Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры
MICROPROCESSOR-BASED AUTO-BLOCKING SYSTEM WITH DECENTRALIZED HARDWARE PLACEMENT

Изобретение относится к устройствам железнодорожной автоматики, а именно к системам автоблокировки, и предназначено для интервального регулирования движения поездов на участках пути с использованием рельсовых цепей.
Известна система микропроцессорной автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры, содержащая на первой и второй станциях, ограничивающих рассматриваемый перегон, соответственно блоки первого и второго станционных компьютеров автоматизированных рабочих мест дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН, соединенные первыми входами/выходами с первыми входами/выходами соответствующих первого и второго станционных приемопередатчиков, вторые и третьи входы/выходы которых соединены с входами/выходами соответственно первого и второго компьютеров системы электрической централизации и первого и второго компьютеров диспетчерской централизации, а четвертые входы/выходы первого и второго станционных приемопередатчиков, соединены с первыми входами/выходами соответствующих блоков двухканальных обработчиков сигналов КРЛ и АЛС, расположенных в напольных шкафах в начале и конце перегона, при этом первые выходы всех блоков двухканальных обработчиков сигналов КРЛ и АЛС расположенных в напольных шкафах по середине бесстыковых рельсовых цепей блок- участков, на которые поделен перегон между станциями, подключены через соответствующие первые блоки защиты и согласования к серединам этих рельсовых цепей, а входы всех блоков двухканальных обработчиков сигналов КРЛ и АЛС соединены, через соответствующие вторые блоки защиты и согласования, с приемными концами соответствующих бесстыковых рельсовых цепей блок участков (В.И. Зорин и др. «Микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры АБТЦ-М», Автоматика, связь, информатика, №9, 2003, с.8-10).
Известная система централизованной автоблокировки не обладает необходимым уровнем устойчивости к повреждениям кабельных линий. Так же при повреждении одной рельсовой цепи блокируется работа всего перегона. Это снижает защищенность системы от ряда факторов характерных для малолюдных районов, где затруднены быстрые устранения неисправностей из-за трудно доступности мест повреждения для обслуживающего персонала и в то же время весьма вероятны повреждения кабелей из-за вандализма населения или размывов грунта, прямых попаданий молний и.т.п.
Известна микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры и специализированной сетью передачи данных, в которую входят последовательно соединенные первый станционный компьютер, первый станционный приемопередатчик, приемопередатчики сигнальных точек, второй станционный приемопередатчик и второй станционный компьютер, каждому компоненту сети назначен сетевой адрес, информация передается по сети в виде запросов от станционного приемопередатчика и сообщений от приемопередатчиков сигнальных точек, первый станционный приемопередатчик передает по сети запросы на передачу, последовательно перебирая адреса всех компонентов специализированной сети, второй станционный приемопередатчик соединен с первым станционным приемопередатчиком, транслирует данные по сети в первый станционный приемопередатчик, первый и второй станционные приемопередатчики получают по сети сообщения от приемопередатчиков сигнальных точек на перегоне и передают их соответственно в первый и второй станционные компьютеры, которые сохраняют информацию на жестком диске и выводят ее на экран в графическом и символьном виде, приемопередатчики сигнальных точек получают по сети запросы на передачу, в которых указан их сетевой адрес, и в ответ передают сообщения, в которых закодированы данные о поездной ситуации на перегоне, уровни сигналов контроля состояния рельсовой линии (КРЛ), принимаемые кодовые комбинации сигналов КРЛ, передаваемые кодовые комбинации сигналов КРЛ, автоматической локомотивной сигнализации АЛСН, АЛС-ЕН, показания светофора и диагностическая информация, приемопередатчик сигнальной точки через первое устройство защиты и согласования подключен к рельсовой цепи в середине блок-участка при бесстыковых рельсовых цепях или на выходном конце блок-участка при рельсовых цепях с изолирующими стыками, приемопередатчик формирует и передает в рельсовую цепь сигналы КРЛ, АЛСН и АЛС-ЕН, приемопередатчик сигнальной точки через второе устройство защиты и согласования подключен к рельсовой цепи на входном конце блок-участка, приемопередатчик принимает из рельсовой цепи сигналы КРЛ и управляет показаниями светофора, в приемопередатчике сигнальной точки имеются два канала, один из каналов является основным, второй работает в горячем резерве, первый и второй каналы приемопередатчика подключены к модему, через который принимают и передают сообщения по специализированной сети, при отказе в основном канале управление переключается на резервный канал, неисправный канал в течение заданного интервала времени не перезапускается, а остается подключенным к специализированной сети, за это время он передает сообщение об отказе, а затем отключается от сети и перезапускается. (RU40284, B61L 23/08, 10.09.2004).
