СИСТЕМА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ БЛОКИРОВКИ
SEMIAUTOMATIC INTERLOCKING SYSTEM

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для регулирования движения поездов по перегону между соседними станциями.
Известна система регулирования движения поездов по перегону между соседними станциями, в которой перегон поделен на блок-участки, оборудованные рельсовыми цепями контроля свободности и исправности рельсового пути, ограждаемые путевыми светофорами, огни которых управляются в зависимости от количества свободных блок-участков перед идущим поездом (Казаков А.А. и др. «Системы интервального регулирования движения поездов» М., Транспорт, 1986, с.52-54). Эта система экономически недостаточно эффективна на линиях с малой интенсивностью движения из-за высоких затрат на строительство и эксплуатацию аппаратуры и требует обеспечения электроснабжением от источников 1 категории, которые не везде имеются.
Известна микропроцессорная полуавтоматическая блокировка, содержащая два полукомплекта аппаратуры, установленной на счетных участках станций, ограничивающих перегон, и промежуточный счетный пункт, соединенные между собой линейной цепью проводной связи и линией продольного энергоснабжения, в которой каждый полукомплект содержит рельсовые датчики, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка. Недостатками известной системы являются большие капитальные затраты на строительство из-за необходимости в линейной цепи проводной связи и линии продольного энергоснабжения для промежуточных счетных пунктов
(http://www.npcprom.ru/production/mpb).
Наиболее близкой к заявляемой системе по своей технической сущности является принятая в качестве прототипа система полуавтоматической блокировки, содержащая два полукомплекта аппаратуры, установленных на счетных участках станций, ограничивающих перегон, в которой каждый полукомплект содержит рельсовые датчики, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, который через стационарный радиомодем дальней цифровой радиосвязи соединен со стационарной антенной дальней цифровой радиосвязи (RU 2238866, B61L 21/06, 27.10.04).
Недостатком известной системы является малая пропускная способность в случае длинных перегонов между станциями.
Технический результат изобретения заключается в повышении пропускной способности длинных перегонов между станциями.
Технический результат достигается тем, что в системе полуавтоматической блокировки, содержащей два полукомплекта аппаратуры, установленных на счетных участках станций, ограничивающих перегон, причем каждый полукомплект содержит рельсовые датчики, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией и блок управления, согласно изобретению в каждый полукомплект введены станционный модуль GSM связи, подключенный через блок интерфейса со станционным модулем GSM связи к локальной магистрали связи, на каждом из локомотивов поездов, охваченных системой, установлен бортовой модуль GSM связи, соединенный, через локальную магистраль бортовых устройств, с центральным бортовым устройством управления движением поезда, на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт, содержащий тензодатчик контроля давления колес поезда на рельс, интерфейс сопряжения, микроконтроллер, модуль GSM связи, накопитель и вторичный источник питания, выход тензодатчика контроля давления колес поезда на рельс подключен к входам накопителя и интерфейса сопряжения, выход которого подключен к одному порту микроконтроллера, второй порт которого соединен с портом управления модуля GSM связи, а третий - с управляющим входом вторичного источника питания, выход накопителя подключен к входу вторичного источника питания промежуточного счетного пункта.
Тензодатчик контроля давления колес поезда на рельс может быть выполнен пьезоэлектрическим и помещен внутрь конструкции шпалы.
Накопитель в системе, в частности, может быть выполнен в виде аккумулятора.
Вторичный источник питания промежуточного счетного пункта содержит формирователи стабильных напряжений.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы полуавтоматической блокировки.
Система полуавтоматической блокировки на железнодорожном перегоне 1 содержит два полукомплекта аппаратуры, (на чертеже показан один полукомплект), установленной на счетных участках 2 станций, ограничивающих перегон 1. Каждыйполу комплект содержит рельсовые датчики 3, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка 2, которые через формирователь 4 сигналов соединены с входом блока 5 приемников, выход которого через блок 6 интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью 7 связи, к которой подключены блок 8 интерфейса с электрической централизацией, блок 9 управления и блок 10 интерфейса со станционным модулем GSM связи, соединенный со станционным модулем 11 GSM связи.
На каждом из локомотивов 12 поездов, охваченных системой, имеется бортовой модуль 13 GSM связи, соединенный через локальную магистраль 14 бортовых устройств с центральным бортовым устройством 15 управления локомотивом 12.
