УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВРЕМЕНИ ПЕРЕВОДА РЕЛЬСОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТРЕЛОК
DEVICE FOR MONITORING OF TIME FOR SETTING OF RAILWAY POINTS

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для контроля состояния автоматизированных рельсовых железнодорожных стрелок, определения их исправности и прогнозирования возможности их отказа.
Контроль исправности рельсовых стрелок на железнодорожном транспорте является в настоящее время актуальной задачей, имеющей важное практическое значение, в т.ч. для железнодорожных сортировочных горок. Известные технические решения в части контроля рельсовых стрелок касаются контроля прилегания остряка стрелки к рамному рельсу стрелочного электропривода [1-3], исключения возможности получения ложного контроля положения стрелки при перепутывании линейных проводов [4-5], идентификации положения стрелочного электропривода с помощью контролируемых сигнализаторов [6].
Однако использование указанных технических решений не обеспечивает достаточной полноты контроля стрелок. Это обусловлено следующим обстоятельством.
Важным параметром функционирования и исправности рельсовых стрелок является время перевода, которое, например, для стрелочных электроприводов СПГБ-4 и СПГБ-4М, устанавливаемых на сортировочных горках, составляет 0,55-0,58 с, и изменение этого времени перевода в процессе эксплуатации стрелок. Превышение времени перевода на определенную величину свидетельствует о ненормальном состоянии стрелки, которое может стать причиной возникновения аварийной ситуации на рельсовом пути.
Заявителю неизвестны технические решения, целью которых является создание устройств, позволяющих измерять и контролировать время перевода рельсовых стрелок. Для управления горочными стрелочными приводами применяются блоки СГ-66 и СГ-76У, в которых контроль времени перевода стрелки сводится только к автовозврату стрелки с помощью релейных устройств в тех случаях, когда перевод стрелки длится больше установленной нормы [7].
Задача, решаемая изобретением, - создание устройства, позволяющего контролировать время перевода рельсовых железнодорожных стрелок и изменение этого времени в процессе эксплуатации стрелок, что, в свою очередь, обеспечит возможность контроля и прогноза исправности стрелок и будет способствовать повышению безопасности движения на железнодорожном транспорте.
Указанная задача решается тем, что устройство контроля времени перевода рельсовых железнодорожных стрелок включает первый и второй бесконтактные датчики, установленные в шейке рамного рельса электропривода стрелок, первый и второй блоки измерения разности времен перевода стрелки, первый и второй сигнальные входы которых подсоединены к выходам бесконтактных датчиков, блок накопления данных измерений, связанный входами с выходами блоков измерения разности времен перевода стрелки, первый и второй решающие блоки, входы-выходы которых подключены к выходам блока накопления данных измерений, первый логический элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к первому выходу первого решающего блока, а второй вход подсоединен к первому выходу второго решающего блока; второй логический элемент ИЛИ, первый вход которого подключен ко второму выходу первого решающего блока, а второй вход подсоединен ко второму выходу второго решающего блока; блок сигнализации, связанный входами с выходами первого и второго логических элементов ИЛИ, блок задания значений, связанный своими первым и вторым выходами с информационными входами первого и второго блоков измерения разности времен перевода стрелки, третьим и четвертым выходами - с информационными входами первого решающего блока, а пятым и шестым информационными выходами - с информационными входами второго решающего блока, и генератор тактовой частоты, выход которого подключен к входам синхронизации первого и второго блоков измерения разности времен перевода стрелки и первого и второго решающих блоков; первый блок измерения разности времен перевода стрелки содержит первый и второй формирователи импульсов, первый триггер, первый логический элемент И и первый вычитающий счетчик, при этом вход установки в логическую «1» первого триггера, соединенный с входом первого формирователя и подключенный к первому бесконтактному датчику, является первым сигнальным входом блока, вход установки в логический «0» триггера, соединенный с входом второго формирователя и подключенный ко второму бесконтактному датчику, является вторым сигнальным входом блока, выход первого триггера подсоединен к первому входу первого элемента И, второй вход которого является входом синхронизации первого блока измерения разности времен перевода стрелки, выход первого формирователя подключен к входу записи первого счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И, а вход данных, являющийся информационным входом блока, подсоединен к первому выходу блока задания значений; второй блок измерения разности времен перевода стрелки содержит третий и четвертый формирователи импульсов, второй триггер, второй логический элемент И и второй вычитающий счетчик, при этом вход установки в логическую «1» второго триггера, соединенный с входом третьего формирователя и подключенный ко второму бесконтактному датчику, является первым сигнальным входом блока, вход установки в логический «0» второго триггера, соединенный с входом четвертого формирователя и подключенный к первому бесконтактному датчику, является вторым сигнальным входом блока, выход второго триггера подсоединен к первому входу второго элемента И, второй вход которого является входом синхронизации второго блока измерения разности времен перевода стрелки, выход третьего формирователя подключен к входу записи второго счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а вход данных, являющийся информационным входом блока, подсоединен ко второму выходу блока задания значений; блок накопления данных измерений содержит первое и второе оперативные запоминающие устройства, связанные своими выходами с мультиплексором, при этом первые входы оперативных запоминающих устройств подсоединены к выходам первого и второго вычитающих счетчиков, а вторые входы оперативных запоминающих устройств подключены к выходам второго и четвертого формирователей; первый решающий блок включает первый блок опроса, первый блок сравнения и первый блок анализа значений приращений времени перевода стрелки, при этом выход первого блока опроса подсоединен к первым входам первого блока сравнения и первого блока анализа значений приращений времени перевода стрелки, вторые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами первого решающего блока, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами первого решающего блока; второй решающий блок включает второй блок опроса, второй блок сравнения и второй блок анализа значений приращений времени перевода стрелки, при этом выход второго блока опроса подсоединен к первым входам второго блока сравнения и второго блока анализа значений приращений времени перевода стрелки, вторые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами второго решающего блока, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами второго решающего блока; первый блок анализа значений приращений времени перевода стрелки содержит первый и второй регистры, первое и второе устройства сравнения и первый счетчик приращений, при этом вход данных первого регистра соединен с выходом первого блока опроса, а вход синхронизации первого регистра, соединенный с входами синхронизации второго регистра и первого счетчика приращений, является входом синхронизации первого решающего блока, выход первого регистра подключен к входу данных второго регистра, выход которого соединен с первым входом первого устройства сравнения, второй вход которого подключен к выходу первого регистра; выход «Больше» первого устройства сравнения связан с входом суммирования первого счетчика приращений, выход «Меньше» первого устройства сравнения связан с входом вычитания первого счетчика приращений, выход первого счетчика приращений подсоединен к первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого является вторым информационным входом первого решающего блока, а выход «Больше» является выходом первого блока анализа значений приращений времени перевода стрелки; второй блок анализа значений приращений времени перевода стрелки содержит третий и четвертый регистры, третье и четвертое устройства сравнения и второй счетчик приращений, при этом вход данных третьего регистра соединен с выходом второго блока опроса, а вход синхронизации третьего регистра, соединенный с входами синхронизации четвертого регистра и второго счетчика приращений, является входом синхронизации второго решающего блока, выход третьего регистра подключен к входу данных четвертого регистра, выход которого соединен с первым входом третьего устройства сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего регистра; выход «Больше» третьего устройства сравнения связан с входом суммирования второго счетчика приращений, выход «Меньше» третьего устройства сравнения связан с входом вычитания второго счетчика приращений, выход второго счетчика приращений подсоединен к первому входу четвертого устройства сравнения, второй вход которого является вторым информационным входом второго решающего блока, а выход «Больше» является выходом второго блока анализа значений приращений времени перевода стрелки.
В варианте технического решения первый и второй блоки измерения разности времен перевода стрелки, блок накопления данных измерений, первый и решающие блоки, первый и второй логические элементы ИЛИ, блок задания значений и генератор тактовой частоты выполнены на микроконтроллере.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства, на фиг.2 - структурные схемы первого и второго блоков измерения разности времени перевода стрелки и структурная схема блока накопления данных измерений, на фиг.3 показана временная диаграмма работы блока измерения разности времен перевода стрелки, на фиг.4 приведены структурные схемы первого и второго решающих блоков, на фиг.5 иллюстрируется структурная схема первого блока анализа знака приращения времени перевода стрелки, на фиг.6 - структурная схема второго блока анализа знака приращения времени перевода стрелки.
