Результат интеллектуальной деятельности: БЕСКОНТАКТНЫЙ КОДОВЫЙ ПУТЕВОЙ ТРАНСМИТТЕР

Изобретение относится к устройствам сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте, в частности к кодовым путевым трансмиттерам, и может быть использовано для управления трансмиттерными реле на участках железнодорожных линий с любым видом тяги поездов.

Известен кодовый трансмиттер, содержащий два формирователя импульсов, сумматор по модулю два, два выходных блока, два блока сравнения, рабочие выходы трансмиттера, три триггера контроля, причем первый триггер контроля своим входом соединен с выходом первого блока сравнения. Трансмиттер содержит три элемента ИЛИ, два делителя частоты, три сумматора по модулю два, два блока оптронных ключей, два динамических элемента И, блок динамических элементов И, три элемента запуска, соединенные между собой динамическими входами, два счетных триггера, соединенные между собой установочными входами, три усилителя, два нейтральных реле со своими катушками и переключающими контактами, катушка и два контакта поляризованного реле, кнопка, два полюса источника питания, контрольные выводы, блок реле переключения на резерв, входы подключения резерва, выводы выбора длительности циклов кода, каждый из последних подключен к первому входу соответственно первого и второго формирователей импульсов, установочный вход и выход синхронизации последнего соединены соответственно с установочным выходом и входом синхронизации первого формирователя импульсов, установочный вход первого делителя частоты связан с установочными входами второго делителя частоты, первого счетного триггера и подключен к установочному выходу второго формирователя импульсов, кодовые выходы первого формирователя импульсов соединены с одними входами первого сумматора по модулю два, два других входа которого подключены соответственно к выходу первого счетного триггера и к выходу первого делителя частоты, который так же соединен с одним из входов второго сумматора по модулю два, выход первого сумматора по модулю два соединен с одним из входов первого блока сравнения, ко второму входу последнего подключен выход третьего сумматора по модулю два, одни входы которого соединены с кодовыми выходами второго формирователя импульсов и входами блока динамических элементов И, другой вход связан с выходом второго делителя частоты и одним из входов четвертого сумматора по модулю два, другие входы второго и четвертого сумматоров по модулю два подключены к выходам соответственно первого и второго блоков оптронных ключей, входы последних соединены с выходами соответственно первого и второго выходных блоков и подключены к входам блока реле переключения на резерв, выходы второго и четвертого сумматоров по модулю два подключены соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, который своим выходом соединен с входом второго триггера контроля, а третьим входом - с выходом первого триггера контроля, выход второго триггера контроля подключен к входу третьего триггера контроля, три выхода формирования сигналов запуска первого формирователя импульсов подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом первого счетного триггера, первый выход формирования сигналов запуска второго формирователя импульсов связан с управляющим входом первого динамического элемента И, первым входом второго элемента ИЛИ, второй выход формирования сигналов запуска второго формирователя импульсов подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и управляющему входу второго динамического элемента И, третий выход формирования сигналов запуска второго формирователя импульсов соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ и входом первого усилителя, выход которого через катушку первого нейтрального реле связан с управляющим входом блока реле переключения на резерв, одним из выводов первого контакта поляризованного реле и через правую обмотку катушки поляризованного реле - с выходом второго усилителя, вход последнего связан с выходом управления поляризованным реле первого формирователя импульсов, третий вход первого формирователя импульсов соединен со статическим выходом третьего триггера контроля и входом третьего усилителя, динамический выход третьего триггера контроля подключен к одному из входов третьего элемента ИЛИ и динамическому входу блока динамических элементов И, выходы последнего связаны со входами первого и второго выходных блоков, второй вход третьего элемента ИЛИ связан с нормально разомкнутыми выводами контактов первого и второго нейтральных реле, выход контрольной частоты второго формирователя импульсов через нормально замкнутые контакты первого и второго нейтральных реле подключен к динамическому входу первого элемента запуска, частотному входу первого блока сравнения, вторым входам первого и второго делителей частоты, выход третьего элемента ИЛИ соединен с динамическими входами первого и второго динамических элементов И, выход первого из них подключен к управляющим входам первого и второго элементов запуска, выходы последних соединены с установочными входами соответственно первого и второго триггеров контроля, выход второго динамического элемента И связан с управляющим входом третьего элемента запуска, выход которого связан с установочным входом третьего триггера контроля, вход для подключения полюса источника питания первого динамического элемента И соединен с другим выводом первого контакта поляризованного реле и через вторую обмотку катушки поляризованного реле связан с выходом третьего усилителя, общий вывод первого контакта поляризованного реле и первый полюс источника питания соединены между собой и через последовательно соединенные кнопку и катушку второго нейтрального реле со вторым полюсом источника питания, выход второго элемента ИЛИ связан со счетным входом второго счетного триггера, выход которого соединен с другим входом третьего сумматора по модулю два, входы подключения резерва связаны с другими входами блока реле переключения на резерв, выходы которого соединены с выходными выводами трансмиттера, второй контакт поляризованного реле подключен к контрольным выводам (RU 51317, H03K 17/00, 2005).

