Система моніторингу залізничних потягів

Реферат: У моніторингу залізничних вагонів використовують оснащені інструментами гнучкі колодки, що спираються всередині буксових прорізів візка на опори підшипників. Колодки містять датчики для моніторингу температури, тиску, зсувних навантажень, вихляння візків і тому подібного, і мають схему для обробки інформації, одержаної від датчиків, та для обробки й передачі повідомлення про відхилення робочих параметрів до віддаленого джерела. Система циклічно активує опитування кожної колодки на вагоні та передає сигнали щодо критичних відхилень та ідентифікаційні дані до віддаленого джерела. UA 98931 C2 (12) UA 98931 C2 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується системи моніторингу для залізничних потягів і тому подібного, а конкретніше, системи, що використовує оснащену інструментами колодку стельової опори роликового підшипника для виявлення наявності та причини поганого функціонування на рівні колісного агрегату, вагонного візка, вантажного вагона або потяга. Більш ніж коли-небудь власники та користувачі залізничних вагонів потребують кращого розуміння того, як працює їхнє майно. При застосуванні важчих вагонів виникає більша потреба в ідентифікації "шкідливих факторів" (вагонів, котрі можуть зруйнувати інфраструктуру залізничної колії та призвести до сходження з колії), як тільки їхнє функціонування стає неприйнятним. Є також потреба підвищити середню швидкість потяга шляхом поліпшення високошвидкісних характеристик і зниження незапланованих експлуатаційних відмов, спричинених механічними неполадками. Власники вагонів у все більшій мірі ведуть пошук можливостей впровадження запобіжних програм технічного обслуговування для виключення механічних ушкоджень та планових ремонтів з використанням технічних засобів та часу за їх вибором. Нарешті, при більшій автоматизації залізничних операцій та підсиленому регулюванні для поліпшення безпеки залізнична промисловість потребує нових шляхів моніторингу функціонування потягів, вагонів та вагонних візків. Деякі з робочих критеріїв, що мають піддаватись моніторингу, включають стан роликових підшипників та їхню температуру, зміщення опори роликового підшипника, стан коліс, вихляння /деформацію/ заїдання вагонного візка, стан гальм та їхнє функціонування, чи мало місце часткове сходження з рейок, та потенційно проблематичний стан колії. Оскільки деякі з цих експлуатаційних проблем можуть дуже швидко призвести до катастрофічної аварії потяга, бажано якомога швидше відслідковувати та передавати отримані дані до засобів обробки даних у локомотиві або до центрального пункту обробки даних. Крім того, з урахуванням середовища, в якому працюють залізничні потяги, будь-яка система має бути витривалою, надійною і здатною функціонувати протягом тривалих періодів часу з невеликою підтримкою або без неї. На додаток, щоб бути економічно вигідною дана система - її встановлення та обслуговування не мають бути занадто дорогими. Оскільки лише у Північній Америці є більше 1,5 мільйона вантажних вагонів, і система моніторингу всіх вагонів, що використовуються, є вельми бажаною, будь-яка така система має бути здатною оперувати з дуже великою адресацією дуже великої кількості потенційних пристроїв. Одним із підходів, що широко застосовується у Північній Америці, є використання придорожніх датчиків дефектів у фіксованих місцеположеннях уздовж залізничної мережі. Датчики, що вимірюють температуру підшипника (датчики перегріву колісної букси), є звичайними, тоді як інші придорожні датчики, що вимірюють трясіння коліс, стан підшипника (за акустичними характеристиками) та поперечні сили, поступово впроваджуються. Проте, хоча один датчик може піддавати моніторингу багато вантажних вагонів у міру, як вони проходять повз нього, він може лише забезпечити локальний контроль при своїй роботі. Цілком можливо, що виявлені дефекти стануть видимими і вирости до критичного рівня лише між датчиками. Потрібна система, котра безперервно піддає моніторингу функціонування залізничних вагонів. Інший підхід до моніторингу функціонування залізничних вагонів полягає у застосуванні бортового інструментарію. Одна така добре відома система розроблена для Федерального управління залізниць. У цій та інших схожих системах ряд інструментів на різних ділянках вантажного вагона застосовується для проведення дискретних вимірювань перед їх передачею до центрального вузла у вантажному вагоні. Хоча це забезпечує краще вирішення даної проблеми, ніж придорожні контрольні пристрої, комутація, складність та вартість збільшують інвестиції, потрібні для проведення моніторингу вагонів. Короткий опис та цілі винаходу Метою даного винаходу є забезпечення засобів для безперервного, під час експлуатації, моніторингу поведінки та стану вагонних візків, коліс та підшипників залізничного вагона та забезпечення як постійного гарантування їх відповідного функціонування, так і, за потреби, попередження майбутньої або фактичної аварії у своєчасний та зручний спосіб для користувачів та власників потягу. Ще однією метою даного винаходу є те, що робочі характеристики залізничного вагона та його вузлів можуть бути поєднані з оперативними даними від локомотива із забезпеченням повної системи моніторингу потяга. Ще однією метою даного винаходу є забезпечення такої функціональності з мінімальним застосуванням дротових електричних з'єднань як між елементами, розміщеними на візках залізничного вагона, так і між елементами, розміщеними на візках, і елементами, розміщеними в інших частинах вагона та іншими частинами потяга, включаючи локомотив. 1 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ще однією метою даного винаходу є те, що елементи можуть уводитись або вилучатись для огляду та ремонту або замінюватись під час планових робіт з обслуговування на залізничних вагонах. Ще однією метою даного винаходу є забезпечення засобів для своєчасного аналізу результатів вимірювань, зроблених під час руху потяга, так що інформація про функціонування або аварію може бути передана у стислому вигляді, і немає потреби передавати детальну інформацію щодо вимірювань. Ще однією метою даного винаходу є те, що вислані повідомлення щодо функціонування або аварії містять достатню інформацію, так що точне положення на потязі даного елемента або елементів, про які йде мова, однозначно визначається, і коли така інформація наявна, може бути повідомлено про положення потяга або навіть вантажного вагона. Ще однією метою даного винаходу є те, що за умов бездротового режиму робота може бути поширена на експлуатацію наявного вибору робочих частот (каналів), і це дозволяє послабити перешкоди, котрі виникають між послідовними (сусідніми) вагонами у потязі, або спричинені іншим обладнанням, яке працює в тій самій смузі частот. Хоча нижченаведене обговорення описує транспортний засіб як вантажний вагон, зрозуміло, що такі самі способи придатні для будь-якого залізничного або, в деяких випадках, іншого багатомісного транспортного засобу. Крім того, хоча нижченаведений опис характеризує вантажний вагон з двома візками (або каретками), він придатний до майже будь-якої конфігурації з більшою або меншою кількістю візків чи осей. Короткий опис фігур Фігури 1-3 являють собою схематичні зображення, що показують розташування елементів, придатних для застосування в реалізації цілей даного винаходу. Фігура 4 являє собою вигляд у перспективі частин візка залізничного вагона, що ілюструє положення оснащеної інструментами колодки даного винаходу щодо візка залізничного вагона; та Фігури 5-7 являють собою схематичні зображення, що