СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХНИТЕВЫМИ ЛАМПАМИ СВЕТОФОРА

Полезная модель относится к устройствам железнодорожной автоматики, а именно, к системам автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры, и предназначена для управления сигнальными показаниями путевых светофоров.
В современных системах автоблокировки в путевых светофорах используются двухнитевые лампы, у которых ресурс горения увеличен до 2000 ч. Схемы управления и контроля нитей ламп путевых светофоров должны соответствовать требованиям безопасности /Л.-1, C.11-22/, в частности, отказ любого из элементов схемы должен исключать горение лампы.
Известны устройства, которые контролируют перегорание лампы светофора /Л.-2-3/. В устройствах /Л.-2-3/ используются реле, что снижает надежность и увеличивает затраты на их техническое обслуживание.
Также известны устройства /Л.-4-6/, которые переключают нити в двухнитевых лампах светофора. При этом переключение на резервную нить происходит автоматически, при перегорании основной нити лампы. Функции безопасного включения и безопасного контроля горения лампы устройства /Л.-4-6/ не выполняют.
В состав устройства для переключения нитей лампы светового указателя /Л.-5/ входят: блок контроля состояния основной нити лампы, ключевой элемент, элемент «И», элемент «исключающее ИЛИ», резистор, сигнальная лампа. Выход элемента «И» управляет работой ключевого элемента 14 в цепи резервной нити двухнитевой лампы. При исправном состоянии основной нити лампы, блок контроля формирует синхронные динамические сигналы. Эти сигналы поступают на первый и второй входы элемента «исключающее ИЛИ», на его выходе формируется логический «0». Выход элемента «исключающее ИЛИ» подсоединен ко второму входу элемента «И». На первый инверсный вход элемента «И» из блока контроля состояния основной нити лампы поступают единичные импульсы. Указанный ключевой элемент разомкнут, резервная нить выключена, сигнальная лампа мигает с частотой генератора. При перегорании или коротком замыкании основной нити лампы ключевой элемент 14 замыкает вывод резервной нити на землю с частотой сигналов на его управляющем
входе. В этом случае резервная нить лампы работает в режиме мигания, а частота мигания сигнальной лампы удваивается.
Устройство /Л.-5/ имеет недостаток. Если частота генератора, с которой происходит мигание лампы, различима человеческим глазом, то на светофоре вместо постоянно горящей лампы включается мигающее сигнальное показание. Если же частота генератора высока, то удвоение частоты мигания сигнальной лампы незаметно глазом.
Известно устройство для контроля исправности и переключения нитей накала двухнитевой лампы светофора /Л.-6/. Устройство содержит источник питания переменного тока 1, блок выбора сигнальной лампы светофора 2, блок контроля 24, кабельную линию 25, согласующий элемент 26 и блок включения 29. При перегорании основной нити лампы блок 29 включает ее резервную нить, а блок контроля 24 зажигает световой индикатор неисправности 23.
Основная нить лампы подсоединена к датчику тока 30, ее резервная нить соединена с ключевым элементом 32. При горении основной лампы на выходе датчика тока 30 формируется сигнал логической «I». В этом случае ключевой элемент 32 разомкнут, резервная нить выключена.
При перегорании основной нити на выходе датчика тока 30 формируется сигнал логического «0». Ключ 32 открывается, через него поступает ток на резервную нить лампы. Включение резервной нити происходит с некоторым запаздыванием. В течение этого интервала времени ток в лампе отсутствует. Блок контроля 24 обнаруживает отсутствие тока в лампе и включает световой индикатор 23.
Устройство /Л.-6/ имеет недостаток. Блок контроля 24 не обнаруживает короткое замыкание:
- проводов в кабельной линии 25;
- основной нити лампы.
В обоих случаях основная и резервная нити лампы обесточены, но световой индикатор неисправного состояния 23 погашен.
Устройства управления двухнитевыми лампами светофора должны соответствовать НТП СЦБ/МПС-99 /Л.-7/, где в п.2.5 сказано: «в многозначном показании светофора при перегорании основной нити на резервную нить должны переключаться все одновременно горящие лампы светофора». В четырехзначной автоблокировке на путевом светофоре одновременно включаются лампы желтого и зеленого огней. В этом случае, при перегорании основной нити в лампе желтого или зеленого огней необходимо переключить на резервную нить обе указанные лампы. Устройства /Л.-4-6/ не позволяют переключиться на резервную
нить, если основная нить лампы исправна.
