МНОГОУРОВНЕВАЯ РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СОСТАВНОГО ТРАНСПОРТА
MULTILEVEL DISTRIBUTED INFO SYSTEM FOR COMPOSITE TRANSPORT FACILITY

Изобретение относится к информационным системам, предназначенным для передачи информации от устройств автоматики, связи, видеокамер, расположенных в вагонах состава, к устройствам управления информационной системой, расположенным, как правило, в кабинах машиниста (водителя) состава, а также для передачи от устройств управления информационной системой управляющей информации к устройствам автоматики, связи, видеокамерам и символьной, речевой и мультимедийной информации для пассажиров и обслуживающего персонала составного транспорта. Изобретение предназначено для применения на составном и/или двухкабинном транспорте, в том числе на пассажирских поездах пригородного сообщения, пассажирских и грузовых поездах, многосекционных локомотивах железнодорожного транспорта, на поездах метрополитена, монорельсовых поездах, автопоездах, трамваях.
Единицы (вагоны) составного транспорта, характеризующиеся наличием распределенных систем управления двигателями, тормозными системами, системами управления освещением, кондиционирования, вентиляцией, отоплением, автоматическими дверями и прочими распределенными системами, требуют централизованного управления этими системами и получения информации об их состоянии. Для организации управления и сбора информации, как правило, используются информационные магистрали, выделенные для каждой распределенной системы.
Современные средства составного транспорта значительными темпами оснащаются большим количеством новых распределенных систем, которые ранее не применялись на составном транспорте и под централизацию которых отсутствует возможность выделения индивидуальных информационных магистралей связи и управления. Наибольшую сложность в передаче информации в составных средствах транспорта представляют системы, требующие высокой скорости и надежности передачи информации, такие как системы охранного телевидения (видеонаблюдения) и мультимедийного оповещения.
В то же время пожарные и охранные системы должны функционировать не только в период использования транспорта при наличии энергообеспечения от контактных электросетей или от ведущих дизельных, бензиновых и иных двигателей, но и в период отстоя транспорта в местах длительных стоянок, при электропитании информационной системы от резервных аккумуляторов, при отсутствии контакта с электросетями или с выключенными ведущими двигателями.
С другой стороны, составной транспорт подвержен переформированиям, связанным с увеличением или уменьшением единиц составного транспорта (вагонов) в составе и/или заменой одних вагонов на другие. В этом случае информационная система, представляющая собой цифровую сеть передачи данных, требует настройки адресов линейно распределенных коммутаторов или других подключенных к сети устройств. Актуальность проблемы настройки адресов подключенных устройств требует не только изменения их списка в памяти управляющих компьютеров, но и установления порядка их следования в составе или установления соответствия логических адресов цифровых устройств, физическим номерам вагонов в составе поезда, которое требуется для однозначного соответствия распределенных по составу поезда устройств месту (вагону) их фактического размещения.
Кроме того, при переформированиях составного транспорта поездов пригородного сообщения и локомотивах на российских железных дорогах и на городском транспорте часто применяется так называемая система многих единиц, при которой два и более ранее сформированных состава формируются в один состав сцеплением двух головных вагонов. В этом случае информационная система должна работать как единое целое при централизованном управлении из одной из кабин головного вагона поезда (локомотива) нового состава.
Наиболее близким аналогом является заявка US 2010/0004805 от 11.01.2009 г., кл. G05D 1/00, на получение патента на изобретение «Компьютеризированная бортовая система для управления поездом». Система содержит процессор, удаленные модули ввода/вывода для передачи команд от процессора и приема данных контролируемого оборудования, включая оборудование контроля и управления мотором, кондиционирования и вентиляции, закрыванием дверей, тормозами, в том числе «черный ящик», датчики охраны и извещатели пожарные, а также дисплейный блок, подсеть передачи данных, к которой подключены процессор и удаленные модули ввода/вывода, линию связи для передачи изображения от видеокамер, видеомодули, с подключенными к ним видеокамерами, шлюзы для коммутации видеоизображений на дисплейный блок, оборудование видеонаблюдения, линию связи для передачи изображения на телевизионные мониторы, установленные в вагонах поезда, линию связи для передачи звуковых данных.
