УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЗА УПРАВЛЕНИЕМ ЛОКОМОТИВОМ С МОДУЛЕМ ПРИЕМА СИГНАЛОВ АЛС

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использована на локомотивах, моторвагонных подвижных составах с целью повышения безопасности движения поездов.
Известно «Поездное устройство автоматической локомотивной сигнализации с регулированием скорости» (см. патент RU №2120393 кл. B61L 25/06 от 1998.10.20), содержащее 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-тригтеры, 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 выходных сигналов.
Недостатками этого устройства являются недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений машинистом, отсутствие надлежавшей гибкости в выборе оптимального скоростного режима, устаревшая элементная база.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Устройство контроля за управлением локомотивом и бдительностью машиниста» (патент RU 2262459, B61L 25/04 от 2003.11.03).
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. Изобретение повышает надежность управления интервальным регулированием и безопасность движения поездов на железнодорожных магистралях.
Недостатком этого устройства является недостаточная устойчивость приема информационных сигналов АЛС.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в устранении указанного недостатка, а именно в повышении устойчивости приема сигналов АЛС на локомотиве за счет применения принципиально новых алгоритмов приема и дешифрации сигналов АЛСН.
Технический результат достигается тем, что в устройстве контроля за управлением локомотивом с модулем приема сигналов АЛС, содержащем схему контроля безопасности, подключенные к CAN-интерфейсу два модуля центральной обработки, два модуля измерения параметров движения, входы которых подключены к датчику пути и скорости, блок приема сигналов АЛС, соединенный с приемными катушками локомотива, модуль маршрута с приемником спутниковой навигации, подключенный к антенне спутниковой навигационной системы, и модуль радиоканала, соединенный через радиомодем с радиоантенной, при этом схема контроля безопасности через усилитель соединена с управляющим входом электропневматического клапана, согласно предложению, в блок приема сигналов АЛС введен цифровой интерфейс, включенный между приемным модулем и модулем дешифрации сигнала АЛСН, причем в состав приемного модуля сигнала АЛСН введен вычислитель плавающего порога различения импульсов и интервалов между ними, выход которого соединен с входом формирователя двоичной последовательности отсчетов сигнала, а в модуль дешифрации введен определитель кодовых циклов, реализующий кластерный метод выделения отдельных кодовых циклов сигнала АЛСН и их дешифрацию, выход которого соединен с входом формирователя состояния локомотивного светофора.
Входящий в состав приемного модуля вычислитель плавающего порога различения импульсов и интервалов между ними определяет значения данного порога для каждого отсчета сигнала в отдельности на основании средней мощности не искаженных помехами импульсов сигнала в окрестности данного отсчета на временном отрезке длительностью 1.9 сек. Формирователь двоичной последовательности разграничивает импульсы и интервалы сигнала АЛСН, применяя вычисленное значение плавающего порога. Входящий в состав модуля дешифрации определитель кодовых циклов реализует кластерный метод выделения отдельных кодовых циклов сигнала АЛСН и их дешифрацию. В основе кластерного метода лежит вычисление сходства (расстояния) принятого за некоторый фиксированный (до 1.9 сек) интервал времени сигнала с набором шаблонов кодовых циклов сигналов АЛСН, после чего, в случае, если ближайший шаблон находится на расстоянии, не превышающем фиксированного предельного значения, дешифрация признается успешной, в противном случае сигнал признается невосстановимым или отсутствующим. Формирователь состояния локомотивного светофора, на вход которого поступают сигналы дешифрации кодовых циклов АЛСН, определяет по их текущей последовательности состояние локомотивного светофора. Практическое применение описанной схемы приема и дешифрации сигналов АЛСН обеспечивает более высокий уровень качества управления показаниями локомотивного светофора в кабине машиниста, тем самым повышая уровень безопасности движения поездов.
Конструктивно устройство выполнено в виде общего блока и состоит из следующих компонентов:
- двух модулей центральной обработки информации МЦО, которые определяют конфигурацию устройства путем сравнения информации от двух модулей ИПД и делают выводы о достоверности этой информации, на основе данных от других модулей определяют оптимальный скоростной режим, осуществляют контроль бдительности машиниста, по результатам контроля бдительности и при несоблюдении скоростного режима принимают решение об экстренном торможении. Модули МЦО обмениваются между собой информацией и выдают ее на безопасную схему контроля СКБ, которая при рассогласовании данных по двум каналам обработки осуществляет перезапуск устройства;
- двух модулей измерения параметров движения ИПД, которые определяют фактическую скорость движения поезда по данным от колесных датчиков пути и скорости ДПС и от спутникового приемника СП и имеют возможность подключения к ним в дальнейшем других измерительных датчиков;
- блока приема сигналов МП-АЛС, который принимает и декодирует сигналы от приемных катушек устройств АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи и определяет допустимую скорость движения поезда, отслеживает проследование границ блок - участков, формирует целевую и допустимую скорости;
- модуля маршрута ММ с приемником спутниковой навигации СП, который определяет координату поезда по данным от спутникового приемника, формирует параметры движения по данным от электронной карты, записанной в flash-память модуля маршрута ММ;
- модуля радиоканала РК, который передает на станцию данные о поезде и параметры движения, принимает от станции команды ограничения скорости движения, декодирует принятую информацию и обеспечивает ее хранение до следующего сеанса связи, а также организует обмен информацией в режиме интервального регулирования, в режиме оповещения работающих на путях, в режиме, когда железнодорожные станции оборудованы электрической централизацией;
- безопасной схемы контроля СКБ и усилителя электропневматического клапана.
