Устройство для определения параметров движения поезда

 

Использование: в автоматизированных системах контроля и управления движением транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит мост переменного тока, генератор синусоидального напряжения, блок определения фазы сигнала, формирователь стробирующих импульсов, два преобразователя напряжения, триггер фиксирования фазы разбаланса моста, три элемента И, три счетчика импульсов, генератор счетных импульсов, элемент ИЛИ, формирователя команды записи, блока разрешения записи, блок задания констант, делитель, микропроцессор блока обработки информации, блок регистрации и индикации. 3 ил.

Изобретение относится к железнодорожным устройствам и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления движением транспортных средств.

Известно устройство для определения параметров движения поезда, содержащее мост переменного тока, два плеча которого образованы двумя полуобмоткам дифференциального трансформатора, а два других - емкостными элементами, расположенными у рельсов, в одну и другую диагонали моста включены соответственно через вторичную обмотку дифференциального трансформатора блок определения фазы сигнала, и непосредственно, генератора синусоидального напряжения, выход которого через формирователь стробирующих импульсов соединен с соответствующими другими входами блока определения фазы сигнала, к выходам которого подключены формирователи сигнала, выходы которых соединены с одними входами одного и другого элементов И, и соответственно - с одним и другим входами элемента ИЛИ, генератор импульсов, выход которого соединен с одним из входов третьего элемента И, выход которого соединен с одним из входов третьего элемента И, выход которого соединен с вторым счетчиком импульсов, выход которого подключен к одному из входов блока обработки информации.

Недостаток известного устройства - низкая точность.

Цель изобретения - повышение точности.

Цель достигается тем, что устройство для определения параметров движения поезда снабжено блоком задания констант, формирователями команд записи, блоками разрешения записи, соединенным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом - с другим входом третьего элемента И, делителями, дополнительными счетчиками импульсов, элементом И и триггером, один вход которого соединен с упомянутым выходом одного из формирователей сигнала, другой вход - с выходом первого триггера, а выход - с одним из входов первого триггера и с одним из входов одного из блоков разрешения записи, другой вход которого соединен с выходом одного из формирователей команды записи, вход которого соединен с выходом второго формирователя сигнала, который подключен к другому входу второго триггера, выход которого соединен с одним из входов второго блока разрешения записи, другой вход которого подключен к соединенному входом с выходом первого формирователя сигнала, выходу другого формирователя команды записи, а выход подключен к второму входу блока обработки информации, третий вход которого подключен к выходу первого блока разрешения записи. Четвертый вход соединен с выходом соединенного входом с выходом первого элемента И второго счетчика импульсов, в пятый вход - с выходом третьего счетчика импульсов, вход которого подключен к выходу второго элемента И, соединенного вторым входом с подключенным к второму входу первого элемента И выходом генератора импульсов. Шестой вход блока обработки информации, на выходе которого включен регистратор, соединен с выходом блока задания констант.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные эпюры, поясняющие характерные моменты работы устройства; на фиг. 3 - условные положения поезда в характерных моментах времени относительно геометрического расположения емкостных элементов моста переменного тока.

Мост переменного тока 1, два плеча которого образованы двумя первичными полуобмотками дифференциального трансформатора 2, а два других - электрическими емкостями С₁ и С₂, располагаемыми в зоне прохождения поезда проводов, содержит в диагонали питания генератор синусоидального напряжения 3, а в измерительной диагонали - включенный через вторичную обмотку трансформатора 2 блок определения фазы сигнала 4.

Блок определения фазы сигнала содержит два стробирующих операционных усилителя (компаратора), один из которых включен по схеме неинвертирующего, а второй - по схеме инвертирующего усилителей. Генератор 3 через формирователь стробирующих импульсов 5 соединен со стробирующими входами усилителей блока 4. Блок 4, имеющий два выхода, соединен с входами преобразователя напряжения 6, первый выход которого соединен с первыми входами первого триггера фиксирования фазы разбаланса моста 7.1 первого элемента И 8, выход которого соединен с входом первого счетчика 9 импульсов. Второй выход б преобразователя напряжения 6.2 соединен с первыми входами второго триггера фиксирования фазы разбаланса моста 7.2, третий элемент И 10, выход которого соединен с входом третьего счетчика 11 импульсов. Оба выхода (а и б) преобразователей напряжения 6.1 и 6.2 соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ 12, выход которого через делитель 13 частоты соединен с первым входом второго элемента И 14, при этом, первый вход второго счетчика 15 соединен с выходом элемента И 14. Вторые входы первого 8, третьего 10 и второго 14 элементов И соединены с выходом генератора 16 счетных импульсов. Выходы первого 9, третьего 11 и второго 15 счетчиков соединены с шиной ввода данных процессора 17 блока обработки информации. Дополнительно первый выход а преобразователя напряжения 6.1 соединен с входом второго формирователя 18.2 команды записи, выход которого соединен с вторым входом второго элемента блока 19.2 разрешения записи, а второй выход б преобразователя напряжения соединен с входом первого формирователя 18.1 команды записи, выходом соединенного с вторым входом первого блока 19.1 разрешения записи. Выходы первого и второго блоков 19.1 и 19.2 включены в цепь внешнего управления процессором 17. Блок задания констант 20 через шину ввода данных также соединен с процессором 17, выход которого через шину вывода данных соединен с блоком 21 регистрации и индикации, выход которого соединен с объединенными нулевыми установочными входами первого 9, второго 15, третьего 11 счетчиков и первого, второго триггеров фиксирования фазы разбаланса моста 7.2.

