Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на локомотивах и моторвагонных подвижных составах, а также в системах интервального регулирования движения поездов с использованием радиоканала. Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста содержит блок контроля безопасности, соединенный через усилитель с входом электропневматического клапана, входы блока контроля безопасности соединены с выходами модулей центральной обработки информации, которые первыми портами соединены между собой непосредственно, а вторыми портами подключены к межмодульному интерфейсу, к которому подключены два модуля измерения параметров движения и два модуля непрерывных каналов внешних устройств, входы которых соединены с блоком приемных катушек систем автоматической локомотивной непрерывной сигнализации и автоматической локомотивной единой непрерывной сигнализации, входы модулей измерения параметров движения соединены с модулем датчиков пути и скорости, подключенные к межмодульному интерфейсу модуль маршрута и модуль радиоканала, которые своими портами соединены соответственно с портом приемника спутниковой навигации, ко входу которого подключена антенна спутниковой навигации, и с портом радиомодема, соединенного с радиоантенной, блок вычисления координаты местонахождения локомотива, подключенный к межмодульному интерфейсу. В устройство для устранения ложных переключений с АЛС-ЕН на АЛСН, при кратковременных пропаданиях сигналов от навигационных спутников, введен блок вычисления координаты местонахождения локомотива, подключенный к межмодульному интерфейсу.
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на локомотивах и моторвагонных подвижных составах, а также в системах интервального регулирования движения поездов с использованием радиоканала.
Известно устройство контроля за управлением поезда, в котором уточнение координаты места нахождения поезда, определяемой с помощью колесного датчика пройденного пути, производят посредством использования бортовых датчиков обнаружения элементов путевой инфраструктуры с заранее известными координатами в электронной карте маршрута, записанными в электронной памяти устройства (WO 0166401, B61L 25/02, 13.09.01). Необходимость уточнения координаты обусловлена тем, что из-за юза и боксования, а также износа бандажа колес накапливается погрешность в измерении пройденного пути с помощью колесного датчика.
Недостатком известного устройства является сложность бортовых устройств и алгоритмов обработки для надежного определения соответствия между принимаемыми сигналами и находящимися на пути элементами инфраструктуры. В частности, на надежной работе вихретоковых датчиков обнаружения металлических элементов крепления на шпалах отрицательно сказывается высокая скорость движения и повышенные электромагнитные помехи создаваемые, например, тиристорным регулированием мощности на локомотивах.
Известно устройство контроля за управлением поезда, в котором уточнение координаты места нахождения поезда, нормально определяемой с помощью колесного датчика пройденного пути, производят по сигналам от радиомаяков (бализов), установленных на пути и передающих на проходящие локомотивы координаты своего местоположения (CA 2520605, B61L 25/02, 30.03.06).
Недостатком известного устройства является усложнение путевых устройств и недостаточная защищенность системы от повреждающих факторов внешней среды и, в частности, от вандализма.
Известно устройство контроля за управлением поезда, в котором уточнение координаты места нахождения поезда, определяемой с помощью колесного датчика пройденного пути, производят на границах блок участков определяемых по смене параметров кодового сигнала, поступающего из рельсовых цепей (RU 2290335, B61L 25/00, 27.12.06).
Недостатком известного устройства является недостаточная надежность используемого метода коррекции координаты в условиях повышенных электромагнитных помех, создаваемых, например, тиристорным регулированием мощности на локомотивах.
Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста, содержащее усилитель электропневматического клапана, выход которого соединен с входом электропневматического клапана, а вход - с выходом безопасной схемы контроля, входы которой соединены с выходами модулей центральной обработки информации, которые первыми портами соединены между собой непосредственно, а вторыми портами подключены к межмодульному интерфейсу, а также содержащее два модуля измерения параметров движения, входы которых соединены с модулем датчиков пути и скорости, причем каждый из упомянутых модулей отдельно подключен к межмодульному интерфейсу, два модуля непрерывных каналов внешних устройств, входы которых соединены с блоком приемных катушек систем АЛСН и АЛС-ЕН, причем каждый из упомянутых модулей отдельно подключен к межмодульному интерфейсу, модуль маршрута, подключенный к межмодульному интерфейсу и соединенный своим портом с портом приемника спутниковой навигации, вход которого соединен с антенной спутниковой навигации, модуль радиоканала подключенный к межмодульному интерфейсу, и соединенный своим портом с первым портом радиомодема, второй порт которого соединен с радиоантенной (RU 2262459, B61L 25/04, 20.10.05).
В качестве межмодульного интерфейса взаимодействия в устройстве использован CAN интерфейс.
В этом устройстве при нормальной работе используют алгоритм с непрерывным контролем скорости и систему АЛС-ЕН с функцией прицельной остановки перед определенной координатой пути. Для определения координаты места нахождения локомотива используют данные от приемника спутниковой навигации и электронной карты маршрута, а для уточнения координаты места нахождения локомотива, также используют изменение параметров кодового сигнала на границах соседних рельсовых цепей. Для измерения пройденного пути и скорости движения осуществляют непрерывный контроль скорости, при котором используют данные от приемника спутниковой навигации и электронной карты маршрута. В качестве резервного алгоритма используется алгоритм со ступенчатым контролем скорости подобный тому, что используется в АЛСН числового кода. При работе по этому алгоритму для измерения пройденного пути и скорости движения используют модуль датчиков пути и скорости, связанный с колесами локомотива и вырабатывающий за каждый оборот колеса определенное постоянное число электрических импульсов.
Известное устройство обладает недостаточной надежностью. Например, при движении по холмистой местности или тоннелям происходит сбой в работе приемника спутниковой навигации и устройство с основного алгоритма переходит на менее безопасный и производительный алгоритм со ступенчатым контролем скорости, хотя в остальном устройство исправно. Однако это крайне нежелательно, поскольку при работе по алгоритму со ступенчатым контролем скорости ухудшается производительность и безопасность устройства, в частности, из-за отсутствия функции прицельного торможения перед границей занятого блок участка.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста, содержащее блок контроля безопасности, соединенный через усилитель с входом электропневматического клапана, входы блока контроля безопасности соединены с выходами модулей центральной обработки информации, которые первыми портами соединены между собой непосредственно, а вторыми портами подключены к межмодульному интерфейсу, к которому подключены два модуля измерения параметров движения и два модуля непрерывных каналов внешних устройств, входы которых соединены с блоком приемных катушек систем автоматической локомотивной непрерывной сигнализации и автоматической локомотивной единой непрерывной сигнализации, входы модулей измерения параметров движения соединены с модулем датчиков пути и скорости, подключенные к межмодульному интерфейсу модуль маршрута и модуль радиоканала, которые своими портами соединены соответственно с портом приемника спутниковой навигации, ко входу которого подключена антенна спутниковой навигации, и с портом радиомодема, соединенного с радио антенной, согласно изобретению введен блок вычисления координаты местонахождения локомотива, подключенный к межмодульному интерфейсу.
На рис.1 представлена схема устройства контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста.
На рис.2 представлена блок схема алгоритма, для расчетного определения координаты местонахождения локомотива.
Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста содержит блок 1 контроля безопасности, соединенный через усилитель 2 с входом электропневматического клапана 3, входы блока 1 контроля безопасности соединены с выходами модулей (4 и 5) центральной обработки информации, которые первыми портами соединены между собой непосредственно, а вторыми портами подключены к межмодульному интерфейсу 6, к которому подключены два модуля (7 и 8) измерения параметров движения и два модуля (9 и 10) непрерывных каналов внешних устройств, входы которых соединены с блоком 11 приемных катушек систем автоматической локомотивной непрерывной сигнализации и автоматической локомотивной единой непрерывной сигнализации, входы модулей (7 и 8) измерения параметров движения соединены с модулем 12 датчиков пути и скорости, подключенные к межмодульному интерфейсу 6 модуль 13 маршрута и модуль 14 радиоканала, которые своими портами соединены соответственно с портом приемника 15 спутниковой навигации, ко входу которого подключена антенна 16 спутниковой навигации, и с портом радиомодема 17, соединенного с радиоантенной 18, блок 19 вычисления координаты местонахождения локомотива, подключенный к межмодульному интерфейсу 6.
Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста работает следующим образом.
Перед каждой поездкой локомотива, в память модуля 13 маршрута записывают электронную карту маршрута, которая позволяет совместно с данными о текущих кординатах местонахождения поезда, поступающими от приемника 15 спутниковой навигации, рассчитать параметры режимов ведения поезда в каждой точке маршрута движения.
