Результат интеллектуальной деятельности: Централизованная система контроля перегонных рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к системам контроля перегонных рельсовых цепей.

Известна система контроля перегонных рельсовых цепей, содержащая на перегоне между постами электрической централизации соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходные светофоры, причем каждая из упомянутых неограниченных рельсовых цепей тональной частоты соответственно одним концом соединена с напольным устройством сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения своего приемного конца, а все напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей соединены через кабельную сеть с ближайшими к их блок-участкам постами электрической централизации. На постах электрической централизации размещены приемники кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы упомянутых приемников через кабельную сеть соединены с выходами соответствующих напольных устройств сопряжения приемных концов рельсовых цепей (Федоров Н.Е. Современные системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями: Учебное пособие. - Самара: СамГАПС, 2004, рис 5.3, стр. 110).

Известная система имеет недостаточный уровень надежности, обусловленный повышенной сложностью аппаратуры на постах электрической централизации, в частности сложностью передатчиков кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, реализующих сложные алгоритмы формирования кодированных аналоговых сигналов, с соблюдением требований по безопасности движения поездов.

Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату системой является выбранная в качестве прототипа централизованная система контроля перегонных рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения, содержащая на перегоне между постами электрической централизации соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходные светофоры, причем каждая из упомянутых неограниченных рельсовых цепей тональной частоты соответственно одним концом соединена с напольным устройством сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения своего приемного конца, а все напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей соединены через кабельную сеть с ближайшими к их блок-участкам постами электрической централизации, при этом на постах электрической централизации размещены приемники кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы упомянутых приемников через кабельную сеть соединены с выходами соответствующих напольных устройств сопряжения приемных концов рельсовых цепей, и содержащая блоки коммутации, блоки управления и резервные передатчики, при этом выходы всех основных передатчиков соответственно соединены через блоки коммутации своих постов электрической централизации и кабельную сеть с соответствующими входами напольных устройств сопряжения передающих концов рельсовых цепей, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блоков управления своих постов электрической централизации, а резервные передатчики своими портами связи подключены к отдельным портам связи блоков управления своих постов электрической централизации и своими выходами соединены с отдельными входами блоков коммутации своих постов электрической централизации, а управляющие порты каждого из блоков управления соединены с портами управления соответствующих блоков коммутации (RU 2405698, B61L 3/12, 10.12.2010).

Известная система недостаточно приспособлена к разрешению конфликтов, связанных с назначением приоритетов по конфигурации резервирования и по очередности подключений основных и резервных передатчиков, при восстановлении работоспособного состояния системы как при отказах основных и резервных передатчиков, так и при сбоях в работе устройств электропитания основных и резервных передатчиков и/или сбоев в работе средств обмена данными между блоками системы.

Эти недостатки связаны с ограниченным обменом информацией с системами верхнего иерархического уровня управления движением поездов, с недостаточной полнотой диагностической информации о параметрах, характеризующих как внешние условия работы основных и резервных передатчиков, так их собственную исправность и запасы работоспособности.

Эти недостатки ограничивают возможности эффективного, с точки зрения надежности, управления в системе конфигурацией и приоритетностью использования основных и резервных передатчиков.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности системы посредством более эффективного использования аппаратных средств резервирования в различных условиях эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в централизованной системе контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения, содержащей между постами электрической централизации соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходные светофоры, причем каждая из неограниченных рельсовых цепей тональной частоты одним концом соединена с напольным устройством сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством сопряжения своего приемного конца, все напольные устройства сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей соединены через кабельную сеть с ближайшими к их блок-участкам постами электрической централизации, при этом на постах электрической централизации размещены приемники кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей и основные передатчики кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы приемников через кабельную сеть соединены с выходами соответствующих напольных устройств сопряжения приемных концов рельсовых цепей, на каждом из постов электрической централизации установлен блок коммутации, блок управления и резервный передатчик, выходы всех основных передатчиков соединены через блок коммутации своих постов электрической централизации и кабельную сеть с соответствующими входами напольных устройств сопряжения передающих концов рельсовых цепей, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блока управления своего поста электрической централизации, резервный передатчик своим портом связи подключен к отдельному порту связи блока управления своего поста электрической централизации, а своим выходом соединен с дополнительным входом блока коммутации своего поста электрической централизации, при этом управляющий порт каждого блока управления соединен с портом управления соответствующего блока коммутации, согласно изобретению на каждом посту электрической централизации к блоку управления подключены последовательно соединенные блок контроля электропитания, персональный компьютер автоматизированного рабочего места оператора системы технического обслуживания устройств системы и персональный компьютер автоматизированного рабочего места оператора системы управления движением поездов, при этом персональный компьютер автоматизированного рабочего места оператора системы технического обслуживания устройств системы подключен своим вторым входом/выходом к блоку управления.