К недостаткам этой системы можно отнести следующее. Подключение управляемых и контролируемых устройств поезда осуществляется как непосредственно к основной сети передачи данных, так и через удаленные модули ввода/вывода. Такое подключение требует индивидуальной адресации каждого из непосредственно подключенных к сети устройств и каждого из удаленного модуля ввода/вывода, что обуславливает практическую сложность унификации адресного пространства основной сети поезда. Система не обеспечивает функционирование при формировании состава из соединения двух и более ранее сформированных составов, а также в случае изменения порядка соединения вагонов или присоединения дополнительных прицепных вагонов в ранее сформированный состав. Система также не обеспечивает выявление очагов загорания при нахождении поезда в депо или на запасном пути, когда поезд находится в так называемом режиме «отстой холодный» или «отстой внешний». Сигнализация также не обеспечивает контроль за несанкционированным проникновением в вагоны поезда и не осуществляет диагностику технического состояния подсистем поезда с оповещением машиниста поезда или технических служб депо. Кроме того, схема подключения противопожарного оборудования вместе с остальными устройствами к одним и тем же интерфейсам не позволяет осуществить выборочное электропитание от резервного источника для реализации функции охраны поезда в «отстое».
Целью настоящего изобретения является создание информационной системы, обеспечивающей возможность соединения в одну систему информационных систем двух и более транспортов, соединяемых головными вагонами, без необходимости перепрограммирования каждой из них; обеспечивающей инвариантность информационной системы транспорта к переформированию (присоединение дополнительных прицепных вагонов, удаление вагонов, перестановка вагонов транспорта) состава; обеспечивающей выполнение функций безопасности (охранной и противопожарной) транспорта в «отстое».
Указанный результат достигается тем, что многоуровневая распределенная информационная система для составного транспорта, включающего, по крайней мере, один головной и один прицепной вагон, содержит оборудование высокоскоростной линии связи, оборудование управления высокоскоростной линией связи, оборудование управления системой, оборудование низкоскоростной линии связи, оборудование речевого оповещения и связи, воспроизводящее звуковое оборудование речевого оповещения, высокоскоростную линию связи, низкоскоростную линию связи, линию связи управляющих процессоров, линию связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина», линию громкоговорящего оповещения, устройство переговорное «пассажир-машинист» и тревожную кнопку, управляемый блок электропитания.
При этом в головном вагоне транспорта установлено оборудование высокоскоростной линии связи, оборудование управления высокоскоростной линией связи, оборудование управления системой, оборудование низкоскоростной линии связи, оборудование речевого оповещения и связи, воспроизводящее звуковое оборудование речевого оповещения, высокоскоростная линия связи, низкоскоростная линия связи, линия связи управляющих процессоров, линия связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина», линия громкоговорящего оповещения, устройство переговорное «пассажир-машинист» и тревожная кнопка, управляемый блок электропитания, а в прицепном вагоне транспорта установлено оборудование высокоскоростной линии связи, оборудование низкоскоростной линии связи, воспроизводящее звуковое оборудование речевого оповещения, высокоскоростная линия связи, низкоскоростная линия связи, линия связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина», линия громкоговорящего оповещения, устройство переговорное «пассажир-машинист» и тревожная кнопка, управляемый блок электропитания.
Оборудование управления системой включает управляемый с пульта управления управляющий процессор, соединенный с оборудованием управления высокоскоростной линией связи, низкоскоростной линией связи, управляемым процессором, линией связи управляющих процессоров, с оборудованием речевого оповещения и связи и через интерфейсы связи с радиостанцией, системой местоопределения, системой связи и системой безопасности, съемный модуль памяти конфигурации системы и транспорта и оборудование «черный ящик» для записи сообщений и состояния оборудования системы и транспорта, соединенные с управляющим процессором. Причем линия связи управляющих процессоров соединяет управляющий процессор транспорта с управляющим процессором головного вагона другого присоединяемого транспорта.
