УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК B61L21/00 

Изобретение относится к средствам контроля. Оно предназначено для осуществления сбора, обработки и передачи информации о состоянии удаленного контролируемого объекта. Причем состояние такого объекта может определяться одним, несколькими или множеством контролируемых параметров. Устройство может использоваться, например, на железных дорогах - для контроля состояния устройств автоматической блокировки, переездной сигнализации и географического положения поездов; в энергетике - для контроля удаленных подстанций, снабжающих электричеством отдельно стоящие населенные пункты; в области охраны - для контролирования путей проникновения на охраняемую площадку, помещение, и др., а также в других областях для подобных целей.

Устройства, способы и системы контроля хорошо известны и широко используются.

Известна, например, контрольная система для транспортных средств, включающая приемопередатчик, который работает на радиочастотах и может иметь три рабочих состояния: наведения, передачи сигнала и определения сигнала. Этот приемопередатчик снабжен входной цепью для приема радиочастотных сигналов, испускаемых удаленными передатчиками. Входная цепь приемопередатчика имеет в своем составе контроллер изменяемой амплитуды, имеющий вход контроля амплитуды и контрольную цепь, связанную с этим входом, предназначенную для селективного изменения амплитуды. Дополнительно указанный приемопередатчик имеет в своем составе выходную электрическую цепь, также связанную с названной контрольной цепью, для селективного генерирования радиочастоты под контролем названной цепи. Эта система удобна, например, для открывания гаража из движущегося автомобиля [Патент США N 5627529, МПК G 08 C 19/00]. Ее недостатками является то, что она может осуществлять контроль объекта только по одному параметру, а также то, что она работает на радиочастотах, поэтому сигналы могут искажаться под воздействием внешних помех и точность системы снижается.

Известна другая система контроля, которая одновременно контролирует несколько параметров, характеризующих состояние объекта. Она предназначена для контроля движения поездов по железной дороге. При этом используется линейная сеть географических контрольных объектов. Система включает контрольное сигнальное устройство, контрольное устройство для переключателей и контрольное устройство для блокировки рельсовых путей. Каждое из них посылает сообщение на логическое средство, оснащенное программой, предусматривающей адрес, представление условий контролируемого параметра и способность инициировать изменения в этих условиях. Такие логические средства устанавливаются на каждом перегоне контролируемого участка железной дороги, а сообщение о состоянии путей на этих перегонах осуществляется путем поступления сообщения от каждого из контрольных устройств на соседнее логическое средство. Такая связь ограничивается одним из множества предопределенных сообщений, каждое сообщение является либо запросом, либо откликом, относящимся к движению поезда, или дает ответ, относящийся к движению поезда [Патент США N 5751569 МПК B 61 L 21/00]. Преимуществом этой системы является то, что она может контролировать состояние объекта по нескольким параметрам, однако она применима исключительно для контроля железнодорожных или иных путей передвижения объектов и не способна обеспечить информацией о сложных разветвленных участках, т.к. сообщение передается исключительно по принципу соседства перегонов - от предыдущего к последующему.

Известно другое устройство для контроля железнодорожных путей - объектный камертонный генератор, который определяет состояние отдельного перегона дороги по нескольким параметрам. Основными узлами генератора являются узел питания, задающий каскад, усилитель и мультивибратор. [Шариков В.А., Эбель И.И. "Частотный диспетчерский контроль"- М: "Транспорт" - 1969, стр. 55-64]. Генератор получает входные сигналы о состоянии нескольких датчиков, следящих за отдельными наиболее важными для контроля перегонов железной дороги параметрами. С сигнальной точки автоблокировки на соседнюю относительно контролируемого перегона дороги станцию камертонный генератор передает следующие выходные кодовые сообщения:
1. Когда блок-участок свободен от подвижного состава, в линию выдается гладкий непрерывный сигнал на частоте генератора.

2. Когда блок-участок занят, сигнал в линию не выдается.

3. Когда происходит повреждение дешифраторной ячейки автоблокировки или схождение изолирующих стыков в линию, выдается сигнал, манипулированный контактами путевого реле: при повреждении дешифраторной ячейки в линию подается специальный код, а при повреждении изоляции стыков - беспорядочные импульсы.

4. Когда перегорает лампа красного огня путевого светофора, генератор при свободном блок-участке выдает в линию симметричные импульсы и интервалы длительностью по 1.5 с.

5. Когда на сигнальной точке исчезает напряжение резервного питания, генератор выдает в линию короткие импульсы - 0.3 с, разделенные длинными интервалами -1.5 с.

6. Когда исчезает напряжение основного питания на сигнальной точке, генератор выдает в линию длинные импульсы - 1.5 с, разделенные короткими интервалами.

Кодовое сообщение передается по электрическим линиям на контрольное табло, например на лампу накаливания, по пульсациям которой оператор определяет состояние контрольной точки, в том числе произошедшие нарушения, подлежащие устранению. Это устройство по наибольшему количеству сходных с предлагаемым изобретением признаков принято за прототип изобретения. Недостатками прототипа является то, что генератор имеет сугубо направленное назначение - для железных дорог, имеет значительные габариты и вес. Кроме того, кодовое сообщение о состоянии объекта достаточно неудобно для идентификации получаемой информации и требует специально обученного квалифицированного персонала, способного по характеру пульсаций идентифицировать произошедшие нарушения на перегоне. По той же причине генератор не может контролировать состояние объекта по большому количеству параметров, а также не дает возможности получить объективную картину состояния больших разветвленных участков дорог.

Изобретение решает задачу создания универсального контролирующего устройства, которое могло бы осуществлять контроль состояния удаленного объекта одновременно по неограниченно большому количеству параметров, при этом компактного, малогабаритного и устойчивого к внешним помехам, к тому же обеспечивающего наблюдение одновременно за несколькими объектами и снабжающего информацией о состоянии сложного объекта в целом, а также настолько простого в эксплуатации, что его использование не требовало бы длительной серьезной подготовки персонала.

Поставленная задача решается тем, что предлагается устройство для осуществления контроля за удаленными объектами, включающее средство для приема входных сигналов о состоянии датчиков, контролирующих параметры контролируемого объекта, средство для формирования кодового информационного сообщения о состоянии контролируемого объекта, средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала и средство для формирования выходного сигнала, причем средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала содержит синхронизатор частоты, генерирующий опорную частоту, и синтезатор частоты, формирующий несущую частоту, а кодовое информационное сообщение состоит из последовательных детерминированных по времени циклов, характеризующих состояние контролируемых параметров, длительность каждого из которых кратна базовому такту постоянной величины, который формируется синхронизатором частоты и передается в средство для формирования кодового информационного сообщения.

Количество контролируемых параметров объекта, а соответственно и внешних датчиков, контролирующих каждый по одному параметру, может быть любым, в том числе достаточно большим. Тип датчика не имеет значения - это могут быть контактные датчики, например "сухие" контакты реле и(или) аналоговые датчики.

Снабжение энергией для работы устройства может осуществляться через узел питания.

Предлагаемое устройство для контроля за удаленными объектами имеет прямой контакт с внешними датчиками, установленными на контролируемом объекте, и работает следующим образом. Сигналы о состоянии каждого из датчиков поступают на вход устройства, а на выходе устройства появляется выходной сигнал, несущий информацию о состоянии объекта по всем заданным параметрам (фиг. 1). Входные сигналы от внешних датчиков поступают в средство для приема входных сигналов, обеспечивающее защиту устройства от помех и повреждений электрическим напряжением. Далее сигнал поступает на средство для формирования кодового информационного сообщения, которое преобразует сигналы о состоянии датчиков в циклический последовательный код, представляющий собой посылки, состоящие из импульсов и интервалов (фиг. 2). Посылки разделяются паузами. Количество импульсов и интервалов в посылке выбирается необходимым и достаточным для определения множества возможных состояний контролируемого объекта. Таким образом сформированные импульсы и интервалы определяют длину посылки (сообщения). Длительность каждого импульса и интервала (или группы импульсов и интервалов в случае аналоговых датчиков) определяется состоянием соответствующего ему датчика. Цикл сообщения состоит из равных долей - так называемых тактов, формируемых синхронизатором. Длительность каждого импульса и интервала может принимать значение, кратное одному такту (например, одному, двум, трем и т.д.), в зависимости от состояния соответствующего датчика. Например, длительность импульса величиной в один такт соответствует замкнутому состоянию контактного датчика (реле) и состоянию "параметр в норме" порогового датчика, а длительность импульса величиной в два такта соответствует разомкнутому состоянию контактного датчика и "параметр не в норме" порогового датчика. Таким же образом формируется длина интервалов между импульсами в посылке, которые могут нести такую же информацию о состоянии отдельных параметров, как и импульсы. Поскольку последовательность импульсов и интервалов в посылке заранее определена, то информационное сообщение в кодированной форме несет информацию о состоянии объекта в целом, и в том числе о состоянии каждого параметра.

Длительность паузы между сообщениями может также принимать значение, кратное одному такту, но всегда больше самого длинного интервала в посылке. Устройство может иметь коммутатор датчиков, управляющий длительностью каждого импульса и/или интервала в цикле в соответствии с состоянием соответствующего датчика.

Сформированное кодовое информационное сообщение поступает на формирователь выходного информационного сигнала и согласования с линией, где модулируется переменным напряжением несущей частоты. Несущая частота равна значению, выбранному из заранее определенной сетки частот, и вырабатывается синтезатором частоты с использованием опорной частоты синхронизатора. В качестве синхронизатора может использоваться, например, кварцевый резонатор, а синтезатор частоты снабжается умножителем и(или) делителем частоты с детерминированным коэффициентом.

При передаче в линию (например, в электрическую) информационного кодового сообщения в течение каждого импульса на выходе устройства имеется переменное напряжение несущей частоты, а в течение интервала и паузы между циклами сообщения напряжение отсутствует.

Таким образом, описанное устройство может осуществлять контроль за объектами на большом расстоянии и одновременно по множеству параметров.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема устройства, которое принимает входные сигналы и преобразует их в выходной сигнал.

На фиг. 2 изображен циклический последовательный код, характеризующий состояние контролируемого объекта, включающий импульсы и интервалы.

Выходное информационное сообщение, передаваемое по электрическим линиям, в конечном счете может поступать на ЭВМ, оснащенную специальным программным обеспечением, преобразующим его в удобную для восприятия форму, например в графическое изображение на экране монитора. При наличии таких средств наблюдение за отдаленным объектом существенно облегчается и может осуществляться персоналом без длительной специальной подготовки. Устройство универсально - оно применимо в любой области. Например, как и прототип, оно может использоваться для обеспечения контроля за состоянием компонентов релейных шкафов входных сигналов станций, объектов автоматической блокировки и переездной сигнализации, а также поездного положения на перегонах между станциями железной дороги. В этом случае устройство подсоединяется к электрической цепи соответствующего контролируемого объекта. При этом оно характеризуется собственной несущей частотой, выбранной из заранее определенной сетки частот звукового диапазона. На вход устройства подаются сигналы от датчиков о состоянии компонентов релейных шкафов, а выходной информационный кодовый сигнал передается в электрическую цепь и в конечном итоге поступает на станцию, где диспетчер может наблюдать состояние автоматической блокировки и переездной сигнализации, а также поездное положение железнодорожного перегона на мониторе. В случае возникновения нарушений, например, при перегорании лампы красного огня светофора или про занятости перегона железнодорожным составом, и др. соответствующее реле релейного шкафа размыкается, сигнал об этом поступает на вход устройства, далее отражается в информационном кодовом сообщении и поступает по электрическим линиям на пульт диспетчера, где, например, на графическом изображении контролируемого участка пути возникает специальный сигнал. В соответствии с полученным сигналом диспетчер передает задание исправить возникшую неисправность.

