Локомотивные технические устройства

Блок ТСКБМ-К контроллер системы, предназначен для приема и обработки информации от приемника и рукоятки бдительности, а также для выдачи управляющего воздействия на электропневмоклапан (при подключении АЛСН) или систему КЛУБ.

Рисунок 18 - Функциональная схема ТСКБМ

Рассмотрим далее работу основных блоков ТСКБМ.

Телеметрический датчик предназначен для получения информации об относительном изменении сопротивления, подключенного к его электродам, преобразования этой информации в кодовые посылки и передачу их по радиоканалу на подсистему обработки  сигналов телеметрического датчика функциональная схема прибора приведена на рис. 19.

На электроды ТСКБМ-Н  подается напряжение до 0.3 В  и измеряя  текущий между электродами ток , схема получает информацию о величине электрического сопротивления кожи машиниста .Измерения производятся однобитовым последовательным аналого-цифровым преобразователем (дельта АЦП). Сигнал с датчика проходит через логарифмический преобразователь. Прибор работает в двух режимах измерения сопротивления и самотестирования. Измерение проводятся в течении 64 секунд, самотестирование – 1 секунды. Этот процесс периодически повторяется . Во время тестирования моделируется изменение сопротивления путем замыкания электродов и обрыва электродов.

  В рабочем режиме схема тестирования подключает электроды к логарифмическому преобразователю. Сигнал с логарифмического преобразователя подается через усилитель, собранный на микросхеме D1 и D2, на дельта – АЦП, а также на схему индикации отсоединения электродов, собранную на микросхеме D2.2., которая вырабатывает сигнал, если сопротивление между электродами существенно больше 13 МОм. Он участвует в формировании выходной посылки, идущей на передатчик, выполненный на элементах VT4,  L1, C7, R14 и через антенну излучаемой на приемник прибора ТСКБМ-П, находящегося в кабине машиниста. Он в свою очередь, выдает индикационный сигнал, свидетельствующий, что прибор ТСКБМ-Н находится в нерабочем состоянии.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 19 - Функциональная схема прибора ТСКБМ-Н

 

Приемник сигналов телеметрического датчика предназначен для приема сигналов телеметрического датчика по радиоканалу, его предварительной обработки и выдачи по запросу  в блок контроллера системы. Кроме того приемник обнаруживает присутствие второго работающего телеметрического датчика в зоне действия системы и информирует об этом контроллер системы.

Устройство индикации  предназначено для визуального  отображения уровня бодрствования машиниста на светодиодном индикаторе и контроля исправности  индикатора.

Функциональная схема  прибора ТСКБМ-П приведена на рис. 20. Прибор ТСКБМ-П состоит из двух независимых устройств - приемника сигналов телеметрического датчика и устройства индикации.

Приемник сигналов телеметрического датчика принимает импульсно-модулированные высокочастотные сигналы по двум независимым каналам с взаимно-ортогональной поляризацией приемных антенн. После усиления, детектирования и нормирования по амплитуде входной сигнал канала поступает на вход канального коррелятора. С выхода корреляторов цифровые значения корреляционной функции входного сигнала подаются на вход узла предварительной обработки информации телеметрического датчика. Канал для обработки текущей посылки телеметрического датчика выбирается по максимальному значению корреляционной функции на интервале стартового бита посылки. По запросу контроллера системы пятиразрядный информационный код, представляющий собой  сумму минус единица значений информационных бит за 32 посылки (если сумма равна нулю, то единица не вычитается), вместе с признаками тестирования и ошибки подается на выход прибора.

На вход устройства индикации  поступает код состояния светодиодного  индикатора из контроллера ТСКБМ-К. Узел управления индикатором зажигает необходимое число светодиодов, проверяет текущее состояние индикатора и посылает на выход прибора код текущего состояния индикатора.

Прибор ТСКБМ-П, являясь  составной частью системы контроля бодрствования машиниста, связан радиоканалом с источником телеметрических сигналов о физическом состоянии машиниста - прибором ТСКБМ-Н и каналом связи типа ИРПС (токовая петля) с блоком контроллера ТСКБМ-К. Питание прибора ТСКБМ-П осуществляется от внутреннего источника питания блока ТСКБМ-К.

Приемник накапливает  информацию от прибора ТСКБМ-Н в  течение 32 последовательных посылок и формирует выходной байт данных.

В  байте данных, передаваемых по токовой петле в контроллер, первый бит равен второму биту кодовой посылки прибора ТСКБМ-Н, второй бит равен четвертому биту последней кодовой посылки прибора  ТСКБМ-Н, биты с третьего по седьмой  представляют сумму всех предшествующих 32 кодовых посылок прибора ТСКБМ-Н минус единица. Если сумма равна нулю, то передается нуль. Восьмой бит равен единице в случае повторной посылки байта информации в блок контроллера  и нулю в случае посылки нового байта информации.

