Biztonsági rendszerekek 2 Vezérlı berendezés

Átírás

1 Biztonsági rendszerekek 2 Vezérlı berendezés Villamosmérnök BSc szak

2 Az irányítási feladatot megoldó berendezés Alapjeladó Összehasonlító Kezelı felület Érzékelı Szabályozó Központi vezérlı Vasúti folyamat Perifériák Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

3 A vezérlı berendezések megvalósítási lehetıségei: Mechanikus elemekkel Pneumatikus elemekkel Hidraulikus elemekkel Mágneses elemekkel Villamos elemekkel Elektromechanikus (jelfogós) rendszerek Elektronikus rendszerek Mikroelektronikai rendszerek Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

4 Megjegyzés A felsorolásban a jelfogós rendszerekig csak fix programú automaták valósíthatók meg korszerő jelfogós rendszereknél már bizonyos átprogramozási lehetıséget jelent az ún. programdugaszok alkalmazása Az elektronikai elemekkel is kialakíthatók fix programú automatikák, a mikroelektronikai elemek viszont lehetıvé teszik a programozott logikák kialakítását Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

5 Generációk együttélési problémája (1) Együttélés - gazdasági szükségszerőség Nagy kiterjedéső, hálózati rendszer Nagy megtérülési idejő rendszerelemek Együttélésbıl származó problémák Különbözı rendszerek illesztése: komoly mőszaki feladatot jelent Régebbi berendezések kevésbé biztosítják a pontos forgalomirányítást (nagyobb késések) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

6 Generációk együttélési problémája (2) Megoldás: Megbízhatóság (élettartam, használati idı) növelése Berendezés típusok számának csökkentése Megoldás nehézsége ( interoperabilitás!!!) a berendezéseknél megfigyelhetı technológiaváltások során a használati idı egyre csökken Berendezések életkora növekszik ( elöregedés ) Berendezések rendkívül sokfélék (alkatrész, illesztési felület, helyszínfüggı megoldások) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

7 Biztonsági vezérlı-rendszerek alapjai (1) Fail-safe elv A (valódi) fail-safe tulajdonság: a funkcióban jelentkezı meghibásodások közvetlenül eredményezik a rendszer biztonságos állapotát. Realizálási mód: a vezérlı rendszerben az energia szegény (illetve energiamentes) állapotot reteszelés, tiltás értelmében használják. Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

8 Biztonsági vezérlı-rendszerek alapjai (2) A jelfogós rendszerek általában fail-safe módon viselkednek biztonsági jelfogók N típusú (I. biztonsági osztály) C típusú (II. biztonsági osztályú) A jelfogó konstrukciójánál fogva alkalmas fail-safe áramkörök kialakítására - megfelelı kapcsolási elvek alkalmazásával teljesíthetık a biztonsági feltételek Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

9 Biztonsági vezérlı-rendszerek alapjai Kvázi fail-safe elv (3) A kvázi fail-safe tulajdonság: a meghibáso-dás nem közvetlenül vezet a biztonságos állapothoz, hanem : egy ellenırzı kapcsolás kijelzi a hibát, és ezután kerül a rendszer a biztonságos állapotba. Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

10 Biztonsági vezérlı-rendszerek alapjai (4) Kvázi fail-safe elv realizálási módja: megfelelı biztonsággal rövid idı alatt mőködı ellenırzés és lekapcsolás útján. Az elektronikus, többcsatornás mikroprocesszoros rendszerek általában kvázi fail-safe módon mőködnek. Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

11 Jelfogós rendszerek alkatelemei Jelfogók konstukciója

12 Jelfogó, mint áramköri elem (1) A jelfogó elektromágneses úton mőködtetett kapcsoló - van kitüntetett meghibásodási iránya fail-safe (=hibabiztos) kialakítás lehetséges - van biztonsági alkalmazások számára kialakított formája Feladata: egy vezérlı áramkör révén ettıl galvanikusan független vezérelt áramköröket mőködtetni (szakítani vagy zárni) Fontos alkalmazási terület a jelfogós biztonsági rendszerek alkatrészeiként Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

13 Egyszerő (monostabil) biztonsági jelfogó elvi felépítése 1. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

14 Jelfogó alkatrészek tulajdonságai Jelfogók alapvetı alkatrészei Horgony az érintkezık mozgatását végzi Cséve a vezérlı áramkörben Érintkezık a vezérelt áramkör(ök)ben A jelfogó horgonyának, csévéjének állapotai Ejtett jelfogó cséve gerjesztetlen Húzott jelfogó cséve (általában) gerjesztett Jelfogó érintkezık állapotai vezetı - az áramkört zárja nem vezetı - az áramkört szakítja, bontja Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

15 Jelfogó érintkezık elnevezése funkciójuk alapján A jelfogó érintkezı a fenti állapotokat a jelfogó mindkét helyzetében elérheti Nyugalmi érintkezı: a jelfogó ejtett helyzetében zár (húzott helyzetében szakít), ezeket általában az érintkezısáv alsó részére ~, Munka érintkezı: a jelfogó ejtett helyzetében szakít (húzott helyzetében zár) - ezeket a érintkezısáv felsı részére szerelik Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