Недостатком известного трансмиттера является то, что переход на резерв осуществляется без контроля состояния резервного трансмиттера из-за отсутствия взаимного обмена информацией между основным и резервным трансмиттерами, что снижает эффективность использования данной структуры трансмиттера в условиях повышенных требований к надежности работы рельсовых цепей в системах кодовой автоблокировки и АЛСН.

В качестве прототипа выбран трансмиттер бесконтактный кодовый путевой резервируемый, содержащий источник питания, модуль задающего генератора и управления запуском, выход которого подключен к входам формирователей кодовых последовательностей, входы которых соединены с выходом модуля входных ключей, а с выходов формирователей кодовых последовательностей поступают контрольные сигналы на входы модуля схемы сравнения, вход-выход которого соединен входом-выходом модуля задающего генератора и управления запуском и выходы которого соединены с входами модуля формирования диагностической информации и узла согласования уровней сигналов, предназначенный для увязки низких уровней информационных сигналов с внешними выходными цепями и имеющий в своем составе два канала, функционирующих параллельно, и выходы которых соединены с ключом, при этом с выходов одного из формирователя кодовых последовательностей на вход модуля входных ключей поступает сигнал INTEST, управляющий цепями контроля исправности модуля входных ключей, и на входы модуля схемы сравнения поступают сигналы управления трансмиттерным реле и электронным ключом и частота контроля, обеспечивающая динамическую работу схемы контроля, выход которой соединен с входом анализатора работоспособности, который управляет диагностическим выходом модуля формирования диагностической информации и при наличии на выходе узла согласования уровней сигналов динамического сигнала заданного уровня посредством ключа обеспечивает его прохождение на выход трансмиттера, а в случае отсутствия диагностического сигнала подключает выход трансмиттера к выходу резервного трансмиттера (RU 2411151, B61L 23/00, 2006).

Недостатками известного трансмиттера являются:

- реализуемый принцип резервирования и диагностирования совместно с дополнительным (резервным) трансмиттером;

- невозможность сопряжения с внешними цифровыми системами диагностирования без проработки элементов цифровой диагностики;

- необходимость изменения монтажа трансмиттера на месте установки в случае замены им существующих трансмиттеров типа КПТШ-515, КПТШ-715, БКПТ-У и БКПТ-УМ, что усложняет технологию технического обслуживания и ремонта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении ресурса работы трансмиттера за счет резервирования сигналов и диагностирования состояния трансмиттера и упрощения конструкции.

Технический результат достигается тем, что бесконтактный кодовый путевой трансмиттер, содержащий блок управления, диагностический модуль и модуль переключения, согласно изобретению снабжен электромагнитным реле, модулем контроля импульсных комбинаций и управления трансмиттерным реле и основным и резервным каскадами, в которые соответственно введены управляющий и контролирующий микроконтроллеры, в модуль контроля импульсных комбинаций и управления трансмиттерным реле введены оптоэлектронный преобразователь и импульсный трансформатор, в модуль переключения - узел управления электромагнитным реле, контактная группа которого подключена к штепсельному соединителю, причем первые входы управляющего и контролирующего микроконтроллеров соединены с выходами блока управления, а второй вход управляющего микроконтроллера соединен с разъемом диагностического модуля, первый выход управляющего микроконтроллера соединен с первым входом оптоэлектронного преобразователя, второй выход управляющего микроконтроллера соединен через импульсный трансформатор со вторым входом оптоэлектронного преобразователя, первый выход контролирующего микроконтроллера соединен с одним индикатором, а его второй выход - с другим индикатором, третий выход контролирующего микроконтроллера соединен с третьим входом оптоэлектронного преобразователя, первый выход которого соединен с контактной группой электромагнитного реле, а второй выход соединен со вторым входом контролирующего микроконтроллера, первый вход узла управления электромагнитным реле соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера, второй вход узла управления электромагнитным реле связан с контролирующим микроконтроллером резервного каскада, который связан с контролирующим микроконтроллером основного каскада, первый выход узла управления электромагнитным реле подключен к его одной обмотке, обеспечивающей связь контактной группы с первым выходом оптоэлектронного преобразователя основного каскада, другая обмотка электромагнитного реле, обеспечивающая связь контактной группы с оптоэлектронным преобразователем резервного каскада, связана с узлом управления электромагнитным реле в составе резервного каскада, второй выход узла управления электромагнитным реле соединен с третьим входом контролирующего микроконтроллера, четвертый выход которого связан с узлом управления электромагнитным реле в составе резервного каскада.

На чертеже представлена структурная схема бесконтактного кодового путевого трансмиттера, например БКПТ-УР - бесконтактного кодового путевого трансмиттера унифицированного резервируемого.

Бесконтактный кодовый путевой трансмиттер содержит блок управления 1, диагностический модуль 2 и модуль 3 переключения. Трансмиттер снабжен поляризованным электромагнитным реле 4, модулем 5 контроля импульсных комбинаций и управления трансмиттерным реле и основным 6 и резервным 7 каскадами, в которые соответственно введены управляющий 8 и контролирующий 9 микроконтроллеры. В модуль 5 контроля импульсных комбинаций и управления трансмиттерным реле введены оптоэлектронный преобразователь 10 и импульсный трансформатор 11.

В модуль 3 переключения введен узел 12 управления электромагнитным реле 4, контактная группа 13 которого подключена к штепсельному соединителю 14. Причем первые входы управляющего 8 и контролирующего 9 микроконтроллеров соединены с выходами блока 1 управления, а второй вход управляющего микроконтроллера 8 соединен с разъемом диагностического модуля 2.

Первый выход управляющего микроконтроллера 8 соединен с первым входом оптоэлектронного преобразователя 10, второй выход управляющего микроконтроллера 8 соединен через импульсный трансформатор 11 со вторым входом оптоэлектронного преобразователя 10.

Первый выход контролирующего микроконтроллера 9 соединен с одним индикатором 15, а его второй выход - с другим индикатором 16. Третий выход контролирующего микроконтроллера 9 соединен с третьим входом оптоэлектронного преобразователя 10, первый выход которого соединен с контактной группой 13 электромагнитного реле 4, а второй выход соединен со вторым входом контролирующего микроконтроллера 9.

Первый вход узла 12 управления электромагнитным реле 4 соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера 8, второй вход узла 12 управления электромагнитным реле 4 связан с контролирующим микроконтроллером резервного каскада 7, который связан с контролирующим микроконтроллером 9 основного каскада 6.

Первый выход узла 12 управления электромагнитным реле 4 подключен к его одной обмотке 17, обеспечивающей связь контактной группы 13 с первым выходом оптоэлектронного преобразователя 10 основного каскада 6.

Другая обмотка 17 электромагнитного реле 4, обеспечивающая связь контактной группы 13 с оптоэлектронным преобразователем резервного каскада 7, связана с узлом управления электромагнитным реле в составе резервного каскада 7.

Второй выход узла 12 управления электромагнитным реле 4 соединен с третьим входом контролирующего микроконтроллера 9, четвертый выход которого связан с узлом управления электромагнитным реле в составе резервного каскада 7.

Бесконтактный кодовый путевой трансмиттер (БКТП-УР) работает следующим образом.

Трансмиттер БКПТ-УР представляет собой законченное изделие, обеспечивающее формирование импульсных комбинаций З, Ж, КЖ числового кода типа КПТ-5, КПТ-7 идентичных вырабатываемым трансмиттерами КПТШ-515, КПТШ-715, а также формирование защитного кода ПКЖ.

