Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути
Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, а именно, к устройствам, обеспечивающим контроль исправности рельсовой линии и заполнения пути. Устройство содержит генератор импульсов, устройство обработки информации и управления и измерительное устройство, включающее в себя резистор, включенный параллельно аналого-цифровому преобразователю, и подключенное выходом к входу устройства обработки информации и управления, выход которого подключен к входу управления генератора импульсов. Генератор импульсов выполнен с дополнительно установленными коммутатором и стабилизатором напряжения, вход которого соединен с емкостью, выход - с входом коммутатора напряжения, вход управления которого связан с выходом устройства обработки информации и управления, а выход - с рельсовой линией. При работе устройства в рельсовую линию на одном ее конце подают импульс напряжения, стабилизированный по амплитуде и обладающий широким частотным спектром, и по реакции рельсовой линии на поданный сигнал, измеренный на том же конце, судят о ее состоянии, при этом на другом конце рельсовой линии подключен дроссель. Обеспечивается повышение точности и стабильности измерения параметров рельсовой цепи за счет уменьшения влияния помех и увеличения стабильности работы при изменении температуры окружающей среды, а также в сокращение затрат на кабельную сеть. 5 ил.
Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, а именно, к устройствам, обеспечивающим контроль исправности рельсовой линии и заполнения пути.
Известно «Устройство для контроля заполнения пути сортировочного парка», которое относится к устройствам железнодорожной автоматики и может использоваться, в частности, для автоматизированных систем управления технологическим процессом регулирования скорости скатывания отцепов. Устройство содержит рельсовую линию, замкнутую перемычкой в конце контролируемого пути, передатчик зондирующих импульсов, подключенный через переключатель передача - прием к началу рельсовой цепи. Блок вычисления координаты подключен к выходу приемника отраженных импульсов. Устройство снабжено переключателем длительности зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу блока вычисления координаты, а выход - к выходу передатчика зондирующих импульсов (авторское свидетельство СССР на изобретение 
1470598, B61L 23/16, приоритет 26.06.1987, опубликовано 07.04.1989, Бюл. 13).
Недостатком данного устройства является сложность технической реализации, т.к. необходимы быстродействующие электронные компоненты большой мощности для формирования зондирующего импульса длительностью от 100 нс до 1 мкс при мощности 100 Вт и необходим точный измеритель малых интервалов времени от 100 нс до 2 мкс. Кроме того, из-за очень маленькой погонной емкости между рельсовыми линиями и значительной погонной индуктивности велико волновое сопротивление и затухание, с учетом малого сопротивления балласта амплитуда отраженного импульса очень мала. Поскольку рельсовая линия не согласована, на фронте и спаде зондирующего импульса возникают паразитные колебания, длительность которых может значительно превышать длительность зондирующего импульса. Таким образом распознать отраженный импульс очень сложно, что кроме технической сложности метода определяет и его низкую точность.
Известно также «Устройство для контроля заполнения пути», которое относится к железнодорожной автоматике, в частности к контролю заполнения подгорочного пути. Устройство содержит один источник питания, связанный одним полюсом с одним рельсом на одном конце участка пути, а другим полюсом - с обоими рельсами на другом конце участка пути, и регистратор, второй источник питания, полосовые фильтры, аналого-цифровые преобразователи и блок памяти, выходами связанный с регистратором, одними входами - с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, а другими входами - с выходами второго аналого-цифрового преобразователя, входы которого подключены через ограничитель тока к выходам второго источника питания, соединенного с входами первого полосового фильтра, выходы которого подключены к входам второго полосового фильтра, выходами соединенного с входами второго аналого-цифрового преобразователя и с рельсами на первом конце участка пути, входы третьего полосового фильтра подключены к первому источнику питания, один выход - к первому рельсу на одном конце участка пути, а другой выход - к обоим рельсам на другом конце участка пути. (RU, патент 2022855, B61L 17/02, приоритет 12.03.1991, опубликовано 15.11.1994).
Недостатком данного устройства является необходимость прокладки провода, длина которого равна длине контролируемого участка. Сечение провода должно быть достаточно велико, так, чтобы сопротивление провода не превышало сопротивления рельса контролируемого участка на частоте первого источника питания (50 Гц). Например при длине участка 500 м сопротивление провода не должно превышать 0,4 Ом и соответственно сечение медного провода должно быть не менее 21 мм2. Кроме того данное устройство требует периодической корректировки прошивки блока памяти по крайне мере при сезонных колебаниях температуры (зима - лето), т.к. сопротивление балласта колеблется от единиц Ом×км летом до десятков и сотен зимой и сопротивление провода также значительно меняется при переходе от отрицательных к положительным температурам, что делает данное устройство неудобным в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой полезной модели является изобретение «Способ контроля состояния рельсовой линии и рельсовая цепь повышенной длины», относящаяся к железнодорожной автоматике, в частности, к контролю за движением поездов, свободностью и исправностью рельсовой линии. Рельсовая цепь повышенной длины содержит генератор сигнала, один полюс которого соединен с первой рельсовой нитью на одном конце рельсовой линии, измерительное устройство, выполненное в виде аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу устройства обработки информации и управления, нагрузочный элемент, подключенный к другому концу рельсовой линии, при этом генератор сигнала выполнен в виде генератора импульсов с входом управления, другой полюс его связан с второй рельсовой нитью на первом упомянутом конце рельсовой линии через измерительное устройство, включающее в себя резистор, включенный параллельно аналого-цифровому преобразователю, и подключенное выходом к входу управления генератора сигнала (патент РФ 2117596, B61L 23/16, приоритет 12.09.1995 г., опубликовано 20.08.1998 г. Бюл. 23).
