Pozitivní signalizace PZS s LED

Transkript

1 K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VI. Pozitivní signalizace PZS s LED Obsah: Analýza činnosti PZZ K 2 Návrh bezpečného provozu PZS s možností redukce spotřeby energie 3 Snížení příkonu systému navrženého systému přejezdu PZZ K 3 Prvky detekce volnosti 4 Výstražníky 4 Náhrady žárovek s výkonovými LED 5 Obvody červených světel a zvonců 7 Přejezdníky 7 Vnitřní část systému 8 1

2 Pozitivní signalizace PZS s LED M. Tyr První SaZ Plzeň provozní oddělení Plzeň 26. května 2011 Vývojové pracoviště naší společnosti po stabilizaci systému přejezdového zabezpečovacího zařízení typu PZZ K z pohledu spolehlivosti se v součastné době zabývá otázkou spotřeby vlastního zařízení při jeho provozu, kde se domníváme, že této problematice je věnovaná malá pozornost a je naším názorem, že dobrý systém by se měl prezentovat nejenom vysokou mírou spolehlivostí systému při provozu, ale i velice nízkou spotřebou systému jako celku. Analýza činnosti PZZ K Proto jsme se začali intenzivně věnovat spotřebě systému, který jsme si rozdělili do dvou základních provozních stavů. Jedná se o bezvýstražný a výstražný stav přejezdu. Při všeobecně známém předpokladu, že systém přejezdu PZZ K se uvažuje nasazovat především na vedlejší nekoridorové tratě, je možno přijmout předpoklad, že v každém z provozních stavů systému je spotřeba jako celku rozdílná především v časové rovině. Obecně lze konstatovat, že na vedlejších nekoridorových tratích se systém přejezdu v bezvýstražném stavu nachází zhruba 95% dne, tedy zhruba 23 hodin ze dne systém přejezdu hlídá volnost přibližovacích úseků na výpočtem stanovenou vzdálenost, čeká na spuštění výstrahy a je li systém v pohotovostním, bezanulačním, bezvýlukovém stavu a splňuje li další potřebné podmínky, tak se navenek projevuje pozitivní signalizací tedy blikáním bílého světla na výstražnících. Obr. 1 Poměr výstražného a bezvýstražného stavu PZS 2

3 Zbylých 5% dne, což představuje zhruba 1 hodinu, je přejezdové zabezpečovací zařízení ve výstražném stavu. Tento provozní stav registruje v jednom nebo i obou přibližovacích úsecích vlak, který se pohybuje směrem k přejezdu. Navenek se tento provozní stav projevuje výstrahou na přejezdu, tedy střídavě blikají červená světla na výstražnících, která jsou doprovázena zvukovou výstrahou. Typicky jedna výstraha probíhá asi sec. Návrh bezpečného provozu PZS s možností redukce spotřeby energie Na základě uvedených podmínek byla modelově z typového alba pokynů pro projektování systému přejezdového zabezpečovacího zařízení PZZ K vybrána sestava, která odpovídá stanoveným požadavkům. Jedná se o autonomní systém přejezdu kategorie 3SBL, který bude při jízdách vlaků po traťové koleji krytý přejezdníky umístěnými na zábrzdnou vzdálenost. Jako prvky detekce volnosti jsou navrženy počítače náprav s využitím směrových výstupů. Počítače náprav budou v prostoru přejezdu překryty a při využití směrových výstupů odpadá nutnost osazení aktivního prvku detekce průjezdu vlaku prostorem přejezdu. Elektronicko reléová logika je navržena pouze z relé I. skupiny bezpečnosti funkce, které tvoří bezpečné jádro systému, dále je systém doplněn o elektronické doplňky pro stabilizaci napájecího napětí červených světel výstražníků a jejich bezkontaktní rozkmitání. Ze strany silnice je přejezd krytý dvěma výstražníky AŽD97 bez závor. Obr. 2 Modelová situace PZS Snížení příkonu systému navrženého systému přejezdu PZZ K Blokově lze systém přejezdu rozdělit na tři základní stavební části. Prvky detekce volnosti, venkovní periferie, vnitřní bezpečná elektronicko reléová logika. Na každé ze tří uvedených částí lze již při návrhu pracovat tak, aby výsledný příkon podsystémů byl omezen na minimum a zároveň byly použity zavedené prvky pro obecné použití v síti infrastruktury SŽDC. 3

