СИСТЕМА ВНЕШНЕГО БЛОКИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТРЕЛКИ
SYSTEM FOR EXTERNAL BLOCKING OF RAILWAY SWITCH

Изобретение относится к области транспорта, а именно к средствам регулирования движения поездов на железной дороге.
Для регулирования движения поездов на железнодорожных станциях используются средства позиционирования подвижных единиц (как правило, рельсовые цепи или, как возможная альтернатива, счетчики осей), средства автоматического перевода железнодорожных стрелок в крайние положения (стрелочные электроприводы с двигателями переменного либо постоянного тока, управляемые, с помощью двух- и пятипроводных (реже трех-, четырех-, семи-, девятипроводных) схем), светофорная сигнализация. Данные основные элементы регулирования движения расположены в непосредственной близости с верхним строением пути (рельсовая цепь частично совмещена с рельсовым путем, стрелочный привод крепится к рельсам при помощи стрелочной гарнитуры, счетчик осей закрепляется за подошву рельса и т.д.) и являются напольным технологическим оборудованием железнодорожной автоматики.
Для управления напольным оборудованием используются системы электрической централизации: вычислительный комплекс, реализованный на основе реле, микроэлектронной и (или) микропроцессорной техники, посредством кабельной сети, расположенной в траншеях в непосредственной близости к железнодорожному полотну, осуществляет управление объектами. Между управляемыми объектами для обеспечения безопасности движения поездов установлены взаимозависимости (другими словами, изменение состояния одного объекта влечет за собой изменение состояния с ним связанного), проверяемые и исполняемые вычислительным комплексом.
Стрелочные электроприводы на железных дорогах управляются и контролируются с поста электрической централизации (ЭЦ), подключаются электроприводы к ЭЦ посредством сигнально-блокировочного кабеля. Стрелочные приводы позволяют управлять стрелками как раздельно, так и маршрутизировано, а управление осуществляется с поста электрической централизации и, в некоторых случаях (когда это допустимо условиями эксплуатации) с маневровой колонки. Управление стрелкой блокируется в первом случае при ее замыкании в маршруте или ручном, при замыкании в маршруте перевод стрелки без нарушений конструкции стрелочного перевода или привода невозможен ни при каких обстоятельствах до ее размыкания в ручном после отмены ручного замыкания. Во втором случае при занятии подвижной единицей стрелочной секции («под поездом»), последующий перевод стрелки возможен после освобождения стрелочной изолированной секции. Для разрешения перевода стрелки оба описанных условия проверяются по схеме «И» (стрелочная секция свободна «И» не замкнута в маршруте). В силу того, что средства позиционирования подвижных единиц (рельсовые цепи или счетчики осей) не являются достаточно надежными устройствами и их работоспособность напрямую зависит от напольного оборудования, которое подвержено механическим нагрузкам, довольно часто случаются отказы данных устройств. По всем правилам безопасности устройств железнодорожной автоматики в случае отказа средства позиционирования подвижных единиц изолированный участок, контролируемый отказавшим устройством, становится занятым, так называемая «ложная занятость».
В этом случае системой ЭЦ предусмотрен вспомогательный режим управления стрелочным переводом, в обход схемы проверки свободности стрелочной секции, фактически свободность устанавливается уполномоченным сотрудником станции. При использовании вспомогательного режима управления стрелочным переводом при наличии движении по нему локомотива или вагонов имеет место перевод стрелки под составом. Это происходит в силу невнимательности, недобросовестности, лени и прочего – так называемый «человеческий фактор». Целью настоящего изобретения является парирование данной опасной ситуации с помощью системы внешнего блокирования стрелки.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения, в котором задача состоит в исключении перевода стрелок под подвижным составом, является система блокировки стрелки от перевода под подвижным составом (RU 96087 U1, публикация 20.07.2010), содержащая счетные точки, установленные на стрелочно-путевой секции и блок логической обработки сигналов от счетных точек, соединенный с аппаратурой управления горочными стрелками. Одна счетная точка установлена перед остряками стрелки на расстоянии, равном защитному участку стрелки, вторая счетная точка установлена на расстоянии 3500 мм от первой в направлении к остряку стрелки, третья и четвертая счетные точки установлены за корнями остряков стрелки на границах стрелочно-путевой секции по каждому направлению, а блок логической обработки сигналов от счетных точек выполнен с возможностью формирования сигнала занятости или свободности стрелочного участка и передачи этого сигнала к аппаратуре управления горочными стрелками. Счетные точки состоят из одного или нескольких реверсивных рельсовых датчиков. При определении свободности стрелочно-путевой секции блоком логической обработки сигналов формируется сигнал, по которому ставится под ток реле контроля состояния стрелки. Контакт реле подключен к блоку аппаратуры управления стрелкой. При замыкании реле контроля состояния стрелки обеспечивается возможность перевода стрелки, а при разомкнутом контакте реле контроля состояния стрелки перевод стрелки невозможен.
