распределенная система мониторинга безопасности с контуром безопасности и способ тестирования такой системы

Формула изобретения

1. Устройство мониторинга безопасности для железнодорожного транспортного средства, содержащее: датчик для подачи сигнала, относящегося к безопасности, по меньшей мере, первое реле безопасности, имеющее два основных вывода и вывод управления для замыкания и размыкания электрического соединения между основными выводами, по меньшей мере, первую тестовую цепь, содержащую: тестовый источник питания, тестовое устройство детектирования тока, первое тестовое средство переключения, предназначенное для переключения устройства мониторинга безопасности между рабочим режимом и первым тестовым режимом таким образом, что в первом тестовом режиме основные выводы первого реле безопасности соединены между тестовым источником питания и устройством детектирования тока, в то время как в рабочем режиме основные выводы первого реле безопасности отсоединены от тестового источника питания, и устройство управления, соединенное с датчиком, с выводом управления первого реле безопасности, с первым тестовым средством переключения и с тестовым устройством детектирования тока, при этом устройство управления содержит: средство для управления переключением устройства мониторинга безопасности между первым тестовым режимом и рабочим режимом, и средство для мониторинга сигнала, относящегося к безопасности, и для размыкания или замыкания первого реле безопасности, в зависимости от сигнала, относящегося к безопасности, в рабочем режиме устройства мониторинга безопасности.

2. Устройство мониторинга безопасности по п.1, в котором устройство управления дополнительно содержит средство для размыкания и замыкания первого реле безопасности, в соответствии с заданной последовательностью переключения, и вырабатывания результатов тестирования, в зависимости от отклика устройства детектирования тока во время последовательности переключения в первом тестовом режиме.

3. Устройство мониторинга безопасности по любому из предыдущих пунктов, в котором реле безопасности представляет собой твердотельное реле.

4. Устройство мониторинга безопасности по п.1, в котором первое тестовое средство переключения включает в себя: расположенный перед ним тестовый переключатель для замыкания и размыкания расположенного перед ним ответвления первой тестовой цепи между положительным выводом тестового источника питания и первым из основных выводов реле безопасности; и расположенный после него тестовый переключатель, предназначенный для замыкания и размыкания расположенного после него ответвления первой тестовой цепи между вторым основным выводом реле безопасности и заземлением устройства мониторинга безопасности, соединенного с отрицательным выводом тестового источника питания.

5. Устройство мониторинга безопасности по п.4, в котором устройство детектирования тестового тока расположено во втором ответвлении цепи.

6. Устройство мониторинга безопасности по п.4, в котором тестовый источник питания представляет собой источник питания постоянного тока, и в расположенном перед ним ответвлении первой тестовой цепи предусмотрен диод, предотвращающий любое протекание тока в направлении положительного вывода тестового источника питания.

7. Устройство мониторинга безопасности по любому из пп.1, 2 или 4, в котором первое реле безопасности, первое тестовое средство переключения и тестовое устройство детектирования тока включают в себя оптосоединители, предназначенные для поддержания электрической изоляции устройства управления от тестовой цепи.

8. Устройство мониторинга безопасности по любому из пп.1, 2 или 4, дополнительно содержащее: второе реле безопасности, имеющее два основных вывода и вывод управления, соединенный с устройством управления для замыкания и размыкания электрического соединения между основными выводами второго реле безопасности, и вторую тестовую цепь, содержащую второе тестовое средство переключения, соединенное с устройством управления, для переключения устройства мониторинга безопасности между вторым тестовым режимом и рабочим режимом, таким образом, что во втором тестовом режиме основные выводы второго реле безопасности соединены между тестовым источником питания и тестовым устройством детектирования тока, в то время как в рабочем режиме основные выводы второго реле безопасности отсоединены от локального тестового источника питания.

9. Устройство мониторинга безопасности по п.8, в котором размыкание первого реле безопасности инициируют путем прерывания сигнала управления переменного тока, подаваемого устройством управления, в то время как размыкание второго реле безопасности инициируют в результате прерывания сигнала управления постоянного тока, подаваемого устройством управления.

