Mikroprocesorowe sterowanie napędami zwrotnicowymi

Seria: T R A N SPO R T z. 38 N r kol. 1433

Jerzy M IKU LSK I M ichał PAW LICKI

M IKROPROCESOROW E STEROWANIE NAPĘDAMI ZWROTNICOWYMI

S treszczen ie. W artykule przedstaw iono obw ód zw rotnicow y zrealizow any na podstaw ie sterow nika PLC. Rozw iązanie tego typu zostało zaproponow ane w celu w yko­

rzystania w m odernizow anych obw odach zw rotnicowych. W ypełnia ono lukę na rynku urzą­

dzeń sterow ania m iędzy układam i stosowanym i w system ach kom puterow ych lub hybrydo­

wych a klasycznym i obw odam i przekaźnikow ym i.

MICROPROCESSOR CONTROL OF SWITCH POINTS DRIVES

S u m m a ry . The paper presents a switch points circuit designed on the basis o f a PLC controller. This type of solution was proposed to be applied in m odernised points drives. This solutions fills in the gap on the market of control equipm ent, that exist betw een the system used in m icroprocessor or hybrid circuits and the conventional relay-based ones.

N iniejsza publikacja je st kolejną z cyklu zastosow ań sterow ników PLC w sterow aniu ruchem kolejow ym . W [1] opisano rozw iązanie półsam oczynnej blokady liniowej. Obecnie przedstaw iana koncepcja zastosow ania sterow ników PLC pow stała podczas analizow ania m odernizacji istniejących obw odów zwrotnicowych, w ykonanych w technice przekaźnikow ej - z indukcyjnym i przekaźnikam i kontrolnym i, na układy przekaźnikow e now szego typu - z przekaźnikam i kontrolnym i prądu stałego. Przedm iotem tej analizy była liczba roboczogo- dzin, ilość oraz cena m ateriałów potrzebnych do przeprow adzenia rem ontu układów . Propo­

now any układ sterow ania, w przeciw ieństw ie do przekaźnikow ego, nie w ym aga wielu prac przy m ontażu w m iejscu docelow ej instalacji. M oduł sterujący zw rotnicy m ożna przygotować w zakładzie produkcyjnym . U kład ten łatwo sprzęga się z istniejącym i obw odam i przekaźni­

kow ym i oraz z system em zasilania za pośrednictw em listw zaciskow ych m odułu. Oferta w y­

pełnia lukę na rynku urządzeń, która istnieje pom iędzy system am i m ikroprocesorow ym i i hybrydow ym i, w ykonywanym i w całości przez producenta („pod klucz”), a klasycznymi układam i przekaźnikow ym i m ontow anym i indyw idualnie w terenie, w m iejscu projektow anej eksploatacji.

W skład w ersji przeznaczonej dla kolei przem ysłow ych i piaskow ych w chodzi jeden sterow nik PLC z dualnym oprogram ow aniem i interfejs przekaźnikow y. W przypadku propo­

zycji adresow anej dla PKP są przew idziane dwa sterow niki PLC, zapew niające dw ukanałow e p rzetw arzanie inform acji.

N a początku zostanie przedstaw iony krótki opis działania układu zw rotnicow ego (rys. 1) [2]: W yróżnia się trzy obw ody: sterujący, nastaw czy i kontrolny. D yżurny ruchu lub nastaw niczy w ydając polecenie przestaw ienia zw rotnicy poprzez naciśnięcie (lub w ycią­

gnięcie) przycisku zw rotnicow ego, pow oduje rozpoczęcie pracy obw odu sterującego. K olejno odw zbudzany je s t przekaźnik nastaw czy dla położenia, w którym zw rotnica się znajduje (zo­

staje przerw any obw ód kontrolny), w zbudza się przekaźnik ochronny, w zbudza się przekaźnik nastaw czy dla docelow ego położenia zw rotnicy. N astępnie zaczyna się działanie obw odu na- staw czego. Po osiągnięciu przez zw rotnicę końcow ego położenia p rzełączają się zestyki w napędzie i zostaje przerw any obw ód nastaw czy, w w yniku czego odw zbudza się przekaźnik ochronny i w łącza się obw ód kontrolny d la aktualnego położenia zw rotnicy. U kład, poprzez w łączenie do obw odu sterującego zestyków przekaźników utw ierdzenia przebiegów , w których zw rotnica „bierze” udział oraz kontroli niezajętości odcinka zw rotnicow ego (izo­

low anego lub bezzłączow ego), spraw dza przy każdej próbie przestaw ienia zw rotnicy, czy nie je s t ona utw ierdzona w przebiegu oraz czy nie je s t zajęta przez tabor. W szczególnym przy­

padku, gdy w ykazyw ana je s t zajętość zw rotnicy, pom im o że nie m a na niej taboru, m oże z o ­ stać użyty przycisk izolacji zw rotnicow ej IZ rów nocześnie z przyciskiem zw rotnicow ym . N a pulpicie obsługi znajduje się rów nież przycisk Kr, który służy do anulow ania sygnalizacji rozprucia zw rotnicy po stw ierdzeniu, że zw rotnica ta nie je st uszkodzona i doprow adzeniu, za p o m o cą przycisku zw rotnicow ego, do zgodności m iędzy stanem zw rotnicy pam iętanym przez układ a rzeczyw istym jej położeniem .

