Генератор сигналов тональных рельсовых цепей

Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и может быть использована для контроля состояния рельсовых цепей в устройствах систем автоматической блокировки и электрической сигнализации.
Известен генератор сигналов рельсовых цепей, содержащий блок генераторов, выполненный в виде двух идентично сопряженных модулей преобразования и обработки сигналов, усилителя и блока питания усилителя, блок контроля безопасности, а также интерфейсы входа и выхода, и подключенный к ним блок питания, при этом блок генераторов выполнен с возможностью сравнения сигналов на выходе усилителя и сигналов на интерфейсе ввода и динамической подачи результатов сравнения на блок контроля безопасности [Блок контроля рельсовых цепей БКРЦ, Руководство по эксплуатации 41571-300-00 РЭ, Руководящие материалы МПС РФ, Москва, дата публикации: 31.12.2003 г.]
Недостатком известного технического решения является возможность его самогенерации, вследствие чего может произойти ложное срабатывание, что приведет к некорректной работе генератора.
В качестве прототипа выбран генератор сигналов тональных рельсовых цепей, содержащий блок генераторов, выполненный в виде двух идентично сопряженных модулей преобразования и обработки сигналов, усилителя и блока питания усилителя, блок контроля безопасности, а также интерфейсы входа и выхода, и подключенный к ним блок питания, при этом блок генераторов выполнен с возможностью сравнения сигналов на выходе усилителя и сигналов на интерфейсе ввода и динамической подачи результатов сравнения на блок обеспечения безопасности, а также с возможностью проверки идентичности вычислений в каждом из независимых каналов [RU2253586C1, дата публикации: 10.06.2005 г., МПК B61L 23/16].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является исключение ложных срабатываний за счет проверки идентичности вычислений в каждом из независимых каналов. Однако недостатком прототипа является низкая надежность блока питания, поскольку в его состав входят электролитические конденсаторы, которые требуют периодической замены. Если замены не происходит, то емкость конденсатора уменьшается ниже допустимого значения, вследствие чего возникает риск выхода из строя блока питания, что может привести к нарушению нормальной работы генератора в целом.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик генератора сигналов тональных рельсовых цепей.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности генератора сигналов тональных рельсовых цепей.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Генератор сигналов тональных рельсовых цепей содержит интерфейс, блок генераторов сигналов тональных рельсовых цепей, блок контроля безопасности и подключенный к ним блок питания с конденсаторами. В отличие от прототипа генератор сигналов тональных рельсовых цепей дополнительно содержит модуль контроля состояния блока питания, подключенный к блоку питания и блоку контроля безопасности, а блок контроля безопасности выполнен с возможностью получения данных от модуля контроля состояния блока питания, определения неисправности блока питания с учетом полученных данных и передачи сигнала о неисправности блока питания на интерфейс.
Интерфейс может быть представлен интерфейсами ввода и вывода. Интерфейс ввода предназначен для подключения цепей электропитания и настройки блока генераторов сигналов тональных рельсовых цепей на требуемую частоту.
Интерфейс вывода содержит выводы для подключения к аппаратуре ТРЦ, в том числе системы диспетчерского контроля работоспособности, и панель, отражающую текущее состояние генератора сигналов тональных рельсовых цепей (ТРЦ). Текущее состояние генератора может быть определено при помощи индикаторов, например, ламп или светодиодов, обеспечивающих оповещение о неисправности в блоках генератора сигналов ТРЦ.
Интерфейсы ввода и вывода могут быть выполнены в виде релейной розетки, клемм или других разъемных электрических соединений.
Блок генераторов сигналов тональных рельсовых цепей предназначен для формирования цифрового амплитудно-манипулированного (АМ) сигнала на любом из каналов настройки ТРЦ. Блок генераторов сигналов может быть представлен микроконтроллером и может быть выполнен в виде одной или нескольких идентичных схем генерации сигналов, одна из которых является основной, а другие - дополнительными. Также в состав блока генераторов сигналов могут входить компоненты, позволяющие регулировать выходные параметры сигнала, а также осуществлять контроль параметров сигнала, например, регулятор напряжения выходного сигнала, усилитель мощности, фильтры или элемент контроля исправности параметров сигнала.
