Устройство для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты
DEVICE FOR CENTRALIZED AUTOMATIC INTERLOCKING WITH WELDED TRACK CIRCUITS OF TONE FREQUENCY

Изобретение относится к устройствам сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте, и может быть использовано в устройствах интервального регулирования движения поездов на перегонах.
Известно устройство для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты, содержащее в каждом полукомплекте постовой аппаратуры автоблокировки, для каждого блок-участка перегона, блоки генераторов сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенные через передающие жилы кабельной линии к передающим концам рельсовых цепей рельсовой линии своего блок-участка, и блоки приемников сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенные через приемные жилы кабельной линии к приемным концам рельсовых цепей рельсовой линии блок-участка, выходы которых соединены с первыми входами блоков контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка, контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка, блокирующих реле, сигнальных реле и включения кодирования рельсовых цепей, выходы которого соединены с передающими и приемными жилами кабельной линии, а второй вход подключен к выходу блока контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка, причем второй вход блока блокирующих реле соединен с выходом блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка, его первый выход соединен с вторым входом блока сигнальных реле, а его второй выход соединен с вторым входом блока включения кодирования рельсовых цепей (Федоров Н.Е. «Современные системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями» Учебное пособие. - Самара: СамГАПС, 2004, рис. 5.1, с.102).
Устройство предусматривает возможность разблокирования ложно занятых рельсовых цепей перегона, либо посредством прохождения по всем заблокированным участкам пути пробного поезда, либо подачей сигнала искусственной разделки дежурным по станции.
Поскольку скорость движения поезда по занятым блок участкам не должна быть более 20 км/час, процесс восстановления нормальной пропускной способности таким способом разблокирования участков пути занимает длительное время. При подаче сигнала искусственной разделки дежурным по станции возможны опасные ошибки, например, разблокирование путевых устройств при неисправном рельсовом пути.
Недостатком устройства также является возможность появления разрешающего показания на светофоре в случае, когда рельсовая цепь после занятия ее поездом теряет шунтовую чувствительность (ложная свободность рельсовой цепи).
В качестве прототипа принято устройство для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты, содержащее в каждом полукомплекте постовой аппаратуры автоблокировки каждого блок участка перегона  блок генераторов сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через передающие жилы кабельной  линии к передающим концам рельсовых цепей рельсовой линии своего блок участка и блок приемников сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через приемные  жилы кабельной  линии к приемным концам рельсовых цепей рельсовой линии блок участка, выходы которых соединены с первыми входами блока контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока блокирующих реле, блока сигнальных реле и блока включения кодовых сигналов в рельсовые цепи, выходы которого соединены с передающими и приемными  жилами кабельной  линии, а второй вход подключен к выходу блока  контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, причем второй вход  блока  блокирующих реле соединен с выходом блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, его первый выход соединен с вторым входом  блока сигнальных реле, а его второй выход соединен с третьим входом  блока включения кодирования рельсовых цепей, блок тестирования, первый выход которого соединен через передающую жилу кабельной  линии с рельсовой линией в начале блок участка, первый вход - соединен через приемную жилу кабельной  линии с рельсовой линией в конце блок участка, второй вход подключен к выходу генератора сигналов рельсовой цепи низкой частоты, а второй выход подключен к входу приемника сигналов рельсовой цепи низкой частоты, выход которого соединен с первым входом блока формирования сигналов сброса  и реконфигурации, второй вход которого соединен с входом управления блока тестирования и с цепью сигнала искусственной разделки маршрута, при этом выход блока формирования сигналов сброса  и реконфигурации соединен с входами сброса и реконфигурации блока контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока блокирующих реле, блока сигнальных реле и блока включения кодирования рельсовых цепей. (RU 2562027,  B61L23/16, 10.09.2015).
Известное устройство имеет не достаточный уровень обеспечения безопасности движения, так как дежурному по станции предоставляется право формирования сигнала разблокирования ложно занятых рельсовых цепей перегона без параллельной независимой проверки действительной свободности перегона средствами  автоматики, а общая достоверность данных от датчиков контроля  свободности перегона при автоматическом формировании сигнала разблокирования ложно занятых рельсовых цепей перегона может быть не достаточна для обеспечения полноты безопасности системы на уровне требований SIL4.
