Централизованная система контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения
CENTRALISED SYSTEM FOR MONITORING VOCAL FREQUENCY RAIL CIRCUITS FOR HIGH-SPEED MOVEMENT

Система относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к системам управления высокоскоростным движением поездов на участках железнодорожных линий.
Известна система контроля рельсовых цепей, содержащая между постами электрической централизации (ЭЦ) соседних станций n блок-участков, с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходными светофорами. Каждая из упомянутых рельсовых цепей блок-участков, соответственно, соединена с напольными устройствами сопряжения, общего с соседней рельсовой цепью передающего конца и своего приемного конца. Напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов соединены с соответствующими приемниками и передатчиками кодовых сигналов тональной частоты. Системы также включают устройства систем АЛСН непрерывного типа (Кравцов Ю.А. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1996, с. 108, рис. 4.21).
Недостатком известной системы является сложность обслуживания, связанная с нахождением на пути большого количества сложной электронной аппаратуры.
Известна система интервального регулирования движения поездов на перегоне, содержащая на перегоне между постами ЭЦ соседних станций n блок-участков, с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходными светофорами, при этом каждая из упомянутых рельсовых цепей блок-участков соответственно соединена с напольными устройствами сопряжения, общего с соседней рельсовой цепью передающего конца и своего приемного конца, а напольные устройства сопряжения приемных концов соединены через кабельную сеть непосредственно с входами соответствующих приемников кодовых сигналов тональной частоты, которые размещены на ближайших к их блок-участкам постах ЭЦ рядом с передатчиками кодовых сигналов тональной частоты своих рельсовых цепей, при этом каждый из локомотивов, обращающийся на участке дороги, оборудован входящими в состав его комплексного локомотивного устройства безопасности приемниками автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, приемником точечного канала, приемником спутниковой навигации и приемопередатчиком цифрового радиоканала связи, соединенными через межмодульный интерфейс с модулем центральной обработки информации и с модулями памяти карты маршрута, индикации, регистрации, контроля бдительности машиниста и управления исполнительными цепями локомотива, напольные устройства сопряжения общих передающих концов первой группы из упомянутых рельсовых цепей блок-участков соединены через кабельную сеть с входами соответствующих передатчиков кодовых сигналов тональной частоты, а второй группы из упомянутых рельсовых цепей блок-участков, соединены с выходами напольных блоков переключения, у которых первые входы соединены через кабельную сеть с выходами соответствующих передатчиков кодовых сигналов тональной частоты, а вторые входы соединены с выходами резервных напольных передатчиков кодовых сигналов на частотах системы автоматической локомотивной сигнализации, при этом на каждом из упомянутых локомотивов установлены модули резервного управления, подключенные своим портом к межмодульному интерфейсу, которые выходом соединены с входом управления пороговой чувствительностью приемника автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (RU 2390453, B61L 25/00, 27.05.2010).
Недостатком известной системы является то, что аппаратура усложнена избыточным количеством резервных приемопередатчиков и также не защищена от снижения пропускной способности при высокоскоростном движении в случаях сбоев в работе радиоканала.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является централизованная система контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения, содержащая между постами ЭЦ соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходные светофоры, причем каждая из неограниченных рельсовых цепей тональной частоты одним концом соединена с напольным устройством сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения своего приемного конца, все напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей соединены через кабельную сеть с ближайшими к их блок-участкам постами ЭЦ, при этом на постах ЭЦ размещены приемники кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы приемников через кабельную сеть соединены с выходами соответствующих напольных устройств сопряжения приемных концов рельсовых цепей, на каждом из постов ЭЦ введены блоки коммутации, блоки управления и резервные передатчики, выходы всех основных передатчиков соединены через блоки коммутации своих постов ЭЦ и кабельную сеть с соответствующими входами напольных устройств сопряжения передающих концов рельсовых цепей, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блоков управления своих постов ЭЦ, резервные передатчики своими портами связи подключены к отдельным портам связи блоков управления своих постов ЭЦ, а своими выходами соединены с дополнительными входами блоков коммутации своих постов ЭЦ, при этом управляющие порты каждого из блоков управления соединены с портами управления соответствующих блоков коммутации (RU 2405698, B61L 3/12, 10.12.2010).
Недостатком известной системы является то, что она не обеспечивает требуемую пропускную способность при высокоскоростном движении поездов по участку в случаях кратковременных (обычно длительностью до 15 секунд) сбоев в нормальном приеме сигналов из радиоканала цифровой связи локомотивом высокоскоростного поезда.
Такие сбои являются наиболее вероятными и связаны, например, с местами пересечения железнодорожного пути с высоковольтными линиями электроснабжения или при следовании локомотива в пределах искусственных объектов препятствующих нормальному распространению радиоволн.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении заданной пропускной способности участка высокоскоростного движения в условиях кратковременных сбоев в работе радиоканала цифровой связи.
Технический результат достигается тем, что в централизованную систему контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения, содержащую между постами электрической централизации соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходные светофоры, причем каждая из неограниченных рельсовых цепей тональной частоты одним концом соединена с напольным устройством сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения своего приемного конца, все напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей соединены через кабельную сеть с ближайшими к их блок-участкам постами электрической централизации, при этом на постах электрической централизации размещены приемники кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы приемников через кабельную сеть соединены с выходами соответствующих напольных устройств сопряжения приемных концов рельсовых цепей, на каждом из постов электрической централизации установлен блок коммутации, блок управления и резервный передатчик, выходы всех основных передатчиков соединены через блок коммутации своих постов электрической централизации и кабельную сеть с соответствующими входами напольных устройств сопряжения передающих концов рельсовых цепей, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блока управления своего поста электрической централизации, резервный передатчик своим портом связи подключен к отдельному порту связи блока управления своего поста электрической централизации, а своим выходом соединен с дополнительным входом блока коммутации своего поста электрической централизации, при этом управляющий порт каждого блока управления соединен с портом управления соответствующего блока коммутации, согласно изобретению на каждом посту электрической централизации установлены дополнительные резервные передатчики, формирующие сигналы АЛС-ЕН, и блок интерфейса, через который блок управления поста электрической централизации соединен с выходом блока управления движением по радиоканалу цифровой связи, выход дополнительного резервного передатчика соединен с одним из дополнительных входов блока коммутации, а его порт связи соединен с дополнительным портом связи блока управления поста электрической централизации.
На чертеже приведена схема централизованной системы контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
Централизованная система контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения содержит между постами ЭЦ 1 и 2 соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями 3-3 тональной частоты и проходные светофоры 4, каждая из неограниченных рельсовых цепей 3-3 тональной частоты одним концом соединена с напольным устройством сопряжения 5, общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения 6 своего приемного конца, все напольные устройства сопряжения 5, 6 приемных концов и передающих концов рельсовых цепей 3-3 соединены через кабельную сеть 7 с ближайшими к их блок-участкам постами ЭЦ 1 или 2, на которых размещены основные приемники 8 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики 9 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, входы приемников 8 через кабельную сеть 7 соединены с выходами соответствующих напольных устройств 6 сопряжения приемных концов рельсовых цепей 3-3, выходы всех основных передатчиков 9 соединены через блоки 10 коммутации своих постов ЭЦ 1 или 2 и кабельную сеть 7 с соответствующими входами напольных устройств 5 сопряжения передающих концов рельсовых цепей 3-3, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блоков 11 управления своих постов ЭЦ 1 или 2, резервный передатчик 12 своим портом связи подключен к отдельному порту связи блока 11 управления своего поста ЭЦ 1 или 2, а своим выходом соединен с дополнительным входом блока 10 коммутации своего поста ЭЦ 1 или 2, при этом управляющий порт каждого блока 11 управления соединен с портом управления соответствующего блока 10 коммутации. На каждом посту электрической централизации 1 и 2 установлены дополнительные резервные передатчики 13, формирующие сигналы АЛС-ЕН, и блок 14 интерфейса, через который блок 11 управления поста электрической централизации соединен с выходом блока 15 управления движением по радиоканалу цифровой связи, выход дополнительного резервного передатчика 13 соединен с одним из дополнительных входов блока 10 коммутации, а его порт связи соединен с дополнительным портом связи блока 11 управления поста электрической централизации.
