Система контролю зайнятості колії

1. Система контролю зайнятості колії, що включає блок формування первинного сигналу, виконаний з можливістю встановлення в безпосередній близькості від рейки, блок прийому первинного сигналу, блок перетворення сигналу, передавач і блок обробки сигналу, яка відрізняється тим, що блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить, блок прийому первинного сигналу виконаний з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з C2 2 (19) 1 3 Німеччини №3223126, МПК B61L 1/16, B61L 1/00, опубл. 22.12.1983), який містить два паралельно включених передавальних коливальних контури, які живляться змінним струмом генератора, і два приймальних коливальних контури, прийнята напруга яких змінюється під впливом осей, які перераховуються. Пристрій містить перетворювач, до якого підводиться кожна з прийнятих напруг, а також смугові фільтри, за допомогою яких сигнали, які генеруються перетворювачем, фільтруються і подаються на пристрій рахування осей. Недоліком зазначеного пристрою є його низька завадостійкість, що пов'язано з тим, що при застосуванні на рухомому потязі електромагнітних гальм башмак гальма приймається за вісь, у результаті чого пристроєм не забезпечується правильне зчитування осей. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, за своїми суттєвими ознаками, технічним результатом, який досягається, і прийнятим за прототип, є спосіб дистанційної оцінки проходу колісних пар рейкового рухомого потяга (патент РФ №2107637, МПК B61L 1/16, опубл. 27.03.1998), у якому описаний пристрій, що дозволяє реалізувати зазначений спосіб, який містить колійний датчик, інформація з якого надходить на підлоговий електронний блок, пов'язаний двопровідним лінійним ланцюгом з приймальним пристроєм. При цьому підлоговий електронний блок містить у собі ключ, розрізнювач півхвиль, випрямляч, кодер і первинний перетворювач, а приймальний пристрій містить декодер, сприймаючий пристрій і розрізнювач півхвиль. Недоліком зазначеного рішення є те, що як носій інформації застосовується аналоговий сигнал, на який значною мірою будуть впливати ємність проводів і завади, що наводяться, унаслідок чого пристрій характеризується низькою надійністю. В основу винаходу поставлена задача створення такої системи контролю зайнятості колії, у якій за рахунок оптимальної триканальної конструкції і підвищення завадозахищеності передачі інформації забезпечується підвищення надійності системи контролю зайнятості колії, а також підвищення достовірності і точності виміру впливу рухомої одиниці на датчик системи при проходженні контрольної ділянки колії. Також у винаході, що заявляється, забезпечується зниження споживаної потужності системи, а також збільшення функціональності системи в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що система контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, виконаний з можливістю встановлення в безпосередній близькості від рейки, блок прийому первинного сигналу, блок перетворення сигналу, передавач і блок обробки сигналу. Відповідно до винаходу блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить. Блок прийому первинного сигналу виконаний з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок перетворення сигналу виконаний з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять 97340 4 із блока прийому, у складений цифровий сигнал. Передавач виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу до блока обробки сигналу, виконаного з можливістю прийому складеного цифрового сигналу, його аналізу і формування даних контролю зайнятості колії. В іншому варіанті виконання системи контролю зайнятості колії блок формування первинного сигналу включає три генератори. У переважному варіанті винаходу генератор виконаний у вигляді мікроконтролера з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації. Також у переважному варіанті винаходу блок перетворення сигналу включає мікроконтролер з аналого-цифровим перетворювачем, виконаний з можливістю формування захищених завадостійким кодом посилок. При цьому блок перетворення сигналу розташований не більш ніж у приблизно 12 см від блока формування первинного сигналу. Переважно передавач являє собою струмовий ключ. Така реалізація системи контролю зайнятості колії, при якій система має триканальну структуру, де блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить, а блок прийому первинного сигналу виконаний з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності, де кожний з трьох каналів може бути резервним, дозволяє системі