авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Рельсовые цепи с импульсными методами преобразования информации для систем автоматической переездной сигнализации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СИСИН ВАЛЕРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ С ИМПУЛЬСНЫМИ МЕТОДАМИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПЕРЕЕЗДНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

05.22.08 – Управление процессами перевозок

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО УрГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сергеев Борис Сергеевич

Официальные оппоненты:

– Розенберг Ефим Наумович, доктор технических наук, профессор, первый заместитель Генерального директора ОАО «НИИАС»;

– Щиголев Сергей Александрович, кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Автоматика и телемеханика» Уральского отделение ОАО «ВНИИЖТ».

Ведущая организация – Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Защита состоится «30» « марта » 2012г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, аудитория Б2-15.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения, на сайте Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru , на официальном web-портале УрГУПС http://usurt.ru .

Автореферат разослан « » « » 2012г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес Диссертационного совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Асадченко Виталий Романович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Центральными задачами систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), решаемыми при эксплуатации железнодорожного транспорта, были и остаются обеспечение надежности и безопасности движения поездов на станциях и перегонах. Развитие средств микроэлектроники во многом предопределило модернизацию существующих СЖАТ. Элементная база современных информационно-управляющих электронных систем железнодорожного транспорта способствовала снижению капитальных вложений при вновь проектируемых СЖАТ и уменьшению эксплуатационных расходов уже построенных. А энергопотребление таких систем сократилось в десятки раз.

Между тем, для контроля участков приближения к станциям и переездам, где нет автоблокировки, может отсутствовать высоковольтно-сигнальная линия необходимая для функционирования автоматической переездной сигнализации (АПС). Строительство данных коммуникационных линий и введение соответствующей силовой аппаратуры составляет от 40% до 60% от общей стоимости внедрения АПС.

В то же время известно, что столкновения между автомобильным и железнодорожным транспортом несут большие экономические потери. Недопустимым последствием, возникающим в таких ситуациях, является причиняемый вред жизни и здоровью человека. Вследствие чего ОАО «РЖД» утвердило «Программу повышения безопасности движения на железнодорожных переездах» на 2011-2015 годы, по которой 219 переездов необходимо оборудовать средствами АПС, а на 83 они должны быть модернизированы.

Соответственно возникает необходимость в разработке и изучении устройств контроля участков приближения универсального типа, обладающих минимальными капитальными вложениями и эксплуатационными расходами. Кроме того, аналогичные задачи необходимо решить для систем горочной автоматической централизации (ГАЦ) и промышленного транспорта.

Изложенное свидетельствует об актуальности работ, направленных на улучшение технико-экономических показателей универсальных технических устройств, рассматриваемых в настоящей диссертационной работе, а именно снижение материалоемкости и энергопотребления, расширение функционально возможных применений, а также повышение безопасности движения.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов контроля и устройств рельсовых цепей (РЦ) с минимальным объёмом оборудования, использующих рельсовую линию (РЛ) в качестве линии передачи электроэнергии на приемный конец РЦ и телемеханического канала связи для передачи информации с релейного конца РЛ на питающий без источника электроэнергии и проводной линии связи.

В диссертации поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Проведен анализ современного состояния РЦ для контроля участков приближения к переездам и станциям, промышленных железнодорожных путей, а также устройств ГАЦ для работы систем автоматического регулирования скорости (АРС) движения отцепов.

2. Рассмотрен метод коммутации аппаратуры релейного конца РЦ и получение соответствующей информации на ее питающем конце. Созданы теоретические основы функционирования участка приближения АПС с использованием данной РЦ.

3. Разработан метод контроля РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом. Созданы теоретические основы функционирования участка приближения АПС с использованием РЦ с радиоканалом.

4. Рассмотрен способ преобразования, приема и передачи информации, а также принцип кодирования сигналов, передаваемых по радиоканалу телемеханики, позволяющий достигнуть приемлемый уровень их помехоустойчивости.

5. Разработана методика определения координаты подвижной единицы при ее вступлении на участок РЦ, а также определения ее скорости и ускорения. Определен алгоритм задержки времени на закрытие переезда.

6. Разработаны схемотехнические решения и практические рекомендации по проектированию и внедрению в эксплуатацию данных систем, обладающие функциональной универсальностью и возможностью их применения в самых различных областях СЦБ, имеющие, кроме того, свойство аппаратной унификации, что позволяет упростить процесс проектирования и снизить стоимость строительства.

В качестве объекта исследования в настоящей работе выбраны устройства автоматики и телемеханики на линиях и станциях.

