Устройство для обнаружения подвижного состава с радиостанцией (доп.рсдоп-м)
Изобретение относится к средствам обнаружения подвижного состава. Устройство содержит управляющий контроллер (6), первый вывод которого соединен с выводом радиомодема (7), который выполнен с возможностью связи по радиоэфиру с сигнализатором системы оповещения. Выходы двух детекторов (4) и (5) приближения подвижного состава соединены соответственно с первым и вторым входами управляющего контроллера (6), а входы детекторов (4) и (5) соединены соответственно с первым и вторым выходами контрольного процессора (9), вывод которого соединен со вторым выводом управляющего контроллера (6). Выход управляющего контроллера (6) соединен с входом индикатора (3) состояния, третий вход управляющего контроллера (6) соединен с выходом датчика (8) поворота, четвертый вход управляющего контроллера (6) выполнен с возможностью соединения с ключом-замком (2). Все составные части устройства: управляющий контроллер (6), радиомодем (7), детекторы (4) и (5) приближения подвижного состава, контрольный процессор (9), индикатор (3) состояния и датчик (8) угла поворота – соединены с аккумуляторной батареей. Достигается повышение оперативности развертывания и сворачивания на месте проведения путевых работ. 1 ил.
Изобретение относится к средствам техники безопасности на железнодорожном транспорте, а именно к предупреждающим или подобным предохранительным устройствам, устанавливаемым вдоль маршрута следования подвижного состава и обнаруживающим движущийся подвижный состав.
При проведении на железнодорожном транспорте ремонтных работ важной задачей является своевременное предупреждение участников ремонтных работ, то есть ремонтной бригады, о приближении подвижного состава к месту проведения работ. Предупреждение может быть правильным и своевременным только при наличии информации о подвижном составе, находящимся вблизи места проведения ремонтных работ и приближающийся к этому месту. Поэтому актуальной является задача установки вблизи границ места проведения ремонтных работ аппаратуры, выполняющей следующие задачи:
– определение момента прохождения подвижным составом контрольной полосы (то есть, установленной границы, начиная с которой необходимо готовить предупреждающие сообщения для ремонтной бригады);
– определение направления движения подвижного состава (приближается он к месту проведения ремонтных работ или удаляется);
– определение скорости движения подвижного состава;
– обеспечение возможности передачи всех этих сведений на диспетчерский пункт для организации предупреждения членов ремонтной бригады.
Поскольку прохождение контрольной полосы подвижным составом происходит нерегулярно, добавляется задача самоконтроля аппаратуры и исполнение следующих функций в те промежутки времени, когда вблизи места проведения ремонтных работ нет подвижного состава: передача (с требуемыми интервалами) контрольного сообщения о готовности аппаратуры к появлению очередного подвижного состава или о необходимости проведения регулировки аппаратуры.
Как правило, указанная выше аппаратура представляет собой группу устройств, образующих комплект. Такие комплекты устройств рассмотрены, например, в следующих патентных публикациях.
Патент на полезную модель RU 137532 (опубликовано 20.02.2014). Комплект состоит из трех устройств.
Патент на изобретение RU 2569067 (опубликовано 20.11.2015). В зависимости от поставленной задачи комплект может состоять либо из трех устройств, либо только из двух.
Патент на изобретение RU 2655566 (опубликовано 28.05.2018). В данной публикации описан комплект всего из двух устройств. Использование столь малого числа устройств объясняется тем, что в данной публикации потеряно определение направления движения подвижного состава (считается, что подвижной состав движется только к месту проведения ремонтных работ).
Общим недостатком указанных технических решений является именно использование нескольких устройств в комплекте. Ремонтные работы имеют временный характер. Перед их началом надо установить такой комплект, а по окончании снова сворачивать. Персоналу ремонтной бригады было бы намного удобнее при сокращении количества устройств в комплекте, которые требуют специальной установки вблизи места проведения ремонтных работ на железной дороге. Предпочтительнее было бы сведение всего комплекта к одному приемопередающему устройству для обнаружения подвижного состава. Однако, до настоящего времени такого устройства не существовало.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является комплект из системного блока (СБ) с радиопередатчиком и не менее двух ультразвуковых датчиков (ДОП) обнаружения подвижного состава, описанный в патенте на изобретение RU 2606755 (опубликовано 19.12.2016).