Вычисление параметров движения поезда осуществляется с помощью программных средств микропроцессора 17.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: I_C1 , I_C2 - токи через емкости С₁ и С₂ при прохождении поезда; U_o - фаза сигнала на выходе моста; U_i - условные напряжения на элементах схемы фиг. 1, имеющих i-й индекс (например, U₈ - напряжение на элементе 8; U₁₄ - напряжение на элементе 14 и т. д. ). На фиг. 3 приняты следующие обозначения; l_n - условное обозначение длины поезда; l_o - суммарная длина двух проводов l₁и l₂ фиксированной длины; электрические емкости которых С₁ и С₂ являются двумя плечами моста; П_t0 - положение поезда относительно провода l₁ в момент t_o при начале его въезда в зону действия моста; П_t1 - положение поезда относительно проводов l₁ и l₂ в момент t₁ при окончании его въезда в зону действия моста; П_t2 - положение поезда в начальный момент t₂ его выезда из зоны действия моста; П_t3 - положение поезда относительно провода l₂ при окончании его выезда из зоны действия моста.

В работе устройства используется то положение, что при проследовании поездом участка фиксированной длины l₀ имеется возможность измерить три характерных временных интервала, определяемых моментами начала въезда t₀, окончания въезда t₁, начала выезда t₂ и окончания выезда t₃ в зону и из зоны l₀, что обеспечивается разделением l₀ на две одинаковые по длине части l₁ и l₂. Формируя с помощью моста переменного тока с фазочувствительным нуль-органом (на фиг. 1 - блок определения фазы сигнала - 4) три временных интервала, а именно от t₀ до t₁ (время въезда), от t₀ до t₂ (время проследования) и от t₂ до t₃ (время выезда) с последующим их измерением, а также используя задаваемые в виде числовых констант начальные условия, а именно l₀ - суммарную длину l₁ и l₂; f₀ - частоту генератора счетных импульсов 16 (или Т₀ = 1/f₀) и их произведение d = l₀/f₀, можно определить и вычислить следующие параметры движения поезда устройством, находящимся вне локомотива: - скорость V₁ въезда поезда в зону l₀ по формуле: V₁ = , где N₁ - число импульсов генератора 16, содержащихся в интервале от t₀до t₁, фиксируемых счетчиком 9; - время t_П полного проследования поездом зоны l₀ по формуле: t_П = N₂T₀ N₂ - число импульсов генератора 16, содержащихся в интервале от t₀до t₂, фиксируемых счетчиком 15; - скорость V₂ выезда поезда из зоны l₀ по формуле: V₂ = , где N₃ - число импульсов генератора 16, содержащихся в интервале от t₂до t₃, фиксируемых счетчиком 11; - среднюю скорость V_ср поезда по формуле: V_ср = =
- длину l_П поезда по формуле:
l_п=l
- определить направление движения поезда по первоочередности появления сигнала на выходах преобразователя напряжения 6;
- определить характер движения поезда (ускорения, замедления, движения с постоянной скоростью) сравнением V₁ и V₂.

