Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для управления движением на железнодорожном переезде

Изобретение относится к устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам автоматического управления движением на железнодорожных переездах.

Известно устройство управления движением на железнодорожном переезде, содержащее по обе стороны от железнодорожного переезда рельсовые цепи участков приближения и удаления, а на каждом железнодорожном пути железнодорожного переезда - датчики фиксации проследования колесных пар поездов, прикрепленные к рельсам, при этом выход каждого датчика соединен с входом соответствующего блока обработки его сигналов, и содержащий блок контроля и управления, силовые выходы которого соединены с исполнительным устройством железнодорожного переезда (Тильк И.Г. Новые устройства автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2010, с. 46, рис. 2.15).

В известном устройстве автоматической переездной сигнализации с аппаратурой электронной системы счета осей включение и выключение исполнительного устройства переезда происходит в результате воздействия поезда на рельсовые цепи и устройства счета осей, связанные с двумя датчиками фиксации проследования колесных пар поездов для каждого железнодорожного пути на переезде. Рельсовые цепи осуществляют непрерывный контроль нахождения поезда на участках пути, прилегающих к переезду, а устройства счета осей позволяют фиксировать моменты освобождения переезда последним вагоном состава поезда для ускорения открытия шлагбаума после проследования поезда и при отсутствии приближающихся к переезду поездов на соседних железнодорожных путях.

Логика управления переездом реализуется программным и аппаратным путем в блоках счета осей и логического контроля и управления, в том числе с соблюдением требований по защите от опасных отказов на уровне полноты безопасности SIL4.

Уровень полноты безопасности SIL4 в электронных блоках устройств автоматической переездной сигнализации с аппаратурой электронной системы счета осей достигается за счет использования значительной аппаратной и программной избыточности, необходимой для построения устройств на основе аппаратных и программных самопроверяемых тестеров (Тильк И.Г. Новые устройства автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2010, с. 77).

Недостатком известного устройства управления движением на железнодорожных переездах является большой объем аппаратуры, расположенной непосредственно у рельсов, поскольку каждое устройство счета осей содержит не менее двух датчиков фиксации проследования колесных пар поездов для определения соответствия количества осей методом их совпадения, входящих на счетный участок пути между датчиками и выходящих с этого участка пути. Это снижает надежность системы и влечет дополнительные расходы на техническое содержание. Кроме того, аппаратная и программная сложность устройств, построенных на базе самопроверяемых тестеров, требует больших ресурсов электронной памяти и производительности процессоров для обработки существенно избыточной информации.

Наиболее близким из известных устройств по совокупности существенных признаков является выбранное в качестве прототипа устройство управления движением на железнодорожном переезде, содержащее по обе стороны от железнодорожного переезда рельсовые цепи участков приближения и удаления, а на каждом железнодорожном пути железнодорожного переезда по одному датчику фиксации проследования колесных пар поездов, прикрепленному к рельсам участка удаления, при этом выход каждого датчика соединен с входом соответствующего блока обработки его сигналов. Устройство также содержит блок контроля и управления, силовые выходы которого соединены с исполнительным устройством железнодорожного переезда. Устройство снабжено путевым приемопередатчиком, порт данных которого соединен с портом данных блока контроля и управления, при этом путевой приемопередатчик через цифровой канал радиосвязи соединен с приемопередатчиком бортового устройства управления локомотивом (RU 2468949, B61L 23/16, 10.12.2012).

В данном устройстве количество датчиков фиксации проследования колесных пар на переездах с двумя и более железнодорожными путями по сравнению с аналогом уменьшено в два и более раз, что существенно удешевляет аппаратуру, но техническая реализация блоков обработки сигналов от датчиков для выполнения уровня полноты безопасности SIL4 по-прежнему также сложна, как и в автоматической переездной сигнализации с аппаратурой электронной системы счета осей.

Другим недостатком известного устройства является то, что работоспособность электронных блоков устройства не проверяется в интервалах времени между проследованием через переезд поездов, а отказ приемопередатчика сразу приводит к невозможности использования всего устройства до тех пор, пока нормальная работа приемопередатчика не будет восстановлена.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности устройства без существенного его усложнения и увеличения стоимости.

