УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА В РЕЛЬСОВУЮ ЦЕПЬ Российский патент 2012 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте, в частности, в устройствах интервального регулирования движения поездов на перегонах и станциях.

Известно устройство для передачи амплитудно-модулированного сигнала в рельсовую цепь, содержащее тракт формирования модулированного сигнала с кварцевой стабилизацией частоты, предварительный усилитель, блок ручной регулировки выходного напряжения и выходной усилитель, подключенный к началу рельсовой цепи (Технические условия на Генератор тональных рельсовых цепей ГП31Ц ТУ 32 ЦШ 3975-2001). Недостатком этого устройства является зависимость уровня сигнала на выходе устройства, установленного при ручной регулировке, от величины напряжения источника питания, изменения температуры окружающей среды и других дестабилизирующих факторов. Причем уровень выходного сигнала устройства передачи сигналов в рельсовую цепь изменяется в большей степени, чем напряжение источника питания. Такая нестабильность серьезно ухудшает условия обеспечения шунтового и контрольного режимов работы рельсовой цепи.

Известно устройство для передачи сигнала в рельсовую цепь, принятое в качестве прототипа, содержащее последовательно соединенные источник амплитудно-модулированного сигнала, блок коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель, блок ручной регулировки выходного напряжения и блок стабилизации уровня сигнала, а также выходной усилитель с источником питания, выход усилителя является выходом устройства для подключения к рельсовой цепи, причем управляющий вход блока коррекции уровня сигнала подключен к второму выходу блока стабилизации уровня сигнала, при этом выходной усилитель подключен выходом к второму входу блока стабилизации уровня сигнала, а входом - к второму выходу блока ручной регулировки выходного напряжения, управляющий вход блока стабилизации уровня сигнала является входом для подачи сигнала управления от приемника рельсовой цепи (RU 2310572 C1, B61L 23/16, 20.11.07).

В прототипе за счет применения блока стабилизации уровня сигнала автоматически обеспечивается на выходе устройства уровень сигнала, необходимый по условиям выполнения нормального, шунтового и контрольного режимов работы рельсовой цепи.

Однако в прототипе при неисправностях хотя бы одного из элементов: источника амплитудно-модулированного сигнала и блока стабилизации уровня сигнала на выходе устройства возможно появление сигнала, у которого хотя бы один из параметров: уровень сигнала, частота модуляции и несущая частота, отличаются от номинальных значений, что противоречит требованиям по обеспечению безопасности движения поездов. Недостатком прототипа является и отсутствие в нем средства для передачи необходимого объема информации о текущем состоянии устройства для своевременного принятия решения о его замене в случае возникновения неисправностей, что ухудшает условия технического обслуживания.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности работы устройства, за счет его блокировки при возникновении неисправностей, обуславливающих несоответствие параметров устройства заданным значениям, и в расширении функциональных возможностей, за счет передачи информации о параметрах устройства в систему удаленного мониторинга.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для передачи сигнала в рельсовую цепь, содержащем последовательно соединенные источник амплитудно-модулированного сигнала, блок коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель, блок ручной регулировки выходного напряжения и блок стабилизации уровня сигнала, выходной усилитель с источником питания, выход выходного усилителя, являющийся первым выходом устройства для подключения к рельсовой цепи, соединен со вторым входом блока стабилизации уровня сигнала, а выход блока стабилизации уровня сигнала подключен к управляющему входу блока коррекции уровня сигнала, при этом управляющий вход блока стабилизации уровня сигнала является входом для приема сигнала управления от приемника рельсовой цепи, согласно изобретению в него введены блок памяти, анализатор параметров сигнала, измерители несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала, первый ключевой элемент, формирователь сигнала блокировки, второй ключевой элемент и блок связи, выход которого является вторым выходом устройства для передачи информации в систему удаленного мониторинга, выходы измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала и блок памяти соединены с соответствующими входами анализатора параметров сигнала, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к управляющему входу первого ключевого элемента, через который источник питания соединен с выходным усилителем, к входу формирователя сигнала блокировки, подключенного выходом к входу блокировки выходного усилителя, к управляющему входу второго ключевого элемента, включенного между вторым выходом блока ручной регулировки выходного напряжения и сигнальным входом выходного усилителя, и входу блока связи, входы блока памяти, измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала соединены с выходом выходного усилителя, а управляющий вход блока памяти подключен к первому выходу блока ручной регулировки выходного напряжения.

