СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ НОМЕРА ГРУЗОВОГО ВАГОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
FREIGHT CAR NUMBER IDENTIFICATION METHOD AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к системам идентификации номеров грузовых вагонов на сортировочных станциях.
Прототипом является способ идентификации подвижных составов, включающий облучение пассивного датчика высокочастотным сигналом считывающего устройства при прохождении датчика мимо этого считывающего устройства и выдачу возбужденным датчиком ответного кодового сообщения, принимаемого и декодируемого считывающим устройством [Пат. США №4739328, Н.Кл. 342/44, М.Кл. G01S 13/74, 1988].
Недостатками прототипа являются:
- низкая надежность идентификации движущихся объектов, обусловленная недостаточной разрешающей способностью системы, которая определяется шириной главного лепестка диаграммы направленности приемопередающей антенны считывающего устройства, поэтому датчики, установленные на рядом расположенных объектах, не могут быть считаны раздельно считывающим устройством, так как импульсные сигналы одного датчика наложатся на сигналы другого;
- сложная конструкция системы;
- неудобство в эксплуатации, вызванное необходимостью периодического и достаточно дорогого обслуживания системы;
- большие энергозатраты, обусловленные, прежде всего, дистанционным формированием источника питания для датчика.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции, повышение надежности, снижение энергопотребления и улучшение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе идентификации номера грузового вагона, включающего установку на вагон пассивного устройства кодирования, активирование его в процессе движения, выдачу возбужденным устройством кодирования ответного кодового сообщения и считывание последнего, активирование производят путем замыкания электрической цепи, которую формируют путем последовательного соединения устройства кодирования, электропроводных элементов вагона, рельса и сопротивления нагрузки с источником питания.
В качестве пассивного устройства кодирования применяют многопозиционный переключатель с электромагнитным приводом. В качестве источника питания используют генератор синусоидального сигнала. Замыкание электрической цепи осуществляют с помощью контакта, который устанавливают между рельсами. По крайней мере, один электропроводный элемент вагона выполняют в виде оплетки соединительного рукава. Считывание кодового сообщения осуществляют посредством двух диодов, которые соответственно включают в прямом и обратном направлении. Замыкание электрической цепи регистрируют во времени, величину которого используют для определения скорости движения вагона. В устройстве кодирования используют троично-десятичный код.
Устройство для осуществления способа идентификации номера грузового вагона, содержащее установленное на вагоне устройство кодирования, устройство его активации, и считывающее устройство, снабжено сопротивлением нагрузки, источником синусоидального напряжения и неподвижным контактом, размещенным между рельсов, а поверхность соединительного рукава вагона выполнена в виде электрического проводника, посредством которого вход устройства кодирования имеет возможность взаимодействия с неподвижным контактом, подключенным к одной клемме источника синусоидального напряжения, при этом один из выходов устройства кодирования через электропроводные элементы вагона, рельс и сопротивление нагрузки подключен в другой клемме источника синусоидального напряжения. Устройство кодирования выполнено в виде многопозиционного переключателя с электромагнитным приводом, при этом в качестве одного выхода может быть использован диод, установленный в прямом направлении, а в качестве другого - в обратном направлении. Часть соединительного рукава выполнена из магнитного материала. В качестве третьего выхода может быть использована катушка индуктивности.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Активирование путем замыкания электрической цепи, которую формируют путем последовательного соединения устройства кодирования, электропроводных элементов вагона, рельса и сопротивления нагрузки с источником питания, упрощает конструкцию, повышает ее надежность и снижает энергопотребление.
Применение в качестве пассивного устройства кодирования многопозиционного переключателя с электромагнитным приводом упрощает конструкцию и повышает ее надежность, а также улучшает эксплуатационные характеристики, поскольку такое устройство не требует обслуживания в процессе работы.
Использование в качестве источника питания генератора синусоидального сигнала дает возможность применить троично-десятичную систему кодирования, что уменьшает число разрядов кода и время его считывания по сравнению с двоично-десятичной системой. Это улучшает эксплуатационные характеристики.
Замыкание электрической цепи с помощью контакта, который устанавливают между рельсами, упрощает конструкцию и повышает ее надежность.
Выполнение, по крайней мере, одного электропроводного элемента вагона в виде оплетки соединительного рукава упрощает конструкцию устройства считывания без существенного усложнения элемента (соединительного рукава) вагона. Кроме того, в процессе движения поезда соединенные между собой соединительные рукава с оплетками образуют вдоль всего состава электрический проводник, который можно использовать для управления тормозной магистралью и с хвоста поезда, установив предварительно на последний вагон поезда устройство, регулирующее выход воздуха из магистрали при начале торможения (Например пат. РФ 2473441, МПК В61Н 11/02, 2013).