На чертеже приведена функциональная схема заявляемой централизованной системы контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения.

Централизованная система контроля рельсовых цепей тональной частоты для высокоскоростного движения содержит между постами электрической централизации 1 и 2 соседних станций блок-участки с неограниченными рельсовыми цепями 3l-3n тональной частоты и проходные светофоры 4, причем каждая из неограниченных рельсовых цепей 3l-3n тональной частоты одним концом соединена с напольным устройством 5 сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца, а другим концом соединена с напольным устройством 6 сопряжения своего приемного конца, все напольные устройства 5, 6 сопряжения приемных концов и передающих концов рельсовых цепей 3l-3n соединены через кабельную сеть 7 с ближайшими к их блок-участкам постами электрической централизации 1 или 2, при этом на постах электрической централизации 1 и 2 размещены приемники 8 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3l-3n и основные передатчики 9 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3l-3n, которые чередуются по частоте несущей формируемых ими кодовых сигналов, а входы приемников 8 через кабельную сеть 7 соединены с выходами соответствующих напольных устройств 6 сопряжения приемных концов рельсовых цепей 3l-3n, на каждом из постов электрической централизации 1 и 2 установлен блок 10 коммутации, блок 11 управления и резервный передатчик 12, выходы всех основных передатчиков 9 соединены через блок 10 коммутации своих постов электрической централизации и кабельную сеть 7 с соответствующими входами напольных устройств 5 сопряжения передающих концов рельсовых цепей 3l-3n, а своими портами связи соединены с соответствующими портами связи блока 11 управления своего поста электрической централизации 1 или 2, резервный передатчик 12 своим портом связи подключен к отдельному порту связи блока 11 управления своего поста электрической централизации, а своим выходом соединен с дополнительным входом блока 10 коммутации своего поста электрической централизации, при этом управляющий порт каждого блока 11 управления соединен с портом управления соответствующего блока 10 коммутации, при этом на каждом посту электрической централизации 1 или 2 к блоку 11 управления подключены последовательно соединенные блок 13 контроля электропитания, персональный компьютер автоматизированного рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы и персональный компьютер автоматизированного рабочего места 15 оператора системы управления движением поездов, при этом персональный компьютер автоматизированного рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы подключен своим вторым входом/выходом к блоку 11 управления.

Система функционирует следующим образом.

Основными отличительными особенностями систем автоблокировки, для которых может быть использовано данное изобретение, являются:

- использование тональных рельсовых цепей;

- отсутствие изолирующих стыков;

- наличие проходных светофоров;

- размещение основного оборудования на станциях, ограничивающих перегон;

- двухстороннее движение по каждому пути двух путного перегона;

- наличие защитных участков для обоих направлений движения;

- контроль исправности жил кабеля рельсовых цепей;

- контроль последовательности занятия рельсовых цепей при включении кодовых сигналов автоматической локомотивной сигнализации (АЛС);

- контроль правильности занятия и освобождения рельсовых цепей блок-участка (контроль потери шунта) с блокировкой светофоров и схем кодирования АЛС.

