БЛОК КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ ЗАЩИТЫ СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА (БКЗС)
UNIT OF SLIP SWITCH INTEGRATED PROTECTION (SSIOU)

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и предназначено для определения состояния занятости подконтрольного путевого участка стрелочного перевода подвижным составом и основано на совместном использовании радиотехнического и индуктивно-проводного датчиков.
В настоящее время на сети железных дорог, для защиты от перевода стрелок под вагонами в разных сочетаниях эксплуатируется достаточно большое число устройств. Среди них: рельсовая цепь, как правило, нормально разомкнутая, путевые бесконтактные датчики двух типов - педаль магнитная без источника питания и датчик путевой с преобразователем сигнала, радиотехнический датчик (РТД), фотоэлектрический датчик (ФЭУ). В ряде случаев защита стрелок дополняется точечными датчиками счета осей, реализующими индуктивные принципы действия с логической обработкой сигналов обнаружения осей.
Наиболее распространенным устройством защиты стрелок до настоящего времени еще остаются рельсовые цепи.
Из уровня техники известно устройство для контроля свободности стрелочного участка, включенного в горочную автоматическую централизацию, содержащее реверсивный счетчик, триггер, пусковые схемы, схемы совпадения, усилители и мультивибратор. Для защиты стрелки от самопроизвольного перевода при потере шунта, а также повышения надежности отсчета осей, входящих на стрелочный изоляционный участок, вход схемы совпадения соединен с выходом мультивибратора, а выход ее соединен со входом усилителя, выход которого также соединен обратной связью с триггером (SU 161346, В611 21/04).
Однако рельсовые цепи не обеспечивают обнаружения длиннобазных вагонов и весьма ненадежны при обнаружении вагонов иных категорий, а также не обеспечивают контроль работоспособности при отсутствии вагона на стрелочном участке, что не отвечает требованиям обеспечения безопасности.
В патенте RU 2157772, 20.10.2000, описан индуктивно-проводной датчик для контроля наличия транспортного средства в границах определенного участка пути. Датчик содержит индуктивный шлейф, уложенный внутри рельсовой колеи на определенном участке пути. Шлейф включен в колебательный контур генератора сигнала переменного тока. В цепь отрицательной обратной связи последнего введено регулирующее звено, состоящее из цифроаналогового преобразователя, реверсивного счетчика, генератора импульсов, соответствующего компаратора и элемента И.
Данный датчик не используется для обеспечения контроля исправности устройств защиты стрелочного участка и повышения безопасности движения подвижного состава железных дорог по стрелочным переводам.
Система обнаружения стрелки для железнодорожного стрелочного устройства, содержащая датчик обнаружения стрелочной педали в нормальном положении и в положении реверсирования стрелки. Датчики являются индуктивными (US 6382567, 27.12.2001).
Указанная выше система не обеспечивает достоверный контроль занятости стрелочных участков при проходе вагонов любого типа.
Из патента RU 2264941, опубликованного 27.11.2005, известна система автоматического управления стрелками с маневровой автоматической локомотивной сигнализацией. В системе использованы бесстыковые тональные рельсовые цепи и радиотехнические датчики, которые увязаны с однокомандным каналом телеуправления и устройствами контроля скорости движения состава в ограниченных зонах связи, а также с устройствами маневровой АЛС. В системе реализовано управление процессом перевода стрелок при маневрах без услуг операторов и без загрузки машиниста или составителя операторскими функциями.
Система автоматического управления стрелками с маневровой автоматической локомотивной сигнализацией не устраняет указанный выше недостаток.
В патенте US 3736420 от 29.05.1973 г. описано устройство контроля стрелочным переводом для сортировочных площадок железной дороги. Центральный процессор, управляющий автоматической системой переключения, сравнивает начальный счет оси, зарегистрированный при входе вагона на сортировочную горку, со значениями, полученными от датчика колеса при подходе к каждой стрелке по отобранному маршруту. Пока вычисления не идентичны между собой, процессор возбуждает добавленное реле датчика. Размыкающие контакты этого реле прерывают сеть кругооборота контроля стрелки, чтобы запретить операцию перевода к положению, отобранному для следующего вагона. Таким образом, стрелки заперты против движения, не только когда связанный кругооборот пути занят, но и нехваткой сравнения между счетом оси, если кругооборот пути заполнен, в связи с чем полная операционная безопасность поддержана даже с длинными вагонами.
