Система управления стрелочным электроприводом
ELECTRIC SWITCH MECHANISM CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к системам автоматизированного управления и контроля положения остряков стрелок железнодорожных путей и может быть применено в отрасли железнодорожного транспорта.
Известна система управления стрелочным электроприводом, содержащая блок пускового стрелочного трехфазного тока (ПСТ), содержащий модуль контроля перемещения стрелки, выполненный с возможностью коммутации цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода и включающий датчик положения стрелки с гибкими контактами и ножевыми контактными колодками, при этом датчик положения стрелки содержит выводы для подключения к электрической сети, выводы для подключения к блоку ПСТ, выводы для подключения электрического двигателя стрелочного электропривода и выводы для подключения ножевых контактных колодок датчика положения стрелки [Веб-ресурс: https://studopedia.info/3-82355.html, дата публикации: 30.08.2015 г.].
Недостатком известного технического решения является большое количество отказов в процессе эксплуатации системы управления стрелочным электроприводом, вызванных нарушением контакта между контактными и ножевыми колодками датчика положения стрелки в результате излома, индевения, обледенения, подгара или нарушения регулировки контактных и ножевых колодок датчика положения стрелки, ввиду чего происходят сбои при коммутации электрической цепи управления питанием электрического двигателя, и требуется постоянная профилактика возникновения отказов датчика положения стрелки путем применения специальных смазок, обогрева, защиты контактной зоны датчика положения стрелки, что в значительной степени снижает надежность системы управления стрелочным электроприводом.
В качестве прототипа выбрана система управления стрелочным электроприводом, которая содержит контроллер управления стрелочным электроприводом, содержащий выводы для подключения модуля коммутации цепи питания электрического двигателя стрелочного электропривода, модуль контроля перемещения стрелки, включающий датчик положения стрелки с герметизированными контактами, содержащими выводы для подключения к модулю коммутации цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода и модуль коммутации цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, содержащий выводы для подключения к электрической сети, выводы для подключения к модулю управления стрелочным электроприводом, выводы для подключения электрического двигателя стрелочного электропривода и выводы для подключения герметизированных контактов датчика положения стрелки [TWM502610, дата публикации: 03.03.2015 г., МПК: B61L 5/10].
Преимуществом прототипа является пониженный риск возникновения отказов модуля контроля положения стрелки, за счет применения в конструкции датчика положения стрелки герметизированных контактов. Однако недостатком прототипа является недостаточно высокая надежность системы управления стрелочным электроприводом, обусловленная высокой вероятностью возникновения отказов из-за необходимости коммутации высоковольтной электрической цепи элементами системы управления. Отказы в элементах системы возникают из-за переходных процессов, сопровождающих коммутацию высоковольтной цепи управления питанием электрического двигателя, и возникающих одновременно в герметизированных контактах датчика положения стрелки стрелочного электропривода, в модуле коммутации цепи управления питанием электрического двигателя, а также на выводах для электрического подключения этих элементов друг к другу, что приводит к подгоранию и оплавлению гибких контактных элементов герметизированных контактов датчика положения стрелки и контактных элементов модуля коммутации цепи управления электрическим двигателем, а при сопутствующем наличии переходных сопротивлений в местах соединения с выводами этих элементов и условии протекания через них высоковольтного напряжения - к быстрому выходу из строя электрических выводов компонентов системы, вследствие чего повышается риск отказа системы управления стрелочным электроприводом, что может привести к возникновению аварийноопасной ситуации на железной дороге.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости повышении надежности системы управления стрелочным электроприводом.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска возникновения отказов при коммутации электрической цепи в системе управления стрелочным электроприводом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Система управления стрелочным электроприводом содержит модуль управления стрелочным электроприводом, модуль контроля перемещения стрелки, включающий датчик положения стрелки с герметизированными контактами и выводами, и выполнена с возможностью коммутации цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода. В отличие от прототипа система содержит средство коммутации цепи контроля перемещения стрелки, содержащее выводы для подключения герметизированных контактов датчика положения стрелки и выводы для подключения к модулю управления стрелочным электроприводом, а модуль управления стрелочным электроприводом выполнен с возможностью управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода и содержит выводы для подключения питания электрического двигателя стрелочного электропривода, средство преобразования высоковольтного напряжения электрической сети в низковольтное напряжение питания средства коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки, выводы для подключения модуля коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки и выводы для подключения к электрической сети.
