УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ И КОНТРОЛЯ БОДРСТВОВАНИЯ МАШИНИСТА ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОЕЗДОВ

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использована на тяговом подвижном составе с целью повышения безопасности и регулирования движения поездов, а также в системах интервального регулирования с использованием радиоканала.
Известно устройство контроля за управлением локомотивом и бдительностью машиниста (RU 2262459 кл. B61L 25/04 от 2005.04.27). Сущность изобретения состоит в определении максимально допустимого скоростного режима локомотива и контроле за его соблюдением, в определении координаты поезда без участия станционных устройств, в определении числа свободных блок - участков по ходу движения поезда. В возможности обработки данных от вероятных дополнительных источников информации. Модули устройства взаимодействуют между собой посредством системного интерфейса CAN, используются цифровая радиосвязь и спутниковая навигация.
Недостатком этого устройства является устаревшая элементная база и недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений, отсутствие надлежащей гибкости в выборе оптимального скоростного режима.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является локомотивное устройство, содержащее соединенные между собой кабелем системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста, при этом блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя подключенные к системному CAN-интерфейсу два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, связанный со спутниковым приемником, оборудованным антенной спутниковой навигации, модуль цифрового радиоканала, связанный с радиомодемом, оборудованным радиоантенной, два модуля измерения параметров движения, связанных с колесными датчиками пути и скорости, два модуля внешних устройств, связанных с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, связанный с электропневматическим клапаном, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль управления, связанный с рукояткой бдительности, и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, связанный с датчиками давления тормозной магистрали (Л.Е.Венцевич «Локомотивные устройства обеспечения безопасности движения поездов и расшифровка информационных данных их работы», изд. «Маршрут», с.234-265, 277-285).
Недостатком этого устройства является ограниченная функциональность, отсутствие возможности интеллектуального обмена информацией через CAN-интерфейс с внешними устройствами, отсутствие возможности общего индицирования информации для машиниста как от системы КЛУБ-У, так и от других внешних устройств.
Технический результат предложенной полезной модели заключается в устранении указанных недостатков, а именно: в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения интеллектуального обмена информацией через CAN-интерфейс внешних устройств с системой телемеханического контроля бодрствования машиниста ТСКБМ, что способствует более эффективному управлению движением поездов, ускорению оперативности в принятии решений машинистом и повышению пропускной способности, использования блока БИЛ как единого дисплея для машиниста, на котором индицируется информация как от системы КЛУБ-У так и от системы ТСКБМ, что улучшает восприятие данной информации машинистом и ограничивает влияние человеческого фактора на безопасность движения.
Технический результат достигается тем, что в устройство безопасности и контроля бодрствования машиниста для высокоскоростных поездов, содержащее соединенные между собой кабелем системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста, при этом блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя подключенные к системному CAN-интерфейсу два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, связанный со спутниковым приемником, оборудованным антенной спутниковой навигации, модуль цифрового радиоканала, связанный с радиомодемом, оборудованным радиоантенной, два модуля измерения параметров движения, связанных с колесными датчиками пути и скорости, два модуля внешних устройств, связанных с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, связанный с электропневматическим клапаном, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль управления, связанный с рукояткой бдительности, и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, связанный с датчиками давления тормозной магистрали, согласно предложению в устройство введен блок преобразования интерфейсов, причем блок преобразования интерфейсов предназначен для преобразования сигналов системного CAN-интерфейса комплексного локомотивного устройства безопасности в CAN-интерфейс внешних устройств, и первым портом, через системный CAN-интерфейс, соединен с комплексным локомотивным устройством безопасности, а вторым портом, через CAN-интерфейс внешних устройств с портом телемеханической системы контроля бодрствования машиниста.
Конструктивно устройство выполнено в виде блоков, соединенных между собой кабелями системного CAN-интерфейса и CAN-интерфейса внешних устройств. Все модули, входящие в состав устройства разработаны с применением современной элементной базы.
Внешние устройства в виде датчиков пути и скорости, приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала с радиомодемом, антенны спутниковой навигационной системы, электропневматического клапана ЭПК, рукоятки бдительности РБ расположены в головном вагоне электропоезда.
