Система управления движением поездов по перегону
TRAIN TRAFFIC CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, в частности к системам управления движением и обеспечения безопасности движения подвижного состава, и может быть использовано в вовлеченных в управление системой поездах, ведомых локомотивов с двумя кабинами управления, оборудованными отдельными комплектами бортовых устройств управления движением.
Известны системы управления движением поездов по перегону, содержащие установленные на локомотиве в кабине управления блок автоматической локомотивной сигнализации, датчик пути и скорости, скоростемер, блок индикации, блок сравнения, блок управления тормозами, тягой и контроллером управления тяговыми электродвигателями, а на пути - блоки кодирования непрерывной АЛС, связанные с блоком электрической централизации и шлейфы точечного канала связи с поездами автоматического управления тормозами (Кравцов Ю.А. и др., Система железнодорожной автоматики и телемеханики - учебник для ВУЗов. - М.: "Транспорт", 1996 г., 400 с., рис 5.10, 5.13 и 5.14).
В известных системах используется автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа (АЛСН, АЛС-ЕН) или аналогичная совместно с системой автоматического управления тормозами (САУТ) или аналогичной.
Известные системы при отказах локомотивных устройств передней кабины локомотива поезда и/или при отказах путевой аппаратуры рельсовых цепей автоблокировки и путевой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) позволяют осуществлять движение поездов по перегону только со значительным снижением скорости и остановками перед светофорами с запрещающим сигнальным показанием. В этих случаях существенно снижается пропускная способность железной дороги.
Известна система управления движением поездов по перегону, содержащая на железнодорожном перегоне рельсовые цепи и аппаратуру их контроля, входящую в комплекты аппаратуры поста электрической централизации на станциях, ограничивающих перегон, при этом у питающих концов рельсовых цепей размещены путевые генераторы, подключенные к соответствующим шлейфам индуктивной связи, а на локомотивах поездов в бортовых устройствах каждой из кабин управления локомотивом имеются комбинированные приемники сигналов из рельсовой линии и из шлейфов индуктивной связи, выход каждого из которых соединен с входом блока определения координат местоположения генераторов, выход которого соединен с первым входом блока формирования сигнала освобождении рельсовой цепи, порт которого через межмодульный интерфейс связи соединен с портом блока локомотивного радио приемопередатчика и портом блока управления движением локомотива, второй, третий и четвертый входы блока формирования сигнала освобождения рельсовой цепи соединены соответственно с выходами блока электронной карты маршрута и спутниковой навигации, блока измерения пройденного пути и скорости движения и устройства контроля целостности состава поезда, при этом блок локомотивного радио- приемопередатчика  посредством цифрового радиоканала связи соединен со стационарными радио приемопередатчиками комплектов аппаратуры постов электрической централизации, связанных между собой проводной линией связи (RU 2438905, 10.01.2012).
Известная система имеет расширенные функциональные возможности, и позволяет сохранять более высокую пропускную способность, при ряде отказов и сбоях в работе путевой аппаратуры и бортовой аппаратуры управления движением поезда ведущей кабины локомотива, за счет использования нескольких независимых каналов обмена информацией между путевыми устройствами и бортовыми устройствами ведущей кабины локомотива каждого поезда и дополнительных точечных средств определения текущего местоположения поезда.
Недостатком известной системы является пониженный уровень безопасности и надежности из-за малой степени взаимного резервирования различных каналов формирования и обработки сигналов.
Наиболее близким аналогом является система управления движением поезда, содержащая в передней и задней кабинах управления поездом комплекты устройств единой комплексной системы управления и безопасности движения поезда, каждый из которых содержит соединенные через CAN интерфейс своей кабины управления поездом подсистему автоведения, подсистему автоматического управления служебным торможением и подсистему контроля безопасности движения, состоящую из подключенных к CAN интерфейсу своей кабины управления поездом приемника спутниковой навигации, модуля электронной карты маршрута, модуля измерения пройденного пути и модуля памяти физических параметров поезда. В подсистеме контроля безопасности движения модуль коррекции текущей координаты первым портом подключен к CAN интерфейсу своей кабины управления поездом, через который модуль коррекции текущей координаты соединен с приемником системы спутниковой навигации, модулем электронной карты маршрута, модулем измерения пройденного пути и модулем памяти физических параметров поезда. Модуль коррекции текущей координаты соединен с блоком памяти и с портом управления модуля электронной карты маршрута. CAN интерфейсы кабин управления поездом соединены между собой (RU2446070, 27.03.2012).
Недостатком известной системы также является пониженный уровень безопасности и надежности из-за малой степени взаимного резервирования различных каналов формирования и обработки сигналов.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности работы системы за счет взаимного резервирования различных каналов формирования и обработки сигналов.
Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что система управления движением поездов по перегону содержит на железнодорожном перегоне рельсовые цепи и аппаратуру их контроля, входящую в комплекты аппаратуры электрической централизации на станциях, ограничивающих перегон, размещенные у питающих концов рельсовых цепей путевые генераторы, каждый из которых подключен к соответствующему шлейфу индуктивной связи, а на локомотивах поездов в бортовое устройство каждой из кабин управления поездом включены последовательно соединенные комбинированный приемник сигналов из рельсовой линии и из шлейфов индуктивной связи и блок определения координат местоположения путевых генераторов, выход которого подключен к входу блока формирования сигнала освобождении рельсовой цепи, порт которого через межмодульный интерфейс связи соединен с портом локомотивного радио приемопередатчика и портом блока управления движением локомотива, другие соответствующие входы блока формирования сигнала освобождения рельсовой цепи подключены соответственно к выходам приемника спутниковой навигации и блока измерения пройденного пути и скорости движения, а входы/выходы – к выходам/входам блока электронной карты маршрута и устройства контроля целостности состава поезда, локомотивный радио приемопередатчик каждой кабины управления посредством цифрового радиоканала соединен со стационарными радио приемопередатчиками постов электрической централизации, взаимодействующих между собой по проводной линии связи, причем соответствующие выходы каждого комплекта аппаратуры постов электрической централизации через стационарные локальные сети цифровой передачи данных связаны с входами управления соответствующих путевых генераторов, а бортовое устройство каждой кабины управления включает также микропроцессорный модуль обмена и сопоставления данных, первый порт которого через внутренний межмодульный интерфейс связи подключен к другому порту блока управления движением локомотива, при этом вторые порты модулей обмена и сопоставления данных кабин управления локомотива подключены к внешнему интерфейсу связи для взаимодействия друг с другом.
Для повышения безопасности движения поездов на перегоне модули центральной обработки информации блока управления движением локомотива выполнены по схеме дублирования и резервирования 2 из 2.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема заявляемой системы управления движением поездов по перегону.
Система управления движением поездов по перегону содержит на железнодорожном перегоне 1 рельсовые цепи 2 (РЦ 2), аппаратуру 3 контроля рельсовых цепей (КРЦ 3), входящую в комплекты постов 4 электрической централизации (ЭЦ 4) на соответствующих станциях А и Б, ограничивающих перегон 1, и путевые генераторы 5 (ПГ 5), размещенные у питающих концов РЦ 2 и каждый из которых подключен к рельсу.
На локомотивах поездов в бортовые устройства 7 (БУ 7) каждой из кабин управления поездом включены последовательно соединенные комбинированный приемник 8 сигналов (ПС 8) из рельсовой цепи из шлейфов 6 индуктивной связи и блок 9 определения координат (БОК 9) местоположения ПГ 5, выход которого подключен к входу блока 10 формирования сигнала (БФС 10) освобождении РЦ 2, порт которого через межмодульный интерфейс 11 связи (ВМИ 11) соединен с портом локомотивного радио приемопередатчика 12 (ЛПП 12) и портом блока 13 управления движением локомотива (БУД 13).
Другие соответствующие входы БФС 10 подключены соответственно к выходам приемника 15 спутниковой навигации (ПСН 15) и блока 16 измерения пройденного пути и скорости движения (ИПД 16), а входы/выходы – к выходам/входам блока 14 электронной карты маршрута (ЭКМ 16) и устройства 17 контроля целостности состава поезда (УКЦ 17).
ЛПП 12 каждой кабины управления посредством цифрового радиоканала 18 (ЦРК 18) соединен со стационарными радио приемопередатчиками 19 (СПП 19), взаимодействующими между собой по проводной линии 20 связи (ПЛС 20).
Соответствующие выходы каждого поста ЭЦ 4 через стационарные локальные сети 21 цифровой передачи данных (ЛЦД 21) связаны с входами управления соответствующих ПГ 5.
БУ 7 в каждой кабине управления движением локомотива включает также микропроцессорный модуль 22 обмена и сопоставления данных (ММО 22), соответствующий порт которого через ВМИ 1 подключен к БУД 13. При ММО 22 кабин управления локомотива через внешний интерфейс 23 связи (ВИС 23) взаимодействуют между собой.
На чертеже сигналы, поступающие из шлейфа 6 на ПС 8 БУ 7 второй кабины локомотива, показаны в момент прохождения над шлейфом 6 второй кабины локомотива.
Заявляемая система функционирует следующим образом.
Посты ЭЦ 4, размещенные на станциях А и Б, ограничивающих перегон 1, через ПЛС 20 обмениваются между собой информацией о свободности РЦ 2, а также информацией, необходимой для управления движением поездов. С БУ 7 кабин управления локомотивами поездов, находящихся на перегоне 1, аппаратура постов ЭЦ 4 обменивается информацией по каналам индуктивной связи непрерывной АЛС и САУТ, а также по цифровому радиоканалу ЦРК 18 связи.
По каналам непрерывной АЛС передается информация о количестве свободных блок участков перед поездом и о постоянных ограничениях скорости на этих блок участках. Эта информация используется в БУ 7 ведущей кабины управления движением локомотива для расчета режимов экстренного и служебного торможения поезда. Для целей прицельного служебного торможения поезда перед светофорами с запрещающими сигналами эта информация дополняется информацией САУТ, передаваемой на локомотивы из шлейфов 6. Сигналы непрерывной АЛС и сигналы из шлейфов 6 индуктивной связи принимает и декодирует локомотивной комбинированный приемник ПС 8.
Информация, полученная на локомотиве из каналов индуктивной связи, является приоритетной для безопасного интервального регулирования при движении поездов по перегону 1, поскольку каналы индуктивной связи в большинстве случаев имеют более высокий уровень защищенности от опасных отказов и уровень устойчивости к помехам по сравнению с радиоканалами.
Обмен информацией аппаратурой постов ЭЦ 4 с БУ 7 локомотивов поездов, находящихся на перегоне 1, осуществляют также блоки ЛПП 12 и СПП 19 по цифровому радиоканалу ЦРК 18 связи.
По ЦРК 18 в БУ 7 локомотивов от аппаратуры постов ЭЦ 4 поступает также информация о временных ограничениях скорости, приказы поездного диспетчера на экстренное торможение поезда, информация о координатах последнего вагона и скорости движения впереди идущего поезда.
В аппаратуру постов ЭЦ 4 с локомотивов передается уточненная информация о текущих координатах самого локомотива и конца состава его поезда в привязке к ЭКМ 14 движения поезда, информация о пройденном пути и текущей скорости движения поезда.
ПСН 15 регистрирует текущие координаты самого локомотива и передает их в блок ЭКМ 14, который осуществляет их привязку к электронной карте маршрута движения. Для большей достоверности в БФС 10 эта информация сопоставляется с информаций о пройденном пути и текущей скорости движения локомотива, которую вырабатывает блок ИПД 16.
БУД 13 в ведущей кабине управления движением локомотива использует для выработки своих команд по управлению движением поезда команды, поступающие от машиниста, информацию от ПС 8, блока ЛПП 12, блока ЭКМ 14 и блока ИПД 16.
УКЦ 17 непрерывно вычисляет координату текущего местоположения конца состава поезда на основании данных о текущей координате места нахождения локомотива, длины состава поезда и траектории рельсового пути, запрашиваемых через БФС 10 из блока ЭКМ 14.
Координата текущего местоположения конца состава поезда и данные о текущей скорости движения поезда передаются по цифровому радиоканалу ЦРК 18 связи в аппаратуру постов ЭЦ 4 и оттуда на следующий непосредственно за данным поездом локомотив соседнего поезда для возможности координатного интервального регулирования движения этих поездов. Координатное интервальное регулирование движения позволяет увеличить пропускную способность перегона.
При нормальной работе путевой и локомотивной аппаратуры канала непрерывной АЛС БУД 13 ведущей (первой) кабины локомотива использует информацию из этого канала в качестве приоритетной информации для управления движением поезда. При отказах аппаратуры в каналах непрерывной АЛС управление движением поезда осуществляется на основе информации, принимаемой на локомотиве из остальных перечисленных выше каналов приема информации.
В заявляемой системе поезд сохраняет прежнюю скорость движения, как при отказах аппаратуры в каналах непрерывной АЛС, так и при более широком перечне других отказов и сбоев. Это достигнуто путем обеспечения широкого взаимного резервирования в работе БУ 7 обеих кабин управления, а также путем передачи расширенной информации на локомотив через путевые шлейфы 6 САУТ. Взаимное резервирование в работе БУ 7 обеих кабин управления осуществляется за счет их обмена аналогичной информацией через внешний высоконадежный интерфейс 23 связи (ВИС 23) между кабинами локомотива и за счет интеллектуального использования этой информации ММО 22 в БУД 13 каждой из кабин управления. Если отказывает или сбивается в работе какой-либо блок в одной кабине управления, то взамен используется такой же, но исправный блок из другой кабины управления локомотива поезда. Это в заявляемой системе используется всегда, когда информация, которую исправный блок может прислать в данную кабину управления, взаимно заменяема с информацией, потерянной из-за отказа или сбоя аналогичного блока в данной кабине управления.
В применяемых на локомотивах системах микропроцессорных БУД 13 кабин управления микропроцессорные модули центральной обработки информации (на чертеже не показаны) выполнены по схеме дублирования и резервирования 2 из 2 и не нуждаются в дополнительном дублировании и резервировании для обеспечения требуемого для этих устройств уровня надежности и полноты безопасности SIL4 или аналогичного.
Для повышения надежности в заявляемой системе осуществляют циклическую проверку на логическое соответствие и/или совпадение исходных данных, получаемых от одних и тех же источников информации, но в разное время, или исходных данных, получаемых от разных независимых источников информации в одно и тоже или в разное время. В каждом цикле проверка происходит в два этапа. На первом этапе в БУ 7 каждой кабины управления ММО 22 проводят свою независимую обработку первичных данных, поступающих в них через ВМИ 11 интерфейс связи своей кабины управления и соответствующих им первичных данных, поступающих в эти БУ 7 через ВИС 23 от БУ 7 другой кабины управления. Если данные поступающие из другой кабины управления совпадают и/или логически соответствуют данным своей кабины управления, то далее эти данные пересылаются через ВМИ 11 БУД 13 своей кабины управления в их микропроцессорные модули центральной обработки информации для двухканальной обработки. В результате совпадения и/или логического соответствия данных из разных кабин управления, подтвержденного при двухканальной обработке, соответствующей уровню полноты безопасности SIL 4. В этом случае эти данные могут быть использованы БУ 7 данной кабины при выработке команд управления с высшим приоритетом по безопасности движения. Такими командами могут, например, быть сокращение дистанции между поездами, включение экстренного торможения, осуществление более редкой проверки бдительности.
Кроме того, для более эффективного парирования отказов аппаратуры  КРЦ 3 РЦ 2 и/или отказов в трактах передачи информации по каналу непрерывной АЛС локомотивные устройства БУ 7 первой и второй кабин при последовательном прохождении первой и второй кабин локомотива над каждым шлейфом 6 САУТ получают от комплектов аппаратуры постов ЭЦ 4  не только информацию о длине и профиле блок участков перегона, но и дополнительную информацию, повторяющую такую же информацию от системы непрерывной АЛС: о количестве свободных блок участков перед локомотивом и о постоянных ограничениях скорости на этих блок участках. При этом, поскольку каналы приема информации САУТ используются в обеих кабинах, то при отказах аппаратуры каналов приема информации САУТ в одной кабине локомотива сохраняется возможность приема этой информации в другой кабине. Для достижения высокого уровня полноты безопасности комплекты аппаратуры в ЭЦ 4 передают эти данные вместе с дополнительными контрольными данными, например, метками времени, проверочными битами и контрольными суммами, позволяющие затем с большей достоверностью проверять их на логическое соответствие и/или побитное совпадение в ММО 22.
В заявляемом изобретении аппаратура радиоканалов и каналов спутниковой навигации и аппаратура измерения пути и скорости, также использует взаимное резервирование данных получаемых в разных кабинах управления. Поскольку комплекты БУ 7 первой и второй кабин управления локомотива удалены друг от друга на расстояние равное длине локомотива, они меньше подвержены одновременным сбоям от помех на пути распространения радиоволн через эфир.
Данные для передачи от разных кабин управления тоже формируются таким образом, чтобы в них были дополнительные контрольные данные (метки времени, проверочные биты и контрольные суммы), позволяющие с большей достоверностью проверять в ММО 22 логическое соответствие и/или побитное совпадение основных данных, принимаемых по одному и тому же ЦРК 18 в разных кабинах управления.
Кроме этого, для большей защищенности от одновременных сбоев аппаратуры ЦРК 18 для каждой кабины управления может быть организован на своей отдельной несущей частоте и/или в отдельном временном слоте.
Для обеспечения защищенности от сбоев в определении координат в интервалах времени между выше указанными корректировками дополнительно с периодичностью в 1 секунду, производится сопоставление между собой данных о текущих координатах, определяемых двумя независимыми спутниковыми навигаторами в ЭКМ 14 и ПСН 15 разных кабин управления локомотива. ЭКМ 14 и ПСН 15 разнесены между собой пространственно на известное расстояние между кабинами локомотива и имеют меньшую вероятность одновременных сбоев их из-за пропадания спутниковых сигналов или из-за появления электромагнитных помех, и поэтому имеют возможность надежного ускоренного восстановления их нормальной работы после сбоев, не только в местах точечных корректировок координат, а в любых других местах. Надежное ускоренное восстановление нормальной работы после сбоев происходит сразу. Более надежная работа ЭКМ 14 и ПСН 15 повышает энергоэффективность управления движением поезда, а также обеспечивает достоверность определения целостности состава поезда.
В результате более надежной организации работы ЦРК 18 и более надежной работы блоков ЭКМ 14 и ПСН 15 х более эффективно принимается и используется информация из аппаратуры ЭЦ 4 о временных ограничениях скорости, приказы поездного диспетчера на экстренное торможение поезда, передаваемых по ЦРК 18, информация о координатах хвоста и скорости движения впереди идущего поезда, а также в аппаратуре постов ЭЦ 4 и на локомотивах имеются более достоверные данные о текущих координатах мест нахождения локомотивов и составов их поездов.
Взаимодействие между БУ 7 первой и второй кабин управления осуществляется через ВИС 23.
ВИС 23 между кабинами управления локомотива технически реализован с высоким уровнем помехозащищенности и скорости передачи данных. ВИС 23 использует CAN протокол или аналогичный. CAN протокол обеспечивает по двухпроводной кабельной линии, проложенной внутри локомотива, скорость передачи данных на уровне 500 Кбит/с, при длине линии до 100м. Поскольку данные в модулях, взаимодействующих с внешними источниками данных, обычно меняются не чаще чем раз в 1 секунду, эта скорость передачи данных является достаточной для совместного использования данных и аппаратных средств БУ 7 первой и второй кабин управления движением локомотива в реальном времени.
Если данные, поступающие от трех и более независимых источников, логически соответствуют друг другу и/или совпадают, то приоритет для использования в БУ 7 имеют данные, поступающие от источников данных с более высоким уровнем достоверности данных. Например, данные из комбинированных ПС 8 из рельсовой линии и из шлейфов 6 индуктивной связи в силу большей надежности имеют приоритет по сравнению с данными, приходящими из блоков ЛПП 12 или из блоков ЭКМ 14 и ПСН 15. Если аналогичные данные поступают от трех и более независимых источников данных, а логически соответствуют друг другу данные только от двух таких источников, то именно эти источники используются для выработки команд соответствующими БУД 13.
Передача приоритета по управлению движением локомотива из БУ 7первой кабины управления БУ 7 второй кабины управления при существенных отказах в БУ 7 первой кабины управления происходит автоматически на основе самодиагностики БУ 7 или же осуществляется по решению машиниста.
Таким образом, заявляемая система повышает надежность работы и обеспечивает энергооптимальный режим ведения поездов с возможностью более точного координатного интервального регулирования движения.