Устройство для производства пусконаладочных работ и проведения макетной проверки электротехнических систем движения поездов метрополитена

Полезная модель относится к области испытаний железнодорожной автоматики и представляет собой устройство для производства пусконаладочных работ и проведения макетной проверки как релейных, так и микропроцессорных систем автоматики и телемеханики движения поездов (АТДП) станций метрополитена, проводимых непосредственно на объекте.
Основным этапом производства пусконаладочных работ системы АТДП является индивидуальные испытания «вхолостую» (так называемая "макетная проверка") без рабочей нагрузки. Целью данного испытания является проверка всех взаимозависимостей стрелок, сигналов и маршрутов на соответствие проекту системы АТДП, ПТЭ метрополитенов и действующих инструкций. Данная проверка осуществляется путем имитации всех режимов работы напольного оборудования на специальном стенде, индивидуально создаваемого в релейной, а также имитацией схемы управления оборудованием.
Линия метрополитена должна быть оборудована системами (устройствами) автоматики и телемеханики движения поездов (АТДП), к которым относятся: система автоматического регулирования скорости и безопасности движения поездов (АРС); система централизации маршрутов, стрелок и сигналов; система автоматического управления поездом (АУП); система автоматической блокировки (АБ). Системы АТДП должны предусматривать возможность функционирования в комплексе автоматизированного управления технологическими процессами на линии.
Релейные автоматические системы относятся к категории автоматических систем прерывистого действия. Моменты времени, в которые происходит замыкание и размыкание системы, заранее неизвестны; они не задаются извне, а определяются внутренними свойствами самой автоматической системы. Этим обуславливаются основные специфические особенности динамики процессов автоматического регулирования.
По своему принципу работы релейные автоматические системы существенно нелинейны. Поэтому рассмотрение их непосредственно при помощи хорошо известных в теории автоматического регулирования линейных методов невозможно.
Тем не менее, специфическая особенность релейных автоматических систем, состоящая в том, что форма выходной величины релейного элемента не зависит существенно от формы его входной величины, позволяет произвести исследование их сравнительно простыми средствами, не прибегая к сложному математическому аппарату.
Особенностью макетной проверки является проверка функционирования системы АТДП станции на соответствие требованиям безопасности движения поездов. Макетная проверка проводится путем отсоединения отходящих кабелей релейной до оконечного оборудования (светофоров, стрелочных переводов и оборудования рельсовых цепей) и их замены на нагрузку, имитирующую эти светофоры, стрелочные переводы и рельсовые цепи. Традиционно, устройства имитации нагрузки выполнялись в виде отдельных стендов, настраиваемых на условия функционирования того объекта, рабочую функцию которого проверяют в релейной установке.
Примером такого решения может быть полезная модель RU 80253, G05B 13/04, G05B 15/02, опубл. 27.01.2009 г. Это решение принято в качестве прототипа.
Известное решение представляет собой устройство испытания железнодорожной автоматики и телемеханики и предназначена для применения на этапе регулировки средств автоматики путем замены реальных устройств их имитаторами и измерением необходимых электрических параметров проверяемых управляющих цепей, выявления проектных и монтажных ошибок. Реальный стрелочный электропривод заменяется автоматизированным устройством, которое с точки зрения схемы станционной автоматики и кабельной сети представляет собой точную токовую и алгоритмическую его копию. Все составные части моделирующего устройства управляются микропроцессором. После ввода оператором необходимых начальных условий с помощью цепей управления, имитатор положения стрелки переключается в состояние, соответствующее положению релейных цепей стрелочной автоматики - «плюс» или «минус». Делители напряжения и шунты предоставляют информацию измерительному элементу, а тот микропроцессору. Измеренное напряжение контрольной цепи стрелочного электропривода сравнивается с допуском, отображается устройством индикации и запоминаются. При переводе стрелки микропроцессором выдается команда на подключение имитатора нагрузки. Измерения напряжения рабочей цепи проводятся на холостом ходу и под нагрузкой, сравниваются с допуском, отображаются и запоминаются. Микропроцессор отключает нагрузку и переключает имитатор положения стрелки в противоположное состояние, проводятся измерения. Далее цикл работы повторяется.
