Устройство обнаружения вмешательства в работу сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использована в системах числовой кодовой автоблокировки.
Уровень техники
Известна система числовой кодовой автоблокировки (Казаков А.А., Казаков Е.А. Автоблокировка, локомотивная сигнализация и автостопы: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. - 7-е изд., перераб. и доп. - М., Транспорт, 1980. - 360 с.), в которой каждый блок-участок оборудован кодовой рельсовой цепью, которая используется и как устройство контроля блок-участка, и как канал связи между отдельными сигнальными установками. К выходу импульсного путевого реле кодовой рельсовой цепи подключается релейно-конденсаторный дешифратор типа ДА, определяющий в зависимости от типа поступающего на его вход сигнала (кодовой комбинации) состояния сигнальных реле, которые, в свою очередь, управляют огнями путевых светофоров и выбирают сигналы, формируемые трансмиттерным реле под управлением кодового путевого трансмиттера и передаваемые в рельсовую линию смежной рельсовой цепи.
Система имеет существенный недостаток, заключающийся в возможности изменения алгоритма работы отдельной сигнальной установки: дешифратора или монтажа сигнальной установки в целом - таким образом, что при фактически занятом блок-участке путевым светофором и посредством рельсовой линии будут передаваться сигналы, разрешающие движение. Изменение монтажа может осуществляться в случаях ошибочных действий со стороны обслуживающего и ремонтного персонала при устранении неисправности оборудования сигнальной установки.
Последствием такого изменения монтажа может быть столкновение железнодорожного подвижного состава. Примером вмешательства и последствий, связанных с изменением монтажа оборудования сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки, может служить Информационное письмо по случаю транспортного происшествия, допущенного 03.08.2021 на перегоне Алеур-Бушулей Забайкальской железной дороги - филиала ОАО «РЖД», (https://uugzdn.tu.rostransnadzor.gov.ru/новости/novostiural/document/70920).
По существу, путем изменения монтажа (установки перемычек) была организована ложная свободность блок-участка, которая не обнаруживалась типовым алгоритмом работы сигнальной установки системы числовой кодовой автоблокировки.
В источниках описываются устройства, алгоритм работы которых обеспечивает выявление схожих по степени своей опасности ситуаций. Наиболее близким по своей технической сущности является блок управления системы микропроцессорной автоматической блокировки с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры и дублированными каналами передачи информации АБТЦ-М и ее модификации (https://www.irz.ru/products/20/73.htm). Блок управления системы обеспечивает контроль проследование поезда по перегону путем контроля за последовательным занятием и освобождением рельсовых цепей блок-участков. В случае несоблюдения логики проследования поезда по перегону по команде блока управления ограждается блок-участок, на котором в последний раз зафиксировалось нахождение поезда, а соответствующая рельсовая цепь блокируется.
Блок управления системы АБТЦ-М взят за прототип.
Несмотря на достоинства, заключающиеся в контроле проследования поезда по перегону и обнаружении соответствующей ложной свободности, известный блок управления имеет существенный недостаток, заключающийся в отсутствии возможности обнаружения вмешательства в работу оборудования сигнальных установок, формирующих и передающих сигналы на поезда.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, на достижение которого направлено данная полезная модель, заключается в повышении уровня безопасности движения поездов.
Технический результат достигается тем, что устройство обнаружения вмешательства в работу сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки, содержащее блок питания, выполнено в едином корпусе и дополнительно содержит декодер принимаемых сигналов, декодер формируемых сигналов, блок задержки, первый и второй блоки сравнения, блок контроля, выключатель сигнальной установки, радиопередатчик, а также размещенные на внешней стороне корпуса блок сопряжения с импульсным реле, блок сопряжения с трансмиттерным реле, блок сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки, сигнализатор и интерфейс асинхронный. При этом блок сопряжения с импульсным реле последовательно соединен своим выходом через декодер принимаемых сигналов и блок задержки с первым входом первого блока сравнения, а блок сопряжения с трансмиттерным реле соединен своим выходом через декодер формируемых сигналов со вторым входом первого блока сравнения и первым входом второго блока сравнения. Выход блока сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки соединен со вторым входом второго блока сравнения. Выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока контроля, а выход второго блока сравнения соединен со вторым входом блока контроля. При этом первый выход блока контроля соединен со входом выключателя сигнальной установки, второй его выход - со входом сигнализатора, третий его выход - со входом радиопередатчика, а четвертый его выход - со входом интерфейса асинхронного.
