ES2952392T3 - Sistema de control para un sistema de transporte ferroviario mejorado para el transporte de materiales a granel - Google Patents

Sistema de control para un sistema de transporte ferroviario mejorado para el transporte de materiales a granel Download PDF

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William John Mccall
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Esko Johannes Hellberg
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Abstract

Se proporcionan sistemas y métodos para detectar la posición de un tren sin accionamiento interno que funciona en un sistema de tren automatizado. Según una realización, un sistema de tren comprende una vía que se extiende en una dirección de viaje, una pluralidad de vagones que circulan sobre la vía y conectados para formar un tren, una unidad de detección de posición y un controlador lógico programable (PLC) en comunicación de señales con el unidad de detección de posición y configurada para determinar la posición de un tren basándose en las entradas del mismo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de control para un sistema de transporte ferroviario mejorado para el transporte de materiales a granel
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a determinar la posición de un tren y, más en particular, para determinar la posición del tren en sistemas de trenes automatizados sin accionamiento interno para el transporte de materiales a granel.
Antecedentes
Métodos y disposiciones para el movimiento de materiales a granel en trenes convencionales, camiones, cintas transportadoras, vías tranviarias aéreas o como una suspensión en una tubería son bien conocidos y se usan típicamente en diversas industrias debido a las necesidades específicas del sitio o a la experiencia. En las industrias de minerales y de agregación, por ejemplo, los materiales a granel se trasladan desde los sitios de minería o extracción a una instalación de procesamiento para mejorarlos o dimensionarlos. Los camiones habían sido el sistema elegido durante muchos años para mover materiales a granel. Los camiones se ampliaron para vehículos todoterreno debido a su transporte eficiente de materiales a granel y su mayor capacidad. Estos vehículos, sin embargo, se limitan a aplicaciones específicas del sitio y se proporcionan a un alto coste de capital. Los principales camiones todoterreno han evolucionado y requieren calzadas muy anchas para adelantarse unos a otros, no son energéticamente eficientes por tonelada-milla de material transportado, tienen una capacidad limitada para escalar colinas y son peligrosos debido al potencial de error del operador, además de ser vecinos ambientalmente desagradables.
Los trenes se han utilizado durante muchos años para el transporte de material a granel en vagones tolva. Debido a la baja fricción, debido a las ruedas de hierro o acero que ruedan libremente sobre vías de acero, los trenes son usuarios de energía muy eficientes, pero tienen una capacidad limitada en relación con los accionadores o las locomotoras requeridas. Los trenes largos de gran tonelaje utilizan varios accionadores que son unidades pesadas, que dictan el peso del riel y los requisitos de lastre. Todos los ferrocarriles deben estar diseñados para el peso de los accionadores o locomotoras, incluido el combustible, no la combinación de vagón más cargas, que son significativamente menores. Los accionadores deben tener el peso suficiente para que el neumático de accionamiento rotatorio haga contacto con el riel estacionario y debe tener suficiente fricción para producir un movimiento hacia adelante o hacia atrás de lo que incluirá vagones muy cargados. El nivel de inclinación que los sistemas ferroviarios convencionales son capaces de atravesar se limita a la fricción entre las ruedas motrices ponderadas y la vía. Los vagones de ferrocarril son unidades individuales que deben cargarse en un proceso por lotes, un vagón cada vez. Los materiales a granel se pueden descargar de los vagones tolva abriendo las escotillas de descarga inferiores o se pueden girar individualmente para descargarlos por la parte superior. Detectar vagones tanto para carga como para descarga requiere mucho tiempo y mano de obra.
Aunque el movimiento de un lugar a otro puede ser rentable, el coste adicional de las etapas de carga y descarga por lotes en transportes de distancias más cortas reduce la rentabilidad del transporte ferroviario. Con los sistemas normales de tren de doble vía simple, solo se puede usar un tren en un sistema a la vez.
Las cintas transportadoras se han utilizado durante muchos años para mover materiales a granel. Existe una amplia variedad de sistemas de cintas transportadoras que pueden mover prácticamente todos los materiales a granel imaginables. Los recorridos de cinta única de muy larga distancia requieren un coste de capital muy alto y están sujetos a fallos catastróficos cuando una cinta se rasga o desgarra, normalmente apagando todo el sistema y descargando la carga transportada, que requiere limpieza. Las cintas transportadoras son relativamente eficientes desde el punto de vista energético, pero pueden requerir un alto mantenimiento debido a un problema inherente de múltiples cojinetes locos que requieren revisión y reemplazo constantes. Las cintas transportadoras de corta distancia se utilizan comúnmente en el transporte seco o con pinzas de casi todos los tipos de materiales. Debido a que las cintas transportadoras son muy flexibles y deseablemente se operan sobre un terreno bastante plano, no son eficientes en el transporte de suspensiones moderadamente altas en sólidos donde el agua y las partículas finas pueden acumularse en puntos bajos y derramarse por los costados creando problemas de manejo de suspensiones húmedas derramadas.
Algunos materiales a granel se pueden transportar en tuberías cuando se mezclan con agua para formar una suspensión que se empuja o tira con un impulsor de bomba accionado por motor en un entorno sin aire o inundado. El tamaño de las partículas individuales que están presentes en los materiales a granel dicta la velocidad de transporte necesaria para mantener el movimiento. Por ejemplo, si hay presentes partículas grandes, la velocidad debe ser lo suficientemente alta como para mantener el movimiento por saltación o deslizamiento a lo largo del fondo de la tubería de las partículas más grandes. Debido a que las tuberías operan en un entorno dinámico, la fricción se crea con la pared de la tubería estacionaria por un fluido en movimiento y una masa sólida. Cuanto mayor sea la velocidad de la masa en movimiento, mayor será la pérdida por fricción en la superficie de la pared, lo que requiere una mayor energía para compensar. Dependiendo de la aplicación, el material a granel debe diluirse con agua inicialmente para facilitar el transporte y el desagüe en el extremo de descarga.
Se conocen rieles ligeros, ferrocarriles de vía estrecha para transportar material a granel desde minas y similares, como se describe a modo de ejemplo con referencia a la patente de U.S. n.° 3.332.535 de Hubert et al. en la que un riel ligero compuesto por varios vagones es propulsado por combinaciones de ruedas motrices y motores eléctricos, descargando sobre un bucle exterior. A modo de ejemplo adicional, la patente US 3.752.334 de Robinson, Jr. et al. divulga un ferrocarril de vía estrecha similar en el que los vagones son accionados por un motor eléctrico y ruedas motrices. La patente US 3.039.402 de Richardson describe un método para mover vagones de ferrocarril utilizando un neumático de accionamiento por fricción estacionario.
Si bien los sistemas y métodos de transporte descritos anteriormente tienen ventajas específicas sobre los sistemas convencionales, cada uno depende en gran medida de una aplicación específica. Se ha hecho evidente que los aumentos en el trabajo, costes de energía y materiales, así como preocupaciones ambientales, que se deben aplicar métodos de transporte alternativos que sean eficientes en términos de energía y mano de obra, silenciosos, no contaminantes y estéticamente discretos. Publicaciones de patentes estadounidenses US 2003/0226470 para Dibble et al. para "Sistema de Transporte Ferroviario para Materiales a Granel", US 2006/0162608 de Dibble para "Sistema de transporte de rieles ligeros para materiales a granel", y la patente de US 8.140.202 de Dibble describe un tren de riel ligero que utiliza un tren de canal semicircular abierto con estaciones de accionamiento. Este sistema de riel ligero ofrece una alternativa innovadora a los sistemas de transporte de materiales mencionados anteriormente y prevé el transporte de materiales a granel utilizando una pluralidad de vagones conectados abiertos en cada extremo excepto el primero y el último vagón, que tienen placas de extremo. El tren forma un canal abierto largo y tiene una aleta flexible unida a cada vagón y se superpone al vagón de adelante para evitar derrames durante el movimiento. El vagón principal tiene cuatro ruedas y placas de accionamiento laterales cónicas en la parte delantera del vagón para facilitar la entrada a las estaciones de accionamiento. Los vagones que siguen tienen dos ruedas con un enganche de horquilla que conecta la parte delantera con la parte trasera del vagón inmediatamente adelante. El movimiento del tren lo proporciona una serie de estaciones de accionamiento colocadas apropiadamente que tienen motores de accionamiento a cada lado de la vía que son motores eléctricos de CA con medios de accionamiento como neumáticos para proporcionar contacto de fricción con las placas de accionamiento laterales. En cada estación de accionamiento, cada motor de accionamiento está conectado a un inversor de CA y un controlador para el control de accionamiento, modificando tanto la tensión como la frecuencia según sea necesario. Cada uno de los motores eléctricos hace girar un neumático en un plano horizontal que contacta físicamente con dos placas accionadoras laterales paralelas externas a las ruedas de cada vagón. La presión ejercida sobre las placas accionadoras laterales por parte de estos neumáticos impulsores convierte el movimiento giratorio de los neumáticos en un empuje horizontal. Las ruedas de los vagones están espaciadas para permitir la operación en una posición invertida mediante el uso de un juego doble de rieles para permitir que los vagones cuelguen boca abajo para la descarga. Al girar este sistema de doble vía, el tren unitario puede volver a su condición de funcionamiento normal. Este sistema es bien conocido y se denomina comercialmente sistema de manejo de materiales Rail-Veyor™.
