УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Полезная модель относятся к средствам автоматизации на железнодорожном транспорте, в частности, к системам автоматической локомотивной сигнализации и может быть использована преимущественно в системах контроля кодирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации.
Известно устройство регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащее установленные в корпусе микроконтроллер, блок аналого-цифрового преобразования, включенный между первым входом устройства, предназначенным для подключения устройства к выводам локомотивных катушек приема сигналов системы автоматической локомотивной сигнализации, и первым информационным входом микроконтроллера, соответствующими выходами подключенного к входам съемного носителя памяти и блока индикации, элементы индикации которого расположены на лицевой панели корпуса, и блок питания, отличающееся тем, что другие информационные входы микроконтроллера подключены через блок согласования ко второму входу устройства, предназначенного для подключения к CAN-шине локомотивного устройства безопасности, а программное обеспечение микроконтроллера выполнено с возможностью регистрации на носитель памяти синхронизированных по времени CAN-сообщений от локомотивного устройства безопасности и сигналов автоматической локомотивной сигнализации от локомотивных приемных катушек (RU 118935 U1, B61L 25/00, 10.08.2012).
Известное устройство обеспечивает запись на съемный носитель памяти синхронизированных по времени сообщений синхронизированных по времени CAN сообщений от локомотивного устройства безопасности и сигналов АЛС от локомотивных катушек с их привязкой к координатам местоположения локомотива.
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности предварительного анализа синхронизированных по времени CAN сообщений от локомотивного устройства безопасности и сигналов АЛС от локомотивных катушек для выявления сбоев кодов АЛС и отступлений в работе устройств АЛС.
Наиболее близким аналогом является известное устройство регистрации показаний локомотивной сигнализации, содержащее локомотивные катушки приема сигналов автоматической локомотивной сигнализации, выводы которых через последовательно соединенные блок аналого-цифрового преобразования и блок обработки к блоку анализа качества сигнала обработки, соответствующие выходы которого соединены с входами блока памяти, блока индикации и формирователей отчетов и уведомлений для оповещения ремонтных бригад, а также с внешним модулем связи, а вход - с внешним устройством памяти, при этом блок обработки подключен к соответствующему выходу бортового устройства сигнализации (СА 2476210 A1, B61L 3/24, 2003.08.28).
Известное устройство обеспечивает автоматизацию процесса обнаружения сбоев при приеме в режиме реального времени сигналов автоматической локомотивной сигнализации, формирование и передачу соответствующих отчетов в автоматизированные системы, специализирующие на учете сбоев в работе устройств, с привязкой данных к координатам местоположения локомотива.
Недостатком известного технического решения является отсутствие подключения к CAN-шине локомотивного устройства безопасности, что не позволяет устройству обеспечить синхронизацию его работы с событиями, связанным с изменением режимов работы бортового оборудования, с изменением поездной ситуации и действиями локомотивной бригады, а также низкая точность привязки зафиксированных событий, связанных с нарушением работы локомотивной сигнализации, к шкале единого системного времени и цифровой модели пути.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет анализа сигналов локомотивной сигнализации дополнительных данных, получаемых от бортовой системы безопасности, которые позволяют на начальном этапе определить предварительную причину сбоев и отступлений, а также за счет выполнения более оперативного и более точного определения координат и времени возникновения указанных событий.
Технический результат достигается тем, что устройство регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации содержит установленные в корпусе процессор, блок аналого-цифрового преобразования, включенный между входом устройства, предназначенным для подключения устройства к локомотивным катушкам приема сигналов системы автоматической локомотивной сигнализации, и первым входом процессора, подключенного выходом - к входу модуля индикации, элементы индикации которого расположены на лицевой панели корпуса, CAN-трансивер, включенный между входом/выходом устройства, предназначенным для подключения к CAN-шине локомотивного устройства безопасности, и первым выходом/входом процессора, второй выход/вход которого соединен с входом/выходом Ethernet-трансивера, другие входы/выходы которого подключены ко выходу/входу устройства, предназначенного для подключения к бортовому радиомодему, и блок питания, вход которого подключен к выходу устройства, предназначенного для подключения к шине питания локомотивного устройств безопасности, при этом программное обеспечение процессора выполнено с возможностью анализа синхронизированных по времени CAN сообщений от локомотивного устройства безопасности и сигналов АЛС от локомотивных катушек для выявления сбоев кодов АЛС с привязкой к цифровой модели пути и отступлений в работе устройств АЛС, формирования во внутренней энергонезависимой памяти отдельных блоков данных о CAN сообщениях, о сигналах АЛС, а также о выявленных сбоях кодов АЛС с привязкой их к цифровой модели пути и об отступлениях в работе устройств АЛС и передачи в режиме реального времени во внешние системы сообщений о выявленных сбоях кодов АЛС и отступлениях в работе устройств АЛС с привязкой их к цифровой модели пути.