Известна схема устройств контроля исправности нити лампы светофора /Л.-1, С.264/. Схема устройства позволяет включать и контролировать одну из нитей двухнитевой лампы. Схема содержит: транзистор, три диода, два оптрона, четыре резистора, согласующий трансформатор.
Схема работает следующим образом. На базу транзистора VT1 поступает сигнал с частотой контроля. Эмиттер транзистора подключен к земле, коллектор - к первому выводу первичной обмотки согласующего трансформатора и аноду первого диода. Катод первого диода и второй вывод первичной обмотки согласующего трансформатора объединены и подсоединены к источнику питающего напряжения. Во вторичную обмотку трансформатора включены последовательно соединенные первый и второй резисторы и нить лампы светофора. Транзистор открывается с частотой контроля. При этом во вторичной обмотке трансформатора и в цепи лампы протекает переменный ток. Параллельно с первым и вторым резисторами включены первый и второй диоды, аноды которых объединены, а также светодиоды первого и второго оптронов, у которых объединены катоды. Соединение указанных диодов, резисторов и оптронов аналогично устройству /Л.-2/ и выполняет те же функции.
Эмиттеры фототранзисторов первого и второго оптронов подключены к земле. Коллекторы фототранзисторов первого и второго оптронов подключены к первым выводам третьего и четвертого резисторов и к первому и второму выходам схемы. Светодиоды первого и второго оптронов поочередно открываются с частотой контроля. На первом и втором выходах схемы 1 и 2 формируются инверсные динамические сигналы с частотой контроля. При обрыве нити лампы на выходах 1, 2 формируются сигналы постоянного уровня.
Схема обнаруживает перегорание одной нити лампы, без переключения на резервную нить. Схема имеет недостаток. Она не обнаруживает короткое замыкание нити лампы. Кроме того, в /Л.-1, С.264/ приведен неработоспособный вариант схемы, в котором имеются следующие схемные ошибки.
1. Для горения лампы светофора необходимо, чтобы сила тока во вторичной обмотке трансформатора составляла не менее 1 А. Причем сила тока в светодиоде оптрона не должна превышать 0,01-0,02 А. В момент включения схемы происходит скачок тока во вторичной обмотке трансформатора, сила тока составляет 2-3 А. Ток проходит, в основном, через светодиоды оптронов. В этом случае оптроны перегорают.
2. При открытом транзисторе VT1 к первичной обмотке трансформатора приложено напряжение питания. При закрытом транзисторе VT1 диод VD1 ограничивает напряжение на первичной обмотке трансформатора до напряжения на открытом р-n переходе, что значительно
меньше напряжения питания. Таким образом, на первичной обмотке трансформатора создается постоянная составляющая напряжения.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является зарубежная ответственная система интерфейса для железнодорожной сигнализации /Л-8/. Она принята за прототип. В ответственную систему интерфейса входят следующие устройства и схемы /Л-8, фиг.1/:
- входы подключения сигналов 11, входной интерфейс 12,
- процессор 14,
- декодер 18,
- выходной интерфейс 16,
- контрольное реле 20.
Контрольное реле 20 подключает схему управления лампами светофора к источнику питания. Процессор формирует сигнал включения лампы и опрашивает контрольный сигнал, который поступает на его вход из схемы управления лампами светофора /Л-8, фиг.4/. В схеме управления лампами светофора имеется датчик тока, в который входят: трансформатор насыщения, два транзистора, два диода, три резистора /Л-8, фиг.3/. При выключении или перегорании лампы датчик обнаруживает отсутствие тока в нити лампы и формирует контрольный динамический сигнал CKOUT. Этот сигнал поступает в процессор. В противном случае, если лампа горит, то на выходе схемы CKOUT формируется сигнал логического «0». Процессор периодически передает на вход схемы управления лампами светофора тестовые сигналы включения/выключения.
Схема управления лампами контролирует целостность нити лампы в погашенном состоянии. Процессор передает сигннал логического «0» на вход схемы LOCK. Через нить погашенной лампы протекает ток, величина которого недостаточна для ее горния, но превышает ток насыщения сердечника трансформатора 62. При этом на контролируемом выходе схемы CKOUT формируется сигнал логического «0».
Если в процессе работы или при тестировании процессор обнаружит отказ схемы управления лампами светофора, то он обеточивает контрольное реле 20 и выключает схему.
Прототип имеет следующие недостатки.