Указанное выше устройство не обеспечивает непрерывный контроль за исправностью устройств защиты стрелочного участка независимо от наличия на контролируемом участке вагона.
Наиболее близким аналогом является устройство защиты стрелок от несанкционированного перевода при потере шунта и проходе длиннобазных вагонов. Данное устройство представляет собой индуктивно-проводной датчик (ИПД), позволяющий обнаруживать транспортное средство в зоне укладки индуктивного шлейфа, уложенного в пределах рельсовой колеи, и изменяющий свои параметры при наезде отцепа. В состав ИПД входит аппаратура, размещаемая в зависимости от функционального назначения. Электронный модуль (ЭМ) располагается в путевом ящике, установленном непосредственно у контролируемого участка пути. Вход ЭМ подключен к индуктивному шлейфу. При свободности контролируемого участка генератор гармонических колебаний ЭМ выдает на вход порогового устройства ЭМ сигнальную частоту и формирует сигнал управления выходным каскадом и ЭМ, и этот сигнал идет на нагрузку. При занятости контролируемого участка возможно уменьшение добротности колебательного контура датчика и амплитуды сигнала генератора или полное прекращение колебаний. В результате сигнал на нагрузке пропадает, что и фиксируется исполнительным элементом (И.Н.Перов, М.Ю.Аникин, «Индуктивный шлейф как чувствительный элемент индуктивно-проводного датчика», журнал «Автоматика, связь, информатика», №2, 2005 г., с.12-14).
Недостатками данного датчика являются отсутствие комплексирования показателей датчиков при принятии решения о занятости/свободности подконтрольного путевого участка стрелочного перевода, а также не обеспечивается достоверный контроль занятости стрелочных участков при проходе вагонов любого типа.
Задачей настоящего изобретения является создание блока комплексированной защиты стрелочного перевода (БКЗС) от несанкционированного перевода без изолирующих стыков, основанного на совместном использовании радиотехнического и индуктивно-проводного датчиков и обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении безопасности движения подвижного состава железных дорог по стрелочным переводам и информативности, в формировании выходного сигнала в зависимости от состояния подконтрольного путевого участка стрелочного перевода и передачи его потребителю по последовательному каналу связи диагностической информации, в обеспечении непрерывного контроля за исправностью устройств защиты стрелочных участков как во время прохождения транспортного средства, так и в отсутствии его, таким образом, датчики защиты стрелок обеспечивают достоверное обнаружение вагонов всех типов, распускаемых с горки, и их достоверное обнаружение непрерывно по всей длине контролируемого участка.
Данный и иные технические результаты достигаются заявленным блоком комплексированной защиты стрелочного перевода (БКЗС), который содержит индуктивно-проводной датчик (ИПД), радиотехнический датчик контроля свободности стрелочных участков (РТД), объединенный выход сигнала контроля свободности стрелочного участка, сформированный непосредственно в устройствах датчиков РТД, ИПД, ячейку электронного модуля (ЭМ), преобразующую колебания шлейфа ИПД. Сигналы занятости/свободности подконтрольного путевого участка стрелочного перевода, диагностическая информация устройств ИПД, РТД поступает на вход центрального обработчика (ЦО), который содержит два независимых канала обработки полученной информации. Обработанная информация Контроллер 1, Контроллер 2 поступает на схему сравнения, и в случае неидентичности решений происходит перезапуск микроконтроллеров. При этом происходит постоянный анализ функционирования датчиков ИПД, РТД, микроконтроллеров путем обработки диагностической информации на посту.
Основные требования к устройствам, обеспечивающим защиту стрелок от несанкционированного перевода их под вагоном, формулируются следующим образом:
1. Защита стрелочных участков от перевода стрелок под вагонами должна обеспечивать устойчивую фиксацию занятого состояния участка с момента занятия его первой осью отцепа и до освобождения отцепом остряков стрелки.
2. Устройства защиты стрелок должны обеспечивать непрерывный дистанционный контроль их работоспособности независимо от наличия на контролируемом участке вагона.
3. Достоверность обнаружения вагонов любых типов.
Таким образом, датчики защиты стрелок должны обеспечивать достоверное обнаружение вагонов всех типов, распускаемых с горки, и обеспечивать их достоверное обнаружение непрерывно по всей длине контролируемого участка.
На чертеже представлена функциональная схема БКЗС.
Анализ функционирования датчиков защиты стрелок от перевода показывает:
1. РТД обеспечивает защиту от перевода стрелок при проходе любого типа вагонов. РТД позволяет производить непрерывный контроль работоспособности даже в случае отсутствия вагонов на стрелочном участке.
Тем не менее, несмотря на многолетний положительный опыт эксплуатации датчиков РТД, высокая ответственность в обеспечении безопасности роспуска вагонов по стрелкам требует дублирования обнаружительных функций другим датчиком. Наибольший эффект по достоверности обнаружения и живучести может быть достигнут путем комплексирования датчиков. Причем датчиков, базирующихся на разных физических принципах действия.
2. Рельсовая цепь, даже в случае надежного обнаружения шунта колесных пар, не обеспечивает обнаружения длиннобазных вагонов. В то же время, нормально разомкнутая РЦ не обеспечивает контроль работоспособности при отсутствии вагона на стрелочном участке. Тем не менее на современном этапе она имеет массовое применение.
РЦ в качестве датчика защиты не позволяет обеспечивать возрастающие требования к безопасности роспуска с одной стороны, а с другой - добиться сокращения эксплуатационных расходов.
3. ИПД является альтернативным датчиком для РЦ, позволяющим обеспечивать обнаружение вагонов на всей длине стрелочного участка и непрерывный контроль работоспособности, что выгодно отличает его от РЦ.
Категория комплексирования технических средств предполагает одновременное использование двух или нескольких технических средств (датчиков) для решения одной функциональной задачи и базируется на выполнении следующих условий:
1. В качестве комплексируемых устройств (датчиков) могут использоваться одновременно два и более технических средств, работающих параллельно и решающих одну и ту же задачу обнаружения, либо измерения.
2. На характеристики функционирования комплексируемых устройств, влияние внешних условий оказывает различное (в идеале противоположное) воздействие.
3. Один из датчиков обладает высокой достоверностью обнаружения объектов, находящихся в статическом состоянии при плохих динамических характеристиках, а другой, наоборот, имеет хорошие динамические характеристики при низких характеристиках для статических либо малоподвижных объектов.
Структурные связи между датчиками в комплексируемом устройстве выбираются таким образом, чтобы положительные качества датчиков дополняли друг друга, а отрицательные компенсировались или уменьшались.
Таким образом, комплексирование предполагает структурную избыточность устройства, решающего заданную задачу.
БКЗС предназначен для определения состояния занятости подконтрольного путевого участка стрелочного перевода подвижным составом, формирования выходного сигнала для управления исполнительным реле и передачи потребителю по последовательному каналу связи диагностической информации. При этом обязательным условием обеспечения контроля состояния блока является передача диагностической информации о состоянии РТД контроля свободности стрелочных участков (контрольное значение напряжения), ИПД (несущая частота колебаний шлейфа).
Блок размещается в металлическом трансформаторном ящике ТЯ, устанавливаемом на открытом грунте, в непосредственном приближении к железнодорожному пути, и представляет собой блочную конструкцию, состоящую из двух основных частей:
- модуль внешних соединений, содержащий элементы защиты по ЭМС, соединители для подключения внешних устройств питания, плавкие предохранители;
- основной корпус с платой объединительной и функциональными ячейками.
Верхняя панель изделия должна быть выполнена в виде откидывающейся крышки, на которой должны быть предусмотрены окна диаметром не более 5 мм, заполненные прозрачным материалом, для визуального контроля режимов функционирования изделия по светодиодным индикаторам на передних панелях внутренних ячеек:
- режимы функционирования ячеек;
- наличие вторичного напряжения питания на ячейках;
- исправности блока.
