устройство управления станционными светофорами

Формула изобретения

1. Устройство управления станционными светофорами, содержащее источник электропитания, релейный блок и трансформатор с первичной и вторичной обмотками, к последней из которых подключена лампа, отличающееся тем, что в него введены управляющая обмотка трансформатора, первый, второй, третий и четвертый МДП-транзисторы, первый и второй резисторы, диод, первая волоконно-оптическая линия связи, К последовательно соединенных фотодиодов и управляющий светодиод, при этом управляющий светодиод подключен к выходу релейного блока и его излучение оптически через первую волоконно-оптическую линию соединено с К фотодиодами, первый вывод которых подключен к первым выводам первого и второго резисторов, а второй вывод первого резистора соединен со стоком первого и затвором второго МДП-транзисторов, исток второго МДП-транзистора подключен к истокам третьего, первого и четвертого МДП-транзисторов, второму выводу К последовательно соединенных фотодиодов и к общему полюсу источника электропитания, потенциальный полюс которого подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора, крайние точки которой соединены со стоками второго и третьего МДП-транзисторов, причем затвор третьего МДП-транзистора подключен к аноду диода и ко второму выводу второго резистора, а катод диода соединен с затвором первого и стоком четвертого МДП-транзисторов, а управляющая обмотка трансформатора подключена к затвору и истоку четвертого МДП-транзистора.

2. Устройство управления станционными светофорами по п.1, отличающееся тем, что в него введены вторая волоконно-оптическая линия связи, первый и второй контрольные светодиоды и приемный фотодиод, причем первый и второй контрольные светодиоды образуют встречно-параллельную цепь, которая соединена последовательно с лампой и с вторичной обмоткой трансформатора, а излучение контрольных светодиодов через вторую волоконно-оптическую линию соединено с приемным фотодиодом, который подключен к входам контрольного блока.

3. Устройство управления станционными светофорами по п.1, отличающееся тем, что в него введены вторая волоконно-оптическая линия связи и приемный фотодиод, причем излучение лампы оптически через вторую волоконно-оптическую линию связи соединено с приемным фотодиодом, который подключен к входам контрольного блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам дистанционного управления приводами сигналов, установленных на путях, а именно к электрическим схемам управления сигналами, то есть светофорами железнодорожного транспорта.

Известны устройства управления светофорами, у которых питание ламп светофоров осуществляется низким напряжением, например 12 В, поступающим на них непосредственно из релейного блока (Велтистов П.К. Типовые схемы релейной централизации малых станций. - М.: Трансжелдориздат, 1963. - С.16, рис.4 и С.73, рис.35). Недостатком подобных устройств является то, что здесь имеют место значительные потери напряжения в кабелях, соединяющих светофор с релейным блоком, осуществляющим переключение ламп светофора. Это не позволяет использовать их для управления станционными светофорами с поста электрической централизации, где длины соединительных кабелей значительны и могут составлять, в частности, несколько километров.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению и энергетически более эффективными являются устройства управления светофорами, в которых использовано центральное питание ламп светофоров при повышенном переменном напряжении и его последующем снижении с помощью трансформатора в непосредственной близости от светофора (Казаков А.А., Бубнов В.Д., Казаков Е.А. Станционные устройства автоматики и телемеханики, - М.: Транспорт, 1990. - С.221, рис.6.6).

Недостатком этих устройств является невозможность использования оптических волоконных линий связи для управления светофорами, так как металлическая кабельная линия от поста электрической централизации используется как для передачи информационных сигналов, так и силовых (питание ламп). Кроме того, при использовании в длинной кабельной сети переменного напряжения возможны случаи засветки ненадлежащего показания светофора за счет емкостной связи между жилами в одном кабеле. Вместе с этим, значительные расстояния между постом электрической централизации и светофорами вынуждают, в некоторых случаях, применять параллельное включение жил кабеля, чтобы напряжение на первичной обмотке трансформатора не уменьшалось ниже заданной нормы. Это обусловливает значительный расход кабельной продукции и увеличение стоимости устройства. Кроме того, в известных устройствах отсутствует возможность передачи информации о реальном излучении лампы светофора на пост электрической централизации при помощи волоконно-оптических линий связи. Указанные недостатки сужают функциональные возможности применения известных схем управления станционными светофорами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей применения устройства управления светофорами.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены управляющая обмотка трансформатора, первый, второй, третий и четвертый МДП-транзисторы, первый и второй резисторы, диод, волоконно-оптические линии связи, К последовательно соединенных фотодиодов, управляющий светодиод, первый и второй контрольные светодиоды и приемный фотодиод.

