УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ КОМПЛЕКСНОЕ ЛОКОМОТИВНОЕ С АВТОНОМНЫМИ МОДУЛЯМИ
INTEGRATED LOCOMOTIVE PROTECTION DEVICE WITH INDEPENDENT MODULES

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на двухсекционных локомотивах с целью повышения безопасности и регулирования движения поездов, а также в системах интервального регулирования с использованием радиоканала.
Известно устройство контроля за управлением локомотивом и бдительностью машиниста (см. патент России №2262459, кл. B61L 25/04 от 2005.04.27). Сущность изобретения состоит в определении максимально допустимого скоростного режима локомотива и контроле за его соблюдением, в определении координаты поезда без участия станционных устройств, в определении числа свободных блок-участков по ходу движения поезда. В возможности обработки данных от вероятных дополнительных источников информации. Модули устройства взаимодействуют между собой посредством системного интерфейса CAN, используются цифровая радиосвязь и спутниковая навигация.
Недостатком этого устройства являются устаревшая элементная база и недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений, отсутствие надлежащей гибкости в выборе оптимального скоростного режима.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и функциональных возможностей является: Комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У) (см. патент России №2248899, кл. B61L 25/04 от 2005.03.27), содержащее соединенные между собой кабелем системного CAN интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и регистрации, расположенные в кабине машиниста, при этом блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя подключенные к системному CAN-интерфейсу два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, связанный со спутниковым приемником, оборудованным антенной спутниковой навигации, модуль цифрового радиоканала, связанный с радиомодемом, оборудованным радиоантенной, два модуля измерения параметров движения, связанных с колесными датчиками пути и скорости, два модуля внешних устройств, связанных с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, связанный с электропневматическим клапаном, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления, связанный с рукояткой бдительности, и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, связанный с датчиками давления тормозной магистрали.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности управления двухсекционными локомотивами одним комплектом устройства локомотивной безопасности.
Сущность заявленного изобретения состоит в повышении эффективности управления двухсекционным локомотивом одним комплектом устройства локомотивной безопасности, что упрощает комплекс бортовой аппаратуры безопасности и снижает материальные затраты.
Предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
Технический результат достигается тем, что в комплексное устройство локомотивной безопасности, содержащее соединенные между собой кабелем системного CAN интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и регистрации, расположенные в кабине машиниста, при этом блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя подключенные к системному CAN-интерфейсу два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, связанный со спутниковым приемником, оборудованным антенной спутниковой навигации, модуль цифрового радиоканала, связанный с радиомодемом, оборудованным радиоантенной, два модуля измерения параметров движения, связанных с колесными датчиками пути и скорости, два модуля внешних устройств, связанных с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, связанный с электропневматическим клапаном, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления, связанный с рукояткой бдительности, и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, связанный с датчиками давления тормозной магистрали, для двухсекционных локомотивов во вторую секцию локомотива введены блок сбора параметров с входящим в него микроконтроллером, блок приемника сигналов АЛСН и АЛС-ЕН с входящим в него модулем входных устройств и блок индикации с входящими в него модулями регистрации, управления и индикации, вход модуля микроконтроллера, входящего в блок сбора параметров, соединен с датчиком давления уравнительного резервуара, первый порт соединен цепями управления локомотива, второй порт соединен с CAN-интерфейса, а выход - с блоком контроля несанкционированного отключения, вход модуля входных устройств, входящего в блок приемника сигналов АЛСН и АЛС-ЕН, соединен с приемными катушками, а порт с CAN-интерфейсом, вход модуля управления, входящего в блок индикации, соединен с выходом рукоятки бдительности машиниста, а порт с CAN-интерфейсом, порт модуля регистрации, входящего в блок индикации, соединен с CAN-интерфейсом, при этом второй выход усилителя, входящего в блок электроники первой секции локомотива, соединен с электропневматическим клапаном второй секции, а схема контроля безопасности, входящая в блок электроники первой секции локомотива, выполнена с возможностью воздействия через усилитель на электропневматические клапаны первой и второй секций локомотива.
Все модули, входящие в состав блоков, разработаны с применением современной элементной базы. Программное обеспечение модулей написано на языке ассемблера и аппаратно-ориентированном языке высокого уровня Сu+ для микроконтроллеров семейства AT91SAM7A3 производства фирмы ATMEL, для трансляции файлов программы, написанных на языке Cu+ для дешифратора сигналов непрерывных каналов, реализованного на микроконтроллере АТ89С51 СС03 фирмы ATMEL с использованием интегрированной среды PDS51.