Технический результат достигается тем, что устройство для управления движением на железнодорожном переезде, содержащее по обе стороны от железнодорожного переезда рельсовые цепи участков приближения и удаления, блок контроля и управления, силовыми выходами соединенный с исполнительным устройством железнодорожного переезда, путевой приемопередатчик, соединенный через цифровой канал радиосвязи с приемопередатчиком бортового устройства управления локомотивом каждого проходящего через переезд поезда, на каждом железнодорожном пути железнодорожного переезда установлен датчик фиксации проследования колесных пар поездов, прикрепленный к рельсам участка удаления, при этом выходы датчиков соединены соответственно с первым и вторым блоками обработки сигнала, согласно изобретению снабжено вторым путевым приемопередатчиком и третьим и четвертым интерфейсами связи, при этом первый выход/вход первого блока обработки сигналов через первый интерфейс связи соединен с первым входом/выходом блока контроля и управления, а его второй выход/вход через второй интерфейс связи соединен с входом/выходом первого путевого приемопередатчика, первый выход/вход второго блока обработки сигналов через третий интерфейс связи соединен со вторым входом/выходом блока контроля и управления, а его второй выход/вход через четвертый интерфейс связи соединен с входом/выходом второго путевого приемопередатчика, который через цифровой канал связи соединен с первым путевым приемопередатчиком.

На чертеже приведена структурная схема устройства для управления движением на железнодорожном переезде.

Для однопутного участка железной дороги схема будет аналогична, за исключением того ,что в ней датчик фиксации проследования колесных пар поездов продублирован еще одним таким же датчиком, прикрепленным к рельсам рядом с первым датчиком (на чертеже не показано).

Устройство для управления движением на железнодорожном переезде содержит по обе стороны от железнодорожного переезда 1 рельсовые цепи 2 и 3 участков приближения и удаления, блок 4 контроля и управления, силовыми выходами соединенный с исполнительным устройством 5 железнодорожного переезда 1, первый путевой приемопередатчик 6, соединенный через цифровой канал радиосвязи с приемопередатчиком 7 бортового устройства 8 управления локомотивом каждого проходящего через переезд 1 поезда 9, на каждом железнодорожном пути железнодорожного переезда 1 установлен датчик 10 (11) фиксации проследования колесных пар поездов, прикрепленный к рельсам участка удаления, при этом выходы датчиков 10 (11) соединены соответственно с первым 12 и вторым 13 блоками обработки сигнала. Устройство снабжено вторым путевым приемопередатчиком 14 и третьим 15 и четвертым 16 интерфейсами связи, при этом первый выход/вход первого блока 12 обработки сигналов через первый интерфейс связи 17 соединен с первым входом/выходом блока 4 контроля и управления, а его второй выход/вход через второй интерфейс связи 18 соединен с входом/выходом первого путевого приемопередатчика 6, первый выход/вход второго блока 13 обработки сигналов через третий интерфейс связи 15 соединен со вторым входом/выходом блока 4 контроля и управления, а его второй выход/вход через четвертый интерфейс связи 16 соединен с входом/выходом второго путевого приемопередатчика 14, который через цифровой канал связи соединен с первым путевым приемопередатчиком 6.

Устройство для управления движением на железнодорожном переезде работает следующим образом.

При приближении к переезду 1 поездов 9, оборудованных современными бортовыми устройствами 8 управления (например, КЛУБ-У или аналогичными), их локомотивные приемопередатчики 7 устанавливают сеанс связи с путевыми приемопередатчиками 6 (14) по цифровому каналу радиосвязи. Момент начала установления связи определяется бортовыми устройствами 8 управления поездов, имеющими информацию о координате местонахождения локомотива, о коде пути следования и о скорости движения своего поезда, а также о координате местонахождения очередного по ходу движения переезда 1 и кодовые адреса для связи с его путевыми приемопередатчиками 6(14). При подготовке каждого поезда 9 к отправлению на маршрут данные о координатах и кодовых адресах заносятся в электронную память бортовых устройств 8 управления поездов 9 вместе с заданием маршрута движения.