Один из вариантов выполнения блок аналого-цифрового преобразования включает последовательно соединенные фильтр низких частот и аналого-цифровой преобразователь, при этом вход фильтра является входом блока аналого-цифрового преобразования, а выход аналого-цифрового преобразователя - выходом блока аналого-цифрового преобразования.
CAN-трансивер содержит последовательно соединенные CAN формирователь и гальваническую развязку, при этом входом/выходом CAN-трансивера является вход/выход CAN формирователя, а его выходом/входом - выход/вход гальванической развязки.
Модуль индикации включает элементы индикации состояния и режимов работы устройства.
USB-порт процессора подключен к выходу устройства, предназначенного для подключения съемного носителя памяти в виде флеш-накопителя.
SPI или MCI-порт процессора подключен к выходу устройства, предназначенного для подключения съемного носителя памяти в виде флеш-карты.
Такое подключение соответствующих портов процессора к указанным выходам устройства обеспечивает возможность параллельной записи данных на внешние съемные носители памяти записанной в энергоинформационной памяти процессора информации для ее последующего экспертного анализа.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема варианта выполнения предлагаемого устройства регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации.
Устройство регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации содержит установленные в корпусе 1 процессор 2, блок 3 аналого-цифрового преобразования, включенный между входом устройства, предназначенным для подключения локомотивных катушек приема сигналов АЛС, и первым входом процессора 2, подключенного выходом - к входу модуля 4 индикации, элементы индикации которого расположены на лицевой панели корпуса, CAN-трансивер 5, включенный между входом/выходом устройства, предназначенным для подключения к CAN-шине локомотивного устройства безопасности, и первым входом/выходом процессора 2, второй вход/выход которого соединен с выходом/входом Ethernet-трансивера 6, другие входы/выходы которого подключены ко выходу/входу устройства, предназначенного для подключения к бортовому радиомодему, блок 7 питания, вход которого подключен к соответствующему выходу устройства для подключения к шине питания локомотивного устройства безопасности.
Программное обеспечение процессора 2 выполнено с возможностью анализа синхронизированных по времени CAN сообщений от локомотивного устройства безопасности и сигналов АЛС от локомотивных катушек для выявления сбоев кодов АЛС с привязкой к цифровой модели пути и отступлений в работе устройств АЛС, формирования во внутренней энергонезависимой памяти отдельных блоков данных о CAN сообщениях, о сигналах АЛС, а также о выявленных сбоях кодов АЛС с привязкой их к цифровой модели пути и об отступлениях в работе устройств АЛС и передачи в режиме реального времени во внешние системы сообщений о выявленных сбоях кодов АЛС и отступлениях в работе устройств АЛС с привязкой их к цифровой модели пути.
Блок 3 аналого-цифрового преобразования включает последовательно соединенные фильтр 8 низких частот и аналого-цифровой преобразователь 9.
При этом модуль 4 индикации включает три светодиода, расположенные на лицевой панели прибора: зеленый, желтый и красный.
Светодиоды модуля 4 индикации определяют следующие признаки функционирования устройства 1:
- зеленый светодиод при свечении с небольшим мерцанием - включение блока 8 питания, устройство готово к работе;
- желтый светодиод в режиме мигания сигнализирует о записи CAN-сообщений в энергонезависимую память процессора 2;
- красный светодиод в режиме мигания сигнализирует о записи сигналов АЛС с приемных катушек в энергонезависимую память процессора 2.
Предлагаемое устройство выявляет сбои кодов, ставшие причиной переключения сигналов локомотивного светофора, а также выявляет отступления в работе автоматической локомотивной сигнализации, которые определяются отклонением параметров передаваемого сигнала от нормируемых показателей.