Недостатками таких стендов являются:
- индивидуальное изготовление под конкретную станцию, невозможность использования после демонтажа на станции с другим путевым развитием;
- необходимость вмешательства в электрические схемы релейной для имитации схемы управления оборудованием;
- невозможность проведения пусконаладочных работ микропроцессорных систем АТДП ввиду отсутствия физических электрических цепей, невозможность имитировать схему управления оборудованием;
- высокая трудоемкость по монтажу данного стенда, занимающая до 5 рабочих дней.
Задача, решаемая настоящей полезной моделью - это создание устройства, позволяющего многоразовое использование на различных станциях с любым путевым развитием, обеспечивающего имитацию оконечного оборудования посредством имитирующих нагрузку схем, не требующих имитации схемы управления оборудованием, и позволяющего проведение пусконаладочных работ как релейной, так и микропроцессорной систем АТДП в короткие сроки с низкой трудоемкостью.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в сокращении времени и трудоемкости проведения макетных испытаний систем АТДП на станциях метрополитена с любым путевым развитием.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для производства пусконаладочных работ и проведения макетной проверки электротехнических систем движения поездов метрополитена, проводимых непосредственно на объекте, содержит корпус, состоящий из двух шарнирно связанных между собой и раскрываемых половин, в которых размещены и связаны с половинами корпуса две панели, на одной из которых размещены платы макета для имитации огней светофоров и платы макета для имитации работы схем увязки со смежными станциями, а на другой панели смонтированы платы макета для имитации напольного оборудования тональной рельсовой цепи и ходовых рельсов и платы для имитации стрелочных электроприводов, при этом на каждой панели смонтированы связанные с монтажными выводами плат контактные розетки для подключения плат к кроссовым стативам электротехнических систем движения поездов метрополитена, а каждая плата представляет собой монтажную плату с размещенными на ней электронными элементами схемы имитации рабочих режимов соответствующего испытуемого объекта электротехнической системы движения поездов метрополитена.
При этом корпус может быть выполнен в виде кейса, чемодана или переносным.
Контактные розетки для подключения плат к кроссовым стативам электротехнических систем движения поездов метрополитена выполнены 30-контактными.
Для имитации напольного оборудования тональной рельсовой цепи и ходовых рельсов плата макета РЦ выполнена с двумя плечами последовательно соединенных пар резисторов через контакты двухполюсных микротумблеров, при этом от фронтовых контактов двухполюсных микротумблеров выведены провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки монтажного вывода этой платы, предназначенной для подключения к аппаратуре тональной рельсовой цепи.
Для имитации стрелочного электропривода плата макета СТ выполнена с тремя комплектами реле с последовательным подключением к катушкам реле резистора и диода, а также к осевому контакту реле подключен конденсатор, при этом от каждого комплекта выведены девять проводов на соответствующие контакты 30-контактной розетки этой платы, предназначенной для подключения к аппаратуре девятипроводной схемы управления стрелочным электроприводом.
Для имитации огней светофора в плата макета СВ выполнена с изолированными друг относительно друга электрическими схемами параллельно включенных резисторов с последовательно подключенной к одному из резисторов клеммы со светодиодом, при этом от крайних контактов электрической схемы выведены провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки монтажного вывода этой платы, предназначенной для подключения к аппаратуре схемы управления огнями светофора.
Для имитации работы схемы увязки со смежными станциями плата макета УВ выполнена с электрическими схемами последовательно соединенных однополюсного микротумблера и резистора, общим плюсовым проводом подключенному к фронтовому контакту каждого микротумблера через предохранитель, установленный посредством держателя на панели платы, при этом от контакта резистора каждой электрической цепи выведены провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки монтажного вывода этой платы, предназначенной для подключения к аппаратуре схемы увязки релейной.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - блок-схема первой панели устройства для производства пусконаладочных работ;
на фиг. 2 - блок-схема второй панели устройства для производства пусконаладочных работ;
на фиг. 3 - показан монтажный жгут с трехрядной разводкой вилки на 30 контактов по 10 контактов в ряду;
на фиг. 4 - лицевая сторона монтажной платы макета СВ;
на фиг. 5 - тыльная сторона монтажной платы макета СВ;
на фиг. 6 - показан внешний вид светодиодного индикатора;
на фиг. 7 - показана схема подключения электрической схемы имитации работы СВ к контактам 30-контактной розетки, показано подключение к одному десятиконтактному ряду этой розетки, подключения к другим рядам 30-контактной розетки не показаны;
на фиг. 8 - монтажная плата макета РЦ;
на фиг. 9 - показана схема подключения электрической схемы имитации работы РЦ к контактам 30-контактной розетки, показано подключение к одному десятиконтактному ряду этой розетки, подключения к другим рядам 30-контактной розетки не показаны;
на фиг. 10 - монтажная плата макета СТ с электрической схемой;
на фиг. 11 - показана схема подключения электрической схемы имитации работы СТ к контактам 30-контактной розетки, показано подключение к одному десятиконтактному ряду этой розетки, подключения к другим рядам 30-контактной розетки не показаны;
на фиг. 12 - монтажная плата макета УВ с электрической схемой;
на фиг. 13 - показана схема подключения электрической схемы имитации работы УВ к контактам 30-контактной розетки, показано подключение к одному десятиконтактному ряду этой розетки, подключения к другим рядам 30-контактной розетки не показаны.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается новая конструкция устройства для производства пусконаладочных работ и проведения макетной проверки электротехнических систем движения поездов метрополитена, проводимых непосредственно на объекте - станции метрополитена. Сущность технического решения состоит в модульном построении устройства, за счет чего достигается его универсальность и совместимость для проведения пусконаладочных работ системы АТДП любой сложности на станциях метрополитена с любым путевым развитием.
Устройство в общем выполнено в форм-факторе кейса или чемодана, который является несущим корпусом для электротехнических компонентов. Корпус в закрытом (транспортном и при хранении) состоянии внутри выполнен пыле и влагозащищенным (степень влагозащиты IP67). Для корпуса использован полимерный ударопрочный материал. Выполнение в таком форм-факторе позволяет переносить устройство, удобно его хранить и удобно применять при проведении испытаний. В данном случае в качестве корпуса используется кейс «РИФ» модель WR-19 (с габаритными размерами 485×355×215) с клапаном регулировки доступа воздуха, что бывает необходимо при перепадах температур с целью исключения конденсации.
В рабочем положении корпус представляет собой две шарнирно связанные лоткового типа части - верхнюю (являющуюся крышкой кейса) и нижнюю, в которых укреплены первая 1 (фиг. 1) и вторая 2 (фиг. 2) панели, соответственно.
В общем случае, на первой панели 1 размещены платы 3 макета для имитации огней светофоров (СВ) на 15 огней светофоров каждая и платы 4 макета для имитации работы схемы увязки со смежными станциями (УВ) (платы питания 14-ти реле увязки со смежными станциями). На второй панели 2 смонтированы платы 5 макета для имитации напольного оборудования тональной рельсовой цепи и ходовых рельсов (РЦ) на 14 рельсовых цепей и платы 6 для имитации стрелочных электроприводов (СТ) на 3 стрелочных электропривода.