1. В схеме используется контрольное реле.
2. Схема не контролирует напряжение на включенных лампах светофора.
3. Параллельно лампе включен варистор. Если ток утечки варистора сравним с током, который пропускают через нить погашенной лампы для контроля ее исправного
состояния, то схема не обнаружит перегорание лампы.
Заявленная полезная модель устраняет недостатки прототипа. Схема предназначена для управления двухнитевыми лампами светофоров при четном и нечетном направлении движения. Заявленная полезная модель не содержит реле. Работой схемы управляет микроконтроллер. Микроконтроллер формирует сигналы включения и переключения основной и резервной нити, запоминает состояние нитей, обнаруживает неисправность основной нити и включает резервную нить лампы. Технический результат заявленной полезной модели состоит в безопасном включении, а также в обнаружении короткого замыкания и обрыва основной и резервной нити лампы. С помощью одной схемы контролируются лампы светофоров четного и нечетного направления, что позволяет сократить затраты на оборудование.
осн
рез
Схема управления двухнитевыми лампами светофора представлена на фиг.1, 2. Схема имеет пять входов: «КЧ», «РН», «опрос», «1Н», «2Н», 12 выходов: «1Л», «1OЛ», «1РЛ», «2Л», «2OЛ», «2РЛ», «U1», «U2», «I», «U3», «U4», «I».
В схему входят: усилитель 1, преобразователь напряжения 2, блоки контроля и переключения основной и резервной нити 3 и 4, первый и второй инверторы DD1.1 и DD1.2, резистор R18.
Обозначения элементов на фиг.1, 2:
С1 ... С7 - конденсаторы;
R1 ... R18 - резисторы;
VT1 ... VT3 - биполярные транзисторы, VT4, VT5 - полевые транзисторы;
VD1 ... VD6 - диоды, VD7 ... VD9 - стабилитроны, VD11 - диодная сборка;
TV1, TV2 - согласующие трансформаторы;
ТА1 - токовый трансформатор;
L1, L2 - дроссели;
VН1 ... VН5 - оптроны.
Первый вход схемы «КЧ» подключен к входу усилителя 1.
Выход усилителя 1 подсоединен к входу преобразователя напряжения 2. Первый и второй, а также первый и третий выходы преобразователя напряжения 2 подсоединены, соответственно, к первому и второму входам блоков контроля и переключения основной 3 и резервной нити 4. Первый выход преобразователя напряжения подключен ко второму выходу схемы «1OЛ».
В преобразователь напряжения 2 входят: первый TV1 и второй TV2 согласующие трансформаторы, первый VD1, второй VD2, третий VD3 диоды, диодная сборка VD11, первый
VT1 транзистор, первый С1, второй С2, третий С3 конденсаторы, первый дроссель L1. Первый вывод первичной обмотки первого согласующего трансформатора TV1 подсоединен к источнику питания +5 В. Выход усилителя подсоединен ко второму выводу первичной обмотки первого согласующего трансформатора TV1. Первый вывод вторичной обмотки первого согласующего трансформатора TV1 подключен к катоду первого диода VD1 и базе первого транзистора VT1. Коллектор первого транзистора VT1, первый вывод первого конденсатора С1, катод второго диода VD2 подсоединены к источнику питания +30 В. Второй вывод вторичной обмотки первого согласующего трансформатора TV1 подключен к аноду первого диода VD1, эмиттеру первого транзистора VT1 и к первым выводам третьего конденсатора С3 и первичной обмотки второго согласующего трансформатора TV2.
Анод второго диода VD2 подключен к первому выводу второго конденсатора С2 и катоду третьего диода VD3. Второй вывод первого конденсатора С1, анод третьего диода VD3, и первый вывод первого дросселя L1 подсоединены к отдельному изолированному выводу «земля» GND1. Вторые выводы второго С2 и третьего С3 конденсаторов подключены к средней точке первичной обмотки второго согласующего трансформатора TV2. Второй вывод первичной обмотки второго согласующего трансформатора TV2 подсоединен к второму выводу первого дросселя L1. Первый вывод вторичной обмотки второго согласующего трансформатора TV2 образует первый выход преобразователя напряжения. Второй вывод вторичной обмотки второго согласующего трансформатора TV2 подсоединен к катодам диодной сборки VD11. Аноды диодной сборки VD11 образуют второй и третий выходы преобразователя напряжения.
