Устройство для управления проходным светофором на перегоне железной дороги
DEVICE FOR CONTROLLING PASSING LIGHT ON RAILWAY

Изобретение относится к системам управления движением поездов на железнодорожном транспорте, в частности к системам интервального регулирования движения поездов на перегонах.
Известен способ интервального регулирования движения поездов на перегонах (см. патент РФ №2406635, МПК B61L 23/16, Способ контроля свободности рельсовой линии, входящей в зависимость светофора) с проходными светофорами. Этот способ состоит в том, что при проследовании поезда по блок-участку перегона осуществляется последовательная проверка работы рельсовых цепей, отсутствия их ложной свободности (занятости) при отключении и подключении питания рельсовых линий (в нормальном режиме), правильности работы рельсовой цепи в нормальном и в шунтовом режиме, после чего осуществляется включение разрешающего показания светофора.
Устройство, реализующее этот способ, состоит из двух связанных между собой линейными проводами полукомплектов аппаратуры, каждый из которых предназначен для интервального регулирования движения поездов на половине перегона, прилегающей к станции, на которой этот полукомплект установлен. Полукомплекты состоят из отдельных устройств управления каждым проходным светофором своей половины перегона и контроля состояния рельсовых цепей, входящей в зависимость этого светофора. При этом контроль правильности работы устройства управления каждым проходным светофором осуществляется только при проследовании поездом участков рельсовой линии, входящих в зависимость светофора. Это допустимо, так как устройства построены на электромагнитных реле специальной конструкции, исключающих возникновение в них неконтролируемых отказов. При построении устройства управления проходным светофором на электронных элементах возможно появление неконтролируемых отказов, что и является недостатком рассмотренного способа.
Известно также устройство интервального регулирования движения поездов на перегоне, построенное на микропроцессорной элементной базе (см. учебник «Системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», 2012, ч. 1, стр. 87). Данное устройство состоит из двух полукомплектов аппаратуры, каждый из которых расположен на прилегающей к данной половине перегона станции. Каждый полукомплект аппаратуры содержит два идентичных микропроцессорных канала обработки информации, работающих синхронно. Контроль их правильной работы осуществляется сравнением между собой сигналов в соответствующих контрольных точках каналов и разрешения выдачи команды управления при их совпадении или запрещении выдачи этой команды в противном случае. При этом каждый полукомплект управляет всеми проходными светофорами половины перегона, для которой он предназначен.
Недостатком этого устройства является то, что его построение на основе микропроцессорной элементной базы приводит к возможности влияния на процесс его функционирования внешних несанкционированных воздействий, а также появление недопустимых событий, связанных с информационными воздействиями или «кибератаками». Кроме того, в данном устройстве при проследовании поезда по участку не осуществляется последовательная проверка работы устройств управления светофором, что снижает эксплуатационную надежность и безопасность работы устройства. Отказ устройств микропроцессорного канала обработки информации приводит к отказу устройства интервального регулирования для всего перегона, а не только для одного проходного светофора, что также снижает надежность процесса интервального регулирования движения поездов на перегоне.
Наиболее близким к заявляемому устройству по максимальному количеству сходных признаков является первый из указанных известных устройств, который выбран в качестве прототипа.
Недостатком этого устройства является то, что при его применении в системе, построенной на основе микроэлектронных логических элементов, требуется отдельный контроль правильности работы каждого функционального модуля и проверка значения каждого его выходного сигнала. Кроме того, в моменты времени, когда какие-либо функции не выполняются отдельным модулем, например при длительном отсутствии поездов на участке, возникает возможность появления неконтролируемого состояния этого модуля, которое может быть опасным для управляемого системой процесса. Выявление таких состояний требует применения специальных внешних относительно данного модуля контролирующих средств, что снижает эффективность всего устройства, его быстродействие, повышает стоимость его проектирования и внедрения.
Целью изобретения является повышение надежности и безопасности функционирования устройства управления проходным светофором на перегоне железной дороги, исключение возможности появления опасных для движения поездов состояний, а также появления недопустимых событий, связанных с информационными воздействиями или «кибератаками» на аппаратуру устройства.
