Устройство контроля движения транспорта
TRAFFIC CONTROL DEVICE

Заявляемое устройство относится к средствам обнаружения и локализации наличия подвижного состава в зоне контрольного участка пути и может быть использовано для обеспечения срабатывания приборов железнодорожной автоматики, требующих сигнала прохождения поезда. Заявляемое устройство (датчик) предназначено для эксплуатации в составе устройств железнодорожной автоматики.
Известно устройство для контроля движения транспорта, содержащее двужильную индуктивную петлю охватывающую по периметру зону контроля. Первый выход активного элемента генератора подключен к началу одной из жил, конец которой соединен с началом другой жилы и подключен к цепи питания. Формирователь импульсов и измеритель частоты соединены последовательно. Имеется формирователь логического сигнала. В устройство введены регулятор напряжения, амплитудный детектор, фильтрующий усилитель постоянного тока, делитель напряжения, частотный компаратор, блок задания уровня частоты и блок коррекции уровня. Делитель напряжения подключен на первый вход фильтрующего усилителя постоянного тока. Блок коррекции уровня подключен на первый вход частотного компаратора. Блок задания уровня частоты подключен на первый вход блока коррекции уровня, на второй вход которого подключены выход измерителя частоты и второй вход частотного компаратора. Выход частотного компаратора соединен с формирователем логического сигнала. Первый вход регулятора напряжения соединен с концом другой жилы индуктивной петли. Выход регулятора напряжения подключен на вход активного элемента генератора, второй выход которого подключен на вход амплитудного детектора. Первый выход амплитудного детектора подключен на вход формирователя импульсов, а второй выход подключен ко второму входу фильтрующего усилителя постоянного тока, выход которого подключен на второй вход регулятора напряжения (патент RU №2296371, МПК 6 G08G 1/042, B61L 29/02, опубл. 27.03.2007 г.) - аналог.
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, связанная со сложностью первоначальной настройки и низкой стабильностью работы, вызванной отсутствием автоматической адаптации режима его работы к изменениям внешних условий в процессе эксплуатации.
Известно устройство для контроля движения транспорта, которое включает двужильную индуктивную петлю, охватывающую по периметру зону контроля, активный элемент генератора, первый выход которого подключен к началу одной из жил, конец которой соединен с началом другой жилы и подключен к цепи питания, последовательно соединенные формирователь импульсов с измерителем частоты и формирователь логического сигнала (патент РФ №2178920, МПК: G08G 1/042, опубл. 27.01.2002 г., Бюл. №3) - прототип.
Недостатком устройства является низкая надежность, обусловленная нестабильностью генерации сигнала в широком диапазоне длин петли, возможностью срыва генерации при наличии в площади петли большого количества металла, а также большой чувствительностью к изменениям погодных условий (суточных и сезонных изменений температуры, осадков и т.д.).
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение стабильности работы и увеличение достоверности выходных показаний заявляемого устройства контроля движения транспорта.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство контроля движения транспорта содержит индуктивную петлю, выполненную с возможностью охвата по периметру зоны контроля, размещенные в корпусе печатные проводники и элементы, образующие единую электрическую цепь, включающую генератор импульсов с активным элементом, выходной ключ и источник питания, дополнительно содержит центральный микропроцессор выполненный с возможностью автоматической настройки и обработки входной информации, который первым входом и выходом связан с выходным ключом, вторым входом - с генератором импульсов, третьим входом - с выходом источника питания, причем последний связан также с входами генератора импульсов и выходным ключом, все печатные проводники и элементы, образующие единую электрическую цепь, расположены на единой плате, а источник питания выполнен импульсным и снабжен задающим токовым ключом и схемой температурной стабилизации.
Устройство, характеризующееся тем, что индуктивная петля может быть выполнена одножильной.
Заявляемое устройство конкретизировано на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлено изображение функциональной схемы заявляемого устройства с выделением зон - индуктивной петли, генератора импульсов, микропроцессора, выходного ключа и источника питания, а на фиг. 2 вариант конкретного выполнения печатной платы с размещенными на ней элементами схемы.
По принципу работы заявляемое устройство является электронным устройством бесконтактного действия - датчиком петлевым бесконтактным и предназначено для применения в системах обнаружения и локализации наличия подвижного состава в зоне контрольного участка пути и для обеспечения срабатывания приборов железнодорожной автоматики.
