Укрзалізниця

Львівський технікум залізничного транспорту

Основи залізничної автоматики і телемеханіки

Навчальний посібник для студентів 2-х, 3-х курсів спеціальності:

“Монтаж, обслуговування та ремонт автоматизованих систем керування рухом”

Львів 2011

Розділ і Елементи і системи автоматики і телемеханіки

Глава 1

Загальні відомості

1.1. Елементи систем

Кожен елемент системи здійснює якісне або кількісне автоматичне перетворення дій, отриманих від попереднього елемента системи і передачу цієї дії на наступний елемент.

Характеристики будь-якої системи автоматики і телемеханіки визначаються властивостями елементів, які входять до її скаладу і способом їх взаємного з’єднання. Елементами залізничної автоматики і телемеханіки є датчики, електричні фільтри, реле, трансмітери, стабілізатори, підсилювачі, двигуни, розподілювачі, трансформатори, перетворювачі та ін.

Датчик призначений для перетворення контролюючої або регулюючої вхідної величини у фізичну величину, більш зручну для впливу на наступний елемент системи.

Електричний фільтр пропускає електричні сигнали одних частот і затримує електричні коливання інших частот.

Реле це електромеханічний пристрій, в якому при зміні струму в одному електричному колі (в обмотці) замикаються або розмикаються контакти, які керують роботою іншого електричного кола. В реле при плавній зміні вхідної величини вихідна змінюється стрибком.

Трансмітер призначений для вироблення кодових комбінацій, які використовуються в системах автоматики і телемеханіки.

Стабілізатор підтримує незмінну вихідну електричну величину при зміні в деяких межах вхідної.

Підсилювач призначений для підсилення сигналів, тобто для кількісного перетворення вхідної величини. Вхідна і вихідна величини підсилювача мають однакову розмірність (фізичну природу).

Двигуном називається елемент, який служить для перетворення будь-якого виду енергії в механічний рух.

Розподілювачем називають багатопозиційний елемент з одним входом і заданим числом виходів.

Трансформатори використовують для підвищення або пониження напруг.

Перетворювачі у більшості випадків призначенні для перетворення одного роду струму в інший.

В системах залізничної автоматики і телемеханіки використовують також більш складні елементи, які складаються з декількох розглянутих вище простих. До складних елементів належать, наприклад, рейкове коло, до якого можуть входити Мал.1.1. Схема елемента автоматики. трансмітер, фільтр, підсилювач, реле та ін елементи.

В загальному випадку кожен елемент К автоматики і телемеханіки можна розглядати як перетворювач енергії і характеризувати залежністю вихідної величини Y від вхідної X (мал..1.1.).

Вхідні і вихідні величини можуть бути електричними (струм, напруга, провідність) і неелектричними (тиск, переміщення, температура, швидкість, прискорення і т. д.).В системах залізничної автоматики і телемеханіки, як правило, використовують електричні елементи, тобто такі в яких дві величини або одна з них (вхідна або вихідна) є електричними. Ці елементи мають широке розповсюдження, так як електричну енергію легко отримати, змінити і передати, практично на будь-якій відстані.

В елементів які якісно перетворюють енергію вхідна величина X і вихідна Y мають різну розмірність (наприклад, вхідною величиною є швидкість, а вихідною – напруга). Елементи, які виконують тільки кількісне перетворення енергії, мають на вході і виході одні і ті ж фізичні величини і розмірності. При цьому в одних елементів енергія вихідної величини Y повністю береться із енергії вхідної величини X (див. мал. 1.1.а); в інших енергія вихідної величини Y поступає від допоміжного джерела живлення Z (див. мал.. 1.1.б). Вхідна величина X в цьому випадку лише керує енергією, яка поступає від джерела живлення Z до вихідної величини Y. При наявності джерела живлення в більшості випадків мала вхідна величина х підсилюється (отримання значної вихідної величини Y)

Елементи автоматики і телемеханіки відрізняються принципом дії, параметрами, конструкцією і т. п. Проте їх властивості можна

в изначити загальними характеристиками, які наявні в усіх елементах або окремих групах.

Загальною характеристикою елементів є коефіцієнт передачі:

K= Y/X

Розмірність коефіцієнта передачі визначається розміром вхідної і вихідної величини. В певному випадку при кількісному перетворенні енергії вхідної величини X Y вихідну Y коефіцієнт K являє собою безрозмірну величину. Для електричних підсилювачів розрізняють коефіцієнти підсилення за напруго струмом і потужностю.