Недостатком известной системы является плохая совместимость с типовыми децентрализованными системами автоблокировки числового кода использующими рельсовые цепи с изолирующими стыками.
В качестве прототипа принята микропроцессорная система автоблокировки (АБ-ЧКЕ) с децентрализованным размещением аппаратуры, содержащая в напольных шкафах аппаратуры автоблокировки блок-участков перегона между соседними первой и второй станциями, аппаратуру рельсовых цепей с изолирующими стыками и блоки управления сигнальными огнями светофоров, ограждающих соответствующие блок-участки, причем в каждом напольном шкафу размещается приемопередатчик - дешифратор сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка и генератор сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, расположенного по установленному направлению движения поездов по перегону, причем приемопередатчик - дешифратор сигналов числового кода рельсовой цепи своего блок участка подключен через блок защиты и согласования к концу рельсовой цепи своего блок-участка, а генератор сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка подключен к началу рельсовой цепи своего блок-участка, при этом на первой и второй станциях имеются соответственно первый и второй компьютеры автоматизированных рабочих мест дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН, первые порты связи которых соединены соответственно с первыми портами связи первого и второго станционных микропроцессорных приемопередатчиков (Ю.А. Кравцов «Системы  железнодорожной автоматики и телемеханики», М., Транспорт, 1996, с.118, рис. 4.26).
Недостатком известной системы является большое количество линейных проводных соединений для взаимной увязки между собой по функционированию аппаратуры сигнальных точек и увязки их функционирования со станционной аппаратурой. Это ограничивает возможности модернизации с помощью этой системы типовых децентрализованных систем автоблокировки числового кода.
Технический результат изобретения заключается в создании системы, позволяющей с помощью этой системы упростить модернизацию типовых децентрализованных систем автоблокировки числового кода.
Технический результат достигается тем, что в микропроцессорной системе автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры, содержащей в напольных шкафах аппаратуры автоблокировки блок-участков перегона между соседними первой и второй станциями, аппаратуру рельсовых цепей с изолирующими стыками и блоки управления сигнальными огнями светофоров, ограждающих соответствующие блок-участки, причем в каждом напольном шкафу размещен приемопередатчик-дешифратор сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка и генератор сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, расположенного по установленному направлению движения поездов по перегону, причем приемопередатчик-дешифратор сигналов числового кода рельсовой цепи своего блок-участка подключен, через блок защиты и согласования, к концу рельсовой цепи своего блок-участка, а генератор сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка подключен к началу рельсовой цепи своего блок-участка, при этом на первой и второй станциях установлены соответственно первый и второй компьютеры автоматизированных рабочих мест дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН, первые порты связи которых соединены соответственно с первыми портами связи первого и второго станционных микропроцессорных приемопередатчиков, согласно изобретению блоки аппаратуры внутри каждого из напольных шкафов автоблокировки соединены между собой шиной цифровых данных, к которой подключены порты данных блока управления сигнальными огнями светофора, ограждающего соответствующий блок-участок, приемопередатчика-дешифратора сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка, генератора сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, микропроцессорного модуля приема, накопления и анализа информации о свободности/занятости рельсовых цепей блок-участков перегона и маломощного микропроцессорного радиоприемопередатчика, соединенного с локальной сетью маломощной радиосвязи, в которой каждый радиоприемопередатчик имеет уникальный радио адрес и защищен от не санкционированного доступа к данным посредством криптографической защиты информации, при этом в состав станционных микропроцессорных приемопередатчиков входят радиопремопередатчики с комбинированными антеннами для дальней цифровой радиосвязи между собой в УКВ диапазоне и для цифровой радиосвязи по локальной сети маломощной радиосвязи в диапазоне ISM с   радиоприемопередатчиками напольных шкафов автоблокировки, ближайших к соответствующим станциям, причем к вторым портам связи первого и второго станционных микропроцессорных приемопередатчиков, подключены порты связи соответственно первого и второго компьютеров системы электрической централизации, а к их третьим портам связи, подключены порты связи соответственно первого и второго компьютеров системы диспетчерской централизации.
