Система кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях Российский патент 2023 года по МПК B61L23/16 

Изобретение «система кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях» относится к железнодорожной автоматики и телемеханики, а, в частности, может быть применено как в системах интервального регулирования поездов на перегоне, так и в позиционировании подвижного состава, на разветвленных рельсовых системах железнодорожной станции.

Известны устройства автоблокировки рельсовых цепей тональной частоты, в которых отсутствуют изолирующие вспомогательные устройства, ограждающие блок участок. Такое устройство, содержит модулятор, способствующий объединению модулирующего и несущего сигнала, а также распространению его по рельсовым нитям, приемные демодулирующие устройства, воспринимающие сигнал и передающие его на путевые и линейные реле, управляющие цепями питания запрещающих показаний светофоров. Также устройство оборудовано реле контроля следования подвижного состава, кодово-включающим реле и сигнальной аппаратурой. Рассматриваемая система используется, как с централизованным, так и децентрализованным размещением управляющих устройств. (См. патент RU 2288454 С1, 27.08.1997).

Наряду с этим известно устройство передачи управляющих сигналов автоматической локомотивной сигнализации, через рельсовые цепи системы централизованной автоблокировки. Состоящей из блока управления, связанного с системой интервального регулирования и блока, связанного с железнодорожным полотном, формирующего управляющие сигналы и включающего в себя усилители, фильтры, приемники и коммутаторы. (См. патент СССР №107410, 11.08.1956).

Несовершенством данных устройств является недостаточно точное позиционирование подвижных железнодорожных единиц, привязанных к конкретным блок-участкам, что в итоге приводит к уменьшению количества составов на перегонах, при этом дополнительные шунтирующие зоны, ограничивают длину определения нахождения подвижного состава. Изрядное количество путевого оборудования требует значительные затраты на периодическое обслуживание и замену истративших работоспособность компонентов. Ограниченная информативность передаваемых сигналов. Необходимость использования дополнительной аппаратуры для централизованного и децентрализованного управления системами автоматики. Значительная протяженность и разветвленность кабеля к каждому путевому устройству требует более высокого управляющего напряжения, а также достаточное количество кабеля, монтаж и содержание которого, приводит к дополнительным экономическим издержкам.

В какой-то мере близким устройством, руководствуясь функциональными возможностями, свойствами и принципами взаимодействия, является известное устройство передачи информационных сигналов управляющего характера, в локомотивную сигнализацию через тональные рельсовые цепи, оборудованные микропроцессорной системой управления автоблокировкой с централизованным размещением. Состоящего из системы связи CAN, объединяющей в единую сеть кодовый блок управления, приемо-передающего устройства сигналов автоматической локомотивной сигнализации, автоматизированное рабочее место дежурного по станции (ДСП) и систему интервального регулирования, для внутреннего обмена данными, контроля состояния каждого элемента и управления конкретными объектами рассматриваемой группы. (См. патент RU 2417913 С1, 10.09.2009).

Недостатками такого устройства являются отсутствие обратной связи с подвижными единицами на участке пути, недостаточно точное позиционирование подвижного состава в конкретной точке нахождения, большое количество путевого оборудования и сигнализации. Рассматриваемая система не самодостаточна, а всего лишь объединяет другие системы железнодорожной автоматики через каналы связи.

Сущность изобретения «Система кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях», состоит в расширении функциональных возможностей системы интервального регулирования, как разветвленных, так и неразветвленных рельсовых цепей, вследствие чего данное изобретение позволит повысить безопасность и эффективность маневровой и поездной работы, на станции и вне ее. Межпоездное расстояние получится сократить до значения тормозного пути. Машинист каждого поезда, получит возможность, контролирования дистанции до впереди идущего состава в режиме реального времени. Информация, поступающая на автоматизированное рабочее место ДСП и в локомотив, посредством каналов связи и рельсовых нитей, будет отображаться в качестве чистового значения. При этом каждый участник организации и исполнения движения способен будет видеть на каком расстоянии и с какой скоростью движется подвижной состав. Помимо всего прочего данная система, внедренная в разветвленные рельсовые цепи, поспособствует более точному позиционированию составов, с отображением их расположения во всех подвижных единицах и в автоматизированном рабочем месте ДСП на станции.

Представляемое нововведение достигается за счет полного исключения путевых устройств и светофорной сигнализации, вместо этого устанавливается приемопередающее устройство с собственной электронно-логической системой, также каждый локомотив оборудуется тождественным программно-вычислительным устройством, способным принимать и передавать кодированные сигналы. При этом в качестве канала связи могут выступать, как рельсовые нити, так и радиоканал. Система рельсовых цепей с логическим элементом, периодически посылает опрашивающий сигнал в рельсовую нить, на которой посредством собственных приемопередающих устройств, с вычислительной системой, он воспринимается подвижным составом, и передает свой кодовый сигнал обратно через канал связи. Позиционирование подвижных единиц достигается за счет вычисления местоположения путем разницы во времени исходящего и поступающего сигналов, при известной скорости распространения данных. Обработанная информация следует в автоматизированное рабочее место ДСП посредством линии связи CAN, а в подвижные единицы она доставляется по рельсовым нитям при помощи пакета данных кодового сигнала. Полученные данные обрабатываются логической системой локомотива и выводятся на информационно передающее устройство.

Технический результат работы системы разветвленных рельсовых цепей, достигается аналогичным образом с добавлением неких элементов. При въезде на станцию, подвижной состав проследует через электронные радиометки, при этом получая от них информацию о путевом развитии. Локомотивная логическая система как на перегоне, так и на станционных путях продолжает принимать и передавать сигналы, включающие свой собственный уникальный код, а также шифр путевого логического устройства, контролирующего нахождение подвижного состава. На путях станции устанавливается аналогичные перегонным, приемо-передающие устройства, распознающие передаваемую информацию от состава, одновременно отправляя пакеты данных через рельсовые нити о состоянии занятости путей станции. Отличие такой аппаратуры заключается в том, что сигналы передаются по разным рельсовым нитям индивидуально и противоположно. Позиционирование состава осуществляется аналогичным способом, используя разность времени следования исходящего и принятого сигнала. Воспринимаемая, через рельсовые каналы связи, информация расшифровывается локомотивом и выводится на экран. В случае нахождения отдельных групп вагонов на путях станции, определение занятости пути будет происходить, за счет приемо-передающих устройств, смежной рельсовой цепи, не участвующей в данный момент в цикле передачи данных. Временной интервал следования испускаемого сигнала, благодаря промежуточному шунтированию, искажается, что приведет к дублированию сигнала в смежной рельсовой цепи и определению системой точки нахождения. Все логические приемо-передающие устройства, стрелочные переводы и входные радиометки связаны между собой и с центральным блоком управления через CAN шину, что позволяет мгновенно выявлять общую информацию о позиционировании подвижных единиц и сообщать ее участникам, организующим и управляющим работой станции, а также непосредственным исполнителям трудовой деятельности связанных с движением.

Сравнение представленного технического нововведения с известными аналогами, позволило отметить его соответствие критерию новизна, так как, опираясь на технический уровень, оно является неизвестным.

Предлагаемое изобретение применимо в промышленности, а также обладающим техническим оснащением соответствует критерию «изобретательский уровень», поскольку нововведение явным образом не следует из уровня техники.

В связи с вышеизложенным, представленная альтернативная система контроля позиционирования подвижного состава соответствует критериям изобретательского уровня и патентоспособности.

Функциональная схема системы кодово-локационного позиционирования подвижного состава на перегоне представлена на фиг. 1.

Представленная перегонная система автоматики содержит логический приемо-передающий модуль с внутренним собственным номером, данный элемент системы связан с устройствами станционной автоматики через двухпроводную CAN шину, через которую, происходит постоянный обмен данными, способствующий объединению каждой отдельной технической единицы в единую систему, обрабатывающую данные и принимающую соответствующие решения в зависимости от ситуации. Данный логический элемент выполнен в виде микропроцессорного модуля с аутентичной обвязкой, включающий устройство, генерирующее и передающее сигналы.

В рассматриваемое изобретение входят как отдельные элементы данной системы локомотивные логические модули, основанные на микропроцессорной технологии обработки данных, включающие также приемо-передающую аппаратуру, позволяющую наладить связь со стационарными устройствами автоматики, представленными ранее. Таким техническим единицам присваивается собственный уникальный номер. В данную систему входят дублирующие ограждающие устройства, их конструкционные особенности тождественны локомотивной аппаратуре, с одним исключением, что логика присутствующая в микропроцессорном блоке управления, более простая, нежели чем в головной части состава.

В качестве каналов связи в данном изобретении выступают рельсовые нити, соединенные в схему, представленную на фиг. 1. Такая схема позволяет исключить шунтирование каналов связи, что исключает возможные дополнительные искажения сигнала. В данной системе также возможно использование дополнительного радиоканала, способствующего передавать информацию от стационарных устройств автоматики к подвижным единицам следующих по перегону. Тем не менее в данном изобретении такой канал связи рассматриваться не будет.

Устройство работает следующим образом.

Полное взаимодействие системы состоит в основном из 3 этапов, первые три иллюстрации отражают каждый шаг взаимодействия системы, фиг. 4 отражает полную структуру перегонной системы, включая все возможные вариации обмена информацией между техническими устройствами, участвующими в движении.

Точкой отсчета первого этапа взаимодействия компонентов изобретения, сводится к функционированию логического приемо-передающего модуля. Как представлено на фиг. 1, рассматриваемый блок передает опрашивающий сигнал по рельсовым нитям в оба направления, возвращающийся в логическое устройство по средней объединенной линии, связывающей оба канала связи. Поступающее кодированное сообщение, как показано на фиг. 4, включает номер самого стационарного логического приемо-передающего оборудования, улавливается приемниками автономных устройств обработки информации, устанавливаемых стационарно в головной части локомотива и временно в хвостовой части в качестве дублирующего модуля, входящих в состав общей структуры автоматизированной системы интервального регулирования движения на перегоне. Отличительные особенности независимого, ограждающего подвижной состав, блока в отношении аппаратуры размещаемой стационарно в локомотиве, заключаются в более простом исполнении, отсутствии должной аппаратно-логической среды, источников визуализации принимаемой информации, вся работа рассматриваемой хвостовой установки сводится только к приему и дублированию сигнала головного комплекта оборудования. Первый этап завершается успешным приемом кодированного сообщения приемными устройствами локомотива и вспомогательного ограждающего устройства.

Началом второго этапа, согласно фиг. 2, является генерирование транспортными единицами, находящимися на участке контролируемым логическим стационарным устройством, располагаемым на перегоне, ответного сигнала, включающего в пакет кодированной информации код опрашивающего устройства, а также индивидуальный номер самого локомотива. Дублирующие модули, как показано на фиг. 2 и фиг. 4, передают обратный сигнал, аналогично устройствам, расположенным в головной части состава. Завершение второго этапа позиционирования подвижных единиц на перегоне, разрешаются приемом сообщений, исходящих от участников движения, логическим приемо-передающим модулем, располагаемым в пределах перегона. Временной отрезок ожидания поступающих сигналов складывается из времени на перемещения сигнала от устройства до конца участка и обратно, включая дополнительное поправочное значение.

Работа системы, в режиме второго этапа, возможна в нескольких вариантах исполнения, представленных ниже. Первый вариант характеризуется частотным разделением источников информации. Каждый локомотив и дублирующий модуль посылают ответный сигнал приемному-передающему устройству согласно своему заранее установленному частотному спектру. Такой вид межсистемной коммуникации возможен лишь при низкой загруженности участка, так как при повышении количества источников, появляются помехи и искажения при наложении сигналов, к тому же имеется ряд трудностей, связанных с аппаратурой по частотному разделению каналов. Другой вариант, характеризующийся отсутствием наложения волн, функционирует за счет временного разделения информационных потоков. Сущность такого вида коммуникации связующих блоков, заключается в следующем, входная радиометка (фиг. 5) присваивает к основному номеру устройства, дополнительный изменяемый номер, располагающийся в конце, регламентирующий алгоритм работы перемещающихся систем. Этот номер состоит, в основном из двухзначного значения, реже из трехзначного, и определяет то количество временных циклов ожидания системы после приема опрашивающего сигнала. Радиоустройство присваивает номер согласно количеству устройств на участке, в порядке возрастания, в случае выхода состава с перегона освободившийся номер, первостепенно, присваивается заново. Таким образом, передвижные элементы системы способны передавать ответный сигнал строго в свое назначенное время, оперируя кодовым шифром назначенным радиометкой. Дублирующий модуль получает аналогичный номер, его взаимодействие с системой аналогичное, за исключением характера сигнала, подающегося в противофазе. Обладая данными о количестве подвижных единиц на участке, приемо-передающий блок, находится в режиме приема информации, временной промежуток, складывающийся из произведения максимального значения временного интервала, присвоенного устройству, и времени следования сигнала по участку, включая время следования собственного опрашивающего сообщения и межоперационные промежутки.

Завершающий этап функционирования, представленной в описании, системы, основывается на передаче информационных кодированных сообщений, как показано на фиг. 3 и фиг. 4, от стационарного перегонного устройства, всем участникам движения, включающих номер локомотива и пакет зашифрованных данных. Каждая движущаяся система принимает свой сигнал, цифровое значение, находящееся в начале, является маршрутизатором, позволяющее передавать информацию индивидуально, конкретному поезду. Конечный информационный массив включает материалы, при обработке которых, логическое приемо-передающее устройство, располагаемое в локомотиве, выводит необходимую информацию на экран. Она отражает дистанцию до ближайших участников движения, их текущую скорость, наряду с этим выводится данные о расстоянии до примыкающих к перегону станций. В рассматриваемой системе используется временное разделение каналов, функцию мультиплексора выполняет первая часть сигнала, указывающая адресат, принимающего пакет данных. Информационные сообщения рассылаются согласно порядку определяемому данными об удаленности объектов, в первую очередь информируются участники движения, менее удаленные от устройства, включенного в систему интервального регулирования движения поездов на перегоне.

Рассматриваемые ранее этапы циклически повторяются с целью обеспечения непрерывного мониторинга ситуации происходящей в пределах перегона, позволяя регулировать и контролировать межпоездную дистанцию и безопасность. Информационный обмен данными среди стационарной системы и подвижными единицами осуществляется при помощи двоичного кода. Приемо-передающие устройства связывается через шину CAN с прилегающими подстанциями, в случае возникновения не штатных ситуаций, потери связи с составом, либо сокращения безопасной дистанции между транспортными единицами, участвующими в движении происходит автоматическое отключение электроснабжения конкретных подвижных устройств выполняющих транспортировку вагонов. Контроль выхода состава на перегон осуществляет радиометка показанная на фиг. 5, она посредством связи CAN передает данные о выходе состава на перегон, либо проследование его на станцию, что позволяет системе сформировать информационную базу, о потенциально имеющихся транспортных единицах на участке, а рассматриваемые фазы системы интервального регулирования, позволяют сравнивать полученные данные от транспортных устройств, с имеющимися в базе, таким образом система полностью контролирует работоспособность, транспортируемых объектов входящих в ее структуру.

Функциональная схема станционной системы кодово-локационного позиционирования подвижного состава представлена на фиг. 5.

Представленная разветвленная система, применимая в станционных условиях, включает в себя аналогичные перегонным приемо-передающие устройства, располагаемые на тех участках пути, на которых осуществляется позиционирование. Конструкционные особенности рассматриваемых модулей имеют характерные отличия, каждая контролируемая рельсовая нить связана индивидуально с сигнальным проводом, с обеих сторон, относительно рассматриваемого компонента системы, по которому следуют кодированные сообщения и возвращаются через рельсовую нить в источник. Таким образом, практически каждый рассматриваемый элемент связывает 4 контрольные линии, переменно включая 2 смежных, взаимно пересекающихся канала связи. Данная конструкционная особенность позволяет определить точное расположение и направление локомотива, сформированного состава, также отследить неопределенную группу вагонов, располагающихся в контролируемом пространстве. Станционные приемо-передающие модули связаны между собой и главным информационным блоком через шину CAN, в рассматриваемую сеть входят также стрелочные переводы и информационные радиометки, способные передавать информацию о путевом развитии, фиксировать входящие либо выходящие транспортные единицы, а также присваивать соответствующий изменяемый шифр, в случае временного разделения каналов связи. Главный информационный блок собирает и обрабатывает данные, поступающие из отдельных элементов станционной системы и прилегающего перегона, на основании которых регулирует их деятельность.

Устройство работает следующим образом.

Структурная схема взаимодействия системы, рассматривая на примере отдельного приемо-передающего модуля, представлена на фиг. 7, согласно которой, отслеживание положения технических устройств, участвующих в движении, аналогично перегонной, состоит из 3 этапов.

Первый этап работы изобретения, применяемого в станционных условиях, согласно фиг. 6, 7 характеризуется генерированием, приемо-передающим модулем, опрашивающего сигнала, включающего собственный уникальный код, присваиваемый каждому устройству индивидуально, располагаемому на разветвленных рельсовых цепях. Первичный информационный пакет данных, через подземные линии связи, следует по сигнальному кабелю, сопрягаемому с рельсовой нитью, через весь контролируемый участок, возвращаясь в передающий блок посредством рельсового полотна. В качестве разделения регулируемых зон, используется поочередное включение смежных линий, противорасположенные сети включаются аналогично, но кодированный сигнал генерируется в противофазе. Таким образом, происходит перекрестное выполнение опрашивающей фазы работы изобретения, как представлено на фиг. 8. Начальный сигнал в случае отсутствия группы вагонов, локомотива или состава возвращается в устройство по связанному рельсовому полотну, иначе при нахождении объектов движения на контролируемом участке, происходит шунтирование сигнала по смежной, не работающей в данный момент времени, рельсовой нити. Приемо-передающее устройство фиксирует неопознанный элемент на железнодорожном пути, при этом разность приходящего кодированного сообщения во времени позволяет отследить точное местоположение располагающейся подвижной единицы. Система определяет рассматриваемые объекты как неопознанную группу вагонов до тех пор, пока не придет в приемо-передающий модуль ответный сигнал по опрашивающей линии, рассмотренный далее во 2 фазе. Исходящие кодовые сообщения, улавливаются логическими блоками локомотивов, либо дублирующих модулей, аналогично, как показано ранее в описании перегонной системы. Окончание первого этапа осуществляется приемом сигнала локомотивом, или стационарным путевым блоком через основную, либо смежную линию.

Началом 2 фазы работы станционной системы, как представлено на фиг. 6, 7, является пропуск по линии связи ответного сигнала, исходящего из локомотива, либо, при наличии, из дублирующего модуля. Посылаемый шифр, аналогично перегонной системе, включает номер опрашивающего устройства, а также свой индивидуальный код. Данный этап может выполнятся в двух разных вариациях. Первый вариант, рассчитанный на небольшое количество технических устройств, курсирующих внутри системы, основан на частотном разделении каналов связи между разными подвижными единицами, характеризующийся использованием собственных уникальных частот, изначально настаиваемых в логическом блоке и остающихся неизменными на протяжении всего срока эксплуатации. Дублирующий модуль изготавливается в паре с локомотивным модулем, излучая тот же частотный спектр, но в противофазе. В этом случае ограждать состав способно только конкретное, сопряженное с локомотивом, устройство, иначе возможна рассинхронизация устройств. Другой вариант, имеет временное разделение ответных сигналов. Характеризуется использованием изменяемого кода, назначаемого каждой подвижной единицы, входящей в структуру рассматриваемого изобретения. При входе на станцию, радиометка, помимо информации о путевом развитии, присваивает номер устройству, который сохраняется до момента выхода его на перегон. Структура взаимодействия представлена ранее в описании перегонных систем. В данном случае, ограждение состава, происходит любыми модулями, сопрягаемыми с локомотивным блоком, перед использованием. Описанное ранее достигается за счет использования во всех устройствах, идентичного спектра частоты, распространяемых данных. Дублирующие модули используют модулирующий сигнал, распространяющийся в противофазе. Завершение второго этапа, в случае нахождения сформированного состава или локомотива, на контролируемом участке, осуществляется приемом ответных сигналов приемо-передающим блоком, иначе при отсутствии, перечисленных ранее, технических устройств, система отсчитывает, в зависимости от варианта исполнения, заданное количество временных промежутков. После чего обрабатывает полученные данные, приходящие по рельсовым нитям.