Недостатком рельсовой цепи повышенной длины является недостаточная защищенность от помех частотой 50 Гц (сеть электропитания) и 25 Гц (смежные рельсовые цепи). Это связано с расчетом параметров рельсовой цепи по одному зондирующему импульсу (нет усреднения по нескольким импульсам, нет импульсов с противоположной полярностью и периодом следования кратным периоду помехи для ее исключения). Кроме того, конденсатор, входящий в состав генератора импульсов, должен иметь большую емкость (доли фарады), такую емкость можно получить только с использованием электролитических конденсаторов, обладающих малой температурной и временной стабильностью, что приводит к увеличению погрешности расчета параметров рельсовой цепи, за счет изменения исходного значения емкости. Другим недостатком является необходимость передачи массива данных кривой тока от микро-ЭВМ в ЭВМ, что требует канала связи с большой пропускной способностью при длине до 1-2 км. При большом количестве подгорочных путей это влечет значительные затраты на реализацию канала связи.
Недостатки приведенных выше изобретений устраняются в предлагаемом устройстве для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути, как это сказано ниже. Для соединения устройства с рельсовой линией требуются провода (перемычки) минимальной длины. Параметры рельсовой цепи рассчитываются по кривой тока, для снятия которой не требуется быстродействующих компонентов (в зависимости от расстояния до отцепа длительность переходного процесса от долей до десятков мс). Влияние помех исключается за счет выдачи 4 зондирующих импульсов разной полярности с периодом повторения кратным периоду повторения помех. Погрешность из-за изменения величины емкости устраняется введением стабилизатора напряжения. Расчет параметров рельсовой цепи производится полностью микроконтроллером (МК), на ЭВМ передается код индуктивности и сопротивления рельсовой цепи в условных единицах, что снижает требования к каналу связи по скорости передачи и количеству линий связи.
Технический результат, на достижение которого направлена данная полезная модель, заключается в повышении точности и стабильности измерения параметров рельсовой цепи за счет уменьшения влияния помех и увеличения стабильности работы при изменении температуры окружающей среды, а также в сокращении затрат на кабельную сеть.
Технический результат достигается тем, что устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути, содержащее генератор импульсов с входом управления, один полюс которого соединен с первой рельсовой нитью на одном конце рельсовой линии, другой полюс которого соединен со второй рельсовой нитью на этом же конце рельсовой линии через измерительное устройство, включающее в себя резистор, включенный параллельно аналого-цифровому преобразователю, и подключенное выходом к входу устройства обработки информации и управления, выход которого соединен с входом управления генератора импульсов, при этом к другому концу рельсовой линии подключен дроссель, снабжено дополнительно в части генератора импульсов, связанными между собой коммутатором и стабилизатором напряжения, вход которого соединен с емкостью, выход с входом коммутатора напряжения, вход управления которого связан с выходом устройства обработки информации и управления, а выход - с рельсовой линией.
На фиг.1 показана структурная схема устройства для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути; на фиг.2 - схема генератора импульсов; на фиг.3 - схема измерительного устройства; на фиг.4 - схема устройства обработки информации и управления; на фиг.5 - кривая тока переходного процесса в рельсовой линии.
Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути в соответствии с фиг.1 содержит генератор импульсов 2, измерительное устройство 3, устройство обработки информации и управления 4, дроссель 5, причем генератор импульсов 2 и измерительное устройство 3 находится на одном конце рельсовой линии 1, а на другом конце рельсовой линии находится дроссель 5. Один полюс выхода генератора импульсов 2 соединен с первой рельсовой нитью, а другой полюс его выхода через измерительное устройство 3 соединен с другой рельсовой нитью. Кроме того, вход устройства обработки информации и управления 4 соединен с информационным выходом измерительного устройства 3, а его выход - с входом управления генератора импульсов 2. Дроссель выбирают таким, чтобы его индуктивность приблизительно была равна 1/3 индуктивности контролируемого участка, что обеспечивает надежное определение освобождения участка.
В соответствии с фиг.2 генератор состоит из выпрямителя 6, конденсатора 7, стабилизатора напряжения 8 и коммутатора 9.