10. Устройство мониторинга безопасности по п.8, в котором устройство детектирования тока содержит детектор тока, соединенный с первой тестовой цепью и со второй тестовой цепью.

11. Распределенная система мониторинга безопасности, содержащая: множество распределенных устройств мониторинга безопасности по любому из пп.1, 2 или 4, по меньшей мере, первый контур безопасности, взаимно соединяющий первые реле безопасности из множества устройств мониторинга безопасности, последовательно через их основные выводы, общий источник питания, соединенный с первым контуром безопасности, и общий детектор тока, соединенный с контуром безопасности для детектирования размыкания, по меньшей мере, одного из первых реле безопасности из множества распределенных устройств мониторинга безопасности.

12. Распределенная система мониторинга безопасности по п.11, в которой множество распределенных устройств мониторинга безопасности заключены в распределенном устройстве мониторинга безопасности, содержащем: второе реле безопасности, имеющее два основных вывода и вывод управления, соединенный с устройством управления, для замыкания и размыкания электрического соединения между основными выводами второго реле безопасности, и вторую тестовую цепь, содержащую второе тестовое средство переключения, соединенное с устройством управления, для переключения устройства мониторинга безопасности между вторым тестовым режимом и рабочим режимом таким образом, что во втором тестовом режиме основные выводы второго реле безопасности соединены между тестовым источником питания и тестовым устройством детектирования тока, в то время как в рабочем режиме основные выводы второго реле безопасности отсоединены от локального тестового источника питания, и при этом распределенная система мониторинга безопасности дополнительно содержит: второй контур безопасности, взаимно соединяющий вторые реле безопасности множества устройств мониторинга безопасности последовательно через их основные выводы, причем общий источник питания подает питание в первый и второй контуры безопасности, и устройство детектирования тока выполнено с возможностью детектирования размыкания, по меньшей мере, одного из первого и второго реле безопасности из множества распределенных устройств мониторинга безопасности.

13. Распределенная система мониторинга безопасности по п.11, в которой общий источник питания изолирован от тестовых источников питания распределенных устройств мониторинга безопасности.

14. Распределенная система мониторинга безопасности по п.11, в которой первые реле безопасности разомкнуты в отсутствии сигнала управления на выводе управления.

15. Железнодорожное транспортное средство, в котором предусмотрены множество тележек и система мониторинга безопасности по п.12, в котором в каждой тележке предусмотрено, по меньшей мере, одно из устройств мониторинга безопасности системы мониторинга безопасности.

16. Способ тестирования системы мониторинга безопасности по п.11, в котором первые тестовые цепи из множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают в первый тестовый режим для проведения первого теста.

17. Способ тестирования системы мониторинга безопасности по п.12, содержащий первый тест, в котором первые тестовые цепи из множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают в тестовый режим, и второй следующий этап, на котором вторые тестовые цепи из множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают во второй тестовый режим.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к распределенной системе безопасности и, более конкретно, к системе безопасности, в которой предусмотрен контур безопасности для соединения распределенных устройств безопасности, таких как устройства отслеживания вибрации в железнодорожном транспортном средстве. Изобретение также относится к устройству мониторинга безопасности, предназначенному для использования в таком контуре безопасности, а также к способу тестирования такой системы.

Уровень техники

Система мониторинга вибрации для железнодорожного транспортного средства известна из документов DE 100 20 519, DE 100 20 520 и DE 100 20 521. Один или больше акселерометров, предпочтительно трехосевых акселерометров, соединены с центральным процессорным устройством, расположенным в удаленном местоположении железнодорожного состава. Хотя конфигурация такого типа может доказать свою способность для мониторинга в конкретных системах транспортных средств, таких как тормоза, тележки или корпуса вагонов с целью диагностики, оно не обеспечивает уровень безопасности и надежность, требуемую для компонентов безопасности. В частности, передача сигналов ускорения от акселерометров в модуль дистанционной обработки не обеспечивает достаточное соотношение сигнал-шум. Кроме того, отказ одного акселерометра или центрального процессорного устройства может остаться не детектированным. Существующие попытки воплотить устройство детектирования нестабильности основаны на датчиках (например, акселерометрах) и дистанционно установленном модуле обработки на основе программных средств, которые не обеспечивают возможность выполнения требований обеспечения безопасности и надежности в соответствии со стандартами CENELEC EN 50126-50129 и, следовательно, не могут быть сертифицированы, как безопасные. В то время как риск нестабильности уменьшается в результате установки таких устройств, его нельзя свести к 0, поскольку все еще возможна не детектируемая неисправность устройства мониторинга во время нестабильной работы.