Las ruedas con pestaña pueden ser simétricas a las placas de accionamiento laterales, lo que permite operar en una posición invertida que, cuando se utilizan cuatro rieles para encapsular la rueda, es posible la descarga del material a granel en el bucle exterior. Mediante el uso de rieles elevados, el tren puede operar en la posición invertida tan fácilmente como en la forma convencional.
Más aún, se han desarrollado accionamientos para tales sistemas de riel ligero como se describe en la patente US 5.067.413 de Kiuchi et al. que describe un dispositivo para transportar cuerpos móviles que no cuentan con una fuente accionadora, en una trayectoria fija. Una pluralidad de cuerpos móviles se desplaza sobre la trayectoria fija mientras se alinean sustancialmente en estrecho contacto entre sí. La energía de desplazamiento se transmite a uno de una pluralidad de cuerpos desplazables que se coloca en al menos un extremo de la alineación. La energía de desplazamiento impulsa el cuerpo móvil con fuerza de fricción mientras presiona una superficie lateral del cuerpo móvil, y se transmite al cuerpo móvil mientras retrocede la otra superficie lateral del cuerpo móvil. Un dispositivo para transmitir energía de desplazamiento está dispuesto solo en una parte de la trayectoria fija.
Se sabe cómo detectar la posición de un tren mediante el uso de una disposición de sensores de proximidad ubicados para detectar tanto la placa lateral de un tren como cada rueda del tren a medida que se acerca y pasa por una estación de accionamiento, como se describe en la patente US 8.140.202 para "Método de control de un sistema de transporte ferroviario para el transporte de materiales a granel".
Aunque los sistemas de determinación de la posición del tren y los métodos empleados en ellos se han encontrado efectivos, existe la necesidad de un sistema mejorado u optimizado adicionalmente.
Sumario de la invención
En al menos algunas realizaciones, la presente invención proporciona sistemas y métodos para detectar la posición de un tren sin accionamiento interno que funcione en un sistema de tren automatizado. De acuerdo con una realización de la presente invención que no se menciona en las reivindicaciones, un sistema de tren comprende una vía que se extiende en una dirección de desplazamiento, una pluralidad de vagones circulando por la vía y conectados para formar un tren, una unidad de detección de posición y un controlador lógico programable (PLC) en comunicación de señales con la unidad de detección de posición y configurado para determinar una posición de tren en base a las entradas de la misma.
En una realización de una unidad de detección de posición que no se menciona en las reivindicaciones, cada uno de la pluralidad de vagones tiene una longitud de vagón sustancialmente idéntica en la dirección de desplazamiento y hay una pluralidad de elementos de detección de vagones en la pluralidad de vagones. Cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones tiene una longitud de elemento de detección sustancialmente idéntica en la dirección de desplazamiento, siendo la longitud del elemento de detección menor que la longitud del vagón.
La unidad de detección de posición puede incluir un primer sensor de posición dispuesto a lo largo de la vía en respuesta a la presencia y/o ausencia de cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones y un segundo sensor de posición dispuesto a lo largo de la vía en respuesta a la presencia y/o ausencia de cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones y separados del primer sensor de posición en la dirección de desplazamiento por un primer espaciado entre sensores, siendo el primer espaciado del sensor menor que la longitud del elemento de detección.
De acuerdo con una realización de la unidad de detección de posición alternativa que no se menciona en las reivindicaciones, los vagones están conectados en un orden de vagones y una pluralidad de etiquetas de datos están dispuestas en la pluralidad de vagones, cada una de la pluralidad de etiquetas de datos almacena un identificador único. La unidad de detección de posición incluye un lector de etiquetas de datos dispuesto a lo largo de la vía y operable para detectar cada una de la pluralidad de etiquetas de datos en secuencia y leer los identificadores únicos de las mismas. El controlador lógico programable almacena una lista de los identificadores únicos correspondientes al orden del vagón y está configurado para determinar la posición de un tren basándose en las entradas de la unidad de detección de posición y la lista almacenada.
En una realización, la presente invención proporciona un sistema de transporte ferroviario para transportar materiales a granel, que incluye:
una pluralidad de vagones adaptados para formar al menos dos trenes separados, al menos un vagón que tiene un par de placas de accionamiento laterales y está adaptado para transportar los materiales a granel, y un elemento de detección de vagón asociado a al menos uno de los vagones,
una estación de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales de al menos uno de los vagones para impartir un movimiento accionado a cada vagón contactado, y
un sistema de un control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, la estación de accionamiento incluye una unidad de accionamiento y una disposición de neumático de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales de al menos uno de los vagones, y en el que la unidad de accionamiento está adaptada para controlar la disposición de neumático de accionamiento en respuesta al estado determinado de uno de los vagones.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, la unidad de accionamiento está adaptada para controlar la disposición de neumático de accionamiento para aumentar el movimiento accionado desde la disposición de neumático de accionamiento a un vagón acoplado a la misma en respuesta a la información de estado determinada.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, la unidad de accionamiento está adaptada para controlar la disposición de neumático de accionamiento para disminuir el movimiento accionado desde la disposición de neumático de accionamiento a un vagón acoplado a la misma en respuesta a la información de estado determinada.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, el elemento de detección de vagones tiene un área efectiva tal que solo uno de los sensores detecta el elemento de detección de vagones a la vez.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, a medida que cada vagón pasa cerca de la estación de accionamiento, cada sensor detecta secuencialmente el elemento de detección de vagón del vagón.
En una realización adicional del sistema o sistemas de transporte ferroviario descritos anteriormente, el elemento de detección de vagones es un elemento de metal alargado en la dirección de desplazamiento del vagón.
En otra realización, la presente invención proporciona un sistema de control para un sistema de transporte ferroviario para transportar materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario incluye una pluralidad de vagones adaptados para formar al menos dos trenes separados, y en el que al menos un vagón de cada tren tiene un par de placas de accionamiento laterales y está adaptado para transportar materiales a granel, incluyendo además el sistema de transporte ferroviario al menos una estación de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales para impartir un movimiento accionado a cada tren, comprendiendo el sistema de control:
una disposición de sensores múltiples que comprende al menos tres sensores con un espaciado predeterminado conocido entre cada sensor que permite la detección secuencial de un elemento de detección de vagones de al menos un vagón de cada uno de los trenes a medida que pasa el vagón, en el que el espaciado predeterminado entre un primer sensor y un segundo sensor de la disposición de sensores múltiples es menor que el espaciado predeterminado entre el segundo sensor y un tercer sensor de la disposición de sensores múltiples, para detectar un elemento de detección de vagones de al menos un vagón de cada uno de los trenes,
en el que la disposición de sensores múltiples está adaptada para determinar la información de estado asociada con el al menos un vagón en el que la información de estado es al menos uno de la velocidad del vagón, velocidad del tren asociado con el vagón, tasa de aceleración del vagón, tasa de aceleración del tren asociada con el vagón, la dirección de movimiento del vagón, descarrilamiento del vagón, ubicación del vagón, ubicaciones del tren, o descarrilamiento del tren asociado con el vagón.
La disposición de sensor puede acoplarse operativamente a la estación de accionamiento.
Cuando un vagón pasa cerca de la estación de accionamiento, la disposición de sensor puede detectar el elemento de detección de vagón correspondiente del vagón.