Путевые приемники 8 контролируют состояние рельсовых цепей 3 той части перегона, которая отнесена к данной станции. Путевые реле рельсовых цепей воздействуют на сигнальные реле (не показаны), которые обеспечивают выбор требуемых показаний проходных светофоров и кодовых сигналов АЛС. Кроме того, путевые реле воздействуют на схемы включения кодовых сигналов в рельсовые цепи и на блокирующие реле (не показаны), управляют схемами контроля последовательного занятия и последовательного освобождения рельсовых цепей (не показаны).

Схемы замыкания и размыкания перегонных устройств включают в себя блокирующие реле и схемы контроля последовательного освобождения рельсовых цепей (все упомянутые релейные схемы соответствуют типовым решениям и на чертеже не показаны). При вступлении поезда на какой-либо блок-участок блокирующее реле воздействует на сигнальные реле этого блок-участка, что исключает открытие проходного светофора 4, ограждающего данный блок-участок, и выбор разрешающего кодового сигнала для предыдущего блок-участка (замыкание блок-участка).

Размыкание блок-участка проводится автоматически с участием схемы контроля последовательного освобождения рельсовых цепей этого блок-участка и защитного участка. Нарушение указанной последовательности при освобождении блок-участка может быть следствием потери шунта при фактически занятом блок-участке или защитном участке. При этом размыкание блок-участка не происходит и разрешающий сигнал не включается.

Станционная аппаратура системы размещается на станциях, ограничивающих перегон, устанавливается в постах электрической централизации 1 и 2 и соединяется с напольным оборудованием при помощи кабельной сети 7. Деление перегона (разделение кабельной сети 7 на две части) производится по сигнальной установке, находящейся в середине перегона.

К напольному оборудованию системы относятся проходные светофоры 4, соединительные кабели кабельной сети 7, разветвительные муфты и путевые ящики (не показаны) для размещения устройств сопряжения 5, 6, включающих схемы согласования и защиты (не показаны) рельсовых цепей 3 и сигнальные трансформаторы (не показаны).

Для контроля состояния блок-участков используются два типа рельсовых цепей 3 - длинные, контролирующие участки пути длиной до 1 км с частотами сигнального тока f1 и f2, и короткие - с частотами сигнального тока f1 и f2, служащие для контроля участков пути на границе блок-участков в зоне расположения проходных светофоров 4.

Исключение подпитки от рельсовых цепей 3 соседнего пути осуществляется путем применения комбинаций несущих частот и модулирующих сигналов. Исключение подпиток от рельсовых цепей 3 своего пути осуществляется чередованием комбинаций несущих частот и модулирующих сигналов таким образом, что путевой приемник 8 кодовых сигналов тональной частоты данной рельсовой цепи 3 удален от передатчика 9 кодовых сигналов тональной частоты другой рельсовой цепи с идентичными комбинациями несущего и модулирующего сигнала на расстояние, обеспечивающее затухание настолько, что он не воспринимается данным путевым приемником 8. При исправной работе всех устройств сигналы, формируемые каждым основным передатчиком 9 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3i и 3i+1, проходят через соответствующие вход и выход блока 10 коммутации в кабельную сеть 7 и далее, через соответствующие устройства сопряжения 5, проходят в питающие концы смежных рельсовых цепей 3i и 3i+1. Затем эти сигналы проходят через рельсы рельсовых цепей 3i и 3i+1, через соответствующие устройства сопряжения 6 приемных концов, обратно через кабельную сеть 7 и попадают на входы соответствующих приемников 8 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей 3i и 3i+1. Такой режим работы блока 10 коммутации определяется кодовым сигналом выбора режима исправной работы, который поступает с выхода управляющего порта соответствующего блока 11 управления.

При нормальной работе, если уровень сигнала на входе соответствующего приемника 8 превышает установленный пороговый уровень логической "1", приемник 8 фиксирует свободность соответствующего путевого участка, а если уровень сигнала на входе соответствующего приемника 8 ниже установленного порогового уровня логического "0", то приемник фиксирует занятость соответствующего путевого участка. При принятии решения для обеспечения безопасности работы устройств используется декодированный сигнал, имеющий информационную защиту.

