Построение сигналов телеуправления, телесигнализации и цикловой синхронизации

Введение
ДЦ – совокупность устройств ж/д автоматики и телемеханики, включая АБ, ЭЦ стрелок и сигналов на станции, системы телеуправления (ТУ) и телесигнализации(ТС), позволяющие поездному диспетчеру задавать поездной и маневровый маршруты на отдельных пунктах диспетчерского участка из единого центрального пункта поста ДЦ.
Устройства ДЦ являются эффективными средствами регулирования движения поездов и обеспечения безопасности, как на однопутных, так и на многопутных участках.
Первая система ДЦ появилась в СССР на Московской ж/д в 1936. Эта система была разработана институтом ГИПРОТРАНССИГНАЛСВЯЗЬ. Данная система ДВК использовала принципы построения аппаратуры ТУ и ТС временного кода.
В 1955 г. Вместо системы ДВК на сети ж/д стали применять систему ПЧ ДЦ разработанную во ВНИИЖТ. В данной системе сигналы ТУ и ТС передавались поляризованными импульсами, сигналы ТС частотными.
В 1961 г. была разработана и начала внедрятся система ЧДЦ. В данной системе аппаратура канала ТС была выполнена на бесконтактных элементах. В данной системе применяется частотный код с 4 импульсными признаками (500, 600, 800 Гц) для передачи сигнала ТС, для передачи сигнала ТС частоты – 1650, 1950, 2250, 2550 Гц.
В 1967 г. была разработана система «Нева» с циклическим контролем состояния объектов. Продолжительность цикла составляла 5 сек, при этом число объектов составляло 1380.
Дальнейшее развитие породило систему «Луч» в 1978 г. В данной системе число каналов ТС насчитывает до четырех, а емкость - до 1840 объектов. Данное расширение стало возможно благодаря применению в канале ТУ трехзначной относительно - фазовой манипуляции и сокращению полосы частот, занимаемой этим каналом. Все релейно-контактные схемы, сохранившиеся в тракте ТУ системы «Нева», были заменены бесконтактными логическими.
Практика внедрения системы «Луч» оказалась не весьма удачной. При увеличении объема бесконтактной логической аппаратуры ее надежность уменьшается. Вследствие чего система такого класса, как «Луч» обязательно должна иметь резервирование комплекта аппаратуры для обеспечения живучести. Данная задача стояла перед разработчиками, но решить ее не удалось. Совершенно очевидно, что система «Луч» должна была иметь не только современное конструктивное исполнение, но и рациональною систему электропитания переменным током от стабилизированных выпрямителей, встроенных в изделия.
Во время разработки и внедрения систем ДЦ циклического действия укрепились представления о тесной связи устройств диспетчерской централизации с техникой железнодорожной технологической связи. Здесь информация передается не с помощью речи, а в форме дискретных сообщений, вследствие чего устройства ДЦ не должны требовать создания и внедрения новых структур связи, отличных от традиционных. Оценивая системы диспетчерской централизации циклического действия требуется признавать, что системы ориентированы на пользователя, а не на автоматизированные устройства диспетчерского управления, а также что в каналах ТС допускается снижение требований к достоверности передачи. Это считается допустимым, т.к. информация обновляется через каждые 5 с. Если же изредка и придет ложное сообщение, то пользователь - диспетчер легко отличит его от достоверной информации. При автоматизации диспетчерского управления требования к достоверности информации повышаются. Системы циклического действия уже не могут удовлетворять новым требованиям без их реконструкции.
1. Построение сигналов телеуправления, телесигнализации и цикловой синхронизации
Исходные данные
Сигнал ТУ содержит 31 такт по 16 мс. Последний 31-й такт не имеет границы в виде завершающего изменения фазы.
Рис. 1. Построение сигнала ТУ
Такт 0, всегда передаваемый пассивным качеством, т.е. с изменением фазы на +1200, является служебным – признаком начала передачи сигнала ТУ. Отсутствие изменения фазы в течение заданного времени (34 мс) фиксируется на линейных пунктах как окончание сигнала ТУ.