ілюструють альтернативні конфігурації елементів даного винаходу. Детальний опис варіантів втілення винаходу З посиланням на Фігури 1, 2 та 4 схематично показані візки 1, кожен з яких несе дві осі 2, кожна з двома колесами 3. Осьові підшипники 2а та опори підшипників 4, краще всього зображені на Фігурі 4, мають таку конфігурацію, що кожен підшипник передає навантаження, яке він несе, та тепло, яке може генерувати, через колодки 16 до візка. Фігура 4 ілюструє частину візка залізничного вагона 1 і показує взаємозв'язок сенсорного вузла, сформованого як інструментальна колодка 16 (яка також згадується як колодка опори) та інших деталей візку. На Фігурі 4 зображений один кінець бічної рами візка 12. Кожна бічна рама має пару спрямованих униз буксових вирізів 13. Паралельні бічні стінки 14 кожного буксового вирізу спільно з даховою секцією 15 разом утворюють отвір буксового вирізу. Візок також включає опори підшипників 4, одна з яких показана на Фігурі 4. Опори мають загалом прямокутну верхню поверхню з залежними ногами, що тягнуться від кутів верхньої конструкції. Ноги мають наплавлені викривлені бічні поверхні, котрі мають таку конфігурацію, щоб спиратись на зовнішню поверхню підшипника 2а, що змонтований на кінці осі колісного підшипника 2. Опора звичайно зроблена із литої сталі. Колодка опори 16 загалом є прямокутною в плані й має залежні ноги. Колодка опори 16 зроблена в оптимальному варіанті злитого або отриманого методом інжекційного формування еластомерного полімеру. Колодка опори 16 сформована таким чином, щоб поміщуватись на верхній поверхні опори 16, котра, як зазначалося вище, сідає, в свою чергу, на підшипник. Опора та деталі колодки у зв'язку з їх функцією засобу, який несе та послаблює навантаження, детальніше описані в опублікованій заявці США за номером 2005/0268813 від 8 грудня 2005 року. З посиланням далі на Фігуру 2 колодки 16 сидять на верхній прямокутній поверхні опори підшипника. Кожен підшипник передає навантаження, котре він несе, та тепло, що може генерувати, через опору до колодки, яку він несе, і, таким чином, до візка залізничного вагона. Фігура 3 показує в схематичній формі колодку опори 16, модифіковану в такий спосіб, щоб реалізувати цілі даного винаходу. Колодка містить множину датчиків 5, котрі в оптимальному варіанті вмонтовані в її верхню, бічну та нижню поверхні або в інші місця, такі як її кінцеві поверхні, якщо це потрібно для цілей даного винаходу, як це пояснюється в більш повній мірі нижче. В оптимальній формі колодка 16 має розширену приєднану частину 17, котра розміщена таким чином, щоб бути відносно ізольованою від сил, які передаються через опору 16. Розширена частина 17 містить джерело живлення 18, засоби узгодження аналогового сигналу та засоби аналого-цифрового перетворення, та зв'язаний мікропроцесорний блок 19 і 2 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 комунікаційний блок 20, котрий являє собою в оптимальному варіанті радіопередавач / приймач низької потужності, що має антену 21. Датчики в електричний спосіб з'єднані з ланцюгом блоку аналого-цифрового перетворювача та мікропроцесорним блоком, котрий, у свою чергу, з'єднаний з та контролює комунікаційний блок, за допомогою якого можуть передаватись та прийматись повідомлення. Можуть бути використані різні засоби подачі живлення до колодки. Джерелом живлення може бути батарейка, котра дає достатню напругу і має достатню ємність, так що при періодичному та нетривалому вмиканні, як описано нижче, дана колодка може зберігати функціональність протягом кількох років, що узгоджується з нормальним терміном експлуатації підшипникових деталей, які застосовуються в візках. В альтернативному варіанті джерело живлення може складатись із пристрою, що поглинає енергію, котрий постачає енергію до акумулятора або ємності. Може бути застосоване джерело електроенергії, що використовує енергію деформації. Хоча джерело живлення може бути джерелом, що змонтоване на корпусі вагона, в оптимальному варіанті воно має знаходитися на візку, а в найоптимальнішому варіанті - на розширеній частині колодки, для виключення потреби в електричних дротових з'єднаннях між відносно рухомими частинами вагона. Фігури 1-3 також ілюструють залізничний вантажний вагон 22, що має візки 1 з колодками 16 зі своїми датчиками та мікропроцесорним і комунікаційним блоками 19 та 20. В описаному прикладі кожен візок несе по чотири колодки 16 (одну на кожен підшипник), кожна має джерело живлення 18, мікропроцесорний блок 19 та комунікаційний блок 20, який в оптимальному варіанті включає радіопередавач / приймач. На корпусі вагона, в оптимальному варіанті приблизно в середній точці між двома візками залізничного вагона, змонтований блок контролю даних 23, котрий також має радіоприймач, що здатний підтримувати зв'язок з радіо на колодках 16 на своєму власному вагоні, разом з мікропроцесором, функції якого будуть описані далі. Блок контролю даних 23 з'єднаний за допомогою кабелю 23а з комунікаційним пристроєм 24, що зображений тут як розташований зверху залізничного вагона, хоча можуть бути прийнятними й інші місцеположення, в залежності від чинників, таких як тип вагона, до якого застосований даний винахід. За деяких обставин та для деяких типів вагонів блок контролю даних та комунікаційний пристрій можуть бути суміжними. Комунікаційний пристрій 24 живиться в оптимальному варіанті за допомогою сонячного елемента, представленого позицією 24а, або інших електричних засобів, що здатні підтримувати безперервну функціональність. Комунікаційний пристрій 24 слугує для зв'язку залізничного вагона безпосередньо з локомотивом, що тягне потяг, так що інженер або інший член обслуговуючої команди має миттєве повідомлення про проблемні вагони. За потреби, зв'язок може здійснюватись через засоби ідентифікації колійного бічного автоматичного обладнання або стільникову чи супутникову радіосистему, або інше комунікаційне обладнання для моніторингу станцій, як це потрібно користувачу. У випадку, коли є дротовий зв'язок від локомотиву через увесь потяг, як, наприклад, коли електронне гальмування стає нормою, комунікаційний пристрій може бути з'єднаний з цією комунікаційною лінією. Джерело живлення комунікаційного пристрою 24 може також постачати електроенергію для блоку контролю даних 23, і в цьому випадку кабель 23а може являти собою мультиконектор. На Фігурі 1 також показаний портативний блок 23b, що містить мікропроцесор і радіо для комунікації з оснащеною інструментами колодкою 16 за допомогою її радіо, а також з блоком контролю даних 23. Блок 23b, на який у подальшому будемо посилатись як на "регістратор", сконструйований з вельми обмеженою здатністю передачі сигналу, так що він має поміщуватись фізично близько до колодок 16 або блоку контролю даних 23, щоб зв'язок мав місце. Це слугує гарантією, що оператор матиме зв'язок з лише одним таким пристроєм без схожих пристроїв на інших вагонах на тому самому або сусідньому потягу, що отримує радіоповідомлення. Хоча застосуванню радіо для здійснення зв'язку за допомогою регістратора віддається перевага, може бути також використаний прямий електричний контакт. Проте, через жорсткі навколишні умови, в яких працюють залізничні вагони, прямий електричний контакт може знизити надійність і потребує більше часу на здійснення зв'язку, особливо, коли потрібен зв'язок з великою кількістю вагонів. Використання регістратора при виконанні функцій даного винаходу буде додатково описано нижче. Тут потрібно зазначити, що характерною рисою даного винаходу є полегшення встановлення адреси для радіозв'язку на момент встановлення колодки або під час заміни колодки чи блоку контролю даних. Для цього в альтернативному варіанті замість радіозв'язку може застосовуватись радіочастотна ідентифікаційна (RFID) мітка або відповідний штриховий код, чи інша зчитувана версія розширеної адреси, котра може бути зчитана і записана регістратором. 