Определение состояния занятости/свободности подконтрольного путевого участка стрелочного перевода осуществляется по сигналам, поступающим от устройств: индуктивно-проводного датчика ИПД; радиотехнического датчика контроля свободности стрелочных участков РТД.
БКЗС работает в условиях электромагнитных помех, возникающих как в кабельной сети питания и информационных линий, так и в рельсовых цепях из-за сигнальных и тяговых токов.
К блоку БКЗС подключается датчик РТД-С, шлейф ИПД. Ячейка электронного модуля ЭМ, преобразующая колебания шлейфа ИПД, входит в состав блока БКЗС. Сигналы занятости/свободности подконтрольного путевого участка стрелочного перевода, диагностическая информация устройств ИПД, РТД-С поступает на вход центрального обработчика ЦО, который содержит два независимых канала обработки полученной информации. Обработанная информация Контроллер 1, Контроллер 2 поступает на схему сравнения, и в случае не идентичности решений происходит перезапуск микроконтроллеров. Для управления исполнительным реле используется формирователь безопасного напряжения. Диагностическая информация состояния датчиков ИПД, РТД, ячейки микроконтроллеров передается по CAN-интерфейсу на постовое оборудование.
В составе блока БКЗС применяется комплексирование сигналов свободности/занятости подконтрольного путевого участка стрелочного перевода от устройств ИПД, РТД, использование двухканальной схемы обработки входной информации. При этом происходит постоянный анализ функционирования датчиков ИПД, РТД, микроконтроллеров путем обработки диагностической информации на посту, что позволяет выявлять сбои в работе устройства БКЗС и своевременно провести ремонтно-восстановительные работы.
Формируется объединенный сигнал контроля стрелочного участка непосредственно в устройствах датчиков ИПД и РТД, а результирующий сигнал их совместного обнаружения передается по типовому каналу на одно исполнительное реле, расположенное в релейной на горочном посту.
При такой реализации блока комплексирования, типовые элементы связи датчиков с релейной поста сохраняются, но используется лишь один канал связи с исполнительным реле. В качестве этого реле может использоваться любое из существующих. Другой, освободившийся канал связи может использоваться для передачи на горочный пост диагностической информации о работе датчиков защиты.
Состав функциональных ячеек:
- ячейка центрального обработчика должна содержать двухканальную схему обработки входной информации;
- ячейка формирователя безопасного напряжения для управления исполнительным реле;
- ячейка ЭМ-45 (ЭМ-60) для работы с индуктивно-проводным шлейфом;
- ячейка питания для преобразования переменного напряжения 220 В в постоянное напряжение 24 В.
Эффективность комплексирования защиты стрелок от несанкционированного перевода состоит в:
1. Минимизация риска возникновения опасных, нештатных ситуаций при роспуске составов.
2. Минимизация количества используемых информационно-измерительных датчиков.
3. Максимизация достоверности обнаружения вагонов любых типов, то есть вероятности правильного обнаружения, при минимуме вероятности ложной тревоги.
Основными, базовыми типами датчиков защиты следует считать датчики, обеспечивающие контроль занятости стрелочного участка на всей его длине и позволяющие контролировать работоспособность вне зависимости от наличия отцепа в зоне контроля.
Прогнозирование предотказных состояний датчиков контроля стрелочного участка позволит предупреждать возможные внезапные отказы устройств. Дистанционный контроль функционирования устройств с функцией прогнозирования позволит своевременно выявлять и устранять такие распространенные неисправности как постепенный уход рабочих параметров устройств вследствие их расстройки. В частности, нарушение пространственной настройки модулей РТД. Следует заметить, что возникновение внезапных отказов чаще всего происходит вследствие постепенного развития отдельных неисправностей, которые в процессе эксплуатации не отслеживаются. Методы регламентного обслуживания напольных устройств, даже при всей пунктуальности их проведения, не всегда позволяют предупредить отказы устройств.