Известное решение обеспечивает блокировку перевода стрелки с помощью управления на посту централизации, при этом не обеспечивается непрерывный контроль датчиков, что нарушает требования по безопасности, и встает необходимость их дублирования другим типом датчиков, например, оптическим. Также не предусмотрена возможность завершения перевода стрелки в случае появления в зоне стрелочного перевода подвижного состава после начала перевода.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым устройством, заключается в том, что стрелка может быть переведена под вагоном при выполнении маневровых работ, так как ничем не блокируется в отсутствии маршрутного управления, например, дежурный по станции может случайно перевести стрелку. Также необходимо обеспечение завершения перевода стрелки в случае, если после его начала произошло занятие зоны стрелочного перевода подвижным составом.
Поставленная задача решается за счет использования внешних датчиков фиксации подвижной единицы в зоне стрелочного перевода, увязанных в систему так, как это показано на фиг. 2 или на фиг. 3.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в обеспечении отключения рабочей цепи перевода стрелки до его начала при приближении подвижного состава к зоне стрелочного перевода и запрета отключения рабочей цепи при начале перевода стрелки при появлении подвижного состава в зоне стрелочного перевода в момент времени после начала перевода стрелки.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструкции системы внешнего блокирования стрелки, содержащей датчики наличия подвижной единицы в зоне стрелочного привода, сеть передачи данных от датчиков, а также устройство обработки данных, полученных от датчиков и исполнительный элемент, выполненный с возможностью размыкания рабочей цепи двигателя стрелки при получении от датчиков данных о наличии подвижной единицы в зоне стрелочного привода, при этом первый датчик расположен в рельсовой колее перед остряками стрелки близи крестовины, второй датчик расположен в колее прямого рельсового пути, третий датчик расположен в колее бокового пути, первый, второй и третий датчики связаны проводным или беспроводным способом с блоком обработки данных, выполненным с возможностью получения данных от датчиков о занятости путей подвижным составом и связанным с блоком исполнительного элемента, также блок обработки данных связан со средством определения наличия тока в рабочей цепи двигателя перевода стрелки, представляющим собой датчик тока, встроенный в устройство блокировки стрелки и выполненный передающим информацию в блок обработки данных о наличии или отсутствии тока в рабочей цепи устройства перевода стрелки, при этом блок обработки данных выполнен с возможностью размыкания рабочей цепи привода при получении от датчиков данных о наличии подвижного состава в зоне подвижной части стрелочного перевода, и подачи команды на запрет размыкания рабочей цепи привода при получении данных от средства определения наличия тока до получения данных от средства определения наличия тока в контрольной цепи устройства перевода стрелки, представляющего собой датчик тока, встроенный в устройство блокировки стрелки и выполненный передающим информацию в блок обработки данных о наличии или отсутствии тока в контрольной цепи устройства перевода стрелки, при этом сигнал о наличии тока в контрольной цепи соответствует крайнему положению стрелки.