Распределенные системы мониторинга безопасности, основанные на локальных модулях мониторинга, взаимно соединенные через контур безопасности, известны в данной области техники. Примеры использования таких систем в железнодорожных транспортных средствах известны тем, что они выполнены для отслеживания закрывания дверей, активации тормозов или разъединения вагонов.

В GB 1 345 955 предусмотрена компоновка цепи управления, продолжающаяся по всей длине поезда и которая используется в соответствии с требованиями операций обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте, для дистанционного управления и мониторинга операций расцепки, для дистанционного управления устройствами управления тормозами вагонов, и для самомониторинга своих операций и изоляции. Она содержит в тяговом модуле поезда центральный механизм отключения, функционально соединенный с контролером изоляции, который, в свою очередь, соединен с устройством тревоги, которое срабатывает для обозначения пробоя или неисправности в компоновке цепей, устройство тревоги также соединено с контролером условий для отключения механизма, и такой контролер условий используется для определения, соответствует или нет способ, в соответствии с которым работает поезд, установкам центрального механизма отключения, импульсный передатчик расцепки и импульсный передатчик тормозов, каждый из которых соединен, соответственно, с контролером условий и механизмом отключения, и источник питания, а также клавиши дистанционного управления, каждые из которых соединены, соответственно, с механизмом отключения. Центральные механизмы отключения включают в себя чувствительное устройство, подключенное к контуру безопасности, который продолжается через все вагоны и который выполнен с возможностью предоставления цепи управления через все вагоны, в результате чего можно выполнять мониторинг всего поезда.

В DE 10026836 C1 раскрыта компоновка цепи безопасности, продолжающаяся по всей длине поезда. Устройство мониторинга контура безопасности использует источник постоянного тока для тестирования контактов тормозов в пределах контура безопасности, включенных последовательно с активаторами, перед их работой. По меньшей мере, два датчика тока, расположенные в разных положениях в контуре безопасности, используются в процедуре тестирования. Активаторы тестируют последовательно, и время тестирования чрезмерно увеличивается с увеличением количества активаторов и размеров поезда.

В EP 1 256 480 раскрыт детектор соединения реле для электрического транспортного средства с электродвигателем, питаемым от источника питания высокого постоянного напряжения. В транспортном средстве предусмотрено основное электромеханическое реле для включения или прерывания подачи электрического тока от источника питания в цепи нагрузки. Размыканием и замыканием основного реле управляют с помощью катушки реле, для которой предусмотрено центральное процессорное устройство (ЦПУ). Реле имеет пару положительного и отрицательного выводов на стороне питания, постоянно соединенных с положительными и отрицательными выводами источника питания постоянного высокого напряжения и пару положительных и отрицательных выводов на стороне нагрузки. Тестовая цепь включена между положительным выводом стороны нагрузки реле и промежуточным выводом источника питания постоянного высокого напряжения. Тестовая цепь включает в себя тестовый детектор тока, включенный последовательно с тестовым переключателем для замыкания и размыкания тестовой цепи. Для тестирования основного реле тестовый переключатель замыкают, в катушку основного реле подают питание для замыкания и размыкания основного реле, и ток в тестовой цепи детектируют с помощью детектора тока. Хотя такое устройство доказало свою эффективность, когда требуется отслеживать только одно основное реле, его трудно использовать в контуре безопасности, который включает в себя множество реле безопасности, включенных последовательно с общим источником питания.

Следовательно, все еще сохраняется потребность в системе мониторинга безопасности, которая исключает не детектируемую неисправность во время работы самой системы мониторинга и не приводит к чрезмерному удлинению процедуры запуска.