Заявляемое устройство содержит индуктивную петлю 1, выполненную с возможностью охвата по периметру зоны контроля 2, размещенные в корпусе 7 печатные проводники и элементы, образующие единую электрическую цепь, включающую зоны генератора импульсов 3 с активным элементом, центрального микропроцессора 4, выходного ключа 5 и источника питания 6. Центральный микропроцессор 4 выполнен с возможностью автоматической настройки и обработки входной информации, для чего первым входом и выходом связан с выходным ключом 5, вторым входом - с генератором импульсов 3, третьим входом - с выходом блока (источника) питания 6. Источник питания 6 связан также с входами генератора импульсов 3 и выходным ключом 5. Все печатные проводники и элементы, образующие единую электрическую цепь, расположены на единой плате. Единую электрическую цепь устройства образуют все элементы зон 3-6, расположенных на печатной плате (соединенные печатными проводниками): генератора импульсов с активным элементом, выходного ключа, источника питания, центрального микропроцессора, а также элементы выполняющие иные функции, не влияющие на достижение заявленного технического результата. Блок питания 6 снабжен задающим токовым ключом и схемой температурной стабилизации (на фиг. не показаны), так как в заявляемом устройстве используется импульсный блок питания, построенный на микросхеме ШИМ-контроллера, то токовый ключ входит в состав и является внутренней частью этой микросхемы. Элементы температурной стабилизации предусмотрены в схеме обвязки микросхемы ШИМ-контроллера.
В заявляемом устройстве возможно использование как двухжильного, так и одножильного провода и выбирается в зависимости от условий работы заявляемого устройства и требований к нему. При использовании двухжильного провода несколько возрастает влияние внешних факторов на стабильность характеристик петли и стоимость самого провода по сравнению с одножильным, однако использование и одножильного, и двухжильного (многожильного) провода обеспечивает, в совокупности с другими существенными признаками, достижение заявленного технического результата.
На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения заявляемого устройства с перечнем определенного набора элементов, который не является конечным и может меняться от одной конфигурации заявляемого устройства к другой. Основным требованием для достижения заявленного технического результата, является наличие и взаимное расположение (взаимосвязь), приведенных в независимом пункте формулы заявляемого решения зон/элементов, с обеспечением возможности выполнения устройством своей функции и достижения заявленного технического результата.
Например, (см. фиг. 2) зона 6 источника питания может содержать следующие элементы - микросхему ШИМ-контроллера 8, силовой трансформатор 9, оптрон 10, микросхему регулятора напряжения 11, выпрямительные диоды Шоттки 12 и 13, фильтр, построенный на индуктивности 14 и конденсаторах 15, 16, 17, 18, 19, стабилитрон 20, времязадающие конденсатор 21 и резистор 22, схему задающую режим работы источника питания, собранную на элементах 23-29 (R и С в схеме источника питания). Источник питания прототипа построен на основе дорогостоящей промышленной твердотельной сборки с малым разбросом входного напряжения. Введение в заявляемое устройство импульсного источника питания на основе ШИМ-контроллера, позволило получить больший диапазон входных напряжений для питания датчика и удешевить схемное решение источника питания.
На фиг. 2 представлена также зона 3 задающих генераторов импульсов (далее ЗГИ), которая может содержать два автогенератора импульсов, собранные на базе логических элементов 2 «И-НЕ» 30 и элементов 31-36 (R С в схеме задающих генераторов импульсов) участвующих в схеме ЗГИ. Элементы, установленные в данной зоне, являются современными аналогами элементов зоны ЗГИ прототипа.
Представленная на фиг. 2 область 4 микропроцессора может содержать сам микропроцессор 37 и элементы его обвязки 38-41 (R и C в схеме микропроцессора). Элементы, установленные в данной зоне, в прототипе не использовались. Для обеспечения заявленного технического результата, микропроцессор 37 снабжен программным обеспечением, обеспечивающим интеллектуальный анализ и обработку полученной устройством информации от индуктивной петли 1. Помимо увеличения достоверности показаний заявляемого устройства, применение микропроцессорной технологии позволило снизить потребление им электроэнергии.