La disposición de sensores se puede ubicar separada y alejada de la estación de accionamiento.
En una realización adicional del sistema o sistemas de control descritos anteriormente, los sensores son un sensor de proximidad, un sensor de proximidad magnético o un sensor ultrasónico.
En una realización adicional del sistema o sistemas de control descritos anteriormente, la disposición de múltiples sensores es una disposición de tres sensores.
En una realización adicional del sistema o sistemas de control descritos anteriormente, la disposición de tres sensores puede implementarse para detectar secuencialmente el elemento de detección de vagón de al menos un vagón.
En otra realización más que no se menciona en las reivindicaciones, la presente invención proporciona un método para controlar un sistema de transporte ferroviario para transportar materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario incluye un tren que tiene un par de placas de accionamiento laterales y está adaptado para transportar materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario incluye además al menos dos estaciones de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales para impartir un movimiento accionado al tren, comprendiendo el método:
impartir un movimiento accionado al tren a una velocidad y aceleración seleccionadas en la primera estación de accionamiento,
determinar la posición del tren en relación con la segunda estación de accionamiento, y
cuando se determina que el tren está en una posición seleccionada en relación con la segunda estación de accionamiento, iniciar la segunda estación de accionamiento de modo que se imparta movimiento accionado al tren en la segunda estación de accionamiento para mantener sustancialmente la misma velocidad del tren que cuando el tren estaba en la primera estación de accionamiento.
En una realización adicional del método o métodos descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el(los) método(s) además incluye(n) la etapa de
detener el funcionamiento de la segunda estación de accionamiento si la segunda estación de accionamiento no está en condiciones de impartir al tren movimiento accionado para mantener sustancialmente la misma velocidad del tren que cuando el tren estaba en la primera estación de accionamiento.
En una realización adicional del método o métodos descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, las al menos dos estaciones de conducción están situadas separadas una distancia mayor que la longitud del tren.
En otra realización más que no se menciona en las reivindicaciones, la presente invención proporciona un método para controlar un sistema de transporte ferroviario para transportar materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario incluye un tren que tiene un par de placas de accionamiento laterales y está adaptado para transportar materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario incluye además una estación de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales para impartir un movimiento accionado al tren, comprendiendo el método:
determinar la posición del tren en relación con la estación de accionamiento, y
cuando se determina que el tren está en una posición seleccionada en relación con la estación de accionamiento, iniciar la estación de accionamiento para impartir movimiento accionado al tren a una velocidad deseada cuando el tren pasa a través de ella.
En una realización adicional del método o métodos descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el sistema de transporte ferroviario incluye además una segunda estación de accionamiento para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales para impartir un movimiento accionado al tren, y en el que el método comprende además:
asegurándose de que al menos uno de los vagones del tren esté en contacto con una de las estaciones de conducción en todo momento.
En una realización adicional del método o métodos descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el sistema de transporte ferroviario incluye además una segunda estación de accionamiento para contactar por fricción con las placas de accionamiento laterales para impartir un movimiento accionado al tren, y en el que la distancia entre dos estaciones de accionamiento es mayor que la longitud del tren. En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el sistema comprende además una pluralidad de vagones adaptados para formar un segundo tren, cada vagón tiene un par de placas de accionamiento laterales y está adaptado para transportar materiales a granel.
En otra realización más que no se menciona en las reivindicaciones, la presente invención proporciona un sistema de tren comprendiendo:
una vía que se extiende en una dirección de desplazamiento;
una pluralidad de vagones situados en la vía y conectados para formar un tren;
una pluralidad de elementos de detección de vagones en la pluralidad de vagones, teniendo cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones una longitud de elemento de detección sustancialmente idéntica en la dirección de desplazamiento, siendo la longitud del elemento de detección menor que la longitud del vagón; una unidad de detección de posición que incluye:
un primer sensor de posición dispuesto a lo largo de la vía en respuesta a la presencia y ausencia de cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones;
un segundo sensor de posición dispuesto a lo largo de la vía en respuesta a la presencia y ausencia de cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones y separado del primer sensor de posición en la dirección de desplazamiento por un primer espacio entre sensores, siendo el primer espaciado del sensor menor que la longitud del elemento de detección; y
un controlador lógico programable (PLC) en comunicación de señales con la unidad de detección de posición y configurado para determinar una posición de tren en base a las entradas de la misma.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la unidad de detección de posición incluye además un tercer sensor de posición dispuesto a lo largo de la vía que responde a la presencia y ausencia de cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones, separados por el segundo sensor de posición en la distancia de recorrido por un segundo espaciado entre sensores y separados del primer sensor de posición por un tercer espaciado entre sensores igual a la suma de los espaciados entre el primer y segundo sensores, siendo el segundo espaciado del sensor menor que la longitud del elemento de detección.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el espaciado del tercer sensor es mayor que la longitud del elemento de detección.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, los espaciados del primer y segundo sensor son desiguales.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona actualmente en las reivindicaciones, el tercer espaciado de sensor es menor que la longitud del vagón.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la vía incluye un par de rieles paralelos y la unidad de detección de posición está dispuesta entre los rieles de manera que el tren pasa por encima.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona actualmente en las reivindicaciones, la unidad de detección de posición incluye una montura de sensor alargada en la dirección de desplazamiento y los sensores de posición están montados en ella.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, cada uno de la pluralidad de elementos de detección de vagones es un elemento metálico que se extiende debajo de uno respectivo de la pluralidad de vagones; y
en el que cada uno de los sensores de posición es un detector de proximidad que responde a la presencia y ausencia de cada elemento metálico.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el(los) sistema(s) comprende(n) además una estación de accionamiento dispuesta a lo largo de la vía y operable por el PLC para impartir movimiento al tren.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la estación de accionamiento incluye un par de ruedas motrices en lados opuestos de la vía, engranando las ruedas motrices con cada uno de la pluralidad de vagones cuando pasan entre ellos.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la unidad de detección de posición está ubicada en la estación de accionamiento.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el(los) sistema(s) comprende(n) además:
una pluralidad de estaciones de conducción adicionales dispuestas a lo largo de la vía a intervalos y operables por el PLC para impartir movimiento al tren; y
una pluralidad de unidades de detección de posición adicionales idénticas a la unidad de detección de posición, cada una de la pluralidad de unidades de detección de posición adicionales está ubicada en una respectiva de la pluralidad de estaciones de accionamiento adicionales.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el PLC está configurado para operar secuencialmente las estaciones de accionamiento en función de la entrada de las unidades de detección de posición.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, cada uno de la pluralidad de vagones tiene una longitud de vagón sustancialmente idéntica en la dirección de desplazamiento.
En otra realización más que no se menciona en las reivindicaciones, la presente invención proporciona un sistema de tren comprendiendo:
una vía que se extiende en una dirección de desplazamiento;
una pluralidad de vagones situados en la vía y conectados en un orden de vagones para formar un tren; una pluralidad de etiquetas de datos en la pluralidad de vagones, cada una de la pluralidad de etiquetas de datos almacena un identificador único;
una unidad de detección de posición que incluye:
un lector de etiquetas de datos dispuesto a lo largo de la vía y operable para detectar cada una de la pluralidad de etiquetas de datos en secuencia y leer los identificadores únicos de las mismas; y
un controlador lógico programable en comunicación de señales con la unidad de detección de posición, almacenando el controlador lógico programable una lista de los identificadores únicos correspondientes al orden de vagones y estando configurado para determinar la posición de un tren basándose en las entradas de la unidad de detección de posición y la lista almacenada.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la pluralidad de etiquetas de datos son etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) y el lector de etiquetas de datos es un lector de etiquetas RFID.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no corresponde a la invención reivindicada, las etiquetas RFID son etiquetas RFID pasivas.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la pluralidad de etiquetas de datos no están ubicadas en las superficies exteriores de la pluralidad de vagones.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el(los) sistema(s) comprende(n) además una estación de accionamiento dispuesta a lo largo de la vía y operable por el PLC para impartir movimiento al tren.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el PLC está configurado para llevar el tren a una parada controlada si uno de los identificadores únicos no se lee en su lugar en el orden de vagones.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, la unidad de detección de posición está ubicada en la estación de accionamiento.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el(los) sistema(s) comprende(n) además:
una pluralidad de estaciones de conducción adicionales dispuestas a lo largo de la vía a intervalos y operables por el PLC para impartir movimiento al tren; y
una pluralidad de unidades de detección de posición adicionales idénticas a la unidad de detección de posición, cada una de la pluralidad de unidades de detección de posición adicionales está ubicada en una respectiva de la pluralidad de estaciones de accionamiento adicionales.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, el PLC está configurado para operar secuencialmente las estaciones de accionamiento en función de la entrada de las unidades de detección de posición.