Считывание кодового сообщения посредством двух диодов, которые соответственно включают в прямом и обратном направлении, упрощает конструкцию устройства считывания.
Регистрация замыкания электрической цепи во времени, величину которого используют для определения скорости движения вагона, упрощает процедуру и устройство для определения скорости движения вагона. Использование в устройстве кодирования троично-десятичного кода уменьшает число разрядов кодирования и, следовательно, упрощает конструкцию и повышает ее надежность.
Снабжение устройства для осуществления способа идентификации номера грузового вагона сопротивлением нагрузки, источником синусоидального напряжения и неподвижным контактом, размещенным между рельсов, и выполнение поверхности соединительного рукава вагона в виде электрического проводника, посредством которого вход устройства кодирования имеет возможность взаимодействия с неподвижным контактом, упрощает конструкцию устройства и улучшает эксплуатационные характеристики.
Выполнение устройства кодирования в виде многопозиционного переключателя с электромагнитным приводом и использование в качестве первого и второго выходов диодов, включенных соответственно в прямом и обратном направлениях, а в качестве третьего - катушки индуктивности, упрощает устройство кодирования и повышает его надежность.
Выполнение части соединительного рукава из магнитного материала повышает надежность устройства за счет притягивания его к неподвижному (намагниченному) контакту и исключения тем самым возможного дребезга электрического контакта.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена тележка вагона с соединительным рукавом. На фиг. 2 изображена таблица для кодирования десятичных цифр. На фиг. 3 изображена таблица логических потенциалов на выходах кольцевого регистра сдвига устройства считывания. На фиг. 4 изображена схема устройства кодирования номера. На фиг. 5 изображена функциональная схема устройства считывания.
Вагон 1 содержит соединительный рукав 2 с электропроводным участком (оплеткой, пружиной) 3, который имеет возможность взаимодействия с электрическим контактом 4, закрепленным между рельсами 5 вдоль пути и подключенным через ключ (коммутатор) к источнику переменного тока. На вагоне установлено устройство кодирования, состоящее из шагового искателя (например, обратного действия), имеющего неподвижные выходы (ламели), ротор 6 с подвижным контактом, приводимый в движение посредством обмотки 7, один конец которой через электропроводящие элементы вагона подключен к рельсу, а другой конец через один из неподвижных выходов, подвижный контакт и электропроводный участок 3 может быть подключен к электрическому контакту 4, при этом в качестве неподвижных выходов могут быть использованы диоды 8, 9, включенные в прямом и обратном направлениях, и разной величины индуктивности 10, 11. Рельс через сопротивление нагрузки 12 подключен к общей шине устройства считывания, которое состоит из подключенного к рельсу измерителя 13 сдвига фазы, диодов 14, 15, формирователей 16, 17 импульсов, элементов ИЛИ 18, 19, 20, 21, элементов И 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, элементов НЕ 30, 31, 32, 33, 34 триггеров 35, 36, 37, 38, генератора 39, счетчиков 40, 41, 42, кольцевого регистра 43 сдвига, при этом устройство считывания может иметь вход 44 и выходы 45 признака считывания и записи кода, 46 признака считывания и 47 признака окончания работы. Анод диода 15 соединен с входом формирователя 17, а катод подключен к аноду диода 14, катод которого соединен с входом формирователя 16, и к входу измерителя 13, первый выход которого подключен к элементу 34, а второй выход соединен с первыми входами элементов 18, 20, с выходом 46 и через элемент 31 подключен к первому входу элемента 24, второй вход которого соединен с выходом элемента 19, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами формирователей 16, 17 и с первыми входами элементов 22, 23, вторые входы которых объединены и соединены с выходом элемента 34, а третьи выходы объединены и подключены к третьему входу элемента 24 и к прямому выходу триггера 38, вход установки в единицу которого соединен с входом 44, а вход установки в ноль - с выходом элемента 18, второй вход которого соединен с выходом 45, со счетным входом счетчика 40, с выходом элемента 24, с входом установки триггера 37 в единицу и с входом записи числа в параллельном коде регистра 43, выход старшего разряда которого соединен с входом ввода последовательного кода, информационные входы соединены соответственно с прямыми выходами триггеров 35, 36, а вход сдвига разрядов - со счетным входом счетчика 42 и с выходом элемента 26, первый вход которого подключен к выходу генератора 39, а второй вход соединен с выходом элемента 21, первый вход которого подключен к прямому выходу триггера 37, а второй выход - к выходу элемента 25, первый вход которого соединен с первым входом элемента 29 и с выходом элемента 27, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика 40, первый выход которого через элемент 32 соединен с первым входом элемента 27, а вход установки в ноль - с выходом 47, с выходом элемента 29 и со вторым входом элемента 20, выход которого подключен к входу сброса в ноль счетчика 41, второй выход которого через элемент 33 соединен со вторым входом элемента 28, первый, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика 41, счетный вход которого подключен ко второму выходу счетчика 42, к его входу сброса в ноль и к входу установки в ноль триггера 37, при этом выход элемента 28 соединен со вторым входом элемента 29 и через элемент 30 - со вторым входом элемента 25, а инверсный выход триггера 38 соединен с входами установки в ноль триггеров 35, 36, входы установки в единицу которых соответственно соединены с выходами элементов 22, 23.
