Admin

Система контроля и информирования локомотивных бригад о занятости переезда

САВЧЕНКО Павел Владимирович, Российский университет транспорта РУТ (МИИТ), кафедра «Системы управления транспортной инфраструктурой», доцент, канд. техн, наук, Москва, Россия

МЕНАКЕР Константин Владимирович, Забайкальский институт железнодорожного транспорта, кафедра «Электроснабжение», доцент, канд. техн, наук, г. Чита, Россия

ВОСТРИКОВ Максим Викторович, Забайкальский институт железнодорожного транспорта, кафедра «Электроснабжение», ст. преподаватель, г. Чита, Россия

БЕССАРАБ Николай Петрович, ОАО «РЖД», Центр инновационного развития Забайкальской железной дороги, инженер первой категории, г. Чита, Россия

Александр Георгиевич, ОАО «РЖД», Конструкторско-технологическое бюро Забайкальской железной дороги, отдел микропроцессорной техники и цифрового управления, начальник отдела, г. Чита, Россия


Ключевые слова: индуктивный петлевой датчик, шлейф, речевой информатор, железнодорожный переезд, радиостанция, локомотивная бригада, порог чувствительности, акустический датчик
Аннотация. Значительное увеличение числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на железнодорожных переездах приводит к необходимости поиска технических решений и организационно-технических мероприятий, направленных на повышение безопасности движения. С этой целью разработана система контроля и удаленного информирования локомотивной бригады о занятости закрытого железнодорожного переезда автотранспортными средствами или посторонними габаритными предметами. В основе системы унифицированные подсистемы ЖАТ, которые используются на станциях и перегонах, поэтому стоимость разработки и время ее внедрения минимальны. Принцип работы системы основан на срабатывании индуктивных петлевых датчиков (ИПД) при закрытом железнодорожном переезде и одновременном нахождении в зоне их действия автотранспортного средства или посторонних предметов. Сигнал с ИПД поступает на речевой информатор и далее по радиосвязи передается локомотивным бригадам приближающихся поездов на расстояние 1,5-2 км. В случае достаточного тормозного пути локомотивная бригада предпринимает необходимые меры для остановки поезда.


Для повышения безопасности движения на нерегулируемых железнодорожных переездах разработана система контроля и удаленного информирования членов локомотивных бригад о занятости закрытого переезда автотранспортными средствами.
Система рассчитана на применение совместно с устройствами АПС на железнодорожных переездах в качестве средства контроля отсутствия в зоне переезда автотранспортных средств и посторонних предметов, препятствующих движению подвижного состава. Она может применяться на однопутных и многопутных регулируемых переездах всех категорий на участках с любым видом тяги поездов как при новом строительстве, так и при модернизации существующих переездов.
Структурная схема системы контроля и удаленного информирования представлена на рис. 1. В состав системы входит обогреваемый антивандальный релейный шкаф 1, внутри которого размещены: радиостанция 3, блок сбора и обработки информации 5 с электронных блоков 9 индуктивных петлевых датчиков 8, блок сбора и обработки информации 6 с акустических датчиков 7, речевой информатор 4. На мачтовой опоре смонтировано антенное устройство 2. На глубине 15-30 см относительно полотна проезжей части монтируют индуктивные петлевые датчики, количество которых зависит от длины переезда. По углам проезжей части переезда с учетом габарита устанавливают акустические датчики, которые используются как дополнительные средства контроля.

Принцип действия системы контроля следующий. В момент закрытия переезда, фиксируемого устройствами переездной сигнализации, начинается периодический опрос индуктивных петлевых и акустических датчиков. В случае несанкционированного въезда на переезд автотранспортного средства, падения с автомобиля или проследовавшего поезда габаритного предмета срабатывают соответствующие индуктивные и (или) акустические датчики. Эти устройства, как правило, реагируют на металлические объекты, поскольку их принцип действия основан на изменении индуктивности обмоток. Акустические датчики реагируют на изменение объема объектов в зоне закрытого переезда. Датчики настраиваются таким образом, чтобы система не срабатывала при передвижении одиноких пешеходов и животных. При срабатывании одного или нескольких датчиков сигнал от них передается в блоки 5, 6 и 9, где обрабатывается, и далее поступает в речевой информатор 4. Затем посредством радиостанции 3 и антенного устройства 2 он распространяется в радиусе 1,5-2 км от железнодорожного переезда.