En una realización adicional del sistema o sistemas descritos anteriormente que no se menciona en las reivindicaciones, los intervalos son mayores que la longitud del tren el PLC calcula la velocidad esperada del tren al llegar a una estación de accionamiento posterior en función de la ubicación del tren, la topografía y las condiciones de la vía y pone en marcha la siguiente estación de accionamiento para hacer que la siguiente estación de accionamiento imparta fuerza al tren de manera que mantenga sustancialmente la misma velocidad que cuando llegó por primera vez a la siguiente estación de accionamiento.
Breve descripción de los dibujos
Se describen diversas realizaciones de la invención a modo de ejemplo con referencia a los dibujos y apéndices adjuntos. La presente invención será evidente para los expertos en la técnica mediante la lectura de la siguiente descripción detallada de las varias realizaciones de la misma, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1 es una ilustración diagramática de un sistema de rieles de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención;
Las figuras 2 y 3 son vistas en planta lateral y superior, respectivamente, de una realización de un tren operable con el sistema de la figura 1;
La figura 4 es una ilustración esquemática de una disposición de vía que funciona con un sistema de control de la presente invención;
La figura 5 es una descripción general esquemática de un sistema de tren con unidades de detección de posición, de acuerdo con una realización adicional de la presente invención;
La figura 6 es una vista lateral de una porción del sistema de tren de la figura 5, con un tren sobre el mismo mostrado en corte parcial para revelar componentes ocultos;
La figura 7 es una vista en perspectiva de una porción del sistema de tren de la figura 5, incluyendo una estación de accionamiento con el tren de la figura 6 pasando a través de ella, con componentes ocultos que se muestran en líneas discontinuas;
La figura 8 es una vista superior de la estación de accionamiento de la figura 7, con componentes quitados y el tren ausente, mostrando una unidad de detección de posición de ejemplo de la figura 5;
La figura 9 es una serie de vistas laterales esquemáticas de un tren que pasa sobre una de las unidades de detección de la figura 5;
La figura 10 es un diagrama de estado de los estados de la unidad de detección de posición de la figura 9 cuando el tren pasa por encima; y
La figura 11 es una vista en perspectiva de una porción del sistema de tren de la figura 5, que incluye una estación de accionamiento con el tren de la figura 6 pasando a través de ella pasando por una realización de unidad de detección de posición alternativa, con componentes ocultos que se muestran en líneas discontinuas.
Descripción detallada
A continuación, la presente invención se describirá con más detalle en el presente documento haciendo referencia a los dibujos y apéndices adjuntos, en los que se muestran realizaciones ilustrativas de la invención. Esta invención puede, sin embargo, realizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones y ejemplos presentados en el presente documento ni la invención limitarse a las dimensiones expuestas en el presente documento. En lugar de ello, las realizaciones en el presente documento presentadas se proporcionan para que esta divulgación sea exhaustiva y completa, y transmita plenamente el alcance de la invención a los expertos en la materia por medio de estas realizaciones y ejemplos ilustrativos y no limitativos. El experto en la técnica entenderá que muchas formas y variaciones diferentes de las realizaciones, los ejemplos e ilustraciones proporcionados en este documento pueden ser posibles, y las diversas realizaciones, ejemplos e ilustraciones proporcionados en este documento deben interpretarse como realizaciones, ejemplos e ilustraciones no limitantes.
Con referencia inicialmente a las figuras 1-3, un sistema de tren 10, manteniendo las enseñanzas de la presente invención, comprende una vía 12 que tiene rieles paralelos 12a, 12b. Un tren 14 incluye un primer vagón o vagón principal 16 que tiene pares de ruedas delanteras y traseras 18, 20 operables en la vía 12 para proporcionar un movimiento de rueda libre al vagón principal. Para la realización descrita en el presente documento a modo de ejemplo, el tren incluye vagones adicionales descritos como un segundo vagón o vagón trasero 22 y un vagón intermedio 24 o varios vagones intermedios transportados entre el vagón principal y el trasero. Los vagones trasero e intermedio 22, 24 incluyen una conexión pivotante delantera 26 para conectar pivotantemente los vagones intermedio y trasero a los vagones delanteros adyacentes. Los vagones trasero e intermedio 22, 24 sólo tienen pares de ruedas traseras 20 operables en la vía 12 para proporcionar un movimiento de rueda libre a la misma.
Con referencia continua a la figura 2, cada uno de los vagones tiene una placa lateral 28 fijada al mismo. Con referencia a las figuras 1, 3-4, múltiples estaciones de accionamiento 30 tienen, cada una, una transmisión de frecuencia variable (VFD) que incluye un neumático de accionamiento 32 para hacer contacto por fricción con la placa lateral 28 e impartir un movimiento accionado a cada vagón y, por lo tanto, al tren 14. Tal como se ilustra con referencia continua a la figura 3, la realización descrita en el presente documento incluye cada vagón que tiene placas laterales opuestas 28a, 28b y neumáticos de accionamiento opuestos 32a, 32b. Específicamente, cada vagón puede tener una placa lateral fija en cada lado, que corre a lo largo del vagón y espacia fuera de las ruedas y pistas. Estas placas laterales pueden estar situadas simétricamente a las ruedas y paralelas a los carriles ligeros. En otra disposición, las placas laterales pueden estar ubicadas asimétricamente con las ruedas. Sin embargo, en esta disposición, las ruedas son parte de las placas laterales de manera que la disposición placa lateral-neumático permite que el tren se mueva aguas abajo o aguas arriba. Preferentemente, las neumáticos están colocadas para permitir que el tren opere en posición vertical o invertida. Cada estación de accionamiento 30 incluye inversores A/C y un controlador conectado a cada conjunto de motores de accionamiento de manera que los motores puedan sincronizarse modificando al menos uno de tensión y frecuencia. El movimiento hacia adelante o hacia atrás del tren es el resultado de la rotación horizontal de las ruedas en lados opuestos del tren que giran en direcciones opuestas con una presión adecuada de dicha rotación que proporciona un deslizamiento mínimo entre la superficie del neumático y las placas laterales. En otras palabras, los dos neumáticos opuestos son empujados hacia adentro, hacia el centro de la vía. Para que pare el tren, los neumáticos de accionamiento 32 están además adaptados para acoplarse y aplicar presión a la placa lateral 28 del vagón.
Como se ilustra en el presente documento, el vagón principal 16 tiene un canal 54 y placas laterales opuestas 28a, 28b que tienen una distancia reducida entre ellos para una entrada suave en los neumáticos de accionamiento opuestos 32a, 32b de la estación de accionamiento. El vagón trasero 22 tiene un canal y placas laterales opuestas 28a, 28b a una distancia reducida entre ellos para reducir el choque cuando el tren 14 sale de los neumáticos de accionamiento opuestos 32a, 32b de la estación de accionamiento 30. Los vagones intermedios 24 acoplados al vagón delantero 16 y al vagón trasero 22 mediante el acoplamiento de tipo horquilla tienen su canal alineado para producir un canal abierto total con espacios 56 entre los vagones. Una aleta flexible 58 se extiende sobre el espacio 56 entre los vagones 16, 24, 22. Los vagones, cada uno consta de un canal abierto semicircular y cuando se unen o acoplan representan un canal rígido abierto y continuo a lo largo de toda la longitud del tren. Una aleta de sellado flexible unida cerca de la parte delantera del vagón de arrastre se superpone pero no está unida a la parte trasera del canal del vagón principal. Un canal semicircular se sella mucho mejor con la aleta flexible que otros diseños como los mostrados en la patente US 3.752.334. Esto permite que el tren siga el terreno y las curvas sin perder su integridad sellada como un canal continuo. El material a transportar en el tren está efectivamente soportado y sellado por esta aleta ya que el peso del material se distribuye equitativamente manteniendo el sello contra el canal metálico del vagón delantero. El canal continuo largo proporciona una carga simplificada ya que el tren se puede cargar y descargar mientras se mueve de forma similar a una cinta transportadora. Esta es una ventaja significativa sobre los requisitos del equipo de carga por lotes de una tolva de ferrocarril convencional o un vagón volquete giratorio.