Конструктивно устройство безопасности комплексное локомотивное с автономными модулями выполнено в виде двух секций и входящих в них блоков, соединенных между собой кабелем системного CAN интерфейса. В первую секцию входят блоки электроники, индикации, коммутации и регистрации. Во вторую секцию входят блоки сбора параметров, приемников сигналов АЛСН и АЛС-ЕН и индикации.
Внешние устройства в виде датчиков скорости, датчиков давления тормозной магистрали, тормозных цилиндров и уравнительных резервуаров, приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала с радиомодемом, антенны спутниковой навигационной системы, электропневматические клапаны (ЭПК), рукоятки бдительности (РБ) и блоки контроля несанкционированного отключения (КОН) расположены в обеих секциях локомотива.
Расположенные в первой секции локомотива:
- блок электроники БЭЛ предназначен для приема, сигналов от приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала и антенны спутниковой навигации СНС, датчиков пути и скорости ДПС, цепей управления локомотивом, датчиков давления, рукоятки бдительности машиниста РБ, а также для обработки принимаемой информации и выдачи ее на блок индикации локомотивный БИЛ и схему управления электропневматическими клапанами автостопа ЭПК, расположенными в обеих секциях локомотива;
- блок индикации локомотивный БИЛ предназначен для подготовки информации, необходимой машинисту, и для ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки бдительности РБ и кнопок устройства ввода информации, для ввода и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания;
- блок коммутации и регистрации БКР предназначен для приема информации от датчиков давления тормозной магистрали, тормозных цилиндров, уравнительного резервуара, осуществления всех связей устройства с периферийными устройствами, для включения питания устройства.
Расположенные во второй секции локомотива:
- блок индикации локомотивный БИЛ с входящими в него модулями MP, МУ, МИ предназначен для подготовки информации, необходимой машинисту, и для ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки бдительности РБ и кнопок устройства ввода информации, для ввода и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания;
- блок приемника сигналов АЛСН и АЛС-ЕН АЛС-М с входящим в него модулем БВУ принимает и декодирует из рельсовой цепи, отслеживает проследование границ блок-участков, формирует целевую и допустимую скорости движения локомотива, сигналы от приемных катушек устройств АЛСН и АЛС-ЕН, размещенных перед первой колесной парой под кузовом кабины второй секции;
- блок сбора параметров БСП с входящим в него МК предназначен для управления блоком КОН, контролем состояния цепи тяги, приема сигналов от цепей управления локомотива и датчика давления уравнительного резервуара.
На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства, содержащая в первой секции: блок индикации локомотивный БИЛ 1, блок электроники локомотивный БЭЛ 2, блок коммутации и регистрации БКР 3, во второй секции: блок сбора параметров БСП 4, блок приемников сигналов АЛСН и АЛС-ЕН АЛС-М 5, блок индикации локомотивный БИЛ 6,
Блоки БИЛ 1 и БИЛ 6 устройства содержат модули регистрации MP 7 и MP 24, модули управления МУ 8 и МУ 25, один из входов которых соединен с рукоятками бдительности РБ 27 и РБ 42, и модули индикации МИ 9 и МИ 26.
Блок БЭЛ 2 содержит усилитель электропневматического клапана ЭПК (10), первый выход которого соединен с входом электропневматического клапана ЭПК 28, а второй выход - с входом электропневматического клапана ЭПК 37, схему контроля безопасности СКБ 11, модули центральной обработки МЦО 12 и МЦО 16, спутниковый приемник СП 13, вход которого соединен со спутниковой антенной 29, модуль маршрута ММ 14, модуль радиоканала РК 15, порт которого соединен с радиомодемом 30, который соединен с антенной цифрового радиоканала 31, модули измерения параметров движения ИПД 17 и ИПД 18, входы которых соединены с датчиками пути и скорости ДПС 32, и модули внешних устройств ВУ 19 и ВУ 20, входы которых соединены с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН 33.
Блок БКР 3 содержит модуль данных о состоянии управления локомотивом УФИР 21, вход которого соединен с датчиками давления тормозной магистрали 35, а выход - с блоком КОН 36, а порт соединен с цепями управления локомотива 34.
Блок БСП 4 второй секции содержит модуль микроконтроллера МК 22, вход которого соединен с датчиком давления в уравнительном резервуаре 38, выход соединен с блоком КОН 39, а порт - с локомотивными цепями управления 40.
Блок АЛС-М 5 содержит модуль БВУ 23, вход которого соединен с выходом приемных катушек 41.
Блоки и их модули работают через CAN-интерфейс.
Устройство работает следующим образом
Устройство начинает работать сразу после включения питания. Перед каждой поездкой локомотива во flash-память модуля маршрута ММ 14 должны быть занесены параметры движения поезда, необходимые для работы устройства.