16 Jelfogó érintkezık konstrukciós kialakítása (1) Az érintkezı álló része az ún. érintkezı sávra szerelt érintkezı törzs az érintkezı rúgóval (az érintkezı felület nyerges kiképzéső) Az érintkezı mozgó része az érintkezı lécbe szerelt hengeres kialakítású érintkezı rúd Érintkezı rúgó konstrukciós elhelyezése normál érintkezı késleltetett ( idızített ) érintkezı (jelölésük h ) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

17 Jelfogó érintkezık konstrukciós kialakítása (2) (normál és késleltetett érintkezı) 8. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

18 Jelfogó érintkezık konstrukciós Nyugalmi érintkezınél kialakítása (3) érintkezı törzs rúgóval felfelé szerelve, érintkezı rúd az érintkezı rúgó felett Munka érintkezınél érintkezı törzs rúgóval lefelé szerelve érintkezı rúd az érintkezı rúgó alatt Speciális érintkezı típus - erısáramú (nagy terhelhetıségő érintkezı kb. 10 A-ig) - helyigényük nagyobb (jelölésük E ) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

19 Jelfogó érintkezık speciális kialakítása Telefon jelfogóknál speciális érintkezı-pár az ún. morze-érintkezı 9. ábra Biztonsági jelfogók esetén morze érintkezı nincs, szükség esetén egy nyugalmi és egy munka érintkezıvel oldható meg a feladat Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

20 Jelfogóérintkezık mőködési fázisai Meghúzás esetén 1) normál nyugalmi szakít 2) késleltetett munka zár 3) késleltetett nyugalmi szakít 4) normál munka zár Elejtés esetén 1) normál munka szakít 2) késleltetett nyugalmi zár 3) késleltetett munka szakít 4) normál nyugalmi zár Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

21 A mőködési fázisok értékelése A fenti mőködésmódból következik, hogy egy biztonsági jelfogó mőkdése során van olyan pillanat, amikor a normál érintkezık egyike sem záródik A mőködési sorrendbıl kiolvasható, hogy a késleltetett érintkezıknél ilyen teljes szakítás nincs, a telefontechnikában ezt nevezték elıbb záró, aztán bontó érintkezı párnak Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

22 Jelfogós vezérlések biztonsága (1) A jelfogós áramkörökben a veszélyes folyamatok engedélyezése általában: jelfogó meghúzásával, érintkezık zárásával (munkaáramú elv) VV F VB Bi(ztosíték) Veszélyes folyamat vezérlése zárlat az érintkezın Feltétel ellenırzése Veszélyes folyamat bekapcsolása 4. ábra Vt (visszatérı) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

23 Jelfogós vezérlések biztonsága (2) Az F feltételt megvalósító érintkezı lehetséges hibái: zárlat vagy szakadás Zárlat esetén a feltétel ellenırzése megszőnik - a vezérlés a feltétel meg nem léte esetén is létrejöhet, ez veszélyes hiba, valószínősége F v (K) Szakadás esetén a feltétel megléte ellenére sem kapcsolódik be a veszélyes folyamat, ez tehát akadályozó hiba, valószínősége F (K) a Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

24 Jelfogók hibabiztos kialakításának alapjai A jelfogós rendszerek általában fail-safe módon viselkednek N típusú (I. biztonsági osztály) C típusú (II. biztonsági osztályú) Biztonsági jelfogók konstrukciós jellemzıi (alkatrész szintő redundanciák) érintkezık kényszerkapcsolata érintkezık mozgásának korlátozása (rúgóhatároló) A jelfogó alkalmas fail-safe áramkörök kialakítására Megfelelı kapcsolási elvek alkalmazásával teljesíthetık a biztonsági feltételek Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

25 Biztonsági jelfogó kialakítása (XJ típus) 7. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

26 XJ jelfogó 1 - cséve 2 - mágnesház 3 - horgony 4 - horgonykar 5 - légréshatároló 6 - érintkezı 7 - pótsúly 8 - érintkezıléc 9 - érintkezıhíd Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

27 Biztonsági jelfogók (1) Fı jellemzıjük az érintkezık téves ragadva maradása fı okainak lehetı elkerülése: Mechanikus ok: a horgony megfelelı finommechanikai kialakítása Mágneses ok: megfelelı mágneses anyagok alkalmazása Villamos ok: az alkalmazott megoldástól függıen két alapvetı kategória (N és C típus) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

28 Biztonsági jelfogók (2) A biztonsági jelfogók általános tulajdonságai Valamennyi érintkezı kényszerkapcsolatban van egymással (= érintkezık kényszervezetése) Az érintkezı-rúgó mozgását rúgóhatároló korlátozza Speciális konstrukciós megoldások Dugaszolhatóság Felcserélhetetlenség Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

29 Biztonsági jelfogók (3) Az érintkezık kényszervezetése miatt szükség esetén mód van hiba-ellenırzésre Érintkezık speciális konstrukciója miatt összehegedésük esetén összes hasonló érintkezınek meg kell szakadnia összes ellenkezı érintkezınek szakadva kell maradnia Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

30 Ellenırzési lehetıségek (1) Egyetlen munkaérintkezı zárásából következik valamennyi nyugalmi érintkezı szakítása (de nem következik a többi munkaérintkezı zárása) Egyetlen nyugalmi érintkezı zárásából következik valamennyi munkaérintkezı szakítása (de nem következik a többi nyugalmi érintkezı zárása) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

31 Ellenırzési lehetıségek (2) Késleltetett (elıbb záró, aztán bontó) érintkezık esetén ez az ellenırzési lehetıség nincs meg - biztonsági áramköröknél általában nem alkalmazzák ezt az érintkezı típust Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

