Приемник для путевой автоблокировки Советский патент 1993 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано для обнаружения местонахождения подвижного состава в пределах участка пути.

Цель изобретения - повышение точности работы рельсовых цепей в нормальном и шунтовом режимах в условиях значительного колебания сопротивления изоляции и наличии наводок на рельсовую цепь от тяговой сети в шунтовом режиме.

На чертеже показана схема предлагаемого приемника, где: 1 - первый фильтр, 2 - второй фильтр, 3 -демодулятор, 4 - первый сумматор, 5 - блок задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме, 6 - второй сумматор, 7 - третий сумматор, 8 - блок задания математического ожидания уровня

сигнала в рельсовой линии в шунтовом режиме, 9 - первый умножитель, 10 - второй умножитель, 11 - блок задания дисперсии уровня сигнала в нормальном режиме, 12 - третий умножитель, 13 - четвертый умножитель, 14 - первый делитель. 15 - пятый умножитель, 16 - блок задания дисперсии уровня сигнала в шунтоврм режиме, 17 - шестой умножитель, 18 - седьмой умножитель, 19 - второй делитель, 20 - восьмой умножитель, 21 - четвертый сумматор, 22 - третий делитель, 23 - блок логарифмирования, 24 - пятый сумматор. 25 - шестой сумматор, 26 - второй блок сравнения; 27 - третий блок сравнения, 28 - девятый умножитель, 29 - первый блок сравнения, 30 - блок задания порогового уровня сигнала о рельсовой линии, 31 - исполнительный элемент. .

Х|

ю со

Јь

Л

Приемник путевой автоблокировки содержит демодулятор 3, вход которого подключён к выходу фильтра 1, а выход соединен с первым входом сумматора 4, блок сравнения 29, один из входов которого подключен к выходу блока 30 задания порогового уровня сигнала в рельсовой линии, выход - к входу исполнительного элемента 31, при этом введены блок 5 задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме, блок 8 задания математического ожидания уровня сигнала, в рельсовой линии в шунтовом режиме, блок 11 задания дисперсии уровня сигнала в нормальном режиме, блок задания 16 дисперсии уровня сигнала в шунтовом режиме, блок 23 логарифмирования, умножители 9, 10, 12, 13, 15, 17, 18, 20, 28,делители 1.4, 19, 22, дополнительные сумматоры 6. 7,21,24, 25, блоки 26, 27 сравнения и фильтр 2, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 4, выход которого подключен к первым входам второго и третьего сумматоров б, 7, вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока 5 задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой ли- нии в нормальном режиме и выходом блока 8 задания математического ожидания уров- ня сигнала в .рельсовой линии в шунтовом режиме, а выходы подключены к первым и вторым входам первого и второго умножителей 9, 1.0. выходы которых подключены к первым входам третьего и четвертого умножителей 12, 13, выходы которых соединены с входами четвертого сумматора 21, а вторые входы с выходами первого и второго делителей 14, 19, входы которых подключены к выходам пятого и шестого умножите- лей 15, 17, входы которых соединены с выходами седьмого и восьмого умножителей 18, 20, первый и вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока 8 задания дисперсии уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме и выходом блока 11 задания дисперсии уровня сигнала в рельсовой линии в шунтовом режиме, подключенными к первому и второму входу третьего делителя 22, выход которого соединен с входом блока логарифмирования 23, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора 24, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора 21, а выход - с первым входом шестого сумматора 25, выход которого подключен к входу второго блока сравнения 27, первый выход которого подключен ко второму входу шестого сумматора 25, а второй выход г к третьему входу шестого сумматора 25, второму входу первого блока 24 сравнения и первому входу третьего блока 27 сравнения, выход которого подключен к четвертому входу шестого сумматора 25, а второй вход - к выходу девятого умножителя 28, вход которого соединен с выходом блока 30 задания порогового уровня сигнала в рельсовой линии.

Рассмотрение принципа работы устройства начнем с описания модели входного сигнала (сигнала в рельсовой цепи).

Так как при отсутствии поезда в рельсовой цепи устанавливается нормальный режим работы, а при наличии поезда - шунтовой режим, то и входной сигнал имеет две составляющие, Первая составляющая определяет сигнал и помеху в нормальном режиме, а вторая - помеху в шунтовом режиме.

В общем виде можно записать вырэже- ние для сигнала в рельсовой цепи следующим образом

x(t ) Ac sin шп г +Ј +

п .(1) + Qr(t) 2, AI sin (гАиу)+Ј

1-1

где т - момент разладки (переход из нор- мального режима в шунтовой);

Ас - амплитуда сигнала с частотой 25 или 75 Гц;

-уровень шума с нормальным распре- делением;

Qr (t) - параметрическая функция, принимающая значение 1 в шунтовом режиме и О - в нормальном режиме;

1

гармонические составляющие

сигнала с амплитудами AI, кратные частоте тока электрической тяги 50 Гц, , 3, 5, 7,... и фаз.

-Пример реализации сигнала в рельсовой цепи при переходе из нормального ре- жима в шунтовой показан на рис.

Рассмотрим формирование сигнала в устройстве для нормального режима с последующей его обработкой. При этом входной сигнал, поступающий на вход устройства, представляет собой часть выражения (1)

4

х(т,)Ан sinwH t + Ј . (2)

- Так как входной сигнал поступает на два фильтра 1, 2, причем первый фильтр 1 пропускает первую гармонику полезного сигнала, т.е. является полосопропускным, а второй фильтр 2 пропускает р.се гармоники.

кроме основной, полезного сигнала (т.е. является полосозаграждающим), поэтому на входах первого сумматора 4 будет присутствовать огибающая основного сигнала, выделенная демодулятором 3,-и флюктуацион- ный шум, поступающий с выхода второго фильтра 2.

После перехода рельсовой цепи из нормального в шунтовой режим сигнал, поступающий на вход устройства, описывается выражением

(3)

x(t)+2 Aisin(Wi t +(f ) -i-Ј

l 1

где i - принимает значения 1, 3, 5, ... .

При этом на входах первого сумматора 4 будет шум Ј, поступающий от демодулятора 5, и сигнал, представляющий сумму гармоник тяговой сети, поступающий с выхода второго фильтра 2.

Таким образом, при нормальном режиме сигнал (2) в рельсовой цепи можно рассматривать как случайный процесс с математическим ожиданием //1 и дисперсией GI, а во время шунтового режима (3) с математическим ожиданием и дисперсией G2. Причем сигнал, реализующий такой процесс, формируется на выходе первого сумматора 4.

Задачей данного устройства является различение двух режимов (нормального и шунтового) с заданной точностью. В отличие от существующих устройств различение режимов работы рельсовых цепей, основанных на фиксации абсолютных уровней напряжений и сравнения их с пороговым, предлагаемое устройство осуществляет автоматическое накопление нескольких условий и признаков, соответствующих данному режиму. Поясним это. Так как в указанной модели входного сигнала (1) наряду с изменением математического ожидания при переходе из нормального режима работы рельсовой цепи в шунтовой происходит увеличение дисперсии наблюдаемого процесса, то для ускорения обнаружения момента изменения режимов работы рельсовой цепи производится двухпараметрический контроль за математическим ожиданием входного сигнала и его дисперсией. Эти ризнаки, характеризующие тот или иной режим, суммируются по алгоритму работы ак называемой кумулятивной суммы и равниваются с порогом h. Фактом изме- нения режима работы рельсовой цепи являтся пересечение значения кумулятивной уммы этого порога. При этом выражение ля кумулятивной суммы имеет вид

St St-i+lng+(y,- )2-(у.)2.

(4)

где yt- сигнал на выходе первого сумматора 4;

/Л - математическое ожидание сигнала анормальном режиме работы рельсовой цепи (задается специальным блоком 5);

(71 - дисперсия сигнала в нормальном режиме работы рельсовой цепи (задается блоком 11);

Oi и//2 математическое ожидание и дисперсия сигнала в шунтовом режиме (задается соответственно блоком 8 и блоком 16).

Z.

О,

Г 2h, Z 2h ,

, . Значения дисперсии и математического

ожидания устанавливаются в виде известных величин, определенных по экспериментальным данным,г

Сигнал (yt) с выхода первого сумматора 4 поступает на входы второго и третьего

сумматоров 6 и 7, в которых происходит вычитание из yt значений математических ожиданий /л , поступающих от блоков 5 и 8.

Полученные с выходов второго и третьего сумматоров 6,7 сигналы поступают н.а оба входа первого умножителя 9 и второго умножителя 10. Обращенные таким образом в квадрат значения сигнала поступают на первые входы третьего умножителя 12 и

четвертого умножителя 13 соответственно. При этом с помощью блока 11 задается значение сигнала о дисперсии при нормальном режиме работы рельсовой цепи и соответствующий сигнал поступает на оба входа седьмого умножителя 18, в котором сигнал возводится в квадрат и подается на вход пятого умножителя 15. В этом умножителе 15 сигнал удваивается и поступает на вход первого блока 14 деления, в котором происходит деление единицы на значение сигна- ла, поступающего с выхода умножителя 15. Напряжение с выхода блока 14 подается на второй вход третьего умножителя 12.

Сигнал на выходе умножителя 12 про- порционале н напряжению в рельсовой цепи при нормальном режиме и соответствует третьему слагаемому выражения (4).

Одновременно происходит формирование значения дисперсии сигнала, соответствующего шунтовому режиму в блоке 16. При этом с помощью блоков 26, 27 осуществляется возведение в квадрат, удвоение сигнала, а затем производится деление единицы на значение сигнала в блоке 19.

Полученный таким образом на выходе блока 19 сигнал поступает на второй вход восьмого умножителя 13. Сформированный на выходе восьмого умножителя 13 сигнал пропорционален глубине шунтового режима и соответствует четвертому слагаемому .выражения (4). Как следует из вражения (4) и принципа работы устройства, на выходе умножителя 12 формируется сигнал, определяющий положительную часть кумулятивной суммы, а на выходе умножителя 13 сигнал, определяющий отрицательную часть кумулятивной суммы.

С помощью третьего блока 22 деления и блока 23 логарифмирования формируется константа, от которой зависит скорость нарастания кумулятивной суммы (второе слагаемое в выражении 4),

G помощью четвертого сумматора 21 и пятого сумматора 24 формируется сигнал положительного и отрицательного приращения кумулятивной сумы (4), который поступает на первый вход шестого сумматора 25. На второй вход шестого сумматора 25 подается сигнал с первого выхода второго блока 27 сравнения о значении кумулятивной суммы в предыдущий момент измерения (при первом измерении это значение равно нулю).

После сложения в шестом сумматоре 25 на его выходе формируется сигнал, пропорциональный текущему значению кумулятивной суммы. Этот сигнал поступает на вход блока 27 сравнения, на первом выходе этого блока 27 действует сигнал, также пропорциональный кумулятивной сумме, кроме двух ситуаций.

В первой ситуации проверяется условие, что назначения кумулятивной суммы больше нуля (так как из выражения 4 следует, что кумулятивная сумма может быть и отрицательной). В противном случае на втором выходе второго олока 21 сравнения появляется сигнал на обнуление значения кумулятивной суммы в шестом сумматоре 25. .

