Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов
Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и используется в системах управления железнодорожными стрелками и сигналами. Устройство содержит источник питания, управляющий контакт реле, времязадающее устройство, усилитель мощности, выход которого подключен к входу трансформатора, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход которого подключен к обмотке выходного реле. Дополнительно снабжено двумя микроконтроллерами, осуществляющими цифровой отсчет времени выдержки, выходы которых подключены ко входам безопасной схемы «И». Безопасная схема «И» содержит первый и второй триггеры-защелки, резисторы, три диодно-транзисторные оптопары, два диода и два конденсатора. Достигается повышение точности выдержки времени, стабильности работы и повышение помехоустойчивости путем использования современной цифровой элементной базы и применения методов повышения надежности и безопасности работы устройства за счет дублирования основной выполняемой функции - отсчета времени с последующим сравнением результата с помощью динамической безопасной схемы «И». Снижается вероятность уменьшения заданного интервала выдержки времени, следовательно, снижается вероятность возникновения опасной ситуации в движении поездов.
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к техническим средствам железнодорожной автоматики и телемеханики, предназначенным для управления стрелками и сигналами в устройствах релейной электрической централизации.
Известно «Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов» (авторское свидетельство на изобретение 
1796516, заявка 4900985/11, приор. 08.01.1991, опубликовано: 23.02.1993, B61L 19/14), содержащее реле фиксации выдержки времени, пороговый элемент, резисторы, ключевой элемент, логический элемент «И», генератор импульсов, конденсатор, сигнальное реле, импульсный трансформатор, выпрямитель, интегратор, инвертор и одновибратор. Выдержка времени в данном устройстве осуществляется с помощью цепи заряда конденсатора, через соответствующие коммутируемые резисторы, а порог срабатывания задается пороговым устройством.
Недостатками данного устройства является низкая стабильность выдержки времени в рабочем температурном диапазоне и в диапазоне изменения питающих напряжений и ее зависимость от точности элементов зарядной цепи и порогового устройства, а также вероятность уменьшения выдержки времени, в случае возникновения утечки тока со стороны положительного потенциала на цепь питания генератора, при котором возможно возникновение генерации до срабатывания порогового элемента, что может привести к опасному отказу - уменьшению заданной выдержки времени меньше допустимой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является «Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов», выбранное за прототип (патент РФ на изобретение 2081771, заявка 93050528/11, приор. 21.10.1993, опубликовано 20.06.1997, B61L 19/14), содержащее реле фиксации выдержки времени, пороговый элемент, времязадающую цепочку, генератор импульсов, усилители, инвертор, ключевой элемент, тиристорные оптроны, трансформатор, выпрямитель и выходное реле.
Однако данное устройство также обладает низкой точностью и стабильностью выдержки времени в диапазоне изменения рабочих температур и питающего напряжения, а также, как показала практика, обладает низкой помехозащищенностью и нестабильностью в работе.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности выдержки времени, стабильности работы и повышение помехоустойчивости путем использования современной цифровой элементной базы и применения известных методов повышения надежности и безопасности работы устройства за счет дублирования основной выполняемой функции - отсчета времени с последующим сравнением результата с помощью динамической безопасной схемы «И».
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в повышении точности и стабильности работы устройства, а также снижении вероятности уменьшения заданного интервала выдержки времени, могущего привести к опасной ситуации в движении поездов.
Поставленная цель достигается за счет того что в устройстве для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов, содержащем источник питания, управляющий контакт реле, времязадающее устройство, усилитель мощности, выход которого подключен к входу трансформатора, выход которого соединен с входом выпрямителя, а его выход подключен к обмотке выходного реле, - времязадающее устройство содержит первый и второй микроконтроллеры, входы которых соединены с индивидуальными для каждого из них времязадающими перемычками. Выходы микроконтроллеров соединены со входами безопасной схемы «И», выход которой подключен ко входу усилителя мощности. При этом безопасная схема «И» содержит первый и второй триггеры-защелки, резисторы, три диодно-транзисторные оптопары, два диода и два конденсатора, причем выход первого микроконтроллера подключен к входу первого триггера-защелки и к входу первой оптопары, выход которой соединен параллельно с первым диодом и со входом второй оптопары, а также с положительным полюсом первого конденсатора, также через первый резистор - с выходом первого триггера-защелки. Выход второго микроконтроллера соединен с входом второго триггера защелки, выход которого через второй резистор соединен с выходом второй оптопары, параллельно которому включен второй диод и вход третьей оптопары. Кроме того к выходу второй оптопары подключен положительный полюс второго конденсатора, а выход третьей оптопары подключен к входу усилителя мощности.
Таким образом, устройство дополнительно снабжено двумя микроконтроллерами, осуществляющими цифровой отсчет времени выдержки, выходы которых подключены ко входам безопасной схемы «И». Решение поставленной задачи достигается за счет использования в схеме устройства для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов, новых элементов, блоков и новых связей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства.
Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов содержит источник питания 1, управляющий контакт 2, узел питания 3, первый микроконтроллер выдержки времени 4, второй микроконтроллер выдержки времени 5, времязадающие перемычки 6, 7, безопасную схему «И», включающую в свой состав триггеры-защелки 8, 9, резисторы 10, 11, 12, 13, 14, диодно-транзисторные оптопары 15, 16, 17, диоды 18, 19, конденсаторы 20, 21, а также усилитель мощности 22, импульсный трансформатор 23, выпрямитель 24 и выходное реле 25 с контактом 25.1.