Предметом исследования является РЦ переездной сигнализации, методы их построения и испытания.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в научной работе, использовались классические методы теории линейных и нелинейных электрических цепей, корреляционного анализа, теории передачи сигналов, имитационное и программное моделирование. При исследовании электронных систем применялось представление полупроводниковых приборов в виде линейных и нелинейных моделей, основанных на аппроксимации вольтамперных характеристик в виде кусочно-линейных функций.

Научная новизна работы определяется следующими полученными результатами.

1. Исследован метод контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, позволяющий использовать РЛ как канал телемеханики и как канал передачи достаточной электрической энергии для работы аппаратуры релейного конца.

2. Исследованы достоверные признаки для контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, определены предельные длины при различных условиях эксплуатации и подключения аппаратуры РЦ, а также минимальные сопротивления балласта.

3. Предложен и научно обоснован метод контроля состояния РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом, использующий РЛ как канал передачи достаточной энергии для работы аппаратуры релейного конца.

4. Разработан и исследован метод определения фазы выходного тока на питающем конце РЦ с радиоканалом. Определены области значений фазы выходного тока в различных режимах работы РЦ при разных длинах и значений сопротивления балласта.

Практическая ценность.

1. Предложенные решения по РЦ нового типа с импульсными методами преобразования информации позволяют отказаться от высоковольтной коммуникационной инфраструктуры и необходимости проведения проводных линий связи между питающим и релейным концами РЦ, что особенно актуально при строительстве АПС на участках железных дорог без автоблокировки.

2. Метод определения скорости и координаты подвижной единицы, находящейся на РЦ, может быть использован в ГАЦ для работы системы АРС при движении отцепа.

3. Разработанные концептуальные направления и их схемотехнические решения позволяют сформировать перспективные технические задания на проектирование РЦ без высоковольтно-сигнальной линии.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы при разработке РЦ нового типа с импульсными методами преобразования информации в НПЦ «Промэлектроника» (Екатеринбург).

На защиту выносятся.

1. Метод контроля состояния РЦ на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца, позволяющий использовать РЛ как канал телемеханики и как канал передачи достаточной электрической энергии для работы аппаратуры релейного конца.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований допустимых значений параметров РЦ с контролем их состояния на питающем конце с применением коммутации аппаратуры релейного конца.

3. Метод контроля состояния РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом, использующий РЛ как канал передачи достаточной энергии для работы аппаратуры релейного конца и принцип, позволяющий определить фазу выходного тока на питающем конце РЦ с радиоканалом.

4. Результаты исследований допустимых значений параметров РЦ на питающем конце по фазовому признаку с радиоканалом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции: «Транспорт 21 века: Исследования. Инновации. Инфраструктура» (Екатеринбург, 2011); научно технической конференции «Молодые ученные – транспорту» (Екатеринбург, 2007, 2008); научно-технических семинарах НПЦ «Промэлектроника» и НПО «Автоматика» (Екатеринбург); заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» УрГУПС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, а также получено положительное решение на выдачу одного патента РФ. Две статьи опубликованы в журнале, рекомендуемом ВАК для публикации научных результатов диссертационных исследований.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (129 наименований). Текст диссертации содержит 151 страницу, включает 53 рисунка и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и основных направлений исследований, поставлены цели и задачи работы.

В первой главе раскрывается состояние вопроса. Дан краткий обзор и анализ литературы по видам РЦ. Значительный вклад в развитие науки и практики рельсовых цепей внес большой коллектив ученых и инженеров, среди которых можно отметить: В. С Аркатов, И. В. Беляков, А. М. Брылеев, В. И. Бушуев, Н. Ф. Котляренко, Ю. А. Кравцов, В. М. Лисенков, Е. Н. Розенберг, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, А. В. Шишляков, на работы которых автор опирался в своих исследованиях. Из обзора ясно, что РЦ являются не единственным средством обнаружения подвижной единицы для управления автоматикой железнодорожных переездов, поэтому дан анализ литературы по существующим видам АПС. Показаны преимущества использования РЦ.

На основе анализа аварийности на железнодорожных переездах сети дорог ОАО «РЖД» показано, что основное количество аварий между железнодорожным и автомобильным транспортом относится к переездам малодеятельных участков. В то же время известно, что на железных дорогах России на 2011 год 11248 переездов, из них лишь 8896 оснащены устройствами АПС. При этом строительство путепроводов, как основное мероприятие, позволяющее исключить аварии между автомобильным и железнодорожным транспортом, значительно отстает от намеченных планов. Так, согласно программе на период 2006 – 2010 годов по повышению безопасности движения на переездах планировалось построить 118 путепроводов, за это время программа реализована только на 19,5%. Такая обстановка связана с большой трудоемкостью и значительными экономическими затратами на строительство данных сооружений.