Устройство контроля времени перевода рельсовых железнодорожных стрелок включает бесконтактные датчики 1 и 2 (два датчика на каждую рельсовую стрелку), первый и второй блоки измерения разности времен перевода стрелки 3 и 4, первые и вторые сигнальные входы которых подсоединены к выходам датчиков 1 и 2, блок накопления данных измерений 5, входы которого связаны с выходами блоков 3 и 4, первый и второй решающие блоки 6 и 7, связанные своими входами-выходами с выходами блока 5, первый логический элемент ИЛИ 8, первый и второй вход которого подсоединены соответственно к первым выходам решающих блоков 6 и 7, второй логический элемент ИЛИ 9, первый и второй вход которого подсоединены соответственно ко вторым выходам решающих блоков 6 и 7, блок сигнализации 10, входы которого соединены с выходами логических элементов ИЛИ 8 и 9, блок задания значений 11, связанный своими первым и вторым выходами с информационными входами первого и второго блоков измерения разности времен перевода стрелки 3 и 4, третьим и четвертым выходами - с информационными входами первого решающего блока 6, а пятым и шестым информационными выходами - с информационными входами второго решающего блока 7, и генератор тактовой частоты 12, выход которого подключен к входам синхронизации первого и второго блоков измерения разности времен перевода стрелки 3 и 4 и первого и второго решающих блоков 6 и 7.
Бесконтактные датчики 1 и 2 располагаются в шейке рамного рельса и могут выполняться в виде индуктивных или емкостных датчиков. Блок измерения разности времен перевода стрелки 3 содержит формирователи импульсов 13 и 14, триггер 15, логический элемент И 16 и вычитающий счетчик 17. Вход установки в логическую «1» триггера 15 - вход S является первым сигнальным входом блока 3, подключенным к датчику 1, вход установки в логический «0» триггера 15 - вход R - является вторым сигнальным входом блока 3, подключенным к датчику 2. Вход S соединен с входом формирователя 13, вход R - с входом формирователя 14. Выход триггера 15 подсоединен к первому входу элемента И 16, второй вход которого, являющийся входом синхронизации блока, подсоединен к генератору тактовой частоты 12. Выход формирователя 13 подключен к входу записи счетчика 17, вычитающий вход которого подсоединен к выходу элемента И 16, а вход данных счетчика 17, являющийся первым информационным входом блока, подсоединен к первому выходу блока задания значений 11. Выходы счетчика 17 и формирователя 14 являются выходами блока 3.
Блок измерения разности времен перевода стрелки 4 содержит формирователи импульсов 18 и 19, триггер 20, логический элемент И 21 и вычитающий счетчик 22. Вход установки в логическую «1» триггера 20 -вход S является первым сигнальным входом блока 4, подключенным к датчику 2, вход установки в логический «0» триггера 20 - вход R является вторым сигнальным входом блока 4, подключенным к датчику 1. Вход S соединен с входом формирователя 18, вход R - с входом формирователя 19. Выход триггера 20 подсоединен к первому входу элемента И 21, второй вход которого, являющийся входом синхронизации блока 4, подсоединен к генератору тактовой частоты 12. Выход формирователя 18 подключен к входу записи счетчика 22, вычитающий вход которого подсоединен к выходу элемента И 21, а вход данных счетчика 22, являющийся первым информационным входом блока 4, подсоединен к первому выходу блока задания значений 11. Выходы счетчика 22 и формирователя 19 являются выходами блока 4.
Блок накопления данных измерений 5 содержит первое и второе оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 23 и 24 для хранения результатов измерений, входы которых соединены с выходами блоков измерения разности времен перевода стрелки 3 и 4, и двунаправленный мультиплексор 25, через который накопленные данные измерений запрашиваются и считываются решающими блоками 6 и 7. При этом первые входы ОЗУ 23 и 24 подсоединены к выходам вычитающих счетчиков 17 и 22 в блоках 3 и 4, а вторые входы ОЗУ 23 и 24 подключены к выходам формирователей 14 и 19 в блоках 3 и 4.
Первый решающий блок 6 содержит блок опроса 26, соединенный входом-выходом с выходом блока накопления данных измерений 5, блок сравнения 27 и блок анализа значений приращений времени перевода стрелки 28. Выход блока опроса 26 подсоединен к первым входам блоков 27 и 28, вторые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами решающего блока 6. Выходы блока сравнения 27 и блок анализа значений приращений времени перевода стрелки 28 являются соответственно первым и вторым выходами блока 6, при этом выход блока сравнения 27 подсоединен к первому входу логического элемента ИЛИ 8. Блок сравнения 27 выполнен в виде цифрового компаратора.
Второй решающий блок 7 содержит блок опроса 29, соединенный входом-выходом с выходом блока накопления данных измерений 5, блок сравнения 30 и блок анализа значений приращений времени перевода стрелки 31. Выход блока опроса 29 подсоединен к первым входам блоков 30 и 31, вторые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами решающего блока 7. Выходы блока сравнения 30 и блок анализа значений приращений времени перевода стрелки 31 являются соответственно первым и вторым выходами блока 7, при этом выход блока сравнения 30 подсоединен ко второму входу логического элемента ИЛИ 8. Блок сравнения 30 выполнен в виде цифрового компаратора.
