Электромагнитная совместимость устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью (стр. 3 из 4)
- систематические и случайные погрешности преобразовательной аппаратуры.
Существует и другая система автоматизированной проверки параметров сигналов АЛСН и кодовых РЦ из вагона лаборатории, предложенная Удовиковым, которая является модернизированным вариантом системы «Контроль».
Данная система предназначена для автоматизированной комплексной оценке работоспособности рельсовых цепей и выполняет следующие функции:
- измерение модуля, аргумента и временных параметров тока АЛС, а также значения обратного тягового тока в рельсах;
- измерение текущей ординаты рельсовой линии, фиксировать начало и конец рельсовой цепи, и контролировать исправность изостыков;
- вычислять параметры рельсовой линии и аппаратуры РЦ по результатам измерений и определять показатели работоспособности РЦ;
- документально фиксировать измеренную информацию.
Для уменьшения инструментальных погрешностей необходимо:
- совершенствовать измерительную аппаратуру, использовать статистическую обработку результатов и автоматически корректировать систематические погрешности;
- использовать системный подход в измерении, т.е. не рассматривать каждый параметр обособленно, а учитывать тесную взаимосвязь. В конечном итоге необходимо получать общую оценку о работоспособности системы.
Современный уровень развития микропроцессорной и компьютерной техники позволяет решить вопрос о контроле работы устройств автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), что предполагает оценку ее временных и численных параметров кодовых сигналов, по-новому.
4. Устройство для измерения параметров АЛС
Для контроля параметров кодовых сигналов устройств АЛС, на базе персонального компьютера типа IBM PC, предлагается устройство, структурная схема которого приведена на рис. 4.
Сигнала с приемных катушек АЛС поступает в компьютер через параллельный порт LTP. Для этого осуществляется согласование входного сигнала с входным диапазоном аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В устройстве используется десятиразрядное АЦП типа К1113ПВ1. Применение АЦП более низкого разряда не обеспечивает необходимую точность измерений и приведет к высокой степени погрешности при записи сигнала.
Для управления работой АЦП используется программируемый таймер типа К580ВИ53, который задает частоту дискретизации входного сигнала. Управление информационной системой осуществляется программой написанной на языке высокого уровня Delphi.
Контроль готовности АЦП осуществляется через специальный вход LPT порта, вызывающий аппаратное прерывание. Подпрограмма обработки прерывания осуществляет чтение шины данных АЦП через мультиплексоры в ОЗУ компьютера. Далее производится компьютерная обработка результатов, определяется спектр сигнала, его амплитуды и фазы, а также осуществляется статистическая обработка результатов.
Данное устройство позволяет записывать сигнал с выхода фильтра, как этого требует Инструкция по техническому обслуживанию устройств сигнализации, централизации и блокировки, и с выходов катушек АЛС. Сигнал, записанный с катушек АЛС, представляет собой сумму кодовых сигналов АЛС и тягового тока со всеми его гармоническими составляющими и импульсными помехами, возникающими во время работы локомотива. И поэтому данное устройство позволит анализировать не только временные и численные параметры кодов АЛС, но и оценить степень влияния помех на работу систем автоматики и определить аналитически причины их появления.
5. Результаты измерений
Результаты измерений параметров кодов АЛС, проведенные с помощью измерительной системы «Контроль», установленной в вагон-лаборатории на Одесской железной дороге, приведены на листе 5.
Одним из основных параметров, который определяет устойчивую передачу сигналов, является номинальный ток АЛС в рельсах в начале рельсовой линии. Ток в рельсах определяется по напряжению, индуктируемому им в приемных катушках и измеренному на выходе локомотивного фильтра с тем, чтобы посторонние токи другой частоты не исказили результаты [15].
На листе 5 изображены сигналы, снятые с катушек АЛС вагона-лаборатории, для нескольких рельсовых цепей соответствующие кодовому току и проезду изостыков и искусственных измерений. Также на листе приведена таблица измерений численных и временных параметров кодов АЛС для перегона и станции, в которой для каждой РЦ исследуемого перегона (станции) определены длительность первого импульса и первого интервала, а также величина тока на входе РЦ. Как видно из данных, приведенных в таблице, наблюдается различного рода отклонения в численных и временных параметрах рельсовых цепей.