4 Obr. 3 Základní blokové schéma PZS Jako prvky detekce volnosti budou použity počítače náprav AZF Frauscher, které budou použity ve variantě s kolovými senzory RSR122 (68mA) připojené na ASB rozhraní PCN, kde toto řešení je příkonově 2,5 x příznivější než nejběžněji využívané senzory RSR180 na rozhraní ASB (příkon 160mA). Tedy příkon počítače náprav potom nepřesáhne 0,6 A při jmenovitém napájecím napětí 24V DC. Obr. 4 a 5 Počítač náprav AZF Výstražníky další z venkovních periferií, které se nechají posuzovat z hlediska spotřeby a to na periferie dávající výstrahu na přejezdu nebo na periferie signalizující pohotovostní stav přejezdu projevující se pozitivní signalizací. Obr. 6 Výstražník AŽD71 s LED náhradou bílé žárovky Pozitivní signalizace, jak už bylo řečeno, je nejdéle ze dne v provozu a při využití žárovek pro výstražníky (2x20W) se, co se týče spotřeby, významně promítne do celodenního příkonu. Proto jsme se rozhodli tuto obvodovou část modifikovat a na místo provozu žárovky v dynamickém režimu o příkonu 10W jsme vyvinuli náhradu 4

5 žárovky výstražníku s výkonovými LED. Tato náhrada žárovky s LED je určena výhradně pro pozitivní signalizaci a je určena zejména pro dynamický provoz. Příkonově se LED se žárovkou nedá srovnat, protože pro svůj provoz potřebuje 5 x méně energie, asi 2W příkonu, přestože její světelný výkon je zcela srovnatelný o zcela stejných světelných parametrech se světelným výkonem žárovky ve stejném použití. Obr. 7 Náhrada žárovky 2x20V výkonovými LED (funkční vzorek) Náhrady žárovek s výkonovými LED jsou provozovány v sériové smyčce, kterou napájí impulzní zdroj konstantního proudu (dále IZKP) proudem o hodnotě 310 ma, klíčovaného v rytmu 40 kmitů za minutu. Kmitočet přerušování svícení bílého světla je nastaven při výrobě na uvedenou hodnotu, zejména pak i poměr impulz mezera je nastaven rovnoměrně, tedy 1 : 1. Při provozu IZKP není potřeba tyto parametry nijak měnit či korigovat, jedná se o konstantní neměnné hodnoty. V proudové smyčce mohou být provozovány 1 4 náhrady žárovek s LED. Výhodou nasazení IZKP je skutečnost, že při vyřazení z provozu jedné, dvou nebo až tří LED vyzkratováním na patici výstražníku nebo kabelovém závěru se automaticky proud protékaný obvodem reguluje na hodnotu 310 ma. Při zpětném zařazování zátěže do obvodu automatická regulace pracuje analogicky inverzně. Výstupem proudového zdroje je dohled dekodér svícení výkonových LED. Výstupem dekodéru je napěťová brána generující napětí 24 V DC, na kterou je možno připojit jedno relé I. skupiny bezpečnosti funkce konstrukce MNŠ B, kde toto relé je dále zapojeno do bezpečného jádra jako relé detekce korektní činnosti pozitivní signalizace ve zcela stejné funkci zapojení jako relé pro dohled korektní funkce obvodu napájející pozitivní signalizaci se žárovkou v rozdílovém obvodu s využitím proudového relé S. Právě použití speciálního proudového relé NMŠ 1 3,4 B při využití IZKP odpadá, toto relé nemusí být použito. Shrneme li uvedené poznatky a přihlédneme li k vlastní energetické bilanci LED při provozu zátěže 2 W oproti 10 W v podobě obvodu pozitivní signalizace po dobu 23 hod je patrná výrazná úspora elektrické energie. 5