3 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Хоча антени, що зображені на Фігурах 1 та 3, схематично проілюстровані дротовою або стриженьковою формами, на практиці вони можуть бути мікросмужками або конформними антенними решітками, і можуть бути, наприклад, металічними провідниками на керамічній підкладці. Подібно до цього, замість батарейного джерела живлення для оснащених інструментами колодок у залізничному вагоні може бути бортове енергопостачання, яке може використовуватись за його наявності. Для генерації електроенергії можуть використовуватись альтернативні енергопоглинаючі пристрої, котрі одержують енергію від обертання коліс. У плані практичного вибору джерела електроенергії значний пріоритет має віддаватись енергопостачанню, що з найбільшою вірогідністю працюватиме протягом кількох років без необхідності заміни батареї або проведення інших робіт з технічного обслуговування. Як зазначалось вище, відмітною ознакою даного винаходу є те, що радіопристрої на колодках 16 та у блоках контролю даних 23 мають підтримувати зв'язок лише у межах невеликої дальності. З цією метою перевага віддається радіопристроям, що відповідають стандарту ІЕЕЕ802.15.4 для бездротових сенсорних мереж. Це стандарт невеликої дальності, прикладом якого є системи сенсорних мереж ZigBee. Рівні потужності є низькими й область дії обмеженою, але все що потрібно, це взагалі здатність забезпечувати зв'язок між колодками на візках вагона і блоками контролю даних цього вагона, або з регістратором, який тримає робітник, що стоїть поблизу вагона. Існування стандартів для форматів даних та програмного забезпечення з відкритими вихідними текстами з придатними мікроконтролерами робить це оптимальним варіантом. Особливо важливою перевагою радіопередачі є те, що електропроводка на візках та електропроводка від візків до залізничного вагона небажана, оскільки схильна до обриву, і малоймовірно, що електропроводка вздовж вантажного потягу може бути прийнятною, якщо не буде широкого повсюдного промислового прийняття електронних гальм чи подібного обладнання. Засоби для бездротового зв'язку на основі стандарту IEEE є доступними й можуть бути адаптовані таким чином, щоб встановити мережу зв'язків між оснащеними інструментами колодками та блоками контролю даних без зовнішнього втручання. Вони можуть бути встановлені на розпізнавання взаємного місцеположення візка та осі на залізничному вагоні або встановлені таким чином, що цифровий комунікаційний блок інформується про конфігурацію, забезпечуючи в такий спосіб засоби багатоінтервального одночасного зв'язку в мережі. Радіо, що використовуються у здійсненні розглянутих вище аспектів даного винаходу, призначені працювати в переривчастому режимі при невеликій потужності. У різних частинах світу прийнятні кілька частотних смуг. Придатна наявна частота, на якій працюватимуть радіопристрої в Північній Америці, становить приблизно 2,4 ГГц. Хоча очікується, що в оптимальному варіанті формат та кодування послань відповідатимуть вищезазначеному стандарту IEEE, можливі інші схеми. В ілюстративній системі оснащені інструментами колодки 4 містять кілька датчиків для вимірювання динамічних та статичних вертикальних навантажень і зсувних або поперечних зусиль, що накладаються візком залізничного вагона і, отже, вантажним вагоном на опори підшипників. Навпаки, це є ті зусилля, котрі накладають на візок осі, що самі приєднані жорстко до коліс і піддаються нерівностям колії. Оснащені інструментами ілюстративні колодки 16 також несуть температурні датчики для надання інформації про температуру відповідного підшипника, оскільки для безпеки важливо, щоб підшипник не перегрівався. З посиланням знову на Фігури 1-3 при роботі мікропроцесор на оснащеній інструментами колодці 16 звичайно знаходиться у пасивному, низькоенергетичному стані, але запрограмований на короткочасне періодичне вмикання. Він збирає показники від кожного з датчиків і проводить попередній аналіз цих даних. Раціональність вибору частот опитування та вибір датчиків, які мають зчитуватись, базується на типі поведінки, що відслідковується, і конкретному застосуванні. Опитування має проводитися з частотою, що в кілька разів перевищує найвищу частоту, яку потрібно виявити із даних. Частіше опитування не дасть додаткової інформації, але підвищить витрати енергії. Періодичності опитування та звітування контролюються блоком контролю даних 23. Проте, якщо колодки виявляють показники ушкодження або аварії, що насувається, мікропроцесор на колодці може бути запрограмований на вмикання радіо, яке він контролює, і передачу відповідного сигналу через радіо до блоку контролю даних 23. Прикладом такої події може бути раптове підвищення температури. Значний сплеск напруги, генерований пристроєм, що поглинає енергію, може також бути використаний для активації мікропроцесору на колодці, якщо він знаходився тоді в низькоенергетичному стані. За відсутності такої проблеми 4 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мікропроцесор на колодці діє згідно зі своїм регламентом, тобто більшість часу перебуває в низькоенергетичному стані. Блок контролю даних 23 призначений для реалізації кількох цілей. Він координує хронометраж циклічного тестування, що здійснюється мікропроцесором оснащеної інструментами колодки, та хронометраж передачі звідти посилань. Як збирач інформації, він запрограмований на порівняння інформації від усіх візків на залізничному вагоні й робить висновки з неї щодо статусу вагона, наприклад, блок контролю даних використовує зроблені висновки для ідентифікації незадовільної поведінки, такої як розгойдування, підстрибування або навіть часткове сходження. Він передає інформацію від комунікаційного пристрою 24. Наприклад, комунікаційний пристрій 24 може включати засоби вимірювання, такі як глобальна система навігації та позиціонування, для забезпечення інформації щодо швидкості транспортного засобу, котра корисна у перевірці поведінки візка, такої як його вихляння. Ця інформація може також бути використана для інгібування перевірки датчиків, коли в цьому немає потреби, для економії енергії. Подібно до цього, за потреби, датчики таких чинників, як температура навколишнього середовища та вологість (дощ, сніг та обледеніння) можуть бути вмонтовані у комунікаційний пристрій 24 або блок контролю даних 23 у розподілених функціях механізму логічного висновку для застосування, що описане нижче. Крім того, блоки контролю даних 23 або комунікаційний пристрій 24 можуть містити трьохкомпонентний акселерометр або прецесійний гіроскоп для запуску деяких способів аналізу або перевірки показань, наданих колодкою, та забезпечення інформації щодо різновиду переміщень корпусу вагона. Як канал, блок контролю даних 23 передає повідомлення до комунікаційного пристрою 24 для подальшої передачі до локомотиву або інших віддалених приймачів, і приймає, у свою чергу, з метою свого власного аналізу та розподілу по колодках, коли це потрібно, інформацію або інструкції, як, наприклад, від локомотиву або інших віддалених джерел. Альтернативні конфігурації для системи моніторингу, описаної на Фігурах 1-3, ілюструються Фігурами 5 - 7. В одному варіанті втілення, що показаний на Фігурі 5, кожна оснащена інструментами колодка 16 має свій власний