Устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации
DEVICE FOR CHECKING AUTOMATIC LOCOMOTIVE ALARM WITH INDUCTIVE CHANNEL FOR TRANSMITTING INFORMATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, в частности, к устройствам контроля канала индуктивной связи автоматической локомотивной сигнализации, и может быть использовано как в качестве лабораторного стенда для изучения или исследования работы автоматической локомотивной сигнализации в условиях воздействия помех, создаваемых тяговым током, так и в качестве испытательного оборудования в условиях контрольно-ремонтных пунктов депо.
Уровень техники
В настоящее время контроль и диагностика бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) специализируется, в первую очередь, на выявлении неисправного комплекта аппаратуры. При этом в условиях контрольных пунктов депо производится оценка чувствительности локомотивного приемника, а также симметрирование приемных катушек в целях обеспечения заданного уровня помехоустойчивости комплекта аппаратуры. Однако следует отметить, что темпы развития электрического подвижного состава во многом опережает существующие методики контроля и диагностики бортовой аппаратуры, что негативно сказывается на статистике сбоев в работе локомотивной сигнализации на сети железных дорог. Это связано, в первую очередь, с увеличением мощности применяемых тяговых двигателей, а также с заменой коллекторных двигателей на асинхронные. Исследования в данной области показывают, что помехи, создаваемые внешними электромагнитными полями тяговых электродвигателей, токов, протекающих по силовым цепям, цепям заземления, колесным парам локомотива (в особенности, ближайшей к приемным катушкам), а также токов, протекающих по контактному проводу (или для случая метрополитена - контактному рельсу), оказывают значительное влияние на помехоустойчивость работы бортовых устройств автоматической локомотивной сигнализации. Последнее требует изучения степени их влияния при изменении основных параметров токов помехи, а также оценки возможностей повышения помехоустойчивости автоматической локомотивной сигнализации.
Известен контрольный пункт автоматической локомотивной сигнализации, оборудуемый в основных и оборотных депо (36090-00-00 МУ, Контрольный пункт АЛС. Методические указания по проектированию и оборудованию). В состав контрольного пункта входят один или несколько испытательных участка. Испытательный участок представляет собой стационарный шлейф, прокладываемый вдоль шейки рельса. Для исключения влияния взаимной индуктивности между рельсами и проводом шлейфа последний скрещивается. Стационарный шлейф имитирует собой рельсовую нить, по которой протекает сигнальный ток, формируемый устройством проверки АЛС (УПР-АЛС).
Благодаря скрещиванию стационарного шлейфа представляется возможным построить универсальный испытательный участок, позволяющий разместить один и более испытуемых локомотивов. Тем не менее, известный контрольный пункт не позволяет производить проверку бортовой аппаратуры АЛС в условиях, приближенных к эксплуатационным, т.е. не позволяет учитывать ряд источников внешних электромагнитных помех.
Известно устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации (RU 62882, B61L 3/12, 10.05.2007). Устройство содержит рельсы прямой стрелочного перевода, дроссель-трансформатор, источник сигнального тока, блок имитации тягового тока, выключатели, регулируемые реостаты, левую и правую локомотивные приемные катушки, рельсы кривой стрелочного перевода до изолирующих стыков, рельсы кривой стрелочного перевода за изолирующими стыками, второй и третий дроссель-трансформаторы, стрелочный соединитель, второй источник сигнала, подвижная платформа и привод подвижной платформы, причем левый и правый рельсы прямой стрелочного перевода первыми концами соединены через выключатели и регулируемые реостаты с основной обмоткой первого дроссель-трансформатора, средний вывод которой подключен к выходу блока имитации тягового тока, вход которого соединен со средним выводом основных обмоток второго и третьего дроссель-трансформаторов соответственно, основная обмотка второго дроссель-трансформатора соединена со вторыми концами левого и правого рельсов прямой стрелочного перевода, основная обмотка третьего дроссель-трансформатора соединена со вторыми концами левого и правого рельсов кривой стрелочного перевода за изолирующими стыками, первый конец правого рельса кривой стрелочного перевода за изолирующими стыками соединен через стрелочный соединитель со вторым концом левого рельса кривой стрелочного перевода до изолирующих стыков, первый конец которого соединен с первым входом левого рельса прямой стрелочного перевода, первый конец правого рельса кривой стрелочного перевода до изолирующих стыков соединен первым концом правого рельса прямой стрелочного перевода, к дополнительной обмотке первого и второго дроссель-трансформаторов подключены первый и второй источники сигнального тока соответственно, левая и правая локомотивные приемные катушки расположены на подвижной платформе над левым и правым рельсами стрелочного перевода соответственно, а передвижение платформы вдоль рельсов стрелочного перевода осуществляется ее приводом.
