CZ14134U1 - Zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení - Google Patents

Description

Zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcest5 ného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče s maticí svítivých diod LED, užívaného pro napájení a kontrolu světel výstražníku na železnici.

Dosavadní stav techniky

Dosud se v železničním provozu u průcestného zabezpečovacího zařízení používají zejména standardní bezpečnostní a dohlížecí obvody se světelným zdrojem tvořeným dvouvláknovými žárov10 kami 12 V/20 W v zapojení se stejnosměrným napájecím napětím a nepřímým dohlížením celistvosti napájecího obvodu žárovky, včetně přerušení vlákna žárovky, pomocí proudových relé. Používané zapojení současného dohlížecího obvodu umožňuje při detekci poruchy v obvodu napájení hlavního vlákna žárovky výstražníku, při poklesu napájecího proudu hlavního vlákna žárovky výstražníku pod hodnotu přídržného proudu proudového dohlížecího relé, přepnutí napá15 jení výstražníku na náhradní vlákno žárovky výstražníku. Současně je tímto zapojením zajištěno poruchové hlášení detekované poruchy. K detekci přerušeného hlavního vlákna žárovky dochází při spuštění výstrahy na průcestném zabezpečovacím zařízení. Následným přepnutím na náhradní vlákno žárovky výstražníku se zabezpečuje nouzový režim funkce výstražných světel s vyloučením bezprostředního ohrožení bezpečností železniční a/nebo silniční dopravy.

Mezi hlavní nevýhody tohoto zapojení lze uvést ztrátový způsob regulace jmenovitého napájecího napětí na vláknech jednotlivých žárovek výstražníků pomocí regulačních odporů a závislost světelného toku žárovek výstražníků na napájecím napětí. Principiálním nedostatkem žárovky výstražníku jako zdroje světelného toku je malá účinnost konverze elektrického výkonu na světelný tok a rovněž relativně nízká životnost těchto žárovek. V zapojeních bezpečnostních dohlí25 žecích obvodů výstražníků, kde není zajištěna dostatečně krátká doba detekce poruchy žárovky výstražníku po jejím vzniku, je proto nutné zajistit při aktivaci výstrahy samočinné přepnutí na náhradní vlákno žárovky výstražníku okamžitého hlášení poruchy. Dalším z významných nedostatků dosavadních zapojení je zejména snížená bezpečnost těchto zapojení, vycházející z poznatků techniky a technických norem známých v době vzniku těchto zapojení. Předpokládají se zde zejména poruchy vedoucí k poklesu napájecího proudu žárovek výstražníků pod přídržný proud dohlížecího relé, které jsou pak detekovány odpadem kotvy relé. Proti zkratům v napájecích obvodech výstražníků je zapojení chráněno pouze tavnými pojistkami a případný vliv zkratů napájecích kabelů na bezpečnost funkce průcestného zabezpečovacího zařízení se snižuje rozdělením napájecích kabelů či jejich zesílenou izolací.

Výše uvedené nedostatky klasických žárovkových světelných zdrojů a zlepšení technických vlastností světelných zdrojů na bázi svítivých diod LED umožňují v současné době inovace světelných zdrojů v návěstidlech a výstražných světlech, nacházející bezprostřední uplatnění v silniční dopravě a jsou zkoušeny rovněž v železniční dopravě.

Dohlížecí obvod pro výstražník průcestného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem na bázi matice svítivých diod LED, výstražník LED, však musí v železniční dopravě mimo požadavků na vlastní technickou bezpečnost respektovat zcela odlišné technické a fyzikální vlastnosti použitých zdrojů světelného zařízení, např. teplotní charakteristiky napětí v propustném směru, kterými jsou svítivé LED diody. Zásadní odlišností výstražníků osazených LED diodami proti doposud používanému řešení s běžnými žárovkami jako kvasibodovým zdrojem bílého světla s vysokým světelným tokem a světelnou optiku je plošná generace světelného toku vhodně uspořádanými bodovými zdroji světla s relativně nízkým světelným tokem, tvořenými diodami LED, emitujícími červené světlo s požadovaným spektrem. Při návrhu koncepce dohlížecího obvodu je tak zapotřebí přihlédnout jednak k odlišným požadavkům na způsob napájení matice svítivých diod, zdroji konstantního proudu, a zejména k odlišným projevům uvažovaných poruchových

- 1 CZ 14134 Ul stavů zapojení dohlížecího obvodu. Těmto požadavkům již dosud používané zapojení dohlížecích obvodů zcela nevyhovuje.