Первоначально проводится настройка трансмиттера на временные характеристики кодов КПТ-5 или КПТ-7 или ПКЖ посредством блока 1 управления, который содержит тумблер задания режима КПТ-5/7 и тумблер задания режима КПТ/ПКЖ. Данные тумблеры переключают в обоих каскадах 6, 7 в положение, соответствующее коду КПТ-5, КПТ-7 или ПКЖ.

При включении питания трансмиттера запускается программа тестирования устройств основного 6 и резервного 7 каскадов. При успешном завершении проверок засвечивается светодиодный индикатор 15 «Работа» основного каскада 6 по сигналу, поступающему с первого выхода контролирующего микроконтроллера 9. БКПТ-УР работает в автоматическом режиме до выявления неисправности по одному из каскадов 6 или 7.

Режим формирования числового кода (например, типа КПТ-7) выполняется по сигналу, зафиксированному первыми входами управляющего 8 и контролирующего 9 микроконтроллеров в соответствии с установкой в блоке 1 управления обоих каскадов тумблера задания режима КПТ/ПКЖ в положение «КПТ» и тумблера задания режима КПТ-5/7 в положение «КПТ-7». Обработка сигналов задания типа кода микроконтроллерами 8 и 9 осуществляется с контролем целостности вышеуказанных тумблеров.

По результату обработки этих сигналов управляющий микроконтроллер 8 формирует импульсные комбинации (З, Ж, КЖ) заданного кода (например, типа КПТ-7) с нормированными временными характеристиками, которые с его первого выхода передаются на первый вход оптоэлектронного преобразователя 10 модуля 5.

Импульсы 100 кГц передаются со второго выхода через импульсный трансформатор 11 на второй вход оптоэлектронного преобразователя 10.

Оптоэлектронный преобразователь 10 обеспечивает трансформацию импульсных комбинаций З, Ж, КЖ, поступивших от управляющего микроконтроллера 8 в сигналы управления трансмиттерными реле посредством формирования двух идентичных групп импульсных комбинаций (З1, Ж1, КЖ1) и (З2, Ж2, КЖ2) шестью управляющими оптореле с входными ключами на полевых транзисторах. В случае защитного кода ПКЖ он трансформируется всеми шестью управляющими оптореле.

С первого выхода оптоэлектронного преобразователя 10 (с выходов шести управляющих оптореле) импульсные комбинации (З1, Ж1, КЖ1) и (З2, Ж2, КЖ2) поступают на контактную группу 13 электромагнитного реле 4. При функционировании трансмиттера на базе основного каскада 6 электромагнитное реле 4 находится в состоянии, при котором выводы штепсельного соединителя 14 трансмиттера, соединенные с нагрузкой (трасмиттерным реле или трансмиттерными реле), подключены через замкнутые контакты реле 4 к выходам управляющих оптореле основного каскада 6. А выходы управляющих оптореле оптоэлектронного преобразователя резервного каскада 7 подключены к разомкнутым контактам контактной группы 13 электромагнитного реле 4.

Для обеспечения синхронной выдачи оптоэлектронным преобразователем 10 импульсных комбинаций по двум группам импульсы 100 кГц со второго выхода управляющего микроконтроллера 8 передаются двумя каналами и являются сигналом управления импульсным трансформатором 11.

Импульсные комбинации, сформированные оптоэлектронным преобразователем 10, контролируются включенной в него схемой контроля и защиты выходов управляющих оптореле, выполненной также на оптронах, подключенных параллельно выходам управляющих оптореле (выполнение не показано). На базе выходных изолированных повышающих обмоток импульсного трансформатора 11 с однополупериодными выпрямителями выполнены индивидуальные источники питания постоянного тока напряжением 24 В для каждого оптрона схемы контроля и защиты выходов управляющих оптореле. Тем самым обеспечивается независимый контроль срабатывания как нагруженных (в случае работающего основного каскада 6), так и ненагруженных (в случае неработающего резервного каскада 7) управляющих оптореле оптоэлектронного преобразователя 10.

