Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Физические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Методическое пособие

Голосов: 4

Методическое пособие предназначено для изучения конструкций реле, рельсовых цепей, светофоров стрелочных электроприводов, расстановке сигналов на станции и перегоне.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
              МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ
      ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВ И УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ


САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


          Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь
              на железнодорожном транспорте»




              Методическое пособие
                      по дисциплине
        ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ
            АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
             для студентов дневного обучения




                                             Составители: Ю. И. Полевой
                                                          М.В. Трошина




                        Самара - 2003


УДК 656


Методические указания по дисциплине  “Физические основы железнодорожной
автоматики и телемеханики”для студентов дневного обучения. – Самара:
СамГАПС, 2003.- 40 с.



Утверждено на заседании кафедры 08.04.03. Протокол № 8.

Печатается по решению редакционно-издательского совета академии.



     Методическое пособие предназначено для изучения конструкций реле, рельсовых
цепей, светофоров стрелочных электроприводов, расстановке сигналов на станции и
перегоне.



Составители: Полевой Юрий Иосифович,
            Трошина Марина Васильевна.

Рецензенты: Главный инженер службы сигнализации и связи КБШ Ж.Д. Кандалин Н.В.,
            доц. кафедры. АТС Пугачев Я.Н.



Редактор: Егорова И.М.


Компьютерная верстка: Эрлих А.В.




Подписано в печать 10.04.03 .Формат 60х84
Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 2,5.
Тираж 100 экз. Заказ № 47.




            © Самарская государственная академия путей сообщения, 2003
                                           2


                               Содержание

                                                         Стр.
Введение                                                  4
1. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики      4
2. Общие сведения о системах автоматики и телемеханики    4
3. Электромагнитное реле                                  7
3.1. Общие сведения                                       7
3.2. Реле железнодорожной автоматики                      9
3.3. Механическая характеристика реле                     11
3.4. Временные диаграммы работы реле                      12
3.5. Условия для составления временной диаграммы          13
4. Рельсовые цепи                                         14
4.1. Выполняемые функции и структурные схемы              14
4.2. Режимы работы и основные требования                  17
4.3. Расчет РЦ                                            21
4.4. Разветвленные РЦ                                     24
5. Конструкция стрелочного привода                        26
6. Светофорная сигнализация                               28
6.1. Устройство и установка светофоров                    28
6.2. Расстановка светофоров автоблокировки                32
6.3. Расстановка сигналов на станции                      36
7. Перспективы развития систем железнодорожной
    автоматики и телемеханики                            39
Библиографический список                                 40




                                 3


     Введение

      Методическое пособие предназначено для студентов второго курса
Электротехнического факультета. В пособии приводится перечень и пояснения для
проведения практических занятий по дисциплине ФОЖАТ. По дисциплине нет
специального учебника, и настоящее пособие является первым печатным материалом.
Ряд книг и методических указаний, которые были использованы для составления
настоящего пособия, являются учебниками или пособиями по дисциплинам
«Теоретические основы автоматики и телемеханики», «Путевая блокировка и
автоблокировка», «Станционные системы автоматики и телемеханики» и др. Книги
написаны специфичным техническим языком и представляют некоторую сложность при
первоначальном освоении материала. Настоящее пособие составлено с учетом того, что
студент впервые знакомится с техническими терминами и устройствами
железнодорожной автоматики и телемеханики.
      В пособии приводится материал, рассчитанный на девять аудиторных занятий (18
часов) и 9 часов самостоятельной подготовки.


    1. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики

     На железнодорожном транспорте, как и во всех отраслях народного хозяйства,
широко применяют автоматизацию и телемеханизацию производственных процессов, и,
прежде всего, процессов управления движением поездов. Первые системы
железнодорожной автоматики механического типа появились в середине XIX века. В XX
веке им на смену пришли электрические релейно-контактные системы. На современном
этапе развития железнодорожной техники широко внедряются микроэлектронная и
микропроцессорная аппаратура. К основным системам железнодорожной автоматики и
телемеханики относятся электрическая централизация стрелок и сигналов (система
регулирования движения поездов на станциях), автоматическая блокировка и
диспетчерская    централизация    (системы    регулирования    движением    поездов
соответственно на перегонах и участках), устройства автоматики на сортировочных
горках. Работа систем железнодорожной автоматики и телемеханики протекает в
сложных эксплуатационных условиях, определяемых высокими скоростями и большой
интенсивностью движения поездов, а также часто трудными климатическими условиями.
К специфическим условиям работы этих систем относится и то, что они, обеспечивая
безопасность движения поездов, в качестве каналов связи используют рельсовые цепи и
испытывают влияние помех от токов электрической тяги и др.