Podstata technického řešení

Shora uvedené nedostatky dosavadních řešení odstraňuje zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče s maticí svítivých diod LED podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že světelné zdroje tvořené svítivými diodami LED jsou na terči výstražníku zapojeny do série a jsou dále rozděleny do dvou zcela nezávislých identických větví, kde pro napájení každé nezávislé identické větve terce výstražníku je stejnosměrné napájecí napětí 12 V přivedeno přes ío impulzní stabilizátor proudu zařazený v této větvi a pracující v režimu napěťově-proudových převodníků a zabezpečující napájení obou identických větví terče výstražníku konstatním proudem 20 mA při povoleném kolísání vstupního napájecího napětí 12 V ve stanoveném rozsahu. V každé nezávislé identické větvi je přitom zapojena polovina všech svítivých diod LED terče výstražníku spolu s příslušným rezistorem, přičemž bezpečný hladinový obvod první větve pro snímání napětí na rezistoru první větve je připojen jednak ke katodě poslední svítivé diody LED první větve, jednak k rezistoru první větve, připojenému dále k zápornému pólu zdroje napájení, a bezpečný hladinový obvod druhé větve pro snímání napětí na rezistoru druhé větve je připojen jednak ke katodě poslední svítivé diody LED druhé větve, jednak k rezistoru druhé větve, připojenému dále k zápornému pólu zdroje napájení, a bezpečný hladinový obvod kontroly zada20 né tolerance diferenčního napětí na svítivých diodách LED je mezi oběma identickými větvemi terče výstražníku zapojen paralelně a má svůj první vstup připojen k výstupu impulzního stabilizátoru proudu první větve, druhý vstup připojen k výstupu impulzního stabilizátoru proudu druhé větve a dynamický výstup připojen ke vstupu obvodu logického součinu pro generování statického signálu při případném buzení výsledného kontrolního relé, připojeného na výstup bezpeč25 ného obvodu logického součinu, tvořícího současně výstup elektronického dohlížecího obvodu, přičemž dynamické výstupy bezpečného hladinového obvodu první větve a bezpečného hladinového obvodu druhé větve jsou spolu s dynamickým výstupem bezpečného hladinového obvodu kontroly zadané tolerance diferenčního napětí na svítivých diodách LED připojeny ke vstupům obvodu logického součinu.

Princip bezpečného zapojení spočívá v kontrole svítivosti prostřednictvím monitorování proudu protékajícího sloupcem LED diod s tím, že mezi svítivostí a protékajícím proudem je vztah přímé úměry. Proud v každé větvi se monitoruje zvlášť. Kontrola svítivosti proudem je doplněna kontrolou napětí mezi dvěma větvemi prostřednictvím společného redundantního kanálu, kde se vyhodnocuje diference napětí mezi samostatnými větvemi LED diod. Při předpokládané poruše jedné z větví terče výstražníku LED vedoucí ke zhasnutí celého sloupce svítivých diod LED nebo více než jedné svítivé diody LED ve sloupci je porucha dohlížecími obvody bezpečně detekována. Předpokládá se přitom, že v následujícím nouzovém režimu funkce terče výstražníku LED bude terč svítit s nižším světelným tokem, vydaným v nejhorším případě pouze jednou větví svítivých diod LED.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže vysvětleno pomocí výkresu, na němž obrázek znázorňuje zapojení bezpečnostního dohlížecího obvodu pro výstražníky se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče s maticí svítivých diod LED.