Способ реализуют следующим образом.
Инвентарный номер вагона предварительно кодируют, используя для этого троично-десятичный код, соединяя определенным образом неподвижные выходы шагового искателя, что позволит получить потом на сопротивлении нагрузки 12 импульсы нужной формы при подаче на подвижный контакт шагового искателя переменного напряжения. Поскольку для кодирования десятичной цифры в этом случае достаточно двух разрядов - нечетного (Н) и четного (Ч), то для кодирования семизначного десятичного числа (например, 1707649) потребуется 14 разрядов и еще один, разделяющий начало и конец кодируемого числа. Один из возможных вариантов кодирования цифр приведен в таблице на фиг. 2. Например цифра 0 может быть закодирована сигналом переменного напряжения (положительной и отрицательной полярностями) в обоих разрядах. Цифра 7 - сигналом положительной полярности в нечетном и отрицательной в четном разряде и т.д. При этом на прямых выходах триггеров T1, T2 счетного устройства положительная полярность сигнала формирует соответственно комбинацию логических сигналов T1=1, T2=0, отрицательная - T1=0, T2=1, а обе полярности - комбинацию T1=1, T2=1. Цифра 9 кодируется в обоих разрядах путем сдвига фазы на π/2 за счет индуктивности 10, а разделитель (С) разрядов кодируется сдвигом фазы на π, что обеспечивается индуктивностью 11. В счетном устройстве для определения сдвига фазы на величину 0, π/2, π (или близко к этим значениям) можно использовать измеритель сдвига фазы (а.с. СССР №577474, МПК G01R 25/00, 1977), на выходах которого при сдвиге, близком к π/2 или π, на соответствующих выходах будут формироваться лог. 1, а при сдвиге, близком к 0, на обоих выходах будут лог. 0.
Для кодирования числа 1707649 соединяют между собой выходы 1, 5, 6, 10 и подключают их к шине, соединяющей выходы с обмоткой 7 шагового искателя (фиг. 4). При подаче на подвижный контакт шагового искателя переменного напряжения на этих выходах также будет переменное напряжение. Заметим, что для стабилизации величины напряжения на обмотке шагового искателя, которое изменяется в зависимости от вида нагрузки, подключаемой к неподвижным выходам, подключение выходов 1, 5, 6, 10 к указанной шине можно произвести через активное сопротивление. Выходы 3, 7, 9 подключают к аноду диода 8, катод которого соединяют с указанной шиной. В результате при поступлении на подвижный контакт переменного напряжения отрицательная полуволна на обмотке 4 и сопротивлении нагрузки 12 будет отсутствовать. Выходы 2, 4, 8, 11 подключают к катоду диода 9, анод которого соединяют с шиной, благодаря чему на указанной обмотке и нагрузке будет отсутствовать положительная полуволна. Выходы 13, 14 соединяют с шиной через индуктивность 10, а выход 15 - через индуктивность 11 (другой величины), в результате чего при подаче переменного напряжения будет происходить сдвиг фаз соответственно на π/2 и π. Заметим, что для описания работы устройства кодирования используется шаговый искатель, элементы которого в реальном устройстве могут быть заменены на более надежные - ламели заменены герконами, а на роторе установлен постоянный магнит, взаимодействующий с этими герконами.
Перед подачей состава на сортировочную горку разблокируют замок автосцепки вагонов 1, после чего их надвигают на горку. После того, как вагон 1 минует горб горки, он начинает самостоятельное движение под уклон за счет силы гравитации, при этом соединительные рукава 2 натягиваются и автоматически разъединяются. Положение ротора 6 шагового искателя устройства кодирования произвольное. Для определенности положим, что подвижный контакт ротора находится в положении, в котором он соединен с шестым неподвижным выходом (ламелью). При подходе вагона 1 к первому по ходу движения контакту 4, на него через ключ (коммутатор) подключают переменное напряжение и одновременно с ключа сигнал лог. 1 подают на вход 44, переводя триггер в единицу (фиг 1).