Подобные технические решения предлагались и раньше. Например, система защиты железнодорожных переездов описана в патенте на изобретение RU2565159C2 [1], а система автоматического контроля свободное™ зоны переезда - в патенте RU2751041C1 [2]. Однако для реализации этих систем (технических решений) требуется большое число технических средств - видеокамер, систем счета осей, устройств
взаимодействия с дежурным, оператором и др.
Преимущество системы, предлагаемой авторами, заключается в использовании устройств действующих станционных и перегонных систем ЖАТ. Благодаря этому снижаются экономические издержки, поскольку отпадает необходимость разработки, серийного выпуска и проверки на безопасность новых устройств.
В качестве индуктивного петлевого датчика[3] предлагается применить датчик ИПД, предназначенный для определения свободности или занятости подвижным составом стрелочных и бесстрелочных секций. ИПД рекомендован для замены педалей и рельсовых цепей на стрелочных участках сортировочных горок, оборудованных системой ГАЦ.

Датчик контролирует свободное™ или занятость участков пути в пределах уложенного шлейфа от подвижного состава с металлической ходовой частью. В его состав входит аппаратура, располагающаяся в зависимости от функционального назначения в релейном помещении и на поле.
Электронный блок (ЭБ) размещается в трансформаторном ящике, установленном непосредственно у контролируемого участка пути (рис. 2). В релейном помещении находятся реле типа НМШ2-4000, воспринимающие сигналы от электронного блока, и предохранители в схемах питания датчика.
Шлейф расположен внутри железнодорожной колеи (рис. 3) в пределах контролируемого участка. Он крепится к шейке рельса, образуя собой катушку индуктивности из кабеля КВВ. Концы кабеля заводятся в путевой ящик, где его жилы распределяют на клеммной колодке. Для защиты от механических повреждений кабель помещен в резинотканевый рукав.
Структурная схема ИПД представлена на рис. 4. Принцип работы ИПД основан на изменении частоты и амплитуды генератора гармонических колебаний датчика под действием массы металлического вагона и магнитного потока в короткозамкнутых витках, образованных осями тележек вагона и рельсовыми нитями. Индуктивный шлейф является чувствительным элементом датчика, выполняющего роль индуктивности колебательного контура генератора.

При свободном контролируемом участке пути генератор гармонических колебаний выдает на вход порогового устройства сигнал синусоидальной формы установленной частоты и амплитуды. При этом пороговое устройство формирует сигнал управления выходным каскадом. На выход ЭБ импульсного реле с сопротивлением обмотки 2000 Ом поступает сигнал постоянного напряжения 24 В. При занятости контролируемого участка подвижным составом это напряжение ЭБ снижается до 2,4 В.
При использовании в составе системы ИПД крайне важна его чувствительность при фиксации автотранспортных средств в зоне действия шлейфа, поскольку массогабаритные показатели автотранспортных средств и вагонов существенно отличаются. Анализ конструкции и чувствительности датчика показал следующее. В программный пакет ИПД входят две основные программы, работающие по разным алгоритмам. Один алгоритм, адаптивный, непрерывно измеряет разность частот автогенератора для управления опорным сигналом. Порог срабатывания ИПД равен разности фактической частоты генератора 59,5 кГц (при заезде в зону шлейфа хотя бы одной колесной пары) и частоты его свободных колебаний 60 кГ ц (при свободности контролируемой секции от подвижного состава) и составляет всего 500 Гц при шлейфе из пяти витков. При шлейфе из семи витков порог срабатывания составляет 300 Гц (44,7 кГц при занятой секции и 45 кГц при свободной) (рис. 5).