Второй вход схемы «РН» подсоединен ко входу первого инвертора DD1.1, который выходом подключен ко входу второго инвертора DD1.2. Выходы первого и второго инверторов подсоединены к четвертым входам блоков контроля и переключения резервной нити 4 и основной нити 3.
Третий вход схемы «опрос», четвертый и пятый входы схемы «1Н» и «2Н» подсоединены, соответственно, к третьим, пятым и шестым входам блоков контроля и переключения основной и резервной нитей.
Седьмой вход блока контроля и переключения основной нити подсоединен к источнику питания +5 В, а его восьмой вход подключен к седьмому входу блока контроля и переключения резервной нити.
Блоки контроля и переключения основной 3 и резервной 4 нити выполнены по одной схеме (см. фиг.1, 2), и включают восемь входов и пять выходов, блок контроля тока 5, блок переключения 6, блок контроля напряжения 7.
Блок контроля тока 5 содержит три входа и два выхода, четвертый С4 и пятый С5 конденсаторы, токовый трансформатор ТА1, второй дроссель L2, четыре резистора R1 ... R4, второй VT2 и третий VT3 биполярные транзисторы, четвертый диод VD4. Первый вход блока 5 подсоединен к первым выводам четвертого С4 и пятого С5 конденсаторов. Второй вывод четвертого конденсатора С4 подключен к первому выводу первичной обмотки токового трансформатора ТА1. Второй вывод первичной обмотки токового трансформатора ТА1 подсоединен ко второму входу блока 5 и первому выводу второго дросселя L2. Второй вывод второго дросселя L2 подключен ко второму выводу пятого конденсатора С5 и к первому выходу блока. Первый вывод вторичной обмотки токового трансформатора ТА1 подсоединен к первому выводу первого резистора R1. Второй вывод вторичной обмотки токового трансформатора ТА1 подключен к «земле». Второй вывод первого резистора R1 подсоединен к аноду четверого диода VD4 и эмиттеру второго транзистора VT2. Катод четвертого диода VD4 и база второго транзистора VT2 подсоединены к «земле». Коллектор второго транзистора VT2 подключен к первым выводам второго и третьего резисторов R2, R3. Второй вывод второго резистора R2 подсоединен к источнику питания +5 В. Второй вывод третьего резистора R3 подключен к базе третьего транзистора VT3, эмиттер которого подсоединен к третьему входу блока. Коллектор третьего транзистора VT3 подсоединен к первому выводу четвертого резистора R4 и к второму выходу блока. Второй выводчетвертого резистора R4 подключен к источнику питания +5 В.
Блок переключения 6 содержит пять входов и два выхода, семь резисторов R5 ... R11, первый и второй оптроны VH1, VH2, первый VT4 и второй VT5 полевые транзисторы, первый VD7, второй VD8, третий VD9 стабилитроны, шестой С6 и седьмой С7 конденсаторы. Первый вход блока подключен к анодам светодиодов первого VH1 и второго VH2 оптронов. Катоды светодиодов первого VH1 и второго VH2 оптронов, соответственно, через пятый R5 и шестой R6 резисторы подсоединены ко второму и третьему входам блока. Четвертый вход блока подсоединен к первому выводу девятого резистора R9, второй вывод которого подключен к коллекторам фототранзисторов первого VH1 и второго VH2 оптронов и катоду первого стабилитрона VD7. Эмиттеры фототранзисторов первого VH1 и второго VH2 оптронов подключены к первым выводам, соответственно седьмого R7 и восьмого R8 резисторов и затворам, соответственно, первого VT4 и второго VT5 полевых транзисторов. Анод первого стабилитрона VD7, а также вторые выводы седьмого R7 и восьмого R8 резисторов и истоки первого VT4 и второго VT5 полевых транзисторов объединены и подсоединены к пятому входу блока. Сток первого полевого транзистора VT4 подсоединен к аноду второго стабилитрона VD8, к первому выводу шестого конденсатора С6, первому
выводу десятого резистора R10 и к первому выходу блока. Сток второго полевого транзистора VT5 подсоединен к аноду третьего стабилитрона VD9, к первому выводу седьмого конденсатора С7, к первому выводу одиннадцатого резистора R11 и ко второму выходу блока. Катоды второго и третьего стабилитронов VD8, VD9 объединены со вторыми выводами шестого С6 и седьмого С7 конденсаторов и со вторыми выводами десятого R10 и одиннадцатого R11 резисторов и подсоединены к четвертому входу блока.