В настоящее время на Российских железных дорогах для определения местоположения локомотива используются комбинированные приемники, осуществляющие автоматический поиск, прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Навигационная аппаратура ведет одновременный прием по 12 каналам, точность автономного определения скорости (с вероятностью 95%) составляет 0,1 м/с, точность метки единого времени относительно времени UTC - 1 мкс, среднеквадратическая горизонтальная ошибка автономного определения положения - 25 м, а среднеквадратическая горизонтальная ошибка определения положения на станции относительно опорного станционного приемника - 2 м. (см. журнал «Железные дороги мира», 
7,2003, ст.«Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения»). Параллельно с рассчетами скорости движения и местонахождения поезда, по данным от модуля 13 маршрута и приемника 15 спутниковой навигации, фактическая скорость поезда и пройденный им путь рассчитывается с помощью модулей 7 и 8 измерения параметров движения на основе данных, поступающих от колесных датчиков модуля 12 датчиков пути и скорости. Модули центральной обработки информации 4 и 5 на основе данных от всех других модулей определяют оптимальный скоростной режим, осуществляют контроль бдительности машиниста и, например, в случае не соблюдения скоростного режима или же препятствия движению, воздействуют через блок 1 контроля безопасности и усилитель 2 на электропневматический клапан 3 и производят торможение поезда. В частности, при приближении поезда на перегоне к границе занятого блок участка, модули (4 и 5) центральной обработки информации осуществляют обязательную остановку поезда и не допускают вступление поезда на занятый блок участок без приема на локомотиве модулем 14 радиоканала специального сигнала разрешения от диспетчера, который поступает на этот модуль через радиоантенну 18 и радиомодемом 17. В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве при сбоях в работе приемника 15 спутниковой навигации введенный блок 19 вычисления координаты местонахождения локомотива предотвращает переход на алгоритм со ступенчатым контролем скорости в большинстве случаев. Блок 19 работает в соответствии алгоритмом, блок схема которого приведена на рис.2. На рис.2 использованы обозначения X, Vx, Тх, N, K, которые используются в описании работы устройства ниже.
Блок 19 вычисления координаты местонахождения локомотива, вместо приемника 15 спутниковой навигации, в течение ограниченного по длине отрезка пути с заданной периодичностью вырабатывает информацию о рассчетной координате X1 , места нахождения локомотива. Для этого он использует подсчет числа N импульсов модуля 12 датчиков пути и скорости, последнее правильное значение X координаты, полученное от приемника 15 спутниковой навигации, и соответствующие этому значению координаты значения текущих времени Tx и скорости Vx движения локомотива. Работа блока 19 происходит во взаимодействии через межмодульный интерфейс 6 с модулями (4 и 5) центральной обработки информации, модулем 12 датчиков пути и скорости и модулем 13 маршрута.
Это происходит до тех пор, пока не восстановится нормальная работа приемника 15 спутниковой навигации, или модули (4 и 5) центральной обработки информации не определят, что возможная погрешность рассчетного определения координаты местонахождения локомотива может превысить норму, допустимую по условиям безопасности движения. В последнем случае осуществляется переход на алгоритм со ступенчатым контролем скорости. Чтобы погрешность накапливалась медленнее, на отрезках пути движения поезда, на которых приемник 15 спутниковой навигации работает нормально, происходит непрерывная подстройка соответствия между пройденным путем, рассчитанным блоком 19 в режиме калибровки, и путем, рассчитанным по данным от приемника 15 спутниковой навигации модулем 13 маршрута. Соответствие устанавливается путем выбора коэффициента К. Таким образом, известное количество N импульсов на оборот колеса (в отсутствие юза и боксования) позволяют блоку 19 рассчитывать координаты местонахождения локомотива с небольшой погрешностью и продолжать вести поезд по электроннной карте маршрута, чтобы проезжать участки, где отсутствует прием сигнала от спутников без переключения на резервный алгоритм. После возобновления нормального приема сигнала приемником 15 спутниковой навигации, более чем на 5 секунд, погрешность рассчетов автоматически устраняется и устройство снова готово к работе при очередном пропадании сигнала. Таким образом, влияние обычных пропаданий сигналов от навигационных спутников, например, при движении по холмистой местности или тоннелях, практически устраняется. Надежность работы устройства дополнительно повышается в местах, где надежно работает функция уточнения координаты места нахождения поезда по изменению параметров (синхрогрупп в случае АЛС-ЕН) кодового сигнала поступающего на границах рельсовых цепей. Если зарегистрированное модулями (4 и 5) центральной обработки информации место смены параметров кодовых сигналов АЛС-ЕН соответствует расчетной координате границы блок участка по электронной карте маршрута, то эта информация используется ими для дополнительной коррекции ошибки вычисления текущей координаты местонахождения поезда. Особенно это помогает при прохождении поездом тоннелей.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности устройства.
Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста, содержащее блок контроля безопасности, соединенный через усилитель с входом электропневматического клапана, входы блока контроля безопасности соединены с выходами модулей центральной обработки информации, которые первыми портами соединены между собой непосредственно, а вторыми портами подключены к межмодульному интерфейсу, к которому подключены два модуля измерения параметров движения и два модуля непрерывных каналов внешних устройств, входы которых соединены с блоком приемных катушек систем автоматической локомотивной непрерывной сигнализации и автоматической локомотивной единой непрерывной сигнализации, входы модулей измерения параметров движения соединены с модулем датчиков пути и скорости, подключенные к межмодульному интерфейсу модуль маршрута и модуль радиоканала, которые своими портами соединены соответственно с портом приемника спутниковой навигации, ко входу которого подключена антенна спутниковой навигации, и с портом радиомодема, соединенного с радиоантенной, отличающееся тем, что в него введен блок вычисления координаты местонахождения локомотива, подключенный к межмодульному интерфейсу.