Сущность изобретения заключается в том, что по п.1 формулы изобретения управляющий светодиод подключен к выходу релейного блока и его излучение оптически через первую волоконно-оптическую линию соединено с К фотодиодами, первый вывод которых подключен к первым выводам первого и второго резисторов, а второй вывод первого резистора соединен со стоком первого и затвором второго МДП-транзисторов, исток второго МДП-транзистора подключен к истокам третьего, первого и четвертого МДП-транзисторов, второму выводу К последовательно соединенных фотодиодов и к общему полюсу источника электропитания, потенциальный полюс которого подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора, крайние точки которой соединены со стоками второго и третьего МДП-транзисторов, причем затвор третьего МДП-транзистора подключен к аноду диода и ко второму выводу второго резистора, а катод диода соединен с затвором первого и стоком четвертого МДП-транзисторов, а управляющая обмотка трансформатора подключена к затвору и истоку четвертого МДП-транзистора. По п.2 формулы сущность изобретения заключается в том, что первый и второй контрольные светодиоды образуют встречно-параллельную цепь, которая соединена последовательно с лампой и с вторичной обмоткой трансформатора, а излучение контрольных светодиодов через вторую волоконно-оптическую линию соединено с приемным фотодиодом, который подключей к входам контрольного блока. По п.3 формулы сущность изобретения заключается в том, что излучение лампы оптически через вторую волоконно-оптическую линию связи соединено с приемным фотодиодом, который подключен к входам контрольного блока.

На фиг.1 приведена схема устройства, соответствующая п.1 формулы изобретения, на фиг.2 и 3 - схемы, соответствующие п.2 и п.3 формулы. Здесь показаны схемы устройства управления станционными светофорами, соответствующие одному показанию светофоров. Для других показаний, в том числе и для других светофоров, применяются идентичные схемы, поэтому они не рассматриваются.

Устройство на фиг.1 содержит трансформатор 1, к вторичной обмотке 2 которого подключена лампа 3 светофора. С выходами расположенного на посту электрической централизации 4 релейного блока 5 соединен управляющий светодиод 6, который через первую волоконно-оптическую линию 7 оптически связан с К последовательно соединенными фотодиодами 8. Первый вывод фотодиодов 8 подключен к первым выводам первого 9 и второго 10 резисторов, а второй вывод первого резистора 9 соединен со стоком первого 11 и с затвором второго 12 МДП-транзисторов. Исток второго МДП-транзистора 12 подключен к истокам третьего 13, первого 11 и четвертого 14 МДП-транзисторов, ко второму выводу К последовательно соединенных фотодиодов 8 и к общему полюсу 15 источника электропитания, потенциальный полюс 16 которого соединен со средней точкой первичной обмотки 17 трансформатора 1, крайние точки которой подключены к стокам второго 12 и третьего 13 МДП-транзисторов. Затвор третьего 13 МДП-транзистора соединен с анодом диода 18 и со вторым выводом второго резистора 10, а катод диода 18 подключен к затвору первого 11 и к стоку четвертого 14 МДП-транзисторов. Управляющая обмотка 19 соединена с затвором и с истоком четвертого МДП-транзистора 14.

Устройство на фиг.2 содержит, кроме описанных выше, вторую волоконно-оптическую линию связи 20, вход которой оптически соединен с излучением первого 21 и второго 22 контрольных светодиодов, которые соединены между собой встречно-параллельно, а эта цепь включена последовательно с лампой 3 и вторичной обмоткой 2 трансформатора 1. Выход волоконно-оптической линии 20 оптически соединен с приемным фотодиодом 23, который подключен к входам контрольного блока 24, расположенного на посту электрической централизации 4.

Устройство на фиг.3, кроме элементов, рассмотренных в схеме фиг.1, содержит дополнительную вторую волоконно-оптическую линию связи 25, вход которой оптически соединен с излучением лампы 3, а выход оптически связан с дополнительным приемным фотодиодом 23, который подключен к входам дополнительного контрольного блока 24, расположенного на посту электрической централизации 4.

Устройство управления станционными светофорами по схеме фиг.1 работает следующим образом.

Примем за исходное состояние светофора негорящее состояние лампы 3. При этом релейный блок 5, расположенный на посту электрической централизации 4, не вырабатывает выходного сигнала и светодиод 6 не излучает, а на выводах К последовательно включенных фотодиодов 8 не возникает световой фото-ЭДС. Это обусловливает запертое состояние первого 11, второго 12, третьего 13 и четвертого 14 МДП-транзисторов.

Когда релейный блок 5 начинает вырабатывать выходной сигнал, который должен включить лампу 3, то через светодиод 6 начинает протекать ток, что вызывает его излучение, которое через волоконно-оптическую линию связи 7 передается на фотодиоды 8. На их первом и втором выводах появляется фото-ЭДС, величина которой зависит от числа К последовательно включенных фотодиодов 8. Ее появление обусловливает открывание третьего транзистора 13, так как на его затвор через второй резистор 10 начинает поступать напряжение фото-ЭДС. Открывание транзистора 13 приводит к появлению его тока стока, протекающего через одну из полуобмоток первичной обмотки 17 трансформатора 1. Ток в индуктивности намагничивания трансформатора 1 начинает увеличиваться. При этом полярность напряжения на управляющей обмотке 19 такова, что к затвору четвертого транзистора 14 прикладывается обратное напряжение, и он заперт. Одновременно с этим к затвору первого транзистора 11 через второй резистор 10 и диод 18 прикладывается открывающее напряжение, и он включается, что препятствует появлению напряжения на затворе второго транзистора 12, обусловливая его запертое состояние.

