РЕЛЬСОВАЯ ЦЕПЬ
RAIL CIRCUIT

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано в системах интервального регулирования движения поездов метрополитена.
Известна микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ (И.В. Беляков и др., «Микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ», Автоматика, связь и информатика, 2002, №6), предназначенная для контроля состояния рельсовых линий. В состав аппаратуры сигнальной точки входят приемопередатчик сигналов контроля состояния рельсовых линий (КРЛ) и устройства защиты и согласования. Для контроля состояния рельсовых линий используется кодированные сигналы с двукратной фазовой модуляцией на несущих частотах: 1953 Гц, 2170 Гц, 2441 Гц, 2790 Гц. Недостатком данного устройства является неустойчивость работы рельсовой цепи вследствие помехового влияния асимметрии тягового тока.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является рельсовая цепь по полезной модели №96830, кл. B61L 23/16, принятая за прототип.
Известное устройство содержит рельсовую линию, к одному концу которой через разделительный конденсатор подключен генератор, к другому концу через разделительный конденсатор подключен путевой приемник, выполненные с функциональным наложением кодирования автоматической локомотивной сигнализации, настроенную в резонанс на несущей частоте сигнала контроля рельсовой линии.
Недостатком данного устройства является неустойчивость работы рельсовой цепи вследствие помехового влияния асимметрии тягового тока.
Задачей заявляемого изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности работы рельсовой цепи.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, выражается в существенном уменьшении помехового влияния асимметрии тягового тока на величину сигнала контроля рельсовой линии.
Указанный технический результат достигается тем, что рельсовая цепь, содержащая рельсовую линию, к одному концу которой через первый разделительный конденсатор подключен путевой генератор, к другому концу через второй разделительный конденсатор подключен путевой приемник, настроенная в резонанс на несущей частоте сигнала контроля рельсовой линии, имеющего фазокодовую манипуляцию с длительностью кодового интервала не менее одного периода первой гармоники переменной составляющей асимметрии тягового тока в рельсах, подается кодовыми посылками, причем кодовая посылка сигнала контроля рельсовой линии содержит четное число кодовых интервалов, а каждому кодовому интервалу, имеющему несущую частоту с фазой ϕ, соответствует кодовый интервал с фазой ϕ+180°.
Под фазокодовой манипуляцией сигнала контроля рельсовой линии следует понимать такую модуляцию сигнала, при которой устанавливается определенная последовательность (код) изменений начальных фаз высокочастотных колебаний в кодовых интервалах, на которые разбивается кодовая посылка. Длительность кодовых интервалов постоянна. При этом кодовый интервал может содержать от единиц до десятков периодов несущей частоты. Начальные фазы высокочастотных колебаний в соседних кодовых интервалах отличаются на 0°,+90°, -90° или 180°.
Устройство и работа рельсовой цепи поясняются фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, а также таблицей.
На фиг. 1 представлен общий вид рельсовой цепи, которая включает: генератор 1, приемник 2, рельсовую линию 3, первый разделительный конденсатор С1, второй разделительный конденсатор С2.
Рельсовая цепь работает следующим образом.
Электрический сигнал контроля рельсовой линии (КРЛ), имеющий фазокодовую манипуляцию, от генератора 1 проходит через разделительный конденсатор С1 и поступает в рельсовую линию 3. После прохождения рельсовой линии 3 сигнал через разделительный конденсатор С2 поступает на приемник 2, который декодирует фазокодоманипулированный сигнал с получением индивидуального кода, измеряет уровень сигнала и сравнивает его с порогами занятия и освобождения рельсовой цепи. В случае распознавания индивидуального кода сигнала, отсутствия повреждения рельсовой линии 3 и отсутствия шунта уровень сигнала на приемнике находится выше порога занятия, рельсовая цепь считается свободной (нормальный режим).