32 I. biztonsági osztályú jelfogók (N) (N típus = not controlled nem ellenırzendı) A jelfogó horgony elejtése a gerjesztés megszőnésekor biztonságosan megtörténik A munka-érintkezık téves ragadva maradását szén és ezüst érintkezı anyagok alkalmazásával kizárja (nem kell ellenırizni) A nyugalmi érintkezık ellenırizhetıségét az érintkezık szokásos kényszervezetett kialakítása itt is biztosítja Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

33 II. biztonsági osztályú jelfogók (C) (C típus = controlled ellenırzendı) A munka-érintkezık téves ragadva maradása ezüst-ezüst érintkezı anyagok alkalmazása miatt nem kizárt (ellenırizni kell az ejtıképességet!) Ejtıképesség ellenırzése egy nyugalmi állapotban záró (nyugalmi) érintkezıvel Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

34 Normál biztonsági jelfogók Ellenırzési feladat megoldására normál kivitelő (ún. semleges) jelfogó - ami monostabil elemet képez Biztonsági feltételek ellenırzésére csak ilyen monostabil elem alkalmazható Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

35 Tároló funkció megvalósítási lehetıségei Bistabil jelfogó alkalmazásával Tapadó jelfogó - állapot tárolás mágneses úton (remanencia kihasználásával) Támasz jelfogó - állapot tárolás mechanikus alátámasztás útján Monostabil elem öntartó áramkörben - állapot tárolás villamos úton Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

36 Támasz jelfogó elvi felépítése (1) (alapállapot) 2. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

37 (alkatrészek megnevezése az elızı ábrán) Támasz jelfogó elvi felépítése (2) (mőködési állapot) 3. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

38 Támasz jelfogó kialakítása (1) Az elıbbi elvi ábrán a alapba állításakor rúgó viszi vissza a jelfogót alaphelyzetébe - ez biztonsági jelfogóknál nem megengedhetı A támaszjelfogó valóságos megvalósításakor a két jelfogó egymás mellett (XJ jelfogók esetén) vagy egymás alatt (TM jelfogók esetén) helyezkedik el (mindig függılegesen!) Az alátámasztást megfelelıen kialakított finommechanikai szerkezet biztosítja (. ábra) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

39 Támasz jelfogó kialakítása (2) 4. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

40 XJ támasz jelfogó 5. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

41 TM támasz jelfogó 6. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

42 Jelfogó csévék kialakítása (1) Csévék hengeres vasmagra tekercselve Kivezetések csavarokhoz erısítve - megfelelı színjelölésekkel Az XJ jelő biztonsági jelfogók csévéi egy, két vagy három egymástól független tekercset tartalmaznak - egy jelfogónak több egymástól független helyrıl történı vezérlését teszi lehetıvé Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

43 Jelfogó csévék kialakítása (2) 1 tekercses cséve jelölése az ABC nagy betüivel (A,B,...) 2 tekercses cséve lehetséges kivitele szimmetrikus (jelölés AA, BB... stb.) aszimmetrikus (jelölés: kis betü és szám) Szokásos tekercs adatok huzal jellemzık (átmérı, szigetelési mód, stb.) - a cséve betüjele utal erre menetszám ellenállás fajlagos gerjesztés θ [AM/V] Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

44 Jelfogó típusok Leggyakrabban használt biztonsági jelfogók INTEGRA = XJ típus (szokásos érintkezı szám 3-17) = TM típus (szokásos érintkezı szám: 10) Hengstler Jelfogók fıbb mőszaki jellemzıi érintkezı szám, ~ elrendezés (a nyugalmi és munkaérintkezık aránya tetszıleges lehet) gerjesztés szükséglet Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

45 Jelfogók érintkezı elrendezése Mőködés szempontjából fontos jellemzı a nyugalmi és munka érintkezık száma C típusú biztonsági jelfogóknál legalább 1 nyugalmi és 1 munka érintkezı szükséges az ellenırzés végrehajtására Jelfogók szokásos jelölése összes érintkezı római számmal/nyugalmi érintkezı szám arab számmal (pl. IX/4) munka/nyugalmi érintkezı szám arab számokkal (pl. ugyanaz a jelfogó 5/4) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

46 Pótsúlyok alkalmazása (1) Az érintkezık kényszervezetését biztosító érintkezı léc hossza az összes érintkezı számától függ Sok nyugalmi érintkezı esetén az érintkezıléc súlya önmagában nem elég a megfelelı rúgónyomás biztosítására - ilyenkor pótsúllyal kell kiegészíteni a súlyt (ami persze a jelfogó gerjesztés-igényét megnöveli) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

47 Pótsúlyok alkalmazása (2) Az érintkezıléc szükséges súlya: G össz =2 e ny p min + p b ahol e ny - a nyugalmi érintkezık száma p min - a szükséges minimális rúgónyomás p b - biztonsági tartalék súly Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

48 10. ábra XJ jelfogók pótsúly táblázata Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

49 Jelfogók mőködési paraméterei (1) Gerjesztés szükséglet [AM] Húzási tartomány H Θ hmax Θ hmin Húzási feltétel E Θ emax Θ emin Tartási feltétel Ejtési feltétel Ejtési tartomány Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