Такты 1-12, содержащие код адреса станции, предназначены для выбора ЛП, на который передается данный сигнал ТУ. Код адреса станции имеет постоянный вес, т. е. из 12 тактов шесть передаются активным качеством и шесть — пассивным. Эти 12 тактов делятся на нечетные и четные. Для построения шести нечетных тактов используются все возможные сочетания из шести по одному, из шести по три и из шести по пять (табл.1). Каждый из шести четных тактов получает значение, инверсное значению предыдущего нечетного такта.
Таблица 1
Номер адреса станции Логический символ в такте
1 3 5 7 9 11
12 0 1 1 0 1 0
Шесть следующих тактов сигнала ТУ 13-18 используются для выбора группы управляемых объектов. Код номера группы также имеет постоянное число единиц. Из шести тактов три всегда передаются активным качеством (табл.2), поэтому на каждом ЛП может быть до 20 групп объектов (). Кодовые комбинации номеров групп отличаются друг от друга не менее чем двумя символами.
Таблица 2
Номер адреса группы Логический символ в такте
13 14 15 16 17 18
4 0 0 1 1 1 0
Такты 19-26 предназначены для выбора команды в группе. Для кодирования десяти номеров команд используется код с постоянным весом. Для построения четырех нечетных тактов используются сочетания из четырех по два. Каждый из четырех тактов принимает либо прямое, либо инверсное значение предыдущего нечетного такта. Указанным способом может быть получено 12 кодовых комбинаций (), однако комбинации 11110000 и 00001111 для кодирования номеров команд в системе не используются. Коды номеров команды отличаются друг от друга не менее чем в четырех тактах

. Кодовая комбинация номера команды приведена в табл.3.
Таблица 3
Номер команды Логический символ в такте
19 20 21 22 23 24 25 26
2 0 0 1 1 1 1 0 0
Четыре последних такта сигнала ТУ 27-30 предназначены для повышения защищенности от трансформации одной команды в другую. Эти четыре такта содержат код признака команды, для построения которого используют сочетания из четырех по два. Это позволило получить шесть признаков (табл.4). Кодовая комбинация каждого признака отличается от любой другой не менее чем в двух тактах.
Таблица 4
Номер признака команды Признак команды Логически символ в такте
27 28 29 30
2 Маршрут поездной:
четный 0 1 1 0
Кодовые комбинации частей сигнала и сам сигнал ТУ будет иметь вид:
Адрес ЛП Адрес группы Команда Признак
Номер такта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Качество такта 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0
Двоичный символ Возможные реализации в виде изменений фазы
«1»
«0»
Такты 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
º 2
º
1
º 3
Качество такта 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0
2. Разделитель фаз
Разделитель фаз (РФ) центрального поста предназначен для формирования образцовых последовательностей прямоугольных импульсов Ао, Во, Со частотой 500 Гц, сдвинутых друг относительно друга на 1200.
Схема РФ содержит распределитель на шесть выходов, образованный счетными триггерами 1.1-1.3.
Элементы 2.1-2.6 используются для выбора одной из шести позиций, а элементы 3.1-3.3-для формирования образцовых последовательностей.
Элемент 3.1 на своем выходе формирует образцовую последовательность Ао, поэтому на его входы подаются сигналы с элементов 2.1-2.3, которые соответственно выбирают позиции 0-2 распределителя.
Элемент 3.2 формирует последовательность Во, отстающую по фазе от Ао на 120 градусов. На входах этого элемента объединяются позиции 2-4 распределителя.
Элемент 3.3 формирует последовательность Со, отстающую от Во на 120 градусов или опережающую Ао на 120 градусов. Этот элемент на своих входах объединяет позиции 4, 5 и 0.
Разделитель фаз РФ работает непрерывно, получая прямоугольные импульсы частотой 3000 Гц от генератора ЦГЛ по цепи 8.