Příklady provedení technického řešení

Zapojení bezpečnostního dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče s červeně svítivými diodami LED je znázorněno na obrázku. V této variantě zapojení je stejnosměrné napájecí napětí pro terč s červeně svítivými diodami LED 31 až 3n a 41 až 4n s hodnotou napájecího proudu 12 V, zapojených do série a rozdělených do dvou nezávislých identických větví, přivedeno na dvojici

-2CZ 14134 Ul impulzní ch stabilizátorů 23 a 24 proudu, pracujících v režimu napěťově-proudových převodníků a určených pro zabezpečení napájení obou identických větví sériově řazených diod LED 31 až 3n v první větvi a 41 až 4n v druhé větvi výstražníku konstantním proudem cca 20 mA při povoleném kolísání vstupního napájecího napětí ve stanoveném rozsahu.

K výstupům impulzních stabilizátorů 23 a 24 proudu je kromě příslušné větve sériově řazených diod LED 31 až 3n či 4£ až 4n připojen první a druhý vstup bezpečného hladinového obvodu 27 kontroly, jehož výstup je pak přiveden na vstup bezpečného obvodu 28 logického součinu. K výstupu větve sériově řazených svítivých diod LED 31 až 3n je připojen vstup rezistorů 15 a vstup bezpečného hladinového obvodu 25 první větve. K výstupu větve sériově řazených svítilo vých diod LED 4£ až 4n je pak připojen vstup rezistorů £6 a vstup hladinového obvodu 26 druhé větve. Dynamické výstupy všech bezpečných hladinových obvodů 25, 26 a 27 jsou současně přivedeny na vstupy bezpečného obvodu 28 logického součinu. Na výstupu bezpečného obvodu 28 logického součinu je generován statický signál sloužící k buzení výsledného kontrolního relé

I. skupiny bezpečnosti.

Počet sériově řazených svítivých LED diod v jedné větvi není pochopitelně omezen pouze na tři svítivé LED diody, jak uvádí příklad. Obecně lze jejich počet označit jako 3n či 4n.

Funkci zapojení lze popsat takto.

Bezpečný hladinový obvod 27 kontroly kontroluje zadanou toleranci diferenčního napětí v jednotlivých větvích svítivých LED diod 3£ až 33 a 4£ až 4n terče výstražníku, které je dáno součtem úbytků napětí na PN přechodech propustně polarizovaných svítivých diod LED a úbytku napětí na rezistorech £5 a £6. Na výstupu bezpečného hladinového obvodu 27 kontroly je generován dynamický signál, který dává bezpečnou informaci o tom, že celkové napětí v jednotlivých větvích svítivých LED diod 31 až 3n a 41 až 4n je se zadanou tolerancí shodné. Šíře tolerančního kanálu u bezpečného hladinového obvodu 27 kontroly je nastavena tak, že bezpečný*hladinový obvod 27 kontroly detekuje poruchy vedoucí ke zvýšení nebo snížení napětí v jedné z větví svítivých LED diod 31 až 3n a 41 až 4n o více než 3,5 V. Detekcí sníženého a zvýšeného napětí lze zachytit poruchy při zkratu více než jedné svítivé diody LED ve větvi a rovněž poruchy vyvolané růstem vnitřního odporu ve větvi svítivých LED diod terče výstražníku.

Bezpečnými hladinovými obvody 25, 26 i e snímáno napětí na rezistorech 15, 16, které je přímo úměrné velikosti proudu, kterými jsou buzeny svítivé diody LED v jednotlivých větvích terče výstražníku. Toto napětí je porovnáno v hladinových obvodech 25, 26 s vestavěným referenčním napětím. Jestliže je vstupní napětí v zadaném úzkém tolerančním poli bezpečných hladinových obvodů 25, 26 je na jejich výstupech generován dynamický signál, který dává bezpečnou informaci, že větvemi svítivých diod LED protéká se zadanou tolerancí jmenovitý budicí proud.

