28/10/2020

СВЕТОДИОДНА ШОСЕЙНА СИГНАЛИЗАЦИЯ ЗА АПУ

***брой 5 “Железопътен транспорт” , 2018 г.***

На територията на страната функционират над 760 прелеза, стопанисвани от Държавно предприятие НКЖИ. Над 500 от железопътните прелези са оборудвани с автоматика, осигуряваща безопасното преминаване на влак през прелеза. Модернизирането автоматика в прелезите е процес изискващ специфични подход и елементи, гарантиращи безопасно поведение при отказ.

C:\Users\bbb\Pictures\20171110_100446a.jpgМодернизирането на съществуващите релейни автоматични прелезни устройства АПУ не е новост. След 2006 година много АПУ са надградени с бяла мигаща светлина към шосейния сигнал СПШ (фигура 1). Всички те са модернизирани посредством разширение на релейна логика с електронен модул за управление и контрол на лампови сигнали.

Фигура 1 СПШ-LED

Европейските производители на оптика за светофари масово преминават към нова светодиодна LED технология, като спират от производство ламповите фарове. Нормативните изисквания за управление и контрол на сигналите в АПУ не позволява директна замяна на ламповите фарове със светодиодни. Това налага разработката на нови елементи, позволяващи надграждане на АПУ със светодиодни LED сигнали.

Разработена е апаратура Светодиодна шосейна сигнализация за АПУ (LED-АПУ), предназначена за модернизация и разширяване на функционалността на съществуващи типове релейни АПУ (фигура 2). LED-АПУ се състои от токозахранване, безопасен програмируем логически контролер PLC и модули Микропроцесорно управление и контрол на сигнали МУКС за управление и контрол на LED сигнали.C:\Users\bbb\Desktop\20170927_135550.jpg

Фигура 2 Релейно АПУ модернизирано с LED-АПУ

Токозахранването е реализирано с импулсен токоизправител, който осигурява напрежение 24 VDC за заряд на стационарна акумулаторна батерия АБ. Допуска работа с широк диапазон на входно напрежение 220 +20% -30% V АС. Капацитета на АБ е подбирана така, че да осигури 8 часа резервиране на съответното АПУ.

Управлението и контрола при светене на LED модулите на СПШ и ПСПШ се осъществява от модули МУКС (фигура 3), разположени в касета. Всички модули МУКС са идентични, като се различават само в зададения режим, според предназначението си. Всеки един модул е предвиден за обвръзка към два LED фара.

Модулът се управлява от безопасен PLC посредством импулсно кодирано управляващо въздействие. Светенето на LED модулите се контролира посредством динамично отчитане на консумираната мощност и сравнение с предварително зададени параметри за съответния тип модул.

 

Фигура 3 Модул МУКС

Основна част на апаратурата LED-АПУ е безопасният PLC. Индустриалните безопасни PLC от серията TRISAFE на Phoenix Contact (фигура 4) обединяват в едно функционалност и гъвкавост. Съдържат интегрирани безопасни входове и изходи. Конфигурирането и програмирането на PLC се осъществява със фирмения софтуер SAFECONF. Контролерът притежава сертификат за ниво на безопасност SIL3.

Фигура 4 Безопасен PLC

При модернизация на АПУ апаратурата LED-АПУ заменя съществуващото електрозахранване на АПУ, управлението и контрола на светене на прелезните шосейни светофари СПШ и техните повторители ПСПШ. Като цяло апаратурата LED – АПУ е унифицирана за различен тип релейни АПУ, включително ДЦ-1, ДЦ-2, ЕБ и 73М.

Контролерът на светодиодна шосейна сигнализация за АПУ се обвързва към релейната логика на АПУ с релета ШСР, ПИР, НИР и НР. При тази обвръзка апаратурата на LED-АПУ поема само управлението и контрола на СПШ. Останалата част от функционалността на прелеза се запазва в релейната логика на съществуващата схема. Режима на работа на шосейната сигнализация се определя от състоянието на релета ШСР и ПИР в АПУ (таблица 1).

Таблица 1 Работни режими на LED-АПУ

Режим

Показание на СПШ

ШСР ПИР

Забележка

Бяла мигаща с 30 мигания в минута

Високоотговорно разрешително показание, гарантиращо свободност и работоспособност на АПУ, допускащо преминаване на автомобили през зоната на прелеза.

Неосветено

Състояние, което е следствие от повреда на АПУ или неработоспособност LED-АПУ.

Червени мигащи алтернативно с 60/120 мигания в минута ↓* Х

 

 

Забранително показание не допускащо преминаване на автомобили през зоната на прелеза.