Вход блока генераторов сигналов ТРЦ подключен к интерфейсу ввода, что обеспечивает возможность получения необходимых сигналов тональных рельсовых цепей, а выход, на котором с помощью встроенных средств происходит преобразование сигнала в аналоговую форму, подключен к блоку контроля безопасности и интерфейсу вывода.
В случае если блок генераторов сигналов ТРЦ выполнен в виде двух идентичных схем генерации сигнала, то схемы имеют один общий выход сигнала ТРЦ, на котором цифровой АМ сигнал преобразуется в аналоговую форму и поступает на вход интерфейса вывода, для чего он может содержать схему цифроаналогового преобразования. При нормальной работе генератора сигналов ТРЦ генерация сигналов происходит на основной схеме генерации сигналов, а дополнительная схема обеспечивает функцию горячего резервирования. При выходе из строя основной схемы генерации сигналов (переход в состояние отказа) генерация сигналов на общий выход происходит через дополнительную схему. Отказ только одной из схем генерации сигналов рассматривается как предотказное состояние, при котором генератор сигналов тональных рельсовых цепей остается работоспособным, но теряет функцию горячего резервирования.
Блок генераторов сигналов может дополнительно содержать регулятор напряжения выходного сигнала, который позволяет уменьшать/увеличивать напряжение при взаимодействии с интерфейсом вывода.
Для усиления выходного сигнала генератора к блоку генераторов сигналов и выходу блока питания может быть подключен усилитель мощности, выход которого подключен к интерфейсу вывода. Для дополнительной защиты от импульсных помех выход усилителя мощности может быть соединен с симметричным фильтром нижних частот, выход которого соединен со входом интерфейса вывода.
Дополнительно блок генераторов сигналов ТРЦ может содержать модуль контроля исправности параметров сигнала, формируемого основным или дополнительными модулями генерации сигналов по методу сравнения с параметрами внутреннего сигнала.
Блок питания обеспечивает энергией блок генераторов сигналов тональных рельсовых цепей и другие компоненты устройства. В состав блока питания могут входить плата, на которой могут быть смонтированы мостовой выпрямитель, электролитические конденсаторы, стабилизаторы напряжения и другие электронные компоненты, способствующие выполнению основной функции блока питания, в том числе электромагнитное реле питания. Вход блока питания подключен к интерфейсу ввода, а выход подключен к входу блока генераторов сигналов и входу блока контроля безопасности.
Для защиты генератора сигналов тональных рельсовых цепей от отказов, выход блока питания может дополнительно содержать электромагнитные реле питания, выход которых может быть подключен к входу усилителя мощности или входу интерфейса вывода в зависимости от варианта исполнения блока генераторов сигналов, при этом управление блоком электромагнитных реле питания обеспечивается блоком генераторов сигналов ТРЦ.
Модуль контроля состояния блока питания обеспечивает возможность сбора данных о состоянии элементов блока питания, в том числе о значении емкости электролитических конденсаторов, входящих в состав блока питания и являющихся его наименее надежными компонентами. Модуль контроля состояния блока питания может быть выполнен в виде отдельного микроконтроллера, вход которого подключен к блоку питания, в том числе к электролитическим конденсаторам, а выход - к блоку контроля безопасности. Также модуль контроля состояния блока питания может входить в состав блока питания или блока контроля безопасности. Наиболее предпочтительным вариантом реализации является исполнение модуля контроля состояния блока питания в составе блока питания, поскольку обеспечивается минимальный путь сигнала от источника, например электролитических конденсаторов, до приемника (модуля контроля состояния блока питания), вследствие чего снижается вероятность воздействия на сигнал помех различной природы, что позволяет минимизировать вероятность искажения сигнала, в результате чего также увеличивается надежность блока питания и генератора сигналов тональных рельсовых цепей в целом.
