СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА ПО НЕКОДИРУЕМЫМ СТАНЦИОННЫМ ПУТЯМ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
METHOD OF CONTROL OVER TRAIN MOTION OVER NONCODING STATION TRACKS AND SYSTEM FOR ITS APPLICATION

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматического управления движением поездов на перегонах и станциях.
Известны способ автоматического управления движением поездов на перегонах и станциях и реализующая его система, в которых передачу сигнальных показаний путевых светофоров на локомотивный светофор в кабине машиниста осуществляют только при движении поезда по кодируемым путям станции и перегона (Леонов А.А. "Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации" М., Транспорт, 1982, с.256).
Недостатком известного способа и реализующей его системы является то, что при движении по некодируемым путям в кабину машиниста не поступает информация о соответствии маршрута, по которому должен следовать поезд, напольному светофору, показаниями которого руководствуется машинист. При плохой видимости светофоров и маршрутных указателей, а также вследствие усталости, случаются ошибки, при которых машинисты руководствуются светофорами и маршрутными указателями других маршрутов и начинают или продолжают движение поезда по неправильному маршруту или с неправильной скоростью. Это приводит к экстренным торможениям поезда и другим опасным ситуациям.
Известны способ автоматического управления движением поездов на станциях и реализующая его система, в которых передачу сигнальных показаний путевых светофоров на локомотивный светофор в кабине машиниста осуществляют при движении поезда по кодируемым путям станции, для чего вводят кодирование путей как на всех поездных, так и на всех маневровых маршрутах путем оборудования путевых и локомотивных устройств дополнительной аппаратурой на основе рельсопроводных линий связи (RU 2277051, B60L 15/20, 27.05.06).
Недостатком известного способа и реализующей его системы является сложность аппаратуры, что удорожает систему и затрудняет форсированное оснащение этой аппаратурой железнодорожного транспорта.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению является принятый в качестве прототипа способ управления движением поезда по некодируемым станционным путям, включающий передачу по одному радиоканалу цифровой связи информации о номере приготовленного маршрута движения поезда от поездного диспетчера в бортовую ЭВМ локомотива, считывание из электронной памяти бортовой ЭВМ локомотива уникальных радиоадресов путевых светофоров, относящихся к текущему маршруту следования в системе радиосвязи диапазона ISM и их координат расположения, привязанных к плану станции и глобальным географическим координатам по системе спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС и по мере продвижения поезда по маршруту последовательное установление радиообмена кодированной основной информацией между бортовой ЭВМ локомотива и микроЭВМ устройства управления очередного по маршруту движения поезда светофора по протоколу радиосвязи диапазона ISM и в пределах прямой видимости этого светофора из кабины локомотива, обмен с ним кодированной проверочной информацией по оптическому каналу связи, образованному группами светоизлучающих диодов светофорной головки и размещенными на локомотиве фотоприемниками; кодированная информация, передаваемая с локомотива в направлении очередного путевого светофора по каналу радиосвязи диапазона ISM, содержит уникальные адреса участвующих в радиообмене приемопередатчиков, информация, передаваемая от очередного путевого светофора в направлении локомотива, включает данные о сигнальном показании светофора и координате его расположения светофора на плане станции; кодированная проверочная информация, предаваемая по оптическому каналу от светофора на локомотив, содержит данные о сигнальном показании светофора и координате расположения светофора на плане станции (RU 2381125, B61L 27/00, 10.02.10).
Система управления движением поездов, реализующая вышеуказанный способ, содержит на пути светофоры, каждый из которых имеет сигнальные огни, образованные группами силовых светодиодов с одинаковыми для каждой группы диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн видимого света, и микропроцессорный блок управления сигнальными огнями, причем группы силовых светодиодов подключены к блоку питания через блок коммутации, образованный контактами сигнальных реле схемы управления огнями светофора, а входы управления группы силовых светодиодов соединены с выходами микропроцессорного блока управления сигнальными огнями, первый порт которого через блок сопряжения соединен с блоком коммутации, на каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив, при этом бортовая ЭВМ соединена с дисплеем, силовой установкой локомотива, устройством автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, с бортовым блоком системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником спутниковой навигационной системы, на каждом из локомотивов и светофоров установлены блоки приемопередатчиков маломощного радиоканала связи, соединенные своими входами, соответственно, с бортовой ЭВМ и со вторым портом микропроцессорного блока управления сигнальными огнями, третий порт которого соединен с дополнительной группой силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн, причем на каждом из локомотивов установлен фотоприемник инфракрасного диапазона длин электромагнитных волн, выходом подключенный к бортовой ЭВМ.