Rys. 1. Ogólny schemat blokowy układu sterowania zwrotnicą Fig. 1. General flow diagram for a switch control system

W pracy zo stan ą przedstaw ione dw a rozw iązania: jed n o z silnikiem jednofazow ym - napęd zw rotnicow y typu JEA -29 (rys. 2), a drugie z silnikiem trójfazow ym - napęd zw rotni­

cow y typu EEA -4 (rys. 3). W pierw szym przypadku napęd z przekaźnikow nią je s t połączony czterem a, a w drugim przypadku z sześciom a żyłam i kablow ym i. Ponadto w układzie trójfa­

zow ym za napędem um ieszcza się zestaw terenowy, który zam ienia param etry prądu kontrol­

nego z około 1 15V prądu przem iennego na około 30V prądu stałego [3]. W skład układu je d ­ nofazow ego w ch o d zą przekaźniki prądu stałego: nastaw czy R K 12814, kontrolny R K 12614, ochronny JR K 10311 oraz zestaw E R L 11014, zasilający obw ód kontrolny i zaw ierający w sobie przekaźniki kontroli rozprucia i kontroli doziem ienia - do ciągłej kontroli izolacji kabla łączącego przekaźnikow nię z napędem zw rotnicow ym . W napędzie m ontuje się diody prostow nicze BYP 401/600 prostujące jednopołów kow o prąd kontrolny.

W ym ienione przekaźniki zastępują stosowane w starszych rozw iązaniach indukcyjne przekaźniki kontrolne JR J 11710 oraz zestaw y ERL 11012 [4, 5]. W praktyce pracuje jeszcze dużo obw odów z przekaźnikam i JR J, szczególnie biorąc pod uw agę, oprócz PK P, koleje przem ysłow e i piaskow e.

b)

Zasilanie obwodu kontrolnego

220VAC i 24V DC (pKr, pKd) wprow adzone

na wejścia ERL 11014 Bezpiecznik 2A

Nastawnia

Obwód kontrolny

przekaźniki Kn+, K n - (RK 12614), ERL 11014

Zasilanie obwodu sterującego

24 V DC Bezpiecznik 2A

A i /

H

Teren

A -l

N

O bw ód stemjący

przekaźniki N+, N - (RK 1 2 8 1 4 ),O r(JR K 10311) O bwód ochronny - zestyki przekaźników utwierdzenia przebiegów, w których bierze udział

zwrotnica

Sprawdzenie niezajętości odcinka zwrotnicowego - zestyk przekaźnika IZ

Zasilanie napędu zwrotnicowego

220 V AC Bezpieczniki 10A

I Z

O bwód nastawczy 18'

A

V

4 żyły kabla typu YKSY...

Dioda obwodu kontrolnego

Napęd zwrotnicowy

A

V

Rys. 2. Schemat blokowy jednofazowego układu zwrotnicowego z przekaźnikami a) JRJ 11710 , b) RK 12..

Fig. 2. Block Diagram of an one-phase switch points system with relays a) JRJ 11710, b) RK 12...

Zasilanie obw odu kontrolnego Trafo 220/115V Bezpiecznik 250

m A

Nastawnia

O bw ód kontrolny

-y

Teren

A

V

A

V

Zasilanie obw odu sterującego

24 V DC B ezpiecznik 2A

i>

Zasilanie napędu zw rotnicow ego

3 x 380 V B ezpieczniki 2A

O bw ód sterujący

przekaźniki N+, N - (RK 12814), O r(J R K 10311) O bwód ochronny - zestyki przekaźników utwierdzenia przebiegów , w których bierze udział

zwrotnica

Sprawdzenie niezajętości odcinka zw rotnicow ego - zestyk przekaźnika IZ

2 7

6 żyl kabla typu YKSY...