. Во второй ситуации посредством третьего блока 29 сравнения, блока 30 (задается значение порога h) девятого умножителя 28 (удваивается значение поря rail), проверяется условие, что значения кумулятивной суммы меньше удвоенного значения порога h. В противном случае на выходе третьего блока 29 сравнения появляется сигнал, который поступает на четвертый вход шестого сумматора 25, в котором производится переприсвоение кумулятивной сумме значения 2h. Проверка этих условий позволяет при различном времени существования шунтового и нормального режимов работы рельсовых цепей поставить их в равные условия по скорости достижения порога и не допускает наличия отрицательных значений кумулятивной суммы и больших, чем величина 2h.

С первого выхода второго блока 27 сравнения сигнал поступает на первый вход первого блока 26 сравнения, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный порогу h с выхода блока 30. Если сигнал

с выхода второго блока 27 сравнения (который пропорционален значению кумулятивной суммы) больше порога h, то на выходе исполнительного элемента 31 появляется сигнал, свидетельствующий о наличии шунтового режима, в противном случае принимается решение о нормальном режиме.

Технико-экономический эффект достигается за счет более точного распознавания шунтового и нормального режимов работы

рельсовой цепи, которое обеспечивается использованием оптимального алгоритма обнаружения скачкообразного изменения состояния рельсовой цепи по математическому ожиданию и дисперсии. Улучшение

работоспособности рельсовой цепи с применением данного приемника подтверждается результатами моделирования на ЭВМ. Число данных обнаружений шунтового режима снижается на 25...30% в зависимости

от сопротивления балласта.

Формула изобретения Приемник для путевой автоблокировки, содержащий демодулятор, вход которого

подключен к выходу фильтра, а выход соединен с первым входом сумматора, блок сравнения, один из входов которого подключен к выходу блока задания порогового уровня сигнала в рельсовой линии, а выход

- к входу исполнительного элемента, от л и- чающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен блоком задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме,

блоком задания математического ожидания уровня сигнала и рельсовой линии в шунто- вом режиме, блоком задания дисперсии уровня сигнала в.нормальном режиме, блоком задания дисперсии уровня сигнала в шунтовом режиме, блоком логарифмирования, делителями, умножителями, дополнительными сумматорами, блоками сравнения и фильтром, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме и выходом блока задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в шунтовом режиме, а выходы подключены к первым и вторым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены к первым входам третьего и четвертого умножителей, выходы которых соединены с входами четвертого сумматора, а вторые входы - с выходами первого и второго делителей, входы которых подключены к выходам пятого и шестого умножителей, входы которых соединены с выходами седьмого и восьмого умножителей, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока задания дисперсии уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме и выходом блока задания дисперсии уровня сигнала в рельсовой

линии в шунтовом режиме, подключенными к первому и второму входу третьего делителя, выход которого соединен с входом блока логарифмирования, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора,

второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход - с первым входом шестого сумматора, выход которого подключен к входу второго блока сравнения, гТервый выход которого подключен к

второму входу шестого сумматора, а второй выход - к третьему входу шестого сумматора, второму входу первого блока сравнения и первому входу третьего блока сравнения, выход которого подключен к четвертому

входу шестого сумматора, а второй вход - к выходу девятого умножителя/вход которого соединен с выходом блока задания порогового уровня сигнала в рельсовой линии.

Использование: в области железнодорожной автоматики и телемеханики для повышения точности шунтового режима. Сущность изобретения: устройство содержит фильтры 1 и 2, демодулятор 3. сумматоры 4, 6, 7, 21, 24 и 25, блок 5 задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в нормальном режиме, блок 8 задания математического ожидания уровня сигнала в рельсовой линии в шунто- вом режиме, умножители 9,10,12,15,17,18, 20 и 28, блок 11 задания дисперсии уровня сигнала в нормальном режиме, делители 14, 19 и 22, блок 16 задания дисперсии уровня сигнала в шунтооом режиме, блок 23 логарифмирования, блоки 26,27 и 29 сравнения, блок 30 задания порогового уровня сигнала в рельсовой линии и исполнительный элемент 31. 1 ил.