УСО используются в качестве дополнительного датчикадля обнаружения подвижного состава, который обеспечивает трансляцию и реализацию автоматического программного режима роспуска состава, фиксации осей и определения направления движения вагонови контроля целостности элементов устройства.

Устройство считывания осей состоит из:

• индуктивного датчика, располагаемого на путях;

• преобразователя сигналов, располагаемого в путевом ящике.

Индуктивный датчик (ИД) — это многоконтурный детектор, который позволяет реализовать не только функции обнаружения транспортного средства, но и зафиксировать направление движения вагона.

ИД состоит из двух частей: фактическипервичного датчика, состоящего из трех катушек индуктивности, помещенных в один корпус, который прикреплен к рельсуи преобразователя сигналов (ПС), помещаемогов напольном ящике вблизи пути рисунок 2.7.

Рисунок 2.7 – УСО с подключением в муфту

Датчик предназначен для фиксации осей вагонов, следующих по участку, ограниченному ИД и передачи информации на управляющий вычислительный комплекс, расположенный на посту электрической централизации.

Питание ИД осуществляется от сети переменного тока частотой 50Гц. напряжением ( 36 +4) В. Потребляемый ток не более 0,05 А.

Функциональная схема датчика представлена на листе №6.

Первичный преобразователь датчика представляет собой набор из трех катушек индуктивности без сердечника КИ1, КИ2, КИ3, размещаемых в специальном конструктиве, который закрепляется непосредственно к рельсу, рисунок 2.8.

Рисунок 2.8 – Крепление конструктива к рельсу

Кроме того, две катушки КИ1 и КИ3, назовем их рабочими, расположены в корпусе горизонтально, их плоскости намотки параллельны рельсу, а третий, вспомогательный, расположен между ними и ее плоскость перпендикулярна плоскости других катушек индуктивности. В результате преобразователь сигнала датчика строится по трехканальной схеме.

Два канала ПС , рабочие, выполняют функции счетчиков осей движущегося вагона. Они практически симметричны и включаютв себя: резонансные каскады РК1 и РК2, компараторы сигналов К1 и К2, дискретные делители частоты сигнала Д2 и Д4, каскады оптоэлектронной развязки ОР1 и ОР3, индикаторы состояния каналов И1 и И3, и выходные цепи передачи сигналов на пост ЭЦ – ВЫХ.СЧ1 и ВЫХ.СЧ.2. Третий канал в основном выполняет функции мониторинга датчика, главным образом в присутствии первичного преобразователя, закрепленного на рельсе,и включает в себя те же функциональные узлы, что и основные каналы. Выходной сигнал вспомогательного канала представляет собой дискретный сигнал частотой 1 Гц, транслируемый на пост ЭЦ с выхода «Контроль исправности».

В преобразователе сигналов имеется автогенератор опорного сигнала с кварцевой стабилизацией частоты.

Ориентация катушек индуктивности датчика такова, что колесные пары вагона попеременно проезжают над катушкой КИ1, а затем над катушкой КИ3 в одном направлении, либо наоборот во время обратного движения. В момент проезда колесной пары над соответствующей катушкой, сигнал записывается с соответствующего счетного выхода одного из каналов СЧ1, или СЧ2. При этом в случае регистрации равенства въехавших и выехавших осей через счетную точку, принимается решение о наличии или отсутствии транспортного средства в зоне контроля. В дополнение к вышеуказанной функциидатчиктакже позволяет фиксировать направление движения транспортного средства, в зависимости от очередности во времени появления счетных импульсов с выхода первой или второй катушек КИ1, КИ3.

В исходном состоянии из выходного сигнала кварцевого генератора сигнал опорной частоты поступает на каждый канал датчика ПС черезделитель Д1 на вход резонансных каскадов РК1,РК2,РК3.

Резонансные контуры каскадов образованы индуктивностями катушек КИ1,КИ2,КИ3 и собственными емкостями, которые в процессе установки и настройки датчика регулируют контура в резонанс или вблизи него. Эти сигналы от выходов резонансных каналов подаются в соответствующие компараторы, которые выполняют функции пороговых элементов и на достаточном уровне сигнала передаются через делители частоты Д2,Д3,Д4 , каскады оптоэлектронной развязки ОР одновременно на встроенные индикаторы И1,И2,И3 и на соответствующие выходы в линию связи.

