УНИФИЦИРОВАННЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СИСТЕМЫ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
UNIFIED COMPUTER COMPLEX FOR INTERVAL CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на железнодорожных станциях.
Известна «Система предотвращения столкновения подвижного состава или локомотива с прибывающим или отправляющимся со станции поездом» (см. патент РФ № 2288856 С2, B61L 23/34 от 20.04.2006 г.).
Система содержит «N» навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию и локомотивные части. Контрольно-корректирующая станция состоит из приемника спутниковых сигналов, вычислительного блока, радиомодема, сервера, в память которого записана информация о движении поездов и об электронной карте железнодорожной станции с контрольными точками, обозначающими границы защитных зон, дисплея и передатчика корректирующих сигналов. В состав каждой локомотивной части входят бортовой приемник спутниковых сигналов, приемник корректирующих сигналов, бортовая ЭВМ, в память которой записана информация об электронной карте железнодорожной станции с контрольными точками, обозначающими границы защитных зон, исполнительное устройство, дисплей, бортовой радиомодем, измеритель тягового тока, датчик направления движения, датчик автосцепки, датчик давления в тормозном цилиндре, датчик давления в тормозной магистрали, датчик пути и скорости, датчик концевого крана локомотива и клавиатура. На контрольно-корректирующей станции вырабатываются дифференциальные поправки координаты станции, информация о которых поступает в локомотивные части. Изобретение позволяет создать надежную систему предотвращения столкновения подвижного состава или локомотива на железнодорожной станции во время маневровых работ при приеме или отправлении поезда.
Недостатком этого устройства является то, что система не обеспечивает предотвращения столкновения подвижного состава или локомотива, находящегося на боковых некодируемых путях, с прибывающим или отправляющимся со станции поездом. Это ведет к снижению надежности управления и безопасности движения поездов.
Известно «Поездное устройство автоматической поездной сигнализации с регулированием скорости» (см. патент России № 2120393, кл. В61Н 25/06 от 20.10.1998 г.).
Устройство содержит блок задания скорости, блок приема сигналов, блоки заграждающих и полосовых фильтров, блок управления торможением, установочный триггер, мультиплексор, счетчик фактической скорости, преобразователь динамических сигналов, генераторы импульсов, схему начальной установки, делители частоты, элемент или схему выдержки времени JK- и D-триггеры, счетчики-дешифраторы, схемы совпадения с гальванической развязкой, дешифратор сигнальных показаний системы автоматического регулирования скорости, трансформаторный блок, дешифратор сигнальных показаний включает в себя преобразователи динамических сигналов, блоки оптронной развязки, дешифраторы сигналов, буферный регистр, генератор импульсов, формирователь последовательности импульсов, D-триггеры и блоки формирования входных сигналов.
Недостатками этого устройства являются недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений машинистом, отсутствие надлежащей гибкости в выборе оптимального скоростного режима. Эти недостатки снижают надежность управления движением.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является «Комплексное локомотивное устройство безопасности унифицированное (КЛУБ-У)» (см. патент РФ № 2248899 С1, кл. B61L 25/04 от 08.10.2003 г.). В открытую систему реального времени с модульной архитектурой включены и соединены между собой кабелем системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста. 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 два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана. 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 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.
Недостатком этого устройства является низкая отказоустойчивость, отсутствие возможности принудительной остановки подвижной единицы по команде дежурного по станции либо поездного диспетчера, а также ограниченная функциональность и высокое влияние человеческого фактора на безопасность движения.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в устранении указанных недостатков, а именно в повышении отказоустойчивости системы обеспечения безопасности движения поездов, за счет создания локальной структуры на станции, где производится организация контроля каждой подвижной единицы по данным путевых устройств и спутниковых глобальных систем позиционирования, а также в обеспечении дублирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации и передачи ответственных команд (проследование закрытого сигнала светофора, передача номера маршрута при движении по станции, принудительная остановка подвижного состава) по радиоканалу для дальнейшего автоматического выполнения бортовым комплексным локомотивным устройством безопасности движения (КЛУБ-У) независимо от действия машиниста.