При приближении поезда, вследствие шунтирования, уровень сигнала на приемнике уменьшается и становится ниже порога занятия. Рельсовая цепь считается занятой. При удалении поезда шунтирование рельсовой цепи ослабляется, уровень сигнала на приемнике увеличивается и становится выше порога освобождения, рельсовая цепь считается свободной. При этом решение о состоянии рельсовой цепи принимается исключительно по уровню сигнала, а персональный фазомодулированный код является дополнительным защитным фактором, не позволяющим срабатывать от сигналов соседних рельсовых цепей, имеющих другой персональный код.
Выполнение условия резонанса напряжения на несущей частоте фазокодоманипулированного сигнала КРЛ в этом режиме путем соответствующего подбора емкости конденсаторов обеспечивает максимум сигнала КРЛ с подавлением боковых частот.
Кроме сигналов рельсовых цепей в рельсах присутствуют постоянная и переменная составляющие выпрямленного подстанцией обратного тягового тока. Постоянная составляющая приемниками не воспринимается из-за наличия разделительных конденсаторов. Часть переменной составляющей вследствие естественной асимметрии сопротивления рельс проходит в приемник и вызывает изменение уровня сигнала, которое может быть причиной ложного срабатывания рельсовой цепи. Переменная составляющая выпрямленного тяговой подстанцией трехфазного напряжения промышленной частоты 50 Гц в рельсах представляет собой последовательность импульсов сложной формы с частотой 300 или 600 Гц, в зависимости от схемы выпрямления. Переменная составляющая тока асимметрии Ia на входе приемника резонансной рельсовой цепи, возбуждаемая выпрямленным напряжением, является последовательностью импульсов частотой 300 или 600 Гц сфазированных затухающих осцилляций с частотой настройки резонанса, равной несущей частоте сигнала контроля рельсовой линии. Расчетные осциллограммы тока асимметрии Ia и тока фазокодоманипулированного сигнала Ic на входе приемника в резонансной рельсовой цепи, развернутые во времени t, представлены на фиг. 2 и фиг. 3, соответственно. В качестве фазокодоманипулированного рассмотрен синусоидальный сигнал частотой 3350 Гц, кодовый интервал которого равен 16-и периодам. Фаза каждого последующего кодового интервала отличается от предыдущего на 180°. Амплитуда тока фазокодоманипулированного сигнала соизмерима с максимальными выбросами тока асимметрии.
Σ
При наложении тока фазокодоманипулированного сигнала Iс на переменную составляющую асимметрии тягового тока Ia происходит амплитудное суммирование сигналов. Осциллограмма результирующего суммарного сигнала I на входе приемника в резонансной рельсовой цепи, развернутого во времени t, представлена на фиг. 4. При длительности кодового интервала не менее одного периода первой гармоники переменной составляющей асимметрии тягового тока каждый кодовый интервал гарантированно накладывается на один и более импульсов сфазированных затухающих осцилляций. При наложении на синфазный помеховый сигнал происходит суммирование амплитуды. На фиг. 4 суммирование происходит в 1-м, 3-м и 5-м кодовом интервалах. При наложении на противофазный помеховый сигнал происходит амплитудное вычитание сигналов. На фиг. 4 вычитание происходит во 2-м и 4-м кодовом интервалах. При этом информационное содержание кода в динамическом диапазоне, определяемом алгоритмом распознавания сигнала, не меняется. Таким образом под действием помехи происходит искажение измеренной приемником интегральной величины сигнала, пропорциональной энергии кодовой посылки. Очевидно, что из множества реализуемых кодов возможно выбрать только те, длительность которых равна четному числу кодовых интервалов, и в составе которых попарно каждому кодовому интервалу, имеющему несущую частоту с фазой ϕ, соответствует кодовый интервал в противофазе, т.е. с фазой ϕ+180°. При измерении суммарной энергии описанных пар кодовых интервалов, в случае, когда фаза помехи отличается от фаз пары кодовых интервалов на 0°, 180°, происходит компенсация амплитудных искажений сигнала рельсовой цепи. В случае, когда фаза помехи отличается от фаз пары кодовых интервалов на ±90°, полной компенсации амплитудных искажений не происходит, но алгебраическое суммирование сигнала и помехи заменяется геометрическим (векторным), что минимизирует амплитудные искажения сигнала рельсовой цепи. Данное техническое решение позволяет построить код, длительность которого состоит из четного числа кодовых интервалов и попарно каждому кодовому интервалу с фазой ϕ соответствует кодовый интервал с фазой ϕ+180°.