Блок контроля напряжения 7 содержит пять входов и два выхода, шесть резисторов R12 ... R17, три оптрона VH3 ... VH5, пятый VD5, шестой VD6 диоды. Первый и второй входы блока подключены, соответственно, к первым выводам двенадцатого R12 и тринадцатого R13 резисторов. Вторые выводы двенадцатого R12 и тринадцатого R13 резисторов подсоединены, соответственно, к анодам пятого VD5 и шестого VD6 диодов. Катод пятого диода - VD5 подключен к первому выводу четырнадцатого резистора R14 и аноду светодиода третьего оптрона VH3. Катод шестого диода VD6 подключен к первому выводу пятнадцатого резистора R15 и аноду светодиода четвертого оптрона VH4. Коллектор фототранзистора третьего оптрона VH3 подключен к первому выводу шестнадцатого резистора R16 и первому выходу блока. Коллектор фототранзистора четвертого оптрона VH4 подключен к первому выводу семнадцатого резистора R17 и второму выходу блока. Вторые выводы шестнадцатого R16 и семнадцатого R17 резисторов подсоединены к источнику питания +5 В. Эмиттеры фототранзисторов третьего и четвертого оптронов подключены к земле. Третий вход блока подсоединен к аноду светодиода пятого оптрона VH5. Вторые выводы четырнадцатого R14 и пятнадцатого R15 резисторов, катоды светодиодов третьего VH3 и четвертого VH4 оптронов объединены и подключены к коллектору фототранзистора пятого оптрона VH5. Катод светодиода и эмиттер фототранзистора пятого оптрона VH5 подсоединены, соответственно, к четвертому и пятому входам блока.
В блоках контроля и переключения основной и резервной нитей первый, второй и третий входы образованы одноименными входами блока контроля тока, а четвертый, пятый и шестой входы подсоединены, соответственно к первому, второму и третьему входам блока переключения, причем седьмой и восьмой входы подключены к третьему и четвертому входам в блоке контроля напряжения.
В блоках контроля и переключения основной и резервной нитей первый и второй выходы образованы одноименными выходами в блоке контроля напряжения, третий выход подсоединен ко второму выходу блока контроля тока, четвертый и пятый выходы подключены, соответственно, к первому и второму выходам блока переключения.
Первый вход блока контроля и переключения основной и резервной нитей подключен к четвертому входу блока переключения. К пятым входам блоков переключения и контроля напряжения подсоединен первый выход блока контроля тока.
Первый и второй входы блока контроля напряжения подключены к одноименным выходам блока переключения.
осн
В блоке контроля и переключения основной нити седьмой вход подсоединен к источнику питания +5 В, а первый выход подключен к седьмому выходу схемы «U1», второй выход подсоединен к восьмому выходу схемы «U2», третий выход подключен к девятому выходу схемы «I», четвертый выход подсоединен к первому выходу схемы «1Л», пятый выход подключен к четвертому выходу схемы «2Л».
peз
В блоке контроля и переключения резервной нити восьмой вход через восемнадцатый резистор подключен к третьему входу схемы «опрос», первый выход подсоединен к десятому выходу схемы «U3», второй выход подключен к одиннадцатому выходу схемы «U4», третий выход подсоединен к двенадцатому выходу схемы «I», четвертый выход подключен к третьему выходу схемы «1РЛ», пятый выход подсоединен к шестому выходу схемы «2РЛ».
Пятый выход схемы «2OЛ» подключен к ее второму выходу «1OЛ».
осн
рез
Входы и выходы схемы подключаются к микроконтроллеру, лампам светофоров нечетного и четного направления и источникам питания следующим образом. Входы схемы «РН», «опрос», «1Н», «2Н» и выходы «U1», «U2», «I», «U3», «U4», «I» подключены к микроконтроллеру. Выходы схемы «1Л», «1РЛ» подсоединены к основной и резервной нитям лампы, а «1OЛ» - к обратному проводу лампы светофора нечетного направления. Выходы «2Л», «2РЛ» подсоединены к основной и резервной нитям, а «2OЛ» - к обратному проводу лампы светофора четного направления. Выводы преобразователя напряжения 2 подсоединены к источнику питания с постоянным напряжением 30 В, который включен между шинами +30 V и GND1. Питание остальной части схемы осуществляется от источника напряжения 5 В, включенного между шиной +5 V и общей шиной.
