2.2. Способы повышения защищенности функциональных
цепей от опасных отказов
Непрерывность перевозочного процесса, обеспечение безопасности движения поездов требуют достаточно высокой надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Необходимый ее уровень достигается применением высоконадежных элементов, резервированием и техническим обслуживанием. Однако полностью исключить выход из строя элементов систем и ошибки обслуживающего персонала невозможно. Необходимо считаться с такими повреждениями, как разрегулировка реле, спекаемость контактов, непереброс поляризованных якорей; заземление и сообщение линейных проводов; пробой диодов, транзисторов и других электронных приборов; межвитковые сообщения в логических операторах, использующих обмотки, и др. Поэтому основные функциональные цепи централизаций должны быть построены таким образом, чтобы они не только соответствовали целевому назначению, но и исключали опасные отказы, т.е. такие, которые ставят под угрозу безопасность движения поездов (ложная свободность путевого участка, включение разрешающей лампы на светофоре вместо запрещающей, самопроизвольный перевод стрелки, ложный контроль ее положения и т.п.). Любое повреждение в функциональной цепи должно вызывать защитный отказ, приводящий систему в безопасное состояние (ложная занятость путевого участка, невозможность открытия светофора или перевода стрелки, потеря контроля положения стрелки и т.п.). С этой целью предусматривается ряд организационных мероприятий, осуществляемых на стадии проектирования систем ЭЦ. Рассмотрим некоторые из них.
Все схемы, непосредственно связанные с обеспечением безопасности движения поездов, строятся на реле 1-го класса надежности, конструктивное оформление которых не допускает спекания фронтовых и общих контактов, а их размыкание в выключенном состоянии реле гарантируется. При построении схем с использованием тыловых и общих контактов необходимо иметь в виду, что не все реле 1-го класса надежности обеспечивают их безусловное размыкание. Поэтому проверка обесточивания реле, для выключения которого используется тыловой контакт, является обязательной. Например, некоторое реле А выключает реле С, а включает реле В (рис.2.6).
Поскольку возможно ложное соединение тылового и общего контакта реле А, то в цепи возбуждения реле В проверяется действительное отпускание якоря реле С.
В случае использования в ответственных цепях обмоток поляризованных или комбинированных реле необходимо предусматривать схемный контроль действительного переброса поляризованного якоря. Один из вариантов решения такой задачи применительно к контрольной цепи стрелки показан на рис.2.7.
якоря комбинированного реле
Здесь отсутствие реакции на смену полярности у стрелочного контрольного реле СК1 ведет к реализации в сигнальной цепи ложной зависимости. Чтобы этого избежать, в контрольную цепь вводятся обмотки двух реле СК1 и СК2, а в сигнальную контакты их повторителей: ПК и МК. Только согласованный переброс поляризованных якорей ведет к возбуждению реле ПК или МК, в противном случае теряется контроль положения стрелки.
Различного рода вспомогательные схемы, непосредственно не влияющие на безопасность движения поездов, могут строиться на реле 3-го класса надежности. Их сопряжение с ответственными схемами должно осуществляться таким образом, чтобы возникшее в них повреждение не вносило в систему опасный отказ. Не допускается включение контактов таких реле или им подобных между контактами реле 1-го класса надежности, как это показано на рис.2.8,а.
различных классов надежности: а неверно; б верно
Здесь контакт кнопки К находится в зоне, не исключающей возникновение опасных повреждений. Сообщение его, например, с заземленным полюсом источника питания ведет к ложному возбуждению реле Р3 в обход зависимости, контролируемой реле Р1. Отсутствие такого рода сообщений в релейном помещении гарантируется соответствующим качеством монтажа и конструкцией аппаратуры. Поэтому сопряжение частей схемы, содержащей контакты реле различных классов надежности, необходимо осуществлять так, как это показано на рис.2.8,б.
Большое значение для безопасности функционирования схемы имеет выбор исходного состояния ее нагрузочного элемента. Ответственные команды должны подаваться возбужденным реле (включение разрешающей лампы светофора фронтовым контактом сигнального реле, контрольных лампочек положения стрелки фронтовыми контактами контрольных реле ПК, МК и т.д.). Рассмотрим это требование на примере построения цепи сигнального реле (рис.2.9). Допустим, что в исходном состоянии оно возбуждено и включает красную лампу светофора. При выполнении зависимостей, контролируемых реле ПК и П, обмотка его шунтируется, вследствие чего сигнальное реле, отпустив якорь, включает зеленую лампу. Однако при обрыве провода, идущего на обмотку реле С, открытие светофора наблюдается и без выполнения зависимостей по безопасности движения поездов. Поэтому правильным исходным состоянием сигнального реле является обесточенное.
В случае применения в ответственных цепях кабельных или воздушных линий не допускается однополюсное выключение реле, так как сообщение линейного провода через "землю" с источником питания или токонесущими проводами другого назначения создает опасный отказ (рис.2.10). Безопасное состояние системы достигается двухполюсным (трехполюсным) отключением реле и шунтированием линии, если имеется вероятность возникновения помех критического уровня.
В электронных централизациях вопросы безопасного функционирования решаются путем применения бесконтактных элементов 1-го класса надежности (феррит-транзисторных модулей, пороговых ячеек, параметронов и т.п.), специальным схемным построением, так называемым парафазным кодированием и др. В микропроцессорных централизациях для решения тех же задач используются специальные методы построения с использованием схемной и информационной избыточности.
а неверно; б верно
В процессе эксплуатации различных систем ЭЦ выявлены некоторые специфические случаи опасных отказов, связанных с кратковременным пропаданием шунта на рельсовых цепях, отключением внешних источников электропитания и др. Поэтому при определении безопасного функционирования системы очень сложным вопросом является выявление полной группы событий, ведущих к опасному отказу. Следовательно, при разработке схем необходимо осуществлять их тщательный анализ и проводить всесторонние испытания.