*При двупътно АПУ се следи за наличие на второ ЖП возило – състояние на релета НР.

Апаратурата на LED-АПУ има три работни режима. От тях високоотговорен е само режим 1, който е разрешително показание – мига бяла светлина на СПШ. Този режим се активира когато релета ШСР и ПИР в АПУ са задействани.

Фигура 5 Схема за безопасно четене на контакти

За безопасно четене на високоотговорна информация от релейни контакти в PLC се използват противофазни тактови импулси Т0 и Т1, които се генерират от контролера и се следят хардуерно от съответния входния. Тактовите импулси служат за проверка на вериги с високоотговорна информация и спомагат за разпознаване на късо съединение между отделни вериги.

На фигура 5 е дадено решение за безопасно четене на релейни контакти от PLC. Високоотговорната информация от АПУ (фронтови контакти на релета ШСР и ПИР) се подават на входове конфигурирани да разпознават съответните тактови импулси (Таблица 2).

Таблица 2 Конфигурация на входовете на PLC

Реле в АПУ

Вход

Тактов импулс

Информация

ШСР

I0

T0

Шосейни сигнали. Логическа „1“ означава неактивно забранително показание на СПШ – не мига в червено.

ПИР

I1

T1

Повреда в АПУ. Логическа „1“ означава липса на повреда в АПУ.

На фигура 6 е даден пример за конфигуриране на вход I0 да работи с тактов импулс Т0.

Фигура 6 Конфигурация на вход със SAFECONF

При разпознаване на късо съединение или получаване на входа на сигнал, различен от очакваните тактови импулси, контролерът отчита състояние „грешка“.

Апаратурата LED-АПУ е изградена като структура с централно логическо управление от безопасен PLC и изпълнителни модули – МУКС, където всички отговорни състояния се упраяляват от безопасната логика на PLC.

Логиката на действие на устройството е софтуерно реализирана. Безопасният логически контролер се програмира посредством FBD /функционални блок диаграми/, съдържащи основните логически функции и допълнения, като брояч, генератор на импулси, тригери и закъснения (фигура 7). Оцветените в жълто функционални блокове са сертифицирани като безопасни.

 

Фигура 7 Безопасни FBD в SAFECONF

Фигура 8 Програмиране на логическа функция в SAFECONF

Условието за изпълнение на режим 1, като логическа функция представлява дву входно логическо „И“ (фигура 8) между състоянието на двете релетата, където с логическа „1“ се представя състояние „задействано“ на съответното реле.

При АПУ всички сигнални показания на СПШ са мигащи, а липсата на сигнални показания означава неработоспособност на АПУ. Това дава възможност за ясно дефиниране на защитното състояние на LED-АПУ, което представлява неосветено СПШ и информация за повреда към релейната част на АПУ.

Функционалната безопасност на апаратурата на LED-АПУ е постигната на принципът на квазибезопасност (квази fail-safe) – при настъпили повреди във вътрешната структура, те се разпознават и се осъществява преход към защитно състояние. Този тип безопасност е подходящ за железопътни приложения.

Безопасното поведение на LED-АПУ се изразява в преход в защитно състояние при повреда (неработоспособност), след което сигналите СПШ остават неосветени. Това поведение се гарантира от безопасния PLC, който в реално време следи за работоспособността на хардуера си и обвързаните към него модули МУКС.

Управлението и контрола на светодиодните LED сигнали се осъществява от микропроцесорен модул, който контролира изправността на осветителните елементи.

Новата светодиодна LED технологията драстично снижава експлоатационните разходи спрямо конвенционалните (лампови) светофари. Характеризира се със следните предимства:

  • Подобрена видимост и намален фантомен ефект спрямо традиционните лампи, което повишава безопасността на шосейния транспорт.
  • Намалена консумация на ел. енергия – червеният сигнал консумира само 2W, спрямо същият лампов, където консумацията е 20W.
  • Дълъг живот – по данни на производителя живота на светодиодния фар е над 100 000 часа (за сравнение живот на 20W лампа е 600 часа).
  • Не изисква поддръжка – няма елемент (лампа), който да се заменя.

Технологията реализирана в LED-АПУ е подходяща за бъдеща модернизация и на други типове осигурителната техника, изискваща управление и контрол на сигнали. Това са релейните гарови централизации с изтекъл ресурс и силно затруднена от това поддръжка. Където модернизацията със светодиодни сигнали ще удължи ресурса на централизациите и ще снижи драстично разходите за поддръжка в бъдеще.