Устройство также имеет низкое быстродействие из-за обязательного перехода в тестовый режим с использованием низкочастотной рельсовой цепи для проверки отсутствия излома рельсов перед формированием сигнала разблокирования ложно занятых рельсовых цепей перегона. Однако при интенсивном движении поездов и частых проверках состояния исправности рельсового пути вероятность получения занятости перегона из-за излома рельсов низка и более быстрая проверка свободности перегона с требуемой SIL4 полнотой безопасности может быть выполнена с использованием только данных от путевых устройств контроля прохождения последних вагонов поездов в совокупности с данными от бортовых систем контроля полносоставности  поездов.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности и одновременном ускорении проверки свободности и исправности блок-участков перегона, при искусственной разделке замыкания перегонных устройств после ложного замыкания аппаратуры путевых участков.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты, содержащем в каждом полукомплекте постовой аппаратуры автоблокировки каждого блок участка перегона  блок генераторов сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через передающие жилы кабельной  линии к передающим концам рельсовых цепей рельсовой линии своего блок участка и блок приемников сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через приемные  жилы кабельной  линии к приемным концам рельсовых цепей рельсовой линии блок участка, выходы которых соединены с первыми входами блока контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока блокирующих реле, блока сигнальных реле и блока включения кодирования рельсовых цепей, выходы которого соединены с передающими и приемными  жилами кабельной  линии, а второй вход подключен к выходу блока  контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, причем второй вход  блока  блокирующих реле соединен с выходом блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, его первый выход соединен с вторым входом  блока сигнальных реле, а его второй выход соединен с третьим входом  блока включения кодирования рельсовых цепей, блок тестирования первым выходом соединенный через передающую жилу кабельной  линии с рельсовой линией в начале блок участка, первый вход блока тестирования соединен через приемную жилу кабельной  линии с рельсовой линией в конце блок участка, второй вход подключен к выходу генератора сигналов рельсовой цепи низкой частоты, а второй выход подключен к входу приемника сигналов рельсовой цепи низкой частоты, выход которого соединен с первым входом блока формирования сигналов сброса  и реконфигурации, второй вход которого соединен с входом управления блока тестирования и с цепью управления искусственной разделки маршрута, при этом выход блока формирования сигналов сброса  и реконфигурации соединен с входами сброса и реконфигурации блока контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока блокирующих реле, блока сигнальных реле и блока включения кодирования рельсовых цепей, согласно изобретению цепь управления искусственной разделки маршрута соединена с выходом компьютера автоматизированного рабочего места дежурного по станции или диспетчера станции отправления, при этом  первый порт компьютера соединен с элементом управления искусственной разделки маршрутов, к его второму порту подключен блок приема сигналов от путевых устройств контроля прохождения последних вагонов поездов, а третий порт  соединен с блоком приема сигналов от бортовых систем контроля полносоставности  поездов.
На чертеже приведена схема устройства для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты.
Устройство для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты содержит в каждом полукомплекте постовой аппаратуры автоблокировки каждого блок участка перегона  блок 1 генераторов сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через передающие жилы кабельной  линии 2 к передающим концам рельсовых цепей рельсовой линии 3 своего блок участка и блок 4 приемников сигналов рельсовых цепей тональной частоты, подключенных через приемные  жилы кабельной  линии 2 к приемным концам рельсовых цепей рельсовой линии 3 блок участка, выходы которых соединены с первыми входами блока 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока 7 блокирующих реле, блока 8 сигнальных реле и блока 9 включения кодирования рельсовых цепей, выходы которого соединены с передающими и приемными  жилами кабельной  линии 2, а второй вход подключен к выходу блока 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, причем второй вход  блока 7 блокирующих реле соединен с выходом блока 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, его первый выход соединен с вторым входом  блока 8 сигнальных реле, а его второй выход соединен с третьим входом  блока 9 включения кодирования рельсовых цепей, блок 10 тестирования первым выходом соединенный через передающую жилу кабельной  линии с рельсовой линией 3 в начале блок участка, первый вход блока 10 тестирования соединен через приемную жилу кабельной  линии с рельсовой линией 3 в конце блок участка, второй вход подключен к выходу генератора 11 сигналов рельсовой цепи низкой частоты, а второй выход подключен к входу приемника 12 сигналов рельсовой цепи низкой частоты, выход которого соединен с первым входом блока 13 формирования сигналов сброса  и реконфигурации, второй вход которого соединен с входом управления блока 10 тестирования и с цепью 14 управления искусственной разделки маршрута, при этом выход блока 13 формирования сигналов сброса  и реконфигурации соединен с входами сброса и реконфигурации блока 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок участка, блока 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок участка, блока 7 блокирующих реле, блока 8 сигнальных реле и блока 9 включения кодирования рельсовых цепей, цепь 14 управления искусственной разделки маршрута соединена с выходом компьютера 15 автоматизированного рабочего места дежурного по станции или диспетчера станции отправления, при этом  первый порт компьютера 15 соединен с элементом 16 управления искусственной разделки маршрутов, к его второму порту подключен блок 17 приема сигналов от путевых устройств контроля прохождения последних вагонов поездов, а третий порт  соединен с блоком 18 приема сигналов от бортовых систем контроля полносоставности  поездов.