Соответствие сигналов на входах и выходах схемы и состояние основной и резервной нитей ламп при четном и нечетном направлении движения приведены в табл.1. Для включения лампы на вход схемы «КЧ» подают сигнал с частотой контроля. Выбор лампы светофора четного и нечетного направления выполняется сигналами на входах схемы "1Н", "2Н". Подачей уровня логического нуля на вход «1Н» выбирается лампа светофора нечетного направления, на вход "2Н" - четного. Выбор основной и резервной нити выполняется сигналом "РН". Уровень логической единицы на входе "РН" выбирает основную нить лампы, а
уровень логического нуля - резервную.
осн
рез
На вход «опрос» поступают импульсы с частотой порядка 100 Гц. При поступлении сигнала «опрос» с нулевым уровнем, на выходах схемы формируются сигналы контроля напряжения на основной и резервной нитях лампы (U1 ... U4) и сигналы контроля тока в основной и резервной нитях лампы (I, I). Если  на вход «опрос» поступает сигнал единичного уровня, то на всех контрольных выходах схемы формируются сигналы логической «1».
осн
рез
На выходах I(I) формируются сигналы с частотой контроля КЧ, если основная (резервная) нить горит или сигналы логического «0», если нить не горит. Сигналы на выходах U1 ... U4 соответствуют напряжению на нитях лампы: логическая «1» - к нити приложено напряжение, «0» - нить выключена.
Сигналы на входах и выходах схемы управления двухнитевыми лампами светофораТаблица 1
№
Входы
Выходы
Состояние основной
П./п.
КЧ
РН
Опрос
1Н
2Н
U1
U2
U3
U4
I<sub>ocн</sub>
I<sub>рез</sub>
и резервной нити лампы
1
КЧ
1
0
0
1
1
0
0
0
КЧ
0
Горит основная нить нечетного направления
2
КЧ
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Горит основная нить нечетного направления
3
КЧ
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
Перегорела основная нить нечетного направления
4
КЧ
0
0
0
1
0
0
1
0
0
КЧ
Горит резервная нить нечетного направления.
5
КЧ
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
Перегорела резервная нить нечетного направления
6
КЧ
1
0
1
0
0
1
0
0
КЧ
0
Горит основная нить четного направления
7
КЧ
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
Перегорела основная нить четного направления
8
КЧ
0
0
1
0
0
0
0
1
0
КЧ
Горит резервная нить четного направления.
9
0/1
X
X
X
X
1
1
1
1
0
0
Основная и резервная нити ламп четного и нечетного направления погашены.
Схема управления двухнитевыми лампами светофора работает следующим образом. Сигнал с частотой контроля через усилитель поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора ТV1, у которого вторичная обмотка подключена к базе транзистора VT1. Диод VD1 ограничивает напряжение на вторичной обмотке трансформатора TV1. Положительное напряжение на базе первого транзистора VT1 формируется в течение половины периода сигнала с частотой контроля. Первый транзистор VT1, второй согласующий трансформатор TV2, диодная сборка VD11 и четвертый конденсатор С4 образуют однотактный прямоходовый преобразователь напряжения /Л.-9-10/. При открытом первом транзисторе VT1 напряжение источника питания 30 В через первый дроссель L1 прикладывается к первичной обмотке второго согласующего трансформатора TV2. Напряжение со вторичной обмотки TV2 через открытые диоды сборки VD11 заряжает четвертые конденсаторы С4 в блоках контроля и переключения основной и резервной нитей.
Первый дроссель L1 создает на коллекторе транзистора VT1 ток, который по форме близок к синусоидальному. Транзистор VT1 закрывается в тот момент, когда ток в его коллекторе близок к нулю, что уменьшает коммутационные потери. После закрытия транзистора VT1 диоды сборки VD11 также закрываются. При этом напряжения на обмотках второго согласующего трансформатора TV2 меняют полярность на противоположную.
Второй и третий конденсаторы С2, С3 и диоды VD2, VD3 ограничивают максимальное значение и скорость изменения напряжения на обмотках второго согласующего трансформатора TV2. К концу интервала закрытого состояния первого транзистора VT1 ток в первичной обмотке TV2 становится равным нулю и начинается разряд третьего конденсатора С3. При этом напряжение на обмотке TV2 уменьшается, а ток в ней начинает течь в противоположную сторону. Наличие двухполярного тока обеспечивает лучшее использование сердечника трансформатора TV2.