✓ O bwód nastawczy A

V

Zestaw terenowy

obwodu kontrolnego

N apęd zwrotnicowy

typu EEA-4

A

V

O bwód przekaźnika czasowego zabezpieczającego silnik napędu zwrotnicowego

Rys. 3. Schemat blokowy trójfazowego przekaźnikowego układu zwrotnicowego Fig. 3. Błock Diagram of a three-phase relay-based switch points system

Z godnie z instrukcją E28, §11, tablica 1, punkt 4.3. [6] urządzenia w ew nętrzne (elek­

tryczne przekaźnikow e) pow inny być rem ontow ane co 20 lat. Często przed upływ em term inu kolejnego rem ontu podejm uje się decyzję o w ykonaniu inw estycji ulepszeniow ej. W tym przypadku je s t to przedstaw iona na w stępie m odernizacja układu, polegająca na zastąpieniu istniejących przekaźników JR J oraz zestaw u ERJL przekaźnikam i R K 12 i now ym typem ze­

staw u ERL. Poniew aż koszty m ateriałów stale rosną, bow iem przekaźniki w spom nianych typów produkuje się tylko jak o części zam ienne, zaproponow ane b ędzie rozw iązanie ze ste­

row nikiem PLC (rys.4 i 5), które je s t rów nie funkcjonalne, natom iast tańsze w w ykonaniu.

Rys. 4. Schemat blokowy mikroprocesorowego jednofazowego układu zwrotnicowego Fig. 4. Block Diagram of a microprocessor-based one-phase switch points system

Zasilanie sterownika

PLC 220VAC Bezpiecznik 0,5A

- N

V

Zasilanie napędu zwrotnicowego

3 x 380 V Bezpieczniki 2A

Nastawnia

Sterownik PLC Sterowanie napędem Kontrolowanie położenia napędu

Kontrola doziem ienia kabla

Teren

O bwód nastawczy (4 przekaźniki nastawcze JRF)

X V A

6 żył kabla typu YKSY...

A V ^nA -N

Zestaw terenowy

obwodu kontrolnego

N apęd zwrotnicowy

typu EEA-4

Rys. 5. Schemat blokowy mikroprocesorowego trójfazowego układu zwrotnicowego Fig. 5. Błock Diagram of a microprocessor-based three-phase switch points system

P raca program ow anego sterow nika logicznego PLC je st cykliczna: odczytyw anie w ejść, w ykonyw anie program u zależnościow ego, w ykonyw anie funkcji diagnostycznych, ste­

row nie w yjściam i [7, 8, 9]. N a rys. 6. przedstaw iono podstaw ow ą część algorytm u działania układu. W czasie każdego cyklu m uszą być w ykonywane procedury diagnostyczne pam ięci i procesora. N astępnie odczytywane są stany w ejść układu. K olejno urucham iany je s t główny program zależnościow y. W program ie tym na początku spraw dza się położenie zw rotnicy poprzez analizę inform acji o sygnałach kontrolnych. G dy są sygnały kontrolne, program sprawdza, czy w ydano polecenie przestaw ienia zw rotnicy. W przypadku, gdy nie wydano, zostają zapisane stany w yjść i następuje koniec cyklu. N atom iast gdy polecenie przestaw ienia zostało w ydane, następuje sprawdzenie czy zadane położenie je s t różne od obecnego. W przypadku gdy je s t zgodne, program przechodzi do końca cyklu, poniew aż zw rotnica nie musi być przestaw iana. W przeciwnej sytuacji sprawdzone zostaje użycie przycisku IZ, którym dyżurny ruchu bocznikuje zestyk przekaźnika kontroli niezajętości odcinka zw rotnicow ego.

W przypadku norm alnej obsługi urządzeń, gdy przycisk IZ nie został użyty, następuje w yda­

nie polecenia przestaw ienia zw rotnicy i koniec cyklu. U życie przycisku IZ pow oduje zareje­

strow anie tego faktu zgodnie z w ymaganiam i kolejowym i. N a rys. 7 je st przedstaw iony algo­

rytm pracy w sytuacji braku kontroli położenia zwrotnicy. Spraw dza się wtedy, w jak im po ło ­ żeniu znajdow ała się ona w poprzednim cyklu działania urządzeń. O dbywa się to poprzez zm ienną w ew nętrzną stan. Przez pojęcie stan należy rozum ieć położenie, w jak im znajdow ała się zw rotnica, czyli plusow e lub m inusow e, ew entualnie rozprucie zw rotnicy lub położenie pośrednie. Spraw dzenie w ymienionej zmiennej w ew nętrznej, łącznie z k ontrolą w artości prą­

du kontrolnego lub stanu zestyków napędu, ma na celu stw ierdzenie czy brak kontroli w ystą­

pił na skutek rozprucia zw rotnicy, czy na skutek pośredniego położenia zw rotnicy. W przy­

padku stw ierdzenia rozprucia je s t to sygnalizow ane operatorow i (dyżurnem u ruchu, nastawni - czem u) i po procedurze zgodnej z przepisam i m oże nastąpić anulow anie tego stanu. W przy­

padku braku kontroli obsługujący urządzenia nie m a inform acji o położeniu zw rotnicy i nie m oże jej zdalnie przestaw iać.