Сигналы контроля и защиты транслируются со второго выхода оптоэлектронного преобразователя 10 (выхода схемы контроля и защиты) на второй вход контролирующего микроконтроллера 9. Контролирующий микроконтроллер 9 оценивает эти сигналы на совпадение сформированных оптоэлектронным преобразователем 10 временных характеристик импульсных комбинаций с временными характеристиками импульсных комбинаций, сформированных контролирующим микроконтроллером 9 в соответствии с сигналом, поступившим на его первый вход. При несовпадении вышеназванных характеристик с третьего выхода контролирующего микроконтроллера 9 подается управляющий сигнал выключения входных ключей оптоэлектронного преобразователя 10 на третий вход посредством входящего в его состав оптронного ключа, и тем самым отключается питание управляющих оптореле. И на второй выход контролирующего микроконтроллера 9 подается сигнал для включения светодиодного индикатора 16 «Отказ».

Результат сравнения передается по внутреннему коммуникационному порту (СОМ-порту) посредством интерфейса RS-232 на управляющий микроконтроллер 8. По этому СОМ-порту контролирующий микроконтроллер 9 периодически обменивается диагностической информацией с управляющим микроконтроллером 8 своего каскада.

Контролирующий микроконтроллер 9 периодически обменивается диагностической информацией с контролирующим микроконтроллером резервного каскада 7 по изолированному СОМ-порту, в том числе передает информацию на каскад 6 о подтверждении своей работоспособности.

Управляющий микроконтроллер 8 обрабатывает диагностическую информацию от контролирующего микроконтроллера 9 и передает ее по встроенному в него CAN-интерфейсу через разъем диагностического модуля 2 в систему технического диагностирования. CAN адрес каскада 6 или 7 задается управляющим микроконтроллером 8 по сигналу о наличии перемычек на разъеме диагностического модуля 2, поступившего со второго входа, соединенного с этим разъемом.

Помимо изолированного СОМ-порта каскады 6 и 7 связаны сигналами блокировки включения электромагнитного реле 4. Узел 12 управления электромагнитным реле 4, входящий в состав модуля 3 переключения, функционирует на базе данных сигналов. При исправности каскада 6 узел 12 принимает периодически по своему первому входу импульсный сигнал включения электромагнитного реле 4 с третьего выхода управляющего микроконтроллера 8 для контроля тока данного реле. Второй вход узла 12 фиксирует отсутствие сигнала блокировки электромагнитного реле 4 от контролирующего микроконтроллера резервного каскада 7. В результате первый выход узла 12 подключен к обмотке 17 реле 4, обеспечивающей связь контактной группы 13 с первым выходом оптоэлектронного преобразователя 10 (с выходами управляющих оптореле) основного каскада 6. Со второго выхода узла 12 на третий вход контролирующего микроконтроллера 9 поступает сигнал контроля целостности обмотки 17 электромагнитного реле 4 (по току его включения).

Контролирующий микроконтроллер 9 основного каскада 6 формирует импульсы (частота порядка 5 кГц) блокировки переключения электромагнитного реле 4 на резервный каскад 7. Эти импульсы передаются с четвертого выхода контролирующего микроконтроллера 9 на узел управления электромагнитного реле резервного каскада 7. Поэтому переключения на резервный каскад 7 не происходит.

При неисправности основного каскада 6 импульсы блокировки переключения электромагнитного реле 4 не выдаются. БКПТ-УР переключается на исправный резервный каскад 7. Переключение комплектов и информация о неисправности комплекта отображаются на светодиодных индикаторах 15 и 16.

В БКПТ-УР предусмотрена возможность использования в качестве основного любого из каскадов 6 или 7. Переход на другой каскад осуществляется нажатием кнопки сброса блока 1 работающего каскада и сопровождается срабатыванием электромагнитного реле 4 и засвечиванием индикатора 15 выбранного каскада. Другой каскад при этом становится резервным.

Эффективность бесконтактного кодового путевого трансмиттера заключается в увеличении ресурса работы за счет резервирования и применения микроконтроллеров и обеспечении диагностирования своего состояния. Результаты передаются в цифровые системы диагностики, что повышает безопасность движения поездов и надежность работы систем числовой кодовой автоблокировки и АЛСН.