Известный способ и реализующая его система позволяют команды установки маршрута, предварительно разрешенного дежурным по станции, передать на локомотив по мощному радиоканалу и производить воздействия на аппаратуру электрической централизации (ЭЦ) удаленной станции, непосредственно передавая приказ по радиосвязи с подъехавшего к ней локомотива. Такой режим важен для малодеятельных станций, удаленных и не имеющих связи по каналам магистральной проводной и радиосвязи с центральным пунктом диспетчерского управления движением.
Недостатком известного способа и реализующей его системы является то, что информацию о номере поезда светофору всегда передает сам поезд. При этом имеется более высокая вероятность ошибки, связанной с тем, что будет установлена связь между светофором, не относящимся к маршруту, и поездом, так как локомотивные устройства могут ошибочно считать из своей памяти информацию о светофоре, не относящемся к текущему маршруту. В большинстве случаев, когда маршруты устанавливаются непосредственным воздействием из центра диспетчерского управления на аппаратуру ЭЦ по каналам магистральной проводной или радиосвязи, имеется возможность дополнительно повысить безопасность движения.
Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности движения при установке маршрутов движения поездов непосредственным воздействием из центра диспетчерского управления на аппаратуру ЭЦ без использования локомотивных устройств в качестве промежуточных средств.
В части способа технический результат достигается тем, что в способе управления движением поезда по некодируемым станционным путям, включающем передачу по радиоканалу цифровой связи, информации о номере приготовленного маршрута движения поезда, от поездного диспетчера, в бортовую ЭВМ локомотива, считывание из электронной памяти бортовой ЭВМ локомотива уникальных радиоадресов путевых светофоров, относящихся к текущему маршруту следования, в системе радиосвязи диапазона ISM и их координат расположения, привязанных к плану станции и глобальным географическим координатам по системе спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, и по мере продвижения поезда по маршруту последовательное установление с начала радиообмена кодированной основной информацией между бортовой ЭВМ локомотива и микро ЭВМ устройства управления очередного по маршруту движения поезда светофора по протоколу радиосвязи диапазона ISM, и далее в пределах прямой видимости этого светофора из кабины локомотива обмен с ним кодированной проверочной информацией по оптическому каналу связи, образованному группами светоизлучающих диодов светофора и размещенными на локомотиве фотоприемниками, при этом кодированная информация, передаваемая с локомотива в направлении очередного путевого светофора по каналу радиосвязи диапазона ISM, содержит уникальные адреса участвующих в радиообмене приемопередатчиков, а информация, передаваемая от очередного путевого светофора в направлении локомотива, включает данные о сигнальном показании светофора и координате расположения светофора на плане станции, кодированная проверочная информация, предаваемая по оптическому каналу от светофора на локомотив, содержит данные о сигнальном показании светофора и о координате расположения светофора на плане станции, согласно изобретению с микроЭВМ устройств управления светофорами по каналам проводной связи на устройства электрической централизации станции передают номер поезда, для которого приготовлен текущий маршрут, и вводят эти данные в проверочную информацию, передаваемую по оптическому каналу связи.
В части устройства технический результат достигается тем, что в системе управления движением поезда по некодируемым станционным путям, содержащей установленные на пути светофоры, в каждом из которых микропроцессорный блок управления светофорными огнями своими выходами подключен к управляющим входам групп силовых светодиодов с одинаковыми для каждой группы диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн, образующих сигнальные огни, группы силовых светодиодов подключены к блоку питания через блок коммутации, образованный контактами сигнальных реле схемы управления огнями светофора, первый порт микропроцессорного блока управления светофорными огнями каждого светофора через первый блок сопряжения соединен с блоком коммутации, на каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив, бортовая ЭВМ соединена с дисплеем, силовой установкой локомотива, устройством автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, с бортовым блоком типовой системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником спутниковой навигационной системы, на каждом из локомотивов и светофоров установлены блоки приемопередатчиков радиоканала связи общепромышленного диапазона частот (ISM band), входы которых соединены, соответственно, с бортовой ЭВМ и со вторым портом микропроцессорного блока управления светофорными огнями, третий порт которого соединен с дополнительной группой силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн, на каждом из локомотивов установлен фотоприемник соответствующего инфракрасного диапазона длин электромагнитных волн, выход которого подключен к бортовой ЭВМ, согласно изобретению второй порт микропроцессорного блока управления светофорными огнями через второй блок сопряжения и блок коммутации соединен с линией передачи данных, к которой подключена ЭВМ диспетчерского пункта управления.
На чертеже приведена схема системы управления движением поездов, реализующей предлагаемый способ.
Система управления движением поездов, содержит на пути светофоры, каждый из которых имеет сигнальные огни, образованные группами 1 силовых светодиодов, с одинаковыми, для каждой группы, диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн видимого света, и микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями. Упомянутые группы 1 силовых светодиодов подключены своими входами управления к выходам микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями, а к блоку питания 3 подключены через блок 4 коммутации, образованный контактами типовых сигнальных реле схемы управления огнями светофора. Первый порт 5 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями через первый блок 6 сопряжения соединен с блоком 4 коммутации. На каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ 7, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив. Бортовая ЭВМ 7 соединена с дисплеем 8, силовой установкой 9 локомотива и устройством 10 автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, с бортовым блоком 11 системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником 12 спутниковой навигационной системы. Бортовой блок 11 системы поездной радиосвязи соединен со своим антенным блоком 13, бортовой приемник 12 спутниковой навигационной системы соединен со своим антенным блоком 14. На каждом локомотиве и светофоре, соответственно, установлены блоки 15 и 16, приемопередатчиков радиоканала связи общепромышленного диапазона частот (ISM band), соединенные своими выходами с соответствующими антеннами 17 и 18, а входами соединены, соответственно, с бортовой ЭВМ 7 и с вторым портом 19 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями. Третий порт 20 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями соединен с дополнительной группой 21 силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн, на каждом локомотиве установлен фотоприемник 22 инфракрасного диапазона длин электромагнитных волн, выход которого подключен к бортовой ЭВМ 7.
Второй порт 23 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями через второй блок 24 сопряжения, блок 4 коммутации и проводную линию передачи данных соединен с ЭВМ 25 диспетчерского пункта управления.
Система управления движением поездов работает следующим образом.
При движении поезда по кодируемым путям, машинист руководствуется показаниями локомотивного светофора устройства 10 автоматической локомотивной сигнализации с автостопом. При этом бортовая ЭВМ 7 вырабатывает команды управления силовой установкой 9 локомотива для рабочего набора и снижения скорости поезда, а автостоп устройства 10 осуществляет экстренное торможение поезда при превышении допустимой по условиям безопасности движения скорости. Информацию о маршруте следования машинист получает от диспетчера через бортовой блок 11 системы поездной радиосвязи и эта информация вводится в бортовую ЭВМ 7.
На дисплее 8 бортовая ЭВМ 7 отображает для машиниста различную технологическую информацию. В частности это может быть информация о местоположении поезда на карте участка железной дороги.
На каждом из путевых светофоров, оборудованных сигнальными комплектами на основе силовых полупроводниковых светодиодов, микропроцессорный блок 2 управляет светофорными огнями. Управление осуществляется на основе информации, поступающей в первый порт 5 через первый блок 6 сопряжения от блока 4 коммутации, который передает информацию о состоянии сигнальных реле схемы управления огнями светофора.
Микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями регулирует интенсивность излучения группами 1 силовых светодиодов посредством широтно-импульсной модуляции тока, протекающего через светодиоды. При этом вследствие инерции, присущей органам зрения человека, машинист поезда воспринимает усредненное значение интенсивности доходящего от светофора потока излучения. Широтно-импульсная модуляция тока используется для стабилизации условий видимости сигнальных показаний, например, в зависимости от времени суток, а также и других влияющих факторов.
Невидимая машинисту модуляция интенсивности потока излучения от дополнительной группы 21 силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн используется в системе для передачи на локомотив дополнительной информации, в том числе при движении по некодируемым путям, дублирующей показания напольных светофоров.
В основном применении изобретения используется инфракрасный диапазон излучения из-за лучшего распространения в среде (при этом видимый диапазон рассматривается, как опция для целей резервирования, удешевления и т.д. В этом случае фотоприемник 22 инфракрасного оптического диапазона на локомотиве может быть изменен или дополнен фотоприемником видимого оптического диапазона).
Управление передачей инфракрасного оптического сигнала также осуществляет микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями по команде, которую он получает от блока 16 приемопередатчика радиоканала связи общепромышленного диапазона частот. Приемопередатчик 16 связан по радиоканалу с приемопередатчиком 15 приближающегося локомотива.
Полная проверка правильности движения поезда по установленному маршруту происходит следующим образом.
Локомотивные устройства поезда, идущего по заданному маршруту, инициируют установление радиосвязи с впереди стоящим светофором. Для этого локомотивная бортовая ЭВМ 7 определяет по текущей координате локомотива, когда дистанция до следующего по ходу движения светофора заданного маршрута позволяет установление надежной радиосвязи по этому радиоканалу.
Для определения текущей координаты локомотива бортовая ЭВМ 7 периодически получает данные от бортового приемника 12 спутниковой навигационной системы. Бортовая ЭВМ 7 сопоставляет эти данные с координатой очередного светофора заданного маршрута, считанной из электронной карты железнодорожных станций и перегонов, которая хранится в ее памяти.
Электронная карта железнодорожных станций и перегонов создается общей для всех локомотивов, обращающихся на данном железнодорожном участке, путем обработки данных, записанных на регистраторе образцового локомотива, оборудованного устройствами спутниковых навигационных систем определения местоположения, например, GPS/ГЛОНАСС.
При приближении локомотива к светофору установленного маршрута следования на заданное расстояние ЭВМ 7 включает блок 15 приемопередатчика, для установления двусторонней связи с блоком 16 приемопередатчика этого светофора.
Вместе с электронной картой в памяти ЭВМ 7 хранятся ассоциированные с координатами светофоров уникальные адреса их приемопередатчиков 16. Протокол связи канала, образованного приемопередатчиками 15 и 16, обеспечивает установление связи только в случае свободности канала радиосвязи и соответствии адреса принимаемого или передаваемого пакета адресу приемопередатчика. Этим достигается однозначная идентификация того, что принимаемый на локомотиве ответный сигнал от светофора, как по радиоканалу, так и одновременно и по оптическому каналу, принадлежат очередному светофору правильного маршрута следования локомотива.
Достоверность обеспечивается совпадением следующих условий:
- Только один блок 16 приемопередатчика, принадлежащий очередному светофору правильного маршрута, принимает запрос локомотива потому, что пакет запроса содержит уникальный адрес этого приемопередатчика.
- Пакет запроса доставляет в блок 16 приемопередатчика светофора уникальный адрес блока 15 бортового приемопередатчика и проверочную информацию для ответной передачи по оптическому каналу связи.
- Блок 15 приемопередатчика светофора, в ответном пакете посылает информацию о координате и названии светофора, а также о текущем сигнальном показании. Поскольку пакет содержит уникальный адрес очередного светофора, то только данный локомотив фиксирует поступление этой информации. Только один светофор, соответствующий приемопередатчику 16, посылает с ним одновременно модулированный информационный оптический сигнал с заданной проверочной информацией.
- Когда этот светофор находится в прямой видимости фотоприемника 22, приближающегося локомотива и оптический кодовый сигнал превышает пороговую чувствительность фотоприемника 22, информация оптического канала фиксируется на локомотиве.
- Информация доводится до машиниста после проверки соответствия информации, принятой по радиоканалу, и проверочной информации, принятой по оптическому каналу.
- Информация о силе принимаемого от светофора оптического инфракрасного сигнала периодически обновляется и выводится на дисплей 8 ЭВМ 7, чтобы при сокращении дистанции до правильного светофора машинист видел на дисплее, что оптическая связь плавно увеличивается. Это дополнительно помогает в ситуации, когда в пределах прямой видимости, наряду с правильным светофором, с которым установлена связь по оптическому каналу, видны посторонние светофоры с такими же сигнальными показаниями и на подобном расстоянии. В непосредственной близости от правильного светофора есть область резкого пропадания оптической связи, которая игнорируется алгоритмом работы ЭВМ 7.
- При движении поезда по неправильному сигналу оптическая связь с правильным светофором будет плавно уменьшаться.
- В режиме установки маршрута, непосредственно с центрального диспетчерского пункта управления через линию передачи данных от ЭВМ 25 диспетчерского пункта управления блок 4 коммутации и блок 24 сопряжения, микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями через второй порт 23 получает еще одну независимую проверочную информацию о номере поезда, для которого установлен маршрут, в который в данное время входит данный светофор. Этим дополнительно исключается возможность установления связи поезда с неправильным светофором, что повышает безопасность движения.
Радиоканал, образованный приемопередатчиками 15 и 16, имеет скорость передачи несколько килобайт в секунду и период перехода из состояния ожидания к приему или передаче порядка нескольких миллисекунд. Это позволяет за время менее 0.1 секунды установить связь и передать пакет со всей основной и служебной информацией, включая избыточную информацию для обнаружения и исправления пакетов ошибок. По оптическому каналу в это же время передается только простая проверочная информация намного меньшего объема и с меньшей скоростью из-за необходимости манипулировать мощными коммутационными электронными элементами.
При соответствии информации, принятой по радиоканалу, образованному приемопередатчиками 15 и 16, и проверочной информации, принятой по оптическому каналу, ЭВМ 7 отображает на дисплее 8 принятую информацию и формирует подтверждающий звуковой сигнал о том, что локомотив следует по правильному маршруту к правильному светофору.
Чем мощнее оптический сигнал и лучше условия его распространения, тем раньше машинист может получить подтверждение. Если же за заданное расстояние до светофора подтверждение не поступает, ЭВМ 7 формирует звуковой сигнал тревоги о том, что локомотив, возможно, следует по неправильному маршруту.
По сравнению с известными способом и устройством, машинист получает более достоверную информацию о следовании поезда по правильному маршруту, когда маршрут устанавливают непосредственным воздействием из центра диспетчерского управления на аппаратуру ЭЦ без использования локомотивных устройств в качестве посредника. Это дополнительно повышает безопасность движения.