Блок электроники БЭЛ предназначен для приема сигналов от приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала и антенны спутниковой навигации СНС, датчиков пути и скорости ДПС рукоятки бдительности машиниста РБ, а также для обработки принимаемой информации и выдачи ее на блок индикации локомотивный БИЛ и в схему управления электропневматическим клапаном автостопа ЭПК;
блок индикации локомотивный БИЛ с входящими в него модулями ввода MB, управления МУ, индикации МИ предназначен для подготовки информации, необходимой машинисту и для ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки бдительности РБ и кнопок ввода информации, для ввода и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания;
блок регистрации БР с входящим в него модулем регистрации МР предназначен для регистрации информации о параметрах движения поезда, действий машиниста, его физического состояния (бодрствования), диагностической информации о работе устройства.
На Фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства, состоящая из Комплексного локомотивного устройства безопасности КЛУБ-У 1, телеметрической системы контроля бодрствования машиниста ТСКБМ 6, описанная в RU 2376159 С1, 20.12.2009, состоящая из блока измерителей параметров физиологического состояния машиниста, соединенного через высокочастотный радиоканал с блоком приемника радиосигналов о параметрах физиологического состояния машиниста, соединенного с блоком трансляции и адаптации сигналов, первым портом соединенного с блоком обработки данных, а вторым портом к CAN-интерфейсу внешних устройств, с которой устройство КЛУБ-У посредством введенного в состав устройства безопасности и контроля бодрствования машиниста для высокоскоростных поездов блока преобразования интерфейсов БПИ 5, обменивается данными через CAN-интерфейс внешних устройств. Устройство КЛУБ-У 1 включает в себя, подключенные к системному CAN-интерфейсу блок электроники локомотивный БЭЛ 2, блок регистрации БР 3, блок индикации локомотивный БИЛ 4.
Блок БЭЛ 2 содержит усилитель электропневматического клапана ЭПК 7, выход которого соединен с входом электропневматического клапана ЭПК 23, схему контроля безопасности СКБ 8, модули центральной обработки МЦО 9 и МЦО 13, спутниковый приемник СП 10, вход которого соединен со спутниковой антенной 25, модуль маршрута ММ 11, модуль радиоканала РК 12, порт которого соединен с радиомодемом 24, который соединен с антенной цифрового радиоканала 26, модули измерения параметров движения ИПД 14 и ИПД 15, входы которых соединены с датчиками пути и скорости ДПС 27, и модули внешних устройств ВУ 16 и ВУ 17, входы которых соединены с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН 28.
Блок БР 3 устройства содержит модуль регистрации МР 18.
Блок БИЛ 4 устройства содержит модуль ввода MB 19, модуль управления МУ 20, один из входов которого соединен с рукояткой бдительности РБ 22, и модуль индикации МИ 21.
Блоки и их модули работают через CAN-интерфейс комплексного локомотивного устройства безопасности и CAN-интерфейс внешних устройств.
Устройство безопасности и контроля бодрствования машиниста для высокоскоростных поездов работает следующим образом.
Устройство начинает работать сразу после включения питания. Перед каждой поездкой во flash-память модуля маршрута ММ 11 машинистом должны быть занесены параметры движения поезда, необходимые для работы устройства.
Сигналы АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи через приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН 28 поступают в модули внешних устройств ВУ 16 и ВУ 17, блока БЭЛ 2. В модулях ВУ 16, ВУ 17 осуществляется дешифрация этих сигналов, формируются показания локомотивного светофора, определяется количество свободных блок-участков впереди по ходу движения поезда, определяется целевая скорость (скорость, с которой электропоезд должен проследовать границу текущего блок-участка), предельно допустимая скорость движения поезда на данном блок-участке.
Из модулей ВУ 16, ВУ 17 данные через системный CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 блока БЭЛ 2 для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Сигналы от колесных датчиков пути и скорости ДПС 27 поступают в модули измерения параметров движения ИПД 14 и ИПД 15, где формируются значения фактической скорости поезда и пройденный путь. Эти данные через системный CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 для сравнения с допустимой скоростью и принятия решения об экстренном торможении.
Сигналы от приемника спутниковой навигации СП 10 блока БЭЛ 2 через модуль маршрута ММ 11 через системный CAN-интерфейс поступают в модули измерения параметров движения ИПД 14 и ИПД 15, где на основании этих сигналов и данных от электронной карты (на фигуре не показано), расположенной в модуле маршрута ММ 11, определяется местоположение поезда и расстояние до препятствия. Эти данные передаются в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 для расчета скоростного режима.
Сигналы из антенны цифрового радиоканала 26 через радиомодем 24 поступают в модуль радиоканала РК 12, где формируются данные об временных ограничениях движения на текущем участке пути, которые через системный CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Сигналы от устройства телеметрической системы бдительности ТСКБМ 6, по CAN-интерфейсу внешних устройств поступают в блок преобразования интерфейсов БПИ 5, где осуществляется преобразование интерфейсов, после чего эти сигналы поступают через системный CAN-интерфейс поступают в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 блока БЭЛ 2 для дальнейшего их анализа и расчетов. После проведения необходимых вычислений модулями центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 формируются CAN-сообщения с информацией о состоянии системы ТСКБМ 6 (включена, выключена, неисправна), об уровне работоспособности машиниста, о необходимости машинисту подтвердить свою работоспособность нажатием на рукоятку бдительности РБ 22, после чего указанные сообщения через системный CAN-интерфейс передаются в модуль управления МУ 20 блока индикации БИЛ 4 для их отображения машинисту на дисплее модуля индикации МИ 21. Сигнал от нажатия на рукоятку РБ 22 поступает через модуль управления МУ 20 блока БИЛ 4 и далее через системный CAN-интерфейс в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 блока БЭЛ 2. В случае отсутствия подтверждения машинистом своей работоспособности нажатием на рукоятку бдительности РБ 22 модулями центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 блока БЭЛ 2 формируется сигнал на экстренное торможение поезда, передаваемый через модули СКБ 8, усилитель ЭПК 7 на блок электропневматического клапана ЭПК 23. В случае подтверждения своей работоспособности машинистом информация об этом от модулей центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 через системный CAN-интерфейс поступает в блок преобразования интерфейсов БПИ 5, где после преобразования интерфейсов поступает через CAN-интерфейс внешних устройств в телеметрическую систему контроля бодрствования машиниста ТСКБМ 6.
Для повышения надежности устройства и в соответствии с требованиями безопасности, в Устройстве безопасности и контроля бодрствования машиниста для высокоскоростных поездов используется аппаратная избыточность, а именно: наиболее ответственные за безопасность движения модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13, модули измерения параметров движения ИПД 14 и ИПД 15, модули ВУ 16 и ВУ 17 выполнены двухканальными. Каждый из двухканальных модулей измерения параметров движения ИПД 14 и ИПД 15, обрабатывает данные независимо друг от друга и через системный CAN-интерфейс передают их в модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13. Каждый из каналов модулей центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 независимо от другого канала обрабатывает данные и принимает решение о скоростном режиме. Затем модули центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13 обмениваются полученными результатами между собой через системный CAN-интерфейс каждый модуль выдает результат на безопасную схему контроля СКБ 8.
При рассогласовании данных, полученных по двум каналам от модулей центральной обработки информации МЦО 9 и МЦО 13, безопасная схема контроля СКБ 8 инициирует общий перезапуск устройства.
Безопасная схема контроля СКБ 8 через усилитель электропневматического клапана ЭПК 7 подает на электропневматический клапан ЭПК 23 напряжение. При необходимости экстренного торможения автоматически снимается питание с электропневматического клапана ЭПК 23.
Электропитание Устройство безопасности и контроля бодрствования машиниста для высокоскоростных поездов осуществляется по следующему принципу: электропитание от бортовой сети поступает на вторичные источники электропитания, расположенные в каждом из модулей и осуществляющие преобразование уровня напряжения бортовой сети в необходимый каждому модулю уровень напряжения.