Блок контроля безопасности представляет собой микроконтроллер, обеспечивающий идентификацию неисправностей в блоке генераторов сигналов тональных рельсовых цепей и передачу полученной информации на интерфейс вывода. Входы блока контроля безопасности подключены к блоку питания, модулю контроля состояния блока питания и выходу блока генераторов сигналов, а выход подключен к входу интерфейса вывода.
Блок контроля безопасности выполнен с возможностью получения данных от модуля контроля состояния блока питания, определения неисправности блока питания с учетом полученных данных и передачи сигнала о неисправности блока питания на интерфейс. Для этого блок контроля безопасности может содержать внутреннюю базу условий неисправности, которая обеспечивает возможность сравнения блоком контроля безопасности полученного от модуля контроля состояния блока питания текущего значения параметров блока питания и в случае, например, если емкость электролитических конденсаторов уменьшается ниже допустимого значения, то блоком контроля безопасности обеспечивается передача сигнала о необходимости замены электролитических конденсаторов на интерфейс вывода, вследствие чего снижается риск нарушения нормальной работы или выхода из строя блока питания, что приводит к повышению надежности генератора сигналов тональных рельсовых цепей в целом.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
- генератор сигналов тональных рельсовых цепей дополнительно содержит модуль контроля состояния блока питания, подключенный к блоку питания и блоку контроля безопасности, благодаря чему обеспечивается возможность сбора данных о состоянии элементов блока питания, в том числе о значении емкости электролитических конденсаторов, входящих в состав блока питания и являющихся его наименее надежными компонентами.
- блок контроля безопасности выполнен с возможностью получения данных от модуля контроля состояния блока питания, определения неисправности блока питания с учетом полученных данных и передачи сигнала о неисправности блока питания на интерфейс, благодаря чему обеспечивается возможность идентификации нарушений в работе блока питания и заблаговременного предупреждения о возможном выходе блока питания из строя.
Совокупно перечисленные выше существенные признаки позволяют передавать сигнал о предотказном состоянии блока питания на интерфейс вывода за счет фиксации изменений в состоянии элементов блока питания, в том числе емкости электролитических конденсаторов ниже допустимого уровня, что снижает риск нарушения нормальной работы или выхода блока питания из строя.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности генератора сигналов тональных рельсовых цепей, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики генератора сигналов тональных рельсовых цепей.
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1 - Функциональная схема генератора сигналов тональных рельсовых цепей.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути полезной модели ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая полезная модель ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Генератор сигналов тональных рельсовых цепей содержит интерфейсы 1 и 2 ввода и вывода, подключенные к ним блок 3 генераторов сигналов и блок 4 контроля безопасности и подключенный к ним блок 5 питания с электролитическими конденсаторами (не показаны на фигурах). При этом блок 5 питания содержит модуль 6 контроля его состояния, подключенный к блоку 4 контроля безопасности.
Полезная модель работает следующим образом:
После установки интерфейса 1 ввода в розетку реле происходит подача электропитания и автоматическая настройка генератора на требуемую частоту, после чего сигнал поступает в блок 3 генераторов сигналов, где формируется цифровой амплитудно-манипулированный (АМ) сигнал. На выходе блока 3 генераторов сигналов происходит преобразование сигнала в аналоговую форму, после чего сигнал передается в блок 4 контроля безопасности и на интерфейс 2 вывода.
Блок 4 контроля безопасности получает данные о состоянии блока 5 питания при помощи модуля 6 контроля состояния блока питания, который входит в состав блока 5 питания, и если емкость электролитических конденсаторов блока питания (не показаны на фигурах) становится меньше допустимого значения, хранящегося во внутренней базе условий неисправности блока 4 контроля безопасности, то происходит передача сигнала на интерфейс 2 вывода, после чего начинает мигать светодиодный индикатор “Питание”, уведомляющий о возникшей неполадке, что позволяет своевременно провести замену электролитических конденсаторов, снизив риск нарушения нормальной работы блока 5 питания и увеличив надежность генератора сигналов тональных рельсовых цепей в целом.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности генератора сигналов тональных рельсовых цепей, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики генератора сигналов тональных рельсовых цепей.