Каждый основной передатчик 9, а также резервный передатчик 12 имеет встроенное устройство диагностики, периодически выдающее через порт связи передатчика кодовые сигналы исправной или неисправной работы, которые приходят через соответствующие порты связи в соответствующие блоки 11 управления. Если блок 11 управления получает информацию о неисправной работе передатчиков 9 кодовых сигналов тональной частоты, то он передает через свой управляющий порт команду перевода блока 10 коммутации в резервный режим работы. В резервном режиме работы выход неисправных передатчиков 9 отключается блоком 10 коммутации от нагрузки, сами неисправные передатчики 9 отключается от системы, а резервный передатчик 12 соответствующего поста электрической централизации 1 или 2 подключается к работе вместо неисправного передатчика 9. Резервные передатчики 12 могут быть индивидуальными для каждого основного передатчика 9 или по одному или более одного на группу основных передатчиков 9, причем часть из резервных передатчиков 12 может работать в горячем резерве, а часть - в холодном резерве. Остальная часть системы в резервном режиме работает практически без изменения. Блок 11 управления хранит в своей памяти алгоритмы работы в различных режимах резервирования и данные по настройкам нормальной работы каждого из основных передатчиков 9, эти данные он периодически обновляет в процессе нормальной работы по линии связи с персональным компьютером рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы, который, в свою очередь, при выборе алгоритмов управления надежностью учитывает команды, поступающие из персональных компьютеров автоматизированного рабочего места 15 оператора системы управления движением поездов. В частности, эти данные используются для настройки частоты и мощности кодового сигнала, подаваемого каждым резервным передатчиком 12 в рельсовые цепи 3i и 3i+1, для сохранения в резервных режимах режимов работы в рельсовых цепях 3i и 3i+1 без изменения.

Для обеспечения высокого коэффициента готовности блоков 10 коммутации, блоков 11 управления и резервных передатчиков 12 к переходу в резервный режим они периодически тестируются. Периодичность тестирования определяется настройкой внутреннего таймера блока 11 управления. По истечении заданного времени и после освобождения проходящим поездом пары смежных рельсовых цепей 3i и 3i+1 резервные передатчики 12 кратковременно переключаются в резервный режим по команде, формируемой блоком 11 управления, а затем снова возвращаются в нормальный режим с регистрацией в блоке 11 управления результатов проверки узлов, связанных с резервным режимом рельсовых цепей 3i и 3i+1. Тестирование совместно с резервированием основных передатчиков 9 обеспечивают существенное повышение надежности. Резервированная часть аппаратуры находится на постах электрической централизации, поэтому при возникновении перехода в резервный режим или при обнаружении неисправностей блока 10 коммутации, блока 11 управления и резервного передатчика 12 во время тестирования устранение неисправностей не требует больших затрат труда и времени и может осуществляться без существенных помех движению поездов.

Передатчики 9 кодовых сигналов тональной частоты рельсовых цепей являются наиболее важными функциональными узлами, влияющими на живучесть системы управления движением поездов на перегонах. Передатчики 9 служат для формирования сигналов контроля тональных рельсовых цепей и для формирования сигналов кодирования локомотивной сигнализации - АЛСН и АЛСЕН. Выходной сигнал генератора передатчиков 9 представляет собой арифметическую сумму указанных сигналов.

Характеристики формируемых сигналов определяются на основании:

- параметров, запрограммированных в энергонезависимой памяти в ходе конфигурации передатчиков 9;

- параметров, записанных в энергонезависимой памяти в ходе настройки уровней выходных сигналов;

- состояния входных дискретных сигналов.

Если при отказах приемников 8 возможность интервального регулирования движения поездов сохраняется по сигналам АЛСН и АЛСЕН, которые принимаются локомотивными устройствами АЛС, то при отказах передатчиков 9 и при отсутствии их резервирования движение поездов по соответствующим блок-участкам сначала блокируется, а затем осуществляется по разрешению диспетчера с малой скоростью.

Основной передатчик 9 и резервный передатчик 12, применяемые в предлагаемой системе, так же, как и остальные узлы, периодически тестируются. Результаты тестирования через порты связи поступают сначала в соответствующий блок 11 управления, а затем в виде общей телеграммы о результатах тестирования через порт связи блока 11 управления поступают в персональный компьютер рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы.