Несмотря на достоинства, позволяющие применять известное устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации для исследования канала индуктивной связи при движении подвижного состава на стрелочных переводах, оно обладает недостатком, связанным с невозможностью оценки степени влияния таких источников помех, как первая колесная пара, контактный провод или рельс. Это в целом снижает эффективность известного устройства и делает невозможным его применение при оценке условий функционирования канала индуктивной связи при применении перспективного тягового подвижного состава.
Наиболее близким аналогом является устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации, содержащее рельсы контрольного участка, дроссель-трансформатор, источник сигнального тока, блок имитации тягового тока, выключатели, регулируемые реостаты, левую и правую локомотивные приемные катушки, шпалы, подвижная платформа и привод подвижной платформы, причем рельсы контрольного участка одними концами связаны с имеющей средний вывод основной обмоткой дроссель-трансформатора, к дополнительной обмотке которого подключен источник сигнального тока, к среднему выводу основной обмотки дроссель-трансформатора подключен блок имитации тягового тока, другой вывод которого через выключатели и регулируемые реостаты подключен к другим концам рельсов контрольного участка, над левым и правым рельсами контрольного участка соответственно расположены левая и правая локомотивные приемные катушки на подвижной платформе, которая связана с приводом подвижной платформы (RU 62880, B61L 3/08, 10.05.2007). Оно взято за прототип.
К основным недостаткам прототипа следует отнести невозможность оценки влияния на канал индуктивной связи таких источников помех, как первая колесная пара тягового подвижного состава, контактный провод (или рельс), а также смежных железнодорожных путей и источников внешнего электромагнитного поля, например, асинхронных тяговых электродвигателей или силовых трансформаторов.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение уровня помехоустойчивости работы автоматической локомотивной сигнализации.
Технический результат достигается тем, что устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации, содержащее рельсы и шпалы, формирующие рельсошпальную решетку, дроссель-трансформатор, многоканальный генератор сигналов и помех, регулируемые сопротивления, левую и правую локомотивные приемные катушки, шпалы, подвижную платформу и привод подвижной платформы, дополнительно содержит первый блок подключения, соединяемый своими входами с выходами первой и второй приемных катушек, блок измерения и анализа, подключаемый своими входами к выходам первого блока подключения, блок индикации и блок памяти, своими входами подключаемые к соответствующим выходам блока измерения и анализа.
По другому варианту исполнения устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации для проверки работы локомотивного усилителя, своими входами подключаемого к выходам первой и второй приемных катушек, дополнительно вводится второй блок подключения, своими входами подключаемый к выходам локомотивного усилителя, а выходами к блоку измерения и анализа.
По третьему варианту выполнения устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации для проверки работы локомотивного дешифратора, входы которого соединяются с соответствующими выходами локомотивного усилителя, дополнительно вводится третий блок подключения, своими входами подключаемый к входам локомотивного дешифратора, а выходами к блоку измерения и анализа.
По четвертому варианту устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации для проверки работы локомотивного фильтра, подключаемого своими входами к выходам первой и второй приемных катушек дополнительно вводится четвертый блок подключения, своими входами соединяемый с соответствующими выходами локомотивного фильтра, а выходами соединяемый с соответствующими входами блока измерения и анализа.
По пятому варианту устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации для обеспечения возможности исследования мешающего влияния электромагнитного поля дополнительно вводится первая колесная пара, соединяемая своими входами с первым и вторым рельсами и индуктивно связанная с первой и второй приемными катушками.
По шестому варианту устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации для обеспечения возможности создания условий контрольного пункта АЛС дополнительно вводятся провод шлейфа и регулируемое сопротивление шлейфа, при этом вход регулируемого сопротивления шлейфа подключен к соответствующему выходу многоканального генератора сигналов и помех, а выход соединен со входом провода шлейфа, индуктивно связанного с первой и второй приемными катушками.
При этом, для обеспечения возможности оценки влияния контактной сети на индуктивный канал передачи информации системы АЛС дополнительной вводится провод, имитирующий контактную сеть и индуктивной связанный с первой и второй приемной катушкой, и регулируемое сопротивление провода, имитирующего контактную сеть, своим входом подключаемое к многоканальному генератору сигналов и помех, а выходом к проводу, имитирующий контактную сеть, при этом провод, имитирующий контактную сеть, располагается над путем на высоте относительно головки рельсов и смещением относительно оси пути, соответствующим установленным нормативным значениям.
Вместо приемных катушек при этом могут применяться токовые датчики для оценки возможности их применения в условиях действия помех в составе индуктивного канала передачи информации АЛС.
Также провод, имитирующий контактную сеть, может располагаться в зоне расположения контактного рельса метрополитена, имитируя его влияние на канал индуктивной связи в системе АЛС.
Вместо фильтра, локомотивного усилителя и локомотивного дешифратора может быть установлена микропроцессорная бортовая аппаратура, входами соединяемая с выходами первой и второй приемных катушек, а выходами соединяемая с пятым блоком подключения, выходы которого подключены к блоку измерения и анализа.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами на Фиг. 1-6.
На Фиг. 1 приведен вариант выполнения устройства для проверки характеристик локомотивных приемных катушек.
На Фиг. 2 представлен вариант выполнения устройства для совместной проверки характеристик локомотивных катушек, усилителя и дешифратора.
На Фиг. 3 представлен варианта выполнения устройства для совместной проверки характеристик локомотивных катушек, усилителя, дешифратора и фильтра при тяге переменного тока.
На Фиг. 4 представлен вариант выполнения устройства для совместной проверки характеристик локомотивных катушек, усилителя и дешифратора с учетом влияния магнитного поля, создаваемого первой колесной парой подвижного состава.
На Фиг. 5 представлен вариант выполнения устройства для совместной проверки характеристик локомотивных катушек, усилителя и дешифратора с применением стационарного шлейфа и с учетом влияния магнитного поля, создаваемого первой колесной парой подвижного состава.
На Фиг. 6 представлен вариант выполнения устройства для совместной проверки характеристик локомотивных катушек, усилителя и дешифратора с применением стационарного шлейфа и с учетом влияния магнитных полей, создаваемых первой колесной парой подвижного состава и контактной сетью.
На Фиг. 1-6 введены следующие обозначения:
1 - блок ввода данных;
2 - блок управления;
3 - многоканальный генератор сигналов и помех;
4 - первое регулируемое сопротивление;
5 - второе регулируемое сопротивление;
6 - первый рельс;
7 - второй рельс;
8 - шпала;
9 - рельсошпальная решетка;
10 - дроссель-трансформатор;
11 - первая приемная катушка;
12 - вторая приемная катушка;
13 - первый блок подключения;
14 - блок измерения и анализа;
15 - блок индикации;
16 - блок памяти;
17 - подвижная платформа;
18 - привод подвижной платформы;
19 - локомотивный усилитель;
20 - второй блок подключения;
21 - локомотивный дешифратор;
22 - третий блок подключения;
23 - локомотивный фильтр;
24 - четвертый блок подключения;
25 - первая колесная пара;
26 - провод шлейфа;
27 - регулируемое сопротивление шлейфа;
28 - провод, имитирующий контактную сеть;
29 - регулируемое сопротивление провода, имитирующего контактную сеть.
Осуществление изобретения
Устройство для проверки автоматической локомотивной сигнализации с индуктивным каналом передачи информации работает следующим образом.
Оператор посредством блока ввода данных 1 инициирует начало проведения испытаний бортовой аппаратуры. Оператор вводит следующие данные: номер комплекта испытуемой аппаратуры, номера первой и второй локомотивных катушек 11 и 12, локомотивного фильтра 23, локомотивного усилителя 19 и локомотивного дешифратора 21 (в зависимости от конфигурации бортовой аппаратуры, размещенной на подвижной платформе 17). Блок управления 2 формирует управляющие команды, которые, передаются на вход многоканального генератора сигналов и помех 3. Многоканальный генератор сигналов и помех 3 может быть выполнен как на базе самостоятельного микропроцессора, так и на базе аудиокарты персонального компьютера с подключенным к ее выходу усилителем.