Таким же образом устройствами оснащается каждый релейный шкаф контролируемого участка железной дороги. Каждое устройство имеет свою собственную несущую частоту, поэтому в совокупности они образуют систему контроля железнодорожной автоматики с частотным разделением каналов. Информация со всех устройств одновременно может поступать на общую ЭВМ, обрабатываться специальным программным средством и изображаться на мониторе в виде контролируемого участка со всеми разветвлениями, переездами и др. Таким образом диспетчер может следить за состоянием большого участка нелинейных путей.

Подобным же образом устройство используется для контроля доступа в охраняемые помещения. Сигналы с датчиков, контролирующих состояние дверей, окон и других путей проникновения в помещение и работающих в режиме открыто - закрыто, поступают в устройство, где формируется выходное кодовое сообщение о состоянии объекта в целом, которое передается на пульт наблюдения диспетчеру. При попытке проникновения в помещение датчики срабатывают, информация об этом передается через кодовое сообщение на монитор диспетчера или другие средства наблюдения.

Устройство малогабаритно, имеет малый вес, передаваемое выходное информационное сообщение устойчиво к помехам, поскольку используется циклический код и высокостабильная несущая частота. Для передачи выходного информационного сигнала может использоваться любая электрическая цепь, в том числе и уже имеющаяся для управления удаленным объектом. В случаях, если невозможно подсоединить устройство к электрическим проводам, оно может работать и на радиочастотах, для чего необходимо произвести некоторые незначительные модификации его конструкции.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к средствам контроля состояния удаленных объектов. Устройство для контроля состояния удаленных объектов включает средство для приема входных сигналов о состоянии датчиков, средство для формирования кодового информационного сообщения о состоянии контролируемого объекта, средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала и средство для формирования выходного сигнала. Средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала содержит синхронизатор частоты, который генерирует опорную частоту, и синтезатор частоты, который формирует несущую частоту. Кодовое информационное сообщение состоит из последовательно детермированных по времени циклов, которые характеризуют состояние контролируемых параметров. Длительность каждого цикла кратна базовому такту постоянной величины, который формирует синхронизатор частоты и снабжает им средство для формирования кодового информационного сообщения. Технический результат - контроль состояния удаленного объекта одновременно по неограниченно большому количеству параметров, обеспечение наблюдения одновременно за несколькими объектами и снабжение информацией о состоянии сложного объекта в целом. 1 с. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для контроля состояния удаленных объектов, включающее средство для приема входных сигналов о состоянии датчиков, контролирующих параметры контролируемого объекта, средство для формирования кодового информационного сообщения о состоянии контролируемого объекта, средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала и средство для формирования выходного сигнала, отличающееся тем, что средство для генерирования несущей частоты выходного сигнала содержит синхронизатор частоты, генерирующий опорную частоту, и синтезатор частоты, формирующий несущую частоту, а кодовое информационное сообщение состоит из последовательных детерминированных по времени циклов, характеризующих состояние контролируемых параметров, причем длительность каждого цикла кратна базовому такту постоянной величины, который формирует синхронизатор частоты и снабжает им средство для формирования кодового информационного сообщения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно включает узел питания. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для приема входных сигналов обеспечивает защиту сигнала от помех. 4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что синхронизатором частоты является кварцевый резонатор. 5. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что синтезатор частоты снабжен умножителем и/или делителем частоты с детерминированным коэффициентом. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый цикл кодового информационного сообщения состоит из импульсов и интервалов между ними, а циклы разделяются паузами, причем любые импульсы, интервалы и паузы кратны базовому такту. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что при передаче выходного сигнала импульс определяется наличием напряжения, а интервалы и пауза - отсутствием напряжения. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для формирования выходного сигнала осуществляет модуляцию несущей частотой кодового информационного сообщения и согласование с линией. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходной сигнал передается по электрическим линиям. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено коммутатором датчиков, управляющим длительностью каждого импульса и/или интервала в цикле в соответствии с состоянием соответствующего датчика. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчики, контролирующие состояние контролируемого объекта, являются контактными, и/или пороговыми, и/или аналоговыми.