Таким образом, в исходном состоянии на каждом счетном выходе Вых.СЧ1 и Вых.СЧ2 как и на контрольном, в линию на пост ЭЦ транслируются переменные дискретные сигналы, что указывает на то, что датчик работаети отсутствии колесных пар вагона в зоне действия датчика. В то же время в ПС светятся индикаторы И, один из которых мигает – И2 с частотой 1Гц. Эта индикация предназначена для контроля работы датчика электромехаником.

При въезде колесной пары вагона в зону действия одной из катушек, например КИ1, начальная настройка резонансного контура РК1изменяется, и напряжение на его выходе, подаваемое на вход компаратора К1,уменьшается до значения, ведущего его к закрытию . В результате импульсный сигнал на выходе счетчика Вых.СЧ1, исчезает,индикатор И1гаснет, что указывает на наличиеколесной пары вагона в зоне катушки К1. При выезде колесной пары из зоны диапазона катушки КИ1, настройка резонансного контура РК1 восстанавливается, напряжение на входе компаратора К1 открывает его и на выходе этого канала возобновляется трансляция переменного дискретного сигнала.

Аналогичным образом функционирует другой рабочий канал, образованный катушкой КИ3.

На посту ЭЦ в управляющем вычислительном комплексе сигналы,полученные от датчиков, обрабатываются в соответствии с алгоритмом счета осей колесных пар, определяя направление движения отцепа, занятости или свободности контролируемого участка.

Следует отметить, что работа вспомогательного канала, регистрирующего исправное состояние датчика, не останавливается даже тогда, когдаколесная пара входит в зону датчика, благодаря начальной настройке функциональных узлов компаратора.

При появлении колеса подвижной единицы в зоне чувствительности датчика, преобразователь генерирует логические значения сигналов – «единица», подает напряжение на светодиод, соответствующих каналов ячейки, и передаетсообщение о срабатывании датчика в УВК системы автоматизации. При выходе колеса подвижной единицы из зоны чувствительности датчика, преобразователь формирует логические значения сигнала – «ноль», снимает напряжение со светодиодов, соответствующих каналов ячеек и отправляет сообщение в УВК системы автоматизации, о проходе оси в определенном направлении. При проходе оси в сторону занятия для датчиков формируется и передается сообщение об освобождении датчика без отсчета оси.

2.4.2 Скоростемеры

Для использования устройств прицельного торможения необходимо оборудовать радиолокационным индикатором скорости железнодорожных вагонов РИС-В3М.

Скоростемеры используют в системах автоматического управления тормозными позициями. В основу работы горочного радиолокационного индикатора скорости РИС-В3М положен эффект Доплеpа, который заключается в том, что при перемещении источника СВЧ колебаний по отношению к наблюдателю и наоборот, частота колебаний в месте наблюдения отличается от собственной частоты источника колебаний, причем пpиpащение частоты пpопоpционально радиальной составляющей скорости движения.

Пpиpащение частоты за счет эффекта Доплера выражается формулой:

, (2.2)

где f_доп – доплеровская частота;

f_o – частота излучаемого сигнала;

V – скорость движения объекта;

c – скорость света;

α – угол между направлением излучения и вектором скорости объекта.

СВЧ сигнал, генеpиpуемый приемопередающим модулем, излучается антенной в направлении движущегося объекта, и этой же антенной принимается отраженный от объекта сигнал. Доплеровская частота выделяется приемопередающим модулем и поступает в блок обработки в виде гармонических колебаний, где усиливается, фильтруется, оцифровывается, обрабатывается в цифровом виде, а затем снова преобразуется в аналоговый вид и поступает на выход РИС-В3М уже в форме меандра.

В скоростемере РИС В3М реализован алгоритм скользящего, быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Минимальная длительность периода доплеровской частоты составляет 0,4 мс, частота соответствует 2,5 кГц и определяется максимальной скоростью отцепа 10 м/с = 36 км/ч. (1м/с = 3,6 км/ч). Максимальная длительность периода доплеровской частоты равнаT_доп=14,8 мс, что соответствует частоте 67,6 Гц, и минимальной скорости отцепа 0,27 м/с (1 км/ч).

Время анализа (счета) БПФ составляет 4 мс. т.е. на выходе скоростемера средняя оценка скорости всегда формируется на интервале 74 см с постоянным обновлением каждые 4 мс. В течение этого времени следующая оценка обновленной доплеровской частоты не может существенно измениться. Фактически, при максимальной скорости движения отцепа 8,5 м/св течение 4 мс отцеп может проехать путь, равный 3,4 см.