В состав СБ входит аккумуляторная батарея, а питание ДОП осуществляется по кабелям, соединяющих оба ДОП с СБ. В состав СБ входит также управляющий контроллер, соединенный с радиомодемом. Включение и выключение комплекта осуществляется с помощью ключа-замка, подключаемого к СБ и постоянно находящегося в распоряжении старшего сигналиста. Нормальная работа каждого из ДОП обеспечивается при их строго вертикальном положении, которое контролируется с помощью датчиков угла наклона (угол наклона или величина сдвига относительно установленного положения должны соответствовать допустимому). Включение светового индикатора состояния на СБ (непрерывным зеленым светом) указывает на правильную работу комплекта.
Первый и второй ДОП расположены на расстоянии около 10 м друг от друга. Каждый ДОП содержит ультразвуковой передатчик и приемник. Один раз в течение промежутка времени от трёх до пяти секунд каждый ДОП излучает ультразвуковые сигналы и принимает отраженные сигналы. Обнаружение подвижного состава осуществляется в результате приема сигнала, переданного ультразвуковым передатчиком и отраженного от корпуса подвижного состава. Если вначале обнаружение подвижного состава осуществляется ДОП, более далеким от места проведения ремонтных работ, а потом уже более близким, то подвижный состав движется к месту проведения ремонтных работ. Частное от деления расстояния между двумя ДОП на промежуток времени между обнаружением подвижного состава более дальним и более близким к месту проведения ремонтных работ ДОП указывает на скорость приближения подвижного состава к месту проведения ремонтных работ.
То есть быстродействие известного технического решения ограничено промежутком времени от трех до пяти секунд.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании устройства для обнаружения подвижного состава, обеспечивающего более простое его развертывание и сворачивание на месте проведения ремонтных работ и обладающего большим быстродействием.
Технический результат, достигаемый предложенным изобретением и позволяющий решить техническую проблему, состоит в сокращения количества устройств до одного и в повышении быстродействия устройства за счет расположения двух индукционных датчиков на расстоянии 20 см друг от друга в едином корпусе.
Технический результат достигается приемопередающим устройством для обнаружения подвижного состава, содержащим управляющий контроллер, первый вывод которого соединен с выводом радиомодема, два детектора приближения подвижного состава, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом управляющего контроллера, и датчик угла наклона, которое, согласно изобретению, снабжено контрольным процессором, вывод которого соединен с вторым выводом управляющего контроллера, а входы детекторов приближения подвижного состава соединены соответственно с первым и вторым выходами контрольного процессора, выход управляющего контроллера соединен с входом индикатора состояния, третий вход управляющего контроллера соединен с выходом датчика угла наклона, а четвертый вход управляющего контроллера выполнен с возможностью подключения ключа-замка, при этом управляющий контроллер, радиомодем, два указанных детектора, контрольный процессор, индикатор состояния и датчик угла наклона соединены с аккумуляторной батареей.
При этом детекторы приближения подвижного состава предпочтительно представляют собой индуктивные детекторы.
На чертеже показана блок-схема предложенного приемопередающего устройства для обнаружения подвижного состава.
На чертеже использованы следующие обозначения: 1 – аккумуляторная батарея, 2 – ключ-замок, 3 – индикатор состояния, 4 – первый детектор приближения подвижного состава, 5 – второй детектор приближения подвижного состава, 6 – управляющий контроллер, 7 – радиомодем, 8 – датчик угла наклона, 9 – контрольный процессор.
Устройство для обнаружения подвижного состава (условное обозначение ДОП.РСДОП-М) представляет собой автономное устройство, работающее в составе системы ограждения места работ по текущему содержанию железнодорожного пути с оповещением работающих на железнодорожных путях о приближении железнодорожного подвижного состава.
Устройство для обнаружения подвижного состава содержит управляющий контроллер 6, первый вывод которого соединен с выводом радиомодема 7, который выполнен с возможностью связи по радиоэфиру с сигнализатором системы оповещения. Выходы двух детекторов 4 и 5 приближения подвижного состава соединены соответственно с первым и вторым входами управляющего контроллера 6. Входы двух детекторов 4 и 5 соединены соответственно с первым и вторым выходами контрольного процессора 9, вывод которого соединен со вторым выводом управляющего контроллера 6. Выход управляющего контроллера 6 соединен с входом индикатора 3 состояния, третий вход управляющего контроллера 6 соединен с выходом датчика 8 наклона, а четвертый вход управляющего контроллера 6 выполнен с возможностью соединения с ключом-замком 2.
Все составные части устройства – управляющий контроллер 6, радиомодем 7, детекторы 4 и 5 приближения подвижного состава, контрольный процессор 9, индикатор 3 состояния и датчик 8 угла поворота – соединены с аккумуляторной батареей.
Датчик 8 угла наклона фиксирует рабочее положение приемопередающего устройства для обнаружения подвижного состава и выдает сигналы изменения положения (сдвига) и/или наклона приемопередающего устройства свыше допустимого. Такого рода датчики 8 угла наклона (называемые также датчиками положения) как ртутные, так и шариковые, широко известны в технической литературе и доступны в торговой сети. См., например, https://www.qrz.ru/schemes/contribute/security/rtutnyj_datcik_polozenia_rdp.html.
Функционирование предложенного приемопередающего устройства для обнаружения подвижного состава происходит следующим образом.
В состав приемопередающего устройства входит аккумуляторная батарея 1. Заряд аккумуляторной батареи 1 должен обеспечивать питание для всех составных частей приемопередающего устройства. Перед началом работы необходимо проверить состояние аккумуляторной батареи 1. Работа приемопередающего устройства начинается при воздействии на него специального ключа-замка 2, открывающего возможность доступа к настройкам приемопередающего устройства. Настройки необходимо проводить при отсутствии возможности появления подвижного состава в рабочей зоне приемопередающего устройства. После окончания настроек должен включиться зеленым цветом индикатор 3 состояния. После этого ключ-замок 2 должен быть удален, чтобы исключить несанкционированное изменение настраиваемых параметров приемопередающего устройства. Свободный доступ к удаленному ключу-замку 2 должен быть исключен. Ключ-замок 2 должен храниться у доверенного лица, которое при необходимости может заново правильно установить и наладить приемопередающее устройство.
Элементами, непосредственно реагирующими на проходящий подвижной состав, являются детекторы 4 и 5, которые могут быть оптическими, микроволновыми, доплеровскими микроволновыми, акустическими и др.
Далее работа устройства описана на примере индуктивных датчиков (далее по тексту – индуктивные датчики 4 и 5).
Функционирование индуктивных датчиков 4 и 5 основано на явлении увеличения индуктивности катушки с электрическим проводом при приближении к катушке металлического объекта, через который замыкаются линии магнитного поля катушки. Для предложенного приемопередающего устройства таким металлическим объектом является реборда колеса подвижного состава.
Индуктивные детекторы 4 и 5 представляют собой резонансные контуры с большой печатной индуктивностью, расположенные в горизонтальной плоскости так, чтобы при установке приемопередающего устройства нижняя часть реборды проходила через центр резонансного контура с большой печатной индуктивностью. Контур индуктивного детектора 4 или 5 имеет резонансную частоту порядка 4 МГц и подключен к преобразователю, с высокой частотой выполняющему измерения индуктивности L и активного сопротивления Rp контура индукционного датчика. При использовании в качестве такого преобразователя широко известной и доступной в торговой сети микросхемы LDC1101 (разработки фирмы Texas Instruments) обеспечивается частота измерения не менее 5000 раз в секунду. Характеристики микросхемы LDC1101 приведены здесь: https://www.compel.ru/series/TI/LDC1101.
При появлении реборды над индуктивным детектором 4 или 5 добротность контура датчика падает, а отношение Rp/L резко возрастает (примерно в 300 раз).
Измеренные значения отношения Rp/L поступают на управляющий контроллер 6. Если поступившее значение отношения превышает установленный порог, то управляющий контроллер 6 запоминает величину поступившего значения отношения и момент tпр1 поступления этого значения отношения Rp/L от первого или второго индуктивных детекторов 4 или 5. Эта запомненная величина в дальнейшем сравнивается со значениями отношения Rp/L, поступающими от того же индуктивного детектора 4 или 5. Сначала эти отношения должны возрастать, а после максимума (соответствующего прохождению реборды непосредственно над индуктивным датчиком 4 или 5) – снижаться. В какой-то момент снижаемый уровень отношения становится ниже установленного порога. Тогда в управляющем контроллера 6 фиксируется продолжительность времени ΔT1 превышения установленного порога в поступающих с соответствующего индуктивного детектора 4 или 5 значениях отношения.
В управляющем контроллере 6 вычисляется время t1, принимаемое в качестве момента прохождения реборды колеса подвижного состава над соответствующим индуктивным детектором 4 или 5, по формуле
t1 = tпр1 + ΔT1/2 (1)
Те же вычисления управляющий контроллер 6 повторяет относительно другого индуктивного детектора 5 или 4, получая значение t2 по формуле, аналогичной формуле (1). Направление движения подвижного состава определяется как направление от индуктивного детектора 4 или 5, для которого значение, рассчитанное по формуле (1), меньше, к другому индуктивному детектору 5 или 4, для которого это значение больше.
Расстояние M между первым и вторым индуктивными детекторами 4 и 5 определяется конструкцией приемопередающего устройства (например, 200 мм). Тогда скорость V движения подвижного состава будет рассчитываться по формуле:
V = M/mod (t2 – t1) (2)
Параметры направления, скорости и момента прохождения подвижным составом над приемопередающим устройством управляющий контроллер 6 включает в пакеты данных о наличии или отсутствии прохождения подвижного состава, которые он готовит к передаче на радиомодем 7. Некоторые пакеты данных могут быть явно неправильными. Это вызвано тем, что приемопередающее устройство в течение продолжительного времени должно находиться вне какого-либо защитного приспособления (на открытой площадке). Может существенно разрядиться аккумуляторная батарея 1, может произойти наклон или сдвиг положения приемопередающего устройства. При наклоне или сдвиге, превышающем допустимое значение, сигналы индуктивных детекторов 4 и 5 искажаются, и по ним нельзя будет достоверно судить о прохождении подвижного состава. Наклон или сдвиг фиксирует специальный датчик 8 угла наклона. При разрядке аккумуляторной батареи 1 свыше допустимого или при обнаружении существенного сдвига или наклона приемопередающего устройства управляющий контроллер 6 переходит в тревожный режим. При этом на индикаторе 3 состояния включается сигнал тревожного режима, например, светодиод индикатора 3 состояния переходит в режим мигания. Однако никакой информации от приемопередающего устройства при этом не передается: выдача любой информации от приемопередающего устройства происходит только после выдачи сигнализатором системы оповещения сигнала запроса и получения этого сигнала приемопередающим устройством.
Радиомодем 7 ожидает прихода радиосигнала, который был бы снабжен признаком сигнала сигнализатора системы оповещения, предназначенного для данного приемопередающего устройства. Такой поступивший сигнал передается в управляющий контроллер 6, где осуществляется его идентификация.
При идентификации этот сигнал может быть определен либо как служебный командный сигнал, либо как сигнал запроса. В управляющий контроллер 6 заложен список служебных командных сигналов и определен порядок исполнения каждого из них.
Если от радиомодема 7 на управляющий контроллер 6 поступил сигнал запроса, а приемопередающее устройство не находится в тревожном режиме, то управляющий контроллер 6 передает в радиомодем 7 сформированный пакет данных о наличии или отсутствии прохождения подвижного состава. Радиомодем 7 по радиоканалу связи передает этот пакет на сигнализатор системы оповещения. Оператор сигнализатора системы оповещения должен сделать правильные выводы о прохождении подвижного состава и принять, при необходимости, соответствующие меры по оповещению.
Существует возможность, что от радиомодема 7 на управляющий контроллер 6 поступает сигнал запроса в то время, когда приемопередающее устройство находится в тревожном режиме. Показания индукционных датчиков 4 и 5 в тревожном режиме нельзя считать достоверными. Поэтому управляющий контроллер 6 через радиомодем 7 передает по радиоканалу на сигнализатор системы оповещения специальный тревожный код. Оператор сигнализатора системы оповещения, приняв такой сигнал, должен сделать правильный вывод о том, что приемопередающее устройство перешло в тревожный режим. Необходимо, чтобы доверенное лицо, используя на пункте установки приемопередающего устройства ключ-замок 2 (хранящийся у этого доверенного лица), заново правильно установил и наладил бы приемопередающее устройство.
Рассматривая возможные варианты поступления сигналов от радиомодема 7 на управляющий контроллер 6, можно отметить, что в принципе возможна такая ситуация, когда из радиомодема 7 на управляющий контроллер 6 поступает сигнал, который расшифровывается, как не относящийся к списку служебных командных сигналов, но и не являющийся сигналом запроса. Любой такой сигнал считается ложным, а в управляющий контроллер 6 должна быть заложена программа отработки ложного сигнала.
Одним из возможных командных сигналов, подаваемых от радиомодема 7 на управляющий контроллер 6, является команда формирования контрольного сигнала для проверки работоспособности. При отработке этой команды управляющий контроллер 6 подает на контрольный процессор 9 сигнал запуска. После запуска контрольный процессор 9 выдает сигналы формирования строго определенных выходных пакетов сигналов для индуктивных детекторов 4 и 5, а также код пакета для сравнения, передаваемый на управляющий контроллер 6. Пакеты выходных сигналов, выдаваемые индуктивными детекторами 4 и 5, обозначают строго определенное прохождение подвижного состава.
Именно это прохождение подвижного состава должно быть отмечено в пакете сигналов, который формирует управляющий контроллер 6 для передачи в радиомодем 7. О работоспособности приемопередающего устройства должно свидетельствовать полное совпадение кода этого пакета сигналов с кодом пакета для сравнения, который передается на управляющий контроллер 6 с контрольного процессора 9. Индикатор 3 состояния должен как-то отметить успешную проверку работоспособности. Например, три раза мигнуть, а затем снова перейти к непрерывному свечению зеленым светом.
После успешной проверки работоспособности управляющий контроллер 6 должен сразу же передать через радиомодем 7 на сигнализатор системы оповещения служебный пакет сигналов. Этот пакет должен подтвердить работоспособность приемопередающего устройства, а также сообщить на сигнализатор системы оповещения служебные данные, к которым могут относиться параметры аккумуляторной батареи 1 (не слишком ли она разрядилась) и показания датчика 8 угла наклона (осталось ли неизменным рабочее положение устройства для обнаружения подвижного состава).
Таким образом, функционирование предложенного приемопередающего устройства полностью рассмотрено.
1. Устройство для обнаружения подвижного состава, содержащее управляющий контроллер, первый вывод которого соединен с выводом радиомодема, два детектора приближения подвижного состава, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом управляющего контроллера, и датчик угла поворота, отличающееся тем, что снабжено контрольным процессором, вывод которого соединен с вторым выводом управляющего контроллера, а входы детекторов приближения подвижного состава соединены соответственно с первым и вторым выходами контрольного процессора, выход управляющего контроллера соединен с входом индикатора состояния, третий вход управляющего контроллера соединен с выходом датчика угла поворота, а четвертый вход управляющего контроллера выполнен с возможностью подключения ключа-замка, при этом управляющий контроллер, радиомодем, два указанных детектора, контрольный процессор, индикатор состояния и датчик угла поворота соединены с аккумуляторной батареей.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что детекторы приближения подвижного состава представляют собой индуктивные датчики приближения.