Блок анализа значений приращений времени перевода 28 в решающем блоке 6 содержит первый и второй регистры 32 и 33, первое и второе устройства сравнения 34 и 35 и счетчик приращений 36, при этом вход данных регистра 32 соединен с выходом блока опроса 26, а вход синхронизации регистра 32, соединенный с входами синхронизации регистра 33 и счетчика приращений 36, является входом синхронизации решающего блока 6. Выход регистра 32 подключен к входу данных регистра 33, выход которого соединен с первым входом первого устройства сравнения 34, второй вход которого подключен к выходу регистра 32, Выход «Больше» первого устройства сравнения 34 связан с входом суммирования счетчика приращений 36, выход «Меньше» первого устройства сравнения 34 связан с входом вычитания счетчика приращений 36, выход счетчика приращений 36 подсоединен к первому входу второго устройства сравнения 35, второй вход которого является вторым информационным входом решающего блока 7, а выход «Больше» является выходом блока анализа значений приращений времени перевода стрелки 28, связанным с первым входом логического элемента ИЛИ 9.
Блок анализа значений приращений времени перевода 31 в решающем блоке 7 содержит первый и второй регистры 37 и 38, первое и второе устройства сравнения 39 и 40 и счетчик приращений 41, при этом вход данных регистра 37 соединен с выходом блока опроса 29, а вход синхронизации регистра 37, соединенный с входами синхронизации регистра 38 и счетчика приращений 41, является входом синхронизации решающего блока 7. Выход регистра 37 подключен к входу данных регистра 38, выход которого соединен с первым входом первого устройства сравнения 39, второй вход которого подключен к выходу регистра 37, Выход «Больше» первого устройства сравнения 39 связан с входом суммирования счетчика приращений 41, выход «Меньше» первого устройства сравнения 39 связан с входом вычитания счетчика приращений 41, выход счетчика приращений 41 подсоединен к первому входу второго устройства сравнения 40, второй вход которого является вторым информационным входом решающего блока 7, а выход «Больше» является выходом блока анализа значений приращений времени перевода стрелки 31, связанным со вторым входом логического элемента ИЛИ 9.
Заявляемое устройство работает следующим образом. В момент, когда железнодорожная стрелка начинает перевод, перемещаясь при этом из положения А, контролируемого датчиком 1, в положение Б, контролируемое датчиком 2, на первый сигнальный вход блока 3 с выхода датчика 1 поступает импульс (Вых. D1). Из переднего фронта указанного импульса формирователем 13 формируется импульс записи (Имп. 3п), который обеспечивает запись в счетчик 17 числа, соответствующего номинальной длительности времени перевода стрелки из А в Б. Одновременно этот импульс устанавливает триггер 15 (по входу S) в состояние логической «1». На выходе триггера 15 появляется логический уровень «1» (Вых. Т), который открывает элемент И 16 для прохождения через него в счетчик 17 тактовых импульсов (ТИ) с выхода генератора тактовой частоты 12. Каждый приходящий в счетчик 17 импульс уменьшает содержащееся в нем число на одну единицу.
Этот процесс продолжается до окончания времени перевода стрелки из положения А в положение Б. Момент перевода стрелки в положение Б фиксируется датчиком 2, и по достижении этого момента в блок 3 поступает импульс от датчика 2 (Вых. D2), который устанавливает триггер 15 в положение логического «0». Появляющийся логический уровень «0» на выходе триггера 15 закрывает элемент И 16 и прекращает поступление импульсов на вычитающий вход счетчика 17 (Вых. И). В результате в счетчике 17 образуется число, соответствующее разности между реальным временем перевода стрелки и номинальным временем перевода стрелки tн, поступающим с первого выхода блока задания значений 11 на вход данных счетчика 17.
Из переднего фронта импульса, поступившего от датчика 2, с помощью формирователя 14 формируется импульс вывода данных измерения (Имп. «Выв»), который поступает в блок накопления данных измерений 5 на второй вход ОЗУ 23 и инициирует запись результата измерения в память ОЗУ 23. На первый вход ОЗУ 23 поступают результаты измерений с выхода счетчика 17. Количество результатов измерений должно выбираться таким, чтобы можно было бы сделать однозначный вывод о динамике изменения времени перевода стрелок. Приемлемым с этой точки зрения является выбор количества результатов измерений, равным среднему числу переводов стрелок в течение суток.
