Способ и система диагностирования автоматической блокировки и система диспетчерской централизации управления движением поездов
METHOD AND SYSTEM OF DIAGNOSTICS OF AUTOMATIC BLOCKING AND TRAIN TRAFFIC CONTROL SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к управлению движением на железных дорогах и безопасности на железнодорожном транспорте.
Уровень техники
Известно, что управление движением поездов на железной дороге осуществляется с использованием системы диспетчерской централизации, позволяющей поездному диспетчеру из центра управления перевозками управлять стрелочными переводами и сигналами станций, входящих в соответствующий участок железной дороги. При этом средства автоматической блокировки (автоматического регулирования интервалов между железнодорожными поездами), как и автоматической переездной сигнализации на перегонах, как правило, контролируются отдельными средствами технической диагностики и мониторинга.
В отношение заявленных способа и системы диагностирования автоматической блокировки аналогов не выявлено.
Известны, раскрытые в патенте РФ №2240245, опубликованном 20.11.2004, и патенте РФ №2628004, опубликованном 14.08.2017, системы диспетчерской централизации, включающие центральный пункт управления с автоматизированным рабочим местом поездного диспетчера, контролируемые пункты управления, соединенные каналами связи с центральным пунктом управления, и устройства электрической централизации стрелок и светофоров, соединенные с контролируемыми пунктами управления. Но эти известные системы диспетчерской централизации не предусматривают техническую диагностику автоматической блокировки и переездной сигнализации на перегонах.
Известна, раскрытая в патенте США № US 9321469, опубликованном 26.04.2016, система централизованного управления движением поездов (система диспетчерской централизации) на железнодорожных перегонах, входящих в диспетчерский круг, с автоматизированным рабочим местом поездного диспетчера. Эта известная система диспетчерской централизации является прототипом заявленного изобретения.
Вместе с тем, в этой известной системе не раскрывается подсистема технического диагностирования автоматической блокировки или ее элементов.
Заявленное изобретение направлено на своевременное выявление неисправностей автоматической блокировки и, как следствие, увеличение безопасности железнодорожного транспорта
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, достигаемым при применении заявленного изобретения, является выявление ложных сигналов автоматической автоблокировки благодаря непрерывному диагностированию автоматической блокировки на железнодорожном перегоне в реальном масштабе времени. При этом наряду с выявлением неисправностей отдельных устройств: светофоров, импульсных реле и блоков кодирования и дешифрации сигналов выявляют нарушение в реализации алгоритма автоматической блокировки на железнодорожном перегоне и автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).
Кроме того, используемые для диагностирования автоматической блокировки датчики не требуют изменений в программно-аппаратных средствах, используемых в автоматической блокировке. Поэтому система диагностирования автоматической блокировки является универсальной.
Указанные технические результаты достигаются в способе диагностирования (определения технического состояния) автоматической блокировки - системы автоматического регулирования интервалов между железнодорожными поездами на железнодорожном перегоне в реальном масштабе времени, при осуществлении которого
1) регистрируют:
- переключение из одного состояния в другое расположенных на железнодорожном перегоне светофоров, при этом: измеряют значения силы тока в цепях питания нитей ламп или светодиодов светофоров, сравнивают измеренные значения с заданными (соответствующим Нормалям рельсовых цепей и технологическим картам) и распознают сигнал светофора;
- импульсные коды на обмотках импульсных реле, установленных на этом же железнодорожном перегоне, при этом: измеряют значения напряжения в импульсах кода, длительности импульсов и пауз между импульсами, сравнивают измеренные параметры сигнала с заданными параметрами и распознают код;
2) собирают данные о реализованных сигналах светофоров и несоответствии измеренных значений силы тока и данные об использованном коде и несоответствии измеренных параметров кодового сигнала заданным, при этом поступление данных о реализованных состояниях светофоров и использованных кодах на каждом блок-участке железнодорожного перегона синхронизировано.
3) выявляют и отображают для визуального восприятия несоответствие состояний светофоров, расположенных на железнодорожном перегоне, импульсным кодам на обмотках импульсных реле, установленных на этом же железнодорожном перегоне, исходя из заданного соответствия, предусмотренного алгоритмом автоматической блокировки на железнодорожном перегоне.
Дополнительно могут отображать факт несоответствия заданным значениям измеренных значений силы тока в цепях питания нитей ламп или светодиодов светофоров и измеренных значений напряжения в импульсах кода, длительности импульсов и пауз между импульсами на обмотках импульсных реле.
Дополнительно могут регистрировать импульсные коды на выходе генераторов кода, установленных на этом же железнодорожном перегоне, при этом измеряя значения напряжения в импульсах кода, длительности импульсов и пауз между импульсами, сравнивая измеренные параметры сигнала с заданными параметрами и распознавая использованный код, собирать данные об использованном коде и несоответствии измеренных параметров сигнала заданным, синхронизируя поступление данных об использованных кодах на каждом блок-участке железнодорожного перегона, а затем выявлять и отображать для визуального восприятия факт несоответствия между использованными импульсными кодами на выходе генераторов кода и в импульсных реле.
Дополнительно могут измерять напряжение на выходе внешних источников питания светофоров и импульсных реле, сравнивать измеренные значения с заданными и выявлять несоответствие, собирать и отображать для визуального восприятия данные о несоответствии измеренных значений заданным значениям.
Указанные технические результаты достигаются также в системе диагностирования автоматической блокировки железнодорожного перегона в реальном масштабе времени, включающей модули контроля значения силы тока цепей включения светофорных ламп или светодиодов на каждом блок-участке; модули контроля значения временного кода и напряжения на обмотках импульсных реле на каждом блок-участке; контроллеры блок-участков, соединенные каждый с модулями соответствующего блок-участка и осуществляющие накопление и синхронизацию поступления данных от этих модулей; станционный сервер, соединенный с контролерами блок-участков железнодорожного перегона, получающий данные о состоянии светофоров и кодах импульсных реле и выявляющий несоответствие состояний светофоров, расположенных на железнодорожном перегоне, импульсным кодам на обмотках импульсных реле, установленных на этом же железнодорожном перегоне, исходя из заданного соответствия, предусмотренного алгоритмом автоматической блокировки на железнодорожном перегоне; средства отображения несоответствий выявленных станционным сервером.
Система может дополнительно включать коммуникационный контроллер железнодорожного перегона, соединенный с контроллерами блок-участков этого железнодорожного перегона и станционным сервером и выполненный с возможностью накопление данных от контроллеров блок-участков железнодорожного перегона, формирования пакета данных о состояниях светофоров и их исправности, и значений кодов, и передачи пакета данных станционному серверу.
Система может дополнительно включать модули контроля временного кода и напряжения на выходе генератора импульсного кода, передаваемого в рельсовые цепи, соединенные с контроллерами блок-участков, накапливающих данные и синхронизирующих поступление данных, а станционный сервер при этом может быть выполнен с возможностью выявлять несоответствие импульсного кода на выходе генератора импульсного кода, передаваемого в рельсовые цепи железнодорожном перегона, импульсным кодам на обмотках импульсных реле, установленных на этом же железнодорожном перегоне, исходя из заданного соответствия, предусмотренного алгоритмом автоматической блокировки на железнодорожном перегоне.
Система может дополнительно включать модули контроля значения напряжения на выходе внешних источников питания светофоров, импульсных реле, дешифраторов и генераторов, соединенные с контроллерами блок-участков, передающих данные о несоответствии контролируемых значений заданным, для последующего отображения, в станционный сервер, выполненный с возможностью сопоставлять указанное несоответствие с выявленными несоответствиями состояний светофоров, расположенных на железнодорожном перегоне, импульсным кодам на обмотках импульсных реле.
Модули контроля значения силы тока цепей включения светофорных ламп или светодиодов и модули контроля значения напряжения на выходе внешних источников питания светофоров, импульсных реле, дешифраторов и генераторов могут быть выполнены с бесконтактными датчиками Холла.
Указанные технические результаты достигаются также в системе диспетчерской централизации управления движением поездов на железнодорожных перегонах, входящих в диспетчерский круг, с контролируемыми пунктами и автоматизированным рабочим местом поездного диспетчера, включающим на каждом железнодорожном перегоне коммуникационный контроллер, соединенный с аппаратурой контролируемого пункта системы диспетчерской централизации, а на каждом блок участке каждого железнодорожного перегона модуль контроля значения силы тока цепей включения светофорных ламп или светодиодов, модуль контроля значения временного кода на обмотках импульсных реле и передаваемого в рельсовые цепи и контроллер блок-участка, соединенный с указанными модулями этого блок-участка для накопления и синхронизации поступления данных и коммуникационным контроллером железнодорожного перегона для передачи полученных от модулей данных, а автоматизированное рабочее место поездного диспетчера в центральном пункте управления выполнено с возможностью получения данных от аппаратуры контролируемого пункта о состоянии светофоров и кодах импульсных реле, выявления и отображения несоответствия состояний светофоров, расположенных на железнодорожном перегоне, импульсным кодам на обмотках импульсных реле, установленных на этом же железнодорожном перегоне, исходя из заданного соответствия, предусмотренного алгоритмом автоматической блокировки на железнодорожном перегоне.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана блок схема системы диспетчерской централизации и системы диагностирования автоматической блокировки железнодорожного перегона.