Другой алгоритм предназначен для непрерывного контроля изменения частоты автогенератора при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, а также для периодической корректировки порогов обнаружения с записью данных в энергозависимую память устройства. Анализ показал, что программные и аппаратные средства ИПД обладают хорошей чувствительностью, адаптивностью и возможностью корректировки порогов срабатывания.
Для изучения влияния массы металлических частей вагона на срабатывание ИПД были проведены исследования [4]. Результаты показали, что основное действие на шлейф оказывает короткозамкнутый виток, создаваемый осями тележек и рельсовыми нитями. Металлоемкий вагон оказывает на шлейф дополнительное воздействие, которое выражается в виде изменения частоты резонанса на 2,8 %.
Большинство автомобилей, особенно легковых, имеют несущий кузов и не содержат явно выраженного короткозамкнутого витка в виде рамы. Простой расчет показывает, что чувствительности ИПД вполне достаточно для фиксации легковых и тем более, грузовых автомобилей.
Масса типового четырехосного полувагона составляет 22-29 т. Однако датчик срабатывает уже при вступлении в зону шлейфа первой колесной пары, удельная масса которой составляет четвертую часть массы вагона, т.е. 5,5-7,25 т. В результате номинальная частота генератора ИПД уменьшается с 60 кГц на 1,68 кГц (на 2,8 %).
При минимальном уровне порога чувствительности датчика номинальная частота 60 кГц соответственно уменьшается на 0,5 кГц. Таким образом, ИПД должен срабатывать, если масса автомобиля составляет треть от 5,5-7,25 т, т.е. 1,83-2,41 т. Масса большинства легковых автотранспортных средств не превышает 2 т.

Испытания ИПД на учебно-тренировочном полигоне Забайкальского института железнодорожного транспорта подтвердили результаты теоретических исследований. При укладывании шлейфа в три, два и даже в один виток и въезде в зону контроля датчика легкового автотранспортного средства на выходе ИПД наблюдалось стабильное снижение напряжения до 2,4 В (рис. 6).
В качестве акустического датчика в составе разработанной системы предлагается использовать традиционный акустический датчик ДТР-0 (рис. 7) [5]. Он предназначен для обнаружения
различных объектов в заданной зоне пространства. Датчик применяется в составе устройства заграждения железнодорожного переезда (УЗП) для контроля наличия транспортного средства.
Дальность обнаружения датчиком объекта любого типа и размера составляет 1,5-10 м. Принцип действия датчика основан на акустической локации различных объектов в заданной зоне обнаружения. Наличие любого объекта фиксируется размыканием контактов сигнального реле, т.е. разрывом цепи постоянного тока на информационном выходе датчика.

Структурная схема датчика ДТР-0 приведена на рис. 8. Она смонтирована на разных платах, расположенных в одном корпусе. Одна плата представляет собой локатор с генератором, частота которого с помощью потенциометра регулируется на резонансную частоту пьезопреобразователя. На другой плате размещена схема обработки отраженных сигналов. Фрагмент принципиальной схемы датчика обнаружения транспортных средств представлен на рис. 9. В ней продетектированные сигналы разделяются на два канала: контроля и обнаружения. При исправном датчике реле контроля К2 находится под током. Его замкнутые контакты создают цепь питания исполнительного реле контроля, размещенного в релейном шкафу УЗП.
Канал обнаружения работает следующим образом. Спустя 300 мс после появления автотранспортного средства обесточивается реле К1 (см. рис. 9). Когда объект выходит из зоны обнаружения, отраженные сигналы исчезают, начинается медленный процесс заряда емкости С15 интегратора, длительность которого задана резистором R22. По истечении этого времени на выходе микросхемы D3-2 появляется нулевой потенциал, на выходе D3-1 - единица, транзистор VT4 открывается, и реле К1 встает под ток. Временная задержка необходима для повышения достоверности обнаружения в случае кратковременного пропадания сигналов, отраженных от объектов со сложной формой поверхности.