Приемник также принимает решение о наличии или отсутствии в зоне приема второго работающего прибора ТСКБМ-Н и определяет степень устойчивости работы радиоканала связи. При наличии второго работающего прибора ТСКБМ-Н или неустойчивой работе радиоканала первый бит выходного байта данных равен единице.

Контроллер готов к  приему информации от приемника при  отсутствии в цепи запроса тока (логический нуль). Длительность сигнала запроса составляет не менее 3 мс.  При появлении этого сигнала приемник прибора ТСКБМ-П передает один байт предварительно обработанной в нем  информации по информационной цепи канала связи. Интервал следования сигналов запроса равен 100-200 мс. В свою очередь, получив  обработанную в приемнике информацию, контроллер  принимает решение о состоянии машиниста и по второму каналу связи с прибором ТСКБМ-П типа ИРПС (токовая петля) выдает  два байта или три байта данных  на устройство индикации данного прибора. В этих байтах содержится информация о включении или выключении элементов индикации.

На устройстве индикации визуально отображается уровень бодрствования машиниста в виде линейки горящих светодиодов желтого цвета. Большее число горящих светодиодов соответствует более  активному  состоянию машиниста. В случае  снижения внимания машиниста до опасного уровня, контроллер принимает решение о включении индикатора  красного цвета.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 20 - Функциональная схема прибора ТСКБМ-П.

 

Контроллер системы  предназначен для обработки информации телеметрического датчика системы, поступающей из приемника блока ТСКБМ-П, определения уровня бодрствования машиниста в соответствии с заложенным вычислительным алгоритмом, управления устройством индикации блока ТСКБМ-П,  управления  электропневмоклапаном ЭПК (при работе с системой АЛСН), выдачи информации о снижении уровня бодрствования ниже критического (при работе с системой КЛУБ) и контроля состояния системы.

Функционально  контроллер системы может быть разделен на следующие  части:

Устройство цифровой обработки (УЦО).

Источник питания (ВИП).

Блок внешних соединений (БВС-ТСКБМК).

Усилитель ЭПК (УЭПК).

В устройстве цифровой обработки  выполняется вся логическая обработка  информации, поступающей на контроллер, и вырабатываются  все выходные воздействия.

Вторичный источник питания  обеспечивает  преобразование постоянного  напряжения аккумуляторной  батареи в несколько постоянных стабилизированных выходных напряжений.

Блок внешних соединений для подключения внешних устройств  и ввода питания. Кроме того в  блоке  расположены индикаторы для  контроля включенного состояния, фильтры  питания, усилитель ЭПК, блок коммутации, плата ограничителей напряжений.

Усилитель ЭПК (УЭПК) предназначен для преобразования сигнала управления ЭПК из динамического слаботочного сигнала с частотой 44 кГц  в сигнал постоянного тока для питания реле блока коммутации, расположенного в блоке внешних соединений при работе без системы КЛУБ, или  для подачи на вход ТСКБМ системы КЛУБ при работе с этой системой.

 

 

4.4. Достоинства системы ТСКБМ.

Система ТСКБМ относится  к системам контроля бдительности, следит за физиологическим состоянием машиниста, принимает сигналы о состоянии рукоятки бдительности (РБ), обрабатывает полученную информацию, показывает уровень бодрствования машиниста по условной шкале  в виде светящейся линейки переменной длины. При работе с системой АЛСН она выдает управляющее воздействие на электропневматический клапан (ЭПК). При работе с системой КЛУБ она выдает информацию о снижении уровня бодрствования машиниста ниже критического уровня на систему КЛУБ.

При работающей системе  ТСКБМ и при нормальном уровне бодрствования машиниста периодические проверки бодрствования отменяются.

Если система ТСКБМ  будет отключена, системы АЛСН или  КЛУБ перейдут в штатный режим  работы  без системы ТСКБМ с  периодическими проверками бодрствования  машиниста.

При снижении уровня бодрствования машиниста ниже  критического, система ТСКБМ,  в случае совместной работы с системой АЛСН, непосредственно воздействуя на ЭПК, приводит в действие механизм автоматического экстренного торможения, который машинист может отменить, нажав на рукоятку бдительности по свистку электропневмоклапана ЭПК. Этот процесс повторяется в соответствие с алгоритмом  работы системы, но не более трех раз. Если в течение этого времени восстановится нормальный уровень бодрствования  машиниста, то система ТСКБМ зафиксирует этот факт и вернется в режим нормального уровня бодрствования машиниста. Если этого не произойдет, то система ТСКБМ вызовет срабатывание электропневмоклапана ЭПК.

При работе с системой КЛУБ система ТСКБМ будет постоянно  выдавать информацию о снижении уровня бодрствования ниже критического и срабатывание ЭПК произойдет в соответствии с алгоритмами работы системы КЛУБ.