При этом к входам первого 4 и второго микроконтроллеров 5 подключены, соответственно, времязадающие перемычки 6, 7. Выход первого микроконтроллера 4 подключен к входу триггера-защелки 8 и к входу оптопары 15, выход которой соединен параллельно со входом оптопары 16 и диодом 18, а также с положительным полюсом конденсатора 20, а также через резистор 11 с выходом триггера-защелки 8. Выход второго микроконтроллера 5 соединен с входом триггера защелки 9, выход которой через резистор 13 соединен с выходом оптопары 16, параллельно которому включен диод 19 и вход оптопары 17, кроме того к выходу оптопары 16 подключен положительный полюс конденсатора 21. Выход оптопары 17 подключен к входу усилителя мощности 22, выход которого через трансформатор подключен ко входу выпрямителя 24. Выход выпрямителя 24 соединен с первым выводом обмотки выходного реле 25 и его фронтовым контактом 25.1. Второй вывод обмотки выходного реле 25 через управляющий контакт 2 соединен с отрицательным выводом источника питания 1. Положительный полюс источника питания соединен с общим контактом 25.1 выходного реле, его тыловой контакт подключен к первому входу узла питания 3. Второй вход узла питания 3, также соединен с отрицательным выводом источника питания 1 через управляющий контакт 2. Питание микроконтроллеров 4, 5, триггеров-защелок 8, 9, цепей заряда конденсаторов 20, 21, через резисторы 10, 11, 12, 13 осуществляется с выхода U1 узла питания 3. Питание усилителя мощности 24 осуществляется с выхода U2 узла питания 3. Общий вывод выхода узла питания 3 соединен с отрицательными выводами конденсаторов 20, 21.
Устройство работает следующим образом.
Включение устройства, то есть запуск выдержки времени, осуществляется управляющим контактом 2. При этом на выходе узла питания 3 появляется питающее напряжение, запускающее включение и процессы инициализации микроконтроллеров 4, 5 и заряда конденсаторов 20, 21 через резисторы 10, 11, 12, 13, и диоды 18, 19. Микроконтроллеры 4, 5 считывают с времязадающих перемычек 6, 7 значения заданной ими выдержки времени и начинают их отсчет. По окончании выдержки времени на выходе первого микроконтроллера 4 вырабатывается пачка импульсов длительностью около 400 мс, частотой 5 кГц. При появлении первого импульса срабатывает триггер защелка 8, который прекращает заряд конденсатора 20 и обеспечивает его разряд через свой выход, резистор 11 и входной диод оптопары 16, обеспечивая ее открытие. Одновременно с появлением пачки импульсов на выходе первого микроконтроллера 4, на выходе второго микроконтроллера появляется импульс напряжения длительностью 400 мкс, обеспечивающий срабатывание триггера-защелки 9, который обеспечивает прекращение заряда конденсатора 21 и его разряд через резистор 13 и входной диод оптопары 17, обеспечивая ее открытие.
В случае совпадения выдержек времени, вырабатываемых первым 4 и вторым 5 микроконтроллерами пачка импульсов, вырабатываемых на выходе первого 4 микроконтроллера проходит через открытые каналы оптопар 15, 16, 17 на выход импульсного усилителя мощности 22 и далее через трансформатор и выпрямитель обеспечивает включение выходного реле 25. При этом выходное реле 25 самоблокируется через собственный контакт 25.1, который одновременно отключает положительный полюс источника питания 1 от остальной части схемы.
Безопасная схема «И» построена так, что, после подачи напряжения питания и до его снятия, пропускает сигнал от каждого канала в течение 0,4 с только однократно и сигнал на выходе схемы появляется при совпадении во времени сигналов первого и второго микроконтроллеров 4, 5.
Таким образом, если сигналы микроконтроллеров 4, 5 сдвинуты по времени более чем на 0,4 с, сигнал на выходе безопасной схемы «И» не появится, даже если на выходе микроконтроллеров 4, 5 сигналы будут следовать периодически или будут непрерывными (паразитная генерация в случае неисправности), так как схема пропускает только один (первый после подачи напряжения питания) сигнал от каждого микроконтроллера. Такая работа схемы обеспечивается за счет разряда конденсаторов 20, 21, предварительно заряженных до определенного напряжения.
Областью применения предлагаемой полезной модели являются как вновь проектируемые, так и эксплуатируемые системы релейной электрической централизации стрелок и сигналов, в которых требуется замена блоков выдержки времени предыдущих поколений.
Устройство для выдержки времени в электрической централизации стрелок и сигналов, содержащее источник питания, управляющий контакт реле, времязадающее устройство, усилитель мощности, выход которого подключен к входу трансформатора, выход которого соединен с входом выпрямителя, а его выход подключен к обмотке выходного реле, отличающееся тем, что времязадающее устройство содержит первый и второй микроконтроллеры, входы которых соединены с индивидуальными для каждого из них времязадающими перемычками, выходы микроконтроллеров соединены со входами безопасной схемы «И», выход которой подключен ко входу усилителя мощности, при этом безопасная схема «И» содержит первый и второй триггеры-защелки, резисторы, три диодно-транзисторные оптопары, два диода и два конденсатора, причем выход первого микроконтроллера подключен к входу первого триггера-защелки и к входу первой оптопары, выход которой соединен параллельно с первым диодом и со входом второй оптопары, а также с положительным полюсом первого конденсатора, также через первый резистор - с выходом первого триггера-защелки, выход второго микроконтроллера соединен с входом второго триггера защелки, выход которого через второй резистор соединен с выходом второй оптопары, параллельно которому включен второй диод и вход третьей оптопары, кроме того, к выходу второй оптопары подключен положительный полюс второго конденсатора, а выход третьей оптопары подключен к входу усилителя мощности.