Важливою характеристикою елементів є похибка – різниця між фактичним значенням вихідної величини Y і розрахунковим Y_р. Похибка є наслідком зміни внутрішніх властивостей елементів (старіння матеріалу, зношення і т.п.), або результатом впливу внутрішніх факторів (зміна температури зовнішнього середовища, напруги джерела живлення, навантаження, вологості, впливу зовнішніх електромагнітних полів і т.п.) Розрізняють абсолютну, відносну і приведену відносну похибки.

Абсолютна похибка ∆Y – різниця між фактичним Y і розрахунковим Y_p значенням вихідної величини:

∆Y = Y-Y_р

Відносна похибка A – відношення абсолютної похибки до розрахункового значення вихідної величини:

Приведена відносна похибка b – відношення абсолютної похибки до максимального значення вихідної величини Y_max:

Відносна та приведена відносна похибки є величинами безрозмірними.

В системах автоматики і телемеханіки часто використовуються елементи із зворотнім зв’язком ( мал.. 1.2.), в яких вихідна велична або її частина подається з виходу на вхід. Частина вихідної величини, що передається по колу зворотнього зв’язку на вхід, характеризується коефіцієнтом зворотнього зв’язку β. Залежно від його знаку утворюється позитивний або негативний зворотній зв’язок (X_зз). При позитивному зворотньому зв’язку на вході елемента діє величина Х + Х_зз= Х + ßY, а при негативному - X - X_зз= X – ßY.

Позитивний зворотній зв’язок збільшує, а негативний зменшує коефіцієнт передачі. Мал. 1.2 Схема елемента із Негативний зворотній зв’язок використовується зворотнім зв’язком для стабілізації коефіцієнта підсилення підсилювачів при змінах навантаження, напруги джерел живлення коефіцієнта підсилення окремих приладів (електронних ламп, транзисторів і т.п.). Це суттєво покращує експлуатаційні властивості елементів, хоча загальний коефіцієнт підсилення елемента при . . цьому зменшується. В багатьох

Мал. 1.3 Залежність вхідної випадках негативний зворотній зв’язок є величини від вихідної при наявності обов’язковим

не чуттєвості. Позитивний зворотній зв’язок широко . використовують в генераторах із самозбудженням (автогенераторах) для отримання незатухаючих коливань, а також в деяких інших елементах для підвищення коефіцієнта передачі.

Деякі елементи автоматики і телемеханіки характеризуються зоною нечуттєвості. Наявність таких зон може бути зумовлена різними причинами (тертя, люфт, насичення і т.п.). На графіку залежності вихідної величини Y від вхідної Х при наявності зони нечуттєвості (мал.. 1.3.) вихідна величина Y =0 не реагує (нечутлива) на зміну вхідної х в зоні від X₁ до X₂, тому цю зону називають зоною нечутливості, а значення X₁ та X₂ – порогами чутливості.

В багатьох випадках наявність зони нечутливості корисна і необхідна для нормальної роботи пристроїв і спеціально передбачається при конструюванні елементів. Реле, тригери, деякі типи підсилювачів та інші елементи повинні спрацьовувати тільки при досягненні визначеного значення вхідного сигналу. Такі елементи називають пороговими. Наявність порогів чутливості, зокрема, дозволяє здійснювати ефективний захист від перешкод (елемент не реагує на дію вхідної величини, якщо вона нижча від порогу спрацювання).

Розглянуті вище характеристики і поняття можуть використовуватися для описання властивостей систем автоматики і телемеханіки. Системи залізничної автоматики і телемеханіки збільшують пропускну властивість залізниць, швидкості руху поїздів і забезпечують високу безпеку руху. Тому, крім вказаних вище загальних показників і характеристик, до елементів, автоматики і телемеханіки пред’являють додаткові вимоги.

Ці елементи повинні мати високу надійність в роботі і захищенність від перешкод, які створюються тяговим струмом, бути швидкозамінними і доступними для ремонту та профілактичних оглядів, простими за будовою і за принципом дії, бути невеликих розмірів і маси, мати захист від впливу сторонніх електромагнітних полів.

При пошкодженні елементів (обрив або коротке замикання, обрив монтажних проводів, обрив або замикання в колі підсилювальних елементів, пробій конденсаторів та ін) повинні виключатися положення, небезпечні для руху поїздів. Для деяких елементів необхідно забезпечувати сигналізацію про їх справність. Залежно від конкретних умов експлуатації елементи повинні відповідати деяким іншим вимогам. Наприклад, до елементів, які розміщені в релейних шафах на колії і на локомотивах, ставлять вимоги на вібростійкість, надійність дії при зміні температури і вологості навколишнього середовища в широких межах.