В результате анализа патентной и научно-технической информации не выявлено аналогичных устройств для передачи сигнала в рельсовую цепь с вышеперечисленной совокупностью признаков, позволяющих обеспечить безопасную работу устройства для передачи сигнала в рельсовую цепь при появлении неисправностей в схеме или программном обеспечении и расширение функциональных возможностей, за счет передачи информации о параметрах устройства в систему удаленного мониторинга.

Таким образом, заявляемое изобретение является новым и может быть использовано в современных системах автоблокировки и электрической централизации.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой изображена функциональная схема устройства для передачи сигнала в рельсовую цепь.

Устройство для передачи сигнала в рельсовую цепь содержит последовательно соединенные источник 1 амплитудно-модулированного сигнала, блок 2 коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель 3, блок 4 ручной регулировки выходного напряжения и блок 5 стабилизации уровня сигнала, выходной усилитель 6 с источником 7 питания, выход выходного усилителя 6, являющийся первым выходом устройства для подключения к рельсовой цепи, соединен со вторым входом блока 5 стабилизации уровня сигнала, а выход блока 5 стабилизации уровня сигнала подключен к управляющему входу блока 2 коррекции уровня сигнала, при этом управляющий вход блока 5 стабилизации уровня сигнала является входом для приема сигнала управления от приемника рельсовой цепи (на чертеже не показано), блок 8 памяти, анализатор 9 параметров сигнала, измерители несущей частоты (10), частоты модуляции (11) и уровня выходного сигнала (12), первый ключевой элемент 13, формирователь 14 сигнала блокировки, второй ключевой элемент 15 и блок 16 связи, выход которого является вторым выходом устройства для передачи информации в систему удаленного мониторинга, выходы измерителей (10, 11 и 12) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала и блок 8 памяти соединены с соответствующими входами анализатора 9 параметров сигнала, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к управляющему входу первого ключевого элемента 13, через который источник питания 7 соединен с выходным усилителем 6, к входу формирователя 14 сигнала блокировки, подключенного выходом к входу блокировки выходного усилителя 6, к управляющему входу второго ключевого элемента 15, включенного между вторым выходом блока 4 ручной регулировки выходного напряжения и сигнальным входом выходного усилителя 6, и входу блока 16 связи, входы блока памяти, измерителей (10, 11 и 12) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала соединены с выходом выходного усилителя 6, а управляющий вход блока памяти подключен к первому выходу блока ручной регулировки выходного напряжения.

В нормальном состоянии при свободности рельсовой линии возможны два режима работы устройства для передачи сигнала в рельсовую цепь.

1. На выходе выходного усилителя 6 установлен уровень сигнала, соответствующий расчетному диапазону значений сигнала на входе путевого приемника (на схеме не показан) рельсовой цепи. В этом случае на управляющем входе блока 5 стабилизации уровня сигнала отсутствуют команды управления от приемника рельсовой цепи.

2. На выходе выходного усилителя 6 установлен уровень сигнала, не соответствующий расчетному диапазону значений сигнала на входе путевого приемника рельсовой цепи. В этом случае на управляющем входе блока 5 стабилизации уровня сигнала присутствуют команды управления от приемника рельсовой цепи.

При первом режиме устройство работает следующим образом.

Амплитудно-модулированный сигнал, генерируемый источником 1, передается через последовательно соединенные блок 2 коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель 3 и второй выход блока 4 ручной регулировки выходного напряжения на сигнальный вход выходного усилителя 6. (При исправном устройстве передачи сигнала в рельсовую цепь ключевые элементы 13 и 15 открыты, формирователь 14 сигнала блокировки выключен).