В момент касания оплеткой 3 переднего соединительного рукава 2 вагона контакта 4 происходит замыкание электрической цепи - источник напряжения, ключ, контакт 4, оплетка 3, подвижный контакт ротора 6 шагового искателя, неподвижный шестой контакт, обмотка 7 шагового искателя, «масса» вагона, рельс 5, сопротивление нагрузки 12 и источник напряжения (фиг. 4). Возникновение в этой цепи тока, вызывает падение напряжения на сопротивлении нагрузки 12, которое поступает на вход считывающего устройства. Заметим, что рельс относительно земли обладает определенным сопротивлением, которое не должно шунтировать сигнал, выделяющийся на сопротивлении нагрузки 12. При необходимости рельс может быть изолирован от земли на участке размещения контактов 4 для увеличения указанного сопротивления.
В исходном состоянии (перед приемом информации) на выходах измерителя 13 сдвига фазы, на прямых выходах триггеров 35, 36, 37, выходах кольцевого регистра 43 и счетчиков 40, 41, 42 лог. 0, на прямом выходе триггера 38 (после подачи согнала на вход 44) лог. 1.
С сопротивления нагрузки 12 сигнал переменного напряжения поступает на вход измерителя 13 сдвига фазы, на обоих выходах которого будут лог. 0, поскольку с шестого выхода устройства кодирования сигнал идет без сдвига фазы (или почти без сдвига из-за небольшой индуктивности обмотки 7 шагового искателя). Через диоды 14, 15 сигнал поступит на формирователи 16, 17 импульсов, на выходах которых образуются высокие потенциалы (фиг. 5). Заметим, что сигналы на выходах измерителя 13 должны появляться раньше, чем на выходах формирователей 16, 17, что всегда можно обеспечить, например установкой в них линий задержки. В результате на выходах элементов 22, 23 и 19, 24 появляются лог. 1. Триггеры 35, 36 переходят в единичное состояние, а перепад 0/1 с выхода элемента 24, устанавливающий триггер 37 в единичное состояние, поступает одновременно на вход С2 записи кольцевого регистра 43, внося в него по входам D1 и D2 информацию с прямых выходов триггеров 35, 36, и на счетный вход счетчика 40, увеличивая его содержимое на единицу, а также поступает на вход элемента 18, переводя триггер 38 в нулевое состояние, и на выход 45, свидетельствуя об окончании записи разряда в регистр 43. Сигнал с выхода 45 подают на ключ, выключающий напряжение на контакте 4, при этом ротор 6 шагового искателя переходит на седьмую ламель. Заметим, что длительность импульса на контакте 4 должна быть достаточной для нормальной работы шагового искателя, поэтому момент отключения напряжения может отставать от момента появления сигнала на выходе 45, который еще может быть применен не только для выключения, но и для одновременного включения последующего контакта 4. Перевод триггера 38 в нулевое состояние сопровождается переходом триггеров 35, 36 в нулевое состояние, блокированием их входов установки в единицу, а также входа установки в единицу триггера 37 и входа С2 регистра 43.
Установившийся в единичное состояние триггер 37 через элемент 21 формирует на первом входе элемента 26 высокий потенциал, разрешая импульсам с генератора 39 проходить на вход счетчика 42 и вход С1 сдвига информации в регистре 43 в сторону старших разрядов. После второго импульса с генератора информация сдвинется в регистре 43 на два разряда, поэтому лог. 1 появятся на выходах Q3, Q4 регистра (фиг. 3). При этом на втором выходе счетчика 42 сформируется лог. 1, обнуляющая этот счетчик, устанавливающая триггер 37 в нулевое состояние и увеличивающая на единицу содержимое счетчика 41.
Перед подходом вагона ко второму контакту 4, на последний подают напряжение и одновременно по входу 44 устанавливают триггер 38 в единицу, в результате чего считывающее устройство становится готовым к приему новой информации. Касание оплеткой 3 второго контакта 4 также вызовет падение напряжения на сопротивлении нагрузки 12, в результате чего описанным способом в регистр 43 запишется комбинация 1, 0, которая после сдвига появится на выходах Q3, Q4 регистра, а содержимое счетчиков 40, 41 станет равным двум (фиг. 3).