На каждом из промежуточных участков 16 железнодорожного перегона 1 размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт 17, содержащий модуль 18 GSM связи, порт управления которым связан с первым портом микроконтроллера 19, второй порт которого через интерфейс 20 сопряжения соединен с выходом тензодатчика 21 контроля давления колес поезда на рельс, который выполнен в виде преобразователя механического давления рельсов контрольного путевого участка на соответствующие шпалы промежуточного участка перегона в электрический ток, например, пьезоэлектрического. Выход тензодатчика 21 контроля давления колес поезда на рельс соединен также с входом аккумуляторной батареи 22 (АБ), выход которой соединен с входом вторичного источника 23 питания промежуточного счетного пункта 17. Вторичный источник 23 питания промежуточного счетного пункта 17 содержит формирователи стабильных напряжений, обеспечивающих функционирование промежуточного счетного пункта 17.
Система полуавтоматической блокировки работает следующим образом.
Полукомплекты работают попарно в двух основных режимах - приема и отправления. Когда один полукомплект работает в режиме отправления, другой работает в режиме приема.
В режиме отправления состава со станции на вход блока 8 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал отправления на прилегающую станцию, который в виде кодовой посылки через локальную магистраль 7 связи поступает на блок 9 управления. При въезде первой колесной пары на счетный участок 2 на вход блока 8 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал занятости контрольного участка 2, который в виде кодовой посылки через локальную магистраль 7 связи поступает на блок 9 управления, который через локальную магистраль 7 связи передает команду блоку 6 интерфейса со счетчиками осей на включение счета осей. Блок 6 интерфейса со счетчиками осей включает блок 5 приемников счета осей, получающий входные сигналы прохода колесных пар поезда от рельсовых датчиков 3 через формирователь 4 сигналов.
После прохода всего состава по счетному участку 2 железнодорожного перегона 1 сигнал контроля занятости счетного участка 2 станции отправления переходит в неактивное состояние и блок 8 интерфейса с электрической централизацией выдает об этом кодовую посылку через локальную магистраль 7 связи блоку 9 управления, который через локальную магистраль 7 связи получает от блока 6 интерфейса со счетчиками осей информацию о количестве осей состава, прошедшего по счетному участку 2. Далее блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи передает блоку 10 интерфейса со станционным модулем GSM связи информацию о количестве осей в составе, прошедшем по счетному участку 2. Блок 10 интерфейса со станционным модулем GSM связи через станционный модуль 11 GSM связи, бортовой модуль 13 GSM связи локомотива 12 и через локальную магистраль 14 бортовых устройств передает эту информацию в центральное бортовое устройство 15 управления локомотивом 12 состава, уходящего со станции.
В режиме приема состава на станцию локомотива 12 бортовой модуль 13 GSM связи передает информацию о количестве осей в его составе в станционный модуль 11 GSM связи полукомплекта принимающей станции. Эта информация через блок 10 интерфейса со станционным модулем GSM связи и локальную магистраль 7 связи поступает в блок 9 управления принимающей станции. После прохода всего прибывающего состава по счетному участку 2, аналогично рассмотренному при отправлении поезда, блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи получает от блока 6 интерфейса со счетчиками осей информацию о количестве осей состава, прошедшего по счетному участку 2 принимающей станции. Блок 9 управления сравнивает посчитанное блоком 6 интерфейса со счетчиками осей число осей и информацию о количестве осей, полученную от локомотива 12, и при совпадении чисел через локальную магистраль 7 связи передает команду блоку 8 интерфейса с электрической централизацией принимающей станции на выдачу сигнала прибытия поезда в полном составе. Блок 8 интерфейса с электрической централизацией выдает сигнал прибытия в полном составе на реле первого класса, например типа НМШ-4000. После перехода сигналов прибытия с прилегающей станции и отправления на прилегающую станцию в неактивное состояние блок 8 интерфейса с электрической централизацией передает через локальную магистраль 7 связи соответствующую кодовую посылку в блок 9 управления, который в ответ на это дает команду блоку 8 интерфейса с электрической централизацией перевести сигнал прибытия в полном составе в неактивное состояние. По исполнении команды система приходит в исходное состояние.
Для повышения пропускной способности локомотив 12 в процессе движения по перегону 1 своими колесами может активизировать работу (одного или нескольких, в случае очень длинных перегонов) промежуточного счетного пункта 17 для координатного контроля постепенного освобождения участков пути перегона 1. Эта возможность имеется для локомотивов 12, оборудованных современными устройствами управления, такими, как, например, КЛУБ-У. В КЛУБ-У имеется в электронной памяти центрального бортового устройства 15 управления локомотивом карта маршрута с координатной привязкой местоположения путевых устройств и подсистема определения текущей координаты местонахождения локомотива 12.