При срабатывании датчиков ИПД и ДТР-0 сигналы от них в режиме закрытого переезда с помощью модулей сопряжения 5 и 6 поступают в речевой информатор (см. рис. 1). В качестве речевого информатора в схеме используется РИ-1М (рис. 10), который представляет собой синтезатор звуковых сигналов. Он предназначен для формирования и передачи речевых или тональных сигналов оповещения по радио- или громкоговорящей связи. РИ-1М применяется и в устройствах контроля железнодорожного состава на ходу поезда КТСМ-01, КТСМ-01Д, КТСМ-02. Информационный обмен между РИ-1М и КТСМ осуществляется через интерфейс RS-232.
Структурная схема блока согласования РИ-1М представлена на рис. 11. Встроенные реле позволяют коммутировать внешние цепи дополнительной сигнализации. В составе РИ-1М отсутствуют дискретные входы для ввода дискретных сигналов с контактов реле датчиков ИПД и ДТР-О. В связи с этим в речевом информаторе используются переходные устройства: модули дискретного ввода ОВЕН МВ1 IQ-224.32ДН, поддерживающие интерфейс RS-485, конверторы интерфейсов RS-485 в RS-232. Эти устройства размещены в блоках сбора и обработки информации 5 и 6 (см. рис. 1).
Модуль ОВЕН МВ110-224.32ДН имеет 32 дискретных входа. Для коммутации могут быть установлены контакты кнопок, выключателей, герконов и реле.


Следует отметить, что применение в системе контактных датчиков позволяет РИ-1М формировать фиксированные речевые сообщения без указания количественных показателей. Информатор обеспечивает надежную гальваническую развязку с датчиками, блоками расширения и средствами связи.
Программирование речевых сообщений в РИ-1М осуществляется с помощью специального программного обеспечения. Простой интерфейс позволяет закрепить за каждым каналом опроса отдельное речевое сообщение и(или) тональный звуковой сигнал.
В качестве передающей радиостанции в системе применяется мобильная радиостанция Motorola DP2400. Она поддерживает 16 каналов, имеет три программируемые кнопки и соответствует техническим требованиям стандарта IP55 по водонепроницаемости. Ее дальность приема и передачи составляет не менее 3 км.
В качестве внешнего антенного устройства возможно использование локомотивной антенны Радиал LA-156, работающей в диапазоне 134-173 МГц.
Во время испытаний, которые проводились на учебно-тренировочном полигоне Забайкальского института железнодорожного транспорта, опытный образец системы контроля и информирования локомотивных бригад о занятости железнодорожного переезда показал высокую надежность и эффективность. В настоящее время система проходит испытания на железнодорожном переезде перегона Кадала - Чита I Забайкальской дороги.

СПИСОК источников

1. Патент № 2565159 С2 Российская Федерация, МПК B61L 23/16, B61L 29/00. Система защиты железнодорожных переездов : № 2013151931/11 : заяви. 20.11.2013: опубл. 20.10.2015 / В.Л. Гуревич, С.А. Щиголев, В.А. Кучук [и др.]; заявитель Закрытое акционерное общество «ВНТЦ «Уралжелдоравтома-тизация>>(ЗАО«ВНТЦ» Уралжелдорав-томатизация»). - EDN YNKTKL).
2. Патент № 2751041 С1 Росси ская Федерация, МПК B61L 29/00. Система автоматического контроля свободности зоны переезда : № 2020141957 : заявл. 17.12.2020 : опубл. 07.07.2021 / В.Л. Гуревич, В.А. Шевцов, А.В. Зольников [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Уралжелдоравто-матизация». - EDN XUSHXW.
3. Патент на лезную модель № 5967 U1 Российская Федерация, МПК В61L1/08. Индуктивный путевой датчик контроля подвижного состава рельсового транспорта : № 97100018/20 : заявл. 05.01.1997 : опубл. 16.02.1998 / В.И. Мошкин ; заявитель Управление Юго-Восточной железной дороги. -EDN PLHYJD.
4. Акинин, М.Ю. Комплексирование средств защиты горочных стрелок от несанкционированного перевода : специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Акинин Михаил Юрьевич. - Москва, 2006. -199 с. - EDN NOMKQJ.
5. Датчик обнаружения транспортного средства ДТР-0 Руководство по эксплуатации АЦПР.407732.010 РЭ.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК