První SaZ Plzeň a.s. K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VII. Technické inovace PZS firmy První SaZ Plzeň a.s. 05/2012 Ing. František Fiala, technický ředitel Ing. Marek Tyr, provozní ředitel
Úvod V předchozím semináři jsme informovali o některých směrech firmy První SaZ Plzeň a.s. v připravovaných inovačních procesech PZS typu PZZ-K, který je nasazován do provozu na železniční dopravní cestě, kde správu vykonává Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, již od roku 2005. PZS v zapojení využívá základní reléovou logiku tvořenou relé kategorie N dle TNŽ 36 5530 (typy NMŠ1-2000B, NMŠ2-4000B a NMŠM1-1500B) a dále využívá elektronické prvky, které jsou především v obvodech ovládání a kontroly světel výstražníků. Zapojení těchto obvodů je předmětem našeho vývoje již několik let, přitom uvažujeme pouze s využívání výstražníků PZS typu AŽD 71 a AŽD97. Definice směrů technické inovace Technická inovace od počátku sledovala dva základní cíle: A. Vyloučit ze zapojení žárovek výstražníků proudová relé, a to jak v zapojení bílého světla, tak i v zapojení červených světel a odstranit zbytečné ztráty napájecího napětí pro žárovky výstražníků na cívkách proudových relé. B. Zajistit jednoznačnou detekci svícení hlavního a náhradního vlákna u každé žárovky červeného světla výstražníku. Zapojení pozitivního signálu Systém PZZ-K uvažuje jako perspektivní využívání náhrady stávající dvouvláknové žárovky typu SIG 1820 (12 V, 20/20 W) výkonovými svítivými diodami, a to v konstrukčním provedení v patici původní žárovky při zachování stávajících optických parametrů světla výstražníku. Zapojení náhrady žárovky je doplněno o řídící, napájecí a vyhodnocovací obvody, tj. o impulzní zdroj konstantního proudu a kapacitní dekodér s vyhodnocovacím relé. Korektní svícení bílého světla pozitivní signalizace je detekováno vybuzením kotvy vyhodnocovacího relé kategorie N (typ NMŠ1-2000B) zapojeného na výstup kapacitního dekodéru. Z hlediska koncepce je zapojení náhrady s výkonovými svítivými diodami v pozitivním signálu koncipováno bez možnosti svícení v náhradním obvodu. Důvodem je skutečnost, že doba životnosti výkonových svítivých diod je nesrovnatelná s dobou životnosti dosud využívané žárovky a není proto nutné uvažovat s případnou vyšší četností poruch výkonových LED. Zapojení impulzního zdroje konstantního proudu a kapacitního dekodéru je doplněno na desku plošného spoje rozměrů Malá Evropa stávajícího bezpečného dohledu činnosti výrobku SMN01.1. Jedná se o samostatné obvody, které nejsou spojené s činností výrobku SMN01.1. Jde o využití prostorových možností desky plošného spoje tohoto výrobku. Upravený (doplněný) výrobek SMN01.1 s doplněným zapojením plní veškeré funkce výrobku SMN01.1 a umožňuje realizovat zapojení náhrady -1-
bílého světla pozitivní signalizace s výkonovými svítivými diodami. Výstupní a vstupní přívody se připojují na doplněnou samostatnou šestidílnou svorkovnici typu CUM6/6. Výrobek SMN01.1 je určen pro napájení max. 4 ks výstražníků, impulzní zdroj konstantního proudu umožňuje napájet max. 4 ks náhrad s výkonovými svítivými diodami. Ověřovací provoz náhrady žárovek s výkonovými svítivými diodami v pozitivním signálu byl realizován na PZS v km 47,084 tratě Horažďovice předměstí Domažlice a byl zahájen 1.12.2010 podle schválených podmínek pro ověřovací provoz pod č.j. 59464/10-OAE ze dne 24.11.2010. Vyhodnocení ověřovacího provozu bylo provedeno dne 5.1.2012 s kladným výsledkem. V současné době jsou realizované typové zkoušky na ZČU a je zpracována definitivní verze obchodně technické dokumentace včetně technických podmínek (TP SaZ 12/2009). Po ukončení typových zkoušek požádáme VUZ a.s. o vydání zprávy o hodnocení bezpečnosti (technické schválení) a následně pak odbor automatizace a elektrotechniky SŽDC s.o. o zavedení do provozu a k využívání. Využíváním doplněného výrobku SMN01.1 v zapojení PZS typu PZZ-K bude zrušeno kompletní zapojení proudového relé detekce přepálení hlavního vlákna žárovek pozitivní signalizace označení S1, typ NMŠ1-3,4B. Zapojení uvedeného relé je dosti náročné na nastavení. Pro zapojení PZS nebude nutné v elektronickém doplňku BZKS20 instalovat náležitosti pro rozkmitání napětí pro bílou žárovku (40 cyklů za minutu). Tento výrobek pak bude využíván pouze pro zapojení obvodů červených žárovek výstražníků. Do této oblasti je nutné ještě zahrnout přípravu náhrady výrobku SMN01.1 inovovaným výrobkem SMN02. Důvodem je především dožívající součástková základna. Nový výrobek kompletně nahradí stávající ve shodném zapojení a umožní zvýšit stabilizované výstupní napětí pro napájení červených světel výstražníků. Výrobek SMN02 bude rovněž doplněn o náležitosti pro pozitivní signál PZS tvořený výkonovými svítivými diodami. V současné době probíhají jeho typové zkoušky na ZČU. Pro úplnost uvádím jeho základní elektrické parametry: - Jmenovitá hodnota napájecího napětí 24 V DC - Rozsah vstupního napájecího napětí 18 V DC až 36 V DC - Výstupní napětí nastavitelné v rozsahu od 12 V DC až do 22 V DC - Přesnost stabilizace výstupního napětí +/- 1,5 % z nastavené hodnoty - Účinnost 90 % až 95 % - Maximální špičkový výstupní výkon výrobku jako celku 240 VA Po ukončení typových zkoušek bude následovat kompletní proces ověřovacího provozu výrobku SMN02. Máme představu, že ověřovací provoz proběhne na některém provozovaném PZS s elektronickými doplňky SMN01.1 a BZKS20. Nový výrobek SMN02 bude zapojen jako hlavní napájecí zdroj pro červená světla výstražníků a stávající výrobek SMN01.1 bude zapojen jako jeho horká záloha. Činnost výrobků bude trvale evidovaná v elektronickém záznamovém zařízení EZZ 02. -2-
Zapojení červených světel výstražníků V současné době se dokončuje výroba prototypu náhrady proudových relé kontroly svícení žárovek červených světel výstražníků (typ NMŠ1-0,7/0,25B) elektronickým výrobkem s pracovním označením EKS. Předpokládáme samostatnou kontrolu hlavního a náhradního vlákna každé žárovky s využitím bezpečného zapojení s Hallovými sondami a s vyhodnocovacími relé. Konstrukčně bude jedna náhrada použitelná pro zapojení PZS až se 4 ks výstražníků. Výrobek umožní vyhodnocení proudu žárovky včetně přívodů k výstražníku v pracovním režimu PZS Výstraha a proudu při případném zkratu na žárovce nebo přívodním vedení. Předpokládáme rovněž odstranění případu, kdy z dvojice kontrolovaných žárovek jedna má přerušené hlavní vlákno a u druhé žárovky svítí hlavní i náhradní vlákno. Zapojení obvodů detekce svícení červených žárovek výstražníků bude konstruované tak, aby bylo shodné pro sudý i lichý počet výstražníků, tj. bude jednotné pro každý výstražník. V zapojení PZS bude zajištěna jednoznačná detekce svícení hlavního nebo náhradního vlákna každé žárovky červeného světla výstražníků. Zároveň tato koncepce řešení umožní detekovat i případný zkrat na bezkontaktním spínači výrobku BZKS20, což zatím stávající zapojení nemohlo ve všech případech vyhodnotit. Tímto řešením bude pak získané optimální napájení žárovek výstražníků s odstraněním zbytečné ztráty (úbytku) ve výši cca 1 V DC na stávajícím vyhodnocovacím proudovém relé. Napájení žárovek výstražníků bude i nadále realizované z výrobku SMN01.1, resp. SMN02. Zdroj pro rozkmitání napájecího napětí žárovek bude tvořen výrobkem BZKS20. Dokončením popsaného řešení bude dosaženo v zapojení PZS typu PZZ-K stavu, kdy v systému budou využívaná pouze napěťová relé typu NMŠ. Zároveň však podstatně klesne počet relé v obvodech zapojení červených světel výstražníků, kdy stávající zapojení 2 ks výstražníků potřebuje 4 ks relé. S rostoucím počtem výstražníků se tento počet samozřejmě úměrně navyšuje, což klade nároky na jejich umístění v reléovém stojanu PZS. V novém zapojení PZS bude počet malorozměrových relé, a to pouze napěťových, v obvodech zapojení žárovek výstražníků minimální a jednotný. Zbývá jen shrnout, jakou výstroj bude mít zapojení inovovaného PZS typu PZZ-K: - Základní bezpečnostní reléová logika zůstává zachována s tím, že do kontrolních relé systému (relé KZ a NS) budou implementované detekční výstupy z výrobku s pracovním označením EKS a ze zapojení pozitivního signálu s výkonovými svítivými diodami. - V zapojení PZS budou použitá pouze napěťová malorozměrová relé. - Detekci svícení červených žárovek světel výstražníků bude zajišťovat elektronický výrobek s pracovním označením EKS s tím, že bude realizovaná nová úprava zapojení žárovek s eliminací ztrát (úbytku) napájecího napětí pro žárovky výstražníků. - Elektronický doplněk SMN01.1 bude postupně nahrazován inovovaným výrobkem SMN02, který bude vždy obsahovat náležitosti související s použitím pozitivního signálu s výkonovými svítivými diodami (impulzní zdroj konstantního proudu a kapacitní dekodér). -3-
- Elektronický doplněk BZKS20 bude bez výstroje pro rozkmitání napětí pro pozitivní signál. - Časové soubory budou zásadně používané elektronické (CJ nebo BEČS-05). - Ostatní doplňující náležitosti systému PZS budou podle stávajících schválených technických podmínek PZZ-K. S inovací PZS souvisí i záležitosti týkající se stávajícího přenosového zařízení s bezpečným přenosem ElZaS21, které se využívá pro přenosy indikačních a ovládacích prvků PZS do určených dopraven. V současné době probíhá jeho kompletní inovace, která je vyvolaná především problémy v zajištění součástkové základny. Výrobek, jehož nové označení je ElZaS22, má v současné době vyřešené hardware náležitosti a jsou vyrobené 2 ks prototypů a zpracovává se nový software. Primárním cílem je zkrácení dob odezvy, což má význam zejména při nasazení více podřízených komunikačních jednotek. Ve vnitřní programové paměti systému bude dostatečná kapacita pro případné doplnění dalších požadovaných funkčních náležitosti pro přenosy a případné bezpečné logické vazby (cca bude k dispozici ¾ kapacity paměti). A co doplnit závěrem. Pokud proběhne vývoj úspěšně, bude k dispozici systém PZS pro vedlejší tratě s optimálními požadavky na spotřebu elektrické energie, bude mít ve svém zapojení optimální a vyvážený počet relé typu NMŠ, a to pouze napěťových a bude ve svém zapojení využívat i nadále vhodné elektronické výrobky při zachování vysoké spolehlivosti s minimální poruchovostí a dostatečnou odolností proti atmosférickým výbojům a přepětím a systém zůstane opravitelným na místě zásahem udržujícího pracovníka. Systém PZS splní ustanovení normy ČSN 34 2650, ed.2 kompletně pro PZS kategorie 3S(Z)B(N)I,L nebo 2S(Z)B(N)I,L, přičemž zejména PZS v autonomním provedení s přejezdníky bude i z hlediska finančních nákladů zajímavý. Dále se domníváme, že stojí za úvahu, připravit a realizovat postupně program na úpravy stávajících PZS typu AŽD 71 s doplňováním zapojení o vybrané elektronické prvky, zejména pro obvody světel výstražníků a tím dosáhnout i ve stávajícím systému podstatné zlepšení užitných vlastností PZS, včetně zvýšení spolehlivostních ukazatelů (RAMS dle ČSN EN 50126: růst bezporuchovosti, zajištění udržovatelnosti v provozu a integrita bezpečnosti). -4-