На чертеже приведена функциональная схема микропроцессорной системы автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры.
Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры содержит в напольных шкафах 1 аппаратуры автоблокировки блок-участков перегона между соседними первой 2 и второй 3 станциями, аппаратуру рельсовых цепей с изолирующими стыками и блоки 4 управления сигнальными огнями светофоров 5, ограждающих соответствующие блок-участки, причем в каждом напольном шкафу 1 размещен приемопередатчик-дешифратор 6 сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка и генератор 7 сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, расположенного по установленному направлению движения поездов по перегону, причем приемопередатчик-дешифратор 6 сигналов числового кода рельсовой цепи своего блок-участка подключен, через блок 8 защиты и согласования, к концу рельсовой цепи своего блок-участка, а генератор 7 сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка подключен к началу рельсовой цепи своего блок-участка, при этом на первой 2 и второй 3 станциях установлены соответственно первый и второй компьютеры 9 автоматизированных рабочих мест (АРМ) дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН, первые порты связи которых соединены соответственно с первыми портами связи первого и второго станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10, блоки аппаратуры внутри каждого из напольных шкафов 1 автоблокировки соединены между собой шиной 11 цифровых данных, к которой подключены порты данных блока 4 управления сигнальными огнями светофора, ограждающего соответствующий блок-участок, приемопередатчика-дешифратора 6 сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка, генератора 7 сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, микропроцессорного модуля 12 приема, накопления и анализа информации о свободности/занятости рельсовых цепей блок-участков перегона и маломощного микропроцессорного радиоприемопередатчика 13, соединенного с локальной сетью маломощной радиосвязи, в которой каждый радиоприемопередатчик 13 имеет уникальный радио адрес и защищен от не санкционированного доступа к данным посредством криптографической защиты информации, при этом в состав станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10 входят радиопремопередатчики с комбинированными антеннами для дальней цифровой радиосвязи между собой в УКВ диапазоне и для цифровой радиосвязи по локальной сети маломощной радиосвязи в диапазоне ISM с радиоприемопередатчиками 13 напольных шкафов 1 автоблокировки, ближайших к соответствующим станциям, причем к вторым портам связи первого и второго станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10, подключены порты 14 связи соответственно первого и второго компьютеров (ПК) системы электрической централизации (ЭЦ), а к их третьим портам связи, подключены порты 15 связи соответственно первого и второго компьютеров системы диспетчерской централизации (ДЦ).
Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры функционирует следующим образом.
На каждом блок-участке перегона, между соседними первой 2 и второй 3  станциями, контроль свободности или занятости своего блок- участка  осуществляет кодовая рельсовая цепь с изолирующими стыками и блок 4 управления сигнальными огнями светофора 5, ограждающего этот блок-участок. В каждом напольном шкафу 1 размещается приемопередатчик-дешифратор 6 сигналов числового кода рельсовой цепи данного блок-участка и генератор 7 сигналов числового кода рельсовой цепи соседнего блок-участка, расположенного по установленному направлению движения поездов по перегону. Установка направления движения по перегону осуществляется приказами формируемыми для аппаратуры блок-участков со станций 2 и 3 с помощью первого  и второго  станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10. Приказы для управления состоянием напольных устройств автоблокиовки передаются в цифровом виде по локальной сети маломощной радиосвязи, в которой каждый радиоприемопередатчик 13 имеет уникальный радио адрес и защищен от не санкционированного доступа к передаваемым данным посредством криптографической защиты информации.
Генераторы 7 сигналов числового кода формируют сигналы числового кода КЖ, Ж и З, которые передаются по рельсам к соответствующим  приемопередатчикам-дешифраторам 6 сигналов числового кода рельсовых цепей. Увязка между кодами, которые формируют генераторы 7, осуществляется микропроцессорными модулями 12 приема, накопления и анализа информации о свободности/занятости рельсовых цепей блок-участков перегона.
Эти модули 12 связанны между собой по локальной сети маломощной радиосвязи и информируют друг друга о работе всех рельсовых цепей перегона. Приемопередатчик-дешифратор 6 производит демодуляцию и декодирование принятого сигнала числового кода. Передача основной последовательности сигналов для организации движения по сигнальным огням светофоров 5, по рельсовой линии и по радиосвязи обеспечивает высокую защищенность системы от повреждения проводных соединений, что важно для бесперебойного движения особенно в малолюдных местностях. Также важно для этого то, что неисправность аппаратуры одного блок-участка не блокирует все движение поездов по перегону. Для управления движением поездов, локомотивы которых оборудованы только старой системой АЛСН числового кода, система позволяет организовать защитные участки после светофора с красным сигнальным показанием за счет второго за ним светофора с красным сигнальным показанием. Для локомотивов, оборудованных современной аппаратурой многозначной АЛС, вместе с кодами АЛСН по рельсовой линии или по маломощной радиосвязи могут передаваться дополнительные данные о количестве более чем 3 свободных рельсовых цепей перед поездом. Это делает систему сопоставимой с функциональностью многозначной системы АЛС, например, АЛС-ЕН.
В предлагаемой системе ее живучесть и пропускная способность обеспечиваются дублированием основных блоков аппаратуры и наличием локальной сети маломощной радиосвязи, соединяющей последовательно расположенные по перегону шкафы 1 аппаратуры сигнальных точек автоблокировки с первым и вторым станционными микропроцессорными приемопередатчиками 10. Первый и второй станционные приемопередатчики транслируют сетевые сообщения в первый и второй компьютеры 9 автоматизированных рабочих мест дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН. Компьютеры 9 сохраняют на жестком диске информацию, полученную от станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10 и выводят ее на экран в графическом и символьном виде. Первый и второй Станционные микропроцессорные приемопередатчиками 10 для увязки работы аппаратуры на станции и на перегоне и для технической диагностики и обслуживания устройств системы связаны с первым и вторым компьютерами системы электрической централизации и с  первым и вторым компьютерами системы диспетчерской централизации через соответствующие порты 14 и 15 связи.
Блоки аппаратуры сигнальных точек выполнены по безопасной двухканальной схеме, один из каналов является основным, второй работает в горячем резерве.
В программном обеспечении двухканальных блоков в шкафах аппаратуры заложены тесты, которые позволяют обнаружить неисправность в основном и резервном каналах с точностью до типового элемента замены.
Основной и резервный каналы двухканальных блоков в шкафах являются самостоятельными компонентами сети с уникальными сетевыми адресами. Один канал принимает и передает сообщения по сети независимо от второго канала. При обнаружении отказа в основном канале управление передается резервному. Неисправный канал в течение заданного интервала времени остается подключенным к сети. За это время он передает сообщение об отказе, затем отключается от сети и перезапускается. Если перезапуск канала прошел успешно, то он продолжает работу в качестве резервного. Если повторный перезапуск оказался неудачным, то после восьми попыток перезапуска неисправный канал выключается.
Станционные микропроцессорные приемопередатчики 10 получают сообщения об отказах по каналам радиосвязи и  соответственно передают их в первый и второй компьютеры 9 автоматизированных рабочих мест дежурных электромехаников СЦБ - АРМ ШН. Станционные компьютеры выводят на экран сообщения об отказах с указанием неисправного канала с точностью до типового элемента замены.
При изменении направления движения по автоблокировке по согласованной команде дежурных по станциям работают радиопремопередатчики входящие в состав станционных микропроцессорных приемопередатчиков 10. Они используют  комбинированные антенны для обмена сообщениями по дальней цифровой радиосвязи по цифровому радиоканалу УКВ, перекрывающему без ретрансляции расстояние между станциями 2 и 3. Одновременно сообщения могут распространяться с ретрансляцией  по локальной сети маломощной радиосвязи для цифровой радиосвязи в диапазоне ISM.  При смене направления движения проходные светофоры 5 одного направления, включенные разрешающими огнями, выключаются, а противоположного направления принимают разрешающее положение. Дежурные по станциям   имеют возможность передачей команд по радиоканалам выключить отдельные светофоры, например, для организации движения по системе с защитными блок-участками. В этом случае, блок участок  после светофора 5 с выключенным сигналом начинает выполнять функцию защитного блок-участка.