Поскольку зона действия скоростемера начинается примерно за 3 – 4 м от замедлителя, то уже до въезда отцепа в замедлитель на выходе РИС-В3М появляется устойчивый сигнал в виде доплеровской частоты импульсной формы, соответствующий фактической скорости движения вагона.

Начало обработки сигнала скоростемера в УВК фиксируется в момент въезда первой колесной пары отцепа на рельсовую цепь замедлителя или на точечный датчик счета осей, устанавливаемый не более чем на 1 м от начала замедлителя.

Связь с компьютером осуществляется по двухпроводной линии в стандартном протоколе RS-485 через приемопередатчик, который также обеспечивает гальваническую развязку линии связи. Рабочая программа функционирования РИС-В3М, реализованная на языке ассемблер.

При нормальной работе датчика на его частотном выходе всегда присутствует переменный сигнал, независимо от наличия отцепа в зоне его действия.

РИС-В3М неуклонно работает в условиях воздействия вибрационных нагрузок в диапазоне частот от 10 до 70 Гц с ускорением до 3,8 g, а также сохраняет работоспособность в любых атмосферных условиях: дождь, туман, иней, роса.

Диапазон измеряемых скоростей РИС-В3М составляет от 1,5 до 35 км/ч. При необходимости, программным путем диапазон измеряемых скоростей может быть увеличен до диапазона от 0,4 до 46 км/ч.

Излучение СВЧ сигнала антенной РИС-В3М не представляет опасности для обслуживающего персоналапри условии соблюдения правил эксплуатации.

2.4.3 Устройство заполнения путей КЗП

Система контроля заполнения путей должна обеспечивать как статический (когда вагоны останавливаются на сортировочном пути), так и динамический (в процессе движения вагонов по сортировочному пути) контроль размещения подвижных единиц в зоне своего действия.

Система КЗП должна обеспечивать независимое слежение за движением каждого отцепа по сортировочному пути от момента его вступления на путь и до остановки.

Аппаратура КЗП должна передавать информацию о координатах головной и хвостовой частей каждого вагона относительно точки начала пути сортировочного парка в управляющий вычислительный комплекс (УВК) системы автоматизации роспуска составов, а также о скорости движения вагонов. При наличии парковой тормозной позиции началом пути сортировочного парка является точка окончания тормозной шины последнего замедлителя. В отсутствии парковой тормозной позиции началом пути сортировочного парка является точка окончания последней стрелочно-путевой секции, период обновления информации должен быть постоянным и быть не более 0,1 секунды;

Информация в УВК должна передаваться по каналу Ethernetсо скоростью не менее 100 мбит/сек.

Аппаратура КЗП должна предоставлять информации о своей работоспособности для соседних АСУ на основе данных самодиагностики. Задержка в передаче информации о нарушении нормального функционирования – не более 1 секунды;

Система КЗП должна обеспечивать стабильную работу в условиях дождя, тумана, снега.

Точностные характеристики системы:

• точность определения места остановки вагона на путях сортировочного парка: 1 м;

• точность измерения скоростей на сортировочной горке: не менее 0,05 м/с, а в сортировочном парке: не менее 0,1 м/с.

Система должна обеспечивать интеграцию с существующими системами автоматики и должна соответствовать стандартам электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств.

На сети железных дорог в большей степени используется два основных метода контроля заполнения путей: система радиолокационного контроля заполнения путей сортировочного парка РЛС-КЗП и устройство контроля заполнения путей подгорочного парка на основе метода импульсного зондирования КЗП-ИЗ.

2.4.3.1 Система радиолокационного контроля заполнения путей сортировочного парка РЛС-КЗП

Система радиолокационного контроля должна следить за тем, чтобы объекты контролировались навсей территории сортировочной горки от ее вершины до выходной стрелки сортировочного парка при соблюдении следующих условий:

- длина спускной части горки до 500 м, ширина до 250 м;

- контролируемая длина сортировочного парка до 1200 м, ширина до 250 м;

- минимальное значение временного интервала между последовательными спусками двух отцепов: 1 с;

- максимальное количество вагонов в отцепе: 80;

- диапазон значения скоростей вагонов или отцепов: 0  10 м/с;

- величина замедления: 4 м/с2;

- период обновления информации о скорости в моменты прохождения отцепом вагонозамедлителя должен иметь постоянную величину и не более 0,05 с;

- период обновления информации о скорости в моменты прохождения отцепом участков свободного скатывания спускной части горки должен иметь постоянное значение и быть не более 0,05 с.;

- период обновления информации о скорости движения отцепов на путях сортировочного парка должен иметь постоянную величину и быть не более 0,1 с.;