Завершающий этап взаимодействия системы позиционирования подвижных единиц на станции, согласно фиг. 6, 7, осуществляется передачей пакета данных в логическое локомотивное устройство, выявленных подвижных систем. Передаваемый пакет данных, включающий идентификатор адресата, номер опрашивающего блока и кодированное сообщение о станционной занятости путей, распространяется по рельсовой нити, с которой пришел ответный сигнал. Вторая часть зашифрованного кода, распознается исключительно локомотивной системой, точно указывая области занятости путей на станции, и наличие локомотивов, либо сформированных составов, их направление и скорость, в случае наличия перемещения. В связи с согласованностью изобретения, с постом управления дежурного по станции, пакет данных включает иллюстрирование приготовленных маршрутов, разрешенную скорость, открытость или закрытость направления передвижения. Каждое приемо-передающее устройство, включенное в общую сеть, отправляет сигнал, распознанному, на контролируемой дистанции, устройству. В случае нахождения на участке нескольких опознанных подвижных единиц, передача информации, осуществляется согласно временному разделению, очередность выбирается исходя из удаленности объекта. Мультиплексирующие функции, при наличии временного разделения потоков данных, выполняет первая часть сообщения, указывая адрес приемного устройства.

Изобретение циклически повторяет рассматриваемые этапы, осуществляя сравнение, формируемой, согласно прибывающих и отправляющихся единиц, базы данных, что позволяет контролировать исправность перемещающейся техники и позиционировать ее. Через CAN шину происходит обмен данными между перегонной и станционной системой. В случае возникновения нештатных ситуаций, питающая сеть, электрифицированной станции, отключается с целью исключения аварийных последствий. Протокол системы может быть отменен, ответственным за безопасность, участником организации движения. Рассматриваемые вариации системы могут накладываться на действующую систему с использованием рельсовых цепей тональной частоты, в случае отказа, последняя может беспрепятственно функционировать.

Изобретение относится к средствам контроля положения состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях для регулирования движения. Техническое решение включает микропроцессорные логические приемо-передающие модули, линии связи, CAN шины, локомотивные приемо-передающие модули, ограждающие дублирующие модули хвостовых вагонов, отличающееся тем, что включены входные радиометки на границах участков и станций, выполненные с возможностью передачи информации о путевом развитии, фиксации транспортных единиц, присваивания изменяемого шифра при временном разделении каналов связи, радиометки и микропроцессорные логические приемо-передающие модули связаны посредством общей CAN шины, при этом микропроцессорные логические приемо-передающие модули выполнены с возможностью определения местоположения подвижного состава посредством контроля времени на передачу и получение обратного сигнала по рельсовым нитям от локомотивных приемо-передающих и ограждающих дублирующих модулей. Достигается повышение безопасности движения. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях, включающее микропроцессорные логические приемо-передающие модули, линии связи, CAN шины, локомотивные приемо-передающие модули, ограждающие дублирующие модули хвостовых вагонов, отличающееся тем, что включены входные радиометки на границах участков и станций, выполненные с возможностью передачи информации о путевом развитии, фиксации транспортных единиц, присваивания изменяемого шифра при временном разделении каналов связи, радиометки и микропроцессорные логические приемо-передающие модули связаны посредством общей CAN шины, при этом микропроцессорные логические приемо-передающие модули выполнены с возможностью определения местоположения подвижного состава посредством контроля времени на передачу и получение обратного сигнала по рельсовым нитям от локомотивных приемо-передающих и ограждающих дублирующих модулей.

2. Система кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях включающая устройство кодово-локационного позиционирования по п. 1.