Его основным назначением нулевого моста переменного тока является фиксирование моментов изменений одинаковых емкостей двух плеч С₁ и С₂вследствие прохождения поезда в зонах l₁ и l₂, вызывающих сначала фазовый разбаланс моста, но приводящих впоследствии при нахождении поезда одновременно в зонах l₁ и l₂ к новому балансу моста при новых условиях. Таким образом, при въезде поезда в зону l₁ фаза выходного напряжения моста сменится с 0^о на +ϕ^о, а далее, при полном въезде поезда в зону l₂, когда мост вновь окажется сбалансированным, фаза выходного напряжения сменится с ϕ^о на 0^о. Поезд проследует расстояние, равное l₁ + l₂ = l₀. Дискретное фиксирование фазы выходного напряжения (0^o, + ϕ^o, 0^o) обеспечивается блоком определения фазы сигнала 4, состоящим из двух стробирующих операционных усилителей, включенных параллельно один без инвертирования, а другой - с инвертированием выходного сигнала. Такое включение обеспечивает единый режим работы моста, независящий от порядка очередности изменения величин С₁ и С₂(т.е. независящий от направления движения поезда; понятно, что при движении поезда в противоположном направлении, когда сначала изменяется величина С₂, а затем С₁, изменение фазы выходного напряжения будет происходить в последовательности 0^о, -ϕ^о, 0^о). Выходные напряжения с частотой стробирующих импульсов с выходов первого или второго операционных усилителей преобразуются преобразователем (с двумя раздельными выходами) в постоянные напряжения, временные соотношения которых используются в работе всех остальных узлов и блоков устройства.

С помощью моста переменного тока производится фиксирование характерных моментов времени при движении поезда в зоне и их представление троичным ходом дискретной формы, который с помощью операционных усилителей блока 4 преобразуются в двоичный ход (0,1), унифицированный для цифровых элементов дискретного действия.

Устройство, в зависимости от частных технических требований, допускает использование участков произвольной, но фиксированной длины l₀и произвольных, но фиксированных частот l₀ генератора счетных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в блок задания констант 20 вводят конкретные данные о величинах l₀, f₀, T₀ и d. Начальными условиями при отсутствии поезда в зоне l₀ являются: равенство емкостей С₁ и С₂ в мосте 1 (т.е. баланс моста), работа генераторов 3 и 16 в режиме автогенерации, нулевые значения напряжений на выходах а, б преобразователя, нулевые состояния счетчиков 9, 11, 15 и триггеров. На входных/выходных шинах микропроцессора и его входных цепях управления будут отсутствовать какие-либо сигналы.

При начале въезда поезда в зону l₁ в момент t₀ (фиг. 3, эпюра I_C1; фиг. 3 стрелка с обозначением П_t0) величина емкости С₁ начнет увеличиваться, что вызовет фазовый разбаланс моста с 0^o на +ϕ^о, что зафиксируется блоком 4 (фиг. 2, эпюра ϕ_ф), а на выходе а преобразователя появится единичное напряжение положительной (отрицательной) полярности. Заметим, что при появлении поезда с противоположной стороны (т.е. со стороны l₂, вызывающего увеличение емкости С₂) разбаланс моста с 0^о на - ϕ^о зафиксируется появлением единичного напряжения на выходе б преобразователя такой же полярности. В первом случае напряжением с выхода а преобразователя первый слева триггер 7.1 установится в состояние с единичным выходом, подготовив первый блок слева разрешение записи 19.1 к срабатыванию о сигналах с выхода первого слева формирователя команды записи 18.1. Выходное напряжение первого триггера 7.1 будет в дальнейшем блокировать срабатывание второго триггера 7.2 и работы вторых справа блоков 18.1 и 19.1. Напряжение с выхода а также поступит на первые входы первого элемента И 8 и элемента ИЛИ 12, выходной сигнал которого через делитель частоты (например, на основе триггера со счетным входом, реализующего деление на два) 13 поступит на первый вход второго элемента И 14, т.к. единичные сигналы на первых входах элементов И 8 и 14 являются разрешающими, то импульсы генератора 16 через их вторые входы начнут с этого момента поступать на первый 9 и второй 15 счетчики (фиг. 2, эпюры U₈, U₉, U₁₄, U₁₅).

При продолжающемся движении поезда ситуация изменяться не будет до тех пор, пока поезд полностью не окажется в зонах l₁ и l₂ (фиг. 3, П_t1; на фиг. 2, момент t₁) и мост не окажется вновь сбалансированным из-за того, что емкости С₁ и С₂ будут иметь одинаковые приращения.