Работа схемы РФ поясняется временной диаграммой.
Число импульсов, поступивших на вход Состояние счетных триггеров Сигналы на выходах логических элементов Сигналы на выходах схемы
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 3.3
14 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Рис.2. Состояние РФ в 14 импульсе.
При поступлении 14 импульса триггер 1.2 и 1.3 находятся в состоянии 0, триггер 1.1 в состоянии 1. На входе элемента 2.2 образуется сигнал 1, на входах элементов 2.1, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 будет сигнал 0.
На выходе элемента 2.2 сигнал 0, поэтому на выходе элементов 2.1, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 образуется сигнал 1. Элементы 3.2, 3.3 на своих входах имеют сигнал 1, а на 3.1 – сигнал 0.
В результате этого на выходе элемента 3.1 образуется 1, а на выходе 3.2 и 3.3 – 0. Это означает, что формируется импульсы последовательности В0, и интервал последовательностей А0 и С0.
3. Модулятор сигналов телеуправления
Модулятор сигналов телеуправления (МТУ) предназначен для управления фазой синусоидальных колебаний переменного тока частотой 500 Гц, вырабатываемых центральным генератором ЦГЛ.
Модулятор состоит из реверсивного счетчика, образованного триггерами Тг. 1.1, Тг. 1.2 и Тг. 1.3; входных элементов И-НЕ 4.1-4.6; выходных элементов И-НЕ 5.1-5.3, И-НЕ 6.1-6.3 и элементов управления ИЛИ - НЕ 1.1, И - Не 3.1, ИЛИ-НЕ 2.2, ИЛИ-НЕ 2.1, И-НЕ 1.2-1.4, И-НЕ 6.4 и Или - НЕ 7.1.
Модуляция фазы переменного тока в канале ТУ при передаче сигналов ТУ и ЦС достигается переключением трехпозиционного реверсивного счетчика в новые рабочие позиции. Из восьми возможных позиций реверсивного счетчика в качестве рабочих используют три, условно обозначенные буквами A, B и С.
Выбор рабочих позиций реверсивного счетчика обусловлен тем, что каждой из рабочих позиций поставлено в соответствие состояние одного триггера, называемое характерным. Так, для позиции А характерным является состояние 0 триггера Тг. 1.1, для позиции В – состояние 1 триггера Тг. 1.2, а для позиции С – состояние 1 триггера Тг. 1.3.
Если триггеры реверсивного счетчика из-за сбоя переключаются в позицию, образующую одну из комбинаций 100, 010, 001, 011 или 111, то на выходе элемента И-НЕ 6.4 и входе элемента ИЛИ-НЕ 7.1 появляется сигнал 0. Возникший при этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7.1 сигнал 1 возвращает триггеры в состояние, образующее комбинацию 000. Эта комбинация является рабочей, она соответствует позиции А.
Рис. 3. Модулятор сигналов ТУ при заданном состоянии С.
В заданном состоянии (состоянии С) МТУ на вход элемента 1.1 по цепи 2 поступает сигнал 1 и на выходе образуется сигнал 0.
На вход элементов 1.2-1.4 по цепи 7 поступает сигнал 1, на выходах образуется сигнал 011.
Элементы 2.1 и 2.2 имеют на своих входах сигнал 0, на выходах - 1.
У И-НЕ 3.1 на верхнем входе сигнал 1; на нижнем - 1. На выходе – сигнал 0. Элементы 4.1, 4.3-4.6 находятся в состоянии 0; 4.2 в состоянии 1. На входах триггеров 6.1-6.2 сигнал 1; 6.3 сигнал 0. В МТУ образовалась комбинация 001.
Обозначение состояния схемы Состояние триггеров Сигналы на шинах Сигналы на выходах схемы
Т.г. 1.1 Т.г. 1.2 Т.г. 1.3 Т.г. 1.4 1 2 3 4 5 6 6.1 6.2 6.3
С 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1
Рис