    2. Общие сведения о системах автоматики и телемеханики

    Автоматика – отрасль техники, изучающая теорию автоматического управления,
принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.
    Автоматическим управлением называется управление техническим объектом,
осуществляемое без непосредственного участия человека. Роль человека при этом
сводится к наблюдению за работой систем автоматического управления (САУ), к их
включению или выключению. Если функции управления частично выполняет человек, то
такие системы называют автоматизированными.
                                        4


    Система автоматического управления (или автоматическая система) состоит из
управляемого объекта (УО) и автоматического управляющего устройства (АУУ),
взаимодействующих между собой.        Управляемым объектом является устройство,
осуществляющее некоторый технический процесс. Правильное выполнение этого
процесса определяется совокупностью предписаний, которая называется алгоритмом
функционирования. Для выполнения алгоритма функционирования УО необходимо
наличие специально организованных воздействий извне со стороны АУУ. Характер этих
воздействий определяется совокупностью предписаний, которая называется алгоритмом
управления.
    Примером САУ служит система автоматического ведения поезда, используемая в
метрополитене (рис. 1). Управляемым объектом является поезд, который перевозит
пассажиров и грузы (технический процесс). Алгоритм функционирования определяет
движение поезда с данной скоростью, остановку его в определенных точках пути (на
станциях) и обеспечение безопасности движения. Управление поездом для правильного
выполнения им перевозочного процесса осуществляет АУУ - "Автомашинист".




                    Рис.1. Структурная схема системы «автомашинист»

     В системе автоматического управления (рис. 2) устройство предварительной
обработки информации 1 воспринимает воздействие внешней среды и внутренние
контрольные воздействия. К внешним воздействиям относятся изменения некоторых
параметров (температуры, давления и т. п.), воздействия со стороны человека-оператора
или другой автоматической системы. Блок 1 содержит разнообразные датчики и органы
управления. В задающем или программном устройстве 2, определяющем алгоритм
функционирования САУ, записывается программа работы системы с помощью каких-
либо запоминающих устройств (перфолента, перфокарта, релейные блоки памяти,
программно-запоминающие устройства, вычислительные системы и др.). Устройство 3
формирования команд управления реализует алгоритм управления в зависимости от
программы работы системы и поступающих в данный момент времени внешних и
контрольных воздействий. Блок 3 реализуется как некоторое логическое или
вычислительное устройство и в современных системах содержит обычно
микропроцессор или микроЭВМ. Усилительно-преобразовательное устройство 4
усиливает и преобразовывает сигналы управления, вырабатываемые блоком 3, а также
включает исполнительное устройство 5. Устройство 5, содержащее двигатели, приводы,
реле, клапаны, контакторы и другие исполнительные механизмы, воздействует на
управляемый объект 6. С помощью датчиков измерительное устройство 7 фиксирует
результаты управления на выходе САУ и подает их на вход системы, чем обеспечивается
обратная связь.




                                         5


                             Рис. 2. Структурная схема САУ

     Автоматическая система "Автодиспетчер" (рис. 3) осуществляет автоматическое
управление движением поездов на однопутном участке дороги. Управляемыми
объектами являются стрелки и сигналы на промежуточных станциях, для управления
которыми каждую станцию оборудуют системой электрической централизации ЭЦ.
Системы электрической централизации всех станций связаны с диспетчерским пунктом
ДП, который находится на крупной участковой станции, с помощью системы
диспетчерской централизации ДЦ. Последняя через переходное устройство ПУ
взаимодействует с электронно-вычислительной машиной ЭЦВМ. Эти связи являются
двусторонними и содержат каналы управления и контроля. По каналу контроля в ЭЦВМ
непрерывно поступает информация о поездной ситуации на диспетчерском участке. На
основании этой информации и в соответствии с запланированным графиком движения
ЭЦВМ сравнивает большое число вариантов и принимает оптимальные решения по
регулированию движением поездов. Эти решения по каналу управления через ПУ и ДЦ
передаются в систему ЭЦ, где они реализуются.
     Таким образом, ЭЦВМ является устройством формирования команд управления, ПУ
и ДЦ по каналу управления – усилительно-преобразовательными устройствами, ЭЦ –
исполнительным устройством, а ДЦ и ПУ по каналу контроля являются соответственно
измерительным устройством и устройством предварительной обработки информации.
График движения поездов определяет алгоритм функционирования.
     Телемеханика - область технической науки об управлении объектами на расстоянии
с помощью посылки специальных кодированных сигналов. Телемеханическая система
(рис. 4) содержит органы управления и контроля ОУК, управляемые объекты УО, а
также устройства кодирования УК и декодирования УД, которые обеспечивают передачу
по линии связи большого количества информации по управлению и контролю
управляемыми объектами. Часто система телемеханики является составной частью САУ.
Например, в системе "Автодиспетчер" системой телемеханики является диспетчерская
централизация.