мікропроцесор і радіо. Така схема призначення використовувати протокол для роботи у мережі, котрий дозволяє передавати повідомлення між колодками на їх шляху до та від цифрового комунікаційного блоку 23. У варіанті втілення Фігури 6 усі колодки 16 з одного візка мають зв'язок з єдиним мікропроцесором та комунікаційним пристроєм 24, що здійснюється вздовж багатожильних кабелів 27. Це мінімізує кількість електронних елементів за рахунок виготовлення значної кількості дротових з'єднань на візку. Обчислювальні послуги, що виконуються у мікропроцесорному блоці на візку, можуть дещо відрізнятись від послуг у мікропроцесорному блоці Фігури 5. У цьому варіанті втілення всі функції аналого-цифрового перетворення здійснюються в мікропроцесорі й будь-які функції логічного висновку, здійснені тут, роблять оцінки всіх датчиків для всіх колодок на візку. Ще один альтернативний варіант втілення показаний на Фігурі 7. На Фігурі 7 кожна оснащена інструментами колодка 16 має свій власний аналого-цифровий перетворювальний блок, котрий може бути уведений у мікропроцесор 28 на конкретній колодці. Ці мікропроцесори потім можуть спілкуватися з єдиним блоком обробки даних 25 на візку, і, отже, з блоком контролю даних 23. Як і в конфігурації на Фігурі 6, будь-які висновки або аналіз даних, проведений у блоці 25, враховують інформацію від усіх датчиків на всіх колодках на даному візку. Інші опції включають стандартні схеми комунікації CANbus, де застосовуються дротові з'єднання. Крім того, CANbus або інші стандарти можуть бути реалізовані у випадку широкомасштабного застосування контрольованих в електронний спосіб пневматичних гальм, що потенційно запроваджує інші опції для комунікаційних схем. Зв'язок уздовж потягу може бути забезпечений у множину способів. Для дуже довгих вантажних потягів придатна система WiFi (стандарт IEEE802.15.11). Для зв'язку вздовж пасажирських потягів придатна система Rail Transit Vehicle Interface Standard, IEEE1473-199. Крім того, потрібно зазначити, що, в принципі, можна було б надати можливість оснащеним інструментами колодкам підтримувати зв'язок уздовж потягу, передаючи повідомлення від одного вантажного вагона до іншого. Проте, для довгих потягів це означає наявність багатьох транзитних ділянок для повідомлення, що у значній мірі менш надійно, ніж одиничний потужніший зв'язок кожного вагона з локомотивом або іншим віддаленим місцеположенням. Інші проблеми включають вірогідність того, що потяги будуть перекомпоновані з можливим вилученням або перестановкою вантажних вагонів, або потяг буде відтягнутий локомотивом у 5 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 свій протилежний кінець. Будь-яка така мережа, що залежить від зв'язків колодка-колодка від вагона до вагона, потребуватиме перекомпонування потягу на сортувальних станціях. Як зазначалось вище, відмітною ознакою даного винаходу є відповідні засоби адресації та ідентифікації кожної та всіх оснащених інструментами колодок у залізничних вагонах, що використовуються у даній системі. Крім того, необхідно, щоб оснащені інструментами колодки на візках на сусідніх вантажних вагонах, чи знаходяться вони на тому самому потязі, чи ні, продовжували функціонувати, поки вони знаходяться у межах радіозв'язку одна з одною, без взаємних перешкод. Має бути можливість формувати потяги з будь-яких вантажних вагонів та замінювати окрему колодку на візку без потреби заміни всіх інших колодок на візку або вантажному вагоні. Навіть якщо проблеми, про які треба повідомляти, відсутні, важливо, щоб система давала гарантії того, що вона продовжує відповідним чином функціонувати. Описана тут оптимальна система використовує для цього повідомлення, ініційовані оснащеними інструментами колодками. Альтернатива застосуванню опитування блоками контролю даних для перевірки статусу оснащених інструментами колодок потребує вмикання колодок та їх дії як приймачів у точно контрольовані моменти часу та протягом періодів, котрі потребують більш тривалої роботи при повній потужності, ніж це дозволялось для передачі повідомлень на основі їх власного хронометражу, за умови, що блоки контролю даних завжди знаходяться в режимі прийому. Усі оснащені інструментами колодки, котрі мають взаємодіяти з відповідними блоками контролю даних, повинні використовувати узгоджені частоти. Вищезазначений стандарт ІЕЕЕ802.15.4 визначає частоти або канали у кожній частотній смузі. Наприклад, у смузі ISM на частоті 2,4 ГГц є 26 каналів. Існує також стандарт для структури повідомлень, такий, що кожне утворює пакет множинності 8-бітових байтів даних, де кожен байт має попередньо встановлене значення. У межах цієї структури один байт приписується номеру групи, і два байти приписуються адресі всередині групи. Ще один байт приписується типу повідомлення, що має інтерпретуватись як команда. Асоційовані радіоприймачі та їх контролюючі мікропроцесори сконструйовані таким чином, щоб ігнорувати повідомлення, отримані від джерела в іншій групі. Вони не виявляють повідомлення на інших частотах, ніж їх вибрані робочі частоти. Проте, вони можуть змінювати робочі канали (частоту) під контролем програми. Вони можуть діяти відповідним чином щодо повідомлень, котрі належать до їх власної групи. Для застосування на залізницях потрібна більша кількість пристроїв, котрі можуть охоплюватись двобайтовою адресою, і, крім того, мають бути запроваджені засоби, щоб блок контролю даних міг розпізнавати повідомлення від оснащених інструментами колодок на своєму власному вантажному вагоні. Оснащені інструментами колодки мають бути здатними розпізнавати повідомлення від їх власного блоку контролю даних, а також мають бути здатними витримувати потенційний вплив від оснащених інструментами колодок та блоків контролю даних на інших сусідніх вантажних вагонах як у тому самому потязі, так і в прохідних потягах. Вони також мають бути здатними витримувати потенційний вплив від інших пристроїв, що працюють у тій самій неліцензованій смузі. Ідентифікаційний номер або адреса можуть бути запрограмовані в електронному модулі при виготовленні. Дана адреса для оснащеної інструментами панелі може додатково або як альтернатива зберігатись у RFID (радіочастотна ідентифікація) тегу або бути вбудованою в кожну колодку 4. Фізичне розміщення колодки на візку робить її близькою до колії. Зокрема, вона може знаходитись на зовнішньому боці бічної рами візка й, таким чином, поблизу колійного моніторингового обладнання. Це дає можливість для принаймні розпізнавання прохідних пристроїв фіксованим обладнанням, і, якщо використовується активна RFID тег технологія, можливість альтернативного шляху комунікації від вагона до центрального сховища даних або до власників. Дана адреса може бути легко видимою як зчитуване число, за потреби, з штриховим кодом для зручності користувачів, хоча жорстке робоче середовище може зробити цю альтернативу обмеженою. Зрозуміло, що може бути застосована будь-яка схема адресації, котра забезпечує достатньо окремих адрес або ідентичностей. Адреса колодки може бути зроблена таким чином, що вона узгоджується зі схемою адресації розширеного інтернетівського протоколу (IPv6) з використанням 6 байт, так що ці пристрої можуть мати власні IP адреси. Описаний нижче оптимальний варіант втілення може бути розширений з використанням множинних каналів (радіочастот), забезпечуючи в такий спосіб засоби фактичного виключення взаємодії між сусідніми вагонами потягу. 