Устройство для централизованной автоблокировки с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты работает следующим образом.
Путевые приемники контролируют состояние рельсовых цепей той части перегона, которая отнесена к данной станции. Путевые приемники этих рельсовых цепей воздействуют на блок 8 сигнальных реле, который обеспечивает выбор требуемых показаний проходного светофора и кодовых сигналов АЛС. Кроме того, путевые приемники воздействуют на блок 9 включения кодовых сигналов в рельсовые цепи и блок 7 блокирующих реле и управляют блоком 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка и блоком 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка.
Блок 9 включения кодирования рельсовых цепей подает свои сигналы в рельсы занятой рельсовой цепи по команде блока 4 приемников сигналов рельсовых цепей тональной частоты. При этом кодовые сигналы подаются в рельсы только при условии соблюдения последовательности их занятия. При наложении постороннего шунта, изломе рельса или ложной занятости рельсовой цепи блок 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка запрещает передачу разрешающих кодовых сигналов. Этим исключается возможность включения на локомотивном светофоре разрешающего показания при приближении к закрытому проходному светофору. Кодовые сигналы АЛС подаются в рельсы по существующим передающим и приемным жилам кабельной линии 2.
В замыкании и размыкании перегонных устройств участвуют блок 7 блокирующих реле и блок 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка.
При вступлении поезда на какой-либо блок-участок блок 7 блокирующих реле воздействует на блок 8 сигнальных реле этого блок-участка, чем исключается открытие светофора, ограждающего данный блок-участок, и выбор разрешающего кодового сигнала для предыдущего блок-участка (замыкание блок-участка).
Размыкание блок-участка проводится автоматически с участием блока 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей этого блок-участка и защитного участка. Дополнительным условием размыкания блок-участка, проверяемым блоком 7 блокирующих реле, является проверка того, что следующий по ходу движения блок-участок огражден светофором с красным огнем, а рельсовые цепи защитного участка за светофором свободны от подвижного состава. Нарушение последовательности освобождения рельсовых цепей блок-участка, которое может быть, например, следствием потери шунта при фактически занятом блок-участке или защитном участке, может вызвать состояние ложной занятости блок-участка. При этом размыкание блок-участка не происходит и разрешающий сигнал на светофоре не включается. Состояние ложной занятости блок-участка может также возникать при сбоях в работе аппаратуры, при выключении и последующем включении питания, влиянии других электромагнитных помех или при возникновении в устройстве неисправностей.
Для размыкания блок-участка и снятия его состояния ложной занятости в устройстве предусмотрена процедура искусственного размыкания блок-участков. Искусственное размыкание блок-участков в инструктивном порядке проводит дежурный по станции отправления или автоматически производит аппаратура диспетчерской централизации.
Команда искусственного размыкания блок-участка подается в цепь 14 сигнала искусственной разделки маршрута. Эта команда информационно более сложная по сравнению с сигналом искусственной разделки в известном устройстве, поскольку предназначена не только для восстановления после сбоев, но и для постоянного выключения неисправных модулей из конфигурации устройства. Длительность цикла выполнения команды искусственного размыкания блок-участка задается внутренним таймером в блоке 10 тестирования. Блок 10  тестирования подключает внутренним переключателем к рельсовой линии 3, соответствующего блок-участка вспомогательную низкочастотную рельсовую цепь, состоящую из генератора 11 сигналов рельсовой цепи низкой частоты и приемника 12 сигналов рельсовой цепи низкой частоты. Вспомогательная низкочастотная рельсовая цепь подключается на интервал времени, достаточный для фиксации состояния свободности и исправности рельсовой линии 3 блок-участка. Если в течение этого интервала времени приемник 12 сигналов рельсовой цепи низкой частоты сформирует на своем выходе сигнал свободности и исправности рельсовой линии 3 блок-участка, то этот сигнал воспринимается блоком 13 формирования сигналов сброса и реконфигурации, который вырабатывает адресные сигналы сброса и реконфигурации индивидуально для каждого из блоков 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка, 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка, 7 блокирующих реле, 8 сигнальных реле и 9 включения кодирования рельсовых цепей.
Индивидуальные команды сброса и реконфигурации могут иметь содержание, позволяющее просто произвести сброс блоков 5 контроля последовательного занятия рельсовых цепей блок-участка, 6 контроля последовательного освобождения рельсовых цепей блок-участка, 7 блокирующих реле и 8 сигнальных реле для восстановления их нормальной работы после сбоев или же в случае, если нормальная работа блоков не восстанавливается, исключить их из активного участия в логике работы автоблокировки.
