Микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки

Авторы патента:

B61L23/30 - с помощью автоматической перегонной блокировки

Полезная модель относится к устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к микропроцессорной приемопередающей аппаратуре систем автоблокировки и предназначена для использования в системах интервального регулирования движения поездов на участках пути с использованием рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков.

Микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки, содержащий два идентичных канала обработки информации, интерфейсы входа и выхода, две схемы контроля, схему запуска и диагностики и схему коммутации интерфейса, дополнен интерфейсом светофора, модемом, двумя усилителями мощности с широтно-импульсной модуляцией, бесконтактными коммутаторами входа и выхода. Каждый канал обработки информации, содержащий аналого-цифровой преобразователь и два процессора общего назначения, дополнен цифровым сигнальным процессором и двумя цифро-аналоговыми преобразователями. Операции фильтрации, демодуляции, декодирования, кодирования и модуляции сигналов контроля состояния рельсовых линий (КРЛ), принятия решения о состоянии контролируемых рельсовых линий, а также формирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) реализованы программно. Сформированные смеси сигналов КРЛ и АЛСН передаются в рельсовую цепь через цифро-аналоговые преобразователи и усилители мощности. Синхронность работы процессоров общего назначения каждого канала обработки информации проверяется схемами контроля.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение безопасности, исключение электромагнитных реле, сокращение расхода кабеля, возможность работы приемопередатчика в различных системах автоблокировки, как с рельсовыми цепями с изолирующими стыками, так и с рельсовыми цепями без изолирующих стыков.

Известна микропроцессорная приемопередающая аппаратура кодовой электронной блокировки (Полыванный Д.В., Гуров С.В. Разработка и внедрение кодовых электронных блокировок КЭБ-1 и КЭБ-2//Автоматика, связь, информатика. - 2001. - 10. - С.35-37). В кодовой электронной блокировке КЭБ-1 используются генератор кодов ГК-КЭБ, осуществляющий передачу сигналов и приемник-дешифратор ПД-КЭБ. В кодовой электронной блокировке КЭБ-2 используется приемопередающий блок управления сигнальной точкой БУСТ. Указанная приемопередающая аппаратуры работает только с рельсовыми цепями с изолирующими стыками

Известна микропроцессорная приемопередающая аппаратура микропроцессорной системы числовой кодовой автоблокировки АБ-ЧКЕ (Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Учеб. для вузов. / Кравцов А.Ю. и др.: Под ред. Кравцова А.Ю. - М.: Транспорт. - 1996. - С.112-118) и микроэлектронной системы автоблокировки АБ-Е1 (Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Учеб. для вузов. / Кравцов А.Ю. и др.: Под ред. Кравцова А.Ю. - М. транспорт. - 1996. - С.119-130). В системе числовой кодовой автоблокировки АБ-ЧКЕ используется микропроцессорный приемопередатчик ППМ. В микроэлектронной системе автоблокировки АБ-Е1 используются блок приемопередатчиков непрерывного канала связи БПП-НКС, блок приемопередатчика системы передачи информации БПП-СПИ и микропроцессорный путевой приемник. Указанная приемопередающая аппаратуры работает только с рельсовыми цепями с изолирующими стыками.

Известна микропроцессорная приемопередающая аппаратура микропроцессорной автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры автоблокировке АБТЦ-М (Зорин В.И., Воронин В.А., Шухина Е.Е., Ковалев И.П. Микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры АБТЦ-М//Автоматика, связь, информатика. - 2003. - 9. - С.8-10). В автоблокировке АБТЦ-М используется блок контроля рельсовых цепей БКРЦ, осуществляющий прием и передачу сигналов, который работает только с рельсовыми цепями без изолирующих стыков.

Вся упомянутая выше микропроцессорная приемопередающая аппаратура работает только либо с рельсовыми цепями с изолирующими стыками, либо с рельсовыми цепями без изолирующих стыков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки АБ-Е2, работающий с рельсовыми цепями без изолирующих стыков (Лисенков В.М., Беляков И.В., Грушка В.А., Ковалев И.П., Неклюдов Ю.Н. Принципы построения и методы технической реализации микропроцессорной системы АБ-Е2//Автоматика, связь, информатика. - 1998. - 1. - С.8-11Л). Он выбран в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

Приемопередатчик автоблокировки АБ-Е2 состоит из двух идентичных каналов обработки информации, двух схем контроля, схемы запуска и диагностики, схемы коммутации интерфейса, входного интерфейса, выходного интерфейса, двух цифровых фильтров, реализованных на цифровых сигнальных процессорах, усилителя-ограничителя, трех бесконтактных коммутаторов тока, усилителя мощности и формирователя сигналов автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ЕН. В каждый канал обработки информации входят два процессора общего назначения, два электронных ключа, два демодулятора сигналов контроля состояний рельсовой линии (КРЛ), два модулятора сигналов КРЛ, две схемы сжатия. Ключи, демодуляторы, модуляторы и схемы сжатия реализованы аппаратно на жесткой логике. На каждом из процессоров программно реализованы обнаружители сигналов КРЛ, кодеки и формирователи сигналов автоматической локомотивной сигнализации числового кода АЛСН. На вход приемопередатчика из рельсовой цепи через устройство защиты и согласования УЗС подаются сигналы КРЛ с двукратной фазоразностной манипуляцией на двух несущих частотах. Сигнал с одной частотой поступает от передатчика соседней сигнальной установки и содержит информацию о количестве свободных блок-участков. Сигнал с другой частотой подается на вход через рельсовую линию от собственного выхода. Этот сигнал используется для контроля рельсовой линии перед данной сигнальной установкой.

К недостаткам приемопередатчика автоблокировки АБ-Е2 можно отнести:

- дополнительные преобразования сигналов на выходах цифровых фильтров из цифровой формы в аналоговую, а в аналого-цифровом преобразователе обратно в цифровую, что приводит к увеличению погрешности оценки уровня сигнала;

- отсутствие проверки сигнала, поступающего на вход приемопередатчика по рельсовой цепи от своего выхода, на соответствие кодовой комбинации, из-за чего повышается вероятность ложной фиксации свободности контролируемой рельсовой линии в результате действия помех;

- сигналы прямоугольной формы на входе и выходе усилителя мощности. Для ограничения полосы частот передаваемого сигнала КРЛ на выходе усилителя мощности необходимо применение внешнего пассивного полосового фильтра, состоящего из относительно крупногабаритных элементов и требующего точной настройки на несущую частоту. Изменение параметров полосового фильтра под воздействием внешних факторов, например при изменении температуры окружающей среды, может приводить к тому, что в спектре сигнала КРЛ, поступающего в рельсовую линию, будут присутствовать составляющие, попадающие в полосу частот сигналов, формируемых приемопередатчиками соседних сигнальных установок. Это, в свою очередь, может привести как к ложной занятости, так и к ложной свободности рельсовой линии.

- необходимость использования отдельных пар кабеля для построения схемы смены направления движения поездов и для передачи сигналов включения кодирования.

- включение светофорных ламп, контроль их горения, а также подключение передающей аппаратуры к одному из питающих концов рельсовых цепей в зависимости от установленного направления движения осуществляются с помощью внешних электромагнитных реле;

- невозможность использования приемопередатчика для работы с сигналами КРЛ с различными видами манипуляции из-за аппаратной реализации модуляторов и демодуляторов.