50 Jelfogók mőködési paraméterei (2) Az ábrában szereplı H húzási és ejtési tartomány az azonos típusú jelfogókhoz tartozó gyártási tőrésekbıl adódik - ez a C típusú (II. biztonsági osztályú) jelfogókra jellemzı Az N típusú (I. biztonsági osztályú) jelfogók esetén pontos meghúzási és ejtési értékeket adnak meg a gyárak E Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

51 Jelfogók mőködési paraméterei (3) Cséve által elıállított gerjesztés Θ = ahol: Θ - a gerjesztés [AM] I a csévén átfolyó ára erıssége [A] U a jelfogóra jutó feszültség [V] R cs a cséve ellenállása [Ω] A korábban szerepelt fajlagos gerjesztés: θ = I N Θ U = = N R cs Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I U R cs N ( Θ[ AM ])

52 Jelfogók jósági tényezıje (1) A meghúzási és ejtési gerjesztésekbıl, feszültségekbıl, áramerısségekbıl képzett viszonyszám (kétféle definíció szokásos) q = Θ Θ e,min h,max = U U e,min h,max = I I e,min h,max < 1 Q = Θ Θ h,max e,min vagy = U U h,max e,min h,max e,min > 1 Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I = I I

53 Jelfogók jósági tényezıje (2) A jelfogó jósági tényezıjének folytonosan változó analóg jel kiértékelését végzı jelfogós áramkörök esetén van jelentısége (pl. marginális áramkörök, szigetelt sínáramkörök) Impulzus üzemben dolgozó jelfogók esetén a mőködési idıket befolyásolja Kapcsoló üzemben dolgozó vezérlı jelfogók esetén kevésbé fontos paraméter Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

54 Jelfogók jósági tényezıje (3) Szokásos értéke q=0,25 (Q=4) Jósági tényezı javításának szokásos módja a cséve és a mágnesház közé helyezett réz-közbetét alkalmazása (0,3.. 0,5 mm vastag) Ezzel megnövekszik a légrés - a gerjesztés szükségletek felfelé eltolódnak, de az ejtési és meghúzási értékek aránya nagyobb lesz Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

55 Jelfogó gerjesztési táblázat (részlet) XJ (C) típusú jelfogók gerjesztési [AM] adatai * lehetséges, de a gyár által nem javasolt érintkezı elrendezések Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

56 Érintkezık mőszaki jellemzıi Érintkezı anyaga - általában ezüst Érintkezı rúgónyomás: 20 (±10%) g (tehát szükséges minimális nyomás 18 g) Megfelelı rúgónyomás esetén az átmeneti ellenállás kb. 20 mω Érintkezı anyagának korróziója normál környezetben ezüstoxid - jó vezetı kénes környezetben ezüstszulfid - rossz vezetı, fontos a megfelelı rúgónyomás és az érintkezı öntisztító konstrukciója Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

57 Jelfogó érintkezık megbízhatóságának növelése (1) Vezérlések megbízhatóságának növelésére egy lehetséges megoldás az érintkezık duplázása: veszélyes helyzet valószínőségét csökkenti (érintkezı áthidalás), de akadályozó hiba valószínőségét viszont növeli (a nem záró érintkezı miatt) Emiatt ez nem tökéletes módszer Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

58 Jelfogó érintkezık megbízhatóságának növelése (2) Olyan megoldás a célszerő, ami változatlan biztonság mellett az üzemkészséget növeli. Lehetıségek: minıségileg új kapcsolási elemek alkalmazása, az elemek különleges áramköri elrendezése, redundáns kapcsolás. Az ilyen új kapcsolási elemet az érintkezıkonstrukciók módosításával nyerjük Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

59 A jelfogó érintkezık konstrukciós megoldásai Szokásos jellemzık: érintkezési/szakítási helyek száma (rúgók száma, E) érintkezési pontok száma (e) Az egyes érintkezı-típusokat egy E/e jellegő számpárral adhatjuk meg Szokásos megoldás szerint: biztonság növelésére E=2 megbízhatóság növelésére e=2 Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

60 Különbözı jelfogóérintkezı megoldások: a) egyszerő b) párhuzamos c) soros d) soros-párhuzamos 5. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

61 Hibavalószínőségek alakulása Alkalmazandó jelölések: az e i érintkezési pontnál jelentkezı zárlat jellegő hiba valószínősége: ( e z) P i / az e i érintkezési pontnál jelentkezı szakadás jellegő hiba valószínősége ( ) P e i / sz A példa vezérlı áramkör különbözı meghibásodásainak valószínősége az érintkezı konstrukciójától függıen alakul a következık szerint Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

62 a) egyszerő jelfogó érintkezı (KDR) Konstrukciós kialakítás jellemzıje: E=1, e=1 (vagyis E/e= 1/1) A hibavalószínőségek: F F v a = P(e/z) = P(e/sz) K K 6. ábra érintkezési hely (E=1) érintkezési pont (e=1) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

63 b) párhuzamos jelfogó érintkezı Konstrukciós kialakítás jellemzıje: E=1, e=2 (vagyis E/e= 1/2) K K 7. ábra érintkezési hely (E=1) érintkezési pontok (e=2) A hibavalószínőségek: F F v a = = P(e P(e 1 1 /z) + /sz) P(e P(e 2 2 /z) /sz) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I = = 2 P e 1 P(e/z) 2 (e/sz) e 2