Como se describe en el presente documento y con referencia a la figura 4, se proporciona un sistema y método para controlar el sistema de transporte ferroviario, que se centra en el tren (en lugar de las estaciones de conducción) y está optimizado para determinar la ubicación del tren a lo largo de la vía al menos dentro de la longitud de un vagón. Haciendo referencia de nuevo a la figura 1-4, las estaciones de conducción 30 están espaciadas a lo largo de la vía 12 de manera que al menos una estación de accionamiento tenga contacto con un tren para mantener un control adecuado. Un centro de control 48 puede estar ubicado de forma remota desde las estaciones de control 30 con cada una de las estaciones de control comunicándose con el centro de control para proporcionar información de estado, tal como la ubicación del tren, la velocidad del tren, el rendimiento de la propia estación de accionamiento, y similares. Las comunicaciones de la estación de accionamiento a la estación de accionamiento y al centro de control pueden emplear cables duros, transmisiones de fibra óptica y/u ondas de radio según se desee para las condiciones dentro de las cuales se va a operar el sistema. Este sistema permite el uso de múltiples trenes. Por ejemplo, se puede hacer funcionar una pluralidad de trenes dentro de un sistema que comprende múltiples estaciones de conducción 30 en comunicación entre sí para conducir ambos trenes y mantener un espaciado deseable entre los trenes. Como vendrá a la mente de los expertos en la técnica, teniendo ahora el beneficio de las enseñanzas de la presente invención, se anticipan configuraciones alternativas de vías y estaciones de accionamiento, incluida una ubicación de reinversión para invertir la dirección del tren o trenes que viajan dentro del sistema.
Con respecto al funcionamiento del sistema de control de la transmisión, solo la unidad en contacto con el tren estará preferiblemente en marcha en un momento dado. El sistema de control usa la información de ubicación de los trenes para hacer pequeños ajustes en la velocidad del tren para asegurar el espacio adecuado de todos los trenes en el curso. Con respecto a la tasa de aceleración, el grado de inclinación y la longitud de la inclinación probablemente determinarán la energía máxima requerida por los motores de accionamiento. Debido a que el sistema de control es capaz de comunicar información sobre la velocidad de conducción entre las estaciones de conducción con fines de sincronización, no es necesario que un tren esté completamente acelerado antes de ingresar a la siguiente estación de accionamiento. Adicionalmente, los tiempos de aceleración más largos permiten el uso de motores impulsores de menor energía (menor coste).
Con referencia continua a la figura 4, se proporciona un método para controlar el sistema de transporte ferroviario que comprende un tren 14 y estaciones de conducción 30 y puede optimizarse para determinar la ubicación del tren 14 a lo largo de la vía 12, opcionalmente, al menos dentro de la longitud de un vagón. Específicamente, cada una de las estaciones de accionamiento 30 incluye sensores, por ejemplo, al menos tres sensores, espaciados generalmente separados unos de otros para no interferir entre sí. Al menos uno de los vagones, pero idealmente cada uno de los vagones, del tren 14 incluye un elemento de detección de vagón correspondiente (para ser detectado por cada uno de los sensores), tal que cuando el tren 14 pasa por la estación de accionamiento, cada uno de los sensores puede detectar el elemento de detección de vagón correspondiente de cada vagón. El elemento de detección de vagón correspondiente del vagón puede diseñarse además de modo que sólo uno de los tres sensores en la estación de accionamiento 30 detecte tal elemento de detección de vagón a la vez.
En un ejemplo, cada una de las estaciones de accionamiento 30 incluye tres sensores espaciados generalmente horizontalmente entre sí en una longitud suficiente seleccionada para no interferir entre sí (por ejemplo, sensor A, sensor B y sensor C generalmente separados por al menos unos 45,72 cm (18 pulgadas). Cada uno de los vagones del tren 14 incluye un elemento de detección de vagones correspondiente (para ser detectado por cada uno de los sensores) que tiene un área efectiva tal que solo uno de los tres sensores en la estación de accionamiento 30 detecta dicho elemento de detección de vagones a la vez. Los sensores puede ser un sensor de proximidad, ultrasónico, proximidad magnética u otro comparable o adecuado. En este ejemplo, los sensores de tipo de proximidad o ultrasónico se usarían cada uno para detectar un área de superficie seleccionada en cada vagón, mientras que el sensor de proximidad magnético se usaría para detectar un imán (por ejemplo, un imán de neodimio) montado en cada vagón. El elemento de detección de vagones puede ser una parte integral del vagón o estar montado en el vagón.
Utilizando los tres sensores, el sistema de control está adaptado para determinar la ubicación del tren 14 a lo largo de la vía 12 al menos dentro de la longitud de un vagón. Específicamente, a medida que cada vagón del tren 14 pasa por una estación de accionamiento 30, cada sensor detecta secuencialmente el elemento de detección de vagón correspondiente de un vagón y transmite una señal asociada al sistema de control. De esta forma, la presencia o ubicación de cualquier vagón del tren puede determinarse a través de esta disposición de sensores en cada una de las estaciones de conducción.
Esta disposición de sensores también se puede utilizar para determinar la dirección de movimiento del tren. Por ejemplo, cuando un tren se mueve a través de una estación de accionamiento en dirección hacia adelante, un elemento de detección de vagón correspondiente en cada vagón activa el sensor A, luego el sensor B y luego el sensor C, para enviar señales asociadas en secuencia a un centro de control. Cuando el centro de control recibe las señales asociadas en esta secuencia (por ejemplo, detectado A, detectado B, detectado C), el centro de control asume que un vagón ha pasado a través de la estación de accionamiento aguas arriba (o en un movimiento hacia adelante). Cuando un tren se mueve a través de una estación de accionamiento en sentido inverso, un elemento de detección de vagón correspondiente en cada vagón activa el sensor C, luego el sensor B y luego el sensor A, para enviar señales asociadas en secuencia al centro de control. Cuando el centro de control recibe las señales asociadas en esta secuencia inversa (por ejemplo, detectado C, detectado B, detectado A), el centro de control asume que un vagón ha pasado a través de la estación de accionamiento aguas abajo (o en reversa). Si el centro de control recibe cualquier otra secuencia que (detectado A, detectado B, detectado C) o (detectado C, detectado B, detectado A), se puede suponer la parada del tren o una avería.
La disposición de sensores también se puede usar para determinar la velocidad y la aceleración del tren. Por ejemplo, usando (a) la distancia entre los elementos de detección de vagones correspondientes de dos vagones y (b) el período de tiempo entre la detección de sensores (por ejemplo, (a) la distancia entre un imán ubicado en el vagón 1 y un imán ubicado en el vagón 2, y (b) el tiempo entre la detección del imán ubicado en el vagón 1 y el imán del vagón 2 por el sensor A), se puede determinar la velocidad del tren. Además, los datos del sensor a lo largo del tiempo o la detección de varios vagones a lo largo del tiempo pueden usarse para determinar la aceleración del tren.
Como se discutió anteriormente, la disposición de sensores puede usarse generalmente para detectar una parada del tren o un fallo. Los descarrilamientos pueden ser causados por diversos factores, por ejemplo, desde escombros en la vía hasta el fallo de un cojinete de rueda en el tren. En un ejemplo específico, la disposición de sensor puede usarse para detectar el descarrilamiento del tren. La detección de un tren plegado se realiza generalmente comparando el número de vagones entre las estaciones de conducción. Específicamente, la disposición del sensor puede usarse para detectar el número de elementos de detección de vagones correspondientes en cada vagón y, por lo tanto, contar los vagones que pasan por una estación de accionamiento. Por ejemplo, si (a) las estaciones de accionamiento D1 y D2 están separadas por 347,47 metros (1140 pies) y (b) cada vagón tiene 20,42 metros (67 pies) de largo cada uno, debe haber 17 vagones entre cada estación de accionamiento. Si la diferencia de conteo de vagones entre cada estación de accionamiento es menor a 17 vagones o mayor a 18 vagones, entonces el centro de control asume un posible descarrilamiento o un fallo del sensor. A su vez, se puede enviar una señal a la estación de accionamiento para detener el tren.