6 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Основна мета даного винаходу полягає в тому, щоб бути спроможним відслідковувати поведінку всіх візків та підшипників і коліс потягу. Аварійна інформація має проходити від будьякого залізничного вагона до локомотиву або до віддаленої служби обробки даних так швидко, як це можливо, в оптимальному варіанті протягом кількох секунд. Проте, тягар передачі всіх даних, які можуть бути зібрані при проведенні такого моніторингу, надзвичайно великий, і у своїй більшості, детальні дані не є важливими. В оптимальному варіанті розпізнаються лише спостереження, що означають деякий дефект або аномальну поведінку. Для зниження радіотрафіку до рівня керованих пропорцій система розроблена для переробки необроблених даних датчиків, пошуку ознак несправності і потім передачі лише суттєвої індикативної інформації. Для цього застосовується механізм розподіленого логічного висновку, що поділяє суттєві функції між мікропроцесорними блоками на оснащених інструментами колодках та блоком контролю даних 23. Метою даного винаходу є зниження радіотрафіку між колодками та блоком контролю даних, так що частина аналізу даних робиться на колодках, і лише релевантна інформація передається до блоку контролю даних від колодок для подальшого аналізу та розпізнавання дефектів. У проілюстрованому вище прикладі системи мікропроцесорні блоки 19 на оснащених інструментами колодках 16 роблять серію вимірювань і обробляють їх як часовий ряд. Алгоритми пошуку, що формують механізм логічного висновку, можуть ідентифікувати, наприклад, періодичності та взаємні кореляції всередині та між часовими рядами, так що будьяка поведінка, виявлювана на рівні колодки, буде видна. Наприклад, вихляння візка назад та вперед відносно лінії рейок відбувається з частотою, що визначається геометрією візка та швидкістю обертання колеса. Хитання та покачування вагона здійснюється з частотою, що визначається сукупними пружинними системами підвіски та навантаженням. У різній мірі, в залежності від конструкції транспортного засобу, ці іррегулярності в поведінці стануть очевидними при зміні навантаження та розподілу навантаження в оснащеній інструментами колодці, котра може виявляти, наприклад, вертикальні та зсувні і гальмівні зусилля. Колісні іррегулярності створюють повторювані схеми розподілу сил з обертальною частотою, котра може бути вирахувана із швидкості транспортного засобу. Дефекти колії можуть генерувати великі та раптові сили у колесах, підшипниках та візку й далі у вагоні та його вантажі. Якщо висновок про таку іррегулярність у поведінці зроблений в оснащеній інструментами колодці, й її величина достатня, щоб спричинити аварію, відповідні атрибути та їх синхронізація (відносно часу передачі повідомлення) можуть бути передані до блоку контролю даних вагона. Якщо кілька оснащених інструментами колодок сигналізують про аномальну поведінку, тоді елементи механізму логічного висновку у блоці контролю даних беруть на себе відповідальність щодо оцінки всього візка і, кінець кінцем, вантажного вагона. Коли зроблений висновок щодо серйозного порушення, тоді така інформація передається через кабель 23а, комунікаційним пристроєм 24 до локомотиву і т.д. Приклади здатності системи відслідковувати робочі характеристики включають: Температура підшипників - Температурний датчик в оснащеній інструментами колодці 16 відслідковує відносні зміни температури щодо інших підшипників і забезпечує поріг аварії або довгостроковий тренд для стану підшипників. Висновок щодо благополучного стану роликового підшипника може бути зроблений з використанням або трендів або рівнів аварії, що виключає потенційне спалювання підшипника та можливість сходження і забезпечує пряме вимірювання, котре може бути використане для виключення хибної тривоги від придорожніх датчиків перегріву колісної букси. Як ще одна мета даного винаходу, спостереження від придорожніх датчиків температури та інших ефектів можуть порівнюватися зі спостереженнями від бортової системи для цілей сумісного калібрування та перевірки. Стан підшипників - Використовується датчик навантаження у верхній частині оснащеної інструментами колодки 16 для моніторингу вібрацій, що йдуть від підшипника (котрі передаються через опору роликового підшипника). Специфічні дефекти підшипника можуть бути виявлені з аналізу частотного спектра. Ідентифікація ушкодженого підшипника на ранніх стадіях важлива у запобіжних програмах технічного обслуговування. Стан коліс - Датчик навантаження в оснащеній інструментами колодці для виявлення навантажень високої амплітуди (у порівнянні з фоном), що повторюються періодично (функція діаметра та швидкості колеса), з метою ідентифікації лиски або раковинного ободу колеса. Можливо також ідентифікувати спрацьовані колеса з вм'ятинами з використанням деяких інших датчиків в оснащеній інструментами колодці. Моніторинг динамічних навантажень на колеса може надати можливість власникам планувати заміну колеса до його ідентифікації шляховим датчиком Wheel Impact Load Detector, що призводить до незапланованого ремонту. Він може також допомогти виявити причину даної несправності. 7 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Сходження колеса - Використовується той самий інструментарій, що й для Стану коліс, але з наголосом на більш високу частоту і з використанням схожого сигналу від обох коліс у колісній парі. Ідентифікація сходження колісної пари запобігає можливому повному сходженню з рейок і можливим катастрофічним наслідкам. Вихляння візка - Використовуються датчики навантаження, встановлені на оснащених інструментами колодках для виявлення поздовжніх, поперечних та рискових сил, моніторингу швидкозмінних навантажень (і, отже, кута набігання колісної пари), що є показниками вихляння осі або візка. Шляхом аналізу таких навантажень, що відслідковуються як від колісних пар на візку, так і візків на вагоні, може ідентифікуватися вихляння візка та осі й так само деформація візка. Крім того, шляхом оцінки кута набігання колісних пар на кожному візку може бути ідентифіковане високе обертальне тертя, спричинене заїданням бічних підшипників або сухими підп'ятниками. Ідентифікація цих умов допомагає запобігти пошкодженню візків вантажного вагона та вантажу, а також інфраструктури шляху. Вага вагона - Підсумовується навантаження, виміряне в усіх восьми оснащених інструментами колодках на вантажному потязі для визначення його ваги. Навіть грубе вимірювання (скажімо плюс або мінус 10% від повного навантаження) дає корисну інформацію для тих, хто займається оцінкою ефективності вантажних вагонів та їх складових компонентів. Додаткову користь одержують із виявлення дисбалансу вантажу, спричиненого невідповідним завантаженням або зсувом під час руху. Зміщена опора роликового підшипника - Шляхом моніторингу навантаження на ногах оснащених інструментами колодок можна визначити, коли опора роликового підшипника змістилась. Це забезпечує інформацію щодо причини зміщення, а також привертає увагу до потреби у невідкладному ремонті для запобігання руйнуванню роликового підшипника. Характеристики гальм та статус - Моніторинг поздовжніх сил на оснащених інструментами колодках забезпечує інформацію про зусилля, що докладається від гальмівних колодок до коліс. Це може пролити світло на ефективність гальмування (занадто високі гальмівні навантаження вказують на те, що гальма можуть спричинити заїдання коліс, занадто низькі гальмівні навантаження вказують на невідповідну роботу гальм). Крім того, перевірка статусу гальм може бути використана для передачі сигналу тривоги, якщо потяг рухається із частковим застосуванням ручних гальм. Дефекти колії - Моніторинг вертикальних навантажень в оснащених інструментами колодках та їх