Для описания сбоев кодов используются следующие параметры: место начала сбоя, место окончания сбоя, параметры поезда, характер сбоя, причина сбоя, фрагмент кодового сигнала.
Место начала сбоя кодов характеризует момент времени, соответствующая ему координата и номер пути, идентификатор участка (станции/перегона), литер ближайшего светофора, связанные с проявлением первого после предшествовавшего устойчивого и работоспособного состояния устройств АЛС сбоя кодов. Под координатой следует понимать набор параметров, состоящий из географических координат, железнодорожной координаты (км/пк/м) и идентификатора рельсовой цепи.
Место окончания сбоя характеризует момент времени, соответствующая ему координата и номер пути, идентификатор участка (станции/перегона), зафиксированные после истечения 25 секунд от места начала сбоя кодов или после проследования поездом рельсовой цепи, на которой было зафиксировано место начала сбоя кодов.
Параметры поезда включают локомотивные, поездные характеристики, а также параметры движения поезда по участку, среди которых номер поезда, номер локомотива (секции), табельный номер машиниста, скорость движения поезда, режим движения поезда (тяга/выбег), состояние вспомогательного оборудования.
Характер сбоя - одно из перечисленных в описании сбоев кодов изменение показаний блока индикации локомотивного устройства безопасности.
Причина сбоя - вероятная, причина возникновения сбоев кодов, экспериментально установленная в соответствии с разработанным алгоритмом анализа входного сигнала АЛС.
Программное обеспечение процессор 2 обеспечивает возможность выявления следующих причин сбоев кодов:
- амплитуда кодового тока АЛС в рельсах не соответствует нормируемому показателю;
- сигнал АЛС на кодируемом участке пути отсутствует;
- временные параметры первого интервала кода АЛС не соответствуют норме;
- отсутствует возможность дешифрировать сигнал АЛС;
- сбой в работе модуля приемника;
- сбой в работе модуля центрального обработчика локомотивного устройства безопасности;
- отсутствие данных в CAN шине.
В отдельных случаях причина сбоя может косвенно или прямо указывать на источник ее возникновения или непосредственно на неисправное устройство.
Дополнительно программное обеспечение процессора 2 осуществляет регистрацию отступлений в содержании устройств АЛС в качестве причины потенциального сбоя, которая по факту не привела к появлению сбоя из-за удержания показаний блоком индикации локомотивного устройства безопасности, что позволяет выявить и зарегистрировать предотказное состояние устройств АЛС.
Фрагмент кодового сигнала характеризует цифровую запись фрагмента принятого на борту сигнала АЛС общей продолжительностью в диапазоне 15 секунд до и 25 секунд после места (времени) начала сбоя кодов и 5 секунд до и 5 секунд после места (времени) начала отступления.
Устройство регистрации сигналов АЛС работает следующим образом.
Перед началом движения поезда соответствующие входы устройства регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации подключают к шине питания и CAN-шине локомотивного устройства безопасности, а также к бортовому радиомодему.
При начале движения поезда, оборудованного локомотивными устройствами безопасности, участвующими в информационном обмене по протоколу CAN по контролируемому маршруту, происходит инициализация всех трансиверов локальной сети CAN. При этом в автоматическом режиме подается напряжение на вход блока 7. Блок 7 питания осуществляет преобразование поступающего на его вход напряжения в напряжение питания всех элементов устройства и их гальваническую развязку с цепями устройства безопасности. При этом модуль 4 индикации сигнализирует о включении устройства регистрации сигналов АЛС.
Сообщения с каналов CAN шины локального устройства безопасности поступают через CAN-трансивер 5 на соответствующий вход/выход процессора 2. CAN сообщения включают данные о текущем времени, параметрах движения и координатах поезда, зарегистрированных действиях машиниста, режимах работы бортового оборудования и состоянии устройства безопасности.
Одновременно сигналы автоматической локомотивной сигнализации с выводов локомотивных катушек поступают на вход блока 3 аналого-цифрового преобразования. Фильтр 8 низких частот блока 3 осуществляет предварительную фильтрацию, а АЦП 9 преобразует аналоговый сигнал от приемных катушек в цифровой код и передает его на информационный вход процессора 2, который осуществляет запись поступивших сигналов во внутреннюю энергонезависимую память.