En otra realización más, se proporciona un sistema de control que puede mitigar el daño por descarrilamiento al garantizar que la velocidad de cada neumático de accionamiento en una estación de accionamiento que se aproxima (por ejemplo, D2) se mantiene a la misma velocidad que el tren. Específicamente, se proporciona un sistema y un método mejorados para controlar el movimiento del tren 14 a lo largo de la vía 12 basándose en la velocidad o aceleración detectada en una estación de accionamiento anterior. En un ejemplo, una primera estación de accionamiento 30 (DS1) mueve el tren a lo largo de la vía 12 a una velocidad o aceleración preseleccionada hacia una segunda estación de accionamiento (DS2). Los vagones del tren son detectados por la disposición de sensores descrita anteriormente, y se determina la posición del tren 14 con respecto a la primera estación de accionamiento (DS1) y la segunda estación de accionamiento (DS2). Cuando se determina que el tren 14 está dentro de una cierta distancia de la segunda estación de accionamiento (DS2), una señal de comando se transmite a la segunda estación de accionamiento (DS2), que inicia el neumático de accionamiento 32 en la segunda estación de tracción (DS2). Para reducir el desgaste del neumático de accionamiento y de los vagones, la segunda estación de accionamiento (DS2) se acopla y mantiene el tren aproximadamente a la misma velocidad y/o aceleración que a la velocidad de la primera estación de accionamiento. En otras palabras, la segunda estación de accionamiento (DS2) se inicia y mantiene a la velocidad y/o tasa de aceleración asignada al tren por el centro de control. Cuando los sensores seleccionados en la segunda estación de accionamiento (DS2) proporcionan una determinación de que la segunda estación de accionamiento (DS2) se ha acoplado al tren, se transmite una orden de parada a la primera estación de accionamiento para que se detenga el neumático de accionamiento 32 de la primera estación de accionamiento. De esta forma, el tren pasará el control de una estación de accionamiento a otra. La transición de una estación de accionamiento a otra está sincronizada.
En diversas realizaciones, la distancia entre las estaciones de conducción vecinas es mayor que la longitud del tren. Por lo tanto, el tren circula libre durante una cierta distancia entre las estaciones de conducción. Por lo tanto, el tren pasa esencialmente entre las estaciones de conducción. En esta disposición, el sistema de control calcula la velocidad prevista cuando el tren llega a la segunda estación de accionamiento en función de la topografía y las condiciones de la vía (inclinación o declive de la vía). El sistema de control puede entonces detectar la ubicación del tren, poner en marcha la segunda estación de accionamiento y hacer que la segunda estación de accionamiento imparta fuerza desde los neumáticos de accionamiento al tren de manera que mantenga sustancialmente la misma velocidad que cuando llegó por primera vez a la segunda estación de accionamiento.
En otras diversas realizaciones, la distancia entre las estaciones de conducción es más corta que la del tren y, por lo tanto, el tren generalmente está siempre en contacto con una estación de accionamiento.
Muchas modificaciones y otras realizaciones de las invenciones expuestas en el presente documento se le ocurrirán a un experto en la materia a la que pertenecen estas invenciones que tienen el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados.
Por lo tanto, se debe entender que las invenciones no están limitadas a ejemplos de la las realizaciones específicas divulgadas y que las modificaciones y otras realizaciones están destinadas a ser incluidas dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas. Si bien se emplean términos específicos en el presente documento, estos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo únicamente y no con fines de limitación.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 6, de acuerdo con otra realización de la presente invención, un sistema de tren 110 incluye una vía 112 que tiene uno o más trenes 114 que circulan sobre ella. La vía 112 se extiende en una dirección de desplazamiento 116 y los trenes 114 son conducidos en (hacia delante) y en contra (hacia atrás) la dirección de desplazamiento 116 por una pluralidad de estaciones de conducción 120. Una pluralidad de unidades de detección de posición 122 determina cada una las posiciones de los trenes 114. Un controlador lógico programable (PLC) 124 está en comunicación de señales con las estaciones de conducción 120 y las unidades de detección de posición 122, y está configurado para conducir el tren 114 con las estaciones de conducción 120 en función de las posiciones del tren determinadas por las unidades de detección de posición 122.
Haciendo referencia también a la figura 7, la vía 112 puede incluir un par de rieles generalmente paralelos 126, aunque pueden emplearse otras configuraciones de vía 112 adecuadas. La vía 112 se puede disponer en un bucle continuo o tener puntos de inicio y final discretos. Adicionalmente, la vía puede tener distintas ramas, tramos elevados, secciones invertidas, túneles, etc. según se necesite o se desee. Se apreciará que la presente invención puede aplicarse virtualmente a cualquier tipo de configuración de vía.
Haciendo referencia a las figuras 6 y 7, el tren 114 incluye una pluralidad de vagones 130 conectados secuencialmente. La longitud de un vagón de cada vagón en la dirección de desplazamiento 116 es opcionalmente aproximadamente igual. Adicionalmente, los vagones 130 pueden rodar tanto en posición boca arriba como invertida sobre las ruedas 134, lo que permite descargar el contenido del vagón cuando está en una posición invertida. Los vagones 130 representados incluyen placas laterales 136 que se acoplan con las estaciones de accionamiento 120 para impulsar los vagones 130 en y contra la dirección de desplazamiento 116, como se explicará con más detalle a continuación. Aunque solo se representan tres vagones 130 por economía de ilustración, también pueden emplearse trenes compuestos por más o menos vagones.
Cada vagón 130 lleva un elemento de detección de vagón 140 a cuya presencia y ausencia responden las unidades de detección de posición 122. Como se ha comentado antes, el elemento de detección de vagones 140 puede ser una parte integral del vagón o estar montado en el vagón. En la realización ilustrada, el elemento de detección de vagones 140 es un elemento de metal alargado en la dirección de desplazamiento 116 y unido a la parte inferior de cada vagón 130. En una realización, la longitud del elemento de detección de vagones 140 en la dirección de marcha es menor que la longitud del vagón. Por ejemplo, el elemento de detección de vagones 140 puede ser un tubo metálico de aproximadamente 2,5 cm * 5,1 cm * 121,9 cm (1 pulgada * 2 pulgadas * 4 pies) montado en la parte inferior de un vagón de aproximadamente 2,44 metros (8 pies) de largo.
Haciendo referencia a la figura 7, en la realización ilustrada, cada estación de accionamiento 120 incluye un par de ruedas de accionamiento 142 montadas en lados opuestos de la vía 112. Podrían emplearse más o menos pares/neumáticos motrices en función de los requisitos operativos, o podría emplearse otro mecanismo de accionamiento. Las ruedas motrices 142 están posicionadas lateralmente en la dirección 144 para enganchar las placas laterales 136 en los vagones 130. Con las ruedas motrices 142 accionadas para girar en la dirección 146, el tren 114 se impulsa así hacia adelante en la dirección de desplazamiento 116. El tren 114 puede impulsarse en reversa contra la dirección de desplazamiento girando las neumáticos motrices 142 en dirección opuesta 146. Las ruedas motrices 142 también se pueden usar para desacelerar el tren 114. Las ruedas motrices 142 pueden ser accionadas por uno o más accionamientos de frecuencia variable (VFD), según lo indique el PLC 124.
Haciendo referencia a la figura 8, un ejemplo de las unidades de detección de posición 122 incluye una pluralidad de sensores de posición 150, 152, 154 dispuestos uno tras otro en la dirección de desplazamiento 116. Las otras unidades 122 puede ser sustancialmente idénticas, pero se ilustra solo una en aras de la brevedad. Para facilitar su instalación y reemplazo, los sensores 150, 152, 154 se ubican comúnmente en un soporte de sensor 156. El soporte del sensor 156 está dispuesto entre los rieles 126 de la vía 112 de manera que el tren 114 pasará por encima. En esta disposición, los sensores 150, 152, 154 están posicionados de tal manera que cada elemento de detección de vagones 140 pasa dentro de su rango nominal; por ejemplo, los elementos de detección de vagones 140 pasarán aproximadamente 1,9 cm (0,750 pulgadas) sobre los sensores de posición 150, 152, 154.
En la realización ilustrada, los sensores 150, 152, 154 son sensores de proximidad, como los sensores de proximidad inductivos, que responden a la presencia y ausencia de los elementos de detección de vagones 140 sin hacer contacto físico con los mismos. Los sensores 150, 152, 154 pueden ser altamente insensibles a objetos no metálicos y a cualquier objeto fuera de su rango nominal. Sin partes móviles y en gran parte inmune a la interferencia del polvo y la suciedad, dichos sensores pueden funcionar de manera fiable con poco o ningún mantenimiento en muchos entornos hostiles.
En diversas realizaciones, hay al menos dos sensores de posición, y la realización representada incluye un primer, segundo y tercer sensores 150, 152, 154. El primer y segundo sensores de posición 150, 152 están separados en la dirección de desplazamiento 116, por un primer espaciado entre sensores 160. El tercer sensor 154 está separado del segundo sensor 152 en la dirección de marcha 116 por un segundo espaciado entre sensores 162. El primer y tercer sensores 150, 154 están separados en la dirección de desplazamiento 116 por un tercer espaciado entre sensores 164, que es igual a la suma de espaciados del primer y segundo sensores 160, 162. Aunque se pueden usar diferentes números y espaciados de sensores, las siguientes propiedades de espaciado no limitantes pueden ser ventajosas y formar una realización ilustrativa de la invención:
• los espaciados del primer y segundo sensores 160, 162 son cada una menores que la longitud del elemento de detección;
• los espaciados del primer y segundo sensores 160, 162 no son iguales entre sí;
• el espaciado del tercer sensor 164 es mayor que la longitud del elemento de detección; y
• el espaciado del tercer sensor 164 es menor que la longitud del vagón; más particularmente menor que el espaciado de los elementos de detección de un vagón del tren al siguiente.
Con la longitud ilustrativa del elemento de detección de aproximadamente 1,22 metros (4 pies) y la longitud del vagón de aproximadamente 2,44 metros (8 pies) proporcionada anteriormente, medidas aproximadas ventajosas para el primer, segundo y tercer espaciados del sensor son de aproximadamente 0,61 metros (2 pies), 0,91 metros (3 pies) y 1,52 metros (5 pies), respectivamente.
El PLC 124 está en comunicación de señales con las unidades de accionamiento 120 y las unidades de detección de posición 122. En términos generales, el PLC determina la posición del tren a partir de las unidades de detección de posición 122 y controla las unidades de accionamiento 120 (por ejemplo, a través de uno o más VFD) basado en el mismo. Como se usa en el presente documento, "comunicación de señales" se refiere a una comunicación eficaz para transmitir datos. Podrían emplearse varios dispositivos de comunicaciones alámbricos y/o inalámbricos para efectuar la comunicación de señales entre estos componentes.
La determinación de la "posición del tren", según se usa en el presente documento, se refiere en términos generales a la determinación de la ubicación física del tren y/o derivados del mismo, como la velocidad del tren y la aceleración/desaceleración del tren. La presente invención se centra principalmente en sistemas y métodos para determinar la posición del tren; los métodos mediante los cuales el PLC utiliza la posición determinada del tren para controlar los trenes pueden variar considerablemente dentro del alcance de la presente invención. Sin embargo, la presente invención, en una realización, puede utilizarse como apoyo de una rutina de control como la de la patente US 8.140.202, mencionada anteriormente, donde el PLC sincroniza las velocidades de las neumáticos motrices entre las estaciones de accionamiento cuando un tren pasa de una estación de accionamiento a la siguiente.
Un "PLC" debe entenderse generalmente como un dispositivo informático equipado para recibir entradas de sensores y generar salidas de control, y programable con una o más rutinas de control que gobiernan la relación operativa entre las entradas y salidas. Si bien el PLC puede ser un PLC especialmente diseñado, como los que se comercializan con ese fin, la presente invención no necesariamente se limita a esto.
Haciendo referencia a las figuras 9 y 10, el funcionamiento de la unidad de detección de posición 122 para determinar la posición del tren 114 se explicará con mayor detalle. Las figuras 9A-9G ilustran esquemáticamente las posiciones de los vagones 130 de tren delantero (líneas continuas) y trasero (líneas discontinuas) con elementos de detección 140, cuando pasan sobre el primer, segundo y tercer sensores de posición 150, 152, 154 (etiquetados A, B y C).
Cada uno de los sensores de posición tiene una salida alta/activada, indicativa de la presencia de un elemento de detección 140 y una salida baja/apagada, indicativa de la ausencia de un elemento de detección 140 (aunque estos estados podrían invertirse conservando la funcionalidad general descrita en este documento). La figura 10 ilustra la respuesta del sensor a lo largo del tiempo con los vagones de la figura 9 pasando por encima (para este ejemplo se usa una velocidad constante del vagón). Las activaciones de sensores para el vagón líder se muestran en líneas sólidas, mientras cambia a líneas discontinuas para activaciones por parte del vagón que lo sigue. Las líneas verticales etiquetadas 9A-9G en la figura 10 indican los estados de los sensores en las posiciones del vagón representadas en las figuras 9A-9G correspondientes.
En la figura 9A, el vagón principal sigue acercándose al sensor A, así todos los sensores A, B y C son bajos. Cuando el vagón líder alcanza la posición de la figura 9B, el elemento de detección está sobre el sensor A, pero aún no ha llegado al sensor B, entonces solo el sensor A es alto. En la posición de la figura 9C, el elemento de detección está sobre ambos sensores A y B, por lo que ambos sensores son altos. La figura 9D, el elemento de detección ha despejado el sensor A pero permanece sobre el sensor B, entonces el sensor A baja pero B permanece alto - hasta la posición de la figura 9F, cuando el sensor B también baja.
Sin discutir el sensor C por el momento, se apreciará que el uso de dos sensores (A y B), separados por menos de la longitud de un elemento de detección, ofrecen un indicador muy fiable de que un vagón ha pasado por encima de los sensores, sin necesidad de una lógica de rebote adicional para descartar la posibilidad de respuestas falsas intermitentes del sensor. Antes de que el PLC cuente que un vagón ha pasado, deberá ver los siguientes eventos, en el siguiente orden (para la dirección de avance, el orden sería inverso para un vagón que pasa en la dirección opuesta o inversa):
• el sensor A cambia a alto mientras que el sensor B está bajo;
• el sensor B cambia a alto mientras que el sensor A está alto;
• el sensor A cambia a bajo mientras que el sensor B está alto; y
• el sensor B cambia a nivel bajo mientras que el sensor A está bajo.
La probabilidad de que este orden de eventos ocurra sin que un vagón realmente pase sobre los sensores es extremadamente remota. También, la identificación de activaciones de sensores espurios con fines de detección de errores también es relativamente sencilla, y el PLC puede realizar una advertencia o indicación adecuada.
La inclusión del tercer sensor (C) reduce aún más la probabilidad de un reconocimiento falso; un ejemplo de recuento de vagones incluiría además: •
• el sensor C cambia a alto mientras que el sensor B está alto (posición de la figura 9E);
• el sensor B cambia a bajo mientras el sensor C está alto (y A está bajo, como se indicó anteriormente - posición de la figura 9F); y
• el sensor C cambia a bajo mientras B está bajo (posición de la figura 9G).
Además de minimizar aún más la posibilidad de un recuento falso, la adición de un tercer sensor tiene un valor significativo cuando se van a detectar una pluralidad de vagones conectados. En la posición de la figura 9G, el sensor A ha hecho la transición a nivel alto para el vagón que va detrás, y se verá que esta transición se produjo después de que el sensor B hiciera la transición a nivel bajo pero antes de que lo hiciera el sensor C. Por tanto, el PLC puede fácilmente interpretar esto como el comienzo del paso del segundo vagón en el tren, ya que hay continuidad de sensor (C a A) del vagón anterior.
Si bien el espacio entre dos sensores podría ajustarse para que el sensor B permanezca alto hasta que el próximo vagón active el sensor A, este resultado sería potencialmente ambiguo con una inversión de la dirección del tren que volvería a activar el sensor A. En la realización representada, la posibilidad de reversión se descartaría porque el sensor B tendría que hacer una transición alta nuevamente (y el sensor C una transición baja) antes de que una reversión pudiera resultar en la reactivación del sensor A. Además, un recuento de vagones que comienza con todos los sensores bajos indica claramente el comienzo de un tren, mientras que un conteo de vagones que termina con todos los sensores bajos indica claramente el final de un tren. Los diferentes espaciados 160, 162 del primer y segundo sensores facilitan además la discriminación entre diferentes eventos relacionados con el tren.