При проследовании первой колесной пары локомотива 12 над пьезоэлементами тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс промежуточного счетного пункта 17, преобразующего механическое давление рельсов контрольного путевого участка на шпалы промежуточного участка перегона 1 в электрический ток, тензодатчик 21 давления колес поезда на рельс выдает импульс тока, переводящий микроконтроллер 19 из ждущего режима (с малым током потребления) в режим счета осей. По сигналу с третьего порта микроконтроллера 19 вторичный источник 23 питания переходит в рабочий режим, обеспечивая питанием модуль 18 GSM связи, микроконтроллер 19, интерфейс сопряжения 20.
Одновременно со счетом осей микроконтроллер 19 через модуль 18 GSM связи устанавливает связь с бортовым модулем 13 GSM связи центрального бортового устройства 15 управления локомотивом 12. После обмена адресами и паролями, исключающими передачу данных локомотивам 12 других поездов и другим промежуточным счетным пунктам 17 (в процессе установления связи аппаратура локомотива 12 использует информацию о координате промежуточного счетного пункта 17 и номере его пути из своей электронной карты маршрута и другие априорно известные постоянные данные), и получения информации о количестве осей, которое должно быть в проходящем поезде, микроконтроллер 19 вновь переводит модуль 18 GSM связи в ждущий режим, с малым потреблением тока и ждет окончания счета осей. После окончания счета осей, который определяется с выдержкой времени по прекращению поступления импульсов от тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс, результат счета через модуль 18 GSM связи отсылается на локомотив 12 для принятия решения об освобождении соответствующей части перегона.
Аккумуляторная батарея 22 промежуточного счетного пункта 17 за время прохождения поезда над пьезоэлементами преобразователя механического давления рельсов на шпалы в электрический ток тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс подзаряжается. Получающий питание от аккумуляторной батареи 22 вторичный источник 23 питания формирует стабильные напряжения для питания микроконтроллера 19, модуля 18 GSM связи, интерфейса 20 сопряжения. По сигналу с третьего порта микроконтроллера 19 вторичный источник 23 питания переходит в ждущий режим и находится в состоянии готовности к следующим циклам работы. Его выходные напряжения находятся в норме.
Микроконтроллеры с потреблением тока в ждущем режиме на уровне нескольких микроампер (например, серия MSP430) и модули GSM с функцией пробуждения из режима с микропотреблением тока в режим приема и передачи серийно выпускаются промышленностью.
Практически аккумуляторная батарея 22 при включении устройств в эксплуатацию устанавливается полностью заряженной. С помощью небольшой аккумуляторной батареи 22, (например батареи Tadiran TL-5135 напряжением 3.6 V, емкостью 1700 mAh, диапазоном рабочих температур -55°C to +85°C, временем саморазряда 10 лет), за счет подзарядки импульсами тока, во время прохождения поездов, обеспечивается автономное питание всей электроники промежуточного счетного пункта 17 и система не требует внешней линии продольного энергоснабжения. Пьезоэлементы тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс могут быть полностью помещены внутрь конструкции шпалы и хорошо защищены от вандализма и повреждения при путевых работах, (см., например, пьезоэлементы типа IPEG PADs http://www.greenoptimistic.com/2010/12/08/innowattech-piezoelectric-railroad/).
При проходе каждого колеса поезда над пьезоэлементами тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс формируется достаточно мощный и длительный импульс тока, подзаряжающий аккумуляторную батарею 22. Этот же импульс преобразуется интерфейсом 20 связи (например, на основе оптопары) в сигнал, который микроконтроллер 19 хорошо отличает от помех.
После получения с уходящего локомотива 12 подтверждения приема пакета информации (или же неполучения такого подтверждения) через заранее заданный промежуток времени микроконтроллер 19 переводит всю электронику промежуточного счетного пункта 17 в ждущий режим с микропотреблением тока. Информация о результатах счета осей в промежуточных счетных пунктах 17 передается с локомотива 12 на прилегающие станции и может далее использоваться в устройствах диспетчерского управления, создавая возможности координатного управления движением поездов на перегоне 2. При этом на длинные перегоны 2 можно отправлять более одного поезда и, следовательно, предлагаемая система обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышенную пропускную способность для длинных перегонов и при этом не требует больших затрат на строительство и эксплуатацию.
Вместо связи GSM в системе может быть использована связь GSM - R, связь в диапазоне ультракоротких волн (160Мгц) или связь по стандартам Wi-Fi, Wi-Max, Z-Wave и другим подобным, подходящим по условиям дальности связи и по возможности их питания энергией, генерируемой пьезоэлементами тензодатчика 21 давления колес поезда на рельс и запасаемой в батарее 22.