Централизованная система контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения функционирует следующим образом.
Станционная аппаратура системы размещается на станциях, устанавливается в постах электрической централизации 1 и 2 и соединяется с напольным оборудованием при помощи кабельной сети 7, а деление (разделение кабельной сети на две части) производится по сигнальной установке.
К напольному оборудованию системы относятся проходные светофоры 4, соединительные кабели кабельной сети 7, разветвительные муфты и путевые ящики (на чертеже не показаны) для размещения устройств сопряжения 5 и 6, включающих схемы согласования и защиты рельсовых цепей 3 и сигнальные трансформаторы (на чертеже не показаны).
Для контроля состояния блок-участков используются два типа рельсовых цепей 3 - длинные, контролирующие участки пути длиной до 1 км с частотами сигнального тока f1 и f2, и короткие - с частотами сигнального тока f1 и f2, служащие для контроля участков пути на границе блок-участков в зоне расположения проходных светофоров 4.
Исключение подпитки от рельсовых цепей 3 соседнего пути осуществляется путем применения для каждого пути своих комбинаций несущих частот и модулирующих сигналов. Исключение подпиток от рельсовых цепей 3 своего пути осуществляется чередованием комбинаций несущих частот и модулирующих сигналов таким образом, что путевой приемник 8 кодовых сигналов тональной частоты данной рельсовой цепи 3 удален от передатчика 9 кодовых сигналов тональной частоты другой рельсовой цепи с идентичными комбинациями несущего и модулирующего сигнала на расстояние, обеспечивающее затухание настолько, что он не воспринимается данным путевым приемником 8. При исправной работе всех устройств сигналы, формируемые каждым основным передатчиком 9 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3i и 3i+1, проходят через соответствующие вход и выход блока 10 коммутации в кабельную сеть 7 и далее через соответствующие устройства сопряжения 5 проходят в питающие концы смежных рельсовых цепей 3i и 3i+1. Затем эти сигналы проходят через рельсы рельсовых цепей 3i и 3i+1, через соответствующие устройства сопряжения 6 приемных концов, обратно через кабельную сеть 7 и попадают на входы соответствующих приемников 8 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3i и 3i+1. Такой режим работы блока 10 коммутации определяется кодовым сигналом выбора режима исправной работы, который поступает на его порт управления, с выхода управляющего порта соответствующего блока 11 управления.
При нормальной работе, если уровень сигнала на входе соответствующего приемника 8 превышает установленный пороговый уровень логической "1", приемник 8 фиксирует свободность соответствующего путевого участка, а если уровень сигнала на входе соответствующего приемника 8 ниже установленного порогового уровня логического "0", то приемник фиксирует занятость соответствующего путевого участка. При принятии решения используется декодированный сигнал, имеющий информационную защиту для обеспечения безопасности работы устройства.
Каждый основной передатчик 9, а также резервный передатчик 12 имеют встроенное устройство диагностики, непрерывно выдающее через порт связи передатчика кодовые сигналы исправной или неисправной работы на соответствующие порты связи соответствующих блоков 11 управления. Если блок 11 управления получает информацию о неисправной работе какого-либо одного из передатчиков 9 кодовых сигналов тональной частоты, то он передает через свой управляющий порт команду перевода блока 10 коммутации в резервный режим работы. В резервном режиме работы выход неисправного передатчика 9 отключается блоком 10 коммутации от нагрузки, сам неисправный передатчик 9 отключается от системы, а резервный передатчик 12 соответствующего поста электрической централизации 1 или 2 подключается к работе вместо неисправного передатчика 9.
Таким образом, остальная часть системы в резервном режиме работает практически без изменения. Блок 11 управления хранит в своей памяти данные по настройкам нормальной работы каждого из основных передатчиков 9, эти данные он периодически запрашивает в процессе нормальной работы через свои порты связи и использует их для настройки частоты и мощности кодового сигнала, подаваемого резервным передатчиком 12 в рельсовые цепи 3i и 3i+1, для сохранения их режима работы без изменения.
Для обеспечения высокого коэффициента готовности блоков 10 коммутации, блоков 11 управления и резервных передатчиков 12 к переходу в резервный режим они периодически тестируются. Периодичность тестирования определяется настройкой внутреннего таймера блока 11 управления, и по истечении заданного времени и после освобождения проходящим поездом пары смежных рельсовых цепей 3i и 3i+1 они кратковременно переключаются в резервный режим по команде, формируемой блоком 11 управления, а затем снова возвращаются в нормальный режим с регистрацией в блоке 11 управления результатов проверки узлов, связанных с резервным режимом рельсовых цепей 3i и 3i+1.
Блоки 15 управления движением по радиоканалу цифровой связи аналогичны по своим техническим особенностям известным блокам управления систем радиоблокировки (Комплексная система управления и обеспечения безопасности движения поездов, Евразия Вести, январь 2009, с. 18).
1
n
Высокоскоростной поезд при движении по перегону получает обычную информацию по рельсовой линии в виде сигналов АЛСН и расширенную информацию о свободности впередилежащих блок-участков по радиоканалу. Когда блоки 15 управления движением по радиоканалу цифровой связи получают от соответствующих локомотивов высокоскоростных поездов информацию о сбоях в работе радиоканала, приводящих к потере существенной для высокоскоростного движения информации о свободности участков пути перед поездом, блоки 15 управления движением по радиоканалу цифровой связи через блоки 14 интерфейса связи формируют команды управления, по которым временно, до устранения упомянутых сбоев, к начальным рельсовым цепям 3-3 следования этих поездов по участку блоками коммутации 10 подключаются дополнительные резервные передатчики 13, которые начинают формировать коды АЛС-ЕН, восполняющие потерянную по радиоканалу информацию. Поскольку все высокоскоростные поезда оборудованы приемниками сигналов АЛС-ЕН, при декодировании этих сигналов высокоскоростные поезда получают расширенную по сравнению с обычной в АЛСН информацию о состоянии свободности до 10 блок-участков впереди по ходу движения поезда, и это позволяет парировать в значительной мере влияние кратковременных сбоев в работе радиоканала цифровой связи на пропускную способность при высокоскоростном движении по участку. За время следования высокоскоростного поезда по этим десяти блок-участкам нормальный прием локомотивом информации из радиоканала цифровой связи возобновляется с высокой вероятностью из-за того, что большинство сбоев в работе цифровой связи имеют продолжительность, меньшую, чем время движения по этим 10 блок-участкам, и из-за того, что неблагоприятные внешние условия распространения радиоволн исчезают по мере изменения местоположения локомотива на маршруте. Дополнительные резервные передатчики 13 обычно могут совмещать в одной универсальной электрической схеме формирование сигналов контроля рельсовой линии и кодовых сигналов АЛСН и АЛС-ЕН. Изменение режимов работы дополнительных резервных передатчиков 13 осуществляется программно. Количество резервных передатчиков может быть и более двух для достижения требуемого уровня коэффициента готовности системы. На схеме показан для упрощения чертежа вариант системы, в котором имеется по одному резервному передатчику 12 и одному дополнительному резервному передатчику 13 для каждого поста ЭЦ. Рассмотренная работа системы показывает, что при сравнительно малом увеличении сложности системы существенно повышается защищенность системы от потерь пропускной способности высокоскоростного движения по участку в случаях кратковременных сбоев в работе радиоканала.