ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ Российский патент 1997 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и может быть использовано в перспективных системах автоблокировки для контроля состояний рельсовых линий.

Известно несколько аналогов заявленного устройства.

Например, приемник для рельсовой цепи, реализующий метод абсолютного контроля: решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения амплитуды полезного сигнала с фиксированным порогом (Аркатов В.С. Кравцов Ю. А. Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание, М, Транспорт, 1990, с. 83-97. рис. 4.4).

Недостатком этого приемника является наличие фиксированного порога. Изменение уровня полезного сигнала, например, при уменьшении сопротивления изоляции рельсов, приводит к тому: что приемник выносит неправильное решение о занятости рельсовой линии. Перерегулировка рельсовой цепи в этом случае с целью повышения уровня рабочего сигнала может привести к нарушению условий выполнения шунтового режима, например при восстановлении сопротивления балласта.

Известен приемник для рельсовой цепи, в котором решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения с порогом решающей статистики, получаемой путем суммирования временных отсчетов полезного сигнала (авт. св. N 1645183 по заявке N 4477641 приоритет от 29.08.1988). Аналогом заявленного устройства также является приемник для рельсовой линии, в котором для повышения надежности решающая статистика вычисляется в двух каналах, один из которых фиксирует освобождение рельсовой линии, другой наоборот, переход ее в занятое состояние (авт. св. М 1754547 по заявке N 4819370, приоритет от 24.04.90).

Недостатком этих приемников является то, что для их нормальной работы необходимо задать фиксированные значения дисперсии помех, действующих в рельсовой линии и амплитуду сигнала контроля рельсовой линии в нормальном и шунтовом режиме. Указанные значения позволяют рассчитать уровни сигналов на выходах блоков коррекции 6 и 8.

Известен приемник для путевой автоблокировки, в котором для ускорения обнаружения момента изменения режимов работы рельсовой линии производится двухпараметрический контроль за математическим ожиданием входного сигнала и его дисперсией (авт. св. N 1798234 по заявке N 4820463, приоритет 27.04.1990). Эти признаки, характеризующие тот или иной режим, суммируются по алгоритму так называемой кумулятивной суммы, и сравниваются с порогом h. Для расчета решающей статистики необходимо указать значения математического ожидания и дисперсии уровня сигнала в нормальном (блоки 5 и 11) и шунтовом режимах (блоки 8 и 16).

Поскольку перечисленные параметры представляют собой нестационарные случайные процессы, то приемники, настроенные на определенные значения, могут ложно фиксировать свободное состояние контролируемой рельсовой линии. Это снижает уровень безопасности движения поездов.

Известен приемник для рельсовой цепи, выбранный в качестве прототипа, в котором решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения с порогом кумулятивной суммы (авт. св. N 1740225 по заявке N 4753085, приоритет от 26.10.89). При расчетах значения кумулятивной суммы используются оценки амплитуды сигнала на выходе рельсовой линии в нормальном или шунтовом режимах. В приемнике-прототипе величина полезного сигнала оценивается на основе решения следующих уравнений:

Переключение алгоритма вычисления оценок производится контактом управляющего реле после принятия решения о состоянии рельсовой линии. Причем в нормальном режиме работы вычисляется оценка амплитуды полезного сигнала этого режима, а оценка амплитуды сигнала в шунтовом режиме хранится в памяти. И наоборот, в шунтовом режиме работы оценивается амплитуда сигнала одноименного режима q₁ и фиксируется последнее значение оценки сигнала в нормальном режиме θ₂.

Описанный приемник имеет недостаток.

При изменении режима работы в рельсовой цепи происходит переходный процесс, в результате которого изменяется амплитуда сигнала контроля состояния рельсовой линии (КРЛ). Одновременно с этим вычисляется оценка среднего значения полезного сигнала.

При освобождении блок-участка кумулятивная сумма будет увеличиваться, но из-за инерционности приемника ее значение может оставаться меньше порога принятия решения h (фиг. 1). Приемник ложно фиксирует занятое состояние рельсовой линии. Тыловой контакт управляющего реле 9 замыкает контакты коммутатора 23, на выходе которого действует сигнал .

Среднее значение оценки амплитуды сигнала для шунтового режима постепенно приближается к соответствующей оценке для нормального режима . Разность используется при вычислении последующих значений кумулятивной суммы:

где S_k-кумулятивная сумма, σ² -дисперсия помех, y_k -сигнал на входе приемника.

Как видно из приведенной выше формулы, приращение кумулятивной суммы на очередном шаге прямо пропорционально разности . Чем ближе значения оценок среднего для сигнала КРЛ в нормальном и шунтовом режимах, тем медленнее изменяется кумулятивная сумма. После того, как S_k станет больше порога, управляющее реле переключит положение коммутаторов и зафиксирует значение оценки .

Аналогичный процесс происходит при въезде поезда на блок-участок. Кумулятивная сумма начинает убывать. Из-за инерционности приемника значение S_k остается больше порога h, приемник ложно фиксирует свободность рельсовой линии при ее фактической занятости. Коммутатор 15 остается открытым, и на его выходе действует сигнал .

Среднее значение оценки амплитуды сигнала для нормального режима постепенно приближается к соответствующей оценке для шунтового режима , что тормозит уменьшение кумулятивной суммы. Оценка может стать меньше и кумулятивная сумма начнет увеличиваться, возникнет ситуация "обратной работы", приемник ложно зафиксирует свободность рельсовой линии.

Решающее устройство выносит решение об изменении состояния рельсовой линии с некоторой задержкой, связанной с временем накопления кумулятивной суммы. За интервал времени между фактическим изменением состояния рельсовой линии и моментом переключения реле 9 происходит искажение значения оценки среднего. Оценка среднего будет соответствовать установившемуся режиму работы, а подставляться вместо параметра предшествующего режима. Неустойчивая работа приемника в момент изменения состояния рельсовой линии может привести к ложной фиксации свободного состояния.

Технический эффект изобретения заключается в увеличении надежности работы приемника рельсовой цепи. Указанный эффект достигается за счет более точного оценивания параметров сигнала в момент изменения состояния рельсовой линии.2 В предлагаемом устройстве кумулятивная сумма S_k вычисляется на основе рекуррентной формулы:

где Δ_k -приращение кумулятивной суммы; Z= S_k+ Δ_k; h-порог принятия решения.

В шунтовом режиме кумулятивная сумма принимает нулевое значение, в нормальном режиме ее значение ограничено сверху величиной 2 h.

Приемник выносит решение по результату сравнения кумулятивной суммы с порогом h.

Функциональная схема приемника приведена на фиг. 2. Приемник содержит полосовой фильтр 1, детектор 2, интегратор 3, дискретизатор 4, блок оценивания 5, коммутаторы 6 и 7, запоминающие регистры 8 и 9, блок вычисления кумулятивной суммы 10, сумматор 11, ограничитель 12, реле 13, компараторы 14 и 17, элемент задержки 15, вычитатель 16.

Смесь полезного сигнала контроля состояний рельсовой линии и помех поступает на вход фильтра 1. Выделенный сигнал детектируется линейным детектором огибающей 2 и сглаживается интегратором 3. Отсчеты сигнала y_k с выхода дискретизатора 4 подаются на вход блока оценивания 5 и блока вычисления кумулятивной суммы 10. В блоке оценивания с помощью уравнений (1) выполняется фильтрация среднего значения амплитуды сигнала КРЛ. Вычисленные оценки среднего используются в блоке вычисления кумулятивной суммы для расчета соотношений (2)-(3). Накопление или убывание кумулятивной суммы отражает переходный процесс, происходящий в рельсовой цепи при смене режима ее работы. Выход блока оценивания через коммутаторы 6 и 7 подключен к запоминающим регистрам 8 и 9. Информация из этих регистров подается на вход блока вычисления кумулятивной суммы. В момент включения приемника в регистр 8 заносится начальное значение θ₂, а в регистр 9 записывается начальное значение θ₁. Приемник начинает свою работу при фиксированных значениях параметров. В процессе работы вычисляются оценки среднего, которые заносятся в запоминающие регистры 8 и 9. Коммутаторы 6 и 7 разрешают запись информации с выхода блока оценивания в один из запоминающих регистров. Причем, коммутатор 6 разрешает запись, а коммутатор 7 предназначен для выбора регистра.

Приращение кумулятивной суммы вычисляется в блоке 10, и поступает на один из входов сумматора 11. На второй вход блока 11 через элемент задержки 15 подается значение кумулятивной суммы на предыдущем шаге S_k-1.

Блок 12 ограничивает кумулятивную сумму сверху величиной 2 h. Компаратор 14 обнуляет сумматор 11 при отрицательных значениях S_k. К выходу ограничителя 12 подключено реле 13, которое управляет положением коммутатора 7 и сигналами светофора. Порог срабатывания реле равен h. Когда кумулятивная сумма больше h, коммутатор 7 замыкает связь с регистром 8, в который заносится вычисленное значение оценки При S_k < h коммутатор 7 подключает выход блока оценивания к регистру 9, в который заносится .

В блоке 16 вычисляется разность очередного и предшествующего значений кумулятивной суммы. Выход вычитателя 16 подключен к входу компаратора 17. Если кумулятивная сумма постоянна, то на первом входе компаратора 17 будет ноль, а на выходе будет сигнал, управляющий коммутатором 6 и разрешающий запись в регистры 8 и 9.

Переключение режима работы рельсовой цепи вызывает изменение кумулятивной суммы. На выходе компаратора 17 будет сформирован сигнал, который запирает коммутатор 6 и запрещает запись в запоминающие регистры. После установления нового режима значение кумулятивной суммы стабилизируется, на первом входе компаратора 17 будет нулевой сигнал. Выходной сигнал компаратора откроет коммутатор 6. Коммутатор 7 подключит выход блока оценивания к одному из регистров в соответствии с положением контактов управляющего реле 13.

Схема заявленного устройства детализирована на фиг. 3, где 1 фильтр, 2 детектор, 3 интегратор, 4 дискретиэатор, 5 блок оценивания, 6 и 7-первый и второй коммутаторы, 8 и 9 первый и второй запоминающие регистры, 10 блок вычисления кумулятивной суммы, 11 сумматор, 12 ограничитель, 13 реле, 14 и 17 первый и второй компараторы, 15 элемент задержки, 16 - вычитатель.

Блок оценивания содержит следующие элементы: 18 вычитатель, 19 и 20 - умножители, 21 сумматор, 22 элемент задержки, 23 делитель, 24 и 25 - сумматоры, 26 делитель, 27 -элемент задержки, блок задания сигнала 1, блок задания сигнала σ2n

блок задания сигнала σ2θ.

Блок вычисления кумулятивной суммы содержит следующие элементы: 28 - вычитатель, 29 делитель, 30 и 31 умножители, 32 вычитатель, 33 - делитель, 34 и 35 умножители, 36 вычитатель, блок задания сигнала 2.

Взаимное соединение элементов, входящих в состав блока оценивания и блока вычисления кумулятивной суммы, такое же, как у приемника прототипа.

Приемник содержит последовательно соединенные фильтр 1, детектор 2, интегратор 3, дискретизатор 4, к выходу которого подключен блок оценивания 5 и четвертый вход блока вычисления кумулятивной суммы 10. Первый выход блока оценивания через дополнительный первый коммутатор 6 и второй коммутатор 7 подключен к первому и второму дополнительным запоминающим регистрам 8 и 9, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока вычисления кумулятивной суммы. Второй выход блока оценивания соединен с третьим входом блока вычисления кумулятивных сумм, выход которого подключен к первому входу сумматора 11. Выход первого сумматора через дополнительный блок ограничения 12 и элемент задержки 15 подключен к своему второму входу. Выход блока ограничения 12 подключен к реле 13, к первому входу первого компаратора 14 к первому элементу задержки 15 и первому входу дополнительного вычитателя 16. Сигнал с выхода компаратора 14 обнуляет сумматор 11. Выход ограничителя 12 соединен с первым входом вычитателя 16 и через элемент задержки 15 подключен к его второму входу. Выход вычитателя 16 подключен к первому входу дополнительного компаратора 17, который управляет первым коммутатором 6. К выходу первого коммутатора подключен второй коммутатор 7, который соединяет выход блока оценивания с одним из запоминающих регистров в соответствии с положением контактов управляющего реле 13.

Блок оценивания 5 содержит второй вычитатель 18, первый 19 и второй 20 умножители, второй сумматор 21, второй 22 и третий 27 элементы задержки, первый 23 и второй 26 делители, третий 24 и четвертый 25 сумматоры, блок задания сигнала 1, блок задания сигнала σ2n

, блок задания сигнала σ2θ.

Второй вычитатель 18, первый 19 и второй 20 умножители и второй сумматор 21 соединены последовательно по первым входам. Выход второго сумматора 21 через второй элемент задержки 22 подсоединен к своему второму входу и второму входу второго вычитателя 18. Третий 24, четвертый 25 сумматоры и второй делитель 26 соединены последовательно по первым входам. Выход второго делителя 26 соединен со вторым входом второго умножителя 20 и через третий элемент задержки 27 подключен ко второму входу третьего сумматора 24, к первому входу которого подключен блок задания дисперсии σ2θ

. Выход третьего сумматора 24 соединен с вторым входом второго делителя 26. Блок задания дисперсии помехи σ2n подключен к объединенному входу четвертого сумматора, первого делителя и третьему входу блока вычисления кумулятивной суммы 10. Второй вход первого делителя 23 подключен к блоку задания сигнала уровня 1, а выход соединен со вторым входом первого умножителя 19.

Первый вход второго вычитателя 18 служит входом блока оценивания, выходы второго сумматора 21 и блока задания дисперсии помех представляют собой его первый и второй выходы.

Блок вычисления кумулятивной суммы 10 содержит третий 28, четвертый 32 и пятый 36 вычитатели, третий 29 и четвертый 33 делители, третий 30, четвертый 31, пятый 34 и шестой 35 умножители и блок задания сигнала 2.