Внешними изделиями для данного устройства являются:
- радиоантенна с радиомодемом;
- антенна спутниковой навигации;
- приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН;
- датчики пути и скорости ДПС;
- клапан электропневматического торможения ЭПК.
Все компоненты разработаны с применением современной элементной базы. Программное обеспечение модулей написано на языке ассемблера и аппаратно-ориентированном языке высокого уровня Си для микроконтроллеров семейства АТ-91, ADSP-2186 Analog Devices. Для трансляции файлов программы, написанных на языке Сu для дешифратора сигналов непрерывных каналов, реализованного на микроконтроллере АТ89С51 СС03 фирма ATMEL с использованием интегрированной среды PDS51.
На Рис.1 представлена схема Устройства контроля за управлением локомотивом с модулем приема сигналов АЛС, содержащая: усилитель электропневматического клапана ЭПК (1), выход которого соединен со входом электропневматического клапана (11), а вход - с выходом безопасной схемы контроля СКБ (2), входы которой соединены с выходами модулей центральной обработки информации МЦО (3) и МЦО (4), которые соединены между собой, два модуля измерения параметров движения ИПД (5) и ИПД (6), входы которых соединены с датчиком пути и скорости ДПС (17), блок приема сигналов МП-АЛС (7), вход которого соединен с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН (18), модуль маршрута ММ (15) с приемником спутниковой навигации СП (14), вход которого соединен с антенной спутниковой навигации СНС (19), модуль радиоканала РК (16), один из входов которого соединен с радиомодемом (21), который соединен с радиоантенной (20).
Устройство работает следующим образом
Устройство начинает работать сразу после включения питания. Перед каждой поездкой локомотива во flash-память модуля маршрута ММ (15) должны быть занесены параметры движения поезда, необходимые для работы устройства. Сигналы АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи через приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН (18) поступают в блок приема сигналов МП-АЛС (7), где в случае приема сигналов АЛСН в приемном модуле ПР (8) осуществляется: вычисление плавающего порога различения импульсов и интервалов в ВПП (10), передача его далее в ФДП (11) и выделение на его основе двоичной последовательности импульсов и интервалов входного сигнала (в ФДП), передаваемой далее в модуль дешифрации ДШ (9), затем в ДШ (9) выполняется: в ОКЦ (12) кластерным методом в полученной последовательности выделяются кодовые циклы АЛСН и производится их дешифрация, формирователем состояния локомотивного светофора ФС (13) определяется показание локомотивного светофора, соответствующее сигналам дешифрации, переданным ОКЦ (12), а также определяется количество свободных блок-участков впереди по ходу движения поезда, целевая скорость (скорость, с которой локомотив должен проследовать границу текущего блок-участка), предельно допустимая скорость движения поезда на данном блок-участке.
Из блока МП-АЛС (7) данные передаются в модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4) для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Сигналы от колесных датчиков пути и скорости ДПС (12) поступают в модули измерения параметров движения ИПД (5 и 6), где из них формируются значения фактической скорости поезда и пройденный путь. Эти данные передаются в модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4) для сравнения с допустимой скоростью и принятия решения об экстренном торможении.
Сигналы от приемника спутниковой навигации СП (14) через модуль маршрута ММ (15) поступают в модули измерения параметров движения ИПД (5 и 6), где на основании этих сигналов и данных от электронной карты, расположенной в модуле маршрута ММ (15), (на рис.1 не показано) определяется местоположение поезда и расстояние до препятствия. Эти данные передаются в модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4) для расчета скоростного режима.
Сигналы из радиоантенны (20) через радиомодем (21) поступают в модуль радиоканала РК (16), где из них формируются данные об ограничениях движения на текущем участке пути, которые передаются в модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4) для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.
Для повышения надежности устройства и в соответствии с требованиями безопасности, в устройстве используется аппаратная избыточность, а именно: наиболее ответственные за безопасность движения модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4), модули измерения параметров движения ИПД (5 и 6) выполнены как двухканальными. Каждый из двухканальных модулей измерения параметров движения ИПД (5 и 6) и блок приема сигналов МП-АЛС (7) обрабатывают данные независимо друг от друга и передают их в модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4). Каждый из каналов модулей центральной обработки информации МЦО (3 и 4) независимо от другого канала обрабатывает данные и принимает решение о скоростном режиме. Затем модули центральной обработки информации МЦО (3 и 4) обмениваются полученными результатами между собой по межмодульному интерфейсу и каждый модуль выдает результат на безопасную схему контроля СКБ (2).
При рассогласовании данных, полученных по двум каналам от модулей центральной обработки информации МЦО (3 и 4), безопасная схема контроля СКБ (2) инициирует общий перезапуск устройства. Безопасная схема контроля СКБ (2) через усилитель электропневматического клапана ЭПК (1) подает на электропневматический клапан ЭПК (11) напряжение, при необходимости экстренного торможения автоматически снимается питание с электропневматического клапана ЭПК (11).
Электропитание устройства осуществляется по следующему принципу: электропитание от бортовой сети поступает на вторичные источники электропитания, которые осуществляют преобразование уровня напряжения бортовой сети в необходимый каждому модулю уровень напряжения.