Из данных, приведенных на листе 5, видно, что в ряде случаев сигнал соответствующий проезду изостыка является ложным. Из диаграммы кодового тока следует, что сигнал увеличивается от начала к концу линии примерно в 3 раза. На отдельных участках увеличение тока достигает 5-6 раз. При переходе с одной рельсовой цепи на другую имеет место перерыв в поступлении кодов на приемные катушки. Эти точки не всегда совпадают с сигналом, соответствующем проезду изостыка. В данном случае перерыв в приеме сигнала является настолько коротким, что не может послужить причиной остановки поезда.
На кривых также видно наличие помех в рельсовых цепях. Но существующая система не позволяет оценить их природу, величину и характер оказываемого ими влияния.
Таким образом, проанализировав данные можно сделать вывод, что не все требования, предъявляемые к рельсовым цепям и кодам АЛС, соблюдаются. С целью более полного анализа помех и причин их возникновения для последующего устранения их влияния необходимо использовать современные системы контроля параметров кодовых сигналов автоматической локомотивной сигнализации, которые предоставят исследователям более полный объем информации.
Предлагаемая система контроля численных и временных параметров кодов АЛС позволяет более детально рассматривать исследуемый сигнал, позволяет определить период и цикл сигнала, путем разложения записанного сигнала в ряд Фурье величины амплитуд и фаз как исследуемого сигнала, так и помех, оказывающих влияние на работу устройств АЛС и которые представляются как в графической, так и в табличной форме. В результате обработки сигнала исследователь может получить плотности распределения вероятностей кодовых сигналов или помех, снятых с катушек АЛС, и их статистические характеристики (рис. 5. и лист 7).
Плотность распределения вероятности кодовых сигналов АЛС-АРС всех частот подчиняется экспоненциальному закону. Значительный разброс амплитуд сигнальной частоты в пределах одной рельсовой цепи объясняется тем, что расстояние между приемными катушками и рельсами постоянно меняется; уровень тока в РЦ зависит от значения удельных проводимостей изоляции рельсов и от действия различных внешних факторов: степени старения изоляции, влажности, типа грунта на данном участке и др. Также величины кодовых сигналов зависят от величин переходных продольных сопротивлений (сопротивлений между рельсами), сопротивлений стыковых соединителей, переходных сопротивлений от источника к рельсовой цепи и типа устройств, применяемых на питающем конце рельсовой цепи. К тому же на передачу сигналов АЛС-АРС постоянно влияют импульсные и гармонические помехи. Рассмотрим подробнее природу помех, влияющих на работу системы АЛС.
6. Оценка помех, влияющих на передачу сигнального тока
Передача сигналов АЛС происходит в специфических, свойственных только ей условиях. Во-первых, сигнал в каждой рельсовой цепи передается только от собственного источника и его уровень в рельсах по мере движения поезда непрерывно возрастает. Во-вторых, переход локомотива с одной рельсовой цепи на другую сопровождается кратковременным перерывом в приеме сигналов с пути и резким уменьшением сигнального тока в рельсах. К тому же, рельсовые цепи, связывающие движущийся локомотив с передатчиком сигналов, одновременно используют как в системе автоблокировки, так и на электрифицированных железных дорогах для пропуска тягового тока. Итак, существует большое число возможных воздействий на прием сигналов АЛС.
Источниками гармонических помех являются тяговые сети постоянного тока и токи рельсовых цепей с отличной сигнальной частотой.
В настоящее время широко применяются шестипульсовые выпрямители, хотя следует отметить перспективность двенадцати- и двадцатичетырехпульсовых выпрямителей. В табл. 2. приведены величины амплитуд гармонических составляющих в кривой выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя при симметричном синусоидальном первичном напряжении для шести-, двенадцати- и двадцатичетырехпульсовых выпрямителей.
При несимметричных несинусоидальных первичных напряжениях, кроме канонических (четных) гармоник, кратных 300 Гц для шестипульсовых выпрямителей, 600 Гц – для двенадцатипульсовых и 1200Гц – для двадцатичетырехпульсовых, в кривой выпрямленного напряжения присутствуют и неканонические (нечетные), кратные 50 Гц (50, 100, 150 Гц и т.д.). Величины неканонических гармонических составляющих зависят от углов коммутации и запаздывания при несимметрии питающего напряжения управляемых выпрямителей. Так, при угле запаздывания 600 и углах коммутации от 0 до 100 они могут достигать для шестой гармоники 25 % от выпрямленного напряжения, двенадцатой – 11,5%, восемнадцатой и двадцать четвертой – 6%, четырнадцатой, шестнадцатой, двадцатой и двадцать второй – 1,5%. При больших углах коммутации величина амплитуды гармоники снижается [16].
Таблица 2
Величины амплитуд гармонических составляющих в кривой выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя