КОМПЛЕКСНОЕ ЛОКОМОТИВНОЕ УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ УНИФИЦИРОВАННОЕ (КЛУБ-У)

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на локомотивах, моторвагонных подвижных составах с целью повышения безопасности и регулирования движения поездов, в том числе с использованием радиоканала, на высокоскоростных участках, а также в составе многоуровневой системы интервального регулирования.

Известно поездное устройство автоматической локомотивной сигнализации с регулированием скорости (см. патент России №2120393, кл. В 61 L 25/06).

Недостатками этого устройства являются устаревшая элементная база и недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений, отсутствие надлежащей гибкости в выборе оптимального скоростного режима.

Известно устройство для контроля местоположения локомотива (см. патент России №2063349, кл. В 61 L 23/16, 25/04).

Недостатками этого устройства являются обязательное наличие станционного устройства, причем чем больше локомотивов на станции, тем сложнее и крупнее это устройство. Эти недостатки снижают надежность управления движением, усложняют обслуживание и повышают его стоимость.

Известно устройство совмещенной радиосвязи и радионавигации для определения параметров движения поезда (см. патент России №2108252, кл. В 61 L 25/02). Задача этого устройства заключается в использовании связевых приемопередатчиков диспетчерского пункта и локомотива для передачи по этому каналу навигационных сигналов, что позволяет использовать такой радиоканал не только для передачи сообщений, но и для измерения координаты локомотива и его скорости.

Недостатками этого устройства являются сложность алгоритмов обработки сигналов измерения и недостаточная точность определения координаты локомотива и его скорости. Это ведет к снижению надежности управления интервальным регулированием и безопасностью движения поездов на железнодорожной магистрали.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является система регистрации параметров движения поезда (см. заявку ФРГ №19513244, кл. В 61 L 23/02). Указанная система позволяет определить скорость движения поезда и его местоположение (координату).

Недостатками данной системы являются:

- отсутствие привязки к местности как таковой, результаты работы системы отображаются на мониторе только в кабине локомотива. Для того чтобы использовать эти данные в управлении движением или торможением поезда либо для обеспечения безопасности движения, необходимы дополнительные устройства;

- отсутствие электронной карты участка с указанием координат светофоров и привязкой к пикетокилометрам, отсутствие информации о том, вблизи какого светофора, разъезда и т.п. находится поезд;

- система не определяет расстояние до препятствия (светофор, переезд, платформа), не определяет на основе полученных данных оптимальный скоростной режим и не контролирует его соблюдение;

- отсутствие подтверждения машинистом контроля создавшейся поездной ситуации (смена показаний светофора на более запрещающий, приближение значения фактической скорости к предельно допустимой) при помощи рукоятки бдительности, в противном случае формируется сигнал экстренного торможения;

- не предусмотрена возможность обработки данных от вероятных дополнительных источников информации.

Сущность заявленного изобретения состоит в определении максимально допустимого скоростного режима локомотива и контроле за его соблюдением, в определении координаты поезда без участия станционных устройств, в определении числа свободных блок-участков по ходу движения поезда, в индикации необходимой информации для оперативного принятия решений машинистом, а также в возможности обработки данных от вероятных дополнительных источников информации, что обеспечивает повышенную безопасность движения по магистрали, предельно упрощает стационарные комплексы аппаратуры и снижает материальные затраты.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию новизна, так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство является промышленно применимым и существующими техническими средствами соответствует критерию изобретательский уровень, т.к. оно явным образом не следует из уровня техники.

При этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, для достижения указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Технический результат достигается тем, что комплексное локомотивное устройство безопасности унифицированное (КЛУБ-У) представляет собой открытую систему реального времени с модульной архитектурой. Модули взаимодействуют между собой посредством системного интерфейса CAN. Каждый модуль циклически выдает в системный интерфейс информацию о своем состоянии и результаты своей работы. Вместе с тем, каждый модуль выделяет из сообщений других модулей информацию, необходимую ему для обработки данных.

Все модули разработаны с использованием современной элементной базы.

Конструктивно устройство выполнено в виде блоков и содержит соединенные между собой кабелем системного интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и регистрации, блок ввода данных, расположенные в кабине локомотива, а также внешние устройства в виде датчиков пути и скорости, датчиков давления тормозной магистрали, приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала (радиоантенна) с радиомодемом, антенны спутниковой навигационной системы, электропневматического клапана и рукоятки бдительности машиниста.

Блок электроники локомотивный БЭЛ предназначен для приема, сигналов от приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН, антенны цифрового радиоканала и антенны спутниковой навигации СНС, датчиков пути и скорости ДПС, цепей управления локомотивом, датчиков давления, рукоятки бдительности машиниста РБ и кнопок блока ввода данных машинистом БВЛ, а также для обработки принимаемой информации и выдачи ее на блок индикации локомотивный БИЛ и схему управления клапаном торможения.

Блок БЭЛ включает в себя:

- два модуля центральной обработки информации МЦО, которые определяют конфигурацию устройства, путем сравнения информации от двухканальных модулей делают выводы о достоверности этой информации, на основе данных от других модулей определяют максимально допустимый скоростной режим, осуществляют контроль бдительности машиниста, по результатам контроля бдительности и при несоблюдении скоростного режима принимают решение об экстренном торможении. Модули МЦО обмениваются между собой информацией и выдают ее на безопасную схему контроля СКБ, которая при рассогласовании данных по двум каналам обработки данных осуществляют перезапуск устройства;

- модуль маршрута ММ, который определяет координату поезда по данным от спутникового приемника СП, который расположен в этом модуле, формирует параметры движения по данным от электронной карты, записанной во flash-память модуля маршрута ММ при помощи устройства формирования электронной карты;

- модуль радиоканала РК, который передает на станцию данные о поезде и параметры движения, принимает от станции команды на ограничение скорости движения, декодирует принятую информацию и обеспечивает ее хранение до следующего сеанса связи, а также организует обмен информацией в режиме интервального регулирования, в режиме оповещения работающих на путях, в режиме, когда железнодорожные станции оборудованы электрической централизацией;

- модули измерения параметров движения ИПД, которые определяют фатическую скорость движения поезда по данным от колесных датчиков пути и скорости ДПС и от спутникового приемника СП и имеют возможность подключения к ним в дальнейшем других измерительных датчиков;

- модули внешних устройств ВУ, которые принимают и декодируют сигналы от приемных катушек устройств АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи и определяют допустимую скорость движения поезда, отслеживают проследование границ блок-участков, формируют целевую и допустимую скорости;

- усилитель электропневматического клапана.

Блок индикации локомотивный БИЛ предназначен для подготовки информации, необходимой машинисту, и для ее индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки бдительности РБ и кнопок устройства ввода информации, для ввода и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания.

Блок БИЛ включает в себя непосредственно модуль регистрации МР, который записывает на кассету регистрации параметры движения поезда, модуль управления и модуль индикации. Модуль индикации сопряжен с модулем управления посредством межмодульного интерфейса.

Блок коммутации и регистрации БКР подключается к блоку электроники локомотивному БЭЛ и предназначен для осуществления всех связей устройства с периферийными устройствами, для включения питания устройства, а также для их переключения при изменении кабины управления локомотивом.

Блок БКР содержит логический модуль формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом.

Блок ввода данных локомотивный БВЛ предназначен для введения необходимых данных о поезде и машинисте, а также для введения параметров движения при отсутствии электронной карты.

Кроме того, в состав устройства входят изделия, являющиеся внешними: антенна спутниковой навигационной системы СНС, антенна радиоканала, радиомодем, датчики пути и скорости ДПС, локомотивные приемные катушки АЛСН и АЛС-ЕН, датчики давления тормозной магистрали, рукоятка бдительности РБ и электропневматический клапан ЭПК.

Рукоятка бдительности РБ предназначена для подтверждения машинистом того, что он контролирует создавшуюся поездную ситуацию (смена показаний светофора на более запрещающий, приближение значения фактической скорости к предельно допустимой). Если подтверждения не происходит, формируется сигнал экстренного торможения.

На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства, содержащая: Блок электроники локомотивный БЭЛ (1), Блок индикации локомотивный БИЛ (2), Блок коммутации и регистрации БКР (3), Блок ввода данных БВД (4).

Блок БЭЛ (1) содержит усилитель электропневматического клапана ЭПК (5), выход которого соединен со входом электропневматического клапана ЭПК (20), схему контроля безопасности GE (6), модули центральной обработки МЦО (7) и (8), спутниковый приемник СП (9), вход которого соединен со спутниковой антенной (21), модуль маршрута ММ (10), модуль радиоканала РК (11), один из входов которого соединен с радиомодемом (23), модули измерения параметров движения ИПД (12) и (13), входы которых соединены с датчиками пути и скорости ДПС (24), и модули внешних устройств ВУ (14) и (15), входами соединены с приемными катушками АЛСН и АЛС-ЕН (25).

Блок БИЛ (2) содержит модуль регистрации МР (16), модуль управления МУ (17), один из входов которого соединен с рукояткой бдительности РБ (27), и модуль индикации МИ (18).

Блок БКР (3) содержит модуль данных о состоянии управления локомотивом УФИР (19), вход которого соединен с датчиками давления тормозной магистрали (26).

Радиомодем (23) входом соединен с радиоантенной (22) и модулем РК (11) блока БЭЛ (1).

Устройство работает следующим образом.

Устройство КЛУБ-У начинает работать сразу после включения питания. Для корректной работы устройства в кассетоприемник блока БИЛ (2) должна быть вставлена кассета регистрации. Перед поездкой машинист должен ввести значения некоторых параметров: номер машиниста, номер поезда, длину и массу поезда, направление движения. Для ввода данных предназначен блок БВЛ (4). Сигналы от кнопок блока БВЛ (4) через системный интерфейс поступают в модуль управления МУ (17) блока БИЛ (2), где из них формируются данные для индикации (передаются в модуль индикации МИ (18) блока БИЛ (2) по межмодульному интерфейсу), а также постоянные параметры, которые хранятся в модуле маршрута ММ (10) блока БЭЛ (1) и при необходимости передаются в модуль радиоканала РК (11) блока БЭЛ (1), где происходит подготовка этих данных для передачи по радиоканалу на станцию.

Сигналы от датчиков давления тормозной магистрали (26) поступают в модуль данных о состоянии управления локомотивом УФИР (19) блока БКР (3), где из них формируются данные о состоянии цепей управления локомотивом, которые передаются в модуль управления МУ (17), а затем в модуль индикации МИ (18) блока БИЛ (2) для индикации и в модуль регистрации МР (16) блока БИЛ (2) для записи на кассету регистрации.

Сигналы АЛСН и АЛС-ЕН из рельсовой цепи через приемные катушки (25) поступают в модули внешних устройств ВУ (14 и 15) блока БЭЛ (1), где осуществляется дешифрация этих сигналов, формируются показания локомотивного светофора, определяется количество свободных блок-участков впереди по ходу движения поезда, целевая скорость (скорость, с которой локомотив должен проследовать границу текущего блок-участка), предельно допустимая скорость движения поезда на данном блок-участке. Из модулей внешних устройств ВУ (14 и 15) данные передаются в модуль управления МУ (17), а затем в модуль индикации МИ (18) блока БИЛ (2) для индикации, в модуль регистрации МР (16) блока БИЛ (2) для записи на кассету регистрации и в модули центральной обработки МЦО (7 и 8) блока БЭЛ (1) для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.

Сигналы от датчиков пути и скорости ДПС (24) поступают в модули измерения параметров движения ИПД (12 и 13) блока БЭЛ (1), где из них формируются значения фактической скорости поезда и пройденного пути. Эти данные передаются в модуль управления МУ (17), а затем в модуль индикации МИ (18) блока БИЛ (2) для индикации и в модули центральной обработки МЦО (7 и 8) блока БЭЛ (1) для сравнения с допустимой скоростью и принятия решения об экстренном торможении.

Сигналы от спутникового приемника СП (9) блока БЭЛ (1) поступают в модули измерения параметров движения ИПД (12 и 13), где на основании этих сигналов и данных от электронной карты, расположенной в модуле маршрута ММ (10), определяются местоположение поезда и расстояние до препятствия. Эти данные передаются в модуль управления МУ (17), а затем в модуль индикации МИ (18) блока БИЛ (2) для индикации и в модули центральной обработки МЦО (7 и 8) блока БЭЛ (1) для расчета кривых торможения.

Сигналы от радиоантенны (22) через радиомодем (23) поступают в модуль радиоканала РК (11), где из них формируются данные об ограничениях движения на текущем участке пути, которые передаются в модули центральной обработки МЦО (7 и 8) блока БЭЛ (1) для принятия окончательного решения о допустимой скорости движения на данном блок-участке.

Для повышения надежности устройства и в соответствии с требованиями безопасности в КЛУБ-У используется аппаратная избыточность, а именно: наиболее ответственные за безопасность движения модули центральной обработки МЦО (7 и 8), модули измерения параметров движения ИПД (12 и 13) и модули внешних устройств ВУ (14 и 15) блока БЭЛ (1) выполнены в двух экземплярах. Каждый из двухканальных модулей обрабатывает данные независимо друг от друга и передает их в модули центральной обработки МЦО (7 и 8). Каждый из каналов модулей центральной обработки МЦО (7 и 8) независимо от другого канала обрабатывает данные и принимает решение о скоростном режиме. Затем модули МЦО (7 и 8) обмениваются полученными результатами между собой по межмодульному интерфейсу и каждый модуль МЦО выдает результат на схему контроля безопасности СБ (6) блока БЭЛ (1). При рассогласовании данных от двух каналов схема контроля безопасности СБ (6) инициирует общий перезапуск устройства КЛУБ-У. Схема СБ (6) через усилитель электропневматического клапана ЭПК (5) блока БЭЛ (1) подает на электропневматический клапан ЭПК (20) напряжение электропитания; при необходимости экстренного торможения автоматически снимается напряжение электропитания с электропневматического клапана ЭПК (20).

Электропитание устройства КЛУБ-У строится по следующему принципу: электропитание от бортовой сети поступает на вторичные источники электропитания, которые осуществляют преобразование уровня напряжения бортовой сети в необходимый каждому модулю уровень напряжения.