На каждой панели смонтированы связанные с монтажными выводами плат контактные розетки для подключения плат к кроссовым стативам электротехнических систем движения поездов метрополитена. Так, на панелях 1 и 2 расположены 30-контактные розетки 7, 8, 9 монтажных выводов плат, предназначенные для подключения полезной модели к кроссовым стативам системы АТДП при помощи монтажных жгутов 10 (фиг. 3). При подключении устройства вилку 11 монтажного жгута 10 вставляют в розетку 7, 8 или 9 монтажного вывода платы, а выводами 12 на другом конце жгута обеспечивают коммутацию проводов монтажного жгута (согласно проектной документации) с контактам кроссового статива системы АТДП (с оборудованием релейной).
Количество плат для подключения к релейной АТДП ограничивается лишь корпусом макета. В данном корпусе размещается от 1 до 8 платы макета РЦ, от 1 до 8 платы макета СТ, 5 плат макета СВ и 4 платы макета УВ. Для проведения пусконаладочных работ станций с путевым развитием, превышающим возможности данного макета, возможно использовать несколько макетов параллельно, либо корпус макета может быть увеличен.
Каждая плата представляет собой монтажную плату с размещенными на ней электронными элементами схемы имитации рабочих режимов соответствующего испытуемого объекта электротехнической системы движения поездов метрополитена.
Работа изделия основана на имитации сопротивления ходовых рельсов, участвующих в рельсовых цепях, с обязательной имитацией изолирующих стыков, показаний светофоров, имитации стрелочных электроприводов и схем увязки со смежными станциями. Для функционирования изделия не требуется дополнительного подвода питания, за исключением платы макета УВ.
Плата 3 макета СВ с электрической схемой платы макета СВ изображена на фиг. 4 и 5. Принцип работы заключается в имитации сопротивления светодиодного излучателя светофора со светодиодной индикацией, соответствующей цвету показания светофора. На одной 13 (лицевой) стороне монтажной платы (фиг. 4) размещаются слоты 14 или клеммники двухконтактные для установки в них клемм со световыми индикаторами (в виде светодиодного индикатора, выполненного в виде светодиода 15 с контактной ножкой 16, фиг. 6) для визуального контроля работоспособности проверяемого оборудования по наличию светового излучения (фиг. 4).
На другой стороне 17 (тыльной) (фиг. 5) смонтированы схемы имитации работы проверяемого оборудования. Тыльная сторона монтажной платы представляет собой печатную плату с изолированными друг относительно друга электрическими схемами параллельно включенных резисторов 18 (номиналы сопротивлений подобраны с учетом достижения тока в цепи огневого реле 90-110 мА) с последовательно подключенной к одному из резисторов клеммы со светодиодом, при этом от крайних контактов электрической схемы выводятся провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки монтажного вывода (см. фиг. 7) платы макета СВ, предназначенной для подключения к аппаратуре управления огнями светофора в релейной. На фиг. 7 показано подключение нагрузочной схемы резисторов 18 на контакты одного ряда 30-контактной розетки 7 (подключение нагрузочных резисторов к контактам других рядов этой розетки повторяет подключение к первому ряду).
Плата макета СВ, по сути, представляет собой электрическую схему для подключения нагрузочного сопротивления в цепи огневого реле показания светофора с параллельным подключением через балластное сопротивление излучающего светодиода цвета, соответствующего цвету показанию светофора.
Плата 5 макета РЦ с электрической схемой изображена на фиг. 8, предназначена для имитации напольного оборудования тональной рельсовой цепи и ходовых рельсов. Принцип работы заключается в имитации сопротивления ходовых рельсов, нормального режима рельсовой цепи при замкнутом микротумблере 19, шунтового режима рельсовой цепи при разомкнутом микротумблере 19. Плата 5 макета РЦ представляющая собой печатную плату с двумя плечами последовательно соединенных пар резисторов 20 через контакты двухполюсных микротумблеров 19, при этом от фронтовых контактов двухполюсных микротумблеров 19 выводятся провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки 8 монтажного вывода платы макета РЦ, предназначенной для подключения к аппаратуре тональной рельсовой цепи. Имитация изолирующего стыка осуществляется путем отключения тумблера. При замкнутых тумблерах осуществляется имитация контрольного режима рельсовых цепей, при разомкнутых - шунтовой режим. Подключение макета РЦ к кроссовому стативу осуществляется с помощью жгута 11 подключения схем РЦ и светофоров.