виконувати свої функції при виході з ладу одного з каналів, що збільшує надійність системи в цілому. Крім того, наявність третього каналу дозволяє збільшити число контрольних точок, тим самим збільшуючи вірогідність і точність виміру. Також третій канал може виконувати контрольну функцію над роботою двох інших каналів, що також впливає на надійність системи контролю зайнятості колії в цілому. Виконання блока перетворення сигналу з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блока прийому, у складений цифровий сигнал дозволяє використовувати в роботі системи як носій інформації завадостійкий цифровий сигнал, що значною мірою підвищує завадозахищеність передачі інформації, забезпечуючи збільшення надійності системи контролю зайнятості колії. Використання як перетворювача мікроконтролера з аналого-цифровим перетворювачем, виконаним з можливістю завадозахисного кодування посилок, дозволяє позбутися громіздкої аналогової апаратури і зменшити споживану потужність системою, тим самим збільшити припустиму довжину з'єднання. Оцифровування аналогових сигналів і передача їх захищеними завадостійким кодом дозволяє збільшити довжину з'єднання до 100 м при збереженні високого ступеня вірогідності даних. При цьому розташування блока перетворення сигналу не більш ніж у приблизно 12 см від блока формування первинного сигналу дозволяє виключити передачу слабких аналогових сигналів на відстані більш ніж у приблизно 12 см, тим самим максимально знижуючи відстань передачі слабких аналогових сигналів і 5 збільшуючи завадостійкість переданого сигналу, а, отже, надійність системи в цілому. Виконання генератора у вигляді мікроконтролера з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації забезпечує оптимальне проходження корисного сигналу і подавлення завад, а також виключає ручне настроювання. Крім того, автоматичне настроювання знижує витрати при виробництві. Виконання передавача у вигляді струмового ключа з можливістю передачі складеного цифрового сигналу до блока обробки сигналу спрямовано на забезпечення засобів для здійснення блоком обробки сигналу на підставі отриманих даних рахування осей залізничного рухомого потяга, визначення швидкості проходження рухомого потяга, контролю аварійних станів датчика й інших функцій для контролю зайнятості колії. Винахід, що заявляється, пояснюється за допомогою фігур, на яких: на Фіг.1 представлена схема одного з варіантів виконання системи контролю зайнятості колії; на Фіг.2 представлена схема іншого варіанта виконання системи контролю зайнятості колії. Приклад 1 виконання системи контролю зайнятості колії. Система контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, що містить три котушки індуктивності і три генератори синусоїдальних коливань (1.1, 1.2, 1.3), які їх живлять, встановлені уздовж рейки, зібрані на термокомпенсованому джерелі струму (2.1, 2.2, 2.3). Котушки індуктивності розташовуються в спеціальних поглибленнях, які забезпечують додатковий захист від механічних ушкоджень, в одній площині на відстані 60 мм одна від одної і залиті спеціальним компаундом, що забезпечує додатковий захист від ушкоджень. Відстань від площини головки рейки до поверхні захисного покриття котушок вибрана такою, що перевищує різницю між максимальним значенням радіуса реборди колеса і мінімальним значенням радіуса зношеного обода колеса. Використання термокомпенсованої схеми генератора дозволяє значною мірою знизити вплив температури, що дозволяє використовувати винахід, який заявляється, у широкому діапазоні температур: від -40 до +50, при цьому зміна амплітуди сигналу не перевищує 10 %. Блок формування первинного сигналу з'єднаний із блоком прийому первинного сигналу, виконаним з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок прийому первинного сигналу включає випрямлячі (3.1, 3.2, 3.3), фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3) і підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із блоком перетворення сигналу, виконаним з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блока прийому, у складений цифровий сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікроконтролер 6 з аналого-цифровими перетворювачами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного кодування посилок. Блок перетворення сигналу розташований не більш ніж у приблизно 12 см від блока формування первинного сигналу. Таким 97340 6 чином, перетворення підданого завадам аналогового сигналу в цифровий здійснюється в безпосередній близькості від блока формування первинного сигналу, чим виключається