Система является полностью децентрализованной в части аппаратно-программных средств и располагается непосредственно в зоне рельсовой цепи управляемого стрелочного перевода. Система включает в себя датчики фиксации подвижной единицы в зоне стрелочного привода, сеть передачи данных от датчиков, а также устройство обработки и исполнительный элемент. Датчики системы устанавливаются в зоне железнодорожного перевода в непосредственной близости от корня остряков и крестовины, а также со стороны остряков (вблизи от стрелочного привода). Датчики связываются с устройством обработки информации, которое располагается либо в путевом ящике стрелочного перевода, либо непосредственно в нем. Принципы передачи, используемые в системе - кабельная сеть между датчиками и устройством обработки информации. Возможно обустройство беспроводной передачи данных. Данные от устройства обработки информации передаются исполнительному элементу, а также могут (при различных требованиях к системе) быть переданы по имеющемуся кабельному или разворачиваемой беспроводной сети передаваться на пост ЭЦ, увязываться с централизацией или же передаваться по беспроводному тракту на бортовое оборудование (в этом случае на локомотиве устанавливается дополнительный блок системы или же в программном обеспечении имеющейся бортовой системы добавляется модуль приема и обработки данных от системы блокирования стрелки). Исполнительное устройство непосредственно увязано с рабочей цепью двигателя и безопасно подключено в цепь по аналогии с включением блок-контакта. Исполнительное устройство размыкает рабочую цепь, чем блокирует ее возможный перевод, при наличии подвижной единицы в зоне действия датчиков. При этом в случае начала перевода, предлагаемое устройство самоблокируется внутренними средствами, фиксирующими наличие тока в рабочей цепи стрелочного привода (осуществляется запрет на разрыв рабочей цепи), и позволяет беспрепятственно закончить перевод остряков стрелки. Блокировка, таким образом, осуществляется автономно, без влияния цепей системы ЭЦ. Технически конец перевода стрелки определяется по наличию тока в контрольной цепи схемы управления.
По виду питания система может снабжаться как от источников центрального питания, так и от источников местного питания. Возможна увязка с любыми элементами энергоснабжения, включая альтернативные. Система не увязана с системой централизации и управления движением, однако вариант увязки также возможен.
Устройство блокировки двигателя стрелочного электропривода (например, разрыва рабочей цепи), может размещаться как совместно с устройством обработки сигнала датчика, так и отдельно (например, в непосредственной близости к двигателю при размещении устройства в путевом ящике.
Далее решение поясняется ссылка на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - схема управления железнодорожной стрелкой.
Фиг. 2 - общий вид системы блокировки железнодорожной стрелки.
Фиг. 3 - общий вид системы блокировки железнодорожной стрелки.
Для управления железнодорожной стрелкой используются стрелочные электроприводы, в которых основным элементом, осуществляющим процедуру перемещения остряков стрелочного перевода, является электродвигатель. Электродвигатель связан с редуктором, усиливающим вращающий момент вала двигателя, а тот, в свою очередь, соединен с шибером (перемещаемой балкой) и автопереключателем. Шибер жестко сцеплен с рабочей тягой. Перемещение шибера приводит к перемещению остряков. Для управления работой стрелочного привода контакты автопереключателя и выводы электродвигателя подключаются кабелем в схему управления. При повороте стрелочной рукоятки срабатывает нейтральное пусковое стрелочное реле НПС, а затем через его контакт- поляризованное пусковое стрелочное реле ППС. Контактами этих реле замыкается цепь электродвигателя, и стрелка переводится.
При этом в цепи присутствует также блокировочный контакт, служащий для размыкания рабочей цепи привода при поднятии крышки стрелочного электропривода. Перевод стрелкой осуществляет по команде дежурного по станции, фиксируемой на аппарате управления поворотом коммутатора в релейной системе централизации и щелчком мыши по объекту в релейно-процессорной или микропроцессорной системе (кнопка «Вк» зеленой части 4 схемы на фиг. 1, пусковой цепи устройства перевода стрелки). Это возможно при отсутствии блокировки стрелки, например, в маршруте. При переводе коммутатора стрелки в противоположное положение по рабочей цепи (синяя часть 5 схемы на фиг. 1) срабатывает двигатель в стрелочном электроприводе, осуществляя вращение вала и перемещение шибера из одного положения в другое.
3
Красная часть 6 схемы на фиг. 1 - контрольная цепь устройства перевода стрелки. Плюсовой (ПК) и минусовой (МК) контроль положения стрелки зависит от полярности подключения контрольного реле контактами реле ППС к линейным проводам Л1 и Л3 или Л2 и Л4. Это снижает возможность получения ложного контроля положения стрелки при ошибочном подключении линейных проводов или контрольного блока БВС, а также непереключении поляризованного контакта контрольного реле. Резистор R и конденсатор С, включенные последовательно, надежно защищают контрольное реле от ложных срабатываний при переходных процессах, возникающих в результате перемежающего короткого замыкания линейных проводов стрелки, находящейся в промежуточном положении.