По первому варианту (фиг. 1) выполнения устройства выходы многоканального генератора сигналов и помех 3 через первое и второе регулируемые сопротивления 4 и 5 подключены к первому и второму рельсам 6 и 7, располагаемых на шпалах 8. Рельсы 6 и 7, располагаемые на шпалах 8 формируют рельсошпальную решетку 9. Посредством регулируемых сопротивлений 4 и 5 представляется возможным задавать величину симметрии тягового тока в рельсовой линии.
Также к первому и второму рельсам 6 и 7 подключается своей основной обмоткой дроссель-трансформатор 10. К дополнительной обмотке дроссель-трансформатора 10 подключается соответствующий выход многоканального генератора сигналов и помех 3.
Таким образом, по первому и второму рельсам 6 и 7 одновременно может протекать и сигнальный и тяговый (помеховый) токи.
С первым и вторым рельсами 6 и 7 индуктивно связанными являются первая и вторая приемные катушки 11 и 12, располагаемые над первым и вторым ходовыми рельсами 6 и 7 на высоте и при смещении относительно оси соответствующих рельсов в соответствии с действующими нормами. Первая и вторая приемные катушки устанавливаются на подвижной платформе 17. Подвижная платформа 17 снабжена приводом подвижной платформы 18 для обеспечения перемещения первой и второй приемных катушек 11 и 12 вдоль первого и второго рельсов 6 и 7.
К выходам первой и второй приемных катушек 11 и 12, включаемых между собой встречно и последовательно, подключается первый блок подключения 13. Первый блок подключения 13 связан своим выходом с соответствующим входом блока измерений и анализа 14. Блок измерений и анализа может быть выполнен в виде микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением.
Блок измерений и анализа 14 определяет величину напряжений в первой и второй приемных катушках 11 и 12 на различных частотах и передает данную информацию на блок индикации 15 и сохраняет ее в блок памяти 16. Блок индикации 15 может быть выполнен в виде жидкокристаллического монитора. Блок памяти 16 может быть выполнен в виде твердотельного или съемного флеш-накопителя.
По второму варианту выполнения устройства к выходам первой и второй приемных катушек 11 и 12 включается локомотивный усилитель 19, устанавливаемый на подвижной платформе 17. К выходам локомотивного усилителя 19 подключается второй блок подключения 20. Выходы второго блока подключения 20 связаны с соответствующими входами блока измерения и анализа 14.
Таким образом, представляется возможным оценить, как чувствительность локомотивного приемника, коим является локомотивный усилитель 19. Также представляется возможным определить критические условия, при которых данный локомотивный усилитель даст сбой: наличие ложной информации о импульсе или паузе на его выходах. Особенностью данного выполнения устройства является также возможность оценки временных искажений числового кода на выходе локомотивного усилителя 19.
По третьему варианту выполнения устройства (фиг. 2) дополнительно к выходам локомотивного усилителя 19 подключается локомотивный дешифратор 21, устанавливаемый на подвижной платформе 17. С выходами локомотивного дешифратора 21 соединяется третий блок подключения 22. Выходы третьего блока подключения 22 соединяются с соответствующими входами блока измерений и анализа 14.
Такой вариант выполнения устройства позволяет оценить как предельные искажения параметров числового кода, при которых сохраняется нормальная работа комплекта бортовой аппаратуры АЛС в составе первой и второй локомотивных катушек 11 и 12, локомотивного усилителя 19 и локомотивного дешифратора 21, так и определить предельные отклонения параметров релейной аппаратуры (или отдельных блоков в составе данной аппаратуры), при которых сохраняется нормальная работа комплектов релейной аппаратуры АЛС при поступлении на вход локомотивного приемника (локомотивного усилителя 19 через первую и вторую приемные катушки 11 и 12) числового кода с нормативными параметрами. Также такое подключение позволяет выработать методологию проверки комплекта бортовой аппаратуры АЛС при тяге постоянного тока с учетом заданной асимметрии и спектрального состава тягового тока.
По четвертому варианту выполнения устройства (фиг. 3) в состав бортовой аппаратуры АЛС дополнительно между первой и второй приемными катушками 11 и 12 и локомотивным усилителем 19 включается локомотивный фильтр 23, также устанавливаемый на подвижной платформе 17. К выходам локомотивного фильтра 23 подключается четвертый блок подключения 24. К выходам четвертого блока подключения 24 подключаются соответствующие входы блока измерения и анализа 14.