Модуль контроля перемещения стрелки обеспечивает возможность замыкания и размыкания цепи контроля перемещения стрелки. Для этого модуль контроля перемещения стрелки содержит датчик положения стрелки с герметизированными контактами. Датчик положения стрелки обеспечивает возможность замыкания и размыкания контактных элементов герметизированных контактов за счет воздействия на них магнитного поля. Датчик положения стрелки содержит для этого магнитный ротор и статор, в который установлены герметизированные контакты. Герметизированные контакты могут содержать пару или несколько пар магнитоуправляемых упругих элементов, установленных в герметичный корпус. Герметизированные контакты содержат выводы для электрического соединения со средством коммутации цепи контроля перемещения стрелки. Дополнительно для снижения риска возникновения сбоев и отказов при коммутации электрической цепи в системе управления стрелочным электроприводом датчик положения стрелки может содержать дополнительные герметизированные контакты, выполненные с возможностью дублирования функций основных герметизированных контактов.
Средство коммутации цепи контроля перемещения стрелки обеспечивает автоматическое преобразование циклических замыканий и размыканий герметизированных контактов в слаботочный сигнал положения стрелки напряжением от 1 до 10 В для модуля управления стрелочным электроприводом, и обеспечивает возможность отделения цепи коммутации сигналов перемещения стрелки от высоковольтной цепи управления питанием электродвигателя стрелочного электропривода, снижая риск возникновения отказов при коммутации электрической цепи в системе управления стрелочным электроприводом. Средство коммутации цепи контроля перемещения стрелки содержит выводы для подключения герметизированных контактов датчика перемещения стрелки, обеспечивающие возможность электрического соединения с магнитоуправляемыми упругими элементами герметизированных контактов. Также средство коммутации содержит выводы для подключения к модулю управления стрелочным электроприводом, что обеспечивает возможность передачи слаботочных электрических сигналов положения стрелки в модуль управления стрелочным электроприводом.
Модуль управления стрелочным электроприводом обеспечивает возможность преобразования слаботочных коммутированных сигналов положения стрелки в слаботочные сигналы для управления питанием электродвигателем стрелочного электропривода, что обеспечивает возможность разделения цепи управления питанием электрическим двигателем и цепи питания электрического двигателя. Для этого модуль управления может содержать средство преобразования слаботочных коммутированных сигналов от датчика положения стрелки в слаботочные сигналы для управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, подключенное к модулю управления стрелочным электроприводом и соединенное с  выводами для подключения питания электрического двигателя, представленное совокупностью электромагнитных штепсельных реле железнодорожной автоматики. Модуль управления стрелочным электроприводом выполнен с возможностью управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, что подразумевает наличие аппаратных средств для распознавания слаботочных сигналов для активации и деактивации электрического двигателя, представленных электромагнитными кодовыми или сигнальными реле железнодорожной автоматики. Также это подразумевает наличие в модуле управления аппаратных средств для замыкания или размыкания высоковольтной цепи питания электрического двигателя, напряжением от 220 до 380 В, которые могут быть представлены автоматическими пускателями, электрически соединенными с аппаратными средствами для распознавания слаботочных сигналов, и с высоковольтной электрической сетью напряжением от 220 до 380 В. Модуль управления стрелочным электроприводом может быть представлен одним пусковым стрелочным блоком трехфазного тока (ПСТ) или совокупностью блоков ПСТ, объединенных в одну электрическую сеть. Модуль управления стрелочным электроприводом может быть также выполнен с возможностью автоматизированного контроля системы управления стрелочным электроприводом, для чего он может содержать контроллер, выполненный с возможностью подключения оператором средств ввода и вывода данных.