64 c) soros jelfogó érintkezı (pl. XJ) Konstrukciós kialakítás jellemzıje: E=2, e=1 (vagyis E/e= 2/1) K K e ábra e 21 érintkezési helyek (E=2) A hibavalószínőségek: F F v a = = P(e P(e /z) /sz) P(e + 21 P(e érintkezési pont (e=1) /z) 21 /sz) P(e/sz) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I = = P 2 2 (e/z)

65 d) soros-párhuzamos jelfogó érintkezı Konstrukciós kialakítás jellemzıje: E=2, e=2 (vagyis E/e= 2/2) K érintkezési helyek (E=2) érintkezési pontok (e=2) e 11 E e 12 1 E 2 e 21 e 22 K 9. ábra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

66 d) folytatás (pl. TMa jelfogó) A valószínőségek a soros-párhuzamos érintkezıre F F v a = [ P(e /z) + P(e /z)] [ P(e /z) + P(e /z)] P(e 11 = 2 P(e/z) 2 = 11 = 2PQ 2 /sz) P(e (e/sz) 12 P(e/z) 12 /sz) = 4 P + P(e (e/z) /sz) P(e /sz) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

67 Példa: = és z P sz P = ,00E-04 9,00E-05 8,00E-05 7,00E-05 6,00E-05 5,00E-05 4,00E-05 3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05 0,00E+00 a b c d Akadályozó hiba Veszélyes hiba 10. ábra Veszélyes hiba Akadályozó hiba szakadás zárlat Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

68 Jelfogók jellegzetes tulajdonságai (1) zavarokkal szemben érzéketlen mőködtetı feszültség [ V] és mőködési idı [ ms] viszonylag nagy van kitüntetett meghibásodási irány: szakadás jellegő meghibásodás esetén - jelfogó horgony elejtése, áramkörök megszakítása nagy biztonsággal: érintkezı konstrukció (kettıs szakítás) nagy érintkezı távolság Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

69 Jelfogók jellegzetes tulajdonságai (2) Jó ellenırzési és hibajelzési viszonyokaz érintkezık kényszervezetése miatt (nyugalmi és munka érintkezık egyidejő zárása konstrukciósan kizárt) Megbízhatóság vizsgálat szempontjából elıny, hogy a jelfogókra vonatkozó parciális meghibásodási ráták ismertek így megbízhatóság jól számítható Fenntartási igényük csekély Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

70 Jelfogók alkalmazási területei Hagyományos biztosítóberendezéseknél (és az elektronikus biztosítóberendezéseknél is) fenti kedvezı tulajdonságaik miatt interfész feladatok ellátására alkalmazzák Elektronikus biztosítóberendezéseknél meghibásodások esetén tápfeszültség lekapcsolás és jelzı megálljra állítás feladatát is általában jelfogók látják el Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

71 Váltóállítás villamos váltóhajtómővel

72 Követelmények (1) A váltóhajtómő tegye lehetıvé a váltó állítását, végállásban a csúcssínek állandó ellenırzését (egyenként csatlakoztatott ellenırzı rudakkal, megfelelı végállásellenırzı érintkezıkkel), a csúcssínek rögzítését (külsı vagy belsı reteszeléssel), szükség esetén a váltó kézi átállítását (hajtókar). A forgásirány legyen reverzálható ( menetirány menet közben megfordítható legyen) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

73 Követelmények (2) Váltóhajtómő kivitele lehet felvágható fel nem vágható Felvágható váltónál külön reteszelı szerelvényt lehessen beépíteni, a felvágási kapcsolat rúgóereje, az ún. rögzítı erı nagyobb legyen, mint az állítóerı Az alkalmazott dörzskapcsolattal az állítóerı beszabályozható legyen Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

74 Követelmények (3) Csúcssínellenırzés csak a váltó végállásában következhessen be A váltóhajtómő átállításának ideje illeszthetı legyen a forgalmi igényekhez állomáson elvárt idı 3 s körü gurítódombi váltók esetén 1 s-nál rövidebb Váltóállításra alkalmazható egyen- és váltakozó áramú motor egyaránt Hajtómő kivitele illeszkedjen a külsıtéri alkalmazási feltételekhez Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

75 Villamos váltóhajtómő Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

76 A villamos váltóhajtómő szerkezete (1) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

77 A villamos váltóhajtómő szerkezete (2) (Jelmagyarázat a váltóhajtómő szerkezetéhez) 1. motor 2. homlokfogaskerék 3. csavarkerék 4. hajtómőház 5. csillagkerék 6. átkapcsoló emeltyő 7. görgı 8. ellenırzı rúd 9. ~ ~ vájata 10. fogasrúd 11. érintkezırendszer 12. tárcsarendszer 13. kábelbevezetı 14.hajtókar csatlakozó Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

78 Váltóhajtómő vázlatos szerkezeti rajza Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

79 Váltóállítómő bekötési változatai Kitérı lehetséges kialakítása bal kitérı jobb kitérı Hajtómő szerelhetı váltó jobb oldalára váltó bal oldalára a szerelés módjától függıen lesz az állító rúd kitolva vagy behúzva Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

80 Egyfázisú (egyenáramú) villamos motor Egyenáramú motor egyetlen vezetékpárról mőködtethetı - soros és sönt motorként egyaránt Fıáramkörő Mellékáramkörő Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