Такой вариант выполнения устройства позволяет дополнительно выработать критерии оценки помехоустойчивости работы локомотивной аппаратуры АЛС при тяге переменного тока.
По пятому варианту выполнения устройства (фиг. 4) дополнительно вводится первая колесная пара 25. Первая колесная пара может быть выполнена как в виде непосредственно колесной пары, устанавливаемой на первом и втором рельсах 6 и 7, так и в виде регулируемого сопротивления, имитирующего поведение первой колесной пары.
При асимметрии тягового тока в рельсах через первую колесную пару 25 протекает ток, который формирует собственное электромагнитное поле, мешающее нормальному приему сигналов АЛС.
При изучении данного явления будет ставиться задача определения местоположения первой и второй приемных катушек 11 и 12 относительно первой колесной пары 25 для обеспечения наиболее высокого уровня помехоустойчивости работы локомотивного приемника с учетом возможной асимметрии первой и второй приемных катушек 11 и 12. Для этого подвижная платформа 17 посредством привода подвижной платформы 18 будет перемещаться вдоль первого и второго рельсов 6 и 7.
По шестому варианту выполнения устройства (фиг. 5) дополнительно вдоль шейки рельса в соответствии с нормативными документами или исходя из условий проводимого эксперимента прокладывается провод шлейфа 26. Для изменения величины тока, протекающего через провод шлейфа 26 устанавливается регулируемое сопротивление шлейфа 27. Провод шлейфа 26 соединен через регулируемое сопротивление шлейфа 27 с соответствующим выходом многоканального генератора сигналов и помех 3.
Данный вариант выполнения устройства позволяет произвести оценку технических решений по проектированию и оборудованию испытательных участков контрольных пунктов АЛС в локомотивных депо.
В провод шлейфа 26 при этом подается сигнальный ток. А в первый и второй рельсы 6 и 7 транслируется при необходимости помеха с заданными параметрами.
По седьмому варианту выполнения устройства (фиг. 6) дополнительно вводится провод, имитирующий контактную сеть, 28 и регулируемое сопротивление провода, имитирующего контактную сеть, 29 для плавной регулировки величины тока, протекающего через провод, имитирующий контактную сеть, 28.
Провод, имитирующий контактную сеть, 28 располагается в установленном нормативными документами положением относительно уровня головки рельса и оси пути. При этом величина протекающего по нему тока равна сумме токов, протекающих в первом и втором рельсах 6 и 7.
По восьмому варианту выполнения устройства вместо приемных катушек могут применяться иные существующие или разрабатываемые токовые датчики (например, датчики Холла). Таким образом представляется возможным оценить возможность их применения в условиях действия различных помех в составе индуктивного канала передачи информации АЛС.
По девятому варианту выполнения устройства провод, имитирующий контактную сеть, 28 может располагаться в зоне расположения контактного рельса метрополитена, имитируя его влияние на канал индуктивной связи в системе АЛС. Тем самым представляется возможность проверки комплекта аппаратуры не только на магистральном железнодорожном транспорте, но и на метрополитене.
По десятому варианту выполнения устройства релейная аппаратура АЛС может заменяться на микропроцессорную бортовую аппаратуру. При этом вводится пятый блок подключения, соединяемый своими выходами с соответствующими входами блока измерения и анализа 14. Тем самым представляется возможным проверять работоспособность комплекта бортовой аппаратуры АЛС не только существующих, но и перспективных типов.
Наличие отличительных признаков в заявляемом изобретении позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна».
Критерий «промышленная применимость» заявляемого устройства подтверждается его потенциальной эффективностью по сравнению с прототипом.
Устройство позволяет расширить возможности контроля и технической диагностики локомотивной аппаратуры АЛС, позволяя указывать как на причину возникновения сбоя в работе локомотивной аппаратуры АЛС, так и на блок (фильтр, усилитель или дешифратор), параметры которого не соответствуют норме при заданных параметрах сигнала и помехи.
Предлагаемое устройство может использоваться может как в качестве лабораторного стенда для изучения или исследования работы автоматической локомотивной сигнализации в условиях воздействия помех от асимметрии тягового тока, тока в первой колесной паре подвижного состава или тока, протекающего в контактной сети, так и в качестве испытательного оборудования в условиях контрольных или контрольно-ремонтных пунктов депо.