Указанная цель достигается тем, что устройство управления проходным светофором на перегоне строится на электронных элементах, представляющих собой реализацию логических функций известного устройства, причем каждое реле известной схемы заменено триггером, имеющим два входа: S и R (установки и сброса), и два выхода: прямой и инверсный, сигналы на которых соответствуют сигналам на фронтовом или тыловом контактах реле при его включенном или выключенном состоянии. В цепях входов этих триггеров устанавливаются логические элементы, на которых реализуются логические функции каждого из этих триггеров.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показаны следующие схемы устройства:
фиг. 1 - функциональная схема счетчиков срабатывания путевых реле;
фиг. 2 - принципиальная схема включения триггеров этих счетчиков;
фиг. 3 - принципиальная схема включения триггеров управления сигнальным показанием проходного светофора и тестирования работы рельсовых цепей.
Устройство содержит n счетчиков (см. фиг. 1), причем число n равно количеству рельсовых цепей в пределах блок-участка (обычно может быть от 3 до 6), обозначенных соответственно Сч1, Сч2, …, Счn, а также начальный счетчик НСч, которым фиксируется присутствие поезда на рельсовой цепи предыдущего блок-участка - цепь путевого реле П(n-1) и замыкания предыдущего блок-участка ЗП(n-1), соседствующей с первой рельсовой цепью данного блок-участка. К входу каждого счетчика Сч1, Сч2, Счn подключены тыловые контакты соответствующего путевого реле П1, П2, …, Пn, фиксирующие занятие подвижным составом соответствующей рельсовой цепи, а также фронтовые контакты путевого реле следующей по ходу поезда рельсовой цепи. Контакты путевых реле П1, П2, Пn подключены через блок ввода информации, обеспечивающий согласование сигналов и защиту от дребезга контактов. Таким образом, в схеме счетчиков осуществляется проверка последовательного занятия рельсовых цепей каждого блок-участка при движении поезда. Схемы счетчиков соединены последовательно между собой с проверкой включенного состояния предыдущего и выключенного состояния последующего счетчика, чем достигается проверка правильности срабатывания путевых реле при последовательном занятии поездом соответствующих рельсовых цепей блок-участка. Все фронтовые контакты путевых реле, кроме того, объединены с помощью логического элемента конъюнкции И (на схемах показывается значком &), на выходе которого образуется сигнал П, соответствующий свободному состоянию всех рельсовых цепей блок-участка, а также его повторитель - сигнал МП, имеющий задержку на выключение τ (см. фиг. 1). Аналогично все тыловые контакты путевых реле объединены логическим элементом И с выходным сигналом П~, соответствующим занятому состоянию всех рельсовых цепей блок-участка (все путевые реле без тока).
Выходные цепи каждого счетчика Сч1, Сч2, Счn образуют контрольные точки, сигналы на которых используются при проверке правильности работы счетчиков в схеме сравнения (на фиг. 1 не показана). Кроме перечисленных входных цепей к схеме счетчика НСч подключена цепь фиксации отсутствия замыкания данного блок-участка ЗП.
К входам последнего счетчика Счn подключены выходные сигналы первого счетчика Сч(n+1) и замыкания следующего по движению поезда блок-участка ЗП(n+1), чем фиксируется вступление на него поезда. Кроме того, последний счетчик Счn имеет два выходных сигнала: прямой Счn и инверсный Счn~, сигналы на которых соответствуют его включенному и выключенному состоянию.
Схема счетчиков (см. фиг. 2) содержит RS-триггеры НСч, Сч1, Сч2, Счn, к R и S входам которых подключены логические элементы И в следующем порядке.
К элементу И, соединенному с входом S триггера НСч, подключены через инверторы сигналы П(n-1) и ЗП(n-1), а также непосредственно сигнал П1 и инверсный выход счетчика Сч1. К элементу И, соединенному с входом R триггера НСч, подключены непосредственно сигналы ЗП(n-1), ЗП и прямой выход счетчика Сч1. Прямой выход триггера НСч через логический элемент ИЛИ соединен с элементами И входных цепей всех триггеров счетчиков Сч1 - Счn, на второй вход элемента ИЛИ через инвертор подается сигнал ЗП замыкания данного блок-участка.
К элементу И, соединенному с входом S триггера Сч1, подключены сигналы от путевых реле П1~ и П2 и инверсный выход счетчика Сч2. К элементу И, соединенному с входом R триггера Сч1, подключен прямой выход счетчика Сч2.
Аналогичным образом включаются входы S и R всех триггеров счетчика. На вход S последнего триггера Счn, кроме того, подаются сигналы от первого счетчика следующего по ходу поезда блок-участка Сч1(n-1) и его замыкания ЗП(n+1).