На фиг. 2 показана блок схема модуля, используемого для контроля значения силы тока цепей включения светофорных ламп или светодиодов.
На фиг. 3 показаны схематично пять блок-участков железнодорожного перегона, оборудованного автоматической блокировкой и системой ее диагностики, с четырьмя последовательными положениями поезда.
На фиг. 4 приведена таблица соответствия состояний светофоров и кодов импульсных реле при нахождении поезда на четырех последовательно расположенных блок-участках одного железнодорожного перегона, показанных на фиг. 3.
На фиг. 5 показаны схематично семь блок-участков одного железнодорожного перегона, оборудованного автоматической блокировкой и системой ее диагностики, с двумя последовательными положениями поезда.
Осуществление изобретения
Система диспетчерской централизации управления движением поездов на железнодорожных перегонах, входящих в диспетчерский круг, показанная на фиг. 1, включает центральный пункт управления 1 с автоматизированным рабочим местом поездного диспетчера, выполненным с возможностью отображения несоответствия контролируемых состояний кодов импульсных реле состояниям светофоров железнодорожного перегона и неисправностей средств автоматической блокировки, и на каждом железнодорожном перегоне:
- аппаратно-программный комплекс 2 контролируемого пункта (КП);
- коммуникационный контроллер 3 железнодорожного перегона;
- контроллер 4 блок-участка;
- модули 5 контроля значения силы тока цепей включения светофорных ламп или светодиодов на каждом блок-участке;
- модули 6 контроля значения временного кода и напряжения на обмотках импульсных реле, и контроля временного кода и напряжения, передаваемого в рельсовые цепи на каждом блок-участке;
- модули 7 контроля состояния реле в цепях питания устройств автоблокировки.
Функциональные модули, а также контроллеры блок-участков установлены в шкафах сигнальных установок на стыке блок-участков и на каждом перегонном переезде (нижний уровень системы). Коммуникационный контроллер 3 железнодорожного перегона установлен, как правило, на станции и соединен с аппаратно-программным комплексом 2 контролируемого пункта (КП) диспетчерской централизации, и выделенной линией связи, проходящей от станции вдоль железнодорожного пути, с контролерами блок-участков на железнодорожном перегоне. Кроме того, коммуникационный контроллер 3 предоставляет данные также расположенным на станции аппаратно-программному комплексу станционной технической диагностики и мониторинга (СТДМ) и пульту-табло станции для использования дежурным по станции.
Для реализации измерения параметров кодовых сигналов, передаваемых в рельсовые цепи и принимаемых из рельсовых цепей, значений силы тока нитей ламп светофоров и определения состояния контрольных реле в цепях питания применяются микропроцессорные функциональные модули 5, 6 и 7. На фиг. 2 показана блок-схема функционального модуля для реализации измерения значения силы тока нитей ламп светофоров или светодиодов и в цепях питания. Функциональный модуль состоит из датчиков физического сигнала (тока или напряжения), прецизионных операционных усилителей сигнала ОУ, каналов АЦП, входящих в состав микроконтроллера, универсального асинхронного приемника/передатчика (UART) и интерфейса стандарта RS-485. Питание электронной схемы функционального модуля производится от встроенного источника питания, запитанного в свою очередь от линии постоянного тока напряжением 10 В-30 В.
Функциональные модули через интерфейс RS-485 связаны с контроллером 4 блок-участка, который осуществляет накопление и синхронизацию по времени данных функциональных модулей с последующей передачей в коммуникационный контроллер железнодорожного перегона.
При контроле параметров кодового сигнала автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), передаваемого в рельсовой цепи, по комбинации импульсов и пауз определяется значение кода (3, Ж или КЖ). Совокупность этих параметров (напряжение в импульсах, значение кода и массив длительностей) периодически, например, с периодом 1 сек, передается контроллером сигнальной установки (блок-участка) станционному (коммуникационному) контроллеру железнодорожного перегона. Таким образом, значения кода контролируются через интервал времени кратный указанному периоду.