Первый и второй входы третьего вычитателя 28 соединены с первым и вторым входами блока вычисления кумулятивной суммы, а выход подключен к первому входу третьего делителя 29, выход которого подключен к второму входу шестого умножителя 35. Первый и второй входы третьего умножителя 30 соединены с вторым входом блока вычисления кумулятивных сумм. Третий умножитель, четвертый вычитатель 32 и четвертый делитель 33 соединены последовательно по первым входам и подключены к второму входу пятого вычитателя 36. Первый и второй входы четвертого умножителя 31 соединены с первым входом блока вычисления кумулятивных сумм. Выход четвертого умножителя 31 подключен к второму входу четвертого вычитателя 32. Первый вход пятого умножителя 34 соединен с третьим входом блока вычисления кумулятивных сумм. К второму входу пятого умножителя 34 подключен блок задания сигнала уровня 2, а выход соединен с вторым входом четвертого делителя. Шестой умножитель 35 и пятый вычитатель 36 соединены последовательно. Первый вход шестого умножителя 35 и выход пятого вычитателя 36 служат, соответственно, четвертым входом и выходом блока вычисления кумулятивных сумм.

Использование: в области железнодорожной автоматики в перспективных системах автоблокировки для контроля состоянии рельсовой линии. Сущность изобретения: устройство содержит полосовой фильтр, детектор, интегратор, дискретизатор, блок оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, блок вычисления кумулятивной суммы, коммутаторы, запоминающие регистры, компараторы, сумматор, вычитатель, блок ограничения уровня сигнала и блок задержки. Технический результат заключается в повышении надежности за счет более точного оценивания параметров сигнала в момент изменения состояния рельсовой линии. 3 ил.

Приемник для рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные фильтр, детектор, интегратор, дискретизатор, выход которого соединен с блоком оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и одним из входов блока вычисления кумулятивной суммы, выход которого подключен к первому информационному входу первого сумматора, отличающийся тем, что он снабжен компараторами, первым вычитателем, блоком задержки, запоминающими регистрами и блоком ограничения уровня сигнала, к входу которого подключен выход первого сумматора, а к выходу подключены реле, один вход первого компаратора, вход блока задержки и один из входов первого вычитателя, причем выход первого компаратора подключен к входу обнуления первого сумматора, а выход блока задержки соединен с объединенными вторым информационным входом первого сумматора и другим входом первого вычитателя, к выходу которого подключен вход второго компаратора, запирающий первый коммутатор, включенный между первым входом упомянутого блока оценивания и входом второго коммутатора, имеющего два выхода, один из которых связан через замыкающий контакт реле с входом одного из двух запоминающих регистров, соединенных выходами соответственно с вторым и третьим входами блока вычисления кумулятивной суммы, четвертый вход которого соединен с вторым выходом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала, включающего в себя второй вычитатель, первый и второй умножители, второй сумматор, элементы задержки, первый и второй делители, третий и четвертый сумматоры, элемент задания сигнала, соответствующего числу 1, элемент задания сигнала, соответствующего дисперсии помех, и элемент задания сигнала, соответствующего дисперсии контрольного сигнала рельсовой линии, при этом второй вычитатель, первый и второй умножители и второй сумматор соединены последовательно по первым входам, выход второго сумматора через второй элемент задержки подсоединен к своему второму входу и второму входу второго вычитателя, третий и четвертый сумматоры и второй делитель соединены последовательно по первым входам, а выход второго делителя соединен с вторым входом второго умножителя и через третий элемент задержки подключен к второму входу третьего сумматора, к первому входу которого подключен элемент задания сигнала соответствующего дисперсии сигнала контрольного режима рельсовой линии, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго делителя, элемент задания сигнала P_t, соответствующего дисперсии помех, подключен к объединенным второму входу четвертого сумматора, первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу элемента задания сигнала уровня, соответствующего числу 1, при этом первым входом второго вычитателя образован вход блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, а выходами второго сумматора и элемента задания сигнала, соответствующего дисперсии помех, соответственно первый и второй выходы блока оценивания, блок вычисления кумулятивной суммы содержит третий, четвертый и пятый вычислители, третий и четвертый делители, третий, четвертый, пятый и шестой умножители и элемент задания коэффициента умножения 2, причем выход третьего вычитателя подключен к первому входу третьего делителя, выход которого подключен к первому входу шестого умножителя, третий умножитель, четвертый вычитатель и четвертый делитель соединены последовательно по первым входам и подключены к второму входу пятого вычитателя, выход четвертого умножителя подключен к второму входу четвертого вычитателя, один из входов пятого умножителя подключен к выходу элемента задания коэффициента умножения 2, а выход соединен с вторым входом четвертого делителя, выход шестого умножителя подключен к второму входу пятого вычитателя, при этом вторым входом шестого умножителя образован первый вход блока, входами третьего умножителя
второй и третий входы блока, вторыми входами пятого умножителя и третьего делителя образован четвертый вход блока, а выходом пятого вычитателя выход блока.