Зона 5 выходных ключей (см. фиг 2) может содержать два твердотельных реле 42 и 43, и элементы 44-49, участвующие в схеме обвязки оптронного ключа 50. Элементы, установленные в данной зоне, являются современными аналогами элементов зоны выходных ключей прототипа.
ПОР
По принципу работы, как было указано выше, заявляемое устройство является электронным устройством бесконтактного действия - датчиком петлевым бесконтактным. Определение прохода поезда происходит при его заходе в площадь (зону) контроля 2 индуктивной петли 1 заявляемого устройства. Работа устройства основана на анализе изменения частоты колебательного контура, при изменении индуктивности петли во время прохода поезда. При заходе поезда в зону контроля 2 индуктивной петли 1 устройства происходит изменение индуктивности петли в контуре генератора 3 и скачкообразно меняется его частота. С выхода генератора 30 импульсы прямоугольной формы поступают на вход микропроцессора 37. Величина изменения частоты следования импульсов оценивается микропроцессорным элементом и при превышении программно-заданного порога F микропроцессором выдается сигнал на размыкание обоих проводов оптронного выходного ключа зоны 5, обесточивая исполнительное реле «ПОЕЗД» в системе пользователя. Диагностика двух электронных ключей 42 и 43 на пробой производится после каждого их включения и выключения посредством контроля микропроцессором по линии, протекающего через ключи тока цепью обратной связи. В случае пробоя одного или двух оптронных ключей, микропроцессор обесточивает оптронное реле 50, коммутационная схема которого, в свою очередь, разрывает цепь тока исполнительного реле «ПОЕЗД».
После прохода последнего вагона поезда, через заданное время задержки, равное, например, 5 сек. устройство возвращается в исходное состояние, включая исполнительное реле. Исполнительное реле «ПОЕЗД» (условное название) является частью схемы приемника информации от заявляемого устройства (датчика) и соответственно, не входит в его состав. Если рассматривать приемник как реле, то датчик фактически коммутирует цепь катушки этого реле, управляя его работой (само реле с источником его питания подключается к выходу датчика и может находиться на большом расстоянии от него). Как вариант, в качестве этого условного исполнительного реле вполне может быть использована электронная схема, управляемая дискретным сигналом от заявляемого устройства. Информация о работе, а также о появлении неисправности, отображается на соответствующих индикаторных светодиодах, размещенных на лицевой панели электронного блока датчика (на фигурах не показаны).
В заявляемом устройстве импульсный источник питания применен для:
- для расширения диапазона питающего напряжения датчика (в прототипе 12 В + 10%, а в заявляемом датчике 12 В + 25%);
- для повышения стабильности работы цифровой части схемы устройства;
- для снижения массы электронного блока устройства (масса блока прототипа 1,2 кг, а масса заявляемого блока 0,8 кг).
Применение совокупности существенных признаков - переход к микропроцессорной технологии анализа и обработки информации, применение схемы импульсного источника питания с улучшенными характеристиками по входному напряжению, использование в схеме современной энергоэффективной элементной базы, позволило повысить надежность работы, достоверность показаний и экономичность датчика, и как следствие, улучшить такие характеристики, как надежность работы в заданном диапазоне внешних факторов (температуры, влажности, состояния балласта, воздействия промышленных помех и т.д.).
Заявляемое устройство с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле, обеспечивает следующие преимущества, по сравнению с прототипом:
1. Переход с аналоговой обработки входящей информации на цифровую, с применением микропроцессорной технологии, поспособствовал появлению интеллектуальных возможностей датчика, что привело к упрощению процесса пусконаладочных работ и увеличению достоверности выходных показаний в процессе эксплуатации;
2. Применение микропроцессорной технологии позволило организовать систему автоматической адаптации датчика, что поспособствовало уменьшению влияния меняющихся, в процессе эксплуатации, внешних факторов (температуры, влажности, состояния балласта и пр.);
3. Применение в схеме импульсного блока питания позволило существенно расширить диапазон питающего напряжения, что улучшило стабильность работы и помехозащищенность датчиков;
4. Снижение потребления электроэнергии, за счет использования микропроцессорной технологии обработки данных и современной элементной базы.
Эти факторы позволили повысить надежность работы, достоверность выходных показаний заявляемого устройства и снизить эксплуатационные расходы на его содержание.