CZ279298A3 - Zařízení pro zjišťování polohy výkyvných dílů výhybky a způsob vyhodnocování signálů senzorů tohoto zařízení - Google Patents

Description

Zařízení na zjišťování poloh výkyvných dílů výhybky

Podstata vynálezu

Vynález se týká zařízení na zjišťování poloh výkyvných dílů výhybekjnapříklad hrotnic, aspoň jedním sensorem,jakož způsobu vyhodnocení signálů sensorů zjišťujících polohu výkyvných dílů výhybky.

Dosavadní stav techniky

Pro stále pokračující budování vysokorychlostních tras železnic rostou zejména nároky na kontrolu kolejových výhybek.Aby se zabezpečil bezpečný provoz železnice,musí probíhat přejíždění kolejových výhybek s nejvyšší mírou bezpečnosti,Proto je bezpodmínečně nutné,aby hrotnice po vychýlení příslušnými servomotory zaujímaly korektně své koncové polohy a také je dodržovaly.Pro kontrolu těchto koncových poloh se dosud používaly hlásiče polohy hrotnice vybavené mechanickými koncovými vypínači.Tato mechanická zařízení jsou však relativně nákladná,protože jsou nejčastěji provedená ve tvaru tyčového ústrojí,která se lehce poškodí a která se proto musí často ošetřovat a nově seřizóvat.Mimo těchto mechanicky pracujících hlásičů polohy Se stala známými zařízení-vybúdGvaná-ž-induktivních-bezdotýkově-působících_spínačů-reagujících_„---na přiblížení.

Z DE 35 1 1 891 se stalo známým zařízení skládající se z elektromotoricky poháněného pohonu jednotlivé výhybky,se zajístitelným štavěcím a případně rovněž zajistitelným kontrolním šoupátkem a s uspořádáním sensorů pro poznání poloh konců šoupátek a jejich stavu zajištění.Pomocí v zařízení integrovaných sensorů se provádí kontrola koncových poloh a poznává se poloha závorníku stavěcího a případně kontrolního šoupátka.Zkušební výsledky se pak předávají

- 2 ovládací a kontrolní logice,případně ovládacímu stavědlu,přičemž se zjištuje sjízdnost výhybky.Měření odstupu hrotnice od opornice se neprovádí.

Z DE 26 36 359 Al se stalo známým dozorčí zařízení koncových poloh

-s výkyvných kolejí železničních výhybek,kde se na určitých kontrolních bodech * předvídají induktivní kolejnicové spínače,které míjejí ve výkyvné kolejnici uspořádané ferromagnetické protikusy.Tímto induktivně vyvolaným spuštěním spínače se má zjistit nalezá-li se výkyvná.kolejnice ve své koncové poloze.

Z EP 0 514 365 B1 již vyplývá způsob kontroly stavu kolejových výhybek a zjištění předčasného opotřebení v oblasti hrotnice sensorem,takže se při přejíždění zjištěná nejmenší hodnota odstupu mezi hrotnicí a opornicí uloží do paměti,přiČemý se vždy definovaly a vzájemně srovnávaly hodnoty odstupu a mezní hodnoty a pří překročení určité mezní hodnoty se vyvolal signál pro údržbu.Jako možné sensory se zde předvídají induktivní nebo kapazitativní analogové sensory.

Tyto induktivně působící spínače reagující na přiblížení jsou sice spolehlivými a opotřebení nepodléhajícími spínacími prvky,ale nemohou se použít pro stálé zjištování exaktní polohy pohyblivých dílů výhybky a jsou proto —-pou7Ívánv-orQ-Si.gnal'zaci._z(la hrotnice dosáhla koncové polohy nebo ne.Protože se induktivně působící spínače reagující na přiblížení používají v oscilačních obvodech, podléhá přesnost měření hodnotě oscilačních obvodů,která je silně závislá na vnějších vlivech a přesnosti konstrukčních prvků.Jsou proto nutná nákladná opatření,aby se zvýšila redundace a přesnost těchto měřících zařízení.

Podstata vynálezu měří polohu pohyblivých dílů kolejnice,přičemž se permanentně může

Je cílem předloženého vynálezu vytvořit měřící zařízení,které nepřetržitě * · · •ftftft · • ft · • ft ftft • ftft • · ft ft • ftft « ftft

- 3 kontrolovat dobré plění funkce.Pro řešení tohoto úkoluje vynálezecké zařízení provedeno tak,že je sensor proveden jako kontinuitní sensor vzdálenosti a že je výstup sensoru spojen s uspořádáním obvodů pro dvě oddělená vyhodnocení,přičemž je první vyhodnocení provedeno jako vyhodnocení vzdálenosti a druhé vyhodnocení jako funkční kontrola sensoru.Tím že je sensor proveden jako kontinuitní sensor vyhodnocující odstup,dají se, na rozdíl od měřících sensorů určených výhradně pro zjištění stavu,exaktně zjistit všechny koncové polohy hrotnice v celé dráze prestavování.Pro vyhodnocení signálů je přitom předvídáno uspořádání zapojení u kterého še funkční kontrolou,například použitím referenčního signálu,může zjistit,je-li sensor intaktní a dává-li korektní výsledky měření.Kontinuitní určení polohy se provádí vyhodnocením odstupu,přičemž sé jako s možnou metodou zjišťování polohy uvažuje s výpočtem polohy.Pro rychlé zpracování naměřených hodnot,které jsou po analogově číslicovém převodu k dispozici v diskrétním stavu, se obvykle používají výkonné mikrokontroléry s vysokým taktem přenosového výkonu.Průtože zpravidla není poloha hrotnicové kolejnice lineárně závislá od signálu sensoru,je vyhodnocení odstupu zvláště výhodným způsobem provedené tak,že spolupůsobí s dotazem na charakteristiku.Díky takovému dotazu na charakteristickou křivku je možné exaktní zjištění polohy hrotnice i tehdy,není-li podkladem signálů měření lineární zákon odstupu.

Zvláště upřednostněným dalším rozpracováním měřícího zařízení je spojení výstupu aspoň jednoho dalšího sensoru na měření klidového signálu s funkční kontrolou.Tím,že se v tomto rozpracováni použije další sensor,který je buď speciálně kalibrován nebo je identický s vlastním sénsorem odstupu, se zvyšuje přesnost měření klidového signálu a tím spolehlivost funkční kontroly.

Aby se dále zvýšila přesnost určení polohy výkyvných dílů výhybky,je zvláště účelné uspořádání provedeno tak,že jsou v dosedací a odsedací poloze ί 0 »00 t »0 ««v v v

0 0 ·· ·«

0 » výkyvných dílů uspořádané na koleji dva sensorý.Tím,že je nyní odpovídajícím způsobem uspořádáno více sensorů,můžé mimo funkční kontroly v netlumeném stavu probíhat další funkční kontrola v utlumené koncové poloze.Použití aspoň dvou na různých místech instalovaných sensorů odstupu vytváří možnost zvýšit spolehlivost měření odstupu pomocí porovnání měřených hodnot a/nebo vytvořením střední hodnoty.Dále slouží takové zařízení k pozorování změn tvaru hrotnicúvé kolejnice po její celé délce,přičemž mohou měření probíhat i během prejezdu.Tímto způsobem se může určit celkový stav polohy výměny a.mohou se předem určit dlouhodobé změny.

V upřednostněném dalším rozpracování je charakteristika tvarovaná tak,že má toleranční oblasti pro spolehlivé funkční oblasti dosedání a odsedání výkyvných dílů a že dochází k funkční kontrole dosedací a odsedací polohy Tím,že se předvídají toleranční okénka se zabraňuje tomu,aby funkční kontrola vydávala již při malých odchylkách od koncově polohy alarmní signál a aby byl provoz ve vlastně ještě nekritických oblastech předčasně ukončeh.ProveÚené tvarování nyní dovoluje nepřetržitou kontrolu změn koncových poloh a u naměřených hodnot uvnitř tolerančních okének provádět včas nutná údržbová a seřizovači opatření.Rovněž se může pozorovat postup opotřebení,čímž se šetří jak materiálem tak také náklady.

* Ve zvláště upřednostněném provedení se předvídá,že klidový signál spolupůsobí jako kalibrovačí veličina charakteristiky.Tím, že se klidový signál používá k posouvání vlastních charakteristik a hodnota klidového signálu se rovná hodnotě funkcé v odsedací poloze,vzniká soustava charakteristik_;Takové samonastavení charakteristik za vzniku soustavy charakteristik umožňuje dalekosáhle vyloučit vlivy okolí a stárnutí na vyhodnocení a získat nezkreslené hodnoty o poloze.

··* * · • · · ··· * ·« » · · · · · • » · · · ·

0· ·· ·· ·♦ ·<

Aby se zabránilo další rušivé veličině vznikající ztrátami ve vedení,například poklesům napětí na odporech vedení,jsou výstupy sensorů výhodným způsobem provedené jako výstupy proudu.Tím,že jsou výstupy sensorů provedené jako výstupy proudu,jsou signály sensorů k dispozici jako lehce dále zpracovatelné proudy.

Aby se zjistily v delším časovém období tendence chování výhybky,t.j;aby se včas poznalo opotřebení a odhadla se zbývající životnost výhybky ,je vyhodnocení výhodným způsobem spojeno s pamětí.

Aby se dohlédlo na bezpečnou funkci závorníků a kontroloval nejužší průjezd,jsou podle dalšího výhodného provedení uspořádané sensory odstupu v několika rovinách měření.

Způob vyhodnocení signálů sensorů pro zjištění polohy výkyvných dílů výhybky pomocí vynálezeckého zařízení spočívá v podstatě v tom,že se signály sensorů vyhodnocují v počítači charakteristik,polohy se zjišťují jako funkce hodnot signálů,přičemž se signály porovnávají s klidovými signály sensorů a zjišťuje se současně funkční schopnost sensorů a případně se hodnoty signálů,ležící mimo v charakteristikách stanovených tolerančních okének použijí -jako-hlášení-poruch^přičemž-se-eharakter-isíik-a-porovnáním-s-k-lídovými-signály-vrámci přípustné tolerance přizpůsobuje podmínkám okolí a krátkodobá hlášení poruch se potlačí.Tím,že se analýza* sensory zjištěných dat provádí jak pro zjištění odstupu tak také pro kontrolu funkční schopnosti sensorů při současném přizpůsobení charakteristiky, se do značné míry eliminují na měřící zařízení působící zkreslení vyvolaná rušivými veličinami a značnou měrou se zvýší přesnost měření.Protože hlášení chyb vyvolávají pouze hodnoty signálů,které leží mimo v charakteristikách předem určených tolerančních okének,definuje se provozní oblast uvnitř tolerancí,čímž se zajistí,aby nezpůsobily již malé odchylky hrotníc od koncových poloh přerušení provozu,ačkol iv je zatím

- 6 bezchybný provoz ještě bez rizik.Takový způsob měřící techniky proto zvyšuje při celkovém pohledu dobu použitelnosti hrotnic kolejových výhybek.Pokud však signál opustí toleranční oblast,tak se bud' pohybovala hrotnice nebo je defektní sensor.Souěasný výskyt obou poruch lže ve smyslu bezpečnostních směrnic železničního zákonu vyloučit.Má-li se zjistit skutečný zdroj chyby,muší se překontrolovat sensor při chodu naprázdno.Tím,že se pamětí zjišťuje i trvání hlášení chyby,mohou se potlačit hlášení chyb pocházející z případných odlehlých hodnot měření,například nedopatřením osobami nebo zvířaty způsobeným krátkodobým utlumením sensoru odstupu.Provozní pohotovost kolejové výhybký se proto nepřeruší.Také se uspořádáním a způsobem vyhodnocení zajistí,že chybné sensory nebo výpadek sensoru způsóbí přerušení provozu.

U zvláště upřednostněného postupu se přídavně kontroluje provozní připravenost výměnového přestavníku,čímž lze docílit ještě výšší spolehlivost výměnového stavěcího zařízení Kontrolou výměnového přestavníku se zajistí,že se včas poznají poruchy vyvolané výměnovým přestavníkem a ne stářím podmíněným opotřebením nebo jinými poruchami hrotnicové kolejnice podmíněnými vnějšími vlivy.Tím se tedy daří kontrolovat nepřetržitě a odděleně od sebe hlavní zdroje chyb,které vedou bezprostředně k odstavení nebo opravě výhybky.

Dalším výhodným postupem pro kontrolu bezpečně funkce závorníků a nejužšího průjezdu je porovnání signálů z různých rovin měření.

V následnémýbuílkvynález pomocí výkresů blíže znázorněn a vysvětlen.

Ajfeažují ií ·

Obr. 1 uspořádání vynálezeckého zařízení kolejové výhybky, * 9

9

9

9 ·

999 9 9 9 · 9 ·

9 9 9

99 99

- 7 obr.2 principiální uspořádání obvodů zařízení na určení polohy výkyvných dílů výhybky, obr.3 blíže popisuje uspořádání obvodů na výseku schématu obvodu základní desky elektroniky a obr.4 znázorňuje charakteristiky které jsou základem pro dotaz na charakteristiky.

yyMi/gXtJ

Obr* jl ukazuje dvě hrotnice i a 2 kolejové výhybky.Jako I je označen výměnový přestavník,který přestavuje hrotnice do odpovídajících poloh.Pro zachycení polohy hrotnic potřebné kontinuitní odstupové sensory jedné roviny měření jsou označené 4,5,6 a 7.Podle schematického znázornění je v každé poloze výhybky vždy utlumený jeden sensor 5 u hrotnice i dosadající na opornici 8 a jeden sénsor 4 v oblasti hrotnice 2 odsedající od opornice 8.Dva další sensory 6 a 7 jsou v tété poloze výhybky netlumené.Přitom se může předvídat ,že poloha dosedající hrotnice se zjišťuje sensorem orientovaným na stojinu kolejnice a poloha odsedající hrotnice sensorem orientovaným na patku kolejnice.Protože podle zkušeností má odsedající hrotnice zřetelně větší toleranci polohy v porovnání s dosedající hrotnicí.může se pro měření polohy odsedající-hrotniee-předvídat-větší-rozsah-měření-ňež-u-dosedajÍGÍ-hrotniceTVyššírozlišovací schopnost sensoru pro menší měřený rozsah dosedající hrotnice počítá s požadovanou vyšší přesnost měření.Přídavně k zjišťování polohy přebírá spínací obvod kontrolu provozní připravenosti elektromechanicky nebo elektrohydraulicky působících výměníkových přestavníků.

Obří# Jjj2 ukazuje hrotnice 1 a 2 dosedající k případně odsedající od opornice 8 a podle polohy hrotnic utlumené 4,5 a neutlumené 6,7. kontinuitní sensory odstupu.Sensory odstupu jsou,jak je schematicky znázorněno,provedené v dvouvodiěové technice,přičemž se signál sensoru mění v k němu «· · · ·· ♦ · * · · «·«««» ·«······ ···· · · · · · ·· ·· · · ·· * · · ·

- 8 proporcionální proud,který není zkreslen odpory ve vedení.V zapojovací a zkušební logice 10 se signály sensorů dále zpracovávají a zjišťují se polohy hrotnice,Bezpečnostní relé 11 jsou aktivovaná výstupy 16 zapojovací a zkušební logiky.

* í j í Obr* . 3 ukazuje opět kontinuitní měřící sensory odstupu 4,5,6 a

7,jejichž signály se dále zpracovávají na základní desce elektroniky 12.Na této desce elektroniky 12 se signály sensorů vloženými vstupními ochrannými obvody 13 a kmitočtovými filtry 14 přivádějí do dvou nezávisle na sobě pracujících mikrokontrolérů 15 a 17.Pro vzájemnou kontrolu a přezkoumání funkční schopnosti sensorů jsou oba kontroléry spolu spojené.V dalším blíže nevysvětlovanou spínací logikou aktivují výstupy 16 základní desky elektroniky bezpečnostní relé ikMikrokontroléry zajišťují vlastní techniky zpracování dat signálů sensorů.Do nich jsou zde,což není blíže znázorněno,integrované počítače charakteristiky pole,které zjišťují podle v paměti uložených křivek charakteristiky odstupy hrotnic.

Obr*. ‘ '14 ukazuje závislost polohy hrotnice v závislosti na signálu sensorů,který je k dispozici jako proud.Žákladem zde znázorněné funkce je ’ princip činnosti vytvořený na základě klidového proudu.Pod klidovým proudem —!--rozumíme-skutčnost,že-bezůt!umu-pr0bíhá-nejvyšší-př-íjem-proudujeož-odpovídá-’ největší hodnotě souřadnic ctíaraktérisťík na obrázku 4.Charakteristika 1 přitom ukazuje závislost dráhy na proudu výchozí křivky sensorů.Naproti tomu ukazuje charakteristika 2 funkci,která vzniká stárnutím sensorů a je vyjádřená přemístěním ve směru šipky k8.Odpovídajícími opatřeními techniky měření,například porovnáním s nezávisle měřeným klidovým proudem sensorů se mohou křivky charakteristik odpovídajícím způsobem adaptivně přizpůsobit ve směru šipky 18 změnám podmíněným procesem stárnutí.Tím,že jsou přídavně ke kontrole funkce zachycením klidového proudu sensorů v netlumeném stavu

« · · · Φ

ΦΦΦΦ *

ΦΦ ΦΦ Φ* ··

- 9 definovaná dvě toleranční okénka pro oblast okolo koncových poloh dosedání 19 a odsedání 20 uvnitř pole charakteristik,může probíhat stálá kontrola funkční připravenosti Sensorů jak v tlumeném tak netlumeném stavu.Po přestavení výhybky vznikající proudové signály musí ležet pro bezchybný provoz uvnitř okénka proudu.Neleží-li signál uvnitř této toleranční oblasti,pak vzniká chyba buď nepřípustnou polohou hrotnice nebo je vadný sensor.0 současném výskytu obou poruch nelze ve smyslu bezpečnostních směrnic železničního zákona uvažovat.

Na obři»' 11 jsou patrné další sensory 21 a 22 v další rovině měření.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro zjišťování polohy výkyvných dílů výhybky jako jsou například hrotnice /1,2/,'s minimálně jedním sensorem,v yznačuj ící se t í m,že sensor je proveden jako kontinurtní sensor odstupu a zeje výstup sensoru spojen s uspořádáním obvodu /10/ pro dvě oddělená vyhodnocení,přičemž první vyhodnocení je řešeno jako vyhodnocení odstupu a druhé vyhodnocení jako kontrola funkce sensoru.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, v y z n ač u j í c í se t i m ,že vyhodnocení odstupu spolupůsobí s dotazem na charakteristiku.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m ,že je výstup minimálně jednoho dalšího sensoru spojen pro měření klidového signálu s kontrolou funkce.
4. 4. Zařízení podle nároku 1,2 nebo 3, vyznačující se tím ,že jsou uspořádané minimálně dva seňsory odstupu vždy v dosedací a odsedací poloze výkyvných dílů ve společné rovině měření na kolejnici.
5. 5. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, v y z n a Č u j í c í se t í m ,že -——charakterisíika-má-íoleraněrií-obiasti-pro-pnpuštné-funkční-obiasíi-do^a— odsedací polohy výkyvných dílů a že probíhá kontrola funkce pro do- a odsedací polohu.
6. 6. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a ě u j í c í se t í m,že klidový signál spolupůsobí jako kalibrační veličina charakteristiky s dotazem na charakteristiku.

   -117. Zařízení, podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m ,že výstupy sensorů jsou provedené jako výstupy proudu.
7. 8. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím ,že vyhodnocovací obvod /10/ je spojen s pamětí.
8. 9. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se t í m ,že sensory odstupu jsou uspořádané ve více rovinách.
9. 10. Způsob vyhodnocování signálů sensorů pro zjištění polohy vyýkyvných dílů výhybky, vyznačující se t í m ,že se signály sensorů vyhodnocují v počítači charakteristik,polohy se vyhodnocují jako funkce hodnot signálů,přičemž se signály porovnávají s klidovými signály sensorů a zjiŠtuje se funkční schopnost sensorů a případně se hodnoty signálů,které leží vně tolerančních okének určených charakteristikami přibírají pro hlášení chyb,přičemž se charakteristika porovnáním s klidovými proudovými signály přizpůsobuje v rámci přípustné tolerance na podmínky okolí a krátkodobá hlášení chyb se potlačují.

   1~1~—Způsobpodlenároku~107vyzn-a“č“u“j^_rc“í—s~e^—t-rm^žepřídavněse kontroluje provozní připravenost výměníkového přestavníku.
10. 12. Způsob podle nároku 10 nebo 11, v y z n a č u j í c í se tím,že-se vzájemně porovnávají signály z více rovin měření.