СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ
SYSTEM TO CONTROL TRAIN TRAFFIC

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в автоматизированных системах диспетчерского управления железнодорожным транспортом.
Известна система управления движением поездов, содержащая центральный пункт управления с рабочим местом поездного диспетчера и распределенные контролируемые пункты, объединенные магистральной линией связи. Резервированный центральный блок управления каждого распределенного контролируемого пункта управления состоит из основного комплекта, резервного комплекта и модуля диагностики, которые связаны между собой. Каждый из упомянутых модулей состоит из модуля управления и модуля связи. Модуль управления содержит ЭВМ, запоминающие устройства, устройства индикации, устройство сброса, устройство отображения, буфер ввода-вывода, устройство ввода, устройство согласования с локальной сетью, датчик температуры, счетчик времени, устройство преобразования интерфейса, устройство управления упомянутым комплектом и преобразователь напряжения (RU 2240245 C1, B61L 27/04, 20.11.04).
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по своей технической сущности является система управления движением поездов (см. Кравцов Ю.А. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики, М., Транспорт, 1996, с.255, рис.8.1, с.304, рис.8.25), содержащая центральный пункт управления и распределенные контролируемые пункты с размещенными на них устройствами постов ЭЦ и связанными с ними устройствами телеуправления и телесигнализации диспетчерской централизации, объединенные магистральной линией связи, при этом на центральном пункте управления размещена стационарная ЭВМ автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, соединенная через первый интерфейсный модуль с устройствами телеуправления и телесигнализации диспетчерской централизации. Эта система выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известных систем является ограниченность протяженности участка диспетчерского управления. Управление с центрального поста напольными устройствами ЭЦ является возможным, только если эти устройства имеются на данном линейном пункте и подключены к магистральной линии связи ДЦ. С экономической точки зрения не всегда целесообразно продолжение магистральной линии до удаленных и малодеятельных линейных пунктов. С другой стороны, при малой интенсивности движения экономически не целесообразно иметь на этих пунктах дежурных для управления движением поездов. Также нет необходимости тестировать состояние аппаратуры ЭЦ с частотой, принятой в системах ТС на участках с более интенсивным движением поездов.
В качестве бортовых устройств на локомотивах при известных системах используются перечисленные ниже.
Известна система управления движением маневровых локомотивов на станции, обеспечивающая прицельную остановку подвижного состава перед закрытым станционным светофором, содержащая блок вычисления программной скорости соединенный с блоком приемника спутниковой навигационной системы и электронной картой (RU 2284275, С1, B61L 3/20, 27.06.06).
Известна система для управления движением поездов на станции, в которых на локомотивах, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ, соединенная первым портом с дисплеем, а вторым портом через бортовой радиомодем с бортовым антенным блоком цифрового радиоканала связи, а третьим портом через блок приемника спутниковой навигационной системы с приемной антенной спутниковой системы связи, при этом в памяти бортовой ЭВМ размещена электронная карта станции, а на станции размещена контрольно корректирующая станция спутниковой связи, в памяти которой также размещена электронная карта станции и по сигналам которой определяется положение границ защитных зон, предохраняющих подвижные составы от столкновения на станции (RU 2288856, B61L 1/00, 20.04.06).
Недостатком бортовых устройств известных систем является отсутствие увязки с диспетчерской централизацией и связанное с этим ограничение зоны контроля и управления и отсутствие дублирования и резервирования, что ограничивает функциональные возможности и снижает безопасность и надежность системы в целом.
Технический результат изобретения заключается в повышении экономичности системы управления движением поездов при подсоединении к ней удаленных и малодеятельных линейных пунктов, а также в повышении надежности функционирования аппаратуры ТС на малодеятельных линейных пунктах за счет пропорционального размерам движения снижения частоты тестирования состояния аппаратуры ЭЦ.