Оборудование речевого оповещения и связи включает установленное в кабине машиниста головного вагона усилительное переговорно-коммутационное устройство и соединенные с ним громкоговоритель кабины машиниста и микрофонную гарнитуру машиниста, при этом усилительное переговорно-коммутационное устройство соединено с управляющим процессором, оборудованием низкоскоростной линии связи, устройством переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой, линией громкоговорящего оповещения и линией связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина».
Оборудование управления высокоскоростной линией связи включает управляемый с пульта управления сервер подсистем видеонаблюдения и мультимедийного оповещения и соединенные с ним оборудование видеоархива и монитор подсистемы видеонаблюдения, при этом через сервер управляющий процессор соединен с высокоскоростной линией связи.
Оборудование высокоскоростной линии связи включает коммутатор, установленный в высокоскоростной линии связи и соединенный, по крайней мере, с одним телевизионным монитором и/или одной видеокамерой.
Воспроизводящее звуковое оборудование речевого оповещения соединено с линией громкоговорящего оповещения.
Устройство переговорное «пассажир-машинист» и тревожная кнопка соединены с управляемым процессором и через линию связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина» с усилительным переговорно-коммутационным устройством.
Управляемый блок электропитания включает управляемый управляемым процессором коммутатор, выход которого соединен с цепью электропитания информационной системы транспорта, находящегося на маршруте и в режиме «отстоя транспорта», резервный аккумулятор, выход которого соединен с коммутатором с возможностью его подключения в режиме «отстоя транспорта», и преобразователь напряжения контактной сети или генератор, выход которого соединен с коммутатором с возможностью его подключения, когда транспорт находится на маршруте.
Оборудование низкоскоростной линии связи головного вагона транспорта включает управляемый процессор и соединенные с ним управляемый блок электропитания, модуль контроля энергообеспечения, блок управления системой громкоговорящего оповещения, блок управления и контроля состояния дверей, блок контроля состояния технических подсистем транспорта, интерфейс связи с распределенными системами транспорта, устройство запуска системы пожаротушения, по крайней мере, один датчик охраны, один пожарный извещатель, одно внутреннее информационное табло и одно наружное информационное табло, при этом управляемый процессор соединен с устройством переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой, а блок управления системой громкоговорящего оповещения соединен с усилительным переговорно-коммутационным устройством.
Оборудование низкоскоростной линии связи прицепного вагона транспорта включает управляемый процессор и соединенные с ним управляемый блок электропитания, модуль контроля энергообеспечения, блок управления и контроля состояния дверей, блок контроля состояния технических подсистем транспорта, интерфейс связи с распределенными системами транспорта, устройство запуска системы пожаротушения, по крайней мере, один датчик охраны, один пожарный извещатель, одно внутреннее информационное табло и одно наружное информационное табло, при этом управляемый процессор соединен с устройством переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой.
Устройство запуска системы пожаротушения включает соединенную с управляемым процессором схему «И», инверсный вход которой соединен с преобразователем напряжения контактной сети или генератором, выход которой через схему «ИЛИ» соединен со средствами пожаротушения, а второй вход схемы «ИЛИ» соединен с устройством ручного запуска системы пожаротушения.
Наличие в каждом вагоне подключенного к низкоскоростной линии связи только управляемого процессора с индивидуальным логическим адресом, к которому все остальные устройства низкоскоростной линии связи подключены непосредственно, и/или через универсальные, и/или специальные интерфейсы, и подключенного к высокоскоростной линии связи только коммутатора с индивидуальными логическими адресами, к которому все остальные устройства высокоскоростной линии связи подключены непосредственно или через устройства сопряжения и/или преобразования сигналов, позволяет унифицировать систему адресации транспорта и обеспечить функционирование информационной системы в случае изменения порядка соединения вагонов или присоединения дополнительных прицепных вагонов в ранее сформированный состав. При этом таблица последовательности адресов управляемых процессоров и коммутаторов заранее записывается в съемный модуль памяти конфигурации, который подключается к управляющему процессору. Таблица может быть изменена при переформированиях состава оператором системы, либо в модуле памяти конфигурации, либо в управляющем процессоре. Причем процедура записи или изменения адресов не требует изменения программного обеспечения оборудования и системы.