В персональный компьютер рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы также поступают сообщения от блока 13 контроля электропитания о нарушении или прогнозировании нарушений условий внешнего электропитания основного передатчика 9 и резервного передатчика 12. Блок 13 контроля электропитания передатчиков 9, 12 повышает надежность функционирования системы, предотвращая ложные срабатывания системы включения резервирования из-за ошибок систем тестирования и ошибок при передаче данных по интерфейсам связи во время сбоев электропитания. Его данные поступают в персональный компьютер рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы, а оттуда в блок 11 управления, где используются для блокирования ложных сообщений тестирования при сбоях электропитания.

Персональный компьютер рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы автоматически вмешивается в выбор алгоритмов работы блока 11 управления, если настройки этого блока, заданные по умолчанию, не подходят к сложившимся условиям эксплуатации.

По умолчанию настройка блоков 11 контроля и конфигурация соединений в блоках 10 коммутации предусматривает наиболее быструю замену неисправного передатчика 9 свободным резервным передатчиком 12, работающем в горячем резерве и настроенным заранее на требуемые параметры выходного сигнала для питания соответствующей рельсовой цепи 3. В этом случае время переключения с основного передатчика 9 на резервный передатчик 12 настолько мало, что кратковременные сбои сигнала, поступающего в рельсовую цепь 3 и в бортовые устройства локомотивов, не вызывают сбоя в работе этих устройств, существенно влияющего на движение поездов. Такой режим работы - без привлечения к решению задач резервирования интеллектуальных возможностей программного обеспечения в автоматизированных рабочих местах 15 оператора системы управления движением поездов и в автоматизированных рабочих местах 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы - используется системой или при наличии своего резервного передатчика 12, работающего в горячем резерве для каждого основного передатчика 9, или при наличии достаточного количества свободных резервных передатчиков 12, работающих в горячем резерве и распределенных по группам основных передатчиков 9, с одинаковыми настройками параметров их выходных сигналов. В случаях, когда нет свободных резервных передатчиков 12 с необходимой настройкой выходного сигнала и работающих в горячем резерве или когда в персональный компьютер автоматизированного рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы из блоков 13 контроля электропитания передатчиков 9, 12 и/или из блока 11 управления поступает информация о сбоях питания и/или информация по прогнозированию скорого выхода параметров выходного сигнала какого-либо передатчика 9, 12 за установленные допуски, соответствующие управляющие программы персонального компьютера автоматизированного рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы запрашивают от персонального компьютера автоматизированного рабочего места 15 оператора системы управления движением поездов рекомендации по выбору моментов времени и очередности перехода рельсовых цепей 3 на резервный режим. Моменты времени перехода и очередность перехода рельсовых цепей 3 на резервный режим персональный компьютер автоматизированного рабочего места 15 оператора системы управления движением поездов задает так, чтобы минимизировать сбои в работе системы управления движением поездов из-за перерывов в поступлении нормальных сигналов от передатчиков 9, 12 в рельсовые цепи 3, ближайшие по ходу движения соответствующих поездов. Перед переходами на резервный режим в этих случаях персональный компьютер автоматизированного рабочего места 14 оператора системы технического обслуживания устройств системы при необходимости передает в блок 11 управления команды по автоматической перенастройке параметров выходных сигналов резервных передатчиков 12 и команды для блоков 10 переключений по соответствующему изменению конфигурации соединений для резервирования.

Тестирование совместно с резервированием обеспечивает существенное повышение надежности.

Поскольку резервированная часть аппаратуры находится на постах электрической централизации, при возникновении перехода в резервный режим или при обнаружении неисправностей блоков 10 коммутации, 11 управления и резервного передатчика 9 во время тестирования устранение неисправностей не требует больших затрат труда и времени и может осуществляться без существенных помех движению поездов.

Таким образом, заявляемое изобретение повышает надежность системы посредством более эффективного использования аппаратных средств резервирования в различных условиях эксплуатации.