ПРИМЕНЕНИЕ ДАТЧИКОВ БЕСКОНТАКТНОГО СЪЁМА ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

USE OF SENSORS FOR CONTACTLESS RECORDING OF INFORMATION IN RAILWAY AUTOMATION SYSTEMS

Igor Napolov

Student of the SOD.2-18-2 group, faculty “Traffic Support System”, Krasnoyarsk Institute of Railwawy Transport,

Russia, Krasnoyarsk

Sergey Agalakov

Student of the SOD.2-18-2 group, faculty “Traffic Support System”, Krasnoyarsk Institute of Railwawy Transport,

Russia, Krasnoyarsk

Natalia Pshenitsyna

Student of the SOD.2-18-2 group, faculty “Traffic Support System”, Krasnoyarsk Institute of Railwawy Transport,

Russia, Krasnoyarsk

Vitaliy Kolmakov

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department “Traffic Support Systems”, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены применение различных датчиков принцип действия, которых основан на получении информации о состоянии объекта бесконтактным методом, их специфика работы и характеристика. Такие датчики уже применяются в системах железнодорожной автоматики для своевременного получения данных их обработку и автоматизированного принятия мер, в соответствии с полученной информацией. Приведённые в статье устройства зарекомендовали свою надёжность, а также обусловили свою необходимость внедрения в современных реалиях развития сети железных дорог.

ABSTRACT

The article discusses the use of various sensors, the principle of operation, which is based on obtaining information about the state of the object by a non-contact method, their specific work and characteristics. Such sensors are already used in railway automation systems for the timely receipt of data, their processing and automated action, in accordance with the information received. The devices presented in the article have proven their reliability, and also determined their need for implementation in the modern realities of the development of the railway network.

Ключевые слова: датчик, железнодорожная автоматика, регистрация, микропроцессорное устройство, датчик температуры, навигация, члены локомотивных бригад.

Keywords: sensor, monitoring, registration, microprocessor device, temperature sensor, navigation, members of locomotive crews.

С точки зрения безопасности перевозок, скорость – один из критических параметров движения, непрерывный контроль которого крайне необходим в реальном времени.

Множество типов подвижных транспортных объектов, особенности перемещения в пространстве, а также постоянно растущего количества транспортного потока, вне зависимости от времени суток и времени года повлекли за собой применение датчиков бесконтактного снятие информации с подвижных единиц, а также о состоянии его частей и внешней среды.

Прибором способным реагировать на изменение времени суток и своевременно переключать питание для соответствующего режима работы светофорных ламп является автоматический переключатель «день-ночь» в модификациях АДН и АДН-2.

Он устанавливается в релейном помещении поста электрической централизации на внутренней раме окна таким образом, чтобы на него попадало естественное освещение. Свет от внутреннего освещения не должен попадать на датчик.

Питание автоматического переключателя АДН, электрическая схема которого приведена на рис.1, осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 21,6 до 31,0 В, а потребляемый ток, составляет не более 30 мА. При изменении напряжения источника питания, обеспечивается переключение режима работы ламп: с ночного на дневной — при освещенности Енд = 3,4 лк; с дневного на ночной — при освещенности с 0,5Ет до 0,83Ет лк. Стабильность пороговых значений освещенностей не менее ±20% в диапазоне рабочих температур от 0 до +40°С [4].

Переключатель АДН-2 в нормальных климатических условиях при номинальном напряжении 24 В постоянного тока и предельных 21,6 и 31 В значениях напряжения питания обеспечивает переключение режимов питания светофорных ламп при пороговых значениях освещенности с ночного режима на дневной при освещенности Енд в пределах от 3 до 4 лк, а с дневного режима на ночной при освещенности Енд в пределах от 0,50 Енд до 0,95 Енд, при этом ток, потребляемый переключателем, должен быть не более 20 мА [4].

Электрическое сопротивление изоляции цепей, измеренное между всеми контактами разъема, соединенными между собой, и корпусом изделия, должно быть не менее 50 МОм в нормальных климатических условиях.

Рисунок 1. Электрическая схема автоматического переключателя типа АДН

Применение автоматических переключателей типа АДН позволило снизить нагрузку на дежурного по станции, автоматически переключая режим работы светофорных ламп.