Увеличение тока в индуктивности намагничивания трансформатора 1 приводит, в конце концов, к насыщению сердечника его магнитопровода.

После того, как прекратится увеличение тока стока третьего транзистора 13, напряжение на управляющей обмотке 19 трансформатора 1 снизится до нуля и затем изменит свою полярность. Это вызовет открывание четвертого транзистора 14 и запирание первого транзистора 11. Кроме того, включение четвертого транзистора 14 вызовет шунтирование через диод 18 входа третьего транзистора 13, что обусловит его запирание. Запирание первого транзистора 11 создаст через первый резистор 9 цепь для подачи напряжения на затвор второго транзистора 12, и он включится.

После включения второго транзистора 12 процесс изменения его тока стока протекает аналогично, но для другой полуобмотки первичной обмотки 17 трансформатора 1. При этом на всем протяжении этого процесса напряжение на управляющей обмотке 19 трансформатора 1 поддерживает четвертый транзистор 14 в запертом состоянии. После насыщения сердечника магнитопровода трансформатора 1 напряжение на управляющей обмотке 19, как и в предыдущем случае, снижается до нуля и далее изменяет свою полярность.

Далее процессы работы схемы устройства управления станционными светофорами повторяются.

Поочередное включение и выключение второго 12 и третьего 13 транзисторов обусловливает появление на обмотках трансформатора 1 переменного напряжения, которое, трансформируясь во вторичную обмотку 2, вызывает горение лампы 3.

Как видно из рассмотрения процессов работы схемы, появление переменного напряжения на обмотках трансформатора 1, то есть горение лампы 3, возможно только при появлении фото-ЭДС на первом и втором выводах фотодиодов 8. Это будет происходить только при наличии выходного сигнала релейного блока 5, расположенного на посту электрической централизации 4.

Устройство управления станционными светофорами по схеме фиг.2 работает следующим образом.

При протекании тока через лампу 3, то есть при наличии ее излучения, начинают излучать первый 21 и второй 22 контрольные светодиоды. Это обусловливает передачу оптического сигнала по второй волоконно-оптической линии 20, с выходом которой связан приемный фотодиод 23, принимающий это излучение. Изменение его электрических параметров обусловит передачу соответствующих электрических сигналов в приемный блок 24, что и используется для целей контроля целостности цепи лампы.

Функционирование устройства на фиг.3 отличается от рассмотренного по п.2 тем, что вход второй волоконно-оптической линии связи 25 оптически связан с излучением лампы 3. Это позволяет контролировать ее фактическое горение и обеспечивает большую надежность контроля функционирования светофора.

Вместо рассмотренной лампы 3 в устройстве могут быть применены светодиодные матрицы, подключенные через соответствующий выпрямитель к вторичной обмотке 2 трансформатора 1.

Применение предлагаемых устройств позволяет использовать для силового электропитания светофоров не пост электрической централизации, а какой-либо трансформатор, установленный, например, в горловине станции, или использовать имеющееся напряжение на близлежащем входном светофоре. При этом могут существенно сократиться длины кабелей, так как светофоры одной горловины станции расположены между собой довольно близко. Если же питание светофоров горловины станции будет осуществляться от поста электрической централизации, то потребуется лишь одна линия переменного напряжения.

Анализ работы устройства показывает, что при любых возможных отказах элементов схемы появление ложного загорания лампы 3 невозможно, что исключает появление ненадлежащего разрешающего показания светофора. Подобное качество работы схемы обусловлено тем, что поочередная работа второго 12 и третьего 13 МДП-транзисторов возможна только при наличии напряжения фото-ЭДС, возникающей на фотодиодах 8. Отказ любого из элементов схемы при отсутствии напряжения фото-ЭДС обусловливает исключение возможности появления переменного напряжения на обмотках трансформатора 1, в том числе и на вторичной обмотке 2. Этим обеспечивается безопасность предлагаемого устройства и возможность его использования для управления поездными светофорами железнодорожного транспорта.

В предлагаемом устройстве для управления светофором используется волоконно-оптическая линия связи, что позволяет исключить из управляющих цепей металлическую кабельную продукцию и снизить стоимость устройств автоматики. Кроме того, в предлагаемом устройстве исключены случаи засветки ненадлежащего сигнала светофора при расположении нескольких цепей в одном оптоволоконном кабеле. Так как по линии связи от поста электрической централизации до светофора передаются только информационные сигналы, то в предлагаемом устройстве не требуется параллельного включения жил.

Введение в предложенном устройстве контроля функционирования лампы светофора позволяет использовать для целей диагностики также волоконно-оптическую линию связи. Предложенные два варианта контроля позволяют выбрать тот или иной из них, в зависимости от эксплуатационных требований и показателей надежности.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности его применения в современных и перспективных устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.