Statický signál sloužící k buzení výsledného kontrolního relé I. skupiny bezpečnosti je na výstupu bezpečného obvodu 28 logického součinu generován pouze tehdy, jestliže jsou buzeny všechny tři logické vstupy výstupními signály bezpečných hladinových obvodů 25, 26, 27.

Při předpokládané poruše jedné z větví svítivých LED diod terče výstražníku LED, vedoucí ke zhasnutí celého sloupce svítivých diod LED, nebo více než jedné svítivé diody LED ve sloupci, je porucha dohlížecími obvody bezpečně detekována. Předpokládá se přitom, že v následujícím nouzovém režimu terče výstražníku LED budou svítivé diody LED tvořící terč svítit s nižším světelným tokem vydaným v nejhorším případě pouze jednou větví svítivých diod LED. Průmyslová využitelnost

Zapojení dohlížecího elektronického obvodu pro výstražníky se světelným zdrojem, tvořeným červeně svítivými diodami LED, podle tohoto technického řešení je použitelné zejména v železničním provozu jako náhrada dosavadních zapojení těchto výstražníků, osazených světelným zdrojem, tvořeným dvouvláknovými žárovkami 12 V/20 W.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče se svítivými diodami LED, vyznačující se tím, že svítivé diody LED (31, 32 až 3n a 41, 42 až 4n) jsou na terči výstražníku

   5 zapojeny do série a jsou rozděleny do dvou nezávislých identických větví, když pro napájení každé nezávislé identické větve terče výstražníku je stejnosměrné napájecí napětí přivedeno přes impulzní stabilizátor (23) pro první větev a (24) pro druhou větev proudu, a v každé nezávislé identické větvi je zapojena polovina všech svítivých diod LED (31, 32 až 3n v první větvi a 41, 42 až 4n ve druhé větvi) terče výstražníku spolu s rezistorem (15 v první větvi a 16 ve druhé io větvi), přičemž bezpečný hladinový obvod (25) první větve pro snímání napětí na rezistoru (15) první větve je připojen jednak ke katodě svítivé diody LED (3n), jednak k rezistoru (15) první větve, připojenému dále ke zdroji napájení, a bezpečný hladinový obvod (26) druhé větve pro snímání napětí na rezistoru (16) druhé větve je připojen jednak ke katodě svítivé diody LED (4n), jednak k rezistoru (16) druhé větve, připojenému dále ke zdroji napájení, a bezpečný hladinový

   15 obvod (27) kontroly zadané tolerance diferenčního napětí na svítivých diodách LED (31, 32 až 3n a 41, 42 až 4n) je mezi oběma identickými větvemi terče výstražníku zapojen paralelně a má svůj první vstup připojen k výstupu impulzního stabilizátoru (23) proudu první větve, druhý vstup připojen k výstupu impulzního stabilizátoru (24) proudu druhé větve a dynamický výstup připojen ke vstupu obvodu (28) logického součinu pro generování statického signálu při případ20 ném buzení výsledného kontrolního relé, připojeného na výstup obvodu (28) logického součinu, tvořícího současně výstup elektronického dohlížecího obvodu, přičemž dynamické výstupy bezpečného hladinového obvodu (25) první větve a bezpečného hladinového obvodu (26) druhé větve jsou spolu s dynamickým výstupem bezpečného hladinového obvodu (27) kontroly zadané tolerance diferenčního napětí na svítivých diodách LED (31, 32 až 3n a 41, 42 až 4n) připojeny

   25 ke vstupům obvodu (28) logického součinu.
2. 2. Zapojení elektronického dohlížecího obvodu pro výstražníky průcestného zabezpečovacího zařízení se světelným zdrojem vytvořeným na bázi terče se svítivými diodami LED, podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje impulzní stabilizátory (23, 24) proudu, které pracují v režimu napěťově-proudových převodníků a zabezpečují napájení obou identických větví

   30 sériově řazených svítivých diod LED (31, 32 až 3n) pro první nezávislou větev a (41, 42 až 4n) pro druhou nezávislou větev výstražníku konstantním proudem 20 mA při povoleném kolísání vstupního napájecího napětí 12 V ve stanoveném rozsahu.