Наличие линии связи управляющих процессоров позволяет исключить необходимость полного изменения конфигурации информационной системы состава при его формировании из соединения двух и более ранее сформированных составов, соединенных головными вагонами.
Организация электропитания многоуровневой информационной системы по трем цепям: цепь основного электропитания от преобразователя напряжения контактной сети или генератора, цепь резервного электропитания от резервного аккумулятора и цепь основного электропитания на маршруте и резервного электропитания в «отстое» через коммутатор, управляемый управляемым процессором, обеспечивает возможность продолжительной работы с выдачей сигнала тревоги посредством бортовой радиостанции через интерфейс связи, охранной и противопожарной системы, реализованной в низкоскоростной линии связи с применением электронных компонентов с низким энергопотреблением, и кратковременной работы при поступлении сигнала тревоги от управляемого процессора высокоскоростных устройств видеонаблюдения и видеозаписи.
Устройство запуска системы пожаротушения обеспечивает блокирование запуска устройств пожаротушения, в том числе и случайного, на маршруте транспорта для защиты пассажиров от воздействия реагентов системы пожаротушения, причем устройство обеспечивает прохождение сигнала автоматического запуска только в отсутствии электропитания от преобразователя напряжения контактной сети или генератора, т.е. на стоянках транспорта. Это обеспечивает надежность системы пожаротушения и безопасность пассажиров при возникновении пожара.
Такие усовершенствования позволяют расширить функциональные возможности сигнализации за счет появления возможности контролировать несанкционированное проникновение в вагоны электропоезда и обеспечения контроля за техническим состоянием всех подсистем электропоезда (тормоза, двигатели, колесные пары и т.п.), что повышает безопасность пассажиров электропоезда, а также обеспечить контроль о возможных загораниях и несанкционированном проникновении в вагоны электропоезда в режиме «холодный отстой», что может увеличить срок эксплуатации электропоезда.
Перечень фигур чертежей.
Фиг.1 - функциональная схема информационной системы транспорта.
Фиг.2 - функциональная схема информационной системы головного вагона транспорта.
Фиг.3 - функциональная схема информационной системы прицепного вагона транспорта.
Фиг.4 - структурная схема транспорта, образованного соединением головных вагонов двух транспортов.
Многоуровневая распределенная информационная система для составного транспорта содержит (фиг.1) оборудование 1 управления системой (фиг.2), оборудование 2 речевого оповещения и связи, оборудование 3 управления высокоскоростной линией связи, оборудование 4 высокоскоростной линии связи, воспроизводящее звуковое оборудование 5 речевого оповещения, устройство 6 переговорное «пассажир-машинист» и тревожную кнопку, управляемый блок 7 электропитания, оборудование 8 низкоскоростной линии связи головного вагона, оборудование 9 низкоскоростной линии связи прицепного вагона (фиг.3), высокоскоростную линию 10 связи, низкоскоростную линию 11 связи, линию 12 связи управляющих процессоров, линию 13 связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина», линию 14 громкоговорящего оповещения.
Оборудование 1 управления системой включает управляемый с пульта 15 управления управляющий процессор 16, съемный модуль 17 памяти конфигурации системы и транспорта и оборудование 18 «черный ящик» для записи сообщений и состояния оборудования системы и транспорта, соединенные с управляющим процессором 16, который соединен также с оборудованием 3 управления высокоскоростной линии 10 связи, низкоскоростной линией 11 связи, управляемым процессором 19, линией 12 связи управляющих процессоров 16, оборудованием 2 речевого оповещения и связи и через интерфейсы 20, 21 и 22 связи соответственно с радиостанцией, системой безопасности и системой местоопределения и системами связи.