подача слабких аналогових сигналів на великі відстані. Система контролю зайнятості колії включає передавач 8, що являє собою струмовий ключ і виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу до блока обробки сигналу 9. Блок обробки сигналу 9, виконаний з можливістю прийому складеного цифрового сигналу, його аналізу і формування даних контролю зайнятості колії, у свою чергу включає імпульсне джерело живлення, що забезпечує живлення системи від стандартної напруги мережі, стабілізатор, мікроконтролер із програмою, що самоадаптується, струмовий детектор, обмежувач струму, елементи гальванічної розв'язки, елементи індикації, драйвер лінії CAN (не показані). Приклад 2 виконання системи контролю зайнятості колії. Система контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, який містить установлені з двох боків рейки, три передавальних і три приймальних котушки індуктивності і генератор 1, що їх живить, у вигляді мікроконтролера, виконаного з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації і такого, що генерує сигнали через драйвери (10.1, 10.2, 10.3) на вхід передавальних котушок. Використання подібного генератора 1 у вигляді мікроконтролера з кварцовою стабілізацією частоти дозволяє значною мірою знизити вплив температури, що дозволяє використовувати систему, яка заявляється, у широкому діапазоні температур: від -40 до +60, при цьому зміна амплітуди сигналу не перевищує 3 %. Блок формування первинного сигналу з'єднаний із блоком прийому первинного сигналу, виконаним з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок прийому первинного сигналу включає вузькосмужні смугові фільтри (11.1, 11.2, 11.3), амплітудні детектори (12.1, 12.2, 12.3) і фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3). Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із блоком перетворення сигналу, виконаним з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блока прийому, у складений цифровий сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікроконтролер 6 з аналого-цифровими перетворювачами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного кодування посилок. Блок перетворення сигналу розташований не більш ніж у приблизно 12 см від блока формування первинного сигналу. Таким чином, перетворення підданого завадам аналогового сигналу в цифровий здійснюється в безпосередній близькості від блока формування первинного сигналу, чим виключається подача слабких аналогових сигналів на великі відстані. Система контролю зайнятості колії включає передавач 8, що являє собою струмовий ключ і виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу до блока обробки сигналу 9. Блок обробки сигналу 9, виконаний з можливістю при 7 йому складеного цифрового сигналу, його аналізу і формування даних контролю зайнятості колії, у свою чергу включає імпульсне джерело живлення, що забезпечує живлення системи від стандартної напруги мережі, стабілізатор, мікроконтролер із програмою, що самоадаптується, струмовий детектор, обмежувач струму, елементи гальванічної розв'язки, елементи індикації, драйвер лінії CAN (не показані). Система контролю зайнятості колії працює в такий спосіб. Попередньо встановлюють блок формування первинного сигналу в безпосередній близькості від рейки. При русі колеса транспортного засобу біля котушок індуктивності формується первинний сигнал, який із блока формування первинного сигналу надходить до блока прийому первинного сигналу. У варіанті виконання системи контролю зайнятості колії за Прикладом 1 металева маса реборди колеса вносить додаткові втрати в контурі, що спричиняє зменшення амплітуди сигналу генераторів (1.1, 1.2, 1.3), що служить сигналом про перебування в зоні чутливості датчика осі. Сигнал надходить на входи випрямлячів (3.1, 3.2, 3.3). З виходу випрямлячів (3.1, 3.2, 3.3) сигнал надходить на вхід фільтрів нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3), а потім на підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). При цьому генератори (1.1, 1.2, 1.3) налаштовують на різні частоти в діапазоні 150-200 кГц, переважно частоти порядку 143 кГц, 167 кГц, 190 кГц. Застосування генераторів, які працюють на зазначених частотах, дозволяє зменшити кількість витків котушок індуктивності і значною мірою зменшити вплив завади тягового струму й інших ланцюгів. Також висока частота генераторів дозволяє зменшити габарити всієї плати і використовувати винятково SMD елементи, що мають велику стійкість до вібрацій і є високотехнологічними. У варіанті виконання системи контролю зайнятості колії