Bloc de Linie Automat

29
Cuprins: 1 Tema Proiectului..................................... ........................................pag 2 2 Blocul de linie automat......................................... ..........................pag 3 3 Schema bloc a sistemului...................................... ..........................pag 5 4 Blocul de alimentare............. ........................ .................................pag 6 5 Blocul de detectie a materialului rulant........................................pa g 10 6 Blocul de decizie si control.......…………………….. …………..pag 12 1

description

Bloc de line automat

Transcript of Bloc de Linie Automat

Page 1: Bloc de Linie Automat

Cuprins:

1 Tema Proiectului.............................................................................pag 2

2 Blocul de linie automat...................................................................pag 3

3 Schema bloc a sistemului................................................................pag 5

4 Blocul de alimentare............. .........................................................pag 6

5 Blocul de detectie a materialului rulant........................................pag 10

6 Blocul de decizie si control.......……………………..…………..pag 12

7 Blocul semnalelor luminoase........................................................pag 15

8 Schema electrica……………………………………..………..…pag 17

9 Program uC……………………………………….……………..pag 19

10 Mentenanta……………………..................................................pag 20

11 Bibliografie................................................................................pag 22

1

Page 2: Bloc de Linie Automat

1. Tema Proiectului

Sa se proiecteze un bloc de linie automat (BLA) dintre doua statii compus din 4 sectoare de bloc de lungime 8 Km si un sistem de detectie al materialului rulant cu numarator de osii.

2

Page 3: Bloc de Linie Automat

2. Introducere BLA (Bloc de linie automat)

Blocul de linii automat (BLA) asigura controlul circulatiei trenurilor In linie curenta. Trenul, prin prezenta sa In linie, Isi realizeaza protectia, In comanda automata a indicatiilor semnalelor luminoase. BLA permite marirea densitatii de circulatie In linie curenta, prin realizarea celui mai mic interval de spatiu la care se urmaresc doua trenuri. Acest interval este denumit sector de bloc si reprezinta portiunea de linie curenta cuprinsa Intre doua semnale de bloc consecutive.

Legatura dintre tren si semnalele luminoase se realizeaza In mod continuu, cu ajutorul circuitelor de cale amplasate pe sectoarele de bloc. BLA de pe reteaua CFR are semnale cu trei indicatii luminoase(V, G, R) iar fiecare semnal de bloc reprezinta prevestitorul celui urmator. Ultimul semnal de bloc care se afla In fata semnalului de intrare In statie, este si prevestitorul acestuia.

In functie de liniile pe care se monteaza, BLA poate fi:

- pentru cale dubla cu un singur sens de circulatie;

- pentru cale simpla si circulatie In ambele sensuri;

- pentru cale dubla si circulatie In ambele sensuri.

Cand linia este libera semnalele dau indicatii permisive. Orice deranjament In circulatie duce Intotdeauna la indicatii restrictive, indicatia verde ducand in indicatie galben sau rosu. La unele semnale este prevazut rosu de rezerva, amplasat pe un panou special, care se poate aprinde la defectarea focului rosu sau chiar a celorlalte doua, in functie de tipul instalatiei. Semnalele luminoase sunt permisive, avand in lungul catargului un reper de culoare alba, care semnifica posibilitatea depasirii semnalului pe rosu, cu viteza redusa (15km/h), dupa o oprire prealabila de 5min pana la Intalnirea semnalului urmator de bloc.

La BLA cu sens banalizat, simultan cu punerea pe liber a semnalului de iesire la una din statiile adiacente, toate semnalele din linia curenta corespunzatoare sensului contrar de circulatie sunt trecute automat pe oprire. Este blocata si efectuarea parcursurilor de iesire din statia care urmeaza sa primeasca trenul, catre

3

Page 4: Bloc de Linie Automat

statia expeditoare. Se realizeaza astfel „inzavorare de sens”, „orientarea blocului” sau „propagarea valului de rosu”.

Structuri de scheme de BLA

BLA cu trei indicatii, pentru linie dubla, sens specializat, la care fiecare sector de bloc are propriul sau circuit de cale. Circuitele de cale sunt alimentate sunt alimentate in sens invers sensului de circulatie de la o sursa de energie aflata in dulapul de bloc al semnalului urmator. In fiecare dulap de semnal se afla releul de cale al propriului sector de bloc, Impreuna cu un alt releu, notat V care reprezinta de fapt un repetitor al releului de cale al sectorului urmator. El este comandat prin cablu, prin contacte de lucru ale releelor de cale aflate atat pe firul de tur, cat si pe cel de retur, pentru a se evita actionari false la slabirea rezistentei de izolatie dintre conductoarele cablului.