0
1,
2
3
Для пояснения формирования кода, максимально устойчивого к амплитудному изменению под действием помехи в рельсовой цепи, в таблице представлены расчетные данные максимального и минимального значений энергии четырех кодовых интервалов фазокодоманипулированного сигнала с фазами ϕ, ϕ ϕ, ϕ, просуммированного с синусоидальной помехой при двух значениях фаз, соответствующих максимальному и минимальному значениям энергии суммарного сигнала. В качестве помехи упрощенно взят синусоидальный непрерывный сигнал с частотой, равной несущей частоте сигнала КРЛ с фиксированной фазой, амплитуда которого равна амплитуде фазокодоманипулированного сигнала. Энергия одного кодового интервала фазокодоманипулированного сигнала, как и энергия помехи за время равное кодовому интервалу, условно считается равной единице. Суммарная энергия сигнала, состоящего из четырех кодовых интервалов, равна 4. Рассмотрены шесть кодов: от нулевого кода, не имеющего фазовых переходов, до кода, имеющего инверсные пары кодовых интервалов, представленного в конце таблицы.
Из таблицы следует, что наиболее устойчивым к изменению суммарной энергии сигнала и помехи под воздействием помехи является код с последовательностью фаз 0°, 180°,+90°, -90°, имеющий пары кодовых интервалов с инверсными фазами, что возможно при четном количестве кодовых интервалов в кодовой посылке. Причем, порядок расположения кодовых интервалов в кодовой посылке роли не играет, поскольку суммарная энергия кодового сигнала при этом не изменится. Любое сочетание фаз в кодовой посылке, представляющее собой разные информационные коды, например,0°, 180°, -90°,+90°, 0°, 180°,+90°, -90°, 180°, 0°, -90°+90°, 180°, -90°, 0°,+90°, при выполнении условия четности количества кодовых интервалов и парности кодовых интервалов с инверсными фазами, является наиболее устойчивыми к амплитудным изменениям.
Рельсовая цепь может быть реализована в рамках системы «Движение» (Кузнецов С.В. и др., «Система «Движение»: стационарная аппаратура, центральный пост и единая система радиосвязи», Современные технологии автоматизации, 2001, №2). Особенностью работы рельсовой цепи системы «Движение» являются сравнительно высокая несущая частота сигнала контроля рельсовой линии - 4262 Гц. В качестве конденсаторов можно применить конденсаторы широкого класса емкостью 10÷70 мкФ. В качестве путевых трансформаторов можно применить трансформаторы с коэффициентом трансформации 40. В качестве генератора и приемника рельсовой цепи может быть использовано устройство аналогичное приемопередатчику системы АБ-УЕ (И.В. Беляков и др., «Микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ», Автоматика, связь и информатика, 2002, №6).
Использование кодового сигнала с фазокодовой манипуляцией в качестве сигнала контроля рельсовой линии требует выполнения дополнительных условий построения кодовых посылок. Носителями информации о фазе является фиксированный отрезок несущей частоты - кодовый интервал, длительность которого - не менее одного периода первой гармоники переменной составляющей асимметрии тягового тока в рельсах. Число кодовых интервалов должно быть четным, причем попарно каждому кодовому интервалу с фазой ϕ должен соответствовать кодовый интервал с фазой ϕ+180°.
Выполнение указанных условий позволяет существенно минимизировать изменение величины сигнала под воздействием помехи на входе приемника рельсовой цепи, что повышает надежность и безопасность работы рельсовой цепи.