аналитически причины их появления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Результаты измерений.

Результаты измерений  параметров кодов АЛС, проведенные  с помощью измерительной системы  «Контроль», установленной в вагон-лаборатории  на Одесской железной дороге, приведены на рис. 5.

Одним из основных параметров, который определяет устойчивую передачу сигналов, является номинальный ток  АЛС в рельсах в начале рельсовой  линии. Ток в рельсах определяется по напряжению, индуктируемому им в  приемных катушках и измеренному  на выходе локомотивного фильтра  с тем, чтобы посторонние токи другой частоты не исказили результаты .

На рис. 5 изображены сигналы, снятые с катушек АЛС вагона-лаборатории, для нескольких рельсовых цепей соответствующие кодовому току и проезду изостыков и искусственных измерений. Также на листе приведена таблица измерений численных и временных параметров кодов АЛС для перегона и станции, в которой для каждой РЦ исследуемого перегона (станции) определены длительность первого импульса и первого интервала, а также величина тока на входе РЦ. Как видно из данных, приведенных в таблице, наблюдается различного рода отклонения в численных и временных параметрах рельсовых цепей.

Из данных, приведенных  на рис. 5, видно, что в ряде случаев сигнал соответствующий проезду изостыка является ложным. Из диаграммы кодового тока следует, что сигнал увеличивается от начала к концу линии примерно в 3 раза. На отдельных участках увеличение тока достигает 5-6 раз. При переходе с одной рельсовой цепи на другую имеет место перерыв в поступлении кодов на приемные катушки. Эти точки не всегда совпадают с сигналом, соответствующем проезду изостыка. В данном случае перерыв в приеме сигнала является настолько коротким, что не может послужить причиной остановки поезда.

На кривых также видно  наличие помех в рельсовых  цепях. Но существующая система не позволяет  оценить их природу, величину и характер оказываемого ими влияния.

Таким образом, проанализировав  данные можно сделать вывод, что  не все требования, предъявляемые  к рельсовым цепям и кодам  АЛС, соблюдаются. С целью более  полного анализа помех и причин их возникновения для последующего устранения их влияния необходимо использовать современные системы контроля параметров кодовых сигналов автоматической локомотивной сигнализации, которые предоставят  исследователям более полный объем  информации.

 

Предлагаемая система  контроля численных и временных  параметров кодов АЛС позволяет  более детально рассматривать исследуемый  сигнал, позволяет определить период и цикл сигнала, путем разложения записанного сигнала в ряд  Фурье величины амплитуд и фаз  как исследуемого сигнала, так и  помех, оказывающих влияние на работу устройств АЛС и которые представляются как в графической, так и в  табличной форме. В результате обработки  сигнала исследователь может  получить плотности распределения  вероятностей кодовых сигналов или  помех, снятых с катушек АЛС, и  их статистические характеристики.

Плотность распределения  вероятности кодовых сигналов АЛС-АРС  всех частот подчиняется экспоненциальному  закону. Значительный разброс амплитуд сигнальной частоты в пределах одной  рельсовой цепи объясняется тем, что расстояние между приемными  катушками и рельсами постоянно  меняется; уровень тока в РЦ зависит  от значения удельных проводимостей  изоляции рельсов и от действия различных  внешних факторов: степени старения изоляции, влажности, типа грунта на данном участке и др. Также величины кодовых  сигналов зависят от величин переходных продольных сопротивлений (сопротивлений  между рельсами), сопротивлений стыковых соединителей, переходных сопротивлений  от источника к рельсовой цепи и типа устройств, применяемых на питающем конце рельсовой цепи. К  тому же на передачу сигналов АЛС-АРС  постоянно влияют импульсные и гармонические  помехи. Рассмотрим подробнее природу  помех, влияющих на работу системы АЛС.