Технический результат достигается тем, что микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки который содержит интерфейс входа, интерфейс выхода, первую и вторую схемы контроля, схему запуска и диагностики, схему коммутации интерфейса и два идентичных канала обработки информации, в каждый из которых входят аналого-цифровой преобразователь, первый и второй процессоры, при этом выход интерфейса входа соединен со входами первого и второго процессоров каждого канала, первые процессоры каждого канала обработки информации соединены с интерфейсом выхода, первые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами интерфейса выхода, вторые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами схемы запуска и диагностики, первый выход схемы запуска и диагностики соединен со входом схемы коммутации интерфейса, выход которой соединен со входом интерфейса выхода, второй выход схемы запуска и диагностики соединен со входами сброса всех процессоров первого канала обработки информации, третий выход схемы запуска и диагностики соединен с входами сброса процессоров второго канала об который содержит интерфейс входа, интерфейс выхода, первую и вторую схемы контроля, схему запуска и диагностики, схему коммутации интерфейса и два идентичных канала обработки информации, в каждый из которых входят аналого-цифровой преобразователь, первый и второй процессоры, при этом выход интерфейса входа соединен со входами первого и второго процессоров каждого канала, первые процессоры каждого канала обработки информации соединены с интерфейсом выхода, первые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами интерфейса выхода, вторые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами схемы запуска и диагностики, первый выход схемы запуска и диагностики соединен со входом схемы коммутации интерфейса, выход которой соединен со входом интерфейса выхода, второй выход схемы запуска и диагностики соединен со входами сброса всех процессоров первого канала обработки информации, третий выход схемы запуска и диагностики соединен с входами сброса процессоров второго канала обработки информации, четвертый и пятый выходы схемы запуска и диагностики соединены со входами запуска первой и второй схем контроля соответственно снабжен модемом, двумя усилителями мощности с широтно-импульсной модуляцией, бесконтактным коммутатором входа, бесконтактным коммутатором выхода и интерфейсом светофора, а каждый канал обработки информации содержит два цифро-аналоговых преобразователя и цифровой сигнальный процессор, при этом входы аналого-цифровых преобразователей первого и второго канала обработки информации связаны между собой, выход аналого-цифрового преобразователя связан со входом цифрового сигнального процессора, цифровой сигнальный процессор связан с первым процессором двумя выходами и тремя входами, со вторым процессором двумя выходами и одним входом, другие выходы цифрового сигнального процессора соединены с входом интерфейса выхода и входами каждого из цифро-аналоговых преобразователей, выход каждого из которых соединен с интерфейсом выхода, первый и второй процессор первого канала обработки информации соединены соответственно со втором и третьим входом первой схемы контроля, первый и второй процессор второго канала обработки информации соединены соответственно со втором и третьим входом второй схемы контроля, первые выходы первой и второй схем контроля дополнительно соединены с соответствующим входом интерфейса светофора, выход схемы коммутации интерфейса дополнительно соединен с соответствующим входом интерфейса светофора, один из входов интерфейса светофора соединен с выходами первых процессоров каждого канала обработки информации, контрольный выход интерфейса светофора соединен со входами первых и вторых процессоров каждого канала обработки информации, выходы интерфейса выхода соединены с модемом, двумя усилителями мощности с широтно-импульсной модуляцией, бесконтактными коммутаторами входа и выхода.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется фиг.1, на которой изображена структурная схема микропроцессорного приемопередатчика автоблокировки. Микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки состоит из двух идентичных каналов обработки информации 1, 2, двух схем контроля 3, 4, схемы запуска и диагностики 5, схемы коммутации интерфейса 6, интерфейса входа 7, интерфейса выхода 8, интерфейса светофора 9, модема 10, двух усилителей мощности с широтно-импульсной модуляцией 11, 12, бесконтактного коммутатора входа 13 и бесконтактного коммутатора выхода 14.

В каждый канал обработки информации входят два процессора общего назначения 15, 16, цифровой сигнальный процессор 17, аналого-цифровой преобразователь 18, два цифро-аналоговых преобразователя 19, 20. На каждом из процессоров 15, 16 программно реализованы кодеки 21, 22 и схемы сжатия 23, 24. На сигнальном процессоре 17 программно реализованы два обнаружителя сигналов КРЛ 25, 26, два цифровых фильтра 27, 28, два демодулятора сигналов КРЛ 29, 30, два модулятора сигналов КРЛ 31, 32, два синхронных детектора 33, 34, формирователь сигналов АЛСН 35 и формирователь сигналов АЛС-ЕН 36.

На вход 37 приемопередатчика из рельсовой цепи через устройство защиты и согласования УЗС поступает смесь двух сигналов КРЛ с двукратной фазоразностной манипуляцией на разных несущих частотах, аналогично автоблокировке АБ-Е2. В приемопередатчике эти сигналы подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 18. Там они преобразуются в цифровую форму. Дальнейшая обработка сигналов осуществляется в цифровом виде. Цифровыми фильтрами 27, 28 осуществляется выделение сигнала, получаемого от соседней сигнальной установки. Отфильтрованные сигналы подаются на входы обнаружителей сигналов КРЛ 25, 26 и демодуляторов 29, 30.