В состав системы блокировки железнодорожной стрелки входят:
Датчик 1 контроля наличия подвижной единицы в зоне железнодорожной стрелки (может крепиться как в междупутье, так и со стороны рельса). В качестве датчиков системой могут быть использованы различные варианты:
анизотропный магнитный датчик (АМД), располагаемый в междупутье и фиксирующий наличие подвижной единицы по появлению металлической базы;
индуктивный датчик (по аналогии с датчиком счета осей), закрепляемый у шейки рельса и срабатывающий при наличии металла в его зоне;
оптический датчик, фиксируемый под подошвой рельса и реагирующий на весовую нагрузку и т.д.
Система содержит по меньшей мере три датчика, при этом первый датчик расположен в рельсовой колее перед остряками стрелки близи крестовины, второй датчик расположен в колее прямого рельсового пути, третий датчик расположен в колее бокового пути. Разные варианты расположения датчиков относительно рельсов показаны на фиг. 2 и 3.
Количество датчиков определяется из условий полного перекрытия охранной зоны стрелочного перевода. Примерное количество и взаимное расположение датчиков определяется типом датчиков и видом самого стрелочного перевода (одиночный или перекрестный). Расположение и количество - согласно приведенной схеме на фиг. 1.
Датчики связаны проводным или беспроводным способом с блоком обработки данных, выполненным с возможностью получения данных от датчиков о занятости путей подвижным составом и связанным с блоком исполнительного элемента.
Блок обработки данных 2 от датчика контроля положения подвижной единицы, размещаемое в корпусе стрелочного электропривода или в непосредственной близости от железнодорожной стрелки (например, как вариант, в путевом ящике рядом с объектом).
Устройство блокировки двигателя 3 стрелочного электропривода (например, разрыва рабочей цепи или балластное сопротивление), может размещаться как совместно с устройством обработки сигнала датчика, так и отдельно (например, в непосредственной близости к двигателю при размещении устройства в путевом ящике) и представляет собой микроэлектронный блок, выполненный в защищенном корпусе и обеспечивающий четвертый уровень полноты безопасности (УПБ4 или в зарубежной системе стандартизации – SIL4).
Диагностика состояния системы может осуществляться косвенным способом (отсутствие возможности перевода стрелки) или средствами самодиагностики и контроля состояния с последующей передачей информации о статусе системы на пост ЭЦ, дежурному по станции, электромеханику, диспетчеру и т.д. по дополнительно организованным каналам связи.
Исполнительный элемент системы внешней блокировки стрелки связан с рабочей цепью схемы управления железнодорожной стрелкой, следовательно, имеет одностороннюю связь с системой электрической централизации. Связь односторонняя потому, что исполнительный элемент разрывает рабочую цепь при наличии подвижной единицы в зоне стрелочного перевода, целостность которой не может быть восстановлена со стороны системы электрической централизации (ЭЦ).
Также блок обработки данных связан со средствами определения наличия тока в рабочей цепи двигателя перевода стрелки, выполненными передающими информацию в блок обработки данных о наличии или отсутствии тока в рабочей цепи устройства перевода стрелки. Блок обработки данных принимает информацию от средств определения тока в рабочей цепи управления стрелкой (датчики тока) и в случае наличия тока, что сигнализирует о начале перевода стрелки, направляет сигнал на средство блокировки системы. Подобные датчики тока широко распространены в промышленности, например, преобразователи тока, предназначенные для измерения постоянного, переменного и импульсного тока без разрыва цепи с гальванической развязкой измерительной и измеряемой цепями.
Окончание перевода стрелки определяется по наличию тока в контрольной цепи схемы управления. Наличие тока в контрольной цепи устройства перевода стрелки определяется посредством датчика тока, встроенного в устройство блокировки стрелки и выполненного передающим информацию в блок обработки данных о наличии или отсутствии тока в контрольной цепи устройства перевода стрелки, при этом сигнал о наличии тока в контрольной цепи соответствует крайнему положению стрелки.
Предлагаемая дополнительная опция обеспечивает возможность завершения перевода стрелки в случае появления подвижной единицы в зоне стрелки после начала ее перевода.