81 Egyfázisú (egyenáramú) villamos motor (2) Forgó mozgás az álló- és forgórész tekercsek mágneses tereinek kölcsönhatására jön létre Táplálás polaritásának megfordításával az álló- és forgórész tekercsben is változik az áramirány - forgásirány marad Váltók állításánál feltétlenül szükség van forgásirány váltásra: állítás egyenesbıl kitérıbe és fordítva - állórészen két (különbözı irányú mágneses teret létrehozó) tekercset helyeznek el) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

82 Egyfázisú (egyenáramú) villamos motor (3) További fontos igény a váltó végállás ellenırzése - görgı érintkezıkkel (m1 és m2) Görgı érintkezık kialakítása két késleltetett (átlapolt, elıbb záró, aztán bontó) morze érintkezıpárként Görgıérintkezık funkciója állítás végén az állítóáram lekapcsolása végállásellenırzés révén visszajelentés adása a váltó helyzetérıl Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

83 Váltó állító áramkör legegyszerőbb (SIEMENS) kivitele Gurítódombi alkalmazás-ra egyenáramú motorral ún. három vezetékes (kábeleres) kapcsolás visszajelentés egy másik három vezetékes kapcsolást igényel (összesen 6) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

84 A SIEMENS kapcsolás mőködése A rajzolt helyzetben a váltó egyenes (+) állásban van Kitérıbe (Minuszba) állítás során a tápfeszültség a jobb oldali tekercsre kapcsolódik (Y és Z) - a motor elindítja a hajtómővet, ennek hatására elıször az m2 görgıérintkezı záródik - az áramkörben szereplı mindkét görgı érintkezı zárja az áramkört a váltó átállásának végén átvált az m1 érintkezı - a hajtómő önmagát lekapcsolja. Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

85 A kapcsolás értékelése Elıny: a félállású váltó esetén záró m1 és m2 görgıérintkezın keresztül megvalósít-ható a forgásirány reverzálása (a vezérlı jelfogó állapota dönti el, hogy melyik tekercs kap feszültséget) Hátrány: az m1 - m2 morze érintkezı-pár két záró érintkezıjét felhasználja az állító áramkör - így a visszajelentés számára csak a félállásban két szakító érintkezı marad (a visszajelentés ilyenmódon félállású váltó esetén sötét marad (nem biztonságos) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

86 Klasszikus SIEMENS váltó visszajelentés görgı érintkezık váltó vezérlı jelfogó érintkezıi foglaltságérzékelı jelfogó érintkezıi Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

87 Váltóállító motoráramkör továbbfejlesztett (4 vezetékes) változata a görgı érintkezık közé beépített (3 jelő) járulékos vezetékkel a visszajelentés biztonságosan megoldható a kapcsolás váltakozó áramról is mőködtethetı Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

88 Váltóhajtómő ellenırzı áramköre Váltó állítás és ellenırzés egymást kizáró mőveletek állító feszültséget állítás mentes idıben távol kell tartani a motortól állítás ideje alatt nincs végállásellenırzés A folyamatok szétválasztására támasz jelfogó pár alkalmazható egyik állásban az ellenırzı áramkört, másikban az állító áramkört kapcsolja a 4- vezetékes kapcsolásra Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

89 Váltó kapcsolás nyugalmi állapotban Alapállásban a feszültségváltó bal oldali (egy-pontos) tagja ejtett Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

90 Váltó kapcsolás állítás alatt Állítás alatt a feszültségváltó bal oldali (egypontos) tagja húzott (csak fázis rajz) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

91 Az egyfázisú váltókapcsolás felépítése Az ellenırzı áramkört általában 48 V-os egyen feszültségrıl táplálják Az állító áramkör tápfeszültsége az alkalmazott motortól függıen kezdetben alkalmazott egyenáramú motor esetén kb. 150 V-os (az átkapcsoló támaszjelfogót telepátkapcsolónak is nevezték), váltakozó áramú motor esetén 220 V-os (a tekercs váltakozó áramú impedanciájának nagyobb értéke miatt) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

92 Az ellenırzı áramkör elvi felépítése Váltó ellenırzı jelfogó Feszültségváltó Váltó állás szokásos elnevezése: plus minusz Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

93 Az elvi ellenırzı-áramkör mőködése Váltó egyenes állásában az m2 görgıérintkezın keresztül húz a pluszellenırzı jelfogó (1-3 csatlakozásokon át) Kitérı állásban a minusz-ellenırzı jelfogó húz (2-3 csatlakozásokon át) Állítás alatt (félállásban) mindkét görgıérintkezı szakítja az áramkört - mindkét ellenırzı jelfogó ejtett helyzető Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

94 Az elvi ellenırzı-áramkör értékelése Elınye a kapcsolásnak az egyszerősége Hátránya, hogy csak a görgıérintkezı állását ellenırzi (többi áramköri elemet nem), és nem tudja kijelezni a váltó felvágás tényét A váltó félállásának két oka lehet másik állásába akarjuk állítani a váltót a csúcssín nem szándékozott módon, jármő hatására kerül félállásba Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

95 Váltófelvágás A simuló csúcssín feles állásának oka lehet: állítórúd felıl érkezı erıhatás - amikor át akarjuk állítani a váltót a váltógyök felıl helytelen irányból érkezı kerék felıl érkezı erıhatás speciális eset lehet a gurítódombi ún. részarányos váltó íves csúcssínje felıl érkezı erıhatás Felvágásról beszélünk, ha a csúcssín nem szándékozott módon, a kerék hatására nyílik meg Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