Пропадание единичного сигнала с выхода а преобразователя 6.1 вызовет запрещение прохождения через первый элемент И 8 импульсов генератора 16 (фиг. 2, эпюры U₈ и U₉), но не внесет изменений в работу схемы делителя 13 частоты (т. к. триггерный делитель изменит свой выходной сигнал только на втором сигнале с выхода элемента ИЛИ 12), второго элемента И 14 и второго счетчика 15. Таким образом, первый счетчик 9 зафиксирует число импульсов, пропорциональное времени проезда поездом расстояния, равного l₀. Такое состояние моста будет до тех пор, пока хвостовая часть поезда не начнет покидать зону l1 (фиг. 3 П_t2). В этот момент произойдет новый разбаланс моста (т. е. С₁ < С₂), что поясняется эпюрами фиг. 2 I_C1, ϕ_ф, U₁₄, U₁₀, U₁₅, U₁₁, момент t₂, последствия которого приведут к следующему. На выходе моста появится отрицательный сигнал фазового разбаланса, который после инвертирования вторым операционным усилителем блока 4 и преобразования в преобразователе 6.2 появится на его выходе б в виде единичного сигнала. Этот сигнал, поступая на первый вход третьего элемента И 10 разрешит прохождение импульсов с выхода генератора 16 на вход третьего счетчика 11, и одновременно через второй вход элемента ИЛИ 12 установит делитель 13 в состояние с нулевым выходом, что приведет к запрету прохождения импульсов генератора 16 на вход второго счетчика 15. На выходе счетчика 15 будет сформировано число, пропорциональное времени проезда поездом зоны l₁. В то же время напряжение единичного сигнала с выхода преобразователя 6, не изменив состояние второго триггера 7.2, поступит на вход первого формирователя 18.1 команды записи (слева), представляющего собой дифференцирующую цепь с выделением импульса заднего фронта от напряжения с выхода "в" (т.е. в момент t₃, фиг. 2, эпюра U₁₀ - задний фронт).

После того, как поезд покинет зону l₁ (фиг. 3 П_t3) и мост вновь окажется сбалансированным, на выходе б преобразователя появится нулевой сигнал (пропадет единичный сигнал), что приведет к запрету прохождения импульсов с выхода первого блока (слева) разрешения записи (на первом входе 19.1 имеется единичный сигнал с выхода первого триггера 7.1, а на втором - сигнал окончания работы счетчика 11) для цепи управления микропроцессором 17. К этому времени счетчик 11 зафиксирует число, пропорциональное времени прохождения поездом длины l₀ при выезде. Т.к. на выходах счетчиков 9, 11, 14 и на выходе блока 20 будут находиться коды чисел всех необходимых для вычислений параметров движения поезда, то по поступлению выходного сигнала первой схемы 19.1, содержащему информацию об окончании цикла измерений о направлении движения поезда и о порядке считывания информации со счетчиков (в рассматриваемом случае считывание осуществляется сначала с первого 9, потом со второго 15 и в последнюю очередь - с третьего 11 счетчиков: если же движение поезда будет противоположным, то считывание производится по сигналу с второго справа блока 19.2 сигнала с третьего 11, потом - с второго 15 и в последнюю очередь - с первого 9 счетчиков, осуществляется ввод данных в микропроцессор 17 и реализация последним программы вычислений параметров, по ранее приведенным формулам. Результаты вычислений зафиксируются блоком 21, по окончанию работы которого сигналом "сброс", поступающим на счетчики 9, 11, 15 и триггеры 7, устройство приводится в начальное состояние.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА, содержащее мост переменного тока, два плеча которого образованы двумя полуобмотками дифференциального трансформатора, а два других - емкостными элементами, расположенными у рельсов, - а в одну и другую диагонали моста включены соответственно через вторичную обмотку дифференциального трансформатора блок определения фазы сигнала и непосредственно генератор-синусоидального напряжения, выход которого через формирователь стробирующих импульсов соединен с соответствующими другими входами блока определения фазы сигнала, к выходам которого подключены формирователи сигнала, выходы которых соединены с одними входами одного и другого элементов И и соответственно с одним и другим входами элемента ИЛИ, генератор импульсов, выход которого соединен с одним из входов третьего элемента И, выход которого соединен с входом счетчика импульсов, выход которого подключен к одному из входов блока обработки информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено блоком задания констант, формирователями команд записи, блоками разрешения записи, соединенным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом - с другим входом третьего элемента И, делителем, дополнительными счетчиками импульсов, элементом И и триггером, один вход которого соединен с упомянутым выходом первого формирователя сигнала, другой вход - с выходом первого триггера, а выход - с одним из входов первого триггера и с одним из входов первого блока разрешения записи, другой вход которого соединен с выходом одного из формирователей команды записи, вход которого соединен с упомянутым выходом второго формирователя сигнала, который подключен к другому входу второго триггера, упомянутый выход которого соединен с одним из входов второго блока разрешения записи, другой вход которого подключен к соединенному входом с упомянутым выходом первого формирователя сигнала выходу другого формирователя команды записи, а выход подключен к второму входу блока обработки информации, третий вход которого подключен к выходу первого блока разрешения записи, четвертый вход соединен с выходом соединенного входом с выходом первого элемента И второго счетчика импульсов, а пятый вход соединен с выходом третьего счетчика импульсов, вход которого подключен к выходу второго элемента И, соединенного вторым входом с подключенным к второму входу первого элемента И упомянутому выходу генератора импульсов, причем шестой вход блока обработки информации, на выходе которого включен регистратор, соединен с выходом блока задания констант.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3