При этом блок сопряжения с импульсным реле, блок сопряжения с трансмиттерным реле и блок сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки выполнены в виде штепсельной вилки нейтрального малогабаритного реле.
Блок сопряжения с импульсным реле, блок сопряжения с трансмиттерным реле и блок сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки выполнены в виде штепсельного разъема кодового путевого трансмиттера.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показана структурная схема заявляемого устройства. Устройство обнаружения вмешательства в работу сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки содержит блок 1 сопряжения с импульсным реле, блок 2 сопряжения с трансмиттерным реле, блок 3 сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки, декодер 4 принимаемых сигналов, декодер 5 формируемых сигналов, блок 6 задержки, первый блок 7 сравнения, второй блок 8 сравнения, блок 9 контроля, выключатель 10 сигнальной установки, сигнализатор 11, радиопередатчик 12 и интерфейс 13 асинхронный. Блок 1 сопряжения с импульсным реле последовательно соединен своим выходом через декодер 4 принимаемых сигналов и блок 6 задержки с первым входом первого блока 7 сравнения, а блок 2 сопряжения с трансмиттерным реле соединен своим выходом через декодер 5 формируемых сигналов со вторым входом первого блок 7 сравнения и первым входом второго блока 8 сравнения; выход блока 3 сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки соединен со вторым входом второго блока 8 сравнения; выход первого блока 7 сравнения соединен с первым входом блока 9 контроля, а выход второго блока 8 сравнения соединен со вторым входом блока 9 контроля; при этом первый выход блока 9 контроля соединен со входом выключателя 10 сигнальной установки, второй его выход - со входом сигнализатора 11, третий его выход - со входом радиопередатчика 12, а четвертый его выход - со входом интерфейса 13 асинхронного. Блок питания на чертеже не показан.
Осуществление полезной модели
Устройство обнаружения вмешательства в работу сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки работает следующим образом (фигура).
Монтаж устройства осуществляется по месту размещения сигнальной установки (в соответствующем шкафу). Монтаж осуществляется однократно. При монтаже к блоку питания (на чертеже не показан) подключается внешний источник питания. В свою очередь, блок питания обеспечивает питание компонентов устройства необходимыми уровнями напряжений (шины питания на чертеже не показаны).
При монтаже к устройству через блок 1 сопряжения с импульсным реле подключаются «сухие» (свободные/не используемые) контакты импульсного реле. При этом подключается один тройник импульсного реле для того, чтобы контролировать состояние как фронтовых (импульс в кодовой комбинации числового кода), так и тыловых его контактов (пауза в кодовой комбинации числового кода). Таким образом устройство получает информацию о сигнале, поступающем на вход сигнальной установки. Через блок 2 сопряжения с трансмиттерным реле к устройству подключаются «сухие» (свободные/не используемые) контакты трансмиттерного реле сигнальной установки. Аналогично подключается один тройник трансмиттерного реле для того, чтобы контролировать состояние как фронтовых (импульс в кодовой комбинации числового кода), так и тыловых его контактов (пауза в кодовой комбинации числового кода). Таким образом устройство получает информацию о сигнале, формируемом сигнальной установкой на основе сигналов, поступающих от следующей по ходу движения сигнальной установки. Через блок 3 сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки устройство подключается к сигнальным реле. Обычно - это реле желтого огня Ж, его повторитель Ж1 и реле зеленого огня 3.
В зависимости от схемы сигнальной установки маркировка сигнальных реле и их количество могут отличаться. При подключении к каждому сигнальному реле используют по одному его тройнику, что обеспечивает контроль состояния как фронтовых, так и тыловых контактов, используют «сухие» (свободные/не используемые) контакты сигнальных реле сигнальной установки.
Для удобства подключения блок 1 сопряжения с импульсным реле, блок 2 сопряжения с трансмиттерным реле и блок 3 сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки могут быть выполнены как в виде штепсельной вилки нейтрального малогабаритного реле (обеспечивает возможность выполнения монтажа сигнальной установки в едином виде и заранее, в заводских условиях) или же в виде штепсельного разъема кодового путевого трансмиттера (позволяет обеспечить полочное размещение устройства).