Схема включения триггеров управления сигнальным показанием проходного светофора и тестирования работы рельсовых цепей (см. фиг. 3) содержит триггеры включения реле тестирования ТП, включения сигнального реле Ж, формирования сигнала ЗП и триггер фиксации прохождения контроля К. Обмотки реле ТП и Ж подключены к прямым выходам соответствующих триггеров через усилительные элементы, а реле Ж, кроме того, - через элемент задержки τ.
К входу S триггера ТП через элемент И подключены цепь МП с задержкой на выключение и инверсный выход триггера К, чем фиксируется отсутствие тестирования. Прямой выход триггера К подключен к входу R триггера ТП, а также к логическим элементам на S и R входах триггера Ж и на входе S триггера ЗП. К входу S триггера К через логический элемент И подключены прямой выход триггера ТП, входы сигналов П~ и МП (через инвертор), а к входу R - инверсный выход триггера Ж.
К входу S триггера Ж через логический элемент И подключены цепи сигнала П, инверсный выход триггера ТП, прямой выход триггера К, прямой выход триггера ЗП и цепь сигнала Счn~, а к входу R триггера Ж через логический элемент И подключены цепь сигнала П~, прямые выходы триггеров ТП и К, инверсный выход триггера ЗП.
К входу S триггера ЗП подключен логический элемент ИЛИ, к первому входу которого через логический элемент И подключены цепь МП, прямой выход триггера К и выход Счn последнего триггера счетчика, а ко второму входу логического элемента ИЛИ подключены цепи МП и ВК (цепь вспомогательной кнопки снятия замыкания блок-участка). К входу R этого триггера через логический элемент И подключены цепи П~ (замыкания всех тыловых контактов путевых реле) и через инвертор - цепь ЗП(n-1), прямой выход триггера ЗП образует цепь ЗП, соединенную со схемой счетчиков (см. фиг. 1 и 2).
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии при отсутствии на участке поезда путевые реле П1, П2, …, Пn находятся под током (замкнуты их фронтовые контакты), фиксируя свободное состояние всех рельсовых цепей блок-участка, ограждаемого данным проходным светофором. При этом выдаются активные сигналы логической «1» на выходах П1, П2, …, Пn, а также на выходах П и МП, а выходы триггеров счетчиков Сч1, Сч2, …, Счn находятся в пассивном состоянии, т.е. выдают сигналы логического «0» (выход Счn~ - логической «1»). В этом состоянии триггеры К и ТП находятся в исходном состоянии, а триггер Ж - во включенном состоянии и сигнальное реле Ж находится под током, включая на проходном светофоре разрешающее показание.
При вступлении поезда на участок пути перед данным проходным светофором (последняя рельсовая цепь предыдущего блок-участка) выключается путевое реле этого участка П(n-1) и его замыкающий триггер ЗП(n-1), в результате чего через инверторы срабатывает начальный триггер счетчика НСч. При этом проверяется свободное состояние первой рельсовой цепи данного блок-участка (сигнал П1) и исходное состояние первого триггера счетчика данного блок-участка (инверсный выход триггера Сч1). При срабатывании триггера НСч подготавливаются цепи срабатывания остальных триггеров счетчика данного блок-участка (через логический элемент ИЛИ, включенный на выходе триггера НСч).
При занятии поездом первой рельсовой цепи данного блок-участка выключается путевое реле П1 и его сигналом П1~ включается срабатывание первого триггера счетчика Сч1 с логической проверкой свободного состояния следующей по ходу поезда рельсовой цепи (сигнал П2), включенного состояния начального счетчика НСч и выключенного состояния следующего триггера счетчика Сч2. При срабатывании триггера Сч1 через логический элемент И выключается триггер НСч (т.е. приходит в исходное состояние), при этом проверяется замкнутое состояние предыдущего и данного блок-участков (сигналы ЗП и ЗП(n-1). Сигнал разрешения работы счетчиков при этом сохраняется за счет питания логического элемента ИЛИ на выходе триггера НСч сигналом замыкания блок-участка ЗП через инвертор.
Аналогичным образом последовательно срабатывают все триггеры счетчика Сч2, …, Счn по мере движения поезда по блок-участку и занятию им рельсовых цепей. При этом в цепях срабатывания каждого триггера счетчика проверяется включенное состояние предыдущего и выключенное состояние последующего триггера счетчика. В цепи срабатывания последнего триггера счетчика проверяется свободное состояние рельсовых цепей следующего по ходу поезда блок-участка сигналом замыкания ЗП(n+1) и выходным сигналом первого счетчика следующего блок-участка Сч1(n+1).