                                        6


                        Рис. 3. Структурная схема «автодиспетчер»




                   Рис. 4. Структурная схема телемеханической системы

    Аналогичную структуру имеют системы связи по передаче данных и речевых
сигналов (рис. 5). В них передающее Пер У и приемное Пр У устройства решают задачи
модуляции и демодуляции сигналов, поступающих к абоненту А, и задачи разделения
каналов связи.




                          Рис. 5. Структурная схема системы связи

    Любая система автоматики, телемеханики и связи состоит из отдельных элементов.
Свойства системы, ее надежность и работоспособность, принципы построения и методы
обслуживания зависят как от ее структуры, т. е. от способа соединения элементов между
собой, так и от свойств самих элементов. Поэтому изучение теоретических основ
автоматики, телемеханики и связи необходимо начинать с изучения элементов, из
которых состоят эти системы.

    3. Электромагнитное реле

    3.1. Общие сведения

    Электромагнитное реле появилось во второй половине XIX века после изобретения
электромагнита. Само слово "реле" – французское relais и означает "пункт перегрузки",
"место смены лошадей". Выбор этого термина отражает тот факт, что реле –
                                         7


элемент, переключающий внешние цепи нагрузки.
     Теперь мы можем сказать, что изобретение реле явилось важным событием в
истории развития техники по своему значению сравнимое с последующим изобретением
транзистора. С помощью реле появилась возможность создавать сложные
автоматические системы управления и возможность эффективно управлять объектами на
расстоянии. Это в свою очередь вызвало развитие теории автоматического управления,
теории релейных схем и дискретных устройств. На реле были построены первые
вычислительные устройства и машины. Таким образом, именно изобретение
электромагнитного реле положило начало сегодняшнему высокому уровню развития
средств автоматизации.
     Элементом релейного действия, или реле называется элемент автоматики, имеющий
выходную характеристику (рис. 6), называемую релейной. Ее особенностью является
скачкообразное изменение выходной величины у при непрерывном изменении входной
величины x. В этом состоит отличие реле от других элементов (усилители, двигатели,
трансформаторы и др.), у которых выходная величина изменяется плавно, непрерывно.
Реле еще называют дискретным элементом, так как его состояние меняется скачком,
дискретно.
     Реле имеет два состояния. Состоянию "Выключено" соответствует значение у= увыкл;
состоянию "Включено" – у = увкл.
     Если х = 0, то реле обесточено и у = увыкл (точка а). С увеличением значения х
выходная величина у до определенного предела не изменяется. При х = хвкл реле
срабатывает, и величина у, изменяясь скачкообразно, принимает значение увкл (точка b).
При дальнейшем увеличении х значение у не изменяется. В случае уменьшения
величины х и достижения значения х = xвыкл происходит обратный скачок, реле
обесточивается и у = увыкл (точка с). При дальнейшем уменьшении х до нуля значение у
не изменяется.




                             Рис. 6. Релейная характеристика

    Таким образом, реле является двоичным (двухпозиционным) элементом,
обладающим свойством гистерезиса, так как xвыкл < хвкл. Данная характеристика является
идеальной. В некоторых случаях у реальных элементов релейная характеристика
отличается тем, что ее отрезки не строго параллельны осям х и у или не строго прямые
линии.