Обнаружители сигналов КРЛ 25, 26 принимают решение о состоянии контролируемых рельсовых линий по уровню сигнала.

Кодовые последовательности с выходов демодуляторов 29, 30 поступают в кодеки 21, 22, реализованные на процессорах 15, 16. По декодированным кодовым комбинациям принимается решение о включении соответствующего показания светофора. Интерфейс светофора 9 осуществляет включение ламп и контроль их горения через выходы 38 приемопередатчика.

В кодеках 21, 22 в зависимости от принятой информации (состояния контролируемых рельсовых линий, принятой кодовой комбинации, исправности ламп светофора) происходит формирование кодовых комбинаций, передаваемых в рельсовую цепь. Сформированные кодовые комбинации с процессоров 15, 16 поступают в модуляторы 31, 32, реализованные на сигнальном процессоре 17. Сформированный сигнал с выхода модулятора 31 через цифро-аналоговый преобразователь 20 и интерфейс выхода 8 подается на вход усилителя мощности 12. Усиленный сигнал с выхода 39 приемопередатчика через первый внешний согласующий трансформатор подается на вход 40 бесконтактного коммутатора выхода 14, а затем с выходов 41 или 42 передается в рельсовую цепь.

Сигнал, приходящий по рельсовой цепи с выходов данного приемопередатчика, выделяется синхронными детекторами 33, 34. Синхронные детекторы 33, 34 используют в качестве опорных сигналы, сформированные модуляторами 31, 32. В синхронных детекторах 33, 34 определяется уровень сигнала и проверяется соответствие принятого кода передаваемому. Результат детектирования передается обнаружителям сигналов КРЛ 25, 26.

При занятии любой из рельсовых линий, получающих питание от приемопередатчика, формирователи сигналов 35 и 36 сигнального процессора 17 начинают формировать сигналы автоматической локомотивной сигнализации АЛСН и АЛС-ЕН соответственно. При кодировании с релейного конца рельсовой цепи смесь сигналов АЛСН и АЛС-ЕН передается через цифро-аналоговый преобразователь 19 и интерфейс выхода 8 на вход усилителя мощности 11. С выхода 43 приемопередатчика смесь сигналов АЛСН и АЛС-ЕН поступает на второй внешний согласующий трансформатор, затем на внешний дроссель. С внешнего дросселя смесь сигналов АЛСН и АЛС-ЕН подается либо в рельсовую цепь, либо на вход/выход 44 бесконтактного коммутатора входа 13, а затем с входа/выхода 45 или входа/выхода 46 - в рельсовую цепь. Вариант подключения определяется проектом оборудования перегона. При кодировании с питающего конца смесь сигналов АЛСН и АЛС-ЕН суммируется с сигналом КРЛ и передается на усилитель мощности 12.

Бесконтактные коммутаторы входа 13 и выхода 14 позволяют через выходы 41, 42, 45, 46 подключать аппаратуру сигнальной установки к разным релейным и питающим концам рельсовых цепей в зависимости от установленного направления движения без использования релейных схем. Управляющие сигналы на бесконтактные коммутаторы входа 13 и выхода 14 поступают через интерфейс выхода 8 с сигнального процессора 17.

Управляющие сигналы включения автоматической локомотивной сигнализации передаются на соседние сигнальные установки по линиям связи. Приемопередатчик включается в линии связи через последовательный порт процессора 15, интерфейс выхода 8 и модем 10 (входы/выходы 47, 48). Эти же линии используется для смены направления, извещения о приближении поездов к станции и переездам, передачи диагностической информации на станцию, настройки приемопередатчика на рабочие частоты и синхрогруппы, задания выходных напряжений сигналов КРЛ, АЛСН, АЛС-ЕН.

Настроечными перемычками 49 через интерфейс входа 7 приемопередатчик настраивается на режим работы.

