FI-IM5/011 - Vývoj modernizovaného měřícího pracoviště pro zabezpečovací relé

Dvoufázová zabezpečovací relé typů DSŠ a DSR jsou používána v železniční zabezpečovací technice pro vyhodnocení volnosti nebo obsazenosti kolejového úseku. Přes svou poněkud zastaralou koncepci a proměnlivou výrobní kvalitu jsou stále spolehlivým a v oblasti zabezpečovacích zařízení často používaným prvkem. Relé se vyráběla v bývalém Sovětském svazu. I když se již do České republiky nedováží, stále jich v provozu pracují desetitisíce.

Obr. 1: Sestava měřicího pracoviště pro dvoufázová zabezpečovací relé - DSR/DSŠ Tester (nahoře), DSR/DSŠ Miliohmmetr (dole), stojan (v pozadí vlevo).

V rámci zachování vysoké provozní spolehlivosti a tím také bezpečnosti při provozování železniční dopravy, je nezbytné provádět pravidelné kontroly těchto relé. Tyto kontroly se provádí formou cyklických oprav a to před uvedením relé do provozu (v případě nových dosud neprovozovaných relé) a následně v pětiletých intervalech. Opravy těchto relé se pak provádí ve specializovaných opravnách výměnných dílů (opravny relé) jejichž způsobilost je neustále ověřována a dozorována Správou železniční dopravní cesty, státní organizace, adresněji pak Technickou ústřednou dopravní cesty.

Vlastní oprava relé spočívá v tom, že se provádí demontáž celého systému, kontrola stavu opotřebení nebo poškození jeho dílčích částí, případně jejich výměna. Dále pak následuje opětovné sestavení celého systému relé, nastavení a měření mechanických i elektrických parametrů. Celý tento technologický proces se musí provádět v souladu s požadavky předpisu SŽDC (ČSD) T 115/1, který má normativní charakter a je tedy pro veškeré specializované opravny výměnných dílů závazný. Právě tento přístup přispívá k zajištění vysoké provozní spolehlivosti těchto relé.

V současné době panuje neutěšená situace v oblasti vybavení opraven relé pro měření těchto relé. V opravnách relé se využívají měřicí zařízení, vyrobená před více než dvaceti lety z tehdejší součástkové základny, která jsou dnes již stěží v provozu udržovatelná a neodpovídají dnešním požadavkům na rozsah realizovaných měření. Stávající zařízení neumožňují zpracování naměřených dat pomocí výpočetní techniky.

Kontroly jsou časově náročné, což částečně odstraňuje využívání automatizovaného měřicího pracoviště pro měření parametrů těchto relé. Firma Trakce, a.s., si uvědomila situaci v oblasti oprav zabezpečovacích relé a pustila se ve spolupráci s VŠB-TU Ostrava do vývoje měřicího pracoviště.

POPIS MĚŘICÍHO PRACOVIŠTĚ PRO DVOUFÁZOVÁ ZABEZPEČOVACÍ RELÉ

Obr. 2: Blokové schéma měřicího pracoviště pro dvoufázová zabezpečovací relé

Výsledkem spolupráce na vývoji je měřicího pracoviště, které se skládá z několika samostatných celků: dvoufázového řiditelného zdroje „DSR/DSŠ Tester", jednotky pro měření odporu kontaktů „DSR/DSŠ Miliohmmetr", výškově nastavitelného stojanu a osobního počítače PC s tiskárnou včetně ovládacího software. Uspořádání měřicího pracoviště je zřejmé z obrázku 1. Měřící pracoviště umožňuje měření následujících parametrů relé: odpor vinutí, impedance vinutí, zbytkové napětí, seřízení magnetického systému, ideální fázový úhel, plný přítah a odpad, spolehlivý odpad, přechodový odpor kontaktů a stav kontaktů (sepnuto/zapnuto) pro relé typů: DSR-12, DSR-12P, DSR-12S, DSŠ-12, DSŠ-12P, DSŠ-12S a DSŠ-12U.

