Система счёта осей на железнодорожном транспорте
Система счёта осей (ССО) относится к системам железнодорожной автоматики и телемеханики и выполняет основную функцию контроля занятости/свободности железнодорожного участка – перегонов, сортировочных, подъездных и прочих путей. Помимо этого система счёта осей может предоставлять информацию о количестве осей колёсных пар, проследовавших через счётный пункт, а также технологические и сервисные (о собственном состоянии) данные. Современные системы счёта осей строятся по модульному принципу из микропроцессорных (чаще всего используют микроконтроллеры, но термин устоялся ещё в прошлом веке) устройств различного назначения.
За счёт применения «умных» электронных модулей, позволяющих производить подсчёт осей с минимальными ошибками — в современных системах считается нормой одна ошибка на миллион осей, прошедших через оборудованные участки, — ССО дополнительно решает задачи:
- Контроля "целостности" составов, проходящих через счётные пункты;
- Увеличения пропускной способности перегонов за счёт уменьшения времени простоя при интеграции с системами сигнализации и централизации и блокировки;
- Автоматизации и цифровизации.
Новые цифровые системы применяются как на строящихся объектах железнодорожной инфраструктуры, так и на частично модернизируемых. На последних системах счёта осей могут быть использованы как «горячий» резерв существующих рельсовых цепей с постепенным вытеснением (вывод из работы с последующим демонтажом) последних.
Архитектура построения и элементы системы счёта осей.
Система счёта осей работает опосредованно, обрабатывая показания с датчиков счёта осей на счётных постах (Рис. 1).
Датчики счёта осей.
Датчик счёта осей (ДСО) относятся к напольному (полевому) оборудованию. Большинство современных ДСО, так или иначе, работают за счёт эффекта изменения величины индуктивности чувствительных элементов датчика при наезде на него гребня колеса. Основную функцию контроля занятости участка система счёта осей выполняет, регистрируя число въехавших и выехавших из зоны действия датчика колёсных пар. Предполагается, что в начальный момент времени участок не занят, после этого на счётном пункте регистрируется некоторое количество (N) колёсных осей, и участок фиксируется как занятый. Таким образом, для принятия решения о свободности участка необходимо соблюдение условия регистрации N колёсных пар, покинувших участок.
Датчики счёта осей имеют разные схемы реализации. Так, например, принцип действия ДСО с частотно-модулированным выходом основан на изменении величины индуктивности чувствительных элементов – катушек индуктивности. Катушки входят в электрическую схему частотно-задающих цепочек для генераторной подсистемы. При попадании гребня колеса в зону чувствительности датчика счёта осей параметры частоты генераторной подсистемы изменяются, что и фиксируется решающим устройством. Конструктивно катушки разнесены на определённое расстояние для фиксации направления движения оси. Перед тем как сигнал с ДСО будет подан на решающее устройство, он проходит первичную обработку и переводится в цифровой вид.
Таким образом, датчик счёта осей в данном случае состоит из:
- Катушек индуктивности, конструктивно оформленных в модуль, устанавливаемый непосредственно на рельс – модуль1;
- Генераторной подсистемы, выходные параметры которой (частота следования импульсов, их скважность) изменяются в зависимости от наличия гребня колеса в зоне чувствительности;
- Тракта первичной обработки (усиление, фильтрация, нормирование);
- Аналогово-цифрового преобразователя;
- Тракта цифровой обработки (фильтрация, частотное детектирование);
- Интерфейса для сопряжения со счётным постом (кодирование параметров частоты в цифровой вид и передача на пост).
Устройства из п. 2-6 оформляются в единый электронный модуль (модуль2), располагающийся в непосредственной близости от модуля с чувствительными элементами. В некоторых системах счёта осей этот модуль вынесен на уровень счётного поста. В этом случае напольное оборудование состоит только из модуля1, устанавливаемого непосредственно на рельс, а функционал модуля2 частично переходит в модуль1.
С выхода тракта цифровой обработки выводится сигнал, который имеет вид, описанный градуировочной характеристикой (Рис. 2). Сигнал с датчика системы счёта осей интерпретируется решающим устройством в соответствии с этой характеристикой. В начальный момент времени, в отсутствие оси, ДСО выдаёт частоту F0. При приближении оси к индуктивности 1 частота начинает изменяться в сторону увеличения и достигает (F0 + dFmax) при нахождении оси над индуктивностью 1. Далее частота уменьшается до F0 – ось находится над геометрическим центром датчика. При дальнейшем движении в сторону индуктивности 2 частота начинает уменьшаться и достигает (F0 – dFmax) при нахождении оси над индуктивностью 2. При покидании зоны чувствительности датчика частота возвращается к значению F0. При остановке оси над ДСО частота принимает промежуточное значение Fост (которое может быть как больше, так и меньше F0). При движении оси в противоположном направлении процесс изменения частоты носит обратный характер.
В виду того, что компоненты датчика счёта осей работают «в поле» они должны сохранять работоспособность в широком диапазоне температур, влажности и быть устойчивы к вибрациям. Поскольку современные датчики представляют собой электронные блоки, внутри которых имеются печатные платы, со смонтированными на них компонентами – конструкция требует защиты от воздействия указанных выше факторов. Защита осуществляется в том числе на этапе производства электронного блока путём герметизации и принятия других мер влагозащиты конструктивных узлов. Для этого применяется лакирование печатных плат, заливка различными компаундами, эпоксидными смолами.
Далее, в зависимости от типа связного интерфейса на датчике, информация отправляется на счётный пост либо напрямую, либо через промежуточные пункты сбора данных (эти промежуточные пункты не показаны на Рис.1).
Счётные посты.
Счётные посты, как правило, строятся на базе нескольких видов электронных модулей:
- Интерфейсные модули — обеспечивают приём данных от напольного оборудования;
- Модули принятия решений — могут контролировать больше одного датчика счёта осей;
- Управляющие/связевые модули — обеспечивают интеграцию с более высокоуровневыми системами;
- Терминал для взаимодействия с дежурным персоналом;
- Модули защиты от перенапряжений и грозозащиты.
Посты, по сути являющиеся промышленными компьютерами со специфической периферией, помимо основных функций принятия решения о занятости/свободности участка, также выполняют запись и хранение данных по контролируемым участкам, и/или, будучи подключены к каналам связи с более высокоуровневым оборудованием систем автоматизации, передают данные «наверх».
Важным элементом системы счёта осей является пульт сброса ложной занятости.
Ошибки в работе системы счёта осей.
Типичные ошибки систем счёта осей:
- проехавшая ось не подсчитана;
- двойная фиксация одной оси;
- ложная фиксация;
- неправильно определено направление движения.
Правила безопасности требуют трактовать любую ошибку как занятость контролируемого участка. Таким образом, любая из типичных ошибок может привести к состоянию ложной занятости.
Для выхода из подобных ситуаций применяется пульт сброса ложной занятости. Он представляет собой электронное устройство, имеющее специфические функции, связанные с требованиями безопасности, например, способность фиксировать число нажатий на кнопку сброса.
Заключение
Основные технические характеристики современных систем счёта осей:
Фиксация прохода колёсных пар на скорости — до 400 км/ч;
Дальность передачи данных от напольного оборудования до счётного поста — до 35 км;
Вероятность ошибки счёта — одна ошибка на миллион осей;
Температурный режим от -60 до +70 °С.
Список сокращений
ЖАТ – железнодорожная автоматика и телемеханика
ССО – система счёта осей
СЦБ – сигнализация, централизация и блокировка
ДСО – датчик счёта осей