С помощью блока 4 ручной регулировки выходного напряжения устанавливается максимальный допустимый в соответствии с технической документацией уровень сигнала Uвыx_о на выходе выходного усилителя 6. Это напряжение не должно изменяться под действием дестабилизирующих факторов: напряжения источника питания, температуры окружающей среды и др.

В момент окончания ручной регулировки на первом выходе блока 4 ручной регулировки выходного напряжения формируется короткий сигнал, обеспечивающий запись значения напряжения, снимаемого с выхода выходного усилителя 6, в блоке 5 стабилизации уровня сигнала и в блоке 8 памяти, в котором также хранятся номинальные значения несущей частоты Fн_о и частоты модуляции Fм_о, установленные при настройке. Это напряжение соответствует точному значению Uвыx_о уровня выходного сигнала и используется в качестве опорного напряжения при регулировании и контроле безопасной работы устройства передачи сигнала в рельсовую цепь.

После окончания команды записи выключается сигнал на первом выходе блока 4 ручной регулировки выходного напряжения, и схема регулирования блока 5 стабилизации уровня сигнала начинает стабилизировать выходное напряжение сигнала выходного усилителя 6, подаваемое в рельсовую цепь на том уровне, который был установлен в процессе ручной регулировки (блок 5 стабилизации может быть реализован, например, по схеме, приведенной в патенте RU 2310572).

В блоке 5 стабилизации уровня сигнала напряжение Uвыx_о через второй вход записывается в два устройства памяти: долговременное запоминающее устройство уровня ручной регулировки ЗУРР и в запоминающее устройство текущей управляемой памяти ЗУТУП, кроме того, в блоке 5 стабилизации уровня сигнала содержатся умножитель и цифровой компаратор (на схеме не показано).

Стабилизация уровня сигнала для устранения влияния температуры и напряжения питания устройства передачи сигнала в рельсовую цепь на параметры выходного сигнала осуществляется по типовой схеме автоматического регулирования с цепью обратной связи, включенной между выходом выходного усилителя 6 и управляющим входом блока 2 коррекции уровня сигнала. Цепь обратной связи (на схеме не показано) содержит пиковый детектор и схему сравнения. На выходе пикового детектора формируется постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде выходного сигнала на выходе выходного усилителя 6. Это напряжение сравнивается в блоке 5 стабилизации уровня сигнала с опорным напряжением, зафиксированным в долговременном запоминающем устройстве ЗУРР. Управляющий сигнал, формируемый в результате сравнения, подается на управляющий вход блока 2 коррекции уровня сигнала, устраняющего возникшее отклонение уровня выходного сигнала на выходе выходного усилителя 6 от запомненного значения. Благодаря этому исключается влияние температуры окружающей среды и других дестабилизирующих факторов на величину напряжения, установленного на выходе выходного усилителя 6.

При втором режиме устройство передачи сигнала в рельсовую цепь работает следующим образом.

Если уровень сигнала на входе путевого приемника рельсовой цепи не соответствует расчетному диапазону значений сигнала, на управляющий вход блока 5 стабилизации уровня сигнала подаются команды о необходимости коррекции уровня сигнала на выходе выходного усилителя 6.

Получив команду на коррекцию уровня сигнала, установленного в запоминающем устройстве текущей управляемой памяти ЗУТУП, блок 5 стабилизации уровня сигнала вырабатывает команду на умножение этого значения на коэффициент коррекции, и результат умножения записывает обратно в ЗУТУП. Коэффициент коррекции (К_К) может принимать два значения: одно из них больше единицы, например, К_К=1,05, если от приемника рельсовой цепи получена команда на увеличение сигнала на выходе выходного усилителя 6, или - меньше единицы, например, К_К=0,95, если от приемника рельсовой цепи получена команда на уменьшение сигнала на выходе выходного усилителя 6. В результате этой операции текущее значение уровня опорного сигнала в запоминающем устройстве текущей управляемой памяти ЗУТУП увеличится или уменьшится на 5%.