DVOUFÁZOVÝ ŘIDITELNÝ ZDROJ DSR/DSŠ TESTER

Dvoufázový zdroj (obr. 2)se skládá ze dvou generátorů sinusových signálů, u kterých lze měnit amplitudu a vzájemnou fázi, z výkonových zesilovačů a měřicích modulů pro měření modulů i argumentů napětí a proudů cívek. Sinusové signály místní a kolejové cívky se generují v modulu CM pomocí dvou D/A převodníků, třetí, vícekanálový, D/A převodník tvoří pro ně referenční napětí, kterým se mění amplituda těchto sinusových signálů. D/A převodníky jsou řízeny pomocí jednočipového mikroprocesoru ATMEL. Frekvence vzorkování D/A převodníků je proměnná dle požadované výstupní frekvence a je zaručeno, že je vždy vyšší než 25 kHz. Tím je dosaženo vysoké spektrální čistoty generovaného signálu. Dále je na této desce generován synchronizační signál, který je využíván pro měření fázových posuvů - argumentů - výstupních signálů. U generovaných signálů lze měnit jejich vzájemný fázový posun v rozsahu 0° až 360°.

Sinusové signály se dále zesilují pomocí výkonových zesilovačů KS a pomocí výstupních transformátorů transformují na požadovanou výstupní úroveň. Velikosti výstupních napětí a proudů jsou měřeny pomocí měřicích modulů MM. U napětí a proudů se měří jak moduly, tak i argumenty. Z naměřených údajů se vypočítává impedance příslušné cívky. Modul SM slouží k přepínání výstupů zdroje, připojení interní kapacitní baterie pro měření zbytkového napětí Uz a obsahuje stejnosměrný proudový zdroj pro měření odporu cívek. Modul výstupních filtrů FM slouží pro dodržení elektromagnetické kompatibility EMC/EMI.

Souprava je vybavena rozhraním USB pro připojení řídicího PC a rozhraním UART EIA/TIA-232 pro připojení jednotky měření odporu kontaktů DSR/DSŠ Miliohmmetr.

JEDNOTKA PRO MĚŘENÍ ODPORU KONTAKTŮ DSR/DSŠ MILIOHMMETR

Jednotka pro měření odporu kontaktů DSR/DSŠ Miliohmmetr (obr. 2) umožňuje měření přechodového odporu až osmi přepínacích kontaktů čtyřvodičovou metodou. Jednotka se skládá z následujících modulů: napájecí zdroj, řídicí modul CPU, modul ADC s výkonovou částí a panel s displejem.

V řídicím modulu je opět využíván osvědčený mikrokontroler ATMEL. Tento modul řídí v plném osazení až dva moduly A/D převodníků a modul displeje. Pomocí rozhraní UART EIA/TIA-232 zajišťuje veškerou komunikaci s dvoufázovým zdrojem „DSR/DSŠ Tester" a v případě samostatného použití, může komunikovat s PC. Modul ADC převodníků obsahuje výkonovou část zdroje pro napájení kontaktů referenčním měřicím proudem 0,5 A DC. A/D převodník měří úbytek napětí na měřeném kontaktu a na referenčním rezistoru. Z těchto hodnot je podle Ohmova zákona vypočten řídicím modulem odpor kontaktu. V době, kdy se neprovádí měření odporu kontaktů, je prováděno zjišťování stavu kontaktu (sepnutý/rozepnutý) a tento údaj je indikován pomocí LED diod na stojanu.

OVLÁDACÍ SOFTWARE

Ovládací software umožňuje pohodlné řízení zdroje a miliohmmetru z PC pomocí myši a klávesnice, zadávání vstupních údajů a archivaci naměřených dat. Dále software umožní tisk protokolů a štítků. Postup měření je v souladu s předpisem SŽDC (ČSD) T115/1. Software je vypracován v prostředí Microsoft C#. Ke zpracování dat se využívá databázový server Microsoft SQL.

ZÁVĚR

I když v současné době se již nové kolejové obvody na bázi dvoufázových relé DSR a DSŠ nebudují, tak s jejich provozováním se budeme v budoucnosti ještě dlouhou dobu setkávat. Proto v rámci spolupráce firmy Trakce, a.s. a VŠB-TU Ostrava bylo vyvinuto měřicí pracoviště pro dvoufázová zabezpečovací relé. Měřicí pracoviště přispěje zlepšení kvality a efektivity měření a tím ke zvýšení bezpečnosti provozu železniční dopravy.

Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu. Za podporu řešitelé děkují.

Další dokumenty:

2FREL Prezentace