Сущность изобретения

Приведенные выше недостатки предшествующего уровня техники решаются с помощью настоящего изобретения. В соответствии с одним аспектом изобретения предусмотрено устройство мониторинга безопасности для железнодорожного транспортного средства, содержащее:

датчик для подачи сигнала, относящегося к безопасности,

по меньшей мере, первое реле безопасности, имеющее два основных вывода и вывод управления для замыкания и размыкания электрического соединения между основными выводами, по меньшей мере, первую тестовую цепь, содержащую:

тестовый источник питания,

тестовое устройство детектирования тока,

первое тестовое средство переключения, предназначенное для переключения устройства мониторинга безопасности между рабочим режимом и первым тестовым режимом таким образом, что в первом тестовом режиме основные выводы первого реле безопасности подсоединены между тестовым источником питания и устройством детектирования тока, в то время как в рабочем режиме основные выводы первого реле безопасности отсоединены от тестового источника питания, и

устройство управления, соединенное с датчиком, к выводу управления первого реле безопасности, к первому тестовому средству переключения и к тестовому устройству детектирования тока, устройство управления, содержащее:

средство для управления переключением устройства мониторинга безопасности между первым тестовым режимом и рабочим режимом, и

средство для мониторинга сигнала, относящегося к безопасности, и для размыкания или замыкания первого реле безопасности, в зависимости от сигнала, относящегося к безопасности, в рабочем режиме устройства мониторинга безопасности.

Основные выводы реле безопасности могут быть соединены с контуром безопасности, который, в рабочем режиме, по меньшей мере, соединен с внешним источником питания и с детектором для детектирования размыкания и замыкания реле безопасности. Первая тестовая цепь предоставляет средство для локального тестирования первого реле безопасности в первом тестовом режиме. Следовательно, в контуре безопасности, содержащем множество таких устройств мониторинга безопасности, можно одновременно тестировать все реле безопасности, что существенно снижает время тестирования.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления устройство управления дополнительно содержит средство для размыкания и замыкания первого реле безопасности, в соответствии с заданной последовательностью переключения и вырабатывания результата тестирования, в зависимости от отклика устройства детектирования тока во время последовательности переключения в первом тестовом режиме. Последовательность может представлять собой простую последовательность ЗАМЫКАНИЯ-РАЗМЫКАНИЯ-ЗАМЫКАНИЯ, или более сложную последовательность, если необходимо.

Если устройство мониторинга безопасности требуется использовать в жестких условиях среды, например на тележке железнодорожного транспортного средства, реле безопасности предпочтительно должно представлять собой твердотельное реле, то есть реле без движущихся деталей.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления первое тестовое средство переключения включает в себя:

расположенный перед ним тестовый переключатель для замыкания и размыкания расположенного перед ним ответвления первой тестовой цепи между положительным выводом тестового источника питания и первым из основных выводов реле безопасности; и

расположенный после него тестовый переключатель, предназначенный для замыкания и размыкания расположенного после него ответвления первой тестовой цепи между вторым основным выводом реле безопасности и заземлением устройства мониторинга безопасности, соединенного с отрицательным выводом тестового источника питания.

Устройство детектирования тестового тока может быть расположено во втором ответвлении цепи.

Предпочтительно тестовый источник питания представляет собой источник питания постоянного тока, и в расположенном перед ним ответвлении первой тестовой цепи предусмотрен диод, предотвращающий любое протекание тока в направлении положительного вывода тестового источника питания.

Расположенные перед ним и после него тестовые переключатели предпочтительно представляют собой оптосоединители, предназначенные для поддержания электрической изоляции устройства управления от тестовой цепи. По той же причине устройство детектирования тестового тока и первое реле безопасности также включают в себя оптосоединители.

Для повышения избыточности устройство мониторинга безопасности может, кроме того, включать в себя:

второе реле безопасности, имеющее два основных вывода и вывод управления, соединенный с устройством управления для замыкания и размыкания электрического соединения между основными выводами второго реле безопасности, и

вторую тестовую цепь, содержащую второе тестовое средство переключения, соединенное с устройством управления, для переключения устройства мониторинга безопасности между вторым тестовым режимом и рабочим режимом, таким образом, что во втором тестовом режиме основные выводы второго реле безопасности соединены между тестовым источником питания и тестовым устройством детектирования тока, в то время, как в рабочем режиме основные выводы второго реле безопасности отсоединены от локального тестового источника питания.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления размыкание первого реле безопасности инициируют путем прерывания сигнала управления переменного тока, подаваемого устройством управления, в то время как размыкание второго реле безопасности инициируют в результате прерывания сигнала управления постоянного тока, подаваемого устройством управления.

Предпочтительно устройство детектирования тока содержит детектор тока, соединенный с первой тестовой цепью и со второй тестовой цепью.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предложена распределенная система мониторинга безопасности, содержащая:

множество распределенных устройств мониторинга безопасности, как описано выше,

по меньшей мере, первый контур безопасности, взаимно соединяющий первые реле безопасности множества устройств мониторинга безопасности, последовательно через их основные выводы,

общий источник питания, соединенный с первым контуром безопасности, и

общий детектор тока, соединенный с контуром безопасности для детектирования размыкания, по меньшей мере, одного из первых реле безопасности из множества распределенных устройств мониторинга безопасности.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предусмотрена распределенная система мониторинга безопасности, содержащая:

множество распределенных устройств мониторинга безопасности с двумя реле безопасности,

первый контур безопасности, взаимно соединяющий первые реле безопасности из множества устройств мониторинга безопасности, последовательно через их основные выводы,

второй контур безопасности, взаимно соединяющий вторые реле безопасности множества устройств мониторинга безопасности, последовательно через их основные выводы,

общий источник питания, предназначенный для подачи питания в первый и второй контуры безопасности, и

устройство детектирования тока, предназначенное для детектирования размыкания, по меньшей мере, одного из первого и второго реле безопасности из множества распределенных устройств мониторинга безопасности.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления общий источник питания изолирован от тестовых источников питания распределенных устройств мониторинга безопасности. Следовательно, нет необходимости отключать общий источник питания в тестовом режиме.

Предпочтительно размыкание любого одного из реле безопасности соответствует прерыванию тока, детектируемого датчиком тока. В таком случае любой отказ одного из самих устройств мониторинга безопасности также должен привести к размыканию соответствующего реле безопасности. Следовательно, первое реле безопасности предпочтительно должно быть разомкнуто в отсутствии сигнала управления на выводе управления.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предложено железнодорожное транспортное средство, в котором предусмотрены множество тележек и система мониторинга безопасности, как описано выше, в которой в каждой тележке предусмотрено, по меньшей мере, одно из устройств мониторинга безопасности системы мониторинга безопасности. Используемые датчики могут представлять собой датчики ускорения или датчики других типов, относящихся к безопасности.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предложен способ тестирования системы мониторинга безопасности, как раскрыто выше, в котором первые схемы тестирования множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают в первый тестовый режим для проведения первого теста. Следовательно, время для выполнения исходного теста является коротким и не зависит от количества устройств мониторинга безопасности, включенных в контур безопасности. Если система мониторинга безопасности включает в себя два контура безопасности, способ, предпочтительно, содержит первый тест, в котором первые схемы тестирования из множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают в тестовый режим, и второй следующий этап, на котором вторые схемы тестирования из множества распределенных устройств мониторинга безопасности одновременно переключают во второй тестовый режим. Одновременное тестирование также возможно, если два контура безопасности не включены последовательно.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и свойства изобретения будут более понятны из следующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения, представленного, только как неограничительный пример и представленные на приложенных чертежах, на которых:

- на фиг. 1 показана блок-схема устройства мониторинга нестабильности в соответствии с изобретением;

- на фиг. 2 иллюстрируется несколько самотестируемых микроэлектромеханических акселерометров в устройстве мониторинга нестабильности по фиг. 1;

- на фиг. 3A-3К иллюстрируется обработка сигнала ускорения, выполняемая с помощью устройства мониторинга нестабильности по фиг. 1;

- на фиг. 4A иллюстрируются схемы тестирования, используемые для тестирования твердотельных реле безопасности устройства мониторинга нестабильности по фиг. 1;

- на фиг. 4B иллюстрируется вариант фиг. 4A; и

- на фиг. 5A иллюстрируется система мониторинга нестабильности, включающая в себя множество устройств мониторинга нестабильности такого типа, как показаны на фиг. 1;

- на фиг. 5B иллюстрируется вариант фиг. 5A.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг. 1, устройство 10 мониторинга нестабильности, предназначенное для отслеживания нестабильности тележки 12, включает в себя печатную плату 14, установленную в коробке 16, закрепленной на раме 18 тележки. Печатная плата 14 построена вокруг программируемого логического устройства (PLD) 20, имеющего два идентичных поперечных акселерометра 22A, 22B, в качестве основных входов, и два твердотельных реле 24a, 24b безопасности, как основные выходы. Система также оборудована, помимо необходимых схем 26 источника питания, датчиком 28 температуры, схемой 30 часов, сторожевой схемой 32, входом для требований 34 тестирования и выходами для обозначения нестабильности 36.

Два поперечных датчика 22A, 22B ускорения, представленных на фиг. 2, предпочтительно являются датчиками типа MEMC (МЭМС, микроэлектромеханическая Система). Этот тип акселерометра известен в данной области техники (например, по ссылке SCA 1000 компании VTI Technologies). Акселерометры 22A, 22B включают в себя инерционную массу в форме поликремниевого стержня 221, подвешенного на подложке с помощью удерживающих привязей 222. Стержень 221, который расположен, по существу, параллельно подложке, выполнен удлиненным вдоль опорной оси X-X, и на нем предусмотрено множество пластин 223, которые продолжаются от стержня в направлении, перпендикулярном оси стержня. Стержень и пластина 223 могут помещаться поперечно относительно подложки вдоль оси X-X. Каждая из таких подвижных пластин 223 располагается между двумя поликремниевыми пластинами 224, которые расположены перпендикулярно балке 221 и закреплены относительно подложки. Каждая подвижная пластина 223 и фиксированные пластины 224 с обеих сторон подвижной пластины формируют дифференциальную емкостную ячейку 225. Эти ячейки дополнительно формируют дифференциальный конденсатор. Вместо поликремния, акселерометр может быть изготовлен из других материалов, известных в данной области техники, таких как монокристаллический кремний.

Различные подходы можно использовать для определения ускорения с помощью такого дифференциального конденсатора. Подвижные пластины (то есть, движущиеся вместе с массой) каждая сцентрована между двумя фиксированными пластинами в положении покоя. Все фиксированные пластины с одной стороны движущихся пластин электрически соединены друг с другом и заряжены, и все фиксированные пластины с другой стороны движущихся пластин также электрически соединены друг с другом и заряжены. В ответ на внешнюю силу/ускорение вдоль опорной оси масса с подвижными пластинами движется в направлении одного или другого набора фиксированных пластин, изменяя, таким образом, емкость между разными пластинами, в результате чего формируется электрический сигнал. Этот сигнал на фиксированных пластинах усиливают, обрабатывают и предоставляют в выходной разъем 226.

Для проверки правильной работы датчиков 22A, 22B, предусмотрен входной вывод 228 самотестирования. Активация самотестирования приводит к приложению усилия ступенчатой функции к акселерометру 22 в направлении DA, DB тестирования, параллельно опорной оси X-X. Более конкретно, активация самотестирования через входной вывод 228 самотестирования приводит к изменению напряжения, по меньшей мере, на паре фиксированных пластин 229 с одной стороны движущегося стержня 221 в тестовой ячейке 231. Это создает электростатическое усилие притяжения на тестовой пластине 230, которая выполнена как единая деталь с подвижным стержнем 221, и приводит в движение стержень 221 из положения покоя в направлении тестирования. Такое смещение датчика в направлении тестирования изменяет сигнал, видимый на выходном разъеме 226 датчика.

Следует отметить, что два идентичных акселерометра 22A, 22B ориентированы в противоположных направлениях на печатной плате, что означает, что их выходы имеют идентичные абсолютные мгновенные значения и противоположные знаки, когда печатная плата подвергается вибрации. Это также означает, что их опорные оси X-X выровнены, и что их направления DA, DB тестирования противоположны друг другу.