Линия 12 связи управляющих процессоров соединяет управляющий процессор 16 транспорта с управляющим процессором головного вагона другого присоединяемого транспорта (фиг.4).
Оборудование 2 речевого оповещения и связи включает установленное в кабине машиниста головного вагона усилительное переговорно-коммутационное устройство 24 и соединенные с ним громкоговоритель 25 кабины машиниста и микрофонную гарнитуру 26 машиниста, при этом усилительное переговорно-коммутационное устройство 24 соединено с управляющим процессором 16, с которого на устройство 24 передаются сигналы автоматического оповещения (автоинформатор), оборудованием 8 низкоскоростной линии 11 связи, устройством 6 переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой, линией 14 громкоговорящего оповещения и линией 13 связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина».
Оборудование 3 управления высокоскоростной линией 10 связи включает управляемый с пульта 27 управления сервер 28 подсистем видеонаблюдения и мультимедийного оповещения и соединенные с ним оборудование 29 видеоархива и монитор 30 подсистемы видеонаблюдения, при этом через сервер 28 управляющий процессор 16 соединен с высокоскоростной линией 10 связи.
Оборудование 4 высокоскоростной линии 10 связи включает коммутатор 31, установленный в высокоскоростной линии 10 связи и соединенный, по крайней мере, с одним телевизионным монитором 32 и/или одной видеокамерой 33.
Воспроизводящее звуковое оборудование 5 речевого оповещения через линию 14 громкоговорящего оповещения соединено с усилительным переговорно-коммутационным устройством 24.
Устройство 6 переговорное «пассажир-машинист» и тревожная кнопка соединены с управляемым процессором 19 и через линию 13 связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина» с усилительным переговорно-коммутационным устройством 24.
Управляемый блок 7 электропитания включает управляемый управляемым процессором 19 коммутатор 34, выход которого соединен с цепью электропитания информационной системы транспорта, находящегося на маршруте и в режиме «отстоя транспорта», резервный аккумулятор 35, выход которого соединен с коммутатором 34 с возможностью его подключения в режиме «отстоя транспорта», и преобразователь 36 напряжения контактной сети или генератор, выход которого соединен с коммутатором 34 с возможностью его подключения, когда транспорт находится на маршруте.
Оборудование 8 низкоскоростной линии 11 связи головного вагона транспорта включает управляемый процессор 19 и соединенные с ним управляемый блок 7 электропитания, модуль 37 контроля энергообеспечения, блок 38 управления системой громкоговорящего оповещения, блок 39 управления и контроля состояния дверей, блок 40 контроля состояния технических подсистем транспорта, интерфейс связи 41 с распределенными системами транспорта, устройство 42 запуска системы пожаротушения, по крайней мере, один датчик 43 охраны, один пожарный извещатель 44, одно внутреннее информационное табло 45 и одно наружное информационное табло 46, при этом управляемый процессор 19 соединен с устройством 6 переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой, а блок 38 управления системой громкоговорящего оповещения соединен с усилительным переговорно-коммутационным устройством 24. При этом управляемый процессор 19 посредством сигнала, поступающего через блок 38 управления системой громкоговорящего оповещения на усилительное переговорно-коммутационное устройство 24, осуществляет включение блока 38 системой громкоговорящего оповещения в кабине машиниста ведущего головного вагона и отключение - в кабине машиниста ведомого головного вагона.
Оборудование 9 низкоскоростной линии связи прицепного вагона транспорта включает управляемый процессор 19 и соединенные с ним управляемый блок 7 электропитания, модуль 37 контроля энергообеспечения, блок 39 управления и контроля состояния дверей, блок 40 контроля состояния технических подсистем транспорта, интерфейс связи 41 с распределенными системами транспорта, устройство 42 запуска системы пожаротушения, по крайней мере, один датчик 43 охраны, один пожарный извещатель 44, одно внутреннее информационное табло 45 и одно наружное информационное табло 46, при этом управляемый процессор 19 соединен с устройством 6 переговорным «пассажир-машинист» и тревожной кнопкой.