Взаимодействие оплетки с третьим контактом 4 приведет к появлению комбинации 0, 1 на входах D1, D2 регистра 43, к сдвигу содержимого последнего на два разряда и к увеличению содержимого счетчиков 40, 41 до трех. Так будет продолжаться до тех пор, пока оплетка вагона не коснется восьмого по ходу движения контакта 4. За счет индуктивности 10 сигнал на сопротивлении нагрузки 12 будет сдвинут по фазе на величину π/2, что приведет к появлению на выходе π/2 измерителя 13 лог. 1, которая через элемент 34 сформирует на выходах элементов 22, 23 лог. 0, которые будут способствовать последующему нахождению триггеров 35, 36 нулевом состоянии. Сформировавшиеся затем на выходах формирователей 16, 17 лог. 1 вызовут появление на выходах элементов 19, 24 высокого потенциала, который обеспечит запись по входам D1, D2 лог. 0 в младшие разряды регистра 43 и последующий их сдвиг на его выходы Q3, Q4. Аналогичным образом будет проведена запись следующего (четырнадцатого) разряда кодового устройства.
После касания оплеткой 3 десятого по ходу движения контакта 4 и появления на сопротивлении нагрузки 12 сигнала переменного напряжения посредством индуктивности 11 произойдет сдвиг фазы на величину π, в результате чего на выходе π измерителя 13 сформируется лог. 1, которая через элемент 20 обнулит счетчик 41, переведет триггер 38 в нулевое состояние, через элемент 31 заблокирует запись в регистр 43 и сдвиг в нем информации, а также поступит на выход 46 (который при необходимости может быть объединен с выходом 45 по функции ИЛИ), свидетельствующий об окончании считывания информации с кодирующего устройства и позволяющий снимать напряжение с контакта 4. В результате регистр 43 (с числом 11100110110101000000) и счетчик 40 (с содержимым девять) останутся в прежнем состоянии.
Далее описанным способом произойдет запись разрядов с выходов 1, 2, 3, 4 устройства кодирования, при этом содержимое счетчика 41 станет равным четырем, а счетчика 40 - тринадцати.
При записи с выхода 5 устройства кодирования последнего разряда в счетчик 40 запишется четырнадцатый импульс, который сформирует на выходе элемента 27 лог. 1, которая вызовет появление на выходах элементов 25, 21 высокого потенциала, способствующего поступлению импульсов с генератора 39 на вход С1 сдвига регистра 43 и вход счетчика 42. После прохождения каждой пары импульсов счетчик 42 будет обнуляться, а счетчик 41 - увеличивать свое содержимое на единицу. После девятой пары импульсов содержимое счетчика 41 возрастет до тринадцати импульсов, что вызовет на выходе элемента 28 появление лог. 1, которая через элемент 30 сформирует на выходах элементов 25, 21 и 26 лог. 0, в результате чего сдвиг разрядов в регистре 43 прекратится. Одновременно на выходе элемента 29 и выходе 47 сформируется лог. 1, сбрасывающая счетчики 40, 41 в нулевое состояние, свидетельствующая об окончании работы устройства считывания и разрешающая съем информации с выходов регистра 43. Эта информация будет отражать в используемом (принятом) коде (который дешифрируется с применением известных методов) инвентарный номер вагона 1707649 (фиг. 3).
Заметим, что посредством второго (заднего) соединительного рукава, если он содержит оплетку, связанную с устройством кодирования, можно повторить считывание инвентарного номера. Возможен также вариант установки на вагон двух устройств кодирования, соединенных соответственно с оплетками переднего и заднего соединительных рукавов и содержащих первую и вторую половину инвентарного номера. В этом случае понадобится значительно меньше электрических контактов 4, однако у каждого устройства кодирования должна быть своя форма сигнала у разделителя разрядов, чтобы отличить указанные половины номеров. Если с горки спускается отцеп из нескольких вагонов, то у каждого из них должны быть разъединены соединительные рукава, чтобы провести идентификацию номеров всех вагонов. Такое разъединение может быть не очень удобным, поэтому целесообразнее идентифицировать рассмотренным способом номера первого и последнего вагонов отцепа, а номера промежуточных установить по сопроводительной документации поезда.
Для определения скорости движения вагона регистрируют время между моментами появления сигналов на сопротивлении нагрузки 12, и на его величину делят расстояние между электрическими контактами 4, при соприкосновении оплетки с которыми возникали указанные сигналы.
Внедрение изобретения позволит после минимальной доработки соединительного рукава грузового вагона и установки на него простого кодера считывание несложным устройством инвентарный номер вагона на сортировочной станции, осуществляя контроль места нахождения объектов вагонного парка.