В приемопередатчике предусмотрен контроль синхронной работы процессоров 15, 16. Для этого на каждом процессоре 15, 16 программно реализованы схемы сжатия 23, 24. Сигналы со схем сжатия 23, 24 первого канала 1 сравниваются схемой контроля 3, второго канала 2 - схемой контроля 4. Поскольку каждый из процессоров 15, 16 получает информацию от отдельного обнаружителя сигналов КРЛ и демодулятора, реализованных на сигнальном процессоре 17, контроль синхронной работы процессоров 15, 16 является одновременно контролем совпадения выходных сигналов дублированных узлов, реализованных на сигнальном процессоре 17.

Схема запуска и диагностики 5 формирует сигналы сброса для процессоров 15, 16, 17 и сигналы запуска для схем контроля 3, 4 при включении приемопередатчика и при обнаружении расхождения в работе процессоров 15, 16.

Схема коммутации интерфейса 6 выбирает канал, выходы которого подключаются через интерфейсы выхода 8 и светофора 9 к внешним цепям. Каналы 1, 2 полностью равноправны. После включения питания приемопередатчика выбирается тот канал, в котором раньше появляется активный сигнал на выходе схемы контроля.

Поскольку модуляторы 31, 32 и демодуляторы 29, 30 реализованы программно, при использовании соответствующего программного обеспечения приемопередатчик может работать с сигналами КРЛ с любыми видами манипуляции на участках пути как с использованием рельсовых цепей с изолирующими стыками, так и без изолирующих стыков.

Работа приемопередатчика с рельсовыми цепями с изолирующими стыками отличается от описанной выше тем, что нормально на его вход поступает только сигнал, формируемый соседней сигнальной установкой. В этом случае синхронные детекторы 33, 34 используются для обнаружения схода изолирующих стыков.

Микропроцессорный приемопередатчик автоблокировки, который содержит интерфейс входа, интерфейс выхода, первую и вторую схемы контроля, схему запуска и диагностики, схему коммутации интерфейса и два идентичных канала обработки информации, в каждый из которых входят аналого-цифровой преобразователь, первый и второй процессоры, при этом выход интерфейса входа соединен со входами первого и второго процессоров каждого канала, первые процессоры каждого канала обработки информации соединены с интерфейсом выхода, первые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами интерфейса выхода, вторые выходы первой и второй схем контроля соединены со входами схемы запуска и диагностики, первый выход схемы запуска и диагностики соединен со входом схемы коммутации интерфейса, выход которой соединен со входом интерфейса выхода, второй выход схемы запуска и диагностики соединен со входами сброса всех процессоров первого канала обработки информации, третий выход схемы запуска и диагностики соединен с входами сброса процессоров второго канала обработки информации, четвертый и пятый выходы схемы запуска и диагностики соединены со входами запуска первой и второй схем контроля соответственно, отличающийся тем, что он содержит модем, два усилителя мощности с широтно-импульсной модуляцией, бесконтактный коммутатор входа, бесконтактный коммутатор выхода и интерфейс светофора, а каждый канал обработки информации содержит два цифроаналоговых преобразователя и цифровой сигнальный процессор, при этом входы аналого-цифровых преобразователей первого и второго канала обработки информации связаны между собой, выход аналого-цифрового преобразователя связан со входом цифрового сигнального процессора, цифровой сигнальный процессор связан с первым процессором двумя выходами и тремя входами, со вторым процессором двумя выходами и одним входом, другие выходы цифрового сигнального процессора соединены с входом интерфейса выхода и входами каждого из цифроаналоговых преобразователей, выход каждого из которых соединен с интерфейсом выхода, первый и второй процессоры первого канала обработки информации соединены соответственно со втором и третьим входами первой схемы контроля, первый и второй процессоры второго канала обработки информации соединены соответственно со вторым и третьим входами второй схемы контроля, первые выходы первой и второй схем контроля дополнительно соединены с соответствующим входом интерфейса светофора, выход схемы коммутации интерфейса дополнительно соединен с соответствующим входом интерфейса светофора, один из входов интерфейса светофора соединен с выходами первых процессоров каждого канала обработки информации, контрольный выход интерфейса светофора соединен со входами первых и вторых процессоров каждого канала обработки информации, выходы интерфейса выхода соединены с модемом, двумя усилителями мощности с широтно-импульсной модуляцией, бесконтактными коммутаторами входа и выхода.