96 Váltófelvágás érzékelése A váltófelvágás érzékelésére egy memória elemre van szükség, ami tárolja a váltó utoljára beállított (szándékozott) állását Ez az elem a váltóvezérlı támaszjelfogó-pár két tagja a plusz ill. minusz váltóvezérlı jelfogó a váltó plusz állásában a plusz-vezérlı jelfogó van húzott (alátámasztott) helyzetben Az ellenırzı áramkört ezzel a tároló elemmel kiegészítve kapjuk a következı áramköri megoldást Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

97 Váltó ellenırzı áramkör Váltó-vezérlı támaszpár A váltóvezér jelfogók érintkezıi csak az egyik váltóellenırzı jelfogó áramkör zárását készítik elı Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

98 Váltó állítás folyamata Elıször a feszültségváltó támaszpár átkapcsolja a váltó hajtómővet az ellenırzı áramkörrıl az állító áramkörre Ezután megtörténik a váltóvezérlı támasz-pár átállítása, amivel rögzítik a szándékozott váltóállást (minden vezérléssel ellenkezı állásba állítjuk a váltót) A váltóállítás végén megtörténik a feszültségváltó támaszpár visszaállítása (állító áramkörrıl visszaváltunk az ellenırzı áramkörre) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

99 Váltó felvágás esete Váltófelvágás esetén a csúcssín felıl érkezı erı hatására a hajtómő eredeti állásával ellentétes állásba kerül anélkül, hogy a vezérlı támaszpár átállt volna A görgıérintkezık átváltása miatt az ellenırzı áramkörbıl kiiktatódik az ellenırzı jelfogó és a négybıl két kábelér ellenállása - a körben folyó áram annyira lecsökken, hogy az áramkör biztosítéka kiolvad - jelezve a felvágás tényét (biztosíték biztonsági funkciót lát el) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

100 Váltókapcsolás háromfázisú motor esetén Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

101 Váltókapcsolás háromfázisú motor esetén Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

102 Váltó- kapcsolás háromfázisú motor esetén A hajtómőnek az ellenırzı és állító áramkörrel való együtt,mőködése az egyfázisú kapcsoláshoz hasonló Váltófelvágás tényét hasonló módon a biztosíték kiolvadásával jelzi és rögzíti A három fázis megfelelı rákapcsolásával biztosítható az indításhoz szükséges forgó mágneses tér kialakulása Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

103 A feszültségváltó jelfogó áramköre Az E, V és F jelő érintkezı hálózatokat csak jelöli az ábra: E - egyéni váltóállítás V - automatikus (vágányutas) váltóállítás F - az állítás biztonsági feltételei Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

104 Egyéni váltóállítás A kezelés biztonságának növelésére két nyomógomb egyidejő kezelésével lehet kiváltani az állítást egyéni váltóállító gomb közös váltóállító gomb Az állítást a nyomógomb jelfogók egy-egy munkaérintkezıjének zárása jelzi Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

105 Nyomógomb jelfogó alkalmazása A nyomógomb konstrukciója nem teszi lehetıvé kettınél több érintkezı elhelyezését A szükséges érintkezı mennyiség biztosítására nyomógomb jelfogó alkalmazása szükséges (esetenként egy-egy nyomógombhoz több jelfogóra is szükség lehet) A feszültségváltó jelfogó áramkörében már ezek a nyomógomb jelfogó érintkezık szerepelnek Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

106 Nyomógomb jelfogók kapcsolása Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

107 A váltó állíthatóságának feltételei (1) A váltók a jármővek útvonalának legveszélyesebb szakaszai A balesetek elkerülésére a következı biztonsági feltételeket kell megvalósítani Váltót nem szabad állítani, ha azon jármő tartózkodik, vagy ha jármő a csúcsín közelítési szakaszában mozog A vonat közlekedésének idejére a már helyes állásba állított váltó átállítását ki kell zárni (váltó lezárás) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

108 A váltó állíthatóságának feltételei (2) A váltók foglaltságánek érzékelésére is szigetelt sínáramkörök alkalmazhatók A váltó szigetelt sín feladatai csúcssín, mint mozgó alkatrész védelme, profil védelem - biztonsági határjelen belüli jármő ne veszélyeztethesse a másik irányon való mozgást csúcs felıl közeledı jármő elıtt elkezdett állítás a jármő odaérkezése elıtt befejezıdjön (= dinamikus aláváltás védelem) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

109 A váltó állíthatóságának feltételei (3) A foglaltságérzékelésre alkalmas sínáramkör nyugalmi áramú elven épül fel - a vevıt jelentı ún. szigetelt sín jelfogó alapállása húzott - a foglaltság hatására ejt el Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

110 Váltóállítási feltételek beépítése Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

111 Szigetelés kikapcsoló (SzK) jelfogó (1) Szigetelt sín kikapcsolása veszélyes kezelés: a meghibásodott biztonsági függıségek kihagyását jelenti - emiatt van szükség a kezelés regisztrálására, számlálására Ilyenkor a biztonság garanciája a kezelı személyzet - ez jelenti az automatika tartalék síkját Korszerőbb megoldásnál szőkebb szolgáltatású automatika is lehet tartalék sík Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