Плата 6 макета СТ с электрической схемой изображена на фиг. 10. Принцип работы заключается в имитации рабочей и контрольной цепей стрелочного электропривода при помощи бистабильного реле. Плата макета СТ представляет собой печатную плату с тремя комплектами реле 21 с последовательным подключением к катушкам реле резистора 22 и диода 23, а также к осевому контакту реле подключен конденсатор 24, при этом от каждого комплекта выводятся девять проводов на соответствующие контакты 30-контактной розетки 9 монтажного вывода платы макета СТ (фиг. 11), предназначенной для подключения к аппаратуре девятипроводной схемы управления стрелочным электроприводом.
Плата 6 макета СТ, по сути, представляет собой электрическую схему для подключения бистабильного реле 21 на 24 В с двумя обмотками и двумя переключающими контактными группами к девятипроводной схеме управления стрелочным электроприводом. В обратный провод питания обмоток реле включено балластное сопротивление (резистор 22) для понижения напряжения и защитный диод 23 для однополупериодного выпрямления питающего напряжения. К осевому контакту реле подключен конденсатор 24 для достижения резонанса напряжения питания контрольных стрелочных реле.
Плата 4 макета УВ с электрической схемой изображена на фиг. 12. Принцип работы заключается в управлении с помощью микротумблера питанием реле схем увязки со смежными станциями.
Плата 4 макета УВ представляет собой печатную плату с электрическими схемами, последовательно соединенных однополюсного микротумблера 25 и резистора 26, общим плюсовым проводом, подключенному к фронтовому контакту каждого микротумблера через предохранитель 27, установленный посредством держателя на панели платы 4. При этом от контакта резистора каждой электрической цепи выводятся провода на соответствующие контакты 30-контактной розетки монтажного вывода платы макета УВ, предназначенной для подключения к электрической схеме увязки релейной.
Плата макета УВ (фиг. 13) представляет собой электрическую схему для подключения приборов увязки через однополюсный микротумблер и балластное сопротивление к сети постоянного напряжения 24 В. Два полюса постоянного напряжения 24 В подаются от контура релейных стативов согласно схемам электропитания системы АТДП на кроссовый статив. Плюсовой провод подключается к схеме увязки через защитный предохранитель номиналом 3 А, далее через контакты микротумблеров 25 подается на обмотку управляемого реле. Минусовой провод подключается напрямую к приборам увязки согласно монтажным схемам кроссовых стативов.
При проведении испытаний системы АТДП станции метрополитена заявленное устройство позволяет проводить работы при производстве пусконаладочных работ по испытаниям объектов системы АТДП как отдельных систем, например, отдельно стрелочного электропривода или светофора, так и комплексные проверки одновременной работы, стрелок и светофоров. Это обеспечивается тем, что на панелях платы, каждая из которых несет особую схему нагрузки, пригодную для проверки отдельного объекта системы АТДП, имеется возможность комбинированного применения таких плат для обеспечения нагрузкой нескольких отдельных объектов. Ранее это было невозможно, так как для каждой проверяемой системы монтировался отдельный испытательный стенд. Проведение комплексных проверок нескольких систем одновременно на таком стенде было практически невозможно. Заявленное устройство позволяет проводить такие проверки систем в короткие сроки. При этом отсутствует необходимость переналадки плат при смене структурной схемы АТДП.
Таким образом, предлагаемый макет АТДП при проведении пусконаладочных работ систем АТДП позволяет достигнуть конечного результата за более короткий промежуток времени. Также, поскольку имитация схем управления оборудованием не требуется, это позволяет избежать возможные ошибочные действия при ведении работ.