Коммуникационный контроллер железнодорожного перегона ведет непрерывный прием и накопление данных от контроллеров всех блок-участков железнодорожного перегона, формирует пакеты данных о состояния светофоров и их исправности, работы дешифраторов кода, состояния занятости блок-участков, значения и качества кодов, принимаемых и передаваемых с сигнальных установок. Пакеты данных разнятся в зависимости от пользователей: системы диспетчерского контроля, системы технической диагностики и мониторинга, пульта-табло дежурного по станции. Все переданные в сервер станции данные используются в АРМ электромеханика и АРМ поездного диспетчера для формирования визуальной информации обслуживающему персоналу, логически обрабатываются на сервере станции, где ведется журнал сообщения об отклонении от нормы параметров работы оборудования. В АРМ-ax предусмотрена цветовая индикация значения параметров (норма, пред отказ, отказ) с целью выявления и регистрации отклонений в работе устройств от штатного режима.
На фиг. 3 показан железнодорожный перегон, разделенный на пять блок-участков (количество блок-участков определяется общей длиной железнодорожного перегона и может составлять от 2 до двух десятков и более). На фиг. 3 показаны четыре положения железнодорожного состава, последовательно перемещающегося вдоль железнодорожного перегона с предыдущего блок-участка на последующий и соответствующие состояния светофоров и сигналов в рельсовых цепях для каждого положения железнодорожного состава на железнодорожном перегоне.
На фиг. 4 приведена таблица соответствия состояний светофоров и кодов импульсных реле при четырех положениях железнодорожного состава на железнодорожном перегоне, показанных на фиг. 3.
В показанном на фиг. 3 и фиг. 4 существенно то, что код в рельсовой цепи (РЦ) соответствует цвету сигнала светофора. На границе каждого блок-участка принимается код из РЦ, дешифруется и формируется код на ступень более разрешающий, чем принят (принят зеленый - формируют зеленый без изменения, принят желтый - формируют зеленый, принят красно-желтый, формируют желтый, кода в РЦ нет, значит, участок занят - формируют красно-желтый). В соответствие с формируемым кодом, зажигают соответствующий сигнал светофора (на красно-желтый зажигают красный сигнал) и ретранслируют код АЛС в следующий участок РЦ навстречу движению поезда. При этом код на импульсном реле всегда соответствует принимаемому коду из рельсовой цепи, а код, отправляемый в рельсовую цепь, всегда соответствует цвету сигнала светофора. Указанное соответствие является заданным соответствием, предусмотренным алгоритмом автоматической блокировки на железнодорожном перегоне. Любое отклонение от этого соответствия свидетельствует о неисправности в средствах автоматической блокировки.
Выявление и отображение несоответствия заданным значениям измеренных значений силы тока в цепях питания нитей ламп или светодиодов светофоров и измеренных значений напряжения в импульсах кода, длительности импульсов и пауз между импульсами на обмотках импульсных реле и на выходе генераторов кода, позволяет оперативно выявить причины отклонения от указанного выше заданного соответствия.
Более детальное рассмотрение прохождения поездом блок-участков железнодорожного перегона учитывает нахождение поезда как на одном блок-участке, так и сразу на двух соседних блок-участках, как показано на фиг. 5, но при этом код на импульсном реле должен всегда соответствовать принимаемому коду из рельсовой цепи, а код, отправляемый в рельсовую цепь, должен всегда соответствовать цвету сигнала светофора. При нормальном функционировании автоблокировки на железнодорожном перегоне могут присутствовать только следующие последовательности сигналов (приведенные формулы описывают положение состава на одном или двух блок-участках перегона, не учитывая ситуации нахождения на перегоне нескольких составов, а также отправления состава на перегон и прием состава на станцию):
0-3
4
5
З+Ж+К
0-3
4
5-6
З+Ж+К
где З, Ж и К - цвета сигналов светофоров, а нижние индексы - номера светофоров. Красных огней может быть 1 или 2 (поезд в пределах одного или двух блок-участков).
Все другие комбинации огней светофоров являются свидетельством нарушений в работе автоматической блокировки и, соответственно, АЛС. Примером нарушения работы автоматической блокировки может быть нарушение изоляции стыков блок-участков рельсовых цепей. Следует отметить, что комплекты аппаратуры передачи кодов на соседних блок участках различные, и коды, передаваемые в рельсовые цепи, отличаются временными характеристикам, т.е. коды в смежных рельсовых цепях одинаковы по структуре, но отличаются временем выдачи. Это позволяет контролировать изолированность блок участков от проникновения «чужого кода» из смежных блок-участков. При нарушении изоляции стыков нарушается структура принимаемого кода: коды налагаются друг на друга, а из-за того, что они разнятся по временным характеристикам, на обмотке импульсного реле возникает суммарный ошибочный код, который дешифруется как красный. На светофоре включается красный сигнал, и если это происходит при фактической свободности рельсовой цепи, то использование заявленного способа диагностирования автоматической блокировки на железнодорожном перегоне в реальном масштабе времени позволяет диагностировать наличие неисправности.