Технический результат достигается тем, что в комплексном локомотивном устройстве безопасности в открытую систему реального времени с модульной архитектурой включены и соединены между собой кабелем системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста. 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 два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана. 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 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, дополняется стационарным устройством, в состав которого входят блок контроля, первый вход которого соединен с первым порталом радиомодема, а второй с автоматизированным рабочим местом, оборудованным двумя персональными компьютерами, которые соединены между собой, дуплексный фильтр, соединенный со вторым портом радиомодема, а выход - с антенной радиоканала и входом грозоразрядника, автоматизированное рабочее место соединено с навигационным приемником и выходом устройства сопряжения с системами, навигационный приемник соединен с антенной, сетевой фильтр входом соединен с устройством бесперебойного питания, а выходом - с блоком контроля и персональными компьютерами автоматизированного рабочего места.
Предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существующими признаками заявителем не обнаружено.
Унифицированный вычислительный комплекс системы интервального регулирования конструктивно выполнен в виде блоков, модули взаимодействуют через межмодульный интерфейс.
На чертеже показана функциональная система.
Локомотивное устройство - КЛУБ-У 1 включает в себя:
- блок электроники 4, предназначенный для приема информации, принятой по радиоканалу, параметров от датчиков пути и скорости, приемника спутниковой навигации, сигналов от приемных катушек, систем контроля бдительности, сигнала от кнопки «Тревога» 3, анализирует полученную информацию и формирует управляющие воздействия на электропневматический вентиль ЭПВ 9, приставку крана машиниста ПКМ 8 и цепь тяги, получает сигналы от кнопки «Тревога» 3, антенны GPS/ГЛОНАСС 2, радиомодема 5, а также передает данные для отображения на блок индикации 7, управляющие команды на ПКМ 8 и ЭПВ 9;
- радиомодем 5, предназначенный для обмена информацией между аппаратурой КЛУБ-У 1 и станционным устройством 12 по цифровому радиоканалу;
- источник питания 6, предназначенный для электропитания КЛУБ-У 1 от аккумуляторной батареи локомотива или мотор-вагонного подвижного состава МВПС напряжением постоянного тока 48 В;
- кнопка «Тревога» 3 служит для дополнительного оповещения дежурного по станции или поездного диспетчера об экстренной ситуации на локомотиве или МВПС;
- блок индикации 7, предназначенный для индикации, ввода/контроля локомотивных характеристик, ввода/контроля поездных характеристик, индикации ответственных команд, полученных по радиоканалу, теста системы;
- антенна GPS/ГЛОНАСС 2 используется в составе навигационного оборудования блока электроники 4;
- ПКМ 8 и ЭПВ 9 предназначены для управления тормозной системой поезда.
Стационарное устройство 12 включает в себя:
- блок контроля БК 21 осуществляет сравнение данных, поступающих от ПК 17 и ПК 18. Осуществляет взаимодействие с радиомодемом 24 по межмодульному интерфейсу, а также производит обмен данными с АРМ УВК СИР16;
- приемник GPS/ГЛОНАСС 14 осуществляет синхронизацию работы стационарного устройства 12 с целью организации временного разделения вещания по цифровому каналу передачи данных, а также обеспечивает прием и декодирование географической координаты местоположения;
- антенна GPS/ГЛОНАСС 13 используется в составе приемника GPS/ГЛОНАСС 14;
- радиомодем 24 обеспечивает обмен цифровой информацией с заданной скоростью между стационарным устройством 12 и аналогичным локомотивным устройством, имеющим ту же рабочую частоту и протоколы передачи информации;
- грозоразрядник 26 предназначен для защиты устройств от воздействия атмосферных перенапряжений;
- АРМ УВК СИР 16 представляет собой компьютерное рабочее место, на 2-х мониторах которого отображается план станции и прилегающие перегоны с условно-графическим изображением и индикацией, а также информация, поступающая с локомотива по цифровому радиоканалу с указанием времени и даты, протоколы работы стационарного устройства 12;
- АРМ УВК СИР 16 получает данные от приемника GPS/ГЛОНАСС 14 о координате и точном времени, данные о состоянии путевых объектов от устройства сопряжения с системами ЭЦ, ДЦ, ДК 15, а также взаимодействует с блоком БК 21;
- устройство бесперебойного питания УБП 22 обеспечивает гарантированное напряжение питания на выходе с необслуживаемыми батареями с возможностью «горячей» замены;
- антенна РК 20 используется совместно с радиомодемом 25;
- сетевой фильтр 23 защищает цепи питания средств вычислительной техники от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех. Фильтр подключается через УБП 22;
- дуплексный фильтр 25 обеспечивает одновременную работу передатчика и приемника на общую антенну с минимальным взаимным влиянием и без ухудшения качества приема;
- устройство сопряжения с системами ЭЦ, ДЦ, ДК 15 служит для увязки с системами ЭЦ, ДЦ, ДК и съема информации о состоянии рельсовых цепей, светофоров, стрелок на перегонах и станциях.