                                          8


                              Рис. 7. Электромагнитное реле

    Электромагнитное реле постоянного тока (рис. 7) состоит из электромагнита и
контактной системы. Обмотка 6 служит для создания магнитного потока Ф и
располагается на сердечнике 1. Путь для магнитного потока (магнитопровод) образуют
сердечник 1, ярмо 2, якорь 4 и воздушный зазор 5. На ярме крепятся контактная система
3 и якорь. Якорь является подвижной частью магнитопровода и служит для
механического воздействия на контакты. Контактная система, переключающая внешние
цепи (нагрузки Rн1 и Rн2), состоит из трех упругих пружин с укрепленными на них
контактами. Пружина О общего контакта механически связана с якорем. Нижний
контакт Т называется тыловым. Он замкнут, если реле обесточено. Через тыловой
контакт включается нагрузка Rн1, которая нормально должна быть включена (например,
красная лампа входного светофора на станции). Верхний контакт Ф называется
фронтовым. Он разомкнут, если реле обесточено. Через фронтовой контакт включается
нагрузка Rн2 , которая нормально должна быть выключена (например, зеленая лампа
светофора на станции).
    Принцип действия данного реле – это принцип действия электромагнита. При
замыкании ключа S к выводам обмотки подключается источник питания. По обмотке
протекает ток, и создается магнитный поток Ф. В результате чего якорь притягивается к
сердечнику и перемещает вверх пружину О. Размыкается тыловой контакт и замыкается
фронтовой. Нагрузка Rн1 выключается, а нагрузка Rн2 включается. При размыкании
ключа S и отключении обмотки реле от источника питания якорь возвращается в
исходное (отпущенное) состояние под действием силы со стороны упругих пружин Ф и
О; размыкается фронтовой контакт и замыкается тыловой. Нагрузка Rн2 выключается, а
нагрузка Rн1 включается.


    3.2. Реле железнодорожной автоматики

    Реле железнодорожной автоматики имеют специальное условное обозначение
(шифр), состоящее из букв и цифр. В большинстве случаев на первом месте стоят буквы,
которые указывают тип реле: Н – нейтральное, П – поляризованное, К –
комбинированное, И – импульсное, ДС – двухэлементное секторное. У реле,
предназначенных для использования в схемах автоблокировки, применяют буквы АН –
автоблокировочное нейтральное. Эти реле выпускают на напряжение питания 12 В
                                         9


постоянного тока. Большинство остальных реле имеют напряжение питания 24 В.
    В обозначении малогабаритных реле на втором месте обычно расположена буква М
(НМ). Буква Ш означает штепсельное исполнение реле, а буква Р - нештепсельное
(НМШ, HP). Вторую букву М применяют в обозначении медленнодействующих реле
(НМШМ), буквы П, В и Т используют в обозначении пусковых реле, реле с
выпрямителями и с термоэлементом (НМПШ, ИМВШ, НМШТ). Первые буквы А и О
служат для обозначения аварийных и огневых реле (АШ,ОМШ).
    В обозначении реле после букв следует цифра, характеризующая число контактных
групп. Цифра 1 означает, что контактный набор у реле содержит восемь переключающих
контактов (8фт); цифра 2 - четыре переключающих контакта (4фт); цифра 3 - два
переключающих и два фронтовых контакта (2фт), (2ф); цифра 4 - четыре
переключающих и четыре фронтовых контакта (4фт), (4ф); цифра 5 - два
переключающих и два тыловых контакта (2фт), (2ф). Цифры, отделенные дефисом,
указывают сопротивление обмоток реле в омах.
    Например, обозначение реле НМШМ2-3000 означает: нейтральное малогабаритное
штепсельное медленнодействующее реле, имеющее четыре переключающих контакта и
обмотки сопротивлением 3000 0м. Если реле имеет две обмотки с разным
сопротивлением, то цифры записывают в виде дроби, например НМШЗ-550/400.
    У реле РЭЛ (реле электромагнитное) буквенные и цифровые обозначения иные.
Нейтральное штепсельное реле обозначают РЭЛ (РЭЛ1, РЭЛ2), а нештепсельное - БН
(БН1, БН2). Поляризованное реле имеет обозначение ПЛЗ, БПЗ; огневое реле – ОЛ2, Б02;
аварийное реле -– А2, БА2; пусковое стрелочное реле – С5, БС5. Цифра 1 означает, что
реле имеет шесть переключающих и два фронтовых контакта (6фт), (2ф); цифра 5 – три
переключающих и один фронтовой контакт (3фт), (1ф); цифры 2 и 3 имеют тот же
смысл, что и в обозначениях реле типа НМШ.
    Реле железнодорожной автоматики третьего класса надежности обозначаются КДР
(кодовое реле) и КДРШ. В устройствах связи и промышленной автоматики наиболее
распространены нейтральные реле с круглым сердечником РКН, с плоским сердечником
РПН, малогабаритные реле РКМ и PC, миниатюрные и сверхминиатюрные реле РЭС,
поляризованные реле РП.
                                                                           Таблица 1

          Реле                I и II классы надежности      III класс надежности
       Нейтральное

Нейтральное с замедлением
   на отпускание якоря
  То же с выпрямителем

     Поляризованное


  То же с преобладанием                                              -
    одной полярности
    Комбинированное

                                                                Продолжение табл.1
                                        10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика