PL182366B1 - Sposób i urzadzenie do wykrywania polozenia przestawnych czesci zwrotnicy PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wykrywania polozenia przestawnych czesci zwrotnicy, znamienny tym, ze analizuje sie sygnaly czujników (4, 5, 6, 7) w bloku obliczania charaktery- styk i polozenia okresla sie jako funkcje wartosci sygnalu, przy czym sygnaly po- równuje sie z sygnalami spoczynkowymi czujników (4, 5, 6, 7), okresla sie prawi- dlowosc dzialania czujników (4, 5, 6, 7), zas wartosci sygnalów wychodzace poza zadane charakterystykami okna tolerancji korzystnie wydziela sie dla komunikatów o usterkach, przy czym charakterystyke dopasowuje sie przez porównanie z sygna- lami spoczynkowymi czujników (4, 5, 6, 7) wewnatrz dopuszczalnej tolerancji, do wa- runków otoczenia, i blokuje sie krótko- trwale komunikaty o bledach. FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wykrywania położenia przestawnych części zwrotnicy, zwłaszcza iglic.

W związku ze stale postępującą rozbudową tras szybkiego ruchu dla kolei narastają wymagania odnośnie kontroli rozjazdów. Dla zapewnienia bardziej niezawodnej pracy trakcji, przejazd przez zwrotnice musi się odbywać z najwyższym stopniem bezpieczeństwa. Do tego jest nieodzowne, aby iglice po przestawieniu ich za pomocą odpowiedniego napędu ustawczego zajmowały i zachowywały dokładnie swoje położenia końcowe. Do sprawdzania tych położeń końcowych były dotychczas stosowane sygnalizatory położenia iglicy z mechanicznymi wyłącznikami krańcowymi. Te urządzenia mechaniczne są jednakże stosunkowo

182 366 kosztowne, ponieważ często wykonywane są w postaci zespołów dźwigniowych, które łatwo ulegają uszkodzeniom a zatem wymagają częstej obsługi technicznej i ponownej regulacji. Poza tymi, działającymi na zasadzie mechanicznej, czujnikami położenia, znane są urządzenia o budowie indukcyjnych bezdotykowych łączników zbliżeniowych.

W opisie DE 3511891 Al przedstawiono urządzenie składające się z napędzanego silnikiem elektrycznym pojedynczego napędu z, również umieszczanym na stałe, suwakiem kontrolnym i układem czujnikowym do rozpoznawania położeń końcowych suwaka i powiadamiania o jego bezpiecznym stanie. Za pomocą czujników, zintegrowanych z tymi urządzeniami, realizowana jest kontrola położeń końcowych, jak również znane są położenia zamknięcia suwaka ustawczego i ewentualnie kontrolnego. Wyniki sprawdzania przekazuje się do układów sterująco - kontrolnych, bądź sterowanego mechanizmu ustawczego, przy czym sprawdza się przejezdność zwrotnicy. Pomiaru odstępu iglicy od opornicy nie przeprowadza się.

Z opisu DE 2636359 Al znane jest urządzenie kontrolne położeń końcowych przestawnych szyn zwrotnic kolejowych, przy czym w określonych punktach kontrolnych stosowane są indukcyjne łączniki szynowe, które pokryte są współpracującymi z nimi częściami ferromagnetycznymi umocowanymi na przestawnej szynie. W wyniku wywołanego indukcyjnie wyzwolenia łączników należy określić, czy przestawna szyna znajduje się w swoim położeniu końcowym.

Znany z opisu EP 0514365 B1 sposób kontroli stanu zwrotnicy i wychwycenia przedwczesnego zużycia w obszarze szyny iglicowej zwrotnicy, ma na celu przede wszystkim wykrycie przedwczesnego zużycia w obszarze szyny iglicowej za pomocą czujnika, tak że zapamiętywana jest określona przy przejeździe najmniejsza wartość odstępu między iglicą a opornicą, przy czym zostaje określona każda z wartości odstępu oraz wartość graniczna i następnie zostają one porównane ze sobą, i przy przekroczeniu określonej wartości granicznej następuje wyzwolenie sygnału ostrzegawczego. W charakterze czujników zbliżeniowych można przy tym stosować analogowe czujniki indukcyjne lub pojemnościowe.

Ten, działający na zasadzie indukcyjnej, łącznik zbliżeniowy stanowi wprawdzie element włączający bardzo niezawodny i o dużej odporności na zużycie, jednakże nie nadaje się do zastosowania tam, gdzie konieczne jest ustawiczne określanie dokładnego położenia części ruchomej zwrotnicy, lecz czujniki takie wykorzystywane są tylko do sygnalizowania, czy iglica osiągnęła dane położenie końcowe, czy nie. Ponieważ działające na zasadzie indukcyjnej łączniki zbliżeniowe włączone są w obwody drgające, to dokładność pomiarów jest określona dobrocią obwodu drgającego, która silnie zależy od wpływów zewnętrznych i dokładności elementu konstrukcyjnego. Konieczne zatem jest stosowanie kosztownych środków; dla podwyższenia redundancji i dokładności tych urządzeń pomiarowych.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia pomiarowego mierzącego w sposób ciągły położenie ruchomej części szyny, i umożliwiającego ciągłe sprawdzanie jej sprawności funkcjonalnej.

Sposób wykrywania położenia przestawnych części zwrotnicy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że analizuje się sygnały czujników w bloku obliczania charakterystyki, położenia określa się jako funkcje wartości sygnału, przy czym sygnały porównuje się z sygnałami spoczynkowymi czujników, określa się prawidłowość działania czujników, zaś wartości sygnałów wychodzące poza zadane charakterystykami okna tolerancji korzystnie wydziela się dla komunikatów o usterkach, przy czym charakterystykę dopasowuje się przez porównanie z sygnałami spoczynkowymi czujników wewnątrz dopuszczalnej tolerancji, do warunków otoczenia, i blokuje się krótkotrwałe komunikaty o błędach.

Kontroluje się gotowość zespołu napędu zwrotnicy do pozycjonowania iglic.

Porównuje się między sobą sygnały z różnych płaszczyzn pomiarowych.

Urządzenie do wykrywania położenia przestawnych części zwrotnicy, zwłaszcza iglic, zawierające co najmniej jeden czujnik, według wynalazku charakteryzuje się tym, że czujnik stanowi czujnik odległości o działaniu ciągłym, przy czym wyjście czujnika odległości połączone jest z układem logicznym wyposażonym w funkcje dwóch specjalnych oszacowań, z których pierwsze oszacowanie jest ocenę odległości, a drugie oszacowanie jest oceną funkcjonowania czujnika.

182 366

Oszacowanie odległości jest powiązane z odczytem charakterystyk zależności położenia iglic od sygnału czujnika.

Do wyjścia dołączony jest co najmniej jeden dodatkowy czujnik do pomiaru sygnałów spoczynkowych, współdziałający przy kontroli funkcjonalnej.

Na torze we wspólnej płaszczyźnie, rozmieszczone są przynajmniej dwa czujniki odległości, odpowiednio, w położeniu dosunięcia i odsunięcia części przestawnej.

Sygnał spoczynkowy stanowi wielkość kalibracyjną dla charakterystyk.

Wyjścia czujnika stanowią wyjścia prądowe.

Układ logiczny jest połączony z urządzeniem pamięciowym.

Czujniki odległości rozmieszczone są w wielu płaszczyznach.

Dzięki temu, że czujnik zrealizowany jest jako czujnik odległości o działaniu ciągłym, możliwe jest, w przeciwieństwie do czujników pomiarowych, które nadają się jedynie do określania pewnego stanu, dokładne określanie wszystkich położeń końcowych iglicy na całej drodze ustawiania. Dla oszacowania sygnału stosuje się układ połączeń, w którym przez kontrolę funkcjonalną, na przykład przez wytworzenie pewnego sygnału odniesienia, można sprawdzić, czy czujnik jest nieuszkodzony i daje poprawne wyniki pomiarowe. Przy ocenie odległości dokonuje się ciągłego określania położenia, przy czym w charakterze możliwego sposobu określania położenia wchodzi w grę obliczanie tego położenia. Do szybkiej obróbki po przetwarzaniu analogowo - cyfrowym występujących wartości pomiarowych w postaci dyskretnej stosuje się zwykle mikrokontroler dużej wydajności i o wysokiej częstotliwości zegara. Ponieważ z reguły położenie iglicy nie jest liniowo zależne od sygnału czujnika, to oszacowanie odległości w szczególnie korzystnej odmianie wykonania realizowane jest w ten sposób, że odbywa się w powiązaniu z odczytem charakterystyk. Dzięki tego rodzaju odczytowi możliwe jest dokładne ustalanie położenia iglicy również wtedy, kiedy sygnały pomiarowe nie wykazują liniowej zależności odległości.

Szczególnie korzystne jest rozwiązanie, w którym do wyjścia dołączony jest co najmniej jeden dodatkowy czujnik do pomiaru sygnałów spoczynkowych przy kontroli funkcjonalnej. Dzięki temu, że stosowany w tej dodatkowej odmianie wykonania dodatkowy czujnik jest albo specjalnie wykalibrowany, albo jest identyczny z właściwym czujnikiem odległości, poprawia się dokładność pomiaru sygnałów spoczynkowych, a zatem i niezawodność kontroli funkcjonalnej.

Dla dalszego poprawienia dokładności określania położenia przestawnych obrotowo części zwrotnicy, w szczególnie korzystnej odmianie wykonania stosuje się takie ukształtowanie, w których na torze rozmieszczone są przynajmniej dwa czujniki odległości, odpowiednio, w położeniu dosunięcia i odsunięcia części przestawnej. Dzięki temu, że teraz jest rozmieszczonych wiele czujników odległości, można poza kontrolą ftinkcjonalną w stanie niewytłumienia, można przeprowadzać dodatkową kontrolę funkcjonalną w końcowym położeniu wytłumienia. Zastosowanie co najmniej dwóch, zainstalowanych w różnych miejscach, czujników odległości stwarza ponadto możliwość podwyższenia niezawodności i dokładności pomiaru odległości za pomocą komparacji wartości pomiarowych i/lub wyznaczania wartości średniej. Poza tym tego rodzaju ukształtowanie służy do tego, aby umożliwić obserwację zmian kształtu szyn iglicowych na całej długości zwrotnicy, przy czym pomiary mogą się odbywać również podczas przejazdu. W ten sposób można stwierdzić stan ogólny układu rozjazdu i z wyprzedzeniem stwierdzić długoterminowe jego zmiany.

Charakterystyka zawiera granice tolerancji dla dopuszczalnego zakresu funkcjonalnego dla położenia dosunięcia i odsunięcia części przestawnych. Dzięki kontroli funkcjonalnej położenia dosunięcia i odsunięcia oraz stosowaniu okna tolerancji unika się generacji sygnału alarmowego kontroli funkcjonalnej i zbyt wczesnego kończenia pracy przy niewielkich odchyleniach od położenia końcowego, i w obszarach jeszcze niekrytycznych. Wymienione ukształtowanie umożliwia teraz również kontrolowanie w sposób ciągły zmiany położeń końcowych, i wczesne podejmowanie działań zmierzających do naprawy lub regulacji, przy mierzonych wartościach mieszczących się wewnątrz okna tolerancji. Dzięki temu można obserwować postęp zużycia w granicach tych tolerancji, w wyniku czego są możliwe oszczędności zarówno materiałowe, jak i ekonomiczne.

182 366

Sygnał spoczynkowy może być wykorzystywany w charakterze wielkości kalibracyjnej dla charakterystyk, przy odczycie tych charakterystyk. Przez wykorzystywanie sygnału spoczynkowego doprowadza się do takiego przesunięcia samych charakterystyk, że wartość sygnału spoczynkowego jest równa wartości funkcji w tym położeniu odsunięcia, i powstaje rodzina charakterystyk. Taka autoregulacja charakterystyk z utworzeniem rodziny charakterystyk, umożliwia w dużym stopniu usunięcie wpływów otoczenia i starzenia się na oszacowanie, i otrzymanie niezafałszowanych wartości położenia.

Dla uniemożliwienia oddziaływania wielkości zakłócających w postaci strat w przewodach, na przykład spadków napięcia na rezystancjach przewodów, korzystne jest, jeśli wyjścia czujnika zrealizowane sąjako wyjścia prądowe. Dzięki temu, że wyjścia czujnika są wykonane jako prądowe, sygnały czujnika występują w postaci prądów, łatwych do dalszego przekazywania.

Dla wyznaczenia tendencji w zachowaniu się zwrotnic w dłuższym okresie czasu, to znaczy odpowiednio wczesnego rozpoznawania zużycia i szacowania pozostałego czasu pracy, układ oceny jest połączony z urządzeniem pamięciowym.

Dla nadzorowania pewności działania zamknięć, i sprawdzania najwęższego przelotu, czujniki odległości rozmieszczone są w wielu płaszczyznach pomiarowych.

Analiza danych otrzymanych z czujników, jak również sprawdzenie sprawności funkcjonalnej czujników przy równoczesnym dopasowaniu charakterystyk, pozwala na wyeliminowanie w dużym stopniu zafałszowań, spowodowanych wpływem wielkości zakłócających na urządzenie pomiarowe, i dzięki temu poprawia się w dużym stopniu dokładność pomiaru. Ponieważ komunikaty alarmowe wyzwalane są tylko przez wartości sygnału znajdujące się poza oknami tolerancji wyznaczonymi przez charakterystyki, to obszar roboczy znajduje się wewnątrz tych tolerancji, co gwarantuje, że przerw w pracy nie będą powodowały niewielkie odchylenia iglic od położeń końcowych, przy których bezusterkowa praca w tej sytuacji jeszcze nie jest zagrożona. Tego rodzaju proces metrologiczny podwyższa ogólną przewidzianą trwałość użytkową szyn iglicowych rozjazdów. Kiedy sygnał wychodzi poza zakres tolerancji, oznacza to, że albo poruszyła się iglica, albo uszkodzony jest czujnik. Wystąpienie obydwóch zakłóceń w myśl kolejowych przepisów bezpieczeństwa jest niedopuszczalne. Dla ustalenia rzeczywistego źródła błędu, konieczne jest sprawdzenie czujnika w stanie jałowym. Wskutek tego, że w wyniku zapamiętywania wyznacza się również czas trwania komunikatu o usterce, można eliminować komunikaty o usterkach spowodowane ewentualnymi zanikami wartości mierzonej, które powstają na przykład wskutek przytłumienia, umyślnego przez ludzi, lub przez zwierzęta, czujników odległości, a więc krótkotrwałymi. Gotowość robocza zwrotnicy wtedy nie zostaje przerwana. Dzięki urządzeniu i sposobowi analizy według wynalazku zapewnia się to, że wadliwość czujnika lub jego brak powoduje przerwanie pracy.

Dzięki temu, że dodatkowo sprawdza się gotowość roboczą zespołu napędu zwrotnicy, możliwe jest osiągnięcie jeszcze wyższej niezawodności urządzenia do nastawiania zwrotnicy. Dzięki kontroli napędu zwrotnicy gwarantuje się odpowiednio wczesne rozpoznawanie zakłóceń, które oddziałują zwrotnie na napęd zwrotnicy, a nie są wywołane zużyciem starzeniowym szyny iglicowej. Zatem udaje się w sposób ciągły rozpoznawać oddzielnie główne przyczyny usterek, które bezpośrednio prowadzą do unieruchomienia i konieczności naprawy zwrotnicy.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie według wynalazku na zwrotnicy, fig. 2 przedstawia schemat ideowy urządzenia do wyznaczania położenia części przestawnych zwrotnicy, fig. 3 przedstawia dokładniej układ połączeń na podstawie wycinka schematu połączeń płytki z układem elektronicznym, fig. 4 przedstawia poglądowo charakterystyki stanowiące przedmiot odczytu charakterystyk.

Figura 1 przedstawia dwie szyny iglicowe rozjazdu. Odnośnikiem 3 oznaczono zespół napędu zwrotnicy, który przestawia iglice 1 i 2 w odpowiednie położenia. Czujniki odległości jednej płaszczyzny pomiarowej potrzebne do rozpoznania położeń szyn iglicowych oznaczono przez 4, 5, 6 i 7. Zgodnie z uproszczonym przedstawieniem w każdym z położeń zwrotnicy znajduje się jeden czujnik 5 przy iglicy 1 przylegającej do szyny oporowej i jeden czujnik 4 w obszarze iglicy 2, odsuniętej od szyny oporowej 8. Dwa następne czujniki 6 i 7 są w tym

182 366 położeniu zwrotnicy nieprzytłumione. Przy tym przewiduje się, że następuje określenie położenia iglicy przylegającej za pomocą czujnika skierowanego w stronę szyjki szyny, a położenie iglicy odsuniętej wyznacza się czujnikiem ukierunkowanym w stronę stopy szyny. Ponieważ według niniejszego wynalazku iglica odsunięta ma wyraźnie większą tolerancję położenia w porównaniu z iglicą dosuniętą, to do pomiaru położenia iglicy odsuniętej można wykorzystać większy zakres pomiaru, niż w przypadku iglicy dosuniętej. Wyższa rozdzielczość czujnika w przypadku mniejszego zakresu pomiarowego iglicy dosuniętej powoduje, że niezbędna jest duża dokładność obliczeń. Dodatkowo do wyznaczania położenia układ sprzęgający przejmuje sprawdzanie gotowości do pracy z napędem zwrotnicy działającym elektromechanicznie lub elektrohydraulicznie.

Figura 2 przedstawia szyny iglicowe znajdujące się w położeniu dosunięcia lub odsunięcia od szyny oporowej 8 i odpowiednio do położenia szyny iglicowej stłumione czujniki 4, 5 odległości i niestłumione czujniki 6, 7 odległości o działaniu ciągłym. Czujniki odległości są jak to przedstawiono schematycznie wykonane jako dwuprzewodowe, przy czym sygnał czujnika zostaje przekształcony w proporcjonalny do niego prąd, który nie ulega zafałszowaniu oddziaływaniem rezystancji przewodów. W komutacyjno - połączeniowym układzie logicznym 10 odbywa się dalsza obróbka sygnałów czujników i wyznaczanie położenia iglicy. Przekaźnik 11 bezpieczeństwa sterowany jest z wyjść 16 komutacyjno - połączeniowego układu logicznego 10.

Figura 3 z kolei przedstawia dokonujące pomiaru ciągłego czujniki 4, 5, 6 i 7 odległości, których sygnały przetwarzane są na elektronicznej płytce 12. Na tej elektronicznej płytce 12 sygnały czujników, przez włączone zabezpieczające układy zabezpieczające 13 i filtry częstotliwościowe 14, doprowadzane są do pracujących niezależnie mikrokontrolerów 15 i 17. Dla wzajemnej kontroli i sprawdzania gotowości funkcjonalnej czujników obydwa mikrokontrolery są ze sobą nawzajem połączone. Za pośrednictwem nie omawianego bliżej komutacyjnego układu logicznego z wyjść 16 płytki sterowany jest przekaźnik 11 bezpieczeństwa. Mikrokontrolery realizują właściwą cyfrową obróbkę danych sygnałów czujników. Z nimi zintegrowany jest, nie przestawiony bliżej, blok obliczania pola charakterystyk, który za pomocą zapamiętanych charakterystyk wyznacza odległości szyn iglicowych.

Figura 4 przedstawia zależność położenia iglic od sygnałów czujnikowych dostarczanych w postaci prądu. Podstawą przedstawionej tu funkcji jest zasada prądu spoczynkowego. Prąd spoczynkowy oznacza, że bez tłumienia występuje największy pobór prądu, co odpowiada największej wartości współrzędnej charakterystyk na fig. 4. Pierwsza charakterystyka 23 oznacza przy tym zależność drogi od prądu pewnej krzywej pierwotnej czujnika. Charakterystyki 24 i 25 odtwarzają w przeciwieństwie do tego pewną funkcję, którą otrzymuje się po zmianie czujnika, wyrażonej przemieszczeniem w kierunku strzałki 18. Dzięki odpowiednim zabiegom pomiarowym, na przykład przez porównanie ze zmierzonym niezależnie prądem spoczynkowym czujnika, możliwe jest adaptacyjne nałożenie w kierunku strzałki 18 charakterystyk ze zmianami spowodowanymi procesem starzenia. Dzięki temu, że dodatkowo, poza kontrolą funkcjonalności przez wyznaczenie prądów spoczynkowych w stanie niestłumienia, wyznaczane są dwa okna tolerancji dla obszarów wokół położeń końcowych w położeniu dosunięcia 19 i położeniu odsunięcia 20 wewnątrz pola charakterystyk, może odbywać się stałe nadzorowanie gotowości funkcjonalnej czujników zarówno w stanie stłumienia, jak i w stanie niestłumienia. Sygnały prądowe ustalające się po przestawieniu zwrotnicy dla bezusterkowego działania muszą mieścić się wewnątrz okien prądowych. Jeżeli sygnał przestaje mieścić się wewnątrz tego obszaru tolerancji, to albo usterka polega na wycofaniu iglicy do położenia niedozwolonego, albo uszkodzony jest czujnik. Wystąpienie obydwóch zakłóceń w myśl kolejowych przepisów bezpieczeństwa jest niedopuszczalne.

Na fig. 1 widoczne są dodatkowe czujniki 21 i 22 w dodatkowej płaszczyźnie pomiarowej.

182 366

FIG. 3

182 366

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykrywania położenia przestawnych części zwrotnicy, znamienny tym, że analizuje się sygnały czujników (4, 5, 6, 7) w bloku obliczania charakterystyk i położenia określa się jako funkcje wartości sygnału, przy czym sygnały porównuje się z sygnałami spoczynkowymi czujników (4, 5, 6, 7), określa się prawidłowość działania czujników (4, 5, 6, 7), zaś wartości sygnałów wychodzące poza zadane charakterystykami okna tolerancji korzystnie wydziela się dla komunikatów o usterkach, przy czym charakterystykę dopasowuje się przez porównanie z sygnałami spoczynkowymi czujników (4, 5, 6, 7) wewnątrz dopuszczalnej tolerancji, do warunków otoczenia, i blokuje się krótkotrwałe komunikaty o błędach.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kontroluje się gotowość zespołu (3) napędu zwrotnicy do pozycjonowania iglic (1,2).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że porównuje się między sobą sygnały z różnych płaszczyzn pomiarowych.
4. 4. Urządzenie do wykrywania położenia przestawnych części zwrotnicy, zwłaszcza iglic, zawierające co najmniej jeden czujnik, znamienne tym, że czujnik stanowi czujnik (4, 5, 6, 7) odległości o działaniu ciągłym, przy czym wyjście czujnika (4, 5, 6, 7) odległości połączone jest z układem logicznym (10) wyposażonym w funkcje dwóch specjalnych oszacowań, z których pierwsze oszacowanie jest oceną odległości, a drugie oszacowanie jest oceną funkcjonowania czujnika.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że oszacowanie odległości jest powiązane z odczytem charakterystyk zależności położenia iglic (1, 2) od sygnału czujnika (4, 5, 6, 7).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że do wyjścia dołączony jest co najmniej jeden dodatkowy czujnik (4, 5, 6, 7) do pomiaru sygnałów spoczynkowych, współdziałający przy kontroli funkcjonalnej.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 6, znamienne tym, że na torze we wspólnej płaszczyźnie, rozmieszczone są przynajmniej dwa czujniki (4, 5, 6, 7) odległości, odpowiednio, w położeniu dosunięcia i odsunięcia części przestawnej.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że sygnał spoczynkowy stanowi wielkość kalibracyjnądla charakterystyk.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wyjścia czujnika (4, 5, 6, 7) stanowią wyjścia prądowe.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że układ logiczny (10) jest połączony z urządzeniem pamięciowym.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że czujniki (4, 5, 6, 7) odległości rozmieszczone są w wielu płaszczyznach.