Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНОСТИ ОТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА УЧАСТКОВ ПУТИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕГОНЕ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на участках, оборудованных системами полуавтоматической блокировки.

Известно устройство для определения свободности от подвижного состава участка железнодорожного пути, в котором осуществляется сравнение посчитанных соответствующими реверсивными счетчиками количества осей колесных пар подвижного состава при вступлении его на участок железнодорожного пути и количества осей колесных пар подвижного состава при уходе его с упомянутого участка и при сохранении разницы между ними неизменной принимают решение о незанятости участка, причем разницу оценивают с учетом начальных показаний счетчиков при подаче на них питания (RU 2106993, B61L 1/16, 20.03.98). Недостатками известного технического решения является низкая пропускная способность в случае длинных перегонов, возможность фиксации ложной занятости, в случае сбоев при счете осей, которая обуславливает необходимость дополнительного визуального контроля свободности перегона.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является принятая в качестве прототипа система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, содержащая два полукомплекта аппаратуры, установленных на счетных участках станций, ограничивающих перегон, причем каждый полукомплект содержит рельсовые датчики, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней, цифровой радиосвязи, который через стационарный радиомодем соединен со стационарной антенной (RU 2238866, B61L 21/06, 27.10.04).

Известная система обладает недостаточной пропускной способностью при наличии длинных перегонов между станциями.

Технический результат изобретения заключается в повышении пропускной способности системы при длинных перегонах между станциями.

Технический результат достигается тем, что в системе для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, состоящей из двух полукомплектов аппаратуры, установленной на счетных участках станций, ограничивающих перегон, каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем с антенной, согласно изобретению на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт, включающий стационарный приемопередающий блок маломощного цифрового радиоканала ближней связи, порт управления которым соединен с первым портом микроконтроллера, второй порт которого через интерфейс сопряжения соединен с пассивным датчиком прохода колеса, входы питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера подключены к автономному источнику питания, на каждом локомотиве подвижного состава установлено приемопередающее устройство каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали соединено с центральным бортовым устройством управления движением подвижного состава.

В промежуточном счетном пункте стационарный приемопередающий блок может дополнительно содержать приемопередающий GSM-модуль, а автономный источник питания состоять из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей, подключенных к входу второго стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля, первая аккумуляторная батарея соединена с входом первого стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора напряжения.

На чертеже приведена структурная схема системы для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне.

Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне 1 состоит из двух полукомплектов аппаратуры (на чертеже показан один полукомплект аппаратуры), установленной на счетных участках 2 станций, ограничивающих перегон 1. Каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики 3, которые через формирователь 4 сигналов соединены с входом блока 5 приемников, выход которого через блок 6 интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью 7 связи, к которой подключены блок 8 интерфейса с электрической централизацией, блок 9 управления и блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем 11 с антенной. На каждом из промежуточных участков 12 железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт 13, включающий стационарный приемопередающий блок 14 маломощного цифрового радиоканала ближней связи, порт управления которым соединен с первым портом микроконтроллера 15, второй порт которого через интерфейс 16 сопряжения соединен с пассивным датчиком 17 прохода колеса, входы питания стационарного приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 15 подключены к автономному источнику 18 питания, на каждом локомотиве 19 подвижного состава установлено приемопередающее устройство 20 каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали 21 соединено с центральным бортовым устройством 22 управления движением подвижного состава. В промежуточном счетном пункте 13 стационарный приемопередающий блок 14 может дополнительно содержать приемопередающий GSM-модуль 23, а автономный источник 18 питания состоять из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей 24, 25, подключенных к входу второго стабилизатора 26 напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля 23, первая аккумуляторная батарея 24 соединена с входом первого стабилизатора 27 напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 15, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора напряжения.

Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне работает следующем образом.

Полукомплекты работают попарно в двух основных режимах приема и отправления. Когда один полукомплект работает в режиме отправления, другой работает в режиме приема. В режиме отправления состава со станции на вход блока 8 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал отправления на прилегающую станцию, который через локальную магистраль 7 связи передается в виде кодовой посылки блоку 9 управления. При въезде первой колесной пары на счетный участок 2 на вход блока 8 поступает сигнал занятости контрольного участка 2, который в виде кодовой посылки через локальную магистраль 7 связи передается блоку 9 управления. Блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи передает блоку 6 интерфейса со счетчиками осей команду на включение счета осей. Блок 6 включает блок 5 приемников, получающий входные сигналы прохода колесных пар поезда от рельсовых датчиков 3.

Информацию о проходе всего состава по счетному участку 2 железнодорожного перегона 1 формирует блок 8 в виде кодовой посылки, которая передается через локальную магистраль 7 связи в блок 9 управления. По этой же локальной магистрали блок 9 управления получает от блока 6 информацию о количестве осей состава, прошедших по счетному участку 2. Далее блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи передает в блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи информацию о количестве осей в составе, прошедшем по счетному участку 2. Эта информация через радиомодем 11 по радиоканалу дальней цифровой радиосвязи поступает в бортовое приемопередающее устройство 20 локомотива 19 подвижного состава, уходящего со станции. Полученная информация о количестве осей в составе через локальную магистраль 21 записывается в память центрального бортового устройства 22 управления движением поезда.

В режиме приема состава на станцию передатчик бортового приемопередающего устройства 20 локомотива 19 по каналу дальней цифровой радиосвязи передает информацию о количестве осей в его составе в стационарный радиомодем 11 дальней цифровой радиосвязи полукомплекта принимающей станции. Эта информация через блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи и локальную магистраль 7 связи поступает в блок 9 управления на принимающей станции. После прохода всего прибывающего состава по счетному участку 2 (аналогично рассмотренному при отправлении поезда) блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи получает от блока 6 информацию о количестве осей состава, прошедших по счетному участку 2 принимающей станции. Блок 9 управления сравнивает посчитанное блоком 6 число осей и информацию о количестве осей, поступившую с локомотива 19, и при совпадении чисел передает через локальную магистраль 7 связи команду в блок 8 принимающей станции на выдачу сигнала прибытия поезда в полном составе. Блок 8 вырабатывает соответствующий сигнал прибытия в полном составе и формирует кодовую посылку, которую передает через локальную магистраль 7 связи в блок 9 управления, и система приходит в исходное состояние. Для повышения пропускной способности локомотив 19 в процессе движения по перегону 1 может активизировать работу нескольких (в случае длинных перегонов) промежуточных счетных пунктов 13 для координатного контроля постепенного освобождения участков пути перегона 1. Эта возможность имеется для локомотивов, оборудованных современными устройствами управления (например, КЛУБ-У). В устройствах управления КЛУБ-У в электронной памяти центрального бортового устройства управления движением поезда содержится карта маршрута с координатной привязкой местоположения путевых устройств, а также имеется подсистема определения текущей координаты местонахождения локомотива 19.

В этом случае, при проследовании локомотивом 19 промежуточного счетного пункта 13, система работает следующим образом.

При приближении локомотива 19 к очередному промежуточному счетному пункту 13, центральное бортовое устройство 22 управления активизирует в бортовом приемопередающем устройстве 20 приемопередатчик (на чертеже не показан) маломощного цифрового радиоканала связи, который непрерывно через свою бортовую антенну вызывает стационарный приемопередающий блок 14 маломощного цифрового радиоканала ближней связи промежуточного счетного пункта 13, используя известный ему адрес вызова приемопередающего блока 14 маломощного цифрового радиоканала, с известной координатой местоположения. Сигнал, принятый блоком 14, переключает его из ждущего режима, обеспечивающего малый ток потребления, в режим установления связи. В этом режиме он вначале принимает от бортового приемопередающего устройства 20 локомотива 19 информацию о его адресе. В ответе блок 14 передает информацию на локомотив 19 о своей координате и диагностическую информацию о своей готовности и исправности (в частности, о степени заряда автономного источника 18 питания). Принятую информацию бортовое приемопередающее устройство 20 передает в центральное бортовое устройство 22 управления для проверки идентификационных и диагностических данных аппаратуры данного промежуточного счетного пункта 13. При положительном результате проверки передатчик бортового приемопередающего устройства 20 локомотива 19 передает в стационарный приемопередающий блок 14 пакет информации, содержащий номер локомотива 19, номер вызова локомотивных устройств для передачи данных по GSM связи, количество осей в составе и разрешение на счет осей. В процессе проверки аппаратура локомотива 19 использует информацию о координате промежуточного счетного пункта 13 из электронной карты маршрута и о своей координате, определенной устройством спутниковой навигации (на чертеже не показаны) центрального бортового устройства 22 управления движением подвижного состава. При каких-либо ошибках в принятии пакетов информации осуществляется повторная передача пакетов информации. После окончания обмена информацией передатчик бортового приемопередающего устройства 20 начинает передавать сигнал несущей маломощного цифрового радиоканала связи, по уровню принимаемой мощности которого на промежуточном счетном пункте 13 оценивают степень приближении локомотива. Поскольку скорость передачи по маломощному цифровому радиоканалу связи достигает десятков килобод, а дальность надежной связи составляет 1-2 километра, сеанс надежного радиообмена между промежуточным счетным пунктом 13 и приближающимся к нему локомотивом 19 завершается в течение 1-3 секунд, т.е. за десятки секунд до прохода локомотивом 19 промежуточного участка 12 с промежуточным счетным пунктом 13. Для снижения в это время расхода энергии батареи стационарный приемопередающий блок 14 снова переходит в режим ожидания с малым потреблением, а в режим готовности к приему и передаче переходит только при заданном уровне несущей принимаемого сигнала. Если локомотив остановится, не проехав промежуточный счетный пункт 13, то прекращается передача несущей, чтобы аппаратура промежуточного счетного пункта 13 вернулась в ждущий режим с малым потреблением тока. Этот алгоритм позволяет с помощью небольшой батареи (например, Tadiran TL-5135 напряжением 3.6 В, емкостью 1700 мА·ч, диапазоном рабочих температур -55°С +85°C, и временем саморазряда 10 лет) обеспечить длительную работу аппаратуры промежуточного счетного пункта 13 без подзарядки батареи. Отсутствие необходимости в частой подзарядке батареи позволяет исключить потребность в проводах для подвода питания к промежуточным счетным пунктам 13, что обеспечивает существенное преимущество заявляемой системы по сравнению с такими известными системами с промежуточными пунктами счета осей, как микропроцессорная полуавтоматическая блокировка разработки НПЦ «Промэлектроника» УрГУПС. Применение маломощного радиоканала цифровой радиосвязи существенно удешевляет аппаратуру промежуточного счетного пункта 13 из-за малых габаритов и стоимости компонентов оборудования. Для сохранения этих преимуществ используется пассивный датчик прохода колеса 17 (типа рельсовой педали), потребляющий электроэнергию с выхода микроконтроллера 15 только во время счета осей. В свою очередь микроконтроллер 15 и приемопередающий блок 14 переводятся в активный режим из ждущего режима с очень малым током потребления при получении приемопередающим блоком 14 с локомотива 19 радиосигнала определенной частоты и превышением заданного уровня мощности. Активный режим приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 15 сохраняется только во время их взаимодействия с проходящим локомотивом 19. Выпускаются различные микроконтроллеры с потреблением тока в ждущем режиме на уровне нескольких микроампер (например, серия MSP430) и микросхемы маломощных приемопередатчиков с функцией перехода из режима с микропотреблением тока в режим приема и передачи от радиосигнала. Например, выпускается микросхема СС1101 с функцией wake up on radio. Микросхема CC1101 выполняет в приемопередающем блоке 14 функции приемопередатчика ISM диапазона радиосвязи 330-440 МГц. Микросхема CC1101 с заданной периодичностью (в течение короткого времени) по сигналу внутреннего таймера осуществляет быструю проверку радиоэфира на наличие радиосигнала с заданной частотой и уровнем. Если такого сигнала нет, то она снова переходит в «спящий режим». Средний ток потребления микросхемы в таком режиме составляет 10-15 микроампер. Применение таких компонентов с питанием от батареи типа TL-5135 позволяет обеспечить работу аккумуляторной батареи 24 без подзарядки в течение 2,5-5 лет. При проходе над пассивным датчиком 17 каждого колеса поезда датчик срабатывает от прогиба рельса и разрывает цепь контрольного сигнала, формируемого микроконтроллером 15 во время его активного режима работы. Этим датчик 17 создает паузу в контрольном сигнале. Микроконтроллер 15 считает количество этих пауз, фильтрует по длительности случайные помехи и сравнивает посчитанное число пауз с ожидаемым количеством осей в поезде. Если происходит совпадение и далее в течение заданного промежутка времени срабатывания пассивного датчика 17 прекращаются, то стационарный приемопередающий блок 14 передает на локомотив 19 пакет информации, содержащей кодовый сигнал проследования поезда в полном составе и также фактическое (посчитанное микроконтроллером 15) число осей. Для большей экономии энергии аккумуляторной батареи 24 с локомотива 19 в пакете, активизирующем работу приемопередающего блока 14, может с учетом скорости и плана его движения на участке удаления от промежуточного счетного пункта передаваться команда об изменении заданной периодичности включения приемопередающего блока 14. Локомотивные бортовые устройства используют информацию от промежуточного счетного пункта 13 для контроля следования поезда в полном составе. После получения с уходящего локомотива 19 подтверждение приема пакета информации, (или же не получения такого подтверждения), через заданный промежуток времени микроконтроллер 15 переводит всю электронику счетного пункта 13 в ждущий режим с микропотреблением тока. Если длина поезда не превышает 1000 м, то стационарный приемопередающий блок 14, выполненный на основе микросхемы СС1101, может обеспечить надежную связь с уходящим поездом без ретрансляции сигнала примерно на 2000 м. В случаях сложного рельефа местности, уменьшающего дальность связи по маломощному цифровому радиоканалу ближней связи, информация о результатах счета осей может передаваться через ретранслирующий второй приемопередатчик (аналогичный приемопередающему блоку 14), установленный впереди промежуточного счетного пункта 13 на необходимом расстоянии по ходу движения поезда (на чертеже не показано). Возможным также является вариант использования в аппаратуре промежуточного счетного пункта 13 приемопередающего GSM-модуля 23. При использовании GSM-модуля дальность связи с уходящим поездом существенно увеличивается, но при этом увеличивается и потребление тока. С точки зрения снижения потребления тока, при использовании GSM-модуля предпочтительно для его питания использовать вторую (дополнительную) аккумуляторную батарею 25, которая последовательно соединяется с первой аккумуляторной батареей 24. Второй стабилизатор 26 напряжения постоянного тока (в отличие от первого 27) управляется логическим сигналом с управляющего выхода микроконтроллера 15, который управляет подачей питания на GSM-модуль, т.е. включает его только тогда, когда с помощью приемопередающего блока 14 не удается связаться с удаляющимся локомотивом 19 по маломощному радиоканалу цифровой радиосвязи. Это решение обеспечивает без дополнительной подзарядки батарей емкостью 1700 мА·ч работу аппаратуры промежуточного счетного пункта 13 на малодеятельных железнодорожных линиях в течение порядка одного года. Информация о результатах счета осей в промежуточных счетных пунктах 13 передается с локомотива 19 по радиоканалу дальней связи в радиомодемы 11 дальней цифровой радиосвязи прилегающих станций и может далее использоваться в устройствах диспетчерского управления, создавая возможности координатного управления движением поездов на перегоне. При этом на длинные перегоны могут отправлять более одного поезда, т.к. предлагаемая система обеспечивает повышенную пропускную способность длинных перегонов.