Технический результат достигается тем, что в системе для управления движением поездов, содержащей центральный пункт управления, географически близкие и географически удаленные распределенные контролируемые пункты с размещенным на каждом из них блоком устройств поста ЭЦ, соединенным с блоком устройств телеуправления и телесигнализации, и магистральную линию связи, соединенную с блоками устройств телеуправления и телесигнализации центрального пункта управления и географически близких распределенных контролируемых пунктов, при этом на центральном пункте управления размещен блок стационарной ЭВМ, автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, соединенный через блок интерфейсного модуля с соответствующим блоком устройств телеуправления и телесигнализации, причем на каждом из локомотивов, вовлеченных в данную систему управления, имеется блок бортовой ЭВМ, соединенный с блоком дисплея, а также подключенный к блоку бортовой ЭВМ, блок бортового радиомодема цифрового радиоканала связи, соединенный с бортовым антенным блоком цифрового радиоканала связи и блок бортового приемника спутниковой навигационной системы, входом соединенный с антенным блоком спутниковой навигационной системы, при этом на центральном пункте управления и всех распределенных контролируемых пунктах размещены блоки стационарных радиомодемов цифрового радиоканала связи, соединенные со стационарными антенными блоками цифрового радиоканала связи, а также размещены блоки контроллеров, согласно изобретению блоки контроллеров первыми портами соединены с блоками стационарных радиомодемов цифрового радиоканала связи и на центральном пункте и географически близких к нему распределенных контролируемых пунктах своими вторыми портами через блоки модемов подключены к магистральной линии связи, при этом блок контроллера на центральном пункте управления своим третьим портом подключен к блоку стационарной ЭВМ автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, а на географически удаленных распределенных контролируемых пунктах, вторые порты блоков контроллеров соединены с соответствующими блоками устройств телеуправления и телесигнализации, причем блок стационарной ЭВМ автоматизированного рабочего места поездного диспетчера через блок стационарного преобразователя сигналов соединен с первым портом блока стационарного дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи, выход которого через блок стационарной антенны спутниковой системы связи и далее через геостационарный искусственный спутник Земли - ретранслятор с его блоком приемопередающей антенны связан с бортовыми антенными блоками спутниковой системы связи упомянутых локомотивов, при этом на каждом из локомотивов бортовой антенный блок спутниковой системы связи соединен с блоком бортового дуплексного приемопередатчика связи, первый порт которого через блок бортового преобразователя сигналов соединен с блоком бортовой ЭВМ, второй порт соединен с блоком бортового телефонного переговорного устройства, а блок бортовой ЭВМ соединен с блоком функциональной клавиатуры, причем второй порт блока стационарного дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи соединен с блоком стационарного телефонного переговорного устройства поездного диспетчера, а в постоянной энергонезависимой памяти блока бортовой ЭВМ каждого локомотива записана информация о путевом развитии всех участков диспетчерского круга вместе с соответствующими им вариантами возможных маршрутов передвижения локомотивов.
На Фиг.1 приведена блок-схема стационарных, а на Фиг.2 - блок-схема бортовых устройств локомотивов предлагаемой системы управления движением поездов.
Система для управления движением поездов содержит центральный пункт управления, географически близкие и географически удаленные распределенные контролируемые пункты с размещенным на каждом из них блоком 1 устройств поста ЭЦ, соединенным с блоком 2 устройств телеуправления и телесигнализации, и магистральную линию связи 3, соединенную с блоками 2 устройств телеуправления и телесигнализации центрального пункта управления и географически близких распределенных контролируемых пунктов, при этом на центральном пункте управления размещен блок 4 стационарной ЭВМ, автоматизированного рабочего места поездного диспетчера (АРМ-ДНЦ), соединенный через блок 5 интерфейсного модуля с соответствующим блоком 2 устройств телеуправления и телесигнализации. На каждом из локомотивов, вовлеченных в данную систему управления, имеется блок 6 бортовой ЭВМ, соединенный с блоком 7 дисплея, а также с блоком 8 бортового радиомодема цифрового радиоканала связи, соединенный с бортовым антенным блоком 9 цифрового радиоканала связи и блоком 10 бортового приемника спутниковой навигационной системы, входом соединенный с антенным блоком 11 спутниковой навигационной системы.
На центральном пункте управления и всех распределенных контролируемых пунктах размещены блоки 12 стационарных радиомодемов цифрового радиоканала связи, соединенные со стационарными антенными блоками 13 цифрового радиоканала связи, а также размещены блоки 14 контроллеров, которые первыми портами соединены с блоками 12 стационарных радиомодемов цифрового радиоканала связи и которые на центральном пункте и географически близких к нему распределенных контролируемых пунктах своими вторыми портами через блоки 15 модемов подключены к магистральной линии связи 3, при этом блок 14 контроллера на центральном пункте управления своим третьим портом подключен к блоку 4 стационарной ЭВМ автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, а на географически удаленных распределенных контролируемых пунктах вторые порты блоков 14 контроллеров соединены с соответствующими блоками 2 устройств телеуправления и телесигнализации. Блок 4 стационарной ЭВМ автоматизированного рабочего места поездного диспетчера через блок 16 стационарного преобразователя сигналов соединен с первым портом блока 17 стационарного дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи, выход которого через блок 18 стационарной антенны спутниковой системы связи и далее через геостационарный искусственный спутник Земли - ретранслятор 19 с его блоком 20 приемопередающей антенны связан с бортовыми антенными блоками 21 спутниковой системы связи упомянутых локомотивов, при этом на каждом из локомотивов бортовой антенный блок 21 спутниковой системы связи соединен с блоком 22 бортового дуплексного приемопередатчика связи, первый порт которого через блок 23 бортового преобразователя сигналов соединен с блоком 6 бортовой ЭВМ, второй порт соединен с блоком 24 бортового телефонного переговорного устройства, а блок 6 бортовой ЭВМ соединен с блоком 25 функциональной клавиатуры, причем второй порт блока 17 стационарного дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи соединен с блоком 26 стационарного телефонного переговорного устройства поездного диспетчера, а в постоянной энергонезависимой памяти блока 6 бортовой ЭВМ каждого локомотива записана информация о путевом развитии всех участков диспетчерского круга вместе с соответствующими им вариантами возможных маршрутов передвижения локомотивов.
Система функционирует следующим образом.
При движении локомотивов по центральному пункту и географически близким к нему распределенным контролируемым пунктам, установку и отмену маршрутов, открытие и закрытие светофоров и другие действия по пропуску поездов осуществляет непосредственно поездной диспетчер (ДНЦ), при этом он осуществляет процесс управления с помощью блока 4 стационарной ЭВМ АРМ-ДНЦ. Для изменения состояний напольных объектов СЦБ АРМ-ДНЦ посылает кодовые сигналы телеуправления (ТУ), а для учета и отображении поездной ситуации и текущего состояния напольных объектов СЦБ АРМ-ДНЦ получает от блоков 2 устройств телеуправления и телесигнализации, диспетчерской централизации кодовые сигналы телесигнализации (ТС).
Обмен информации ТУ-ТС между блоком 4 стационарной ЭВМ АРМ-ДНЦ и блоками 1 устройств постов ЭЦ, географически близких к центральному, распределенных контролируемых пунктов проходит по пути: от блока 4 стационарной ЭВМ через блоки 14 и 15 соответствующих контроллера и модема, магистральную линию связи 3 и далее, на упомянутых пунктах, через соответствующие блоки 2 устройств телеуправления и телесигнализации диспетчерской централизации.
Обмен информацией ТУ-ТС между блоком 4 стационарной ЭВМ АРМ-ДНЦ и блоком 1 устройств постов ЭЦ центрального пункта проходит по пути: от блока 4 стационарной ЭВМ через соответствующие блок 5 интерфейсного модуля и блок 2 устройств телеуправления и телесигнализации диспетчерской централизации.
Обмен информацией ТУ-ТС между блоками 14 контроллеров на линейных пунктах и блоками 6 бортовых ЭВМ близких к этим пунктам локомотивов осуществляется по цифровому каналу радиосвязи. Путь, по которому проходит информация, включает блок стационарного радиомодема 12 и стационарный антенный блок 13 цифрового радиоканала связи, сам цифровой радиоканал связи (не показан) и далее, на локомотиве, антенный блок 9 и блок 8 бортового радиомодема цифрового радиоканала связи упомянутого локомотива.
Между упомянутыми линейными пунктами и локомотивами также передается информация о координатах местонахождения поездов в пределах диспетчерского круга. Координаты местонахождения поездов определяются на локомотивах с помощью блока 10 бортового приемника спутниковой навигационной системы. Эта информация, для надежности, дублирует информацию, поступающую от аппаратуры ТС и информацию, получаемую ДНЦ от машинистов по типовой системе поездной радиосвязи (не показана).
Путь, по которому проходит информация с использованием цифрового радиоканала связи между АРМ-ДНЦ и блоком 6 бортовой ЭВМ локомотива, находящегося в пределах географически близких линейных пунктов, начинается от блока 4 стационарной ЭВМ, проходит через блоки 14 и 15 соответствующих контроллера и модема центрального пункта и по магистральной линии связи 3 достигает ближайшего к конкретному локомотиву линейного пункта. На упомянутом пункте информация проходит по магистральной линии связи 3 через блок 15 соответствующего модема в блок 14 соответствующего контроллера и далее через блок 12 стационарного радиомодема и стационарный антенный блок 13 цифрового радиоканала связи, сам цифровой радиоканал связи (не показан) попадает на упомянутый локомотив и далее через бортовой антенный блок 9 и блок 8 бортового радиомодема цифрового радиоканала связи попадает в блок 6 бортовой ЭВМ. Эта информация может, например, содержать запрос к устройствам локомотива о передаче текущей координаты и скорости. Пакет с ответной информацией от блока 6 бортовой ЭВМ к АРМ-ДНЦ проходит по рассмотренному пути в обратном направлении. Имеющийся в настоящее время на железнодорожном транспорте канал диапазона 160 MГц обеспечивает возможность цифровой связи в пределах до 20 километров, а удаленность географически близких линейных пунктов диспетчерского круга достигает 100 километров. Использование магистральной линии связи 3 позволяет цифровой обмен информацией ТУ-ТС АРМ-ДНЦ с локомотивами географически близких линейных пунктах.
В ЭВМ 4 АРМ-ДНЦ информация сопоставляется с соответствующей по смыслу информацией о занятости путевых участков, полученной системой диспетчерской централизации от аппаратуры рельсовых цепей. Если данные, полученные двумя различными способами, соответствуют, ЭВМ 4 отображает их для диспетчера в нормальном виде. В нормальном режиме, когда все исправно функционирует, диспетчер имеет информацию с повышенной степенью достоверности. Если данные, полученные двумя различными способами, не соответствуют, то преимущество отдается данным от рельсовых цепей. При этом достоверность предоставляемой системой информации сохраняется на уровне достоверности в существующих системах ДЦ.
В географически близких линейных пунктах и центральном пункте оперативная информация о состоянии напольных устройств обновляется с частотой опроса, принятой в типовых устройствах ТС.
В географически удаленных линейных пунктах, где отсутствует магистральная линия связи 3, и особенно в случае малой интенсивности движения наличие устройств спутниковой навигации и связи и канала цифровой радиосвязи позволяют сохранить диспетчерское управление движением поездов без продления магистральной линии связи 3 до этих пунктов, а также обеспечить возможность резервного автономного режима управления напольными устройствами с локомотива.
Дополнительно, при малой интенсивности движения коэффициент готовности устройств ЭЦ каждого малодеятельного пункта можно сохранить на нормативном уровне, вводя опрос по каналу ТС только перед проследованием локомотива по данному пункту. Это существенно снижает коэффициент нагрузки устройств и тем самым увеличивает время безотказной работы аппаратуры ТС.
Управление географически удаленными и малодеятельными пунктами при заявляемой системе реализуются следующим образом.
При приближении или нахождении локомотива на очередном географически удаленном и (или) малодеятельном пункте бортовая аппаратура локомотива в одних случаях может быть использована в качестве ретранслятора команд ТУ-ТС между данным пунктом и центральным пунктом диспетчерского управления, а в других случаях - для использования команд ТУ-ТС в режиме автономного управления устройствами ЭЦ (или группы напольных устройств данного пункта, находящихся на местном управлении) с локомотива.
То, что данный локомотив взаимодействует только с аппаратурой линейного пункта, на котором в данный момент он находится, гарантируется протоколом связи и известными принципами построения ответственной аппаратуры, такими как дублирование ответственных схем и программ, с объединением дублированных каналов через безопасные схемы контроля и управления, (см., например, В.В.Сапожников и др. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики, М., Транспорт, 1995 г.).
При работе аппаратуры локомотива в качестве ретранслятора команд ТУ-ТС между данным пунктом и центральным пунктом диспетчерского управления сигналы ТУ и запросы диспетчера проходят по пути от блока 4 стационарной ЭВМ через блок 16 стационарного преобразователя сигналов, блок 17 стационарного дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи, блок 18 стационарной антенны спутниковой системы связи и далее через геостационарный искусственный спутник Земли - ретранслятор 19 с его блоком 20 приемопередающей антенны и затем через бортовой антенный блок 21 спутниковой системы связи, блок 22 бортового дуплексного приемопередатчика спутниковой системы связи, блок 23 бортового преобразователя сигналов к блоку 6 бортовой ЭВМ. После того как сигнал ТУ принят и расшифрован на локомотиве, машинист может разрешить дальнейшее прохождение приказа ТУ по цифровому радиоканалу связи. В этом случае сигнал, содержащий упомянутый приказ ТУ и вспомогательную служебную информацию, проходит по пути от блока 6 бортовой ЭВМ через блок 8 бортового радиомодема цифрового радиоканала связи и бортовой антенный блок 9 цифрового радиоканала связи, через цифровой радиоканал связи (не показан), блок 13 стационарной антенны цифрового радиоканала связи данного линейного пункта, через соответствующий блок 12 стационарного радиомодема цифрового радиоканала связи в блок 14 контроллера. От блока 14 контроллера, расшифрованный проверенный на отсутствие ошибок приказ ТУ поступает в блок 2 устройств телеуправления и телесигнализации и далее в блок 1 устройств поста ЭЦ. Сигналы ТС от блока 1 устройств поста ЭЦ проходят в блок 6 бортовой ЭВМ машиниста, затем проходят этим же путем в обратном направлении, и далее блок 6 бортовой ЭВМ машиниста передает их по спутниковой системе связи в АРМ-ДНЦ.
Для управления аппаратурой ЭЦ удаленного пункта машинист формирует запрос к диспетчеру о посылке соответствующего приказа ТУ (путь прохождения приказов рассмотрен выше). Машинист может сформировать различные запросы, такие как:
- установку и отмену поездных и маневровых маршрутов;
- индивидуальное управление стрелками и сигналами;
- исключение (отмена исключения) перевода стрелок;
- перевод групп стрелок на местное управление;
- искусственная разделка стрелочных секций после полного замыкания маршрута;
- накопление команд по заданию маршрутов с реализацией логики маршрутного набора и блокированием некорректных команд и др.
Запрос формируется с помощью блока 6 бортовой ЭВМ через блок 25 функциональной клавиатуры. Блок 6 бортовой ЭВМ опрашивает через цифровой радиоканал соответствующий блок 2 ТУ-ТС о состоянии напольных объектов выбранного района станции. Эта информация отображается блоком 7 дисплея в кабине машиниста. Машинист формирует запрос о требуемом приказе ТУ, который может выбираться из меню индивидуального для каждого выбранного района станции. В запросе кроме запрашиваемого машинистом действия содержится вся необходимая для поездного диспетчера оперативная информация, полученная на локомотиве в данном пункте от стационарных устройств ТС по цифровому радиоканалу связи.
Поездной диспетчер формирует ответ на запрос и отсылает обратно по спутниковому каналу связи пакет управляющей информации. Блок 6 бортовой ЭВМ проверяет, что пакет принят без ошибок и в случае положительного результата проверки выделяет управляющую информацию ТУ и по подтверждению машинистом передает ее по цифровому каналу радиосвязи на исполнение в аппаратуру линейного пункта.
При плохой связи с постом ДЦ и отсутствии ДСП на данном линейном пункте машинист может запросить у контроллера 14 выбранного района станции, разрешение на ряд из опций управления, разрешенных в меню для управления непосредственно с локомотива. При получении такого разрешения (блок 6 бортовой ЭВМ протоколирует то, что все действия машиниста санкционированы устройствами системы или ДНЦ) машинист формирует с помощью блока 25 функциональной клавиатуры приказы ТУ, которые затем отсылаются блоком 6 бортовой ЭВМ по цифровому каналу радиосвязи на исполнение в аппаратуру линейного пункта.
Для задания маршрута машинисту достаточно только набрать номер конечного светофора маршрута, а номер начального светофора контроллер 14 линейного пункта (или выбранного района станции) определяет автоматически на основе информации о местонахождении поезда, полученной от аппаратуры рельсовых цепей. В алгоритме функционирования контроллера 14 может быть заложен ряд функций, выполняемых наборной группой ЭЦ, например:
- прокладка трассы маршрута;
- определение его направления;
- определение стрелочных и путевых секций, входящих в маршрут и их свободности;
- определение входящих в маршрут светофоров;
- отсутствие враждебности маршрутов и. т.п.
Таким образом, можно дополнительно упростить и повысить надежность аппаратуры ЭЦ малодеятельных и удаленных пунктов. Стационарный и локомотивные комплекты аппаратуры для спутникового канала связи адаптированы для передачи и приема как аналоговой, так и дискретной информации за счет наличия преобразователей сигналов 16 и 23. Преобразователи сигналов 16 и 23 преобразуют цифровые сигналы в аналоговые (например, с комбинированной фазовой и частотной модуляцией), принятые для передачи по спутниковым каналам связи, а также осуществляют обратное преобразование. Подобные комплекты устройств для спутниковой связи выпускаются серийно и включают также телефонные переговорные устройства (см, например, Спутниковые терминалы Инмарсат GAN стандарта М4). Наличие блока 26 стационарного телефонного переговорного устройства у поездного диспетчера и блоков 24 бортовых телефонных переговорных устройств у машинистов локомотивов позволяет организовать дублирующий канал переговорной связи в дополнение к типовому каналу поездной радиосвязи. Этот канал позволяет сохранить голосовую связь между ДНЦ и машинистами при сбоях и отказах типовой поездной радиосвязи и позволяет ДНЦ достовернее судить о качестве спутниковой связи для выдачи разрешения на автономную работу локомотивов.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает сокращение капитальных затрат, так как при подсоединении к ней удаленных и малодеятельных линейных пунктов позволяет не продлевать магистральную линию связи. Система также повышает надежность функционирования аппаратуры ТС на малодеятельных линейных пунктах и обеспечивает резервные каналы связи для диспетчерского управления.