Унифицированный вычислительный комплекс системы интервального регулирования реализует функции:
- приема и отображения сообщений о текущем состоянии локомотива (идентификация, фактическая и допустимая скорость, № поезда, тип локомотива и т.д.);
- передачи на локомотив ответственной команды разрешения проследования поездом запрещающего сигнала светофора по приказу ДСП (и отмена этого разрешения);
- принудительная остановка поезда по приказу ДСП или ДНЦ независимо от действий машиниста;
- передача на локомотив информации о временных ограничениях скорости;
- отображение состояния станции и прилегающих перегонов;
- передача на локомотив информации о показаниях сигналов АЛС;
- прием и обработка информации от систем железнодорожной автоматики;
- диагностика УВК СИР с регистрацией отказов.
Стационарное устройство конструктивно построено на базе компьютеров промышленного исполнения и предназначено для повышения уровня безопасности на железнодорожном транспорте.
Унифицированный вычислительный комплекс системы интервального регулирования (см. чертеж) работает следующим образом.
Стационарное устройство 12 начинает работать сразу после включения УБП 22, после чего с АРМ УВК СИР 16 по последовательному интерфейсу на радиомодем 24 в радиоантенну 20 передаются сообщения в соответствии с алгоритмом взаимодействия.
Устройство КЛУБ-У 1 начинает работать сразу после включения источника питания 6. Сигналы стационарного устройства 12 от радиоантенны 11 через дуплексный фильтр 10 и радиомодем 5 поступают в блок электроники 4 в соответствии с алгоритмом взаимодействия. Сигналы от антенны 2 поступают на навигационный приемник (не показан), входящий в состав блока электроники 4, который формирует данные о местоположении устройства (широта, долгота). Эти данные поступают в центральный обработчик (не показан) блока электроники 4, где определяется местоположение локомотивного устройства в железнодорожных координатах (метры).
При возникновении на локомотиве чрезвычайной ситуации машинист или помощник машиниста при следовании в зоне связи со станцией нажатием кнопки «Тревога» 3 передает на стационарное устройство 12 сигнал о необходимости принудительной остановки локомотива.
После получения со стационарного устройства 12 сигнала на принудительную остановку происходит разбор тяги локомотива и начинается служебное торможение через приставку крана машиниста ПКМ 8, электропневматический вентиль ЭПВ 9 произведет автостопное торможение локомотива, а на блоке индикации 7 отображается признак принудительной остановки локомотива.
В момент проведения принудительной остановки локомотива локомотивной бригаде запрещается прерывать начавшийся процесс.
После полной остановки локомотива машинист с использованием поездной радиосвязи выясняет с ДСП или ДНЦ причину остановки.
После отмены команды на принудительную остановку электропневматический клапан ЭПВ 9 устанавливается в рабочее положение.
Передача команды проезда запрещающего сигнала по команде с АРМ УВК СИР 15 производится в следующей последовательности.
ДСП или ДНЦ, убедившись в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами и в остановке подвижной единицы перед светофором с красным показанием, подает команду разрешения проследования запрещающего сигнала через АРМ УВК СИР 15. После получения разрешения проезда запрещающего сигнала на блоке индикации 7 до начала движения значение допустимой скорости подвижной единицы установится равным 20 км/ч, а сигнал «КЖ» на блоке индикации 7 изменится на «БМ». После отмены данной команды ДСП или ДНЦ происходит отмена разрешения проезда запрещающего сигнала.