Si bien lo anterior representa un método y un sistema robustos para determinar de manera confiable y precisa la posición del tren, la presente invención no necesariamente se limita a esto. Por ejemplo, la unidad de detección de posición 222 podría usarse junto con otros componentes de detección de posición, tal como se describe en la patente US 8.140.202. También, podrían emplearse otras unidades de detección de posición 222.
Por ejemplo, haciendo referencia a las figuras 5 y 11, de acuerdo con una realización alternativa de la presente invención de una unidad de detección de posicionamiento 222, se usa un lector de etiquetas de datos para detectar y leer una pluralidad de etiquetas de datos 240 en la pluralidad de vagones 130. Cada una de las etiquetas de datos 240 almacena un identificador único (como el número de serie de un vagón), que es leída por la unidad de generación de pulso 222. Para cada tren 114 bajo su control, el PLC 124 almacena una lista de los identificadores únicos correspondientes al orden de los vagones 130. Opcionalmente, esta lista se introduce cuando el tren 114 correspondiente se pone en servicio.
Leyendo los identificadores, el PLC conoce la posición de cada vagón del tren 114. Esta posición del tren se puede utilizar para controlar las estaciones de accionamiento 120 sustancialmente como se describe en relación con la realización anterior. Adicionalmente, si la unidad de detección de posición 222 no puede leer un identificador donde y cuando se espera, posiblemente correspondiente a una etiqueta de datos faltante o dañada 240, el PLC 124 puede configurarse para llevar el tren 114 a una parada controlada hasta que se resuelva el problema. También, los identificadores pueden identificar no solo vagones individuales sino también clases o tipos de vagones. Por tanto, el PLC 124 también puede intervenir si se detectan identificadores correspondientes a vagones impropios en el sistema 110.
Si bien esta realización alternativa no se limita necesariamente a un tipo particular de etiqueta de datos y lector, una realización utiliza etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) para las etiquetas de datos 240 y un lector de etiquetas RFID correspondiente en la unidad de detección 222. Cada una de las etiquetas RFID 240 almacenaría electrónicamente el identificador y lo transmitiría al lector 222 cuando estuviera dentro del alcance. Las etiquetas RFID tienen la ventaja de que no es necesario ubicarlas en una superficie exterior de los vagones 130 y, por lo tanto, son más impermeables al desalojo u otros daños. Más ventajosamente, las etiquetas RFID 240 son pasivas y, por lo tanto, reciben energía de la señal recibida de la unidad de detección 222 y transmiten su identificador en respuesta. Por tanto, no es necesaria una fuente de energía separada para las etiquetas 240 y pueden permanecer en su lugar durante un período prolongado sin reemplazo de batería u otro mantenimiento. Sin embargo, alternativamente se podrían emplear etiquetas RFID activas.
Se proporcionan los ejemplos anteriores con fines ilustrativos y no limitativos; la presente invención no necesariamente se limita a esto. En lugar de ello, los expertos en la técnica apreciarán que las modificaciones de variación, así como adaptaciones para circunstancias particulares, caerán dentro del ámbito de la invención en el presente documento mostrada y descrita, y de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de control para un sistema de transporte ferroviario (10) para el transporte de materiales a granel, en el que el sistema de transporte ferroviario (10) incluye una pluralidad de vagones (16, 22, 24) adaptados para formar al menos dos trenes separados (14), y en el que al menos un vagón del tren (14) tiene un par de trenes laterales placas (28) y está adaptado para transportar los materiales a granel, incluyendo además el sistema de transporte ferroviario (10) al menos una estación de accionamiento (30, D1) para hacer contacto por fricción con las placas accionadoras laterales (28) para impartir un movimiento accionado a cada tren (14), comprendiendo el sistema de control:
una disposición de sensores múltiples que comprende al menos tres sensores (150, 152, 154), con un espaciado predeterminado conocido entre cada sensor que permite la detección secuencial de un elemento de detección de vagones (140) de al menos un vagón de cada uno de los trenes a medida que pasa el vagón, en el que el espaciado predeterminado entre un primer sensor (150) y un segundo sensor (152) de la disposición de sensores múltiples es menor que el espaciado predeterminado entre el segundo sensor (152) y un tercer sensor (154) de la disposición de sensores múltiples, para detectar el elemento de detección de vagones (140) de al menos un vagón de cada uno de los trenes,
en el que la disposición de sensores múltiples está adaptada para determinar la información de estado asociada con el al menos un vagón en el que la información de estado es al menos uno de la velocidad del vagón, velocidad del tren asociado con el vagón, tasa de aceleración del vagón, tasa de aceleración del tren asociada con el vagón, la dirección de movimiento del vagón, descarrilamiento del vagón, ubicación del vagón, ubicación del tren, o descarrilamiento del tren asociado al vagón.
2. El sistema de control de la reivindicación 1, en el que la disposición de múltiples sensores comprende un sensor de proximidad magnético.
3. El sistema de control de la reivindicación 1, en el que la disposición de múltiples sensores es una disposición de tres sensores.
4. El sistema de control de la reivindicación 3, en el que la disposición de tres sensores puede implementarse para detectar secuencialmente el elemento de detección de vagones (140) de al menos un vagón (16, 22, 24) del tren (14).
5. Un sistema de transporte ferroviario (10) para transportar materiales a granel, que incluye:
una pluralidad de vagones (14, 22, 24) adaptados para formar al menos dos trenes separados (14), al menos un vagón que tiene un par de placas de accionamiento laterales (28) y está adaptado para transportar los materiales a granel, un elemento de detección de vagón (140) asociado al menos a uno de los vagones,
una estación de accionamiento (30, D1) para hacer contacto por fricción con las placas accionadoras laterales (28) de al menos uno de los vagones para impartir un movimiento accionado a cada vagón contactado, y un sistema de un control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
6. El sistema de transporte ferroviario (10) de la reivindicación 5, que comprende además una segunda estación de accionamiento (D2) para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales (28) de al menos algunos de los vagones para impartir un movimiento accionado a cada vagón en contacto,
en el que la disposición de sensores múltiples es operativa para determinar una posición del tren con respecto a la segunda estación de accionamiento (D2) e iniciar la segunda estación de accionamiento (D2) de tal manera que se pueda impartir movimiento accionado al tren (14) en la segunda estación de accionamiento (D2) para mantener sustancialmente la misma velocidad del tren (14) que cuando el tren (14) estaba en la primera estación de accionamiento (D1).
7. El sistema de transporte ferroviario (10) de la reivindicación 5 o 6, en el que la estación de accionamiento (30, D1) incluye una unidad de accionamiento (120) y una disposición de neumático de accionamiento (32) para hacer contacto por fricción con las placas de accionamiento laterales (28) de al menos uno de los vagones, y en el que la unidad de accionamiento (120) está adaptada para controlar la disposición de neumático de accionamiento (32) en respuesta al estado determinado de uno de los vagones.
8. El sistema de transporte ferroviario (10) de la reivindicación 7, en el que la unidad de accionamiento (120) está adaptada para controlar la disposición de neumáticos de accionamiento (32) para aumentar el movimiento accionado desde la disposición de neumáticos de accionamiento (32) a un vagón acoplado a ella en respuesta a la información de estado determinada.
9. El sistema de transporte ferroviario (10) de la reivindicación 7, en el que la unidad de accionamiento (120) está adaptada para controlar la disposición de neumáticos de accionamiento (32) para disminuir el movimiento accionado desde la disposición de neumáticos de accionamiento (32) a un vagón acoplado en respuesta a la información de estado determinada.
10. El sistema de transporte ferroviario (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el elemento de detección de vagones 140 tiene un área efectiva tal que solo uno de los sensores (150, 152, 154) detecta el elemento de detección de vagones (140) a la vez.
11. El sistema de transporte ferroviario (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que a medida que cada vagón pasa cerca de la estación de accionamiento (30, D1, D2), cada sensor (150, 152, 154) detecta secuencialmente el elemento de detección de vagón (140) del vagón.
12. El sistema de transporte ferroviario (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 5-11, en el que el elemento de detección de vagones (140) es un elemento de metal alargado en la dirección de desplazamiento del vagón.
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