При вступлении поезда на первую рельсовую цепь данного блок-участка и выключении путевого реле П1 на выходах П логического элемента И, соединенного через блок ввода информации с фронтовыми контактами путевых реле, появляется сигнал логического нуля, такой же сигнал появится и на выходе МП. Выход МП имеет время задержки на выключение с помощью элемента τ, т.е. сигнал логической единицы на выходе этого элемента появится через время τ после освобождения поездом всех рельсовых цепей данного блок-участка, срабатывания всех путевых реле П1, П2, …, Пn и включения сигнала логической единицы на выходе П, чем имитируется замедление на отпадание путевого реле.
После этого выключается триггер ЗП, осуществляя замыкание блок-участка, а сигналом с его инверсного выхода - триггер Ж, выключающий сигнальное реле Ж, контактами которого включается запрещающее показание на проходном светофоре, ограждающем блок-участок.
По мере движения поезда выключаются триггеры счетчика: начальный триггер НСч счетчика сигналом на его входе R от логического элемента И, на входе которого проверяются условия замыкания предыдущего блок-участка ЗП(n-1), замыкания данного блок-участка ЗП и включения первого триггера Сч1 счетчика; первый триггер Сч1 счетчика - при условии срабатывания следующего триггера Сч2 счетчика и т.д. Последний триггер Счn счетчика может сработать только в том случае, если последовательно включались и выключались все предыдущие счетчики. Сигнал с прямого выхода последнего триггера счетчика Счn участвует в схеме выключения триггера замыкания ЗП, а сигнал с инверсного выхода - в цепи включения сигнального триггера Ж, и следовательно - сигнального реле Ж.
После полного освобождения блок-участка, включения сигнала П и сигнала МП (с выдержкой времени τ) через элемент И включается триггер ТП и срабатывает реле Т. При этом контактами этого реле выключаются генераторы всех рельсовых цепей блок-участка, их путевые реле П1, П2, …, Пn обесточиваются, замыкая свои тыловые контакты. При этом условии через логический элемент И включается цепь П~, а цепи П и Мп - выключаются. Такое состояние фиксируется триггером К, который срабатывает и выключает триггер ТП и подготавливает включение триггеров Ж и ЗП.
После выключения триггера ТП обесточивается реле Т и включает питание путевых генераторов всех рельсовых цепей блок-участка. В результате этого включаются их путевые реле и образуются цепи П и МП. После этого при условии, что блок-участок свободен (имеется сигнал П), триггер ТП выключен (сигнал с его инверсного выхода), триггер К зафиксировал выключение всех путевых реле и включен (сигнал с его прямого выхода), последний триггер счетчика Счn~ выключен и замыкание блок-участка снято (триггер ЗП включен), включается триггер Ж, затем, с задержкой по времени, срабатывает реле Ж, включая на проходном светофоре разрешающее показание.
Таким образом, при проследовании поезда в устройстве проверяется последовательность включения и выключения путевых реле, отсутствие их посторонних подпиток, правильность работы сигнальной цепи устройства.
Для обеспечения безопасной работы устройства может быть использован известный способ дублирования аппаратуры устройства (при синхронной ее работе) и безопасного сравнения между собой сигналов на основных (контрольных) точках схемы устройства. Такими контрольными точками являются выходы триггеров счетчиков НСч, Сч1, Сч2, …, Счn, управляющего триггера включения тестовых проверок ТП, триггера фиксации выключения путевых реле при тестировании К, сигнального триггера Ж и триггера замыкания блок-участка ЗП. При положительном результате такого сравнения разрешается выдача сигналов на реле путем подачи соответствующего сигнала на усилительные элементы включения реле Ж и Т. При рассинхронизации комплектов аппаратуры (это может произойти при сбое или отказе в одном из комплектов) это событие фиксируется средствами безопасного контроля, а затем осуществляется перезапуск устройства при его сбое) или замена элементов (при отказе). Для обеспечения безопасности при случайном воздействии на устройство предусмотрена возможность его обнуления (приведения в исходное состояние) с помощью кнопки ВК, сигнал с которой устанавливает триггер ЗП в исходное состояние.
Предлагаемое устройство обеспечивает все функции аппаратуры управления проходным светофором, обеспечивая при этом безопасность функционирования устройств, правильную последовательность их работы, отсутствие влияния на работу устройств подпиток рельсовых цепей и их отключений. Кроме того, в данном устройстве исключается влияние информационного вмешательства в его функционирование любой природы, оно защищено от возможных кибератак.