Модуль управления содержит средство преобразования высоковольтного напряжения электрической сети в низковольтное напряжение питания модуля коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки, что обеспечивает возможность организации слаботочной цепи в системе управления стрелочным электроприводом, снижая риск возникновения отказов при коммутации цепей элементами системы. Средство преобразования высоковольтного напряжения электрической сети может быть представлено любыми известными устройствами преобразования, обеспечивающими требуемые характеристики электрического напряжения для питания модуля коммутации. Выводы для подключения модуля коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки обеспечивают возможность передачи слаботочного напряжения питания и получения слаботочного коммутированного сигнала положения стрелки модулем управления и могут быть соединены со средством преобразования высоковольтного напряжения электрической сети. Выводы для подключения к электрической сети обеспечивают возможность получения электрического тока промышленной электрической сети напряжением от 220 до 380°В и могут быть электрически соединены со средством преобразования высоковольтного напряжения электрической сети.
Компоненты системы управления стрелочным электроприводом могут быть электрически соединены между собой посредством любых известных средств проводной связи, например, проводами, электрическими шнурами или кабелями. При этом выводы компонентов системы могут быть представлены электрическими разъемами, штекерами или гнездами, а коммутация электрической цепи, преобразование и распознавание сигналов могут быть осуществлены посредством кодовых, сигнальных и других известных типов электромагнитных реле железнодорожной автоматики.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение характеризуется ранее неизвестными существенными отличительными признаками, заключающимися в том, что:
- система управления стрелочным электроприводом содержит средство коммутации цепи контроля перемещения стрелки, содержащее выводы для подключения герметизированных контактов датчика положения стрелки и выводы для подключения к модулю управления стрелочным электроприводом, что обеспечивает возможность разделения цепи коммутации сигналов перемещения стрелки и цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода системы управления стрелочным электроприводом.
- модуль управления стрелочным электроприводом содержит средство преобразования высоковольтного напряжения электрической сети в низковольтное напряжение питания модуля коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки, выводы для подключения модуля коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки и выводы для подключения к электрической сети, что обеспечивает возможность организации слаботочной цепи (от 1 до 10 В) коммутации сигналов перемещения стрелки в системе управления стрелочным электроприводом.
- модуль управления стрелочным электроприводом выполнен с возможностью управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода и содержит выводы для подключения питания электрического двигателя стрелочного электропривода и выводы для подключения к электрической сети, что обеспечивает возможность преобразования слаботочных сигналов перемещения стрелки в управляющий сигнал для подачи высоковольтного напряжения питания на выводы для подключения электрического двигателя.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает возможность разделения электрических цепей системы управления стрелочным электроприводом на отдельную цепь коммутации сигналов перемещения стрелки и цепь управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, снабжения отдельной цепи коммутации сигналов перемещения стрелки слаботочным напряжением питания, а цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода высоковольтным напряжением питания, что дает возможность коммутации слаботочной цепи контроля перемещения стрелки отдельно от высоковольтной цепи управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, благодаря чему снижается риск обгорания магнитоуправляемых упругих элементов герметизированных контактов при замыкании цепи напряжением до 10 В, а также риск выхода из строя средства коммутации цепи контроля перемещения стрелки, обрабатывающего кодовые сигналы слаботочной электрической цепи, а за счет того, что управление замыканием высоковольтной электрической цепи управления питанием электрического двигателя обеспечивается вне средства коммутации слаботочной цепи контроля перемещения стрелки, также дополнительно снижается риск выхода его из строя и дополнительно упрощается контроль технического состояния компонентов системы управления стрелочным электроприводом, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска возникновения отказов при коммутации электрической цепи в системе управления стрелочным электроприводом, тем самым повышается надежность системы управления стрелочным электроприводом.
Изобретение обладает ранее неизвестными из уровня техники существенными признаками, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Система управления стрелочным электроприводом.