Desi functional contactele de lucru ale propriului releu de cale nu sunt necesare in circuitul releului V, ele se introduc atat pe tur cat si pe retur (dubla taiere) pentru mai multa siguranta. Schemele focurilor semnalelor sunt identice, fiind realizate pe baza structurii schemei logice SI cu relee, schema de selectie cu numar minim de contacte. Indicatia de verde se obtine daca ambele relee sunt atrase, prin inserierea contactelor de lucru; indicatia de galben se obtine la dezexcitarea releului V, iar cea de rosu daca ambele relee sunt cazute.

4

Page 5: Bloc de Linie Automat

3. Schema bloc a sistemului

5

Page 6: Bloc de Linie Automat

4 Blocul de alimentare

Blocul de alimentare pentru circuitul de detectie si cel de decizie si comanda este impartit in doua categorii : cel principal si unul sau mai multe de rezerva; ele fiind conectate la reteaua nationala in mai multe puncte(surse).

Sunt necesare blocurile de rezerva deoarce defectarea blocurilor principale si lipsa unor alte sisiteme auxiliare cauzeaza pierderi material,financiare dar ce este mai grav pierderea de vieti omenesti. Deasemenea blocurile de rezerva asigura o functionare limitata a sisitemului in cazul in care pe calea ferata apar distrugeri cauzate de factorul uman(frurturi,distrugeri,etc)

Pentru circuitul de detectie si cel de control/decizie vom folosi o sursa stabilizata de 12V, montata alaturi de blocul de control pe mijlocul sectorului de bloc. Aceasta are urmatoare schema electrica:

6

Page 7: Bloc de Linie Automat

Am calculat tensiunea stabilizata pe iesire de 10V pentru a asigura tensiunea la pinul de intrare al microcontrolerui de 5V. Acesta recunoaste nivelul de “1” logic in intervalul de tensiune 3,3V-6V. Transmisia pe cele doua jumatati de sector de bloc se va face prin cabluri coaxiale de 75Ω , folosite in liniile de comunicatii si radiocomunicatii , care au pierderile de aproximativ 1V la 1km.

Curentul debitat de sursa pentru alimentarea microcontrolerului este undeva la 40mA per pin, insa sursa este dimensionata la 400mA pentru prevenirea pierderilor prin cablu, intrarea pe pin fiind totusi precedata de un divizor de curent cu rolul de protectie.

Sursa stabilizata de mai sus este dimensionata cu protectii la supracurent atat din partea dinspre reteaua nationala de 220V, prin sigurantele fuzibile F1 si F2, redresorul este protejat prin intermediul sigurantei fuzibile F3 iar stabilizatorul prin F4. Protectia la impulsuri scurte pe intrare se face cu filtrul R4C2 . Protectia la supratensiuni pe iesire se face prin C4, C5, D6 pentru impulsuri scurte ale tensiunii de iesire sau pentru variatii continue in timp prin tiristorul Th la care comanda de poarta se face cu dioda zenerD7. Alegem tiristorul BT148 in carcasa SOT82S :

7

Page 8: Bloc de Linie Automat

8

Page 9: Bloc de Linie Automat

si dioda zener, : PL 5V la 1,3W.

Circuitul de protectie la supratensiuni de lunga durata dispune si de un filtru trece jos format din R5 = 220 [] , C3 = 100 [μF] pentru a evita amorsarea tiristorului datorita armonicilor superioare frecventei de 50 Hz.

9

Page 10: Bloc de Linie Automat

5. Blocul de detectie a materialului rulant

Sesizorul de cale

Are rol in detectia prezentei materialului rulant.El poate fi amplasat pe lungimea sectorului functionand dupa urmatorul algoritm:

La intrarea trenului in sectorul de cale se transmite un impuls care actioneaza sesizorul;acesta incepe contorizarea osiilor .Dupa iesirea trenului din sectorul respectiv sezizorul intra intr-o stare de ‘repaus’ .

10

Page 11: Bloc de Linie Automat

Detectia directie se va face cu urmatoarea schema:

Fotorezistentele din spectrul infrarosu R1 si R2 au o rezistenta de 5 Ω

nestimulate de prezenta ledului in infrarosu amplasat pe locumotiva.In momentul in care sunt stimulate de acesta, isi vor modifica rezistenta la 125 Ω.Cele doua rezistente corespund tensiunilor la bornele pinului microcontrolerului de 2V respectiv 5V.

In urma trecerii materialului rulant blocul de detectie transmite blocului de decizie si control informatiile necesare acestuia pentru o buna circulatie, logistica si pentru eficientizarea traficului pe calea ferata(informatii preum: pozitie,integritatea materialului rulant)

11

Page 12: Bloc de Linie Automat

6. Blocul de decizie si control

Circuitul de decizie va mai avea un ceas exten (X-TAL) de 8mhz pentru sincronizarea raspunsului microcontrolerului, si un crcuit de reset pe care il vor actiona acarii in teren in cazul raspunsului eronat al acestuia.

Blocul de detectie are urmatoare schema electrica:

Schema de mai sus explica modul de functionare al numaratorului de osii care consta dintr-un contact (S1) care se va inchide la trecerea axului prin drepul acestuia.Acest impuls conecteaza pinul microcontrolerului PA7 la 5V din sursa de alimentare, microcontrolerul sesizand atunci “1” logic. Acesta are o bucla rpetitiva care memoreaza starea pinului intr-un registru intern de uz general (de exemplu r18). In momentul sesizarii starii de “0” logic la bornele lui PA7 contorul din interiorul microcontrolerului isi va sista activitatea.

12

Page 13: Bloc de Linie Automat

In momentul trecerii axului materialului rulant prin dreptul contactului S2 si inchizandu-l, pinul PA6 va fi conectat la “1” logic. In alta bucla repetitiva microcontrolerul va scadea din valoarea registrului de uz general cate o unitate de fiecare data cand va sesiza “1” logic la bornele lui PA6.

In final, acesta va testa daca registrul de uz general este sau nu diferit de 0. In cazul in care este diferit de 0 acesta v-a comanda atat semnalul de pe linia directa cat si cel de pe falsa in rosu. Acesta apoi va testa daca in registrul UDR al modulului USART are sau nu valoarea 0. Daca are valoarea 0 atunci semnalul va fi comutat pe verde, daca nu acesta va fi comutat pe galben.

Prin transmisia datelor intre module (realizata tot cu cabluri coaxiale) se verifica starea de rosu a semnalului urmator, pentru decizia microcontrolerului de a aprinde focul galben sau verde.Deasemenea este util pentru transmisia starii echipamentelor din camp in statie.

Pentru detectia scurtcircuitului din becul de rosu se va folosi un releu gravitational, in serie cu becul de rosu care va sta automat in pozitia atras. In momentul in care se va intrerupe filamentul becului nu va mai circula curent prin bocina acestuia si acesta va cadea deschizand un contact pe pinul microcontrolerului (PA0), acesta aprinzand becul de rosu de rezerva, semnaland si prin modulul USART in statie acest lucru. In cazul arderii focului galben se va folosi acelasi montaj , numai ca microcontrolerul va semnala doar in statie acest lucru. Pinul de intrare pentru acest acest releu va fi PA1.

In cazul defectarii focului de verde acest lucru va fi semnalat de mecanic in statie sau de acarii care pot verifica acest lucru in teren. Nu este nevoie detectia acestuia de blocul de decizie pentru ca arderea focului de verde constitue un raspuns eronat din partea instalatiei si nu unul fals.

Divizorul de curent de la intrarea pe pinul microcontrolerului va avea urmatoarea structura:

13

Page 14: Bloc de Linie Automat

Daca ne uitam la rezistentele R1 si R2 acestea primesc de la pinul V+, alimentat de la blocul de alimentare, tensiunea atenuata de 5V. Curentul stabilit pentru sursa de alimentare este la 400mA si prin cablu coaxial va ajunge atenuat 390mA. Curentul prin R1 trebuie sa fie de maxim 40mA (cerintele microcontrolerului) asa ca vom fixa valoarea minima de 39mA.Tensiunea de la bornele lui R2 va fi de 5V ne rezulta astfel R2 stiind curentul care o strabate de 390-39mA =351mA. La o tensiune de 5V asta inseamna ca R2 va avea valoare de

R2 = 5V

351mA = 142 Ω , vom alege valoarea standard de 150Ω.

Aplicand formula divizorului de curent aflam valoarea rezistentei R1 :

351 = 390 ∙ R1

R1+¿ R2¿ =>

R1

R1+R2 = 0,9 => R1(1-0,9) = 135 => R1 = 1,35KΩ deci vom

alege valoare standard de 1K3.

14

Page 15: Bloc de Linie Automat

Logica microcontrolerului :

Daca avem “1” logic pe pinul PD7 (corespunzator fotorezistentei de la intrarea in bloc PH1) iar pe pinul PD6 (corespunzator fotorezistentei de la intrarea in bloc PH2 )“0” logic atunci trenul va veni din partea stanga.Combinatia de “0” logic pe PD7 si “1” logic pe PD6 va corespunde directiei dreapta. Fotorezistentele de la iesire vor lurca in acelasi fel , numai ca acestea sunt conectate la pinii PD5 si PD4.

Rnestimulat = U stare 0 logic

I =

2 V400 mA = 5Ω.

Rstimulat = U stare 1 logic

I =

5V400 mA = 125Ω

7. Blocul de semnalelor luminoase:

Blocul de semnalizare are urmatoarea schema:

Pentru aprinderea focului de rosu se va folosi pinul PB0 al microcontrolerului care va conecta bobina releului KR la V+, acesta se va atrage si is va inchide contactul. Tot in acest moment de atrage si bobina releului de curent

15

Page 16: Bloc de Linie Automat

alternativ K_PROT care va atrage contacul sau si va trimite un 1 logic la pinul PA0 de aceea dupa trimiterea semnalului la pinul PC0 microcontrolerul v-a verifica starea pinului PA0. Daca pe PA0 nu are 1 logic trimite “1” pe pinul PB3 si astfel aprinde rosu de rezerva, plus 1 logic pe pinul RX (PD0) al modului USART semnalizand acest lucru in statia cea mai aproapiata. Contactele Rosu_b , Galben_b si Verde_b nu sunt afectate de aprinderea acestor focuri.

Pentru aprinderea focului de galben se va folosi pinul PB1 actionand astfel contactul releului KG. Tot in acelasi moment se atrage si releul de protectie K_PROT2, care trimite semnal pe pinul PA1 al microcontrolerului. Dupa trimiterea semnalului de aprindere pe PB1 acesta va verifica starea pinului PA1 iar daca nu gaseste “1” va scrie “1” logic in registrul UDR si trimite pe pinul RX (PD0) al modului USART pentru semnalarea defectiunii in statia cea mai apropiata.Dupa aceea se scrie “1” logic in pinul PC0 pentru aprinderea focului de rosu pe directia opusa, urmarind si pinul care semnalizeaza protectia becului de Rosu_b PC3.Dupa aprinderea focului de galben se va trimite prin modulul USART valoarea “11” microcontrolerului urmator pentru a-i spune sa treaca semanlul sau pe rosu.

Pentru aprinderea focului de verde se foloseste pinul PB2 pentru directia directa si PC2 pentru directia inversa.Dupa aprinderea acestuia microcontrolerul trimite valoarea “111” , modulului urmator pentru a-i transmite ca trenul nu a ajuns.

Decizia directiei trenului se face prin sesizarea carui contact (S1 sau S2) este actionat primul, astfel microcontrolerul decide pe ce directie sa aprinda focurile.

Dupa numararea a patru impulsuri consecutive primite de unul dintre contacte microcontrolerul considera ca trenul trece pe acel sectr de bloc si schimba starea semnalului pe rosu, si transmite in statie si la blocul vecin prezenta acestuia prin trimiterea mesajului “1111”. In cazul in care numarul de impulsuri va fi mai mic de patru microcontrolerul va considera contactul actionat de alte elemente si nu de materialul rulant.

16

Page 17: Bloc de Linie Automat

8. Schema completa

17

Page 18: Bloc de Linie Automat

18

Page 19: Bloc de Linie Automat

9. Program uC

10. Mentenanta

19

Page 20: Bloc de Linie Automat

Normele Europene in vigoare obliga operatorii de trafic feroviar sai aiba ca principal scop siguranta calatorilor si a marfurilor transportate prin sporirea gradului de securitate si control la nivelul materialului rulant si a infrastructurii.

De aceea fiecare concept nou care se pregateste pentru a fi introdus pe piata de consum este supus unor teste si simulari riguroase.

Desi componentele traficului feroviar prezinta un grad mare de siguranta, pot aparea problem infunctionarea acestora, despre care e de preferat sa se stie dinainte.In acest fel se pot tine sub observatie si se poate interveni in timp util pentru a nu pune in pericol siguranta transportului pe caile ferate.

Posibile exemple ale defectarii fiecarui bloc de linie in parte:

1. Pentru a preintampina probleme ce pot aparea in alimentarea sistemului blocul de alimentare a fost dotat cu o alimentare de rezerva .Astfel in cazul unor pene de curent, deteriorari ale cablurilor din alimentarea principala, furtul sau distrugerea unor componente din alimentarea principala sistemul este alimentat prin alimentarea de rezerva pana la remedierea situatiei fara a fi pusa in pericol circulatia pe calea ferata.

2. In cadrul blocului de detectie pot aparea probleme in detectarea osiilor atunci cand unul dintre contactele asnamblului de detectie se defecteaza sau apar erori .Acest lucru poate fi dedus de operatorul uman atunci cand desi este stiut ca sectorul de cale este liber se observa ca sistemul il considera ocupat.In acest caz se reseteaza sistemul si daca nu a fost o eroare de soft se verifica senzorii.

3. In cadrul blocului de semnalizare pot aparea probleme atunci cand unul din becurile de galben sau verde se ard.Din acest motiv becurile sunt de tip bifilament iar atunci cand un filament se arde se trece pe al doilea filament.Se considera ca acest lucru se poate intampla in maxim un interval al verificarilor periodice si poate fi detectat in timp util. Becul de rosu si galben sunt prevazute cu un releu de siguranta care semnalizeaza microcontrolerului cand acestea se defecteaza(ambele filamente) cel de verde si rosu de rezerva pot fi observate de un acar in tern, sau de mecanicul de locomotiva.

20

Page 21: Bloc de Linie Automat

4. O a 2 problema din cadrul acestui bloc poate aparea situatia in care becului de rosu i se poat arde ambele filamente.In aceasta situatie raspunsul este considerat unul fals, fapt ce pune in pericol circulatia pe calea ferata .Ca masura de siguranta, in cadrul semaforului va fi montat un asa numit “rosu de rezerva” care se va aprinde atunci cand “rosu de baza” este ars sau alimentarea catre el este intrerupta. Faptul ca “rosu de baza” este ars si semaforul functioneaza pe rosu de rezerva va fi si detectat de catre microcontroler si va fi sesizat in dispecerat.

5. O alta problema la blocul de semnalizare o reprezinta lipsa totala a alimentarii ,acest lucru fiind aproape imposibil dar s-a luat in considerare si o astfel de variant.In acest caz mecanicul va stationa 15 minute asteptand remedierea problemei,in caz contrar va circula cu o viteza de 15km/h pana la urmatoarea statie.

6. In cadrul blocului de control si decizie comunicatia se face prin cablu coaxila dublat petru a evita distrugerea sau deteriorarea unuia dintre ele.Tot in cadrul acestui bloc daca unul dintre microcontrolerele considerat “slave” se defecteaza controlerul “master” va semnaliza acest lucru catre dispecerat datorita lipsei raspunsului de la transmisie. Aceasta comunicatie se poate intarii si prin mijloace radio sau gsm pentru o siguranta mai sporita.

7. O alta problema care poate aparea la acest bloc consta in defectarea de pe placuta microcontrollerelor sau din cadrul surselor de alimentare a condensatorilor electrolitici.Acestia in daca nu sunt inlocuiti la timp se usuca.In urma acestui fenomen se pot transmite informatii false sau chiar se poate defecta intregul sistem.

21

Page 22: Bloc de Linie Automat

11. Bibliografie

1. Laboratorul de Sisteme de dirijare a traficului feroviar2. Cursul de Sisteme de dirijare a traficului feroviar3. http://transporturiferoviare.wordpress.com/2011/01/07/blocul-de-

linie-automat/4. http://sensorline.de/home/pages/application-areas/road-traffic/

applications/axle-detection-and-counting.php?lang=EN5. http://en.wikipedia.org/wiki/Axle_counter 6. www.datasheetcatalog.com/

22