6 Obr. 8 Blokové schéma obvodového příslušenství a 4 náhrad žárovky s LED Z hlediska spolehlivosti předpokládáme rovněž výrazné zlepšení při využití LED náhrad žárovek, protože je patrné, že v dynamickém režimu je žárovka vysvícená daleko dříve, než LED náhrada žárovky. V porovnání vychází, že žárovka v obvodu pozitivní signalizace je provozovatelná průměrně 600 hod, naproti tomu u LED náhrady žárovky je životnost dle údajů výrobce o několik řádů vyšší asi hod. Neposlední výhodou při nasazení výkonové LED je její montáž a uvedení do provozu. Montáž vlastní náhrady žárovky s výkonovými LED, její venkovní části je jednoduchá, je navržená a zkonstruovaná tak, aby se pouze vyjmula stávající žárovka z patice a na její místo se nasadila nová náhrada s LED. Vložením náhrady do patice se dostanou výkonové LED do takové ohniskové vzdálenosti paraboly bílého světla výstražníku, že vysvícený světelný výkon je vyzařován zcela v souladu s požadavky kladenými na svícení pozitivní signalizace. Modifikace vnitřní obvodové části rovněž není složitá, po demontáži zapojení rozdílového obvodu proudového relé NMŠ 1 3,4 jsou spojeny páry kabelů napájející bílá světla na kabelovém závěru do série a takto vzniklá smyčka je nakonec připojena na výstupní svorky IZKP. Nakonec je nutno vstupní napájecí svorky IZKP připojit na napětí 24 V DC a na výstup dekodéru cívku stávajícího napěťového relé dekodéru. Jeho kontakty v navazujících obvodech jsou pak ve shodném zapojení dále není nutno obvody upravovat. Řešení náhrady žárovky pozitivní signalizace výkonovými LED je obvodová koncepce, kterou jsme více než jeden rok úspěšně ověřovali v laboratorních podmínkách. Dále pak ve spolupráci s SDC Plzeň, SSZT jsme v lednu roku 2011 zahájili ověřovací provoz výkonových LED, které jsme instalovali v lokalitě Běšiny na PZS v km 47,084 trati Horažďovice př. Domažlice. Výrobek, včetně navazujících obvodů se po celou dobu 6

7 ověřování chová korektně a nevykazuje žádné anomálie k udržovatelnosti nemá SSZT Plzeň dosud žádné výhrady. Na základě dosavadních výsledků ověřovacího provozu předpokládáme na konci roku 2011 úspěšné vyhodnocení a ukončení provozního ověřování. Zhruba do poloviny roku 2012 pak uvažujeme ukončit potřebnou certifikaci, jejímž výsledkem bude zavedení náhrady žárovky s výkonovými LED do trvalého provozu v síti infrastruktury ve správě SŽDC. K výstražníkům však patří i obvody červených světel a zvonců. Tyto jsou v provozu při jedné výstraze cca 40 sec, za celý den pak výstraha trvá na přejezdu pro vedlejší tratě dohromady cca 1 hod. Tyto obvody byly ovšem modifikovány již dříve a to nasazením plynule regulovatelného stabilizovaného zdroje napětí SMN01, který přímo napájí ze dvou na sobě nezávislých částí žárovky červených světel výstražníků. Energie dodávaná do obvodů pro svícení červených světel je přímo úměrná skutečné spotřebě žárovek mírně navýšená o ztráty na vedení k žárovkám a elektronických spínačích bezpečného zdroje kmitavých signálů, který je využíván k rozkmitání Obr. 9 Stabilizátor napětí pro napájení žárovek červených světel SMN01.1 červených světel výstražníků. V současnosti je na trh železniční zabezpečovací techniky dodáván výrobek SMN01.1, který disponuje i elektronickým dohledem výstupních napětí v povolených tolerancích. Nově je připravován výrobek SMN02, který bude ve velice krátké době představen, ověřen a dodáván trhu k odběru. Při výstraze zatěžují obvody červených světel napájecí zdroj asi 40W (1,7A). Přejezdníky jsou použity stejnosměrné konstrukce ATE Cheb s halogenovou žárovkou o příkonu 5W (0,2A). Použitím přejezdníků se stejnosměrným napájením odpadá nutnost nasazení měniče DC/AC, který by jinak zálohoval AC napájení přejezdíků v by pass režimu. I provoz měniče v klidovém režimu horké zálohy znamená jeho určitou spotřebu, která tímto řešením odpadá. Obr. 10 Přejezdník 12 V DC, 5W 7

8 Obr. 11 Vnitřní část PZZ K Vnitřní část systému bezpečné jádro systému bylo navrženo dle typového alba pro projektování PZZ K v minimální konfiguraci pro autonomní přejezdy a příkonově to představuje zátěž pro zdroj asi 30W (1,1A). Závěrem lze konstatovat, že z energetické bilance takto navrženého systému vyplývá, že maximální spotřeba systému jako celku nepřesáhne 2 A pro systém bez výstrahy a 4 A pro systém přejezdu ve výstraze při napájecím napětí 24 V DC. 8