112 Szigetelés kikapcsoló jelfogó (2) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

113 Az áramkör biztonságának növelése Az érintkezı zárlat jellegő meghibásodásának esélyét a biztonsági jelfogó érintkezı kontrukciója csökkenti (soros-redundancia) Az áramkörbe jutó idegen telepfeszültség veszélyes hatását egy további jelfogó soros beiktatása zárja ki (ez az ún. váltóvezérlés vizsgáló jelfogó) Az áramkör strukturája miatt plusz zárlat esetén a vizsgáló, minusz zárlat esetén a feszültségváltó nem tud meghúzni Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

114 Váltóvezérlés vizsgáló jelfogó beépítése Az áramkör felépítése biztosítja a zárlat ellenırzési lehetıséget Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

115 A hajtómotor forgásirányának vezérlése A korábbiakban ismertetett áramkör további kiegészítésével a következı elvi ábrát kapjuk Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

116 További biztonsági megoldás a nyomógomb-jelfogók ejtésellenırzése A váltóállító nyomógomb jelfogók ragadva maradása veszélyeztetést okozhat közös jelfogó ragadvamaradása esetén nem kívánt állítás (egyetlen gomb is elég) egyéni gomb ragadvamaradása esetén a közös ill. szigeteltsín kikapcsoló nyomógobok kezelése jelent veszélyt Alapállásellenırzés a nyomógomb jelfogók nyugalmi érintkezıivel (idık folyamán több féle megoldás született) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

117 Nyomógomb jelfogók alapállásellenırzése Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

118 Váltóvezérlı támaszpár mőködése (1) Váltóvezérlı jelfogó funkciói váltó ellenırzı jelfogó áramkörének elıkészítése váltó forgásirányának meghatározása Az állítási igények (reverzálható forgásirány) miatt a váltóvezérlı támaszpár állását minden kezelés során meg kell fordítani (függetlenül a váltó állásától) plusz állású váltót minuszba kell vezérelni minusz állású váltót pluszba Állítás idejére ezt az állítási igényt tárolni kell Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

119 Váltóvezérlı támaszpár mőködése (2) A támaszpár átváltását a váltóvezérlés vizsgáló jelfogó meghúzása váltja ki - de húzott állapota esetén csak egyszer szabad átváltani a támaszpárnak A támasz jelfogó-pár vezérlése külön jelfogóval plusz tagjának meghuzatását egy P, minusz tagjának meghuzatását egy M jelü jelfogóra lehet bízni Az állítási információ tárolásának egyik lehetséges módja a tartó áramkör kialakítása Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

120 Váltóvezérlı támaszpár mőködése (3) Ellenırizhetı, hogy egy kezelés hatására egyszer mőködik a megfelelı Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

121 Váltóvezérlı támaszpár függetlenített érintkezıkkel A támaszpár plusz ill. minusz tagjának függetlenített érintkezıi helyettesítik a külön P és M jelfogókat A feszültségváltó és váltóellenırzı jelfogók érintkezıi a C típusú jelfogók érintkezıinek ellenırzése miatt szükségesek Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

122 Állítóáram kapcsoló és idızítı jelfogók áramköre (1) A váltók állítása során bizonyos idıellenırzéseket kell végezni a motor indíthatósága érdekében a 3 kábelérre kell kapcsolni a három fázis 0-pontját gondoskodni kell róla, hogy ha a váltó nem tud végállásba kerülni, akkor egy bizonyos idı (kb. 7-8 s) letelte után az állítóáramot lekapcsoljuk - a motor védelme érdekében Megoldás megfelelı elejtési idızítéssel rendelkezı jelfogókkal (késleltetés R-C taggal) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

123 Állítóáram kapcsoló és idızítı jelfogók áramköre (2) Az alkalmazott jelfogók elnevezése: idızítı jelfogó (ábrán balról jobbra), korai kioldást megakadályozó jelfogó állítóáram kapcsoló jelfogó A késleltetési idık szükséges értéke hajtómotor indítása ~ 1,5 s s állítás végét figyelı jelfogó aktiválása hajtómotor leállítása m2 átvált m1 átvált Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

124 Az idızítı jelfogó elvi felépítése késleltetett jelfogók elıkészítése a váltó nyomógomb kezelése után rögtön váltó állítása 2 ütemő kezeléssel Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

125 Az elvi áramkör értékelése A késleltetı jelfogó áramkörébe a kondenzátoron kívül zárlatvédelem miatt szükséges soros ellenállást is beépíteni - emiatt a töltés is exponenciális felfutás szerint történik Célszerő a feltöltést már a váltó állítási igénye elıtt megkezdeni Eredményes váltóállítás esetén nincs szükség az idızítı jelfogó késleltetett elejtésére (RC tag lekapcsolva) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

126 Az idızítı jelfogó felépítése Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

127 A hajtómotor indítása és leállítása (1) Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I

128 A hajtómotor indítása és leállítása (2) Az áramkörben a korai kioldást megakadályozó jelfogó munkaérintkezıje az állítási idı elején mesterséges 0 pontot kapcsol a váltókapcsolás 3 kábelpontjára - így alakul ki a motor indulásához szükséges forgó mágneses tér Eredményes állítás után az átváltó görgıérintkezı visszaállítja a feszültségváltó jelfogót eredeti - ellenırzı állásába Visszaállítás az R-T ill. S-T fázisok közötti (egyenirányított) vonali feszültséggel Vill.mérn. BSc Bizt.rendszerek-I