СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SYSTEM OF DISTANCE MONITORING OF RAILWAY VEHICLE

Заявляемое изобретение относится к системам контроля подвижного транспортного средства, в частности, железнодорожных вагонов.
Предлагаемая система позволяет:
- отслеживать в режиме реального времени местоположения железнодорожного транспортного средства,
- направление и скорость его перемещения,
- измерять вес груза,
- наличие и состояние деталей и узлов железнодорожного транспортного средства,
- работоспособность составляющих систему элементов,
- наблюдать в режиме реального времени за процессом изменения веса груза, например, при загрузке-разгрузке
-измерять температуру груза и окружающей среды.
Известна система дистанционного мониторинга железнодорожного транспортного средства, содержащая информационные датчики, размещённые на железнодорожных транспортных средствах, связанные через головной центральный блок на локомотиве со стационарной частью системы, при этом все железнодорожные единицы связаны в единую цепь, формирующую общую адресно-информационную посылку, набранную из последовательности независимых сообщений от каждой подвижной железнодорожной единицы, см. US №6668216, B60L 1/00, опубл. 18.05.2001 г.
Недостатком данной системы является её низкая надёжность, вследствие незащищённости от внешних и внутренних воздействий. В частности, необходимость формирования единой общей информационной посылки, скомплектованной из набора размещённых в заданной последовательности информационных сообщений от каждой железнодорожной единицы подвижного состава, требует устойчивого и надёжного канала передачи и приёма.
Известна также система мониторинга подвижной железнодорожной единицы, содержащей мобильные и стационарные аппаратные части, снабжённые соответствующим программным обеспечением, и связанные между собой по внешним и внутренним каналам связи, RU №2600420, B61D 49/00, G01G 19/04, опубл. 20.08.2016 г. (прототип).
Данная система обладает аналогичной проблемой – низкой надёжностью, незащищённостью и неустойчивостью к внешним и внутренним воздействиям, обусловленной слабой помехозащищённостью, отсутствием защиты от программных и энергетических сбоев системы, отсутствием контроля за несанкционированным нарушением системы или элементов железнодорожного транспортного.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности и защищённости системы, за счёт добавления в систему элементов диагностики и тестирования элементов системы.
Заявляемое изобретение пояснено графическими материалами, где:
– на фиг. 1 проиллюстрирована общая схема системы дистанционного мониторинга подвижного железнодорожного транспортного средства;
– на фиг. 2 – пример размещения центрального бортового вычислительного блока на торцевой стене подвижного железнодорожного транспортного средства, в качестве подвижного железнодорожного транспортного средства показан грузовой полувагон;
– на фиг. 3 – варианты размещения центрального бортового вычислительного блока, при этом в качестве примера подвижного железнодорожного транспортного средства выбран вагон-цистерна;
– на фиг. 4 – пример размещения функциональных измерительных блоков на надрессорных балках ходовых тележках железнодорожного подвижного состава, вид снизу;
- на фиг. 5 – пример размещения функциональных измерительных блоков на оси колёсной пары ходовых тележках железнодорожного подвижного состава, вид снизу;
– на фиг. 6 – блок-схема функционального измерительного блока;
– на фиг. 7 – блок-схема центрального бортового вычислительного блока;
– на фиг. 8 – блок-схема дополнительного контрольного датчика.
Система дистанционного мониторинга подвижного железнодорожного транспортного средства, включает в себя мобильные и стационарные аппаратные части.
Мобильная аппаратная часть системы, размещена на железнодорожном транспортном средстве, например, грузовом полувагоне 1, содержащем кузов 2, установленный на ходовые тележки 3, включающие надрессорную балку 3.1, боковые рамы 3.2 (Фиг. 1, 2).
В качестве примера использования другого вида железнодорожного транспортного средства представлен вариант использования вагона-цистерны 4 (Фиг. 3).
Пример размещения функциональных измерительных блоков 5 на надрессорных балках 3.1 ходовых тележек железнодорожного транспортного средства проиллюстрирован на фиг. 4.
Функциональный измерительный блок 5 (Фиг. 5) содержит измерительные датчики-преобразователи 5.1, предназначенные для измерения различных величины внешних воздействий на железнодорожный подвижный состав в целом и его элементы. В качестве таких внешних воздействия может быть температура, давление, ускорение, упругий прогиб элементов вагона. Конструкция измерительных датчиков-преобразователей 5.1 определяется видом измеряемых внешних воздействий. Для измерения температуры может быть использован терморезистор, для измерения давления – мембранные, ёмкостные датчики, для измерения ускорений – инерционные датчики угловых ускорения, для измерения упругих прогибов элементов вагона – ёмкостные датчики, тензодатчики, либо любые другие подходящие по своим характеристикам и свойствам. Измерительные датчики-преобразователи 5.1 соединены с микроконтроллером 5.2 (ЦПУ). Кроме измерительных датчиков-преобразователей 5.1 функциональный измерительный блок 5 также содержит соединённые с микроконтроллером 5.2 (ЦПУ) блок 5.3 памяти, часы 5.4, источник питания 5.5, блок 5.6 связи для соединения с центральным бортовым вычислительным блоком 6, датчик внутренней температуры 5.7.