Блок опроса 26 с помощью мультиплексора 25 производит периодический опрос ОЗУ 23 и передает данные об отклонении реального времени перевода стрелки от номинального на первый вход блока сравнения 27. На второй вход блока сравнения 27 с блока задания значений 11 поступает первый пороговый уровень Uп1, соответствующий предельно допустимому отклонению времени перевода стрелки. Если в результате сравнения сигнала, пришедшего на первый вход блока 27, с пороговым уровнем Uп1, обнаруживается превышение предельного отклонения реального времени перевода стрелки от предельно допустимого значения такого отклонения, то в итоге решающий блок 6 принимает решение о формировании сигнала «Отказ стрелки», который поступает на первый вход логического элемента ИЛИ 8.
Одновременно с выхода блока опроса 26 данные об отклонении реального времени перевода стрелки от номинального поступают на первый вход блока 28, в котором анализируется тенденция изменения реального времени перевода стрелки путем сравнения каждого текущего измерения времени перевода с предыдущим. При этом в блоке 28 в отличие от блока 27 анализируется не конкретный текущий результат измерения, а статистика результатов измерения за определенный период времени путем сравнения каждого текущего измерения времени перевода с предыдущим. Сигнал с выхода блока опроса 26 поступает на вход данных регистра 32, в результате чего на вход данных регистра 33 и на второй вход устройства сравнения 34 поступает результат текущего значения измерения времени перевода. На первый вход устройства сравнения 34 приходит сигнал с выхода регистра 33. Устройство сравнения 34 сравнивает полученные сигналы и формирует выходной сигнал на выходе «Больше», если предыдущее значение времени перевода больше текущего значения, и по выходу «Меньше» - если предыдущее значение времени перевода меньше текущего значения времени перевода. Счетчик 36 осуществляет счет числа приращений и передает сигнал на первый вход устройства сравнения 35, на второй вход которого поступает второй пороговый уровень Uп2 с блока задания значений 11, который по абсолютной величине меньше порогового уровня, поступающего в блок сравнения 27. В результате такого сравнения фиксируется знак изменения приращения времени перевода стрелки (положительный или отрицательный) и определяется тенденция изменения реального времени перевода - увеличивается ли она или уменьшается. Если наблюдается регулярное увеличение реального времени перевода стрелки (например, в течение 100 измерений), то решающий блок 6 принимает решение о формировании сигнала «Возможен отказ стрелки», поступающего на первый вход логического элемента ИЛИ 9.
В момент, когда железнодорожная стрелка начинает перевод из положения Б в положение А, на первый сигнальный вход блока 4 поступает импульс от датчика 2. Далее работа устройства протекает аналогично описанному выше с той разницей, что выходные сигналы блока 4 поступают на первый и второй входы ОЗУ 24, а анализ текущих результатов измерения времени перевода стрелки и статистики результатов измерения за определенный период времени осуществляется в решающем блоке 7. На соответствующие входы блока сравнения 30 и блока анализа значений приращений времени перевода 31 поступают с блока задания значений 11 пороговые уровни Uп3 и Uп4. Выходные сигналы блоков 30 и 31 поступают на вторые входы логического элемента ИЛИ 9. С выхода логических элементов ИЛИ 8 и 9 сигналы, свидетельствующие об отказе стрелки или возможности ее отказа при переводе из положения А в положение Б (или наоборот), поступают в блок сигнализации 10 и высвечиваются на блоке 10. Загорание лампочек одного цвета, например красного, свидетельствует об отказе стрелки, загорание лампочек другого цвета, например желтого, индицирует возможность отказа стрелки.
Заявляемое устройство может быть применено и для контроля нескольких стрелок. В этом варианте используется 2N бесконтактных датчиков (по числу N стрелок), 2N ОЗУ в блоке накопления данных измерений и 2N решающих блоков. В процессе работы соответствующие блоки опроса поочередно опрашивают каждый блок измерения разности времен перевода стрелки, связанный с той или иной стрелкой.
Источники информации
1. Патент РФ 2085426, МПК6 B61L 5/10, 1997 г.
2. Патент РФ 2151706, МПК7 B61L 7/08, 1998 г.
3. Патент РФ 2222450, МПК7 B61L 7/08, 2003 г.
4. Патент РФ 2278043, МПК8 B61L 7/08, 2006 г.
5. Патент РФ 2074831, МПК6 B61L 7/08, 1997 г.
6. Патент РФ 2194645, МПК7 B61L 7/08, 2002 г.
7. В.И. Шелухин. Автоматизация и механизация сортировочных горок. М.: Маршрут, 2005 г., с.62.