за Прикладом 2 металева маса колеса, яке проходить між котушками, діючи як екран для магнітного потоку, зменшує напругу на виході приймальної котушки. Сигнал із приймальних котушок надходить на вузькосмужні смугові фільтри (11.1, 11.2, 11.3). Для того щоб смуга пропускання вузькосмужних смугових фільтрів (11.1, 11.2, 11.3) відповідала частоті генерації, мікроконтролер генератора 1 має режим самонастроювання. Контролюючи амплітуду сигналу, мікроконтролер змінює частоту генерації, домагаючись максимальної амплітуди вихідного сигналу. Автоматичне настроювання частот генератора 1 відповідно до смуги пропускання вузькосмужних смугових фільтрів (11.1, 11.2, 11.3) забезпечує оптимальне проходження корисного сигналу і подавлення завад, а також виключає ручне настроювання. Крім того, автоматичне настроювання частот генератора дозволяє звузити смугу пропускання фільтрів і підвищити їхню добротність, що у свою чергу дозволяє знизити потужність, яка підводиться до передавальних котушок, тим самим знизити споживану потужність усієї системи до 1 Вт. Також автоматичне настроювання знижує витрати при виробництві. Після цього сигнал надходить на амплітудні детектори (12.1, 12.2, 12.3) і фільтри ниж 97340 8 ніх частот (4.1, 4.2, 4.3), що пропускають сигнал частотою до 2-х кГц і подавляють високочастотну складову сигналу. З блока прийому сигнали надходять до блока перетворення сигналу, зокрема на вхід каналів аналого-цифрових перетворювачів 7 мікроконтролера 6, який перетворює окремі сигнали, що надходять із блока прийому, у складений цифровий сигнал і формує захищені завадостійким кодом посилки. Захищені завадостійким кодом посилки за допомогою передавача 8, виконаного у вигляді струмового ключа, що формує струмові імпульси, передають до блока обробки сигналу 9. Передавач працює на швидкості 250 кбіт/сек. Час передачі посилки не більше 300 мкс. Період передачі діагностичної посилки 60 сек. як інтерфейс передачі даних використовується послідовний асинхронний інтерфейс. Блок обробки сигналу 9 приймає складений цифровий сигнал, перевіряє його на збіг контрольної суми. При збігу амплітуду кожного каналу порівнює з відповідними опорними величинами, що зберігаються в енергонезалежній пам'яті. Якщо величина напруги каналу менше відповідного опорного значення більш ніж на 7 %, то фіксує наявність осі. Здійснює рахування осей за умовою "2 з 3" каналів, що дозволяє вести рахунок при виході з ладу одного з каналів. Після кожного рахування число осей, що прослідували, записується в енергонезалежну пам'ять. Визначення моменту з'їзду з каналу і послідовності з'їздів з трьох каналів за умовою "2 з 3" дозволяє визначити напрямок проходження осі. Блок обробки сигналу 9 визначає швидкість проходження осі до 180 км/годину, контроль аварійних станів датчика. При зменшенні амплітуди напруги каналу до 0,6 В канал вважається неробочим, а при перевищенні опорного значення на 20 % фіксується відвал від рейки. Потім блок обробки 9 передає інформацію про стан датчика, кількість осей, швидкість і іншу сервісну інформацію постовим пристроям. Відмова будь-якого елемента, у тому числі і їхньої сукупності, або обрив будь-якого зв'язку, або зміна положення щодо рейки приведе систему до стану, який може діагностуватися блоком обробки як аварійний, причому вихід з ладу одного з трьох каналів діагностується блоком обробки як передвідмовний, але внаслідок реконфігурації блока обробки рахування осей продовжується. Крім того, ведеться статистика повідомлень з помилками, яка використовується як діагностична інформація, обчислення й автоматичне коригування опорних напруг для кожного каналу, збереження їхніх значень у власній енергонезалежній пам'яті, тим самим компенсуючи вплив температури, забруднення металевим пилом чутливих елементів і інших впливів, які повільно змінюються. Здійснюється цифрова фільтрація напруг кожного каналу для виключення впливу завад на алгоритм рахування осей. Таким чином, винахід, що заявляється, за рахунок оптимальної триканальної конструкції і підвищення завадозахищеності передачі інформації забезпечує підвищення надійності системи конт 9 ролю зайнятості колії, а також підвищення вірогідності і точності виміру впливу рухомої одиниці на датчик системи при проходженні контрольної ділянки колії. Також у винаході, що заявляється, за 97340 10 безпечується зниження споживаної потужності системи, а також збільшення функціональності системи в цілому. 11 Комп’ютерна верстка А.Рябко 97340 Підписне 12 Тираж 23 прим. 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