Передача стационарным устройством 12 на локомотив временных ограничений скорости, а также расчет и отработки локомотивом кривой торможения до места ограничения скорости движения производится в следующей последовательности.
- ДСП или ДНЦ вводит характеристики ограничений скорости и убеждается в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами.
- После получения от стационарного устройства 12 временного ограничения локомотивное устройство КЛУБ-У 1 отрабатывает рассчитанную кривую торможения при подъезде к месту ограничения скорости движения.
Передача сигналов АЛС производится в следующей последовательности.
ДСП или ДНЦ убеждается в наличии режима устойчивой двухсторонней радиосвязи с подвижными устройствами. При нахождении локомотива на некодируемом участке на локомотивном светофоре высвечивается то показание, которое ему было передано по радиоканалу, а именно:
- скорость передачи данных - не менее 9600 бит в секунду;
- количество обслуживаемых мобильных объектов одним станционным устройством - 20 ед.;
- минимальное время доступа (1 стационарное и 1 локомотивное устройство) - 200 мс;
- допустимые граничные величины интервала: от 200 мс до 10000 мс;
- максимальный объем информации, передаваемый за 1 сообщение - 50 байт;
- стационарные устройства являются ведущими при организации радиообмена. Алгоритм обмена по радиоканалу между локомотивным и стационарным устройствами заключается в следующем.
Обмен данными между локомотивным и стационарным устройствами состоит из 2-х этапов.
1. Процедура идентификации КЛУБ-У 1.
2. Обмен между стационарным устройством 12 и КЛУБ-У 1 после идентификации.
Процедура идентификации КЛУБ-У 1 работает следующим образом.
Интервал между сообщениями стационарного устройства 12 определяется при настройке программы и изменяется от 200 мс до 10000 мс.
Процедура идентификации КЛУБ-У 1 происходит при его ответе на приглашение. После передачи приглашения стационарное устройство 12 не передает сообщения в течение 3-х интервалов. КЛУБ-У 1, используя процедуру случайных чисел, отвечает на приглашение.
Приглашение передается штатно (при наличие зарегистрированных КЛУБ-У 1) и нештатно (при отсутствии зарегистрированных КЛУБ-У 1). В штатном режиме каждые 60 (согласно настройке) интервалов передается приглашение. В нештатном режиме приглашение передается постоянно (с соблюдением оговоренного промежутка).
Если ж/д координаты КЛУБ-У 1 находятся внутри полученной зоны ответственности, передаваемой в приглашении, то КЛУБ-У 1 отвечает на приглашение.
Обмен между стационарным устройством 12 и КЛУБ-У 1 после идентификации происходит следующим образом.
После идентификации КЛУБ-У 1 стационарное устройство 12 передает запрос с установленным интервалом, на который КЛУБ-У 1 отвечает. Обмен сообщениями осуществляется в заданной в настройках стационарного устройства 12 зоне ответственности.
Прекращение передачи сообщений КЛУБ-У 1 происходит при выходе КЛУБ-У 1 из зоны ответственности либо при отсутствии или получении неверных сообщений от КЛУБ-У 1 в течение 10 сообщений.
Для всех адресных сообщений предусмотрено обязательное квитирование. В случае передачи широковещательного сообщения (команда на остановку/отмену остановки для всех локомотивов, оборудованных КЛУБ-У 1, находящихся в зоне радиосвязи) квитирование не происходит.
Взаимодействие станционного и локомотивного оборудования происходит в зоне: станция, участки приближения и удаления.
Стационарное устройство 12 обеспечивает двухстороннюю связь с КЛУБ-У 1 по цифровому каналу, имеющему следующие характеристики:
- диапазон рабочих частот (146-174) МГц;
- выходная мощность передатчика 10 Вт;
- чувствительность приемника при отношении с/ш 12 дБ, не более 0,3 мкВ;
- вероятность ошибки при уровне входного сигнала 2 мкВ;
-6
- внутренние шумы - 1·10.