В составе функционального измерительного блока 5 может быть использовано несколько различных измерительных датчиков-преобразователей 5.1, выполненных, например, в виде датчика температуры, датчика давления, датчика-акселерометра и т.п.
Измерительный датчик-преобразователь 5.1 в виде датчика-акселерометра предназначен для измерения динамических показателей железнодорожного транспортного средства, таких как направления и величины ускорений по различным плоскостям, состояние колёсных пар, буксовых узлов при движении железнодорожного транспортного средства по рельсовому пути.
Показатели измерительных датчиков-преобразователей 5.1 зависят от конкретного выполнения надрессорной балки 3.1, кузова 2, конструкции и исполнения измерительных преобразователей 5.1. С помощью блока связи 5.6, выполненного в виде радио-блока, либо в виде блока кабельной связи функциональный измерительный блок 5 связан с по каналу внутренней связи с центральным бортовым вычислительным блоком 6. Функциональные измерительные блоки 5 могут быть смонтированы в любых конструктивно подходящих для этого местах железнодорожного транспортного средства.
Центральный бортовой вычислительный блок 6 (Фиг. 6), предназначен для сбора по каналам внутренней связи данных от функциональных измерительных блоков 5, формирования адресной информационный посылки, её отправки по каналам внешней связи, например, по каналам сотовой связи с помощью своего блока 6.1 (GSM) связи на стационарную часть системы, выполненную в виде центрального сервера 7 (Фиг. 1) и через него – на рабочие станции 8 пользователей системы. Также центральный бортовой вычислительный блок 6 содержит блок 6.3 связи для работы по каналам внутренней связи с блоками связи 5.1 функциональных измерительных блоков 5, микроконтроллер 6.4 (ЦПУ), блок памяти 6.5, часы 6.6, источник питания 6.7, датчик внутренней температуры 6.8, датчик положения в пространстве 6.9. Для определения координат положения железнодорожного транспортного средства центральный бортовой вычислительный блок 6 обеспечен модулем 6.2 глобальной навигационной спутниковой системы (GPS, ГЛОНАС).
Предлагаемая система мониторинга железнодорожного транспортного средства отличается от прототипа тем, что система снабжена дополнительными контролирующими и резервирующими средствами полученных данных.
Дополнительные контролирующие и резервирующие средства, предназначены для контроля работоспособности как отдельных элементов системы, так и всей системы в целом, и представлены в виде дополнительных контрольных датчиков 9 (Фиг. 7) и энергонезависимых блоков памяти. Дополнительные контрольные датчики 9 могут быть размещены в любых наиболее удобных местах железнодорожного транспортного средства. Дополнительные контрольные датчики 9 содержат микроконтроллер 9.1, часы 9.3, источник питания 9.4, блок 9.5 связи внутренней связи, датчик внутренней температуры 9.6, датчик положения в пространстве 9.7.
Резервирующие средства выполнены в виде подсистемы накопления и сохранения информации.
Подсистема накопления и сохранения информации выполнена в виде энергонезависимых блоков памяти 5.3, 6.5, 9.2, добавленных в состав функциональных измерительных блоков 5, в состав центрального бортового вычислительного блока 6 и в состав дополнительных контрольных датчиков 9.
Также в качестве дополнительных контролирующих средств могут быть использованы радиочастотные метки-пломбы, например, системы RFID (не показаны), связанные с центральным вычислительным бортовым блоком 6 и предназначенные для фиксирования факта несанкционированного демонтажа и перемещения элементов системы или элементов конструкции железнодорожного транспортного средства относительно центрального вычислительного бортового блока 6 с последующей передачей информации на центральный сервер 7 системы.
Для успешной работы системы используют электронный настроечный блок 10, который подключают непосредственно к мобильной аппаратной части подвижного железнодорожного транспортного средства.
В связи с тем, что достоверность выдаваемой измерительными датчиками-преобразователями информации существенно зависит от температуры окружающей среды в функциональные измерительные блоки 5, в центральный вычислительный блок 6 и в схему дополнительных контрольных датчиков 9 введены датчики внутренней температуры – 5.7, 6.8, 9.6 соответственно, по показаниям которых система производит корректировку полученных от измерительных датчиков-преобразователей по заложенному в программное обеспечение алгоритму, приближая информацию функциональных измерительных блоков 5 к истинным значениям.