Безопасность движения поездов повышается за счет того, что  с системой ТСКБМ:

Повышается надежность работы машиниста, который может  контролировать свой уровень бодрствования, не допуская его снижение до нижней границе на индикаторе уровня бодрствования и может, посредством активных  действий, поддерживать свою работоспособность, не дожидаясь обесточивания электропневмоклапана ЭПК.

Контроль бодрствования  машиниста производится непрерывно в процессе движения поезда независимо от поездной ситуации и без отвлечения машиниста требованием периодически подтверждать свое бодрствование, что особенно важно в ситуациях, требующих от машиниста повышенной бдительности для обеспечения безопасности движения.

 

5. Единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе (ЕКС).

 

ЕКС - единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе. В создании этой системы приняли участие ведущие разработчики современных локомотивных микропроцессорных систем: ЗАО «ОЦВ», ВНИИЖТ, ВНИИАС, НПО «САУТ», ЗАО «Нейроком» и другие.

 

5.1. Назначение и структура ЕКС.

ЕКС предназначена для  энергооптимального ведения поезда по участку с соблюдением расписания и обеспечения безопасного интервала  следования поездов, предупреждения проездов запрещающих сигналов, превышения допустимых скоростей, в том числе выполнения постоянных и временных ограничений скорости, контроля бодрствования машиниста, исключения несанкционированного движения, контроля режимов работы тягового оборудования, исправного состояния тормозной системы, выявления грубых отступлений в содержании железнодорожного пути, регистрации параметров движения поезда и действий локомотивной бригады по управлению поездом, обеспечения безопасного приема поезда на станцию.

Структурная схема ЕКС  изображена на рисунке 21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 21 – Структура  единой комплексной системы управления и обеспечения безопасности движения (ЕКС).

 

 

 

5.2. Основные функции ЕКС.

ЕКС обеспечивает:

1. Автоматизированное управление движением поезда в энергооптимальном режиме с соблюдением расписания движения, с максимально разрешенной скоростью по станциям и перегонам  по постоянным и временным ограничениям, а также по сигналам интервального разграничения поездов.
2. Предупреждение на станциях и перегонах статистически устойчивых случаев нарушения безопасности, и, прежде  всего, проезда запрещающих проходных, входных, маршрутных и выходных сигналов, превышения допускаемых скоростей движения, в том числе по постоянным и временным ограничениям, выдавливания и схода вагонов из-за превышения  допустимых тормозных сил при торможении поезда.
3. Выявление и передачу информации машинисту о недопустимых режимах ведения поезда по продольной динамике, а также о превышении допустимых значений вертикальных и горизонтальных (поперечных относительно оси пути) ускорений из-за неисправности экипажной части или отступлений в содержании железнодорожного пути.
4. Передачу на локомотив дежурным по станции или диспетчером сигнала по цифровому радиоканалу о немедленной остановке поезда на станции, а также сигналов разрешения на отправление с боковых некодированных путей станции, проследования запрещающих входных, маршрутных и выходных светофоров.
5. Передачу на локомотив маршрута приема поезда у входного светофора с заданием по его номеру длины с точностью до 1 метра и допускаемой скоростью движения.
6. Определение  координаты местонахождения поезда тремя независимыми способами с помощью устройства контроля координаты нахождения поезда (точность не хуже 10 м), прибора спутниковой навигации (точность 30 м) и прохождения напольного блока у входного светофора, что практически исключает потерю ориентации на участке.
7. Определение фактической и допускаемой скорости движения с дублированием для обеспечения надежности ее передачи.
8. Автоматическое тестирование ЕКС и ее подсистем с выдачей на дисплей машиниста информации о готовности их к действию.
9. Использование служебного торможения взамен необоснованного экстренного, приводящего к нарушению комфорта и возможному травматизму пассажиров в поезде, а в грузовых поездах - вероятному выдавливанию и сходу вагонов, заклиниванию колесных пар.
10. Повышение надежности и живучести ЕКС за счет функционального резервирования выполнения основных управляющих операций и расширения информационно-управляющих свойств, в том числе при движении на станциях, предупреждает отключение ее машинистом, что более чем в десять раз снижает интенсивность ошибок, связанных с нарушением безопасности движения поездов.
11. Автоматическая регистрация на картридж РПДА в реальном масштабе времени всех измеряемых системой параметров движения, энергопотребления, работы подсистем и узлов локомотива, с последующей автоматизированной обработкой записанной информации, обеспечивает возможность предоставления потребителям (депо, управлениям, предприятиям и службам железных дорог, автоматизированным системам управления верхнего уровня) оперативных отчетов с анализом качества поездки, эффективности работы персонала и оборудования, а также необходимости мероприятий по устранению выявленных неисправностей.
12. Современные принципы построения ЕКС как системы открытого типа с использованием высокоскоростного CAN-интерфейса позволяют реализовать ее важные потребительские свойства, а именно:  
     - возможность наращивания ЕКС новыми аппаратно-программными блоками для расширения и улучшения ее свойств без значительных капитальных затрат;