Работники движения вынуждены, довольно, часто производить измерения и принимать соответствующие решения о режиме работы устройств железнодорожной автоматики во многих частях управления перевозочным процессом. Так на сортировочных горках для облегчения расчётов скорости отцепа при выборе режимов торможения используются радиолокационные измерители скорости.

Радиолокационный измеритель скорости РИС - является радиолокатором ближнего действия, измеряющим скорость любого движущегося перед ним объекта. Достоинство радиолокационного измерения скорости – в универсальности, которая заключается в возможности применения самых различных алгоритмов обработки отраженных сигналов.

Направление применения РИС в обеспечении движения железнодорожных объектов определяет место его установки (рис.2): на подвижном объекте (локомотиве) (ПО) в качестве датчика скорости для функционирования систем автоматического управления (САУ) в КЛУБ и САУТ; РИС стационарный устанавливается в колее или вблизи железнодорожного пути, применяется в системах горочной автоматики (СГА), переездной и пешеходной сигнализации (СППС), автоматического контроля параметров подвижного состава (АСКПС); РИС перенос- ной предназначен для обеспечения безопасности при проведении работ (ОБПР) [2].

Рисунок 2. Классификация размещения РИС

Локомотивные РИС (датчики) целесообразно устанавливать на нижней передней части локомотива. Этим достигается минимизация расстояния до облучаемой поверхности и снижение требований к мощности излучаемых СВЧ ЭМК и к характеристикам приемного устройства, а также наличие всех видов отражений от элементов верхнего строения пути, что обуславливает постоянное наличие сигнала в приемной антенне [2].

Стационарный и переносной РИС устанавливаются таким образом, чтобы характер вторичного излучения зависел только от типа облучаемой подвижной единицы. Для большинства железнодорожных вагонов, конструкция которых отличается совокупностью элементов с гладкими металлическими поверхностями, характерно преимущественно зеркальное и уголковое отражение.

Датчики устанавливаются рядом с каждым рельсовым путем на сортировочной горке. Каждый датчик измеряет скорость проходящих по данному пути вагонов и передает полученные значения скорости в систему автоматизированного роспуска составов. Система, по показаниям датчиков вырабатывает механическое, с необходимым усилием, торможение колесных пар вагонов.

Последнее поколение горочных измерителей скорости реализовано с применением микропроцессорной элементной базы в каналах обработки сигналов. Действие датчика РИС основано на использовании эффекта Доплера. Этот эффект заключается в том, что сигнал в виде электромагнитной волны, отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту пропорционально скорости движения объекта. РИС состоит из приемо-передающего модуля, передатчик которого генерирует СВЧ сигнал, который излучается антенной в направлении движущегося отцепа и этой же антенной принимается отраженный от отцепа сигнал. Далее этот сигнал преобразуется в цифровой вид, обрабатывается и поступает на выход датчика РИС [2]. Отличительными их особенностями являются повышенная дальность действия, более широкий диапазон измеряемых скоростей, высокая точность, устойчивость к сильно флуктуирующим входным сигналам.

Данный прибор позволяет не только правильно рассчитать усилие торможения объекта, но и обеспечить правила по безопасности движения, соблюдение которых обязывает многие технические решения постоянно совершенствоваться.

Одно из таких решений в последние время развилось настолько быстро, что представить полноценно функционирование железнодорожного транспорта без них уже невозможно. Речь идёт о комплексе технических средств многофункциональном (КТСМ), основное предназначение которого является отслеживание аварийной ситуации перегрева букс.

В камерах наружной техники КТСМ располагается датчик способный измерять показатели теплового излучения в широком спектральном диапазоне. Им является иммерсионный полупроводниковый болометр (Рис. 3).

Рисунок 3. Конструкция болометра

Главным элементом болометра является достаточно тонкая пластина (например, из серебра или другого токопроводящего материала), затемненная для лучшей абсорбции излучения. Из-за небольшой толщины пластина быстро нагревается под действием излучения, и ее сопротивление увеличивается. Его помещают в симметричную мостовую схему при отсутствии освещения для измерения небольших отклонений сопротивления пластин [1]. Металлические болометры обычно подключаются к входу трансформатора, потому что они имеют очень низкое сопротивление.