Первый конденсатор С1 включен параллельно с источником питания 30 В и сглаживает высокочастотные пульсации напряжения, создаваемые преобразователем напряжения.
Рассмотрим работу блоков переключения и контроля напряжения основной нити лампы при нечетном и четном направлении движения. В зависимости от установленного направления движения (нечетное, четное) ток протекает через светодиод первого VH1 (или второго VH2) оптрона. Напряжение с выхода фильтра L2-C5, ограниченное первым стабилитроном VD7, через открытый транзистор первого VH1 (или второго VH2) оптрона поступает на затвор полевого транзистора VT4 (или VT5). Через открытый полевой транзистор VT4 (или VT5) параллельно пятому конденсатору С5 подключается дополнительный шестой С6 (или седьмой С7) конденсатор, улучшающий сглаживание пульсаций.
Полевые транзисторы VT4 и VT5 включены последовательно с основными нитями ламп светофоров нечетного и четного направления движения. Допустим, что горит основная нить лампы светофора нечетного направления, а основная нить лампы светофора четного направления погашена. В этом случае напряжение между стоком и истоком полевого транзистора VT4 отсутствует. В блоке контроля напряжения фототранзистор третьего оптрона VH3 закрыт, на выходе «U1» формируется логическая «1».
Через основную нить выключенной лампы светофора четного направления и светодиод четвертого оптрона VH4 протекает малый ток порядка 10 мА, которого недостаточно для включения лампы. Фототранзистор четвертого оптрона VH4 открыт, на выходе «U2» формируется логический «0».
При перегорании лампы светофора четного направления, ток 10 мА протекает через светодиод четвертого оптрона VH4 и резистор R11. Аналогично, при перегорании лампы светофора нечетного направления этот ток проходит через светодиод третьего оптрона VH3 и резистор R10.
осн
осн
Рассморим работу блока контроля тока. Токовый трансформатор ТА1 контролирует горение основной нити лампы светофора. Допустим, что нить лампы исправна. Когда транзистор VT1 открыт, то конденсатор С4 заряжается. При закрытом транзисторе VT1 конденсатор С4 разряжается на лампу. Транзистор VT1 переключается с частотой сигнала контроля на входе "КЧ". Таким образом, через первичную обмотку токового трансформатора ТА1 протекает переменный ток. С вторичной обмотки токового трансформатора ТА1 сигнал с частотой контроля поступает на эмиттер второго транзистора VT2, включенного по схеме с общей базой. Транзистор VT2 переключается с частотой контроля. Коллектор VT2 подсоединен к первым выводам резисторов R2 и R3. Выбором номинала второго резистора R2 задают порог срабатывания схемы. Второй вывод третьего резистора R3 подключен к базе транзистора VT3, у которого коллектор подсоединен к выходу схемы «I»» а эмиттер подключен к входу схемы «опрос». Когда на вход «опрос» поступает сигнал уровня  «0», то транзистор VT3 открывается, а на выходе «I» формируются сигналы с частотой контроля.
oсн
При перегорании основной нити лампы конденсатор С4 перестает разряжаться, токи в обмотках трансформатора ТА1 равны нулю, второй транзистор VT2 закрыт. На выходе «I» формируется сигнал логического «0», который указывает на неисправность нити. В этом случае микроконтроллер должен включить резервную нить лампы, подав уровень логического нуля на вход «РН». Цепи контроля горения резервной нити работают аналогично цепям контроля основной нити лампы.
Рассмотрим, как влияют на работу схемы отказы отдельных элементов.
Допустим, произошел отказ транзистора VT1 или трансформаторов TV1, TV2. В этом случае в первичной обмотке первого согласующего трансформатора TV1 ток отсутствует, или в ней течет постоянный ток. При этом на вторичной обмотке второго согласующего трансформатора TV2 напряжение отсутствует, и лампа погашена.
Пусть произошел обрыв четвертого конденсатора С4. В этом случае нить лампы горит в полнакала. Ток в обмотках токового трансформатора ТА1 отсутствует. Микроконтроллер воспринимает эту ситуацию, как перегорание нити лампы.
При пробое одного из полевых транзисторов VT4, VT5 закрывается транзистор соответствующего оптрона VH3 или VH4. В этом случае микроконтроллер должен выключить сигнал с частотой контроля на входе «КЧ».
При пробое транзистора одного из оптронов VH3, VH4 на его коллекторе будет постоянный нулевой потенциал. Микроконтроллер обнаружит отказ схемы при переключении сигнала "опрос".
Параллельно нитям ламп светофоров нечетного и четного направления включены ограничительные стабилитроны VD8 и VD9 которые совместно с конденсаторами С6, С7 предназначены для защиты схемы от микросекундных импульсных помех. Основная часть тока импульсной помехи протекает через конденсаторы С6, С7, а после их заряда - через ограничительные стабилитроны VD8, VD9. При большой емкости конденсатора С5 этот ток протекал бы через полевые транзисторы VT4, VT5.
На фиг.2 показана блок-схема программы микроконтроллера, которая выполняет контроль целостности и исправности нитей одной лампы путевого светофора. С помощью программных средств контролируют перегорание и короткое замыкание основной и резервной нитей ламп. При включении схемы и при смене сигнальных показаний все лампы светофора считаются исправными.
Программа опрашивает состояние контролируемых выходов схемы управления двухнитевыми лампами, когда лампы находятся в горячем состоянии. В программе имеются счетчики времени ожидания сигналов короткого замыкания и обрыва нити. При исправном состоянии лампы значения указанных счетчиков равны нулю. В блоках 3-4 и 13-15 программа выполняет проверку короткого замыкания в цепи питания основной нити лампы. При коротком замыкании основной нити программа увеличивает счетчик времени. По окончании заданного интервала времени программа устанавливает признак неисправности основной нити и включает резервную нить лампы (блоки 14, 15). При отсутствии сигналов короткого замыкания, программа выполняет проверку целостности основной нити лампы (блоки 5-12). При перегорании основной нити программа увеличивает соответствующий счетчик времени. По истечении заданного времени программа фиксирует обрыв основной нити и включает резервную нить (блоки 7-10).
При переключении на резервную нить программа вводит задержку на контроль ее исправного состояния (блок 10). После указанной задержки программа выполняет процедуры контроля резервной нити (блоки 16-30). Проверка исправности и целостности резервной нити лампы выполняется аналогично основной нити. При коротком замыкании или перегорании резервная нить отключается, питание подается на основную нить. Если произошло короткое замыкание основной и резервной нитей, то микроконтроллер выключает лампу. При сигнальных показаниях "желтый мигающий" и "зеленый мигающий" программа периодически формирует сигналы включения/выключения нити лампы. После включения лампы программа опрашивает целостность нити (блоки 6-7, 21-22). Если в течение заданного времени на вход микроконтроллера поступят сигналы целостности нити лампы, то она считается исправной. В противном случае, если по истечении заданного времени на входе микроконтроллера отсутствуют сигналы целостности нити, то нить считается перегоревшей. Программа устанавливает признак обрыва и выключает перегоревшую нить.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. Под ред. Сапожникова В.В. М.: Транспорт, 1995. - 272 с. /Л.-1/.
2. Офенгейм Х.Г. Устройство для контроля перегорания ламп светофора. А.С. СССР №713742, МКИ В 61 L 5/18, опубл. 05.02.80, Бюл. №5. /Л.-2/.
3. Виглин С.И., Кулик П.Д. Устройство для контроля целости нити светофорной лампы. А.С. СССР №948729, МКИ В 61 L 5/18, опубл. 07.08.82, Бюл. №29. /Л.-3/.
4. Зенкович Ю.И. и др. Устройство для включения двухнитевой лампы светофора А.С. СССР №2153996 МКИ В 61 L 7/10, опубл. 10.08.2000, Бюл. №22. /Л.-4/
5. Овсиенко А.П., Сисев В.П., Зрожевский И.Н. Устройство для переключения нитей лампы светового указателя. А.С. СССР №1331712 МКИ В 61 L 7/10, опубл. 23.08.87, Бюл. №31. /Л.-5/.
6. Зенкович Ю.И. и др. Устройство для контроля исправности и переключения нитей накала двухнитевой лампы светофора А.С. СССР №2064875 МКИ В 61 L 7/10, опубл. 10.08.96, Бюл. №22. /Л.-6/.
7. Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте. НТП СЦБ/МПС-99. Санкт-Петербург, 1999 - С.7.. /Л.-7/.
8. US Patent №4.611.291 Vital interface system for railway signalling, Nov.10, 1983. Int. Class B 61 L 027/00, G 08 B 021/00, G 01 R 019/15
9. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: Солон-Р. 2001. - С.218-219. /Л.-9/.
10. Сергеев Б.С., Чечулина А.Н. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1998 - С.92. /Л.-10/.