Do pam ięci sterow nika w prow adza się dwa program y - A i B. Zgodnie z norm am i [1 0 ,1 1 ] m u szą je pisać różni program iści. W yniki tych program ów są porów nyw ane i w przypadku zgodności uzyskanych w yników je st w ydaw ane polecenie nastaw cze. W dal­

szej części pracy przedstaw im y fragm enty program u A napisane za pom ocą języków graficz­

nych: FBD (Function B łock Diagram - rys. 8) oraz LD (Lader D iagram ). Są one bardzo po­

pularne, szczególnie LD, ze w zględu na sw oje podobieństw o do struktury obw odów przekaź­

nikowych.

Rys. 6. Algorytm działania mikroprocesorowego układu sterowania zwrotnicą - część podstawowa Fig. 6. Algorithm o f operation of a microprocessor-based switch points control system - basic part

Rys. 7. Algorytm działania mikroprocesorowego układu sterowania zwrotnicą dla sytuacji awaryjnych Fig. 7. Algorithm o f operation of a microprocessor-based switch points control system - emergency situations -

lack of points position control, points splitting

Rys. 8. Widok ekranu z fragmentem programu w języku FBD Fig. 8. Screen of the FBD

L iteratura

1. M ikulski J., Paw licki M.: M odel półsam oczynnej blokady liniowej dla potrzeb zastosow a­

nia sterow ników m irkroprocesorow ych. Zeszyty N aukow e Politechniki Śląskiej, s. 121 *■

128, z. 30, W ydaw nictw o Politechniki Śląskiej, G liw ice 1998,

2. Z ajączkow ski J., K alicińska K., O lendrzyński W .: Elektryczne urządzenia zabezpieczenia ruchu kolejow ego - urządzenia stacyjne. W KiŁ, W arszaw al976.

3. M ościcki Z.: Trójfazow y zw rotnicow y układ naśtawczy. A utom atyka K olejow a, N r 8/1987, s. 169-172.

4. K em pny J.: P rzebudow a układu zw rotnicowego jednofazow ego z przekaźnikam i JRJ. A u­

tom atyka K olejow a, N r 7/1990, s. 125-127.

5. K em pny J., R oszkow ski E.: Zm odernizow any jednofazow y układ nastaw czy zw rotnic.

A utom atyka K olejow a, N r 2/1988, s. 29-31.

6. Instrukcja o planow ych rem ontach kapitalnych i inw estycjach ulepszeniow ych urządzeń sterow ania ruchem i telekom unikacji kolejowej w Przedsiębiorstw ie Państw ow ym PKP.

D yrekcja G eneralna PK P, W arszaw a 1996.

7. W prow adzenie do obsługi i program ow ania sterow ników serii 90-30 firm y G E FANUC.

A B -M IC R O S.C ., W arszaw a 1994.

8. A utom ation System Product Rangę. B em ecker & R ainer, Eggelsberg 1992.

9. K asprzyk J., H ajda J.: Programow anie sterow ników PLC. W ydaw nictw o Pracow ni K om ­ puterow ej Jacka Skalm ierskiego, G liw ice 1998.

10. prEn 50128, R ailw ay A pplications: Software for railw ay control and protection systems.

June 1997.

11. W ym agania bezpieczeństw a dla urządzeń sterow ania ruchem kolejow ym . Zakład Stero­

w ania R uchem i Z asilania CNTK, Tem at nr 1060/23, kw iecieńl997.

R ecenzent: D oc.dr inż. Zbigniew Ginalski W płynęło do R edakcji 15.10.1999 r.

A bstract

T he p ap er presents a switch points circuit designed on the basis o f a PLC controller.

T his type o f solution was proposed to be applied in m odernised points drives. This solutions fills in the gap on the market of control equipm ent, that exist betw een the system used in m icroprocessor or hybrid circuits and the conventional relay-based ones. The versions de­

signed for industrial and sand railways include one PLC controller w ith a dual software and a relay interface to couple the system with relay equipm ent. In the case o f proposal ad­

dressed to PK P there included two PLC controllers ensuring tw o-channel data processing.

T w o program routines, A and B are introduced into the com puter’s m em ory. A ccord­

ing to the rules, they should be written by tw o program m ers separately. R esults yielded by these program s are com pared and when they match, the setting order is issued. Further on in the paper there w ill be presented fragments of A program (w ritten in graphic languages, FBD (Function B lock D iagram ) and LD (Lader D iagram ). They are very popular because o f their sim ilarity to the relay circuit structures.