Сигнал, поступающий с выхода компьютера 15 автоматизированного рабочего места дежурного по станции в цепь 14  управления искусственной разделкой маршрута, содержит информацию о номерах блок-участков, подлежащих искусственной разделке и ее последовательности, а также об использовании или отмене режима тестирования. Во время тестирования блок 10 тестирования осуществляет поочередное подключение генератора 11 и приемника 12 к началам и концам рельсовой линии 3 в местах, соответствующих границам блок-участков и защитного участка, а также адресно подает сигналы сброса блоков аппаратуры каждого блок-участка аналогично тому, как это выполняется при рассмотренной выше работе устройства в случае одного блок-участка.
Сигнал, поступающий с выхода компьютера 15 автоматизированного рабочего места дежурного по станции в цепь 14 управления искусственной разделкой маршрута вырабатывается на основе  интеллектуальной обработки в  компьютере 15 сопоставимых данных, принимаемых через первый порт компьютера 15 автоматизированного рабочего места на станции отправления от элемента управления (от кнопки) искусственной разделки маршрутов, через второй порт компьютера 15 – от блока 17 приема сигналов от путевых устройств контроля прохождения последних вагонов поездов и через третий порт компьютера 15 - от блока 18 приема сигналов от бортовых систем контроля полносоставности  поездов.
Блок 17 приема сигналов от путевых устройств контроля прохождения последних вагонов поездов принимает кодированные сигналы, несущие информацию от путевых датчиков фиксации прохождения последних вагонов. Эти датчики могут использовать различные физические принципы действия, например, радиочастотную идентификацию, счет осей, сигналы индуктивных шлейфов и индукторов, средства видеораспознавания инвентарных номеров или оптических сигналов на последних вагонах и другие.
Блок 18 приема сигналов от бортовых систем контроля полносоставности  поездов получают по индуктивным каналам связи с поездами или по каналам мобильной радиосвязи информацию от бортовых систем контроля полносоставности поездов. Бортовые системы контроля полносоставности поездов могут использовать связь локомотивного оборудования поездов с  оборудованием хвостового вагона этих поездов по локальным бортовым каналам радиосвязи или же через локальные проводные линии связи и даже использовать для связи колебания давления воздуха в тормозной магистрали.
Для проверки целостности состава, при известной его длине, может использоваться  информация от спутникового навигатора о расстоянии между локомотивом и хвостовым вагоном или информация о расстоянии между головой и хвостом поезда при определении его методами радио и эхолокации. Поскольку передача информации в компьютер 15 от стационарных объектов меньше подвержена запаздыванию во времени и влиянию помех по сравнению с передачей информации от мобильных объектов, стационарные и мобильные источники информации подключены к отдельным портам  этого компьютера, в котором для приведения данных к сопоставимому виду осуществляется их обработка соответствующими  отдельными алгоритмами. После приведения всех данных к сопоставимому виду, общий алгоритм интеллектуальной обработки этих данных использует совместно все эти данные в процессе выработки решений о подаче сигналов в цепь 14  управления искусственной разделкой маршрута. Интеллектуальная обработка данных позволяет повысить эффективность использования информации, содержащейся в первичных данных, так, чтобы для выполнения норм по вероятности опасных отказов на уровне требований SIL4 требовалось меньше источников первичных данных. Для выполнения требований SIL4, в устройстве при подаче сигнала в цепь 14 управления искусственной разделкой маршрута, кроме  сигнала подаваемого нажатием кнопки искусственной разделки оператором автоматизированного рабочего места на станции отправления поезда используются все достоверные сигналы, поступающие в порты компьютера 15. Эти достоверные сигналы от путевых устройств, о фиксации прохождения последнего вагона соответствующего поезда, и/или от бортовых систем контроля о следовании этого поезда в полном составе, вместе с сигналом, подаваемым нажатием кнопки искусственной разделки оператором автоматизированного рабочего места,  обработанные общим алгоритмом интеллектуальной обработки этих данных, должны обеспечивать уровень полноты безопасности по требованиям SIL4.
Интеллектуальная обработка данных в компьютере 15 может использовать, например, алгоритмы обучаемых искусственных нейронных сетей с применением имитационного моделирования в интервалах отсутствия поездов на перегоне.
В отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве искусственная разделка не обязательно каждый раз предваряется тестированием свободности и исправности рельсового пути низкочастотной рельсовой цепью. Тестирование может производиться реже в случаях высокой плановой интенсивности проверок исправности рельсового пути и интенсивном движении поездов, когда вероятность излома рельсов в интервалах времени попутного следования поездов может быть мала в сравнении с требованиями по SIL4.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение безопасности движения поездов, за счет более достоверной проверки свободности и исправности рельсовой линии при искусственной разделке замыкания перегонных устройств блок-участка, а сама искусственная разделка в среднем осуществляется быстрее и с меньшим количеством переключений, чем в прототипе.