Рассмотрим движение поезда по рельсовой цепи 2 по правильному пути. При появлении каждого колеса движущегося поезда 9 над датчиком 10 фиксации проследования колесных пар поездов датчик 10 вырабатывает сигналы, несущие информацию о проходе колеса поезда над чувствительным элементом датчика. Каждый датчик 10 подключен к первому блоку 12 обработки сигналов, обрабатывающему выходной сигнал датчика 10 и формирующему аппаратно-программными средствами выходные сигналы, поступающие на соответствующий вход/выход блока 4 контроля и управления через первый блок 12 обработки сигнала и первый интерфейс 17 связи. Выходные сигналы несут в себе данные, необходимые для счета осей и для диагностирования исправной работы блока 4 контроля и управления. Диагностирование исправной работы блоков 4 контроля и управления производится в интервалах отсутствия поездов на переезде 1 с периодичностью порядка 3-10 секунд.

При наличии на локомотиве бортового устройства 8 управления и приемопередатчика 7 и успешном радиообмене данными между путевым приемопередатчиком 6 первого блока 12 обработки сигналов и локомотивным приемопередатчиком 7 поезда 9 время закрытого состояния железнодорожного переезда 1 сокращается.

Передаваемая с поезда 9 по цифровому каналу радиосвязи информация поступает в путевой приемопередатчик 6. Затем через второй интерфейс 18 связи информация поступает в первый блок 12 обработки сигналов и через его первый интерфейс 17 связи поступает в блок 4 контроля и управления. Эта информация содержит данные о количестве осей в составе поезда 9, его направлении движения, а также коде пути и обеспечивает возможность открытия железнодорожного переезда 1 через малый интервал времени после проследования в полном составе поездом 9 соответствующего датчика 10 фиксации проследования колесных пар. Блок 4 контроля и управления формирует для исполнительного устройства 5 команду на открытие железнодорожного переезда 1 при условии совпадения количества осей, прошедших над датчиком 10 фиксации проследования колесных пар, с числом осей данного поезда 9, информация о которых была передана по цифровому каналу радиосвязи.

При движении поезда по участку приближения по правильному пути для работы сигнализации железнодорожного переезда 1 основной является информация приемопередатчика 7 локомотива поезда 9 на закрытие переезда 1. Дополнительной (подтверждающей) информацией является показание рельсовой цепи 2 о шунтировании рельсов и появлении красного (запрещающего) сигнала на участке приближения.

При движении поезда по рельсовой цепи 2 по неправильному пути (осуществление временного движения в обратном направлении) основной для работы сигнализации железнодорожного переезда 1 остается информация бортового устройства управления 8 локомотива поезда 9, а подтверждающей (при приближении поезда 9 к переезду 1) - сигналы датчика 10 фиксации проследования колесных пар. При удалении поезда 9 основной является информация бортового устройства управления 8 локомотивом, подтвержденная сигналами рельсовых цепей.

При несовпадении количества осей переезд 1 остается закрытым до появления сигнала о свободности рельсовой цепи 2 на участке удаления. Если рельсовая цепь 2 не свободна, блок 4 контроля и управления через один из путевых приемопередатчиков 6 или 14, цифровой канал радиосвязи и локомотивный приемопередатчик 7 запрашивает у бортового устройства 8 управления информацию о количестве осей удаляющегося поезда. При подтверждении первоначального количества осей блок 4 контроля и управления подает сигнал о возможности открытия шлагбаума.

При движении поезда по рельсовой цепи 3 устройство работает аналогичным образом.

То, что блоки 12 и 13 обработки сигналов снабжены собственными путевыми приемопередатчиками 6 и 14 соответственно, связанными по радиоканалу цифровой связи друг с другом, позволяет в интервалах времени между счетом осей организовать интенсивный взаимный обмен тестовыми последовательностями сигналов. Ввиду аппаратной и программной независимости блоков 12 и 13 обработки сигналов эти тестовые сигналы позволяют протестировать правильность функционирования путевых приемопередатчиков 6 и 14, самих блоков 12 и 13 обработки сигналов и связанного с ними блока 4 контроля и управления вместе с первым 17, вторым 18, третьим 15 и четвертым 16 интерфейсами связи.

Частое по сравнению с прототипом тестирование повышает в заявляемом устройстве коэффициент готовности всей электронной аппаратуры переезда 1, включая и средства радиосвязи с поездами 9.

На время закрытого состояния переезда тестирование прекращается для того, чтобы основные функции устройства, связанные со счетом осей и контролем освобождения переезда 1, выполнялись с максимальным уровнем защищенности от сбоев.

Формирование результатов счета осей, управление радиосвязью с поездами, управление исполнительным устройством 5, а также оценку результатов тестирования всей электронной аппаратуры производит блок 4 контроля и управления.

Блок 4 контроля и управления, как и в прототипе, имеет уровень полноты безопасности SIL4 в части выполнения всех внутренних и внешних ответственных функций.

По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве существенно упрощена аппаратно-программная реализация блоков 12 и 13 обработки сигналов. Это достигается уменьшением для блоков 12 и 13 обработки сигнала требований к внутренней программно-аппаратной избыточности. Для достижения в системе требуемого уровня полноты безопасности SIL4 каждому из блоков 12 и 13 обработки сигнала достаточно иметь уровень полноты безопасности SIL2. Сравнение вырабатываемых блоками 12 и 13 обработки сигнала данных с независимыми проверочными данными происходит в безопасной схеме сравнения блока 4 контроля и управления. Поскольку техническая реализация блоков 12 и 13 обработки сигнала с уровнем полноты безопасности SIL2 намного проще и помехоустойчивее, чем техническая реализация блоков 12 и 13 обработки сигнала в прототипе (с уровнем полноты безопасности SIL4), во время счета осей избыточные аппаратные и программные средства в этих блоках, связанные с режимами тестирования, вообще не участвуют в процессе выполнения функции счета осей. Счет осей в устройстве выполняется с более высоким по сравнению с прототипом уровнем надежности и помехозащищенности.

В отличие от прототипа, где отказ путевого приемопередатчика 6 сразу приводил к полному отказу устройства, в предлагаемом техническом решении отказ одного из путевых приемопередатчиков 6 или 14 не прекращает использование устройства, так как блок 4 контроля и управления переключает связь со всеми поездами 9 на исправный путевой приемопередатчик. На двухпутных участках, когда выходит из строя один из двух путевых приемопередатчиков 6 или 14, обеспечивается сохранение работоспособности устройства на время до устранения отказа, поскольку блок 4 контроля и управления берет на себя управление взаимным тестированием блоков 12 и 13 обработки сигнала с использованием обмена тестовыми данными между блоками 12 и 13 обработки сигнала и процессором блока 4 контроля и управления посредством первого 15 и третьего 17 интерфейса связи. Уровень полноты безопасности SIL4 в данном случае полностью сохраняется, и только временно снижается коэффициент готовности устройства из-за временного отсутствия резервирования путевого приемопередатчика 6 или 14.

На однопутном участке железной дороги дополнительный датчик 11 фиксации проследования колесных пар поездов 9 увеличивает сложность аппаратуры, но одновременно повышает надежность счета осей, так как счет осей одного и того же поезда выполняется дважды. В остальном устройство работает аналогично описанному варианту устройства для двух и более путей.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается повышение надежности работы, при этом конструктивное усложнение устройства, связанное с введением для каждого блока обработки сигнала соответствующего путевого приемопередатчика, компенсируется конструктивным и программным упрощением в блоках 12 и 13 обработки сигнала каналов обработки цифровой информации. Для уровня SIL2, в отличие от электронных блоков с уровнем полноты безопасности SIL4, в блоках 12 и 13 обработки сигнала не требуются второй канал обработки информации и безопасная схема контроля дублированной аппаратуры, а значит, существенное повышение надежности устройства достигается без существенного его усложнения и увеличения стоимости.