Сигналы от датчиков давления тормозной магистрали, тормозных цилиндров и уравнительного резервуара 35, а так же сигналы от цепей управления локомотива 34 поступают в модуль данных о состоянии управления локомотивом УФИР 21 блока БКР 3, где формируются данные, которые через CAN-интерфейс передаются в модуль управления МУ 8 блока БИЛ 1, а затем - в модуль индикации МИ 9 блока БИЛ 1 для индикации и в модуль регистрации MP 7 для записи на кассету регистрации. В модуле УФИР 21 формируются управляющие сигналы, которые поступают в блок КОН 36 и в цепи управления локомотивом 34.
Сигналы от датчика давления уравнительного резервуара 38, второй секции, а так же сигналы от цепей управления локомотива 40 поступают в модуль микроконтроллера МК 22 блока БСП 4, где формируются данные, которые через CAN-интерфейс передаются в модуль управления МУ 25, блока БИЛ 6, а затем - в модуль индикации МИ 26 блока БИЛ 6 для индикации и в модуль регистрации MP 24 для записи на кассету регистрации. В модуле МК 22 блока БСП 4 формируются управляющие сигналы, которые поступают в блок КОН 39 и в цепи управления локомотивом 40.
Сигналы АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи через приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН 33 первой секции или через приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН 41 второй секции поступают в модули внешних устройств ВУ 19 и ВУ 20 блока БЭЛ 2 и в модуль БВУ 23 блока АЛС-М 5. В модулях ВУ (19, ВУ 20) и БВУ (23) осуществляется дешифрация этих сигналов, формируются показания локомотивного светофора, определяется количество свободных блок-участков впереди по ходу движения поезда, определяется целевая скорость (скорость, с которой локомотив должен проследовать границу текущего блок-участка), предельно допустимая скорость движения поезда на данном блок-участке.
Из модулей ВУ 19, ВУ 20 и БВУ 23 данные через CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 блока БЭЛ 2 для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Сигналы от колесных датчиков пути и скорости ДПС 32 поступают в модули измерения параметров движения ИПД 17 и ИПД 18, где формируются значения фактической скорости поезда и пройденный путь. Эти данные через CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 для сравнения с допустимой скоростью и принятия решения об экстренном торможении.
Сигналы от приемника спутниковой навигации СП 13 через модуль маршрута ММ 14 через CAN-интерфейс поступают в модули измерения параметров движения ИПД 17 и ИПД 18, где на основании этих сигналов и данных от электронной карты (не показано), расположенной в модуле маршрута ММ 14, определяется местоположение поезда и расстояние до препятствия. Эти данные передаются в модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 для расчета скоростного режима.
Сигналы из антенны цифрового радиоканала 31 через радиомодем 30 поступают в модуль радиоканала РК 15, где формируются данные об временных ограничениях движения на текущем участке пути, которые через CAN-интерфейс передаются в модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Для повышения надежности устройства и в соответствии с требованиями безопасности в устройстве безопасности комплексном локомотивном с автономными модулями используется аппаратная избыточность, а именно: наиболее ответственные за безопасность движения модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16, модули измерения параметров движения ИПД 17 и ИПД 18, модули ВУ 19 и ВУ 20 и модуль БВУ 23 выполнены двухканальными. Каждый из двухканальных модулей измерения параметров движения ИПД 17 и ИПД 18, модули ВУ19, ВУ 20 и БВУ 23 обрабатывает данные независимо друг от друга и через CAN-интерфейс передают их в модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16. Каждый из каналов модулей центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 независимо от другого канала обрабатывает данные и принимает решение о скоростном режиме. Затем модули центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16 обмениваются полученными результатами между собой по межмодульному интерфейсу и каждый модуль выдает результат на безопасную схему контроля СКВ 11.
При рассогласовании данных, полученных по двум каналам от модулей центральной обработки информации МЦО 12 и МЦО 16, безопасная схема контроля СКБ 11 инициирует общий перезапуск устройства.
Безопасная схема контроля СКБ 11 через усилитель электропневматического клапана ЭПК 10, в зависимости от включенной в работу секции локомотива, подает на электропневматический клапан ЭПК 28 в первой секции или электропневматический клапан ЭПК 37 во второй секции напряжение. При необходимости экстренного торможения автоматически снимается питание с электропневматического клапана ЭПК 28 или электропневматического клапана ЭПК 37.
Электропитание устройства осуществляется по следующему принципу: электропитание от бортовой сети поступает на вторичные источники электропитания, расположенные в каждом из модулей и осуществляющие преобразование уровня напряжения бортовой сети в необходимый каждому модулю уровень напряжения.