В соответствии с фиг.3 измерительное устройство состоит из аналого-цифрового преобразователя 10 и резистора 11, соединенных параллельно.
В соответствии с фиг.4 устройство обработки информации и управления (УОИ и У) может представлять собой программно-аппаратный комплекс, содержащий МК 12 и ЭВМ 13, находящуюся на станции и выдающую конечную информацию, и линию связи 14 между ними.
Работа устройства в соответствии с фиг.1 осуществляется следующим образом. По управляющим сигналам от устройства обработки информации и управления 4 генератор импульсов 2 посылает в рельсовую линию четыре импульса разной полярности с периодом повторения кратным 40 мс для исключения помех частотой 25 и 50 Гц. Изменение полярности зондирующих импульсов осуществляется коммутатором, выполненным на электронных компонентах. Под воздействием сигналов управления коммутатор подключает к рельсовым нитям выход стабилизатора напряжения 8, то в одной, то в другой полярности. Ток переходного процесса, идущего в рельсовой линии 1, имеет вид, показанный на фиг.5. Измерительное устройство 3 снимает ток переходного процесса, идущего в рельсовой линии 1 по каждому импульсу, и с заданным шагом времени посылает его в устройство обработки информации и управления. Последнее усредняет кривые тока, полученные от четырех импульсов, устраняя при этом возможные помехи и обрабатывает усредненную кривую тока. Усреднение и обработку кривой тока производит МК. Рассчитанные коды индуктивности и сопротивления рельсовой цепи в условных единицах МК посылает по каналу связи в ЭВМ для окончательной обработки и анализа. Программой ЭВМ производится расчет фактической длины свободного участка и фактических сопротивлений рельсовой цепи. По результатам расчета программа ЭВМ делает вывод об исправности (целостности) рельсовой линии и выводит информацию о свободности и исправности путей на экран монитора и (или) передает информацию в канал связи на следующий уровень управления. ЭВМ может быть связана с несколькими МК, и соответственно получать информацию о параметрах рельсовых цепей нескольких путей. Например, на сортировочной горке информацию о параметрах всех подгорочных путей.
Обрабатывать кривую тока переходного процесса можно следующим образом. На кривой выбирают, например, три точки (t1, I(t1); t2, I(t2); t3, I(t3)) и рассчитывают параметры рельсовой линии путем решения методом Ньютона системы нелинейных алгебраических уравнений:
относительно R, L и Rб,
где:
Rг - сопротивление генератора, которое равно сумме сопротивлений резистора 11 измерительного устройства и проводов, соединяющих выход генератора с рельсовыми нитями;
R - сопротивление рельсовой нити;
L - индуктивность рельсовой нити (при занятости - индуктивность свободной части рельсовой линии, при свободности - индуктивность всего контролируемого участка с учетом индуктивности дросселя);
Rб - сопротивление балласта.
Для данного варианта рельсовой цепи в операторном виде:
где:
s - оператор Лапласа;
U - выходное напряжение стабилизатора напряжения;
Далее вычисляют:
Х=L/Lуд,
Rуд=R/X,
Rбуд=Rб·X,
Где
Х - длина свободной рельсовой линии;
Lуд - удельная индуктивность рельсовой нити, заранее известная величина;
Rуд - удельное сопротивление рельсовой нити, зависящая от времени величина;
Rбуд - удельное сопротивление балласта, величина, зависящая от времени.
Потом принимают решение о состоянии рельсовой линии:
1. Если величина Х равна длине рельсовой линии с учетом удлинения за счет дросселя и погрешности измерения, то принимается решение о свободности рельсовой линии;
2. Если величина Х находится в промежутке между длиной рельсовой линии и длиной с учетом дросселя и погрешности измерения или больше длины с учетом дросселя и погрешности измерения, или, если величина удельного сопротивления рельсовой нити больше предельного значения или величина удельного сопротивления балласта меньше предельного значения с учетом погрешности измерения, то принимается решение о неисправности рельсовой линии.
3. Если величина Х меньше или равна длине рельсовой линии с учетом погрешности измерения, то принимается решение о занятости рельсовой линии.
Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути, содержащее генератор импульсов с входом управления, один полюс которого соединен с первой рельсовой нитью на одном конце рельсовой линии, другой полюс которого соединен со второй рельсовой нитью на этом же конце рельсовой линии через измерительное устройство, включающее в себя резистор, включенный параллельно аналого-цифровому преобразователю, и подключенное выходом к входу устройства обработки информации и управления, выход которого соединен с входом управления генератора импульсов, при этом к другому концу рельсовой линии подключен дроссель, отличающееся тем, что генератор импульсов выполнен с дополнительно установленными, связанными между собой коммутатором и стабилизатором напряжения, вход которого соединен с емкостью, выход - с входом коммутатора напряжения, вход управления которого связан с выходом устройства обработки информации и управления, а выход - с рельсовой линией.