Управляющий сигнал, формируемый в результате сравнения, подается на управляющий вход блока 2 коррекции уровня сигнала, обеспечивающего увеличение или уменьшение уровня сигнала на выходе выходного усилителя 6. Процедура корректировки уровня сигнала на выходе выходного усилителя 6 продолжается до тех пор, пока не исчезнет сигнал на управляющем входе блока 5 стабилизации о необходимости корректировки напряжения на выходе выходного усилителя 6, вследствие того, что уровень сигнала на входе приемника рельсовой цепи оказался в расчетном диапазоне значений, либо до того момента, когда уровень напряжения на выходе выходного усилителя 6 достигнет значения Uвыx_о.

В процессе регулировки уровень сигнала, записываемый в запоминающее устройство текущей управляемой памяти ЗУТУП U_ЗУТУП, сравнивается с максимально допустимым значением сигнала Uвыx_о, хранящимся в долговременном запоминающем устройстве уровня ручной регулировки ЗУРР. Коррекция уровня сигнала возможна только при соблюдении условия:

U_ЗУТУП≤Uвыx_о

За соблюдением этого условия следит цифровой компаратор. Он запрещает отработку команд на увеличение уровня сигнала на выходе выходного усилителя 6 при нарушении приведенного выше условия, благодаря чему исключается возможность появления сигнала с уровнем, превышающим максимально допустимое значение, установленное в соответствии с технической документацией.

В соответствии с требованиями безопасности, максимальный уровень сигнала Uвыx на выходе усилителя 6 не должен превышать значения Uвыx_о, установленного при ручной регулировке. Однако при выходе из строя блока 5 стабилизации уровня сигнала, условие Uвыx≤Uвыx_о может быть нарушено, вследствие чего не будут выполняться условия, необходимые для обеспечения шунтового и контрольного режимов работы рельсовой цепи, что является опасным отказом, так как может привести к получению ложной информации о свободности фактически занятого участка пути. К аналогичному результату может привести неисправность блока 1, в результате которой частота генерируемого им сигнала может попасть на частоту соседнего канала рельсовой цепи. При отсутствии информации о появившихся неисправностях, они могут обнаруживаться эксплуатационным персоналом с большим опозданием.

Для устранения указанных недостатков устройство для передачи сигнала в рельсовую цепь содержит блоки, обеспечивающие защиту от опасных отказов и модуль связи для своевременного доведения информации о состоянии устройства в систему удаленного мониторинга.

Сигнал с выхода усилителя 6 поступает на входы измерителей (10, 11 и 12) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала, предназначенных для контроля текущих параметров выходного сигнала (Fн, Fм и Uвыx, соответственно) с точностью, достаточной для нормального и безопасного функционирования рельсовой цепи. Номинальные значения параметров выходного сигнала Fн_о, Fм_о и Uвыx_о из блока 8 памяти и текущие параметры выходного сигнала Fн, Fм и Uвыx из измерителей (10, 11 и 12) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала передаются в анализатор 9 параметров сигнала, выполняющий оценку отклонения текущих параметров сигнала (Fн, Fм и Uвыx) от установленных при настройке (Fн_о, Fм_о и Uвыx_о, соответственно).

Анализатор 9 параметров сигнала может быть реализован в виде трех модулей сравнения, одни входы которых подключены к блоку 8 памяти, в котором записаны номинальные значения параметров выходного сигнала Fн, Fм и Uвыx, а другие к выходам соответствующих измерителей (11, 12 и 13) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала.

Сигналы на выходах соответствующих измерителей (10, 11 и 12) несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала могут быть преобразованы, например, с помощью микросхемы ADM 485 в код последовательного интерфейса RS 485 и переданы в систему удаленного мониторинга.

Если отклонение всех текущих параметров сигнала находится в пределах нормы, то с первого, второго и третьего выходов анализатора 9 параметров сигнала подаются отпирающие сигналы соответственно на управляющие входы первого ключевого элемента 13, формирователя 14 сигнала блокировки и третьего ключевого элемента 15. При этом обеспечивается рабочий режим устройства.

Если же отклонение хотя бы одного из контролируемых текущих параметров сигнала превышает допустимую норму, то анализатор 9 параметров сигнала выдает запирающий сигнал на управляющие входы первого ключевого элемента 13, формирователя 14 сигнала блокировки и второго ключевого элемента 15, благодаря чему осуществляется отключение устройства. Трехкратно продублированная схема блокировки обеспечивает надежное выключение выходного сигнала устройства при отклонении любого из контролируемых параметров сигнала от допустимого значения. Устройство с высокой надежностью переходит в режим защитного (безопасного) отказа, при котором сигнал на выходе устройства выключается, обеспечивая выполнение требований безопасности.

С четвертого выхода анализатора 9 параметров сигнала данные передаются в блок 16 связи, обеспечивающий постоянную передачу состояния устройства (исправно или отказ), а также текущие и номинальные параметры сигнала в систему удаленного мониторинга.

Внедрение предлагаемого устройства в системах автоблокировки и электрической централизации позволит повысить безопасность движения поездов.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте, в частности, в устройствах интервального регулирования движения поездов на перегонах и станциях. Устройство содержит последовательно соединенные источник амплитудно-модулированного сигнала, блок коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель, блок ручной регулировки выходного напряжения и блок стабилизации уровня сигнала, выходной усилитель с источником питания. Выход усилителя соединен со вторым входом блока стабилизации уровня сигнала, а выход блока стабилизации уровня сигнала подключен к управляющему входу блока коррекции уровня сигнала. В устройство введены блок памяти, анализатор параметров сигнала, измерители несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала, первый ключевой элемент, формирователь сигнала блокировки, второй ключевой элемент и блок связи. Выходы измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала и блок памяти соединены с соответствующими входами анализатора параметров сигнала, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к управляющему входу первого ключевого элемента, через который источник питания соединен с выходным усилителем, к входу формирователя сигнала блокировки, подключенного выходом к входу блокировки выходного усилителя, к управляющему входу второго ключевого элемента, включенного между вторым выходом блока ручной регулировки выходного напряжения и сигнальным входом выходного усилителя, и к входу блока связи. Входы блока памяти, измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала соединены с выходом выходного усилителя, а управляющий вход блока памяти подключен к первому выходу блока ручной регулировки выходного напряжения. Достигается повышение безопасности работы устройства, за счет его блокировки при возникновении неисправностей, обуславливающих несоответствие параметров устройства заданным значениям, и расширение функциональных возможностей, за счет передачи информации о параметрах устройства в систему удаленного мониторинга. 1 ил.

Устройство для передачи сигнала в рельсовую цепь, содержащее последовательно соединенные источник амплитудно-модулированного сигнала, блок коррекции уровня сигнала, предварительный усилитель, блок ручной регулировки выходного напряжения и блок стабилизации уровня сигнала, выходной усилитель с источником питания, выход выходного усилителя, являющийся первым выходом устройства для подключения к рельсовой цепи, соединен со вторым входом блока стабилизации уровня сигнала, а выход блока стабилизации уровня сигнала подключен к управляющему входу блока коррекции уровня сигнала, при этом управляющий вход блока стабилизации уровня сигнала является входом для приема сигнала управления от приемника рельсовой цепи, отличающееся тем, что в него введены блок памяти, анализатор параметров сигнала, измерители несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала, первый ключевой элемент, формирователь сигнала блокировки, второй ключевой элемент и блок связи, выход которого является вторым выходом устройства для передачи информации в систему удаленного мониторинга, выходы измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала и блок памяти соединены с соответствующими входами анализатора параметров сигнала, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющему входу первого ключевого элемента, через который источник питания соединен с выходным усилителем, к входу формирователя сигнала блокировки, подключенного выходом к входу блокировки выходного усилителя, к управляющему входу второго ключевого элемента, включенного между вторым выходом блока ручной регулировки выходного напряжения и сигнальным входом выходного усилителя, и к входу блока связи, входы блока памяти, измерителей несущей частоты, частоты модуляции и уровня выходного сигнала соединены с выходом выходного усилителя, а управляющий вход блока памяти подключен к первому выходу блока ручной регулировки выходного напряжения.