Аппаратура РЦ развивается по пути усложнения элементной базы ее функциональных узлов для обеспечения необходимой безопасности и надежности работы. Однако это приводит к повышению стоимости и снижению эффективности их применения. В этом случае применение нетрадиционных (импульсных) режимов работы и циклическое изменение местами питающего и релейного концов следует признать наиболее успешными направлениями совершенствования РЦ. В научно-технических и патентных источниках с подобными решениями отмечено наиболее существенное улучшение параметров и всех режимов работы РЦ. Кроме того, использование этих средств позволяет отказаться от коммуникационной инфраструктуры РЦ.

В соответствии с изложенным определены направления и цели диссертационной работы, которые приведены на структурной схеме рисунка 1.

Во второй главе рассмотрен и научно обоснован метод контроля состояния РЦ АПС на питающей стороне, используя коммутацию ключа аппаратуры релейного конца. Вариант такой РЦ представлен на рисунке 2.

Рисунок 1 – Структурная схема направлений диссертационной работы по РЦ АПС

УУ – устройство управления переездной сигнализацией; ГТ – генератор тока; ДТ – датчик тока; АИ – анализатор импульсов тока РЦ; ДЭ – безопасный динамический элемент; ИП – источник питания; ПД – пиковый детектор;

М – мультивибратор; ЭК – электронный ключ.

Рисунок 2 – Функциональная схема АПС с контролем РЦ участка приближения на питающем конце с применением коммутации релейного конца

Энергии поступающей на аппаратуру релейного конца от источника РЦ вполне достаточно для электропитания вводимой аппаратуры, что обусловливает работу маломощного МОП транзисторного ключа. Вследствие чего, при свободном участке приближения происходит периодическое шунтирование релейного конца РЦ и регистрация этих событий на питающем конце в виде импульсного потребления тока. При вступлении поезда на участок приближения РЦ шунтируется колесными парами подвижного состава, что выражается отсутствием импульсного потребления тока от источника переменного напряжения.

Реализация данного метода позволяет избавиться от необходимых коммуникационных линий между питающим и релейным концами, то есть РЛ выступает как в качестве линии передачи электроэнергии на релейный конец и как канала телемеханики. Работа схемы иллюстрируется временными диаграммами, изображенными на рисунке 3.

В результате дискретная функция, определяющая включенное или выключенное состояние путевого приемника питающего конца, может быть представлена в следующем виде:

Uвх – напряжение на входе РЦ; Uвых – напряжение на выходе РЦ; Uип – напряжение на выходе ИП; Uпд – напряжение на выходе ПД; UМ – импульсы напряжение на выходе М; Iвх – ток на входе РЦ.

Рисунок 3 – Временные диаграммы работы схемы АПС с контролем РЦ участка приближения на питающем конце с применением коммутации релейного конца

(1)

где условием свободности и целостности рельсовой линии служит наличие разности сигналов входного тока, при этом возможно выделять разность амплитуд и разность фаз:

, (2)
. (3)

Анализ функций (2) и (3) показывает, что сопротивление ограничителя вносит затухание и значительно влияет на модуляцию входного сигнала как по амплитуде, так и по фазе. Наряду с этим значение разности амплитуд при минимальном сопротивлении балласта rБ = 0,5 Ом·км и любых значениях ограничителя к амплитуде входного тока не превышает 10% при длине РЦ более 1,2 км. Фазовый же признак, комбинируя значения сопротивления ограничителя, позволяет контролировать РЦ длиной до 1,5 км (рисунок 4).

  Разность фазы входного тока-6

Рисунок 4 – Разность фазы входного тока замкнутого и разомкнутого ключа

релейного конца РЦ

Рассмотрен способ реализации данного метода на участках с электротягой с подключением аппаратуры через дроссель-трансформаторы. Показано, что в данном случае признаком контроля РЦ может быть только разность амплитуд. Причем длина данной РЦ не может превышать 1 км, поскольку сопротивление основной обмотки, характеризующее потери холостого хода дроссель-трансформатора, так называемая индуктивность намагничивания, вносит значительные затухания.

Проанализирована возможность определения скорости подвижной единицы при нахождении ее на РЦ:

(4)


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.