Чувствительность болометра увеличивается по мере снижения температуры чувствительного элемента.

Такой датчик позволяет при проследовании рядом поезда моментально выявлять неисправный такой важный узел в транспортном оборудовании, как букса. Полученная информация передаётся дежурному ближайшей станции, а также машинисту этого поезда и своевременно принять меры по предотвращению аварии.

Протяжённость железнодорожных линий, особенности их проектирования и строительства не позволяют избежать пересечений с автомобильными дорогами. При этом для сохранения безопасности, как железнодорожного движения, так и автомобильного, необходимо учитывать многие факторы и возможные случаи на таких пересечениях.

Железнодорожный переезд — это объект повышенной опасности, для предотвращения несчастных случаев переезды оборудуются светофорами, шлагбаумами и звуковыми сигналами, а также УЗП (устройство заграждения переезда) — металлическими плитами, которые поднимаются, заграждая проезд автомобильному транспорту. При этом транспортное средство может не успеть проследовать переезд прежде, чем сработают устройства для обеспечения безопасности. Для исключения подобных случаев используются датчики обнаружения транспортного средства (ДТР) (Рис.4), работа которых основана на бесконтактном определении места нахождения объекта на переезде.

Рисунок 4. Датчики обнаружения транспортного средства

ДТР — это ультразвуковой локатор, работает на частоте 19 кГц. Периодически посылающий короткие мощные ультразвуковые импульсы, а в паузах получает "отраженный" сигнал [3]. При этом паузы длиннее импульсов в 20 раз.

Пока над крышкой УЗП препятствия нет импульс не отражается. Если над крышкой имеется препятствие (авто), то отраженный сигнал появляется в паузе между зондирующими импульсами и воспринимается самим же ДТР. Таким образом фиксируется факт наличия препятствия в зоне контроля.

На переезд обычно устанавливается четыре ДТР. Неотъемлемой частью является и блок ББК (блок базового контроля), он и формирует синхроимпульсы, от которых работают все датчики обнаружения транспортного средства [3]. Глубину зоны контроля регулируют синхронно для всех 4-х ДТР путем изменения частоты импульсов, выдаваемых ББК.

Составными частями ДТР является пъезоэлемент, плата электроники, рупор. Пъезоэлемент и излучает и принимает отражённый импульс. Электроника постоянно переключает тракт приема и передачи по сигналам ББК.

Недостаток ДТР - замерзание резиновой прокладки под пьезоэлементом на морозе, из- за чего он начинает принимать отражения импульсов от боковых стенок рупора и обнаруживает авто, когда их реально нет. Для этого применяется более усовершенствованный вид датчиков с обогревом ДТР-О.

Применение датчиков бесконтактного съёма информации в разных областях железнодорожного транспорта и промышленности в целом приводит к уменьшению временных затрат на получение данных путём автоматизации технологических процессов, что позволяет свое- временно и заблаговременно принимать меры по обеспечению безопасной эксплуатации на сети железных дорог, а так же снизить вероятность человеческого фактора, в различных процессах, делая их значительно более эффективными, чем их традиционные технологии. Такой способ заменяет человеческое участие в физических и цифровых задачах, в том числе в процессах, требующих принятия решений.

Список литературы:

1. Бараночников М.Л. Приёмники и детекторы излучений: Справочник // Электронная авторская версия. Москва, 2017 – 1040 с. С. 123–125.
2. Гурулёва М.А., Марюхненко В.С. Применение доплеровского измерителя для определения скорости подвижных железнодорожных единиц // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. XVIII Всерос. науч.техн. конф., посвящ. 120-й годовщине Дня радио / науч. ред. В.Н. Бондаренко; отв. за вып. А.А. Левицкий. (Красноярск, 6–7 мая 2015 г.). Красноярск: Изд-во СФУ, 2015. С. 35–39.
3. В.М. Пономарев, В.И. Жуков. Системы безопасности на объектах инфраструктуры железнодорожного транспорта // Ученое пособие. Москва: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2020 – 488с. С. 183–189.
4. Сороко В. И., Фотькина Ж. В. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 4 кн. Кн. 1. — 4-е изд. — Москва: ООО «НПФ «ПЛАНЕТА», 2013 - 1060 с. С. 893– 895.