Устройство 42 запуска системы пожаротушения включает соединенную с управляемым процессором 19 схему 47 «И», инверсный вход которой соединен с преобразователем 36 напряжения контактной сети или генератором, выход которой через схему 48 «ИЛИ» соединен со средствами 49 пожаротушения, а второй вход схемы 48 «ИЛИ» соединен с устройством 50 ручного запуска системы пожаротушения от цепи резервного электропитания.
Высокоскоростные линии 10 связи, низкоскоростные линии 11 связи, линии 12 связи управляющих процессоров 16, линии 13 связи «кабина-кабина» и «вагон-кабина» и линии 14 громкоговорящего оповещения соседних вагонов транспорта соединены посредством межвагонных соединений 51, 52, 53, 54 и 55 соответственно.
Электропитание многоуровневой информационной системы организовано по трем цепям: цепь Ес основного электропитания от преобразователя 36 напряжения контактной сети или генератора, цепь Ер резервного электропитания от резервного аккумулятора 35 и цепь Есрт основного электропитания на маршруте и резервного электропитания в «отстое» через коммутатор 34, управляемый управляемым процессором 19. К этим цепям электропитания подключено оборудование системы в зависимости от его функционального назначения.
К цепи Ес основного электропитания, которое отсутствует на транспорте, находящемся в «отстое» (на стоянках, в депо и т.п.) в условиях отключения от контактной сети или при неработающем тяговом двигателе, подключено оборудование системы, не выполняющее функции охраны состава в «отстое»: телевизионные мониторы 32, монитор 30 подсистемы видеонаблюдения с сенсорным экраном, пульт 27 управления подсистемы видеонаблюдения и мультимедийного оповещения, интерфейс 21 связи с бортовой системой безопасности, интерфейс 22 связи с системой местоопределения и системами связи, блок 38 управления системой громкоговорящего оповещения, внутренние информационные табло 45, наружные информационные табло 46, модуль 37 контроля энергообеспечения, блок 39 управления и контроля состояния дверей, блок 40 контроля состояния технических подсистем транспорта, интерфейс 41 связи с распределенными системами транспорта, усилительное переговорно-коммутационное устройство 24 и воспроизводящее звуковое оборудование 5 речевого оповещения.
К цепи Ер резервного электропитания подключено оборудование системы, выполняющее функции охраны транспорта в «отстое» и требующее постоянного электропитания: коммутатор 34, съемный модуль 17 памяти конфигурации системы и транспорта, интерфейс 20 связи с радиостанцией, управляющий процессор 16, оборудование 18 «черный ящик», пульт 15 управления управляющим процессором 16, управляемый процессор 19, датчики 43 охраны, пожарные извещатели 44, устройства 42 запуска системы пожаротушения, тревожная кнопка 6.
К цепи Есрт основного электропитания на маршруте и резервного электропитания в «отстое» подключено оборудование, обеспечивающее видеонаблюдение и видеозапись событий при срабатывании охранной и/или противопожарной системы на стоянках. На маршруте транспорта это оборудование подключено через коммутатор 34 к цепи Ес основного электропитания, а в «отстое» - к цепи Ер резервного электропитания при поступлении команды на коммутатор 34 от управляемого процессора 19. К оборудованию, электропитание которых осуществляется от коммутатора 34, относятся: видеокамеры 33, сервер 28 подсистем видеонаблюдения и мультимедийного оповещения, коммутатор 31 высокоскоростной линии 10 связи и оборудование 29 видеоархива.
Указанное распределение оборудования системы обеспечивает возможность продолжительной работы с выдачей сигнала тревоги посредством бортовой радиостанции через интерфейс 20 связи, охранной и противопожарной системы, реализованной в низкоскоростной линии 11 связи с применением электронных компонентов с низким энергопотреблением, и кратковременной работы, при необходимости, при поступлении сигнала тревоги от управляемого процессора 19 высокоскоростных устройств видеонаблюдения и видеозаписи.