порівняння між колісними парами дає власникам вагонів можливість зафіксувати дефекти колії, котрі можуть спричинити пошкодження вантажних вагонів або їх вантажу. Хоча вище були розглянуті кілька альтернативних варіантів конфігурації пристроїв та комунікації між ними, оптимальний варіант втілення описується нижче. Для тих, хто знайомий з програмуванням мікроконтролерів та протоколами і можливостями як низькоенергетичних, так і супутникових або стільникових засобів комунікації, буде зрозуміло, що описані тут функції доступні за існуючих технологій та компонентів. Наприклад, низькоенергетичні блоки Micaz, виготовлені корпорацією Crossbow Corp., Palo Alto, California, із вбудованими радіо ChipCon, можуть здійснювати функції колодок та блоку контролю даних. Комунікаційний пристрій 24 являє собою модель DS300-RDT, виготовлену Stellar-Sat, Inc. Даний пристрій має значну обчислювальну потужність, так що деякі з функцій, що приписані тут до блоку контролю даних 23, можуть здійснюватись у DS300-RDT. Дійсно, ці два пристрої можуть бути об'єднані або їх функції можуть поділятись, так що потреба в розділенні може відпасти. Джерело енергії складається з енергопоглинаючого пристрою, такого як п'єзоелектрична плівка від фірми Measurement Specialties, Inc., Hampton, Virginia, разом з накопичувальною зарядною ємністю або акумулятором. Оснащені інструментами колодки містять запрограмовані при виготовленні номер групи, номер каналу та унікальну розширену адресу, що зберігаються в енергонезалежному запам'ятовуючому пристрої й відповідають даним у RFID тегу та штриховому коді, якщо такі використовуються. При відповідному програмуванні кількість наявних адрес для різних оснащених інструментами колодок може бути збільшена настільки, наскільки це потрібно. Номер групи слугує як стандарт для таких ІЕЕЕ802.15.4 систем для розрізнення цього застосування від будь-яких інших, котрі можуть використовувати ту саму радіочастоту (канал). Коли колодки встановлені, їх розширені адреси зчитуються регістратором 23b, котрий обладнаний засобами для збирання RFID даних або даних штрихового коду. Користувач програмує регістратор за допомогою клавішної панелі та екрану щодо місцеположення на візку і, отже, на вантажному вагоні кожної колодки. Потім регістратор поміщується у близькості до блоку контролю даних 23, і з використанням радіоканалу передає дані про адресу та 8 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 місцеположення для колодок на блоці контролю даних власного вантажного вагона у блок контролю даних. Для виключення застосування засобів RFID або штрихового коду регістратор може в альтернативному варіанті використовувати функціональність колодки та електроніку, котра запрограмована на постійну передачу повідомлень за наявності живлення. Ці повідомлення, як пояснюється далі, завжди містять розширену адресу колодки, так що регістратор може збирати зазначені дані, коли він знаходиться близько до колодки. Ця схема роботи має ту ваду, що потребує електричного живлення колодки для того, щоб діалог відбувся, і це незручно, коли дана колодка має живитися при нормальній роботі енергопоглинаючими засобами. Якщо забезпечені додаткові засоби для постачання електроенергії, наприклад, шляхом індукції, тоді використання радіозв'язку стає оптимальним. Реєстрація даних про колодки може в альтернативному варіанті передаватись до блоку контролю даних за допомогою інших засобів, таких як комунікаційний пристрій 24. У будь-якому разі, дані записуються у блоці контролю даних в енергонезалежному запам'ятовуючому пристрої, так що тимчасова втрата енергії не призведе до потреби у повторній реєстрації. Процес реєстрації дозволяє відслідковувати пристрої по всій залізничній системі. Коли ідентичності колодок записані у блок контролю даних, наступні повідомлення від оснащених інструментами колодок розпізнаватимуться блоком контролю даних, якщо вони виходять від зареєстрованої оснащеної інструментами колодки. Подібно до цього, наступні повідомлення від блоку контролю даних можуть бути спрямовані до коректних оснащених інструментами колодок. Нерелевантні повідомлення, що підбираються від сусідніх оснащених інструментами колодок та блоків контролю даних, не являють собою проблему, якщо вони не зіштовхуються в часі з потрібними повідомленнями. Вони можуть просто ігноруватись. Якщо вони зіштовхуються, то повідомлення будуть зруйновані. Проте, шляхом використання нормальних ІЕЕЕ802.15.4 стандартів для циклічної перевірки валідності повідомлень на наявність надлишковості, вони не будуть розпізнані й тому будуть відкинуті. Для мінімізації цієї проблеми блок контролю даних керує хронометражем повідомлень, що надходять до та передаються від його власних оснащених інструментами колодок. Спочатку оснащені інструментами колодки розпочнуть передавати повідомлення зі швидкістю одне повідомлення за хвилину або зі схожою швидкістю, як тільки вони отримають живлення. Це повідомлення, передане як радіомовне наче для будь-якого одержувача, але з правильним номером групи і на відповідному каналі несе адресу колодки та адресу відправника. Це єдиний тип повідомлення, що передається як радіомовне у даній схемі. Потім колодка очікує протягом короткого часу на відповідь. Блок контролю даних, коли він має живлення, діє як приймач, так що він приймає це повідомлення. Оскільки блок контролю даних може розпізнати адресу відправника як таку, що належить одній із колодок, за яку він відповідає, то він відразу ж дає відповідь у вигляді повідомлення з інструкцією колодці щодо виконання конкретного завдання по збиранню даних та передачі зворотного повідомлення (наскільки пізніше). Дана колодка запрограмована у такий спосіб, що будь-яке повідомлення, котре вона одержує та яке використовує свою власну повну адресу, приймається як таке, що прийшло безпосередньо або опосередковано від її контролюючого блоку контролю даних, і автоматично передає відповіді назад до цього відправника. Як результат, колодки не потребують додаткової інструкції щодо адресації протягом терміну їх експлуатації, який залишився, оскільки вони автоматично братимуть інструкцію від та даватимуть відповідь назад до будь-якого пристрою, котрий прямо адресується до них і розташований достатньо близько. Отримавши повідомлення від блоку контролю даних, колодка може повернутися до низькоенергетичного стану (сплячого режиму), допоки вона знову не виконуватиме своє наступне завдання. Ця схема дозволяє колодкам призупиняти своє функціонування через втрату живлення і все ж повертатися назад та приєднуватися до відповідного блоку контролю даних, коли джерело енергії відновиться. Схема дозволяє замінювати блок контролю даних у мережі шляхом надання йому адрес колодок, за які він відповідальний. Окрема колодка може бути замінена у мережі шляхом надання її ідентифікації (ID) до відповідного блоку контролю даних. Схема також дозволяє працювати у мережі іншим пристроям, допоки вони мають асоційований, найближчий до них блок контролю даних. На той час, коли всі оснащені інструментами колодки, що належать блоку контролю даних, провели раунд зв'язку, вони, згідно з регламентом, видобуваються по черзі у моменти часу, 9 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 котрі блок контролю даних може передбачити. У проміжний період для економії енергії оснащені інструментами колодки знаходяться у значній мірі в ізольованому стані "інкомунікадо". Схема розподілу повідомлень у системі навмисно тримає повідомлення від оснащених інструментами колодок на окремому вантажному вагоні розділеними у часі, так що колізії радіосигналів