PL201405B1 - Układ łączności i sterowania hamowaniem pociągu kolejowego - Google Patents

Abstract

Uk lad zawiera dwie dwukierunkowe linie transmi- syjne (4, 5), umieszczone wzd lu z poci agu, g lówna jednostk e steruj aca (6) w lokomotywie, do laczona do obu linii transmisyjnych (4, 5) i do uk ladów sterowa- nia hamowaniem poci agu, wiele podrz ednych jedno- stek steruj acych (9), z których ka zda jest zainstalo- wana w poszczególnym wagonie osobowym lub towarowym i jest do laczona w wagonie osobowym lub towarowym do linii transmisyjnych (4, 5), do za- worów elektromagnetycznych, zwi azanych z pneu- matycznymi cylindrami hamulcowymi, a tak ze do urz adze n czujnikowych, zwi azanych z wagonem osobowym lub towarowym. G lówna jednostka steru- j aca (6) i podrz edne jednostki steruj ace (9) s a umieszczone dla komunikacji ze sob a poprzez linie transmisyjne (4, 5) zgodnie z okre slonym z góry protoko lem szeregowym. G lówna jednostka steruj a- ca (6) i podrz edne jednostki steruj ace (9) s a umiesz- czone w uk ladzie komunikacji ze sob a przy jednej czestotliwo sci roboczej w jednej z dwóch linii trans- misyjnych (4, 5) i przy drugiej, innej cz estotliwo sci roboczej f 1 w drugiej z tych linii transmisyjnych (4, 5). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ łączności i sterowania hamowaniem pociągu kolejowego.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego nr 0 976 633 układ łączności i sterowania hamowaniem pociągu kolejowego, w którym w przypadku, gdy linia transmisji informacji i linia zasilania energią elektryczną są umieszczone fizycznie w pobliżu siebie, mogą wystąpić zakłócenia typu przesłuchu w wyniku sprzężenia pojemnościowego i/lub indukcyjnego.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.324523 układ sterowania wieloma urządzeniami elektrycznymi, zawierający centralny sterownik do sterowania funkcjami urządzeń i sieć włączona między centralnym sterownikiem a urządzeniami. Sieć zawiera wiele regulatorów dla urządzeń dostarczających sygnały napędzające urządzenia elektryczne, przy czym liczba regulatorów jest mniejsza od liczby urządzeń. Sieć zawiera także urządzenia inteligentne, umożliwiające komunikacje poprzez sieć od centralnego sterownika do urządzeń.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 5 630 565 sterownik hamulców elektropneumatycznych dla pociągu mającego co najmniej jedną lokomotywę i wiele wagonów. Lokomotywa ma przednie i tylne złącze elektryczne do łączenia ze sobą linii zasilania i sterowania z sąsiednią lokomotywą. Każdy wagon jest dołączony elektrycznie szeregowo do sąsiedniego wagonu, tworząc linie elektropneumatyczną i ma hamulec elektropneumatyczny sterowany przez sterownik umieszczony w lokomotywie, poprzez tę linię . Pierwszy kabel łączy sterownik ze złączem przednim lokomotywy dla zasilania sterownika i zapewniania łączności przez sterownik poprzez linię pociągu, a drugi kabel łączy linię elektropneumatyczną pierwszego wagonu w pociągu z tylnym złączem dla zapewnienia łączności między sterownikiem i hamulcami elektropneumatycznymi w każdym wagonie poprzez linię pociągu i linię elektropneumatyczną.

Układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że główna jednostka sterująca i podrzędne jednostki sterujące są umieszczone w układzie komunikacji ze sobą przy jednej częstotliwości roboczej f0 w jednej z dwóch linii transmisyjnych i przy drugiej, innej częstotliwości roboczej f1 w drugiej z tych linii transmisyjnych.

Korzystnie układ według wynalazku zawiera układ zasilania energią eklektyczną, zainstalowany w co najmniej jednej lokomotywie i dołączony do obu linii transmisyjnych dla dostarczania energii elektrycznej zasilania wzdłuż pociągu poprzez linie transmisyjne, w szczególności do podrzędnych jednostek sterujących, przy czym główna jednostka sterująca jest umieszczona dla sterowania za każdym razem w fazie początkowej układem zasilania dla doprowadzania energii początkowo tylko do pierwszej z linii transmisyjnych i pracy głównej jednostki sterującej przy częstotliwości roboczej f0 wybranej z góry spośród pierwszej częstotliwości roboczej f0 i drugiej częstotliwości roboczej f1, a każda podrzędna jednostka sterująca jest sterowalna dla identyfikacji w fazie początkowej, przez którą z linii transmisyjnych początkowo odbiera ona energię elektryczną zasilania, a następnie dla komunikacji z główną jednostką sterującą (6), przy wybranej z góry częstotliwości roboczej f0 w tak zidentyfikowanej linii oraz przy drugiej częstotliwości roboczej f1 w drugiej linii transmisyjnej.

Korzystnie główna jednostka sterująca i podrzędne jednostki sterujące zawierają każdą poszczególną parę nadajników-odbiorników dołączonych do jednej lub drugiej linii transmisyjnej i programowalnych do pracy przy różnych częstotliwościach roboczych f0, f1.

Korzystnie nadajniki-odbiorniki głównej jednostki sterującej i podrzędnych jednostek sterujących mają identyczną strukturę.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie układu łączności sterowania hamowaniem pociągu kolejowego, w którym są wyeliminowane lub znacznie ograniczone zakłócenia typu przesłuchu. Układ łączności i sterowania według wynalazku pokonuje problemy występujące w poprzednich układach, związane z rozchodzeniem się informacji sterującej hamulcami poprzez elementy pneumatyczne. To jest szczególnie dogodne w przypadku bardzo długich pociągów kolejowych czyli mających bardzo duża liczbę wagonów osobowych lub towarowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w schemacie blokowym pociąg kolejowy wyposażony w układ łączności i sterowania według wynalazku, fig. 2 w schemacie blokowym pociąg kolejowy, w którym jeden wagon osobowy lub towarowy jest umieszczony odwrotnie względem pociągu z fig. 1.

Figura 1 przedstawia pociąg kolejowy 1 zawierający główną lokomotywę 2 i wiele wagonów osobowych lub towarowych 3. Lokomotywa 2 jest na przykład lokomotywą elektryczną lub lokomotywą

PL 201 405 B1 z silnikiem Diesla. Wagony osobowe lub towarowe 3 są wagonami do transportowania pasaż erów lub towarów.

Pociąg 1 z fig. 1 jest wyposażony w układ łączności i sterowania, zawierający pierwszą i drugą dwukierunkowe linie transmisyjne 4 i 5, które są umieszczone równolegle względem siebie wzdłuż całego pociągu do lokomotywy i przez różne wagony osobowe lub towarowe 3.

Linie transmisyjne 4 i 5 są utworzone na przykład przez skręconą parę linii przewodowych. Każda z tych linii zawiera sekcje lub części, które są umieszczone w lokomotywie i każdym z wagonów oraz które są połączone ze sobą pomiędzy lokomotywą 2 i następnym, sąsiednim wagonem osobowym lub towarowym 3, jak również pomiędzy poszczególnymi wagonami osobowymi lub towarowymi 3, za pomocą sekcji sprzęgających lub łączących 4a i 5a.

Linie transmisyjne 4 i 5 są stosowane do transmisji energii elektrycznej wzdłuż pociągu, jak również informacji lub sygnałów stanu typu szeregowego, stosując tak zwaną technikę fali nośnej.

Układ łączności i sterowania zawiera główną jednostkę sterującą 6 zainstalowaną w lokomotywie 2 i zawierającą sterujący mikroprocesor 50 dołączony do linii transmisyjnych 4 i 5 przez nadajnikiodbiorniki 6a i 6b.

Główna jednostka sterująca 6 jest dołączona do układu sterowania 7 hamowaniem pociągu, zainstalowanego w lokomotywie i obsługiwanego ręcznie lub automatycznie.

W lokomotywie 2, pomiędzy liniami transmisyjnymi 4 i 5, jest włączony układ zasilania 8 mający dwa wyjścia do dostarczania do tych linii koniecznych prądów elektrycznych do zasilania urządzeń elektrycznych i elektronicznych, zainstalowanych w wagonach osobowych lub towarowych 3, które zostaną opisane dalej bardziej szczegółowo. Układ zasilania 8 jest sterowany przez mikroprocesor 50, na przykład w sposób opisany dalej i może być włączony do głównej jednostki sterującej 6.

W każdym wagonie osobowym lub towarowym 3 jest zainstalowana podrz ędna jednostka sterująca 9, zawierająca mikroprocesor 51 z dwoma wejściami 51a, 51b zasilania napięciem, kolejno dołączonymi do linii transmisyjnych 4 i 5. Mikroprocesor 51 jest także dołączony do linii transmisyjnych 4 i 5 przez kolejne dwa nadajniki-odbiorniki 9a i 9b.

Mikroprocesor 51 każdej podrzędnej jednostki sterującej 9 jest przystosowany do odbioru energii elektrycznej koniecznej do działania, jak również sygnałów sterujących oraz do odbioru/nadawania informacji lub sygnałów stanu przez linie transmisyjne 4 i 5.

Urządzenia czujnikowe 10 są dołączone do jednostki sterującej 9 w każdym wagonie osobowym lub towarowym 3 i są przystosowane do dostarczania do mikroprocesora 51 sygnałów elektrycznych, wskazujących warunki lub stany urządzeń pokładowych, na przykład zaworów elektromagnetycznych układu hamulcowego, i/lub sygnałów elektrycznych, wskazujących wartości przyjmowane przez kontrolowane parametry, takie jak ciśnienia hamulców pneumatycznych, ciężar oddziałujący na zawieszenie itd.

Jednostka sterująca 9 każdego wagonu osobowego lub towarowego 3 jest ponadto dołączona do elektropneumatycznych urządzeń uruchamiających 11, takich jak zawory elektromagnetyczne, które sterują doprowadzaniem i usuwaniem sprężonego powietrza z cylindrów hamulcowych 12, związanych z wagonem osobowym lub towarowym 3.

Pociąg kolejowy 1 zawiera pneumatyczny układ hamulcowy, zawierający przewód pneumatyczny 13, który jest umieszczony wzdłuż całego pociągu. Na pokładzie każdego wagonu osobowego lub towarowego 3 przewód pneumatyczny 13 jest dołączony do pneumatycznego rozdzielacza 14 sterującego hamulcami, uruchamianego dla sterowania dostarczaniem sprężonego powietrza z co najmniej jednego pomocniczego, pokładowego zbiornika 15 do cylindrów hamulcowych 12 wagonu osobowego lub towarowego 3.

Na pokładzie lokomotywy 2 ciśnienie przewodu pneumatycznego 13 jest regulowane za pomocą układu elektropneumatycznego 17, związanego z układem sterowania 7, przez usuwanie sprężonego powietrza doprowadzanego z pneumatycznych układów zasilania. Przewód pneumatyczny 13 jest utrzymywany w normalnym stanie na przykład przy ciśnieniu 5 barów.

W standardowych pneumatycznych ukł adach hamulcowych informacja sterują ca hamowaniem jest reprezentowana przez redukcję ciśnienia w przewodzie pneumatycznym 13, na przykład od 5 do 3,5 barów, po czym rozdzielacze 14 poszczególnych wagonów osobowych lub towarowych 3 powodują dostarczanie powietrza pod ciśnieniem ze zbiorników 15 do cylindrów hamulcowych 12. W takich układach po hamowaniu ciśnienie w głównym przewodzie pneumatycznym 13 jest zwiększane ponownie do wartości znamionowej w wyniku dostarczenia powietrza pod ciśnieniem do zbiorników 15 wagonów osobowych lub towarowych 3 przez związane z nimi rozdzielacze 14.

PL 201 405 B1

Przy zastosowaniu układu łączności i sterowania według wynalazku, informacja sterująca hamowaniem jest normalnie przesyłana już nie przez elementy pneumatyczne poprzez główny przewód pneumatyczny 13, lecz raczej przez elementy elektryczne poprzez sygnały sterujące hamulcami szeregowymi, które główna jednostka sterująca 6 lokomotywy 2 przesyła do podrzędnej jednostki sterującej 9 poszczególnych wagonów osobowych lub towarowych 3 poprzez jedną z linii transmisyjnych 4 i 5. Po odbiorze sygnałów sterujących hamulcami podrzędne jednostki sterujące 9 wagonów osobowych lub towarowych 3 sterują zaworami elektromagnetycznymi 11 w taki sposób, że powodują przejście powietrza pod ciśnieniem ze zbiorników 15 do cylindrów hamulcowych 12, omijając rozdzielacze 14.

Po hamowaniu, w następnej fazie zwalniania hamulca, doprowadzanie powietrza pod ciśnieniem do zbiorników 15 wagonów osobowych lub towarowych 3 jest jednak zapewniane za pomocą głównego przewodu pneumatycznego 13.

Obecność rozdzielacza 14 na pokładzie każdego wagonu osobowego lub towarowego umożliwia dostarczanie informacji sterującej hamulcami przez elementy pneumatyczne, w wyniku sterowanej redukcji ciśnienia w głównym przewodzie pneumatycznym 13, jeżeli elektroniczny układ łączności i sterowania, związany z liniami transmisyjnymi 4 i 5, jest w stanie awarii w wyniku uszkodzenia, które nie jest możliwe do natychmiastowej naprawy.

W układzie łączności i sterowania główna jednostka sterująca 6 jest umieszczona na pokładzie lokomotywy 2 dla dostarczania do podrzędnych jednostek sterujących 9 wagonów osobowych lub towarowych 3 priorytetowych sygnałów sterujących hamulcami, wykorzystujących jedną z dwóch linii transmisyjnych 4 lub 5, i okresowo dla odbioru z każdej z podrzędnych jednostek sterujących 9 informacji lub sygnałów stanu przez inne linie. Układ ma wiec redundancję wewnętrzną dzięki obecności dwóch linii transmisyjnych wzdłuż całego pociągu.

W praktyce jest korzystne, gdy linie transmisyjne 4 i 5, przynajmniej zgodnie z częściami sprzę gającymi lub łączącymi 4a, 5a, są umieszczone blisko siebie. W szczególności jest korzystne, gdy dla wzajemnego połączenia pomiędzy dwoma wagonami osobowymi lub towarowymi 3 albo pomiędzy lokomotywą 2 i dowolnymi wagonami osobowymi lub towarowymi 3 jest stosowane pojedyncze złącze, przez które jest osiągana elektryczna ciągłość dla obu linii transmisyjnych 4 i 5.

W celu eliminacji lub przynajmniej znacznego ograniczenia możliwości wystąpienia zakłóceń typu przesłuchu pomiędzy dwiema liniami transmisyjnymi 4 i 5, główna jednostka sterująca 6 lokomotywy 2 i podrzędne jednostki sterujące 9 wagonów osobowych lub towarowych 3 są przystosowane do komunikacji pomiędzy sobą przy pierwszej częstotliwości roboczej w jednej z linii transmisyjnych oraz przy drugiej, innej częstotliwości roboczej w drugiej z tych linii transmisyjnych. Zatem nadajnikiodbiorniki 6a i 9a, które w lokomotywie i różnych wagonach osobowych lub towarowych są dołączone do linii transmisyjnej 4, są dostrajane do działania przy pierwszej częstotliwości roboczej f0 różnej od częstotliwości roboczej f1, do której są dostrojone nadajniki-odbiorniki 6b i 9b łączące się z inną linią transmisyjną 5. Te nadajniki-odbiorniki są na przykład tego samego typu, zdolne do działania przy częstotliwości transmisyjnej f0 ± 10% f0. Częstotliwość f0 wynosi na przykład 156 kbit/s. Takie nadajniki-odbiorniki są typu strojonego do częstotliwości na podstawie sygnałów dostarczanych przez mikroprocesory 50 i 51 związane z nimi.

W celu zapobiegania zakł óceniom typu przesł uchu, nadajniki-odbiorniki dołączone do linii transmisyjnej 4 są na przykład strojone do pracy przy częstotliwości f0, przy czym nadajniki-odbiorniki przystosowane do linii transmisyjnej są strojone do pracy przy częstotliwości f1 = f0 + 10% f0.

Dla uproszczenia działań związanych z pociągiem jest wskazane, żeby wagon osobowy lub towarowy mógł być dołączony do lokomotywy lub sąsiednich wagonów osobowych lub towarowych jednakowo łatwo w jednym lub drugim z dwóch możliwych ustawień pod kątem 180° względem siebie. W tym celu linie transmisyjne 4 i 5 oraz urządzenie do nich dołączone nie zakłócają się, z możliwoś cią wzajemnego łączenia ze sobą jednego wagonu osobowego lub towarowego w jednym lub drugim z możliwych ustawień. Sekcje linii transmisyjnych 4 i 5, które przecinają się, odchodząc od jednego wagonu osobowego lub towarowego, muszą przynajmniej w sekcjach końcowych być umieszczone symetrycznie dla uzyskania dwóch ciągłych i oddzielnych linii transmisyjnych, nawet jeżeli jeden lub więcej wagonów osobowych lub towarowych jest połączonych wzajemnie w pociągu o odwrotnym ustawieniu niż w przypadku wagonu 3' z fig. 2.

Jednak w celu zapewnienia operacyjności układu z wagonami osobowymi lub towarowymi dołączonymi w jednym lub drugim ustawieniu i chcąc pracować przy dwóch różnych częstotliwościach roboczych na jednej i drugiej linii transmisyjnej, nie jest możliwe określenie z góry natychmiast i wszystkich częstotliwości roboczych dwóch nadajników-odbiorników 9a i 9b każdego wagonu osobowego lub

PL 201 405 B1 towarowego. W rzeczywistości w wagonie 3 z fig. 2, który ma przeciwne ustawienie względem odpowiedniego wagonu z fig. 1, nadajnik-odbiornik 9b będzie dołączony do linii transmisyjnej 4 zamiast do linii transmisyjnej 5, jak w przypadku z fig. 1.

W układzie według wynalazku za każdym razem, gdy faza początkowa jest wywoływana za pomocą układu zleceń 53 dołączonego, do mikroprocesora 50, główna jednostka sterująca 6 umieszczona w lokomotywie jest zdolna do sterowania układem zasilania 8 tak, że układ zasilania 8 początkowo dostarcza energię elektryczną tylko do określonej z góry linii transmisyjnej 4 lub 5, na przykład linii transmisyjnej 4, która następnie działa przy wybranej z góry częstotliwości roboczej, na przykład częstotliwości f0. Podrzędne jednostki sterujące 9, umieszczone na pokładzie różnych wagonów osobowych lub towarowych 3, są teraz zdolne do identyfikacji w fazie początkowej, poprzez którą spośród dwóch linii transmisyjnych odbierają one początkowo energię elektryczną zasilania i w wyniku tego następuje łączność z główną jednostką sterującą 6 lokomotywy 2 przy wybranej z góry częstotliwości roboczej f0 w tak określonej linii, a przy drugiej częstotliwości roboczej f1 = f0 + 10% f0 w drugiej linii transmisyjnej.

Po dokonaniu przydzielenia częstotliwości roboczej do dwóch linii transmisyjnych, układ jest dopuszczony do pracy niezależnie od ustawienia, w którym wagony osobowe lub towarowe zostały połączone ze sobą w skład pociągu.

Wynalazek znajduje zastosowanie również w środkach komunikacji, zwłaszcza szynowej.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ łączności i sterowania hamowaniem pociągu kolejowego, który ma co najmniej jedną lokomotywę i wiele wagonów osobowych lub towarowych, zawierający dwie dwukierunkowe linie transmisyjne, które są umieszczone wzdłuż pociągu, główną jednostkę sterującą, zainstalowaną w lokomotywie i dołączona w tej lokomotywie do obu linii transmisyjnych i do ukł adów sterowania hamowaniem pociągu, wiele podrzędnych jednostek sterujących, z których każda jest zainstalowana w poszczególnym wagonie osobowym lub towarowym i jest dołączona w wagonie osobowym lub towarowym do linii transmisyjnych, do zaworów elektromagnetycznych, związanych z pneumatycznymi cylindrami hamulcowymi, a także do urządzeń czujnikowych, związanych z wagonem osobowym lub towarowym, a główna jednostka sterująca i podrzędne jednostki sterujące są umieszczone dla komunikacji ze sobą poprzez linie transmisyjne zgodnie z określonym z góry protokołem szeregowym, przy czym główna jednostka sterująca jest umieszczona dla nadawania sygnałów sterujących hamulcami szeregowymi do podrzędnych jednostek sterujących i dla odbioru informacji lub sygnałów stanu również typu szeregowego, pochodzących z podrzędnych jednostek sterujących, poprzez linie transmisyjne, znamienny tym, że główna jednostka sterująca (6) i podrzędne jednostki sterujące (9) są umieszczone w układzie komunikacji ze sobą przy jednej częstotliwości roboczej f0 w jednej z dwóch linii transmisyjnych (4, 5) i przy drugiej, innej częstotliwości roboczej f1 w drugiej z tych linii transmisyjnych (4, 5).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera układ zasilania (8) energią eklektyczną, zainstalowany w co najmniej jednej lokomotywie (2) i dołączony do obu linii transmisyjnych (4, 5) dla dostarczania energii elektrycznej zasilania wzdłuż pociągu (1) poprzez linie transmisyjne (4, 5), w szczególnoś ci do podrzędnych jednostek sterujących (9), przy czym główna jednostka sterująca (6) jest umieszczona dla sterowania za każdym razem w fazie początkowej układem zasilania (8) dla doprowadzania energii początkowo tylko do pierwszej z linii transmisyjnych (4, 5) i pracy głównej jednostki sterującej (6) przy częstotliwości roboczej f0 wybranej z góry spośród pierwszej częstotliwości roboczej f0, i drugiej częstotliwości roboczej f1, a każda podrzędna jednostka sterująca (9) jest sterowalna dla identyfikacji w fazie początkowej, przez którą z linii transmisyjnych (4, 5) początkowo odbiera ona energię elektryczną zasilania, a następnie dla komunikacji z główną jednostką sterującą (6) przy wybranej z góry częstotliwości roboczej f0 w tak zidentyfikowanej linii oraz przy drugiej częstotliwości roboczej f1 w drugiej linii transmisyjnej (4, 5).
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że główna jednostka sterująca (6) i podrzędne jednostki sterujące (9) zawierają każdą poszczególną parę nadajników-odbiorników (6a, 6b), (9a, 9b) dołączonych do jednej lub drugiej linii transmisyjnej (4, 5) i programowalnych do pracy przy różnych częstotliwościach roboczych f0, f1.
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że nadajniki-odbiorniki (6a, 6b), (9a, 9b) głównej jednostki sterującej (6) i podrzędnych jednostek sterujących (9) mają identyczną strukturę.