Система управления стрелочным электроприводом содержит модуль 1 управления стрелочным электроприводом, содержащий блоки ПСТ и устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) (не показаны на фигурах), средство преобразования высоковольтного напряжения электрической сети в низковольтное напряжение питания средства коммутации электрической цепи контроля перемещения стрелки, представленное преобразователем напряжения (не показан на фигурах), выводы 2 подключения к электрической сети напряжением 220 В, выводы 3 питания напряжением 8 В средства коммутации цепи контроля перемещения стрелки, выводы 4 для получения сигналов от средства коммутации  электрической цепи контроля перемещения стрелки, вывод 5 для подключения средства управления электрическим двигателем, модуль 6 контроля перемещения стрелки, включающий датчик положения стрелки (не показан на фигурах), содержащий герметизированные контакты (не показаны на фигурах) с выводами 7 для подключения герметизированных контактов к средству коммутации цепи контроля перемещения стрелки, средство 8 коммутации цепи контроля перемещения стрелки, содержащее кодовые электромагнитные штепсельные реле (не показаны на фигурах), выводы 9 для подключения герметизированных контактов датчика положения стрелки и выводы 10 питания напряжением 8 В от модуля управления стрелочным электроприводом и выводы 11 для передачи коммутированного сигнала перемещения стрелки, средство 12 управления питанием электрического двигателя стрелочного электропривода, содержащее электромагнитные штепсельные реле и автоматические магнитные пускатели (не показаны на фигурах), и содержат выводы 13 для подключения к модулю управления и выводы 14 для подключения к электродвигателю, выводы 15 для подключения к высоковольтной электрической сети напряжением 380 В и электродвигатель 16 стрелочного электропривода с выводами 17 для подключения к средству 12.
Компоненты системы электрически соединены между собой посредством кабелей и проводов, не указанных на фигурах, при этом модуль 1 электрически подключен к электрической сети посредством  вывода 2, подключен к средству 8 посредством выводов 3 и 4, подключен к средству 12 посредством выводов 5; средство 8 подключено к модулю 1 посредством выводов 10 и 11, а к модулю 6 посредством выводов 9, модуль 6 подключен к средству 8 посредством выводов 7; средство 12 подключено к модулю 1 посредством выводов 13, к электрической высоковольтной сети посредством выводов 15 и к электрическому двигателю посредством выводов 14; электрический двигатель 16 подключен к средству 12 посредством выводов 17.
Изобретение работает следующим образом.
Модуль 1 подает управляющий сигнал активации электродвигателя средству 12 управления питанием электрического двигателя стрелочного электродвигателя, которое посредством реле обрабатывает его и подает команду на замыкание автоматического магнитного пускателя. Электрический ток поступает по цепи питания на электродвигатель 16, за счет чего происходит перемещение стрелки стрелочного электропривода в крайние положения. Модуль 6 преобразует поступательное движение стрелки во вращение датчика положения стрелки за счет чего происходит замыкание или размыкание магнитоуправляемых упругих элементов герметизированных контактов. За счет этого происходит изменение сигнала, поступающего от средства 8 коммутации цепи контроля перемещения стрелки, и он обрабатывается кодовыми электромагнитными штепсельными реле средства 8 и передается в модуль 1 управления стрелочным электроприводом, где обрабатывается блоками ПСТ и СЦБ. После этого модулем 1 подается команда на деактивацию электрического двигателя средству 12 управления питанием электрического двигателя и происходит размыкание автоматического магнитного пускателя. При этом за счет того, что функционирование датчика положения стрелки обеспечивается под слаботочным напряжением питания 8 В, а коммутация цепи контроля перемещения стрелки происходит отдельно от цепи управления питанием электрического двигателя, обеспечивается снижение риска обгорания и выхода из строя магнитоуправляемых упругих элементов герметизированных контактов или оплавления контактных элементов кодовых реле средства коммутации цепи контроля перемещения стрелки, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска возникновения отказов при коммутации электрической цепи в системе управления стрелочным электроприводом, тем самым повышается надежность системы управления стрелочным электроприводом.