виключаються. Оскільки самі оснащені інструментами колодки діють як приймачі лише дуже короткий період часу, ризик приймання ними хибних повідомлень також невеликий. Оскільки заплановані радіопередачі від оснащених інструментами колодок дуже нетривалі, наприклад, протягом кількох мілісекунд, у порівнянні з проміжним періодом затишшя, шанси зіштовхувань радіосигналів від сусідніх вантажних вагонів або інших цілком незалежних пристроїв також дуже малі. Проте, кінець кінцем, вони матимуть місце. Стандартний підхід для IEEE схеми полягає в тому, що радіо, котре має передавати сигнал, спочатку переходить у режим приймача, щоб відслідкувати, чи відбувається передача іншого радіо на даному каналі. Якщо це має місце, воно затримує передачу на довільний час, пов'язаний з довжиною повідомлення. Ця процедура виключає більшість колізій. Якщо очікуване, заплановане повідомлення від оснащеної інструментами колодки не надходить протягом прийнятного інтервалу часу, блок контролю даних може здійснити ряд різних дій. Інколи він може виявити, що повідомлення було одержане, але воно зруйноване. Знаючи те, що оснащена інструментами колодка, котра передала повідомлення, очікуватиме протягом деякого часу на відповідь, він може послати повідомлення з інструкцією зробити невеликий довільний зсув у часі, так що коли проблема спричинена сусіднім вантажним вагоном, наступне повідомлення з великою імовірністю пройде. Відповідно, оснащена інструментами колодка може повторити своє повідомлення поза планом, якщо вона не отримала відповіді, так що блок контролю даних, котрий завжди має живлення і діє звичайно як приймач, скоро відновить зв'язок і зможе, як при первинному процесі запуску, визначити новий часовий режим для передачі. Блок контролю даних може зачекати на інший цикл, щоб визначити, чи була ця подія випадковою, він може "заморозити" свої інші оснащені інструментами колодки на деякий час, коли вони виходять на зв'язок, так що вони не перешкоджатимуть передачам від загубленого пристрою. За допомогою таких та інших схожих стратагем оснащені інструментами колодки та дані можуть здійснити кроки для відновлення комунікацій. Кінець кінцем, якщо всі ці засоби будуть безуспішними, блок контролю даних через кабель 23а повідомить про втрату зв'язку. Відмітною ознакою даного винаходу є те, що колодки ніколи не припиняють спроби встановити контакт з блоком контролю даних, допоки вони мають достатнє живлення, і жодне зовнішнє повідомлення, надіслане до даної колодки, неспроможне зупинити цей процес, хоча, природно, дозволяється тривала, але визначена затримка перед наступним повідомленням. При встановлених зв'язках блок контролю даних видає інструкції колодкам відносно виконання конкретного завдання щодо збирання даних та часу передачі зворотного повідомлення, забезпечуючи в такий спосіб інформацію, котра дозволяє зробити висновки, зазначені вище. Такі завдання включають, проте не обмежуючись цим, вимірювання температури, визначення усереднених сил, доставку спектральних даних по поперечних, вертикальних або поздовжніх силах, циклічні вимірювання вертикальних сил на частоті обертання колеса. Кожна з цих вимірювальних послідовностей відповідає конкретному висновку, що може бути зроблений, якщо дані підтвердять його. Кожному завданню приписується час очікування перед передачею зворотного повідомлення. Для кожного завдання задається час проведення вимірювання або його періодичність. Завдання можуть потребувати, щоб колодки проводили проміжні вимірювання та тимчасово зберігали їх дані між радіозвітами. Ці проміжні, синхронізовані дії можуть здійснюватись без участі блоку контролю даних. У періоди між такими діями колодки повертаються до низькоенергетичного сплячого режиму, за умови, що є достатньо часу для повторного запуску, і результатом цього процесу є економія енергії. Кожен звіт, переданий у зворотному напрямку колодкою, ідентифікує завдання, що потребувалось, та час, який пройшов з моменту збору комплекту даних. Кожен звіт включає інформацію про статус (байт стану) функціональності елементів колодки, особливо, датчиків. Набір вимог включає опцію запиту звіту щодо потужності одержаного сигналу як контролю комунікацій. Блок контролю даних планує час подання звітів, так що радіопередачі не вступають у конфлікт одна з одною. 10 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Блок контролю даних може параметризувати запити щодо даних з релевантною інформацією, такою як температура навколишнього середовища або швидкість транспортного засобу. Команди, котрі вибирають завдання з вимірювання, можуть бути зроблені залежними від місцеположення за допомогою глобальної системи позиціонування (GPS). На команди можуть впливати виміряні прискорення у блоці контролю даних, коли такий пристрій існує. Блок контролю даних має програму, що вибирається за замовчуванням, проведення вимірювань з використанням своїх колодок як збирачів даних, так що регулярні оцінки поведінки вантажних вагонів робляться періодичним чином. Проте, ця регулярна схема може бути замінена командами, що передані до блоку контролю даних від центрального сховища даних або за командою власників чи користувачів. Блок контролю даних у ролі накопичувача інформації об'єднує дані від колодок і робить, за потреби, невеликі зміни в часі збирання та передачі інформації. Потім блок контролю даних робить оцінки, описані вище, для механізму логічного висновку з метою перевірки того, чи достатньо аномальну поведінку демонструють вантажний вагон, його візки або колеса чи осі, щоб була потреба надіслати звіт про це до центрального пункту обробки даних або власника чи користувача, або до локомотива. Якщо це відповідає дійсності, звіт може відсилатись. Важливо мінімізувати відсилання таких даних, оскільки передача даних може оцінюватись за їх кількістю, і може бути багато залізничних вагонів, що передають дані. Проте, блок контролю даних передбачає передачу повідомлення "все добре" через прийнятні інтервали часу, якщо нічого поганого не відбулось. Правила для оцінки функціональності вантажних вагонів розроблені таким чином, щоб бути толерантними до даних, які випущені, оскільки із вищенаведеного опису системи очевидно, що або через комунікаційні утруднення, або через жорсткі умови навколишнього середовища елементи даної системи можуть відмовити в забезпеченні всіх потрібних даних. Оскільки цей оптимальний варіант втілення делегує ініціацію діалогу щодо даних колодкам, додаткова перевага полягає в тому, що у випадку, коли матиме місце деякий екстремальний стан, колодка зможе передати ініціативне повідомлення у будь-який момент часу між запланованими інтервалами звітування. Для мінімізації трафіку даних той самий підхід застосовується при передачі даних від блоку контролю даних до центральної бази даних. Для версії винаходу, що може скористатись перевагою вибору кількох (наприклад, 26 у смузі 2,4 ГГц) наявних робочих частот, запроваджуються наступні додаткові характеристики. Центральний вузол контролю даних може видобути із GPS даних, що посилаються вагонами, інформацію про те, які пари вагонів є фактично сусідніми. Якщо вагони повідомляють про проблеми комунікації, тоді одному вагону з такої пари може бути передана команда, з центру до вагона, перемкнутись на інший канал. Мережі ІЕЕЕ802.15.4 пристроїв можуть бути запрограмовані на стрибкоподібну зміну частоти за взаємною згодою для уникнення перешкод. У випадку, коли комунікації втрачені, такі пристрої передаватимуть по радіо повідомлення на послідовності різних частот, допоки відповідь не запровадить основу для відновлення комунікацій. Обмеження