Предлагаемая система мониторинга железнодорожного транспорта работает следующим образом.
Результаты измерений различных измерительных датчиков-преобразователей 5.1 передаются в микроконтроллер 5.2 (ЦПУ), входящий в состав функционального измерительного блока 5, где обрабатываются и с помощью блока связи 5.6 по каналу внутренней связи передаются в центральный бортовой вычислительный блок 6.
При выполнении измерительного датчика-преобразователя 5.1 в виде инерционного датчика-акселерометра измеряют величину и направления вибрации контролируемого элемента железнодорожного транспортного средства, например, надрессорной балки 3.1 ходовой тележки 3, кузова 2.
Центральный бортовой вычислительный блок 6 своим микроконтроллером 6.4 (ЦПУ) обрабатывает собранные данные со всех функциональных измерительных блоков 5, затем по показаниям своего датчики внутренней температуры 6.8 производит корректировку полученных данных и записывает скорректированную информацию в свой энергонезависимый блок 6.5 памяти.
При необходимости, автоматически или по запросу пользователя, своим модулем 6.2 (GPS, ГЛОНАС) глобальной навигационной спутниковой системы 11 система определяет положение контролируемого железнодорожного транспортного средства.
Из полученного массива информации микроконтроллер 6.4 (ЦПУ) формирует адресную информационную посылку, содержащую, адресную часть, идентификационную информацию, информацию о техническом состоянии железнодорожного транспортного средства, информацию об условиях окружающей среды, месте, скорости и направлении движения, работоспособности всей системы и её составляющих элементов.
Адресная информационная посылка по каналу внешней связи 12 поступает на центральный сервер 7 и через него – по каналам связи 13 между компьютерами на рабочие станции 8 пользователей системы.
Для увеличения надёжности, работоспособности и защищённости системы от внешних воздействий и внутренних сбоев, в систему введены дополнительные резервирующие и контролирующие средства.
При работе системы дополнительные контрольные датчики 9 осуществляют непрерывный контроль за элементами системы.
В случае возникновения внештатных, аварийных ситуаций, при изломе, несанкционированном снятии какого-либо элемента системы или элемента железнодорожного транспортного средства, входящие в дополнительные контрольные датчики 9 датчики 9.7 положения в пространстве, либо датчики 5.8 положения в пространстве, входящие в состав функциональных измерительных блоков 5, регистрируют удары, вибрацию, нештатное изменения положения элементов системы или элементов железнодорожного транспортного средства в пространстве и передают данную информацию своими соответствующими блоками связи 5,6, 9.5 в центральный бортовой вычислительный блок 6, который включает эту информацию в адресную информационную посылки и отправляет её своим блоком 6.1 связи (GSM) по каналам внешней связи 12 на центральный сервер 7 и через него – на рабочие станции 8 пользователей системы по каналам связи 13 между компьютерами. При этом центральный бортовой вычислительный блок 6 оснащён своим датчиком 6.9 положения в пространстве, который контролирует положение самого центрального бортового вычислительного блока 6, и в случае нештатной ситуации стремится сообщить через блок связи 6.1 (GSM) по каналам внешней связи 12 на центральный сервер 7 информацию о внештатной ситуации.
Предлагаемая система позволяет:
- измерять вес перевозимого груза;
- определять координаты места положения, направление движения и скорость перемещения железнодорожного транспортного средства;
- определять положение железнодорожного транспортного средства в пространстве (использование вагоноопрокидывателя при разгрузке);
- выявлять дефекты колёсных пар и буксовых подшипников;
- в случае временного прекращения внутренней и внешней связи накапливать в своих энергонезависимых блоках памяти данные со всех своих функциональных измерительных блоков 5 и дополнительных контрольных датчиков 9 с последующей автоматической передачей накопленных данных после возобновления связи;
- производить измерение температуры элементов подвижного состава, температуры перевозимого груза, например, смёрзшегося угля в полувагонах, температуры груза в термоизолирующих цистернах, ход процесса оттаивания смёрзшегося мазута в цистернах и т.п.;
- осуществлять контроль за работоспособностью элементов системы и сообщать об их состоянии на центральный сервер системы;
- регистрировать начало и конец движения подвижного железнодорожного транспортного средства;
- защищать информации от потери при сбоях в программном обеспечении или при временной потере питания;
- удалённо диагностировать и передавать параметры текущего состояния элементов системы автоматически или по запросу оператора.
Таким образом, предлагаемые технические решения и дополнения позволяют существенно увеличить надёжность, работоспособность и защищённость системы дистанционного мониторинга подвижного железнодорожного транспортного средства.