Сигналы от блока 1 сопряжения с импульсным реле, характеризующие состояние фронтовых и тыловых контактов последнего, подаются на вход декодера 4 принимаемых сигналов, который формирует на своем выходе тип кодовой комбинации числового кода в зависимости от числа импульсов и пауз, поступающих на его вход за период одной кодовой комбинации (отсутствие импульсов - красный огонь, «К», один импульс и одна длинная пауза - желтый с красным огонь «КЖ», два импульса, разделенных одной короткой паузой и одной длинной паузой - желтый огонь, «Ж», три импульса, разделенных двумя короткими паузами и одной длинной паузой - зеленый огонь, «З»). Таким образом устройство получает информацию о типе кодовых комбинаций на входе сигнальной установки.
Сигналы от блока 2 сопряжения с трансмиттерным реле, характеризующие состояние фронтовых и тыловых контактов последнего, подаются на вход декодера 5 формируемых сигналов, который формирует на своем выходе тип кодовой комбинации числового кода в зависимости от числа импульсов и пауз, поступающих на его вход за период одной кодовой комбинации (один импульс и одна длинная пауза - желтый с красным огонь «КЖ», два импульса, разделенных одной короткой паузой и одной длинной паузой - желтый огонь, «Ж», три импульса, разделенных двумя короткими паузами и одной длинной паузой - зеленый огонь, «З»). Таким образом устройство получает информацию о типе кодовых комбинаций на выходе сигнальной установки.
Декодер 4 принимаемых сигналов и декодер 5 формируемых сигналов выполняются как микропроцессорные устройства, реализующие в том числе алгоритмы оптимального приема.
Для обеспечения правильности сравнения типов кодовых комбинаций на входе и выходе сигнальной установки устройство содержит блок 6 задержки, включенный последовательно с декодером 4 принимаемых сигналов. Данный блок обеспечивает задержку передачи типа принятой кодовой комбинации на первый блок 7 сравнения для обеспечения синхронизации по времени сигналов, формируемых сигнальной установкой, и сигналов на ее входе. Это необходимо в связи с тем, что сигнальная установка изменяет тип формируемого ею сигнала (тип кодовой комбинации) не мгновенно по изменению типа кодовой комбинации на своем входе, а с задержкой порядка 5, 6 с (особенность числового кода, являющегося кодом с повторением).
На входы первого блока 7 сравнения подаются тип принятой кодовой комбинации (с учетом задержки на принятие решения сигнальной установкой порядка 5, 6 с) и тип кодовой комбинации, формируемой в настоящее время рассматриваемой сигнальной установкой. В случае, если сигналы соответствуют алгоритму работы числовой кодовой автоблокировки:
- принимаемый тип кодовой комбинации «К», формируемый «КЖ»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «З» и формируемый «З»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «КЖ», формируемый «Ж»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «Ж», формируемый «З»;
то на выходе первого блока 7 сравнения присутствует высокий уровень сигнала.
Блок 3 сопряжения с сигнальными реле сигнальной установки обеспечивает получение информации о текущих состояниях сигнальных реле. Соответствующие сигналы передаются на второй вход второго блока 8 сравнения. На первый вход блока 8 сравнения от декодера 5 формируемых сигналов поступает информация от типе кодовой комбинации, формируемой в настоящий момент сигнальной установкой. В случае, если тип кодовой комбинации, формируемой сигнальной установкой, совпадает с состоянием сигнальных реле:
- реле Ж, Ж1 и З под током, их фронтовые контакты замкнуты и формируется тип кодовой комбинации «З»;
- реле Ж и Ж1 под током, их фронтовые контакты замкнуты и формируется тип кодовой комбинации «Ж»;
- все сигнальные реле обесточены, их фронтовые контакты разомкнуты и формируется тип кодовой комбинации «КЖ»;
то второй блок 8 сравнения формирует на своем выходе сигнал высокого уровня.
Первый блок 7 сравнения и второй блок 8 сравнения представляют собой микропроцессорные устройства или комбинационные схемы.
Сигналы от первого блока 7 сравнения и второго блока 8 сравнения поступают на соответствующие входы блока 9 контроля.
К соответствующим выходам блока 9 контроля подключаются выключатель 10 сигнальной установки, сигнализатор 11, радиопередатчик 12 и интерфейс 13 асинхронный. Выключатель 10 сигнальной установки обеспечивает обрыв цепи питания сигнальной установки в случае обнаружения отклонения алгоритма ее работы от нормы. Выключатель 10 может быть выполнен в виде герконового или любого другого реле, обеспечивающего разрыв цепи питания сигнальной установки при низком уровне напряжения на своем входе (например, при отсутствии питания устройства или по команде блока 9 контроля), тем самым исключая влияние неисправной сигнальной установки на уровень безопасности движения поездов (блок-участок перед неисправной сигнальной установкой будет показывать ложную занятость, ограждающий его светофор будет гореть красным, тем самым обеспечится предварительное предупреждение машинистов поездов о приближении к участку пути, состояние которого не контролируется числовой кодовой автоблокировкой; целевая скорость при приближении к светофору, ограничивающего рассматриваемый участок пути, равна нулю; кроме того, погасший светофор требует проследования его с особой бдительностью и готовностью остановиться). Сигнализатор 11 представляет собой светодиод, обеспечивающий индикацию зеленым цветом при исправной работе устройства и сигнальной установки и красным (или погасшим) в случае неисправности устройства или сигнальной установки. Тем самым обеспечивается своевременное информирование обслуживающего и ремонтного персонала, прибывшего к сигнальной установке. Радиопередатчик 12 представляет собой микропроцессорное устройство с антенной, обеспечивающий передачу информации о текущем техническом состоянии устройства в единый диспетчерский центр управления и т.п. Интерфейс 13 асинхронный представляет собой разъем и соответствующую плату, которые соответствуют стандарту RS-485 или его аналогам.
В случаях, когда:
- принимаемый тип кодовой комбинации «К», формируемый «КЖ»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «З», формируемый «З»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «КЖ», формируемый «Ж»;
- принимаемый тип кодовой комбинации «Ж», формируемый «З»;
и состояния сигнальных реле соответствуют типу формируемой кодовой комбинации, то устройство не вмешивается в работу сигнальной установки.
На выходе первого блока 7 сравнения и второго блока 8 сравнения формируются высокие уровни сигналов. На их основании блок 9 контроля поддерживает высокий уровень сигнала на входе выключателя 10 сигнальной установки (контакты реле замкнуты, питание подается), дает команду сигнализатору 11 на индикацию зеленым цветом, формирует управляющую команду к радиопередатчику 12 о передаче в эфир сведений об идентификаторе сигнальной установке и ее исправном состоянии, формирует управляющую команду к интерфейсу 13 асинхронному о передаче к внешним системам информации об исправном состоянии оборудования.
Если обнаружено вмешательство в работу сигнальной установки (изменение алгоритма ее работы), характеризующееся тем, что:
1) тип формируемой кодовой комбинации не соответствует типу кодовой комбинации на входе сигнальной установки, в частности: оба типа кодовых комбинаций (принимаемая и формируемая) разрешают следование по блок-участку с одинаковой уменьшенной скоростью (желтый огонь, тип кодовой комбинации «Ж») или тип формируемой кодовой комбинации более запрещающий, чем тип принимаемой кодовой комбинации (в случае, когда это не является нормальной работой системы), например, принимается тип кодовой комбинации «Ж» или «З», формируется тип кодовой комбинации «Ж»;
2) тип формируемой кодовой комбинации не соответствует состоянию сигнальных реле сигнальной установки;
или обнаружено:
3) нарушение или попытка изменения монтажа устройства (кратковременное исчезновение сигналов, характеризующих состояния путевого, трансмиттерного и сигнальных реле на входе устройства);
то на выходе первого блока 7 сравнения (в первом и втором случаях), второго блока 8 сравнения (в третьем случае) или обоих блоков сравнения и 7 и 8 (четвертый случай) будет сформирован низкий уровень, что будет являться для блока 9 контроля командой к:
- выдаче низкого уровня сигнала на вход выключателя 10 сигнальной установки (контакты реле размыкаются, питание сигнальной установки прекращается),
- выдаче команды сигнализатору 11 на индикацию красным цветом,
- формированию управляющей команды к радиопередатчику 12 о передаче в эфир сведений об идентификаторе сигнальной установки и ее неисправном состоянии,
- формированию управляющей команды к интерфейсу 13 асинхронному о передаче к внешним системам информации о неисправном состоянии оборудования.
Реализация заявляемой полезной модели позволяет повысить уровень безопасности движения поездов за счет контроля вмешательства в логику работы отдельной сигнальной установки числовой кодовой автоблокировки и автоматизации формирования сигналов в диагностические системы.
Кроме того, заявляемая полезная модель может быть использована для обнаружения ложной свободности в системе числовой кодовой автоблокировки, вызванной изменениями характеристик верхнего строения пути или поездного шунта.