вибору та попереднє визначення послідовності частот, які мають випробуватись, прискорює процес відновлення. Система може також бути запрограмована на навмисні зміни частоти шляхом передачі інструкцій як частини регулярного діалогу між колодками та блоком контролю даних. Таким чином, за допомогою описаних засобів реалізуються цілі даного винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Система моніторингу для моніторингу робочих характеристик залізничного вагона, де вагон має корпус вагона та множину візків, кожен з яких несе одну чи більше колісних пар, змонтованих на залізничному вагоні, яка включає: один чи більше сенсорних вузлів, розміщених на залізничному вагоні; один чи більше датчиків, розміщених на сенсорному вузлі, при цьому датчики призначені для вимірювання параметрів, релевантних до робочої характеристики залізничного вагона; мікропроцесор, розміщений на сенсорному вузлі, запрограмований для контролю періодичності та частоти збору зчитувань від одного чи більше датчиків та для аналізу даних, зібраних шляхом зчитувань; та комунікаційний блок, розміщений на сенсорному вузлі для передачі даних, вибраних як результат аналізу. 2. Система моніторингу за п. 1, яка відрізняється тим, що один чи більше сенсорних вузлів знаходяться в сполученні з одним або більше іншими сенсорними вузлами, причому дані, 11 UA 98931 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 передані будь-яким з сенсорних вузлів, можуть передаватись іншим з сенсорних вузлів до конкретного місця призначення. 3. Система моніторингу за п. 2, яка відрізняється тим, що додатково включає: вузол контролю даних, змонтований на залізничному вагоні, для прийому даних, переданих від одного чи більше з сенсорних вузлів, для аналізу даних та для селективної передачі даних на приймач, розміщений у місці, віддаленому від залізничного вагона. 4. Система моніторингу за п. 3, яка відрізняється тим, що всі вказані один чи більше сенсорних вузлів змонтовані на тому ж самому залізничному вагоні, причому дані, передані будь-яким з сенсорних вузлів, можуть передаватись на інший з сенсорних вузлів перед тим, як вони будуть передані на вузол контролю даних. 5. Система моніторингу за п. 4, яка відрізняється тим, що один чи більше сенсорних вузлів включають колодку, розміщену між колісною парою та відповідним візком. 6. Система моніторингу за п. 2, яка відрізняється тим, що додатково включає: вузол контролю даних, змонтований на потязі, для прийому даних, переданих від одного чи більше з сенсорних вузлів, для аналізу даних та для селективної передачі даних на приймач, розміщений у місці, віддаленому від потяга; причому один чи більше сенсорних вузлів можуть бути розміщені на багатьох залізничних вагонах та конкретне місце передачі, куди передаються дані, являє собою вузол контролю даних. 7. Система моніторингу за п. 6, яка відрізняється тим, що один чи більше сенсорних вузлів включають колодку, розміщену між колісною парою та відповідним візком. 8. Система моніторингу за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково включає: вузол контролю даних, змонтований на залізничному вагоні, для прийому даних, переданих від одного чи більше з сенсорних вузлів, для аналізу даних та для селективної передачі даних на віддалений приймач; причому вузол контролю даних виконаний з можливістю програмування мікропроцесора на кожному з сенсорних вузлів для контролю (і) частоти збору даних для кожного з датчиків, сполучених з сенсорними вузлами; (іі) періодичності збору даних для кожного з датчиків, сполучених з сенсорними вузлами; та встановлення, (ііі) наскільки часто зібрані дані повинні передаватись через комунікаційний блок на вузол контролю даних. 9. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що один чи більше сенсорних вузлів включають колодку, розміщену між колісною парою та відповідним візком. 10. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що вузол контролю даних передає дані на віддалений приймач за допомогою бездротового зв'язку. 11. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що комунікаційний блок передає зібрані дані на вузол контролю даних за допомогою бездротового зв'язку. 12. Система моніторингу за п. 9, яка відрізняється тим, що кожен з датчиків є чутливим до однієї з множини змінних, включаючи зміни у стискувальному напруженні, зсувному напруженні та температурі всередині колодки. 13. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що кожен з сенсорних вузлів може передавати ініціативне або незаплановане повідомлення, якщо мікропроцесор визначить, що зібрані дані знаходяться за межами прийнятного діапазону для конкретного параметра, який вимірюється. 14. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що вузол контролю даних також включає мікропроцесор, який додатково включає: механізм логічного висновку, розподілений між одним чи більше мікропроцесорами сенсорних вузлів та мікропроцесором вузла контролю даних, де механізм логічного висновку здатен робити висновки стосовно статусу залізничного вагона на основі даних, зібраних множиною датчиків, розміщених на множині сенсорних вузлів. 15. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що вузол контролю даних передає повідомлення віддаленому приймачу, коли він визначає, що визначений статус вказує на проблему в роботі чи робочій характеристиці залізничного вагона. 16. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що вузол контролю даних періодично передає повідомлення відносно статусу віддаленому приймачу, коли визначений статус показує, що залізничний вагон перебуває в прийнятних межах. 17. Система моніторингу за п. 14, яка відрізняється тим, що механізм логічного висновку використовує інформацію від віддалених джерел на додаток до всіх зібраних даних стосовно поведінки залізничного вагона. 12 UA 98931 C2 5 10 15 20 18. Система моніторингу за п. 17, яка відрізняється тим, що віддалені джерела вибрані з групи, яка включає пристрій GPS, датчик навколишньої температури, датчик швидкості, датчик навколишньої вологи, датчик прискорення та гіроскоп. 19. Система моніторингу за п. 8, яка відрізняється тим, що сенсорні вузли живляться від елементів живлення, які одержують енергію від руху залізничних вагонів. 20. Спосіб моніторингу функціонування колісних, взаємоз'єднаних рухомих блоків, що мають корпуси, які спираються на колеса, де один із рухомих блоків являє собою контрольований первинний рушій, а решта блоків приєднана до одного з блоків, при цьому спосіб включає: забезпечення спряжених колодок між колесами та корпусами колісних рухомих блоків, причому колодки мають вбудовані датчики для вимірювання параметрів роботи рухомих блоків, де колодки запрограмовані для контролю частоти збору даних кожним датчиком та періодичності збору даних кожним з датчиків; та забезпечення на колодках обчислювальних засобів для оцінки виміряних параметрів роботи та для ідентифікації поведінки характеристики функціонування, одержаної з виміряних робочих параметрів, що вважається достатньою, щоб спричинити тривогу; і передачу повідомлень до первинного рушія, котрі ідентифікують лише ту характеристику функціонування, котра достатня, щоб спричинити тривогу. 21. Спосіб моніторингу за п. 20, який відрізняється тим, що додатково включає стадію введення в повідомлення, котрі передаються до первинного рушія, ідентифікаційного коду, унікального для рухомого блока, від якого походять сигнали, які ідентифікують поведінку, котра вважається достатньою, щоб спричинити тривогу. 13 UA 98931 C2 14 UA 98931 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15