При записи сигналов с выхода блока 3 аналого-цифрового преобразования процессор 2 формирует RAW аудиофайлы, каждый из которых включает сигналы АЛС за заданный промежуток времени. Запись аудифайлов во внутреннюю энергонезависимую память процессор 2 осуществляет в отдельный RAW файл.
При записи CAN сообщений во внутреннюю энергонезависимую память процессор 2 каждое CAN сообщение коррелирует с аудиофайлом и конкретным номером буфера аудиофайла.
Причем процессор 2 для каждого сбоя или отступления полученные CAN сообщения формирует в отдельный файл CAN сообщений и записывает в ту же папку, что и аудио файл. Это позволяет процессору 2 при анализе полученных данных открывать аудиофайлы и просматривать сообщения CAN устройств безопасности во взаимной привязке.
По результатам анализа полученных данных процессор формирует файл с карточкой, содержащей информацию о конкретном сбое или отступлении.
Все три файла RAW, CAN и карточку сбоя или отступления процессор 2 записывает в отдельный архив.
Анализ сигналов автоматической локомотивной сигнализации и выявление ситуаций со сбоями кодов АЛС процессор 2 осуществляет в режиме реального времени.
При этом процессор 2 осуществляет проверку, связанную с отнесением сбоя к технологически (функционально) обоснованному, то есть обусловленному движением поезда по конкретному участку или при известных условиях, которые негативно влияют на прием ригнала и приводят к сбою в работе автоматической локомотивной сигнализации.
После регистрации места окончания сбоя процессор 2 записывает во внутреннюю энергонезависимую память информацию об указанном сбое кодов, включающую место начала сбоя, место окончания сбоя, параметры поезда, характер сбоя, причина сбоя, фрагмент кодового сигнала, и передает ее через Ethernet-интерфейс 6 на вход бортового модуля радиосвязи для последующей передачи в автоматизированные системы, специализирующие на учете сбоев аппаратуры АЛС.
Кроме того, по результатам анализа CAN сообщений процессор 2 выявляет ситуации с отступлениями в содержании устройств АЛС.
Для каждого события, связанного с обнаружением отступления в содержании устройств АЛС, процессор 2 регистрирует его параметры.
При этом для каждого события, связанного с обнаружением отступления в содержании устройств АЛС, процессор 2 формирует из потока входных данных CAN сообщений отрывок записи сигнала АЛС продолжительностью 5 секунд до и 5 секунд после места (времени) начала зафиксированного события независимо от возможного появления других событий. Информацию об указанном событии (место (время) начала и об окончания отступления, причину отступления) процессор 2 записывает во внутреннюю энергонезависимую память.
Таким образом, внутренняя энергонезависимая память процессора 2 включает в директории ROOT следующие поддиректории:
- для непрерывной записи сигнала АЛС и информационного обмена системы обеспечения безопасности;
- для регистрации сбоев, в виде отрезков записи сигнала АЛС и информационного обмена по шине CAN;
- для регистрации отступлений, в виде отрезков записи сигнала АЛС и информационного обмена по шине CAN.
Информация о выявленных ситуациях с отступлениями в содержании устройств АЛС также через Ethernet-интерфейс 6 передается на вход бортового модуля радиосвязи для последующей передачи в автоматизированные системы, специализирующие на учете сбоев аппаратуры АЛС.
При подключении внешнего съемного носителя к соответствующему выходу устройства, связанного с USB или SPI или MCI портом процессора 2, осуществляется копирование информации с его внутренней энергонезависимой памяти в память съемного носителя.
Таким образом, предлагаемое устройство регистрации сигналов АЛС позволяет осуществить прием, обработку, анализ, регистрацию и дальнейшую оперативную передачу поступающей информации о принимаемых на борту сигналах автоматической локомотивной сигнализации, обеспечить синхронизацию этих данных с событиями, связанным с изменением режимов работы бортового оборудования, с изменением поездной ситуации и действиями локомотивной бригады, установить предварительные причины выявленных сбоев и отступлений в работе автоматической локомотивной сигнализации, обеспечить достаточно точную привязку зафиксированных событий, связанных с нарушением работы локомотивной сигнализации, к шкале единого системного времени и цифровой модели пути.