Акселерометры 22A, 22B соединены с программируемым логическим устройством PLD через аналогово-цифровой преобразователь A/DC. Программируемое логическое устройство может представлять собой программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA, ППВМ) или сложное программируемое логическое устройство (CPLD). На нем предусмотрены энергонезависимые логические блоки, работающие одновременно и параллельно, и воплощающие алгоритм мониторинга нестабильности для изменения состояния первого и второго твердотельных реле из активного состояния в состояние ошибки всякий раз, когда детектируется условие нестабильности.

Преобразованные в цифровую форму сигналов ускорения из первого и второго акселерометров, показанных на фиг. 3A и 3B соответственно обрабатывают в параллельных каналах, как представлено на фиг. 3C-3К. На входе программируемого логического устройства преобразованный в цифровую форму сигнал ускорения каждого из акселерометров вначале фильтруют, используя цифровые полосовые фильтры. Полосовой фильтр состоит из фильтров Butterworth второго порядка низкой частоты и высокой частоты. Фильтр высокой частоты используется для устранения смещения сигнала. Частота его среза (частота -3 дБ) составляет 3 Гц. Фильтр низкой частоты имеет частоту среза от 30 до 40 Гц для устранения шумов. Получаемые в результате фильтрованные сигналы показаны на фиг. 3C и 3D. Пики фильтрованных сигналов, превышающие заданное пороговое значение, детектируют, как показано на фиг. 3E. Пороговое значение устанавливают для каждого акселерометра 22A, 22B в направлении, соответствующем соответствующему направлению DA, DB тестирования (то есть, положительное пороговое значение в данном примере). Пики каждого сигнала ускорения в направлении, противоположном направлению тестирования не учитывают. Начиная с нуля, значение счетчика последовательно увеличивается для каждого акселерометра, когда последовательные пики детектируют в пределах заданного окна времени, например, когда два последовательных пика находятся на расстоянии друг от друга более чем на 125 мс и менее чем 250 мс, как показано на фиг. 3F. Более точно, таймер включают после каждого последовательного приращения счетчика. Если время между последним подсчитанным пиком и новым пиком (измеренным таймером) меньше чем 120 мс или больше чем 250 мс, но меньше чем 500 мс, счетчик не обновляется. Счетчик и таймер сбрасывают в 0, если пик не был детектирован в течение периода T=500 мс после последнего пика или, если пики, находящиеся на расстоянии меньше чем 125 мс или больше чем 250 мс друг от друга, детектируют после периода 500 мс. Сигнал нестабильности передают всякий раз, когда счетчик достигает N для одного акселерометра, как показано на фиг. 3H и 3I, и в этом случае также выполняют сброс таймера и счетчика. Сигнал детектирования нестабильности передают, когда сигнал нестабильности детектируют для обоих акселерометров, как показано на фиг. 3J. Сигнал предупреждения также может быть передан на более раннем этапе, например, как только будет детектирован первый или второй пик в обоих каналах, как показано на фиг. 3К. Следует отметить, что алгоритм, используемый для детектирования нестабильности, использует только одну часть каждого сигнала ускорения, а именно, часть, которая соответствует направлению тестирования каждого акселерометра.

В каждом твердотельном реле 24a, 24b безопасности предусмотрены два выходных вывода 41a, 42a, 41b, 42b, и они разработаны так, что изменяют свое состояние с активного состояния на состояние ошибки при изменении соответствующего сигнала управления на входном выводе управления. Первое и второе твердотельные реле 24a, 24b действуют, как "нормально разомкнутые" контакты, что означает, что они замыкаются, когда в реле подают сигнал, и размыкаются в отсутствии сигнала управления. Более конкретно, сигнал управления переменного тока с заданной частотой (например, 1000 Гц), подают с помощью программируемого пользователем логического устройства 20 в детектор 40 частоты, соединенный с первым твердотельным реле 24a в отсутствии нестабильности, для поддержания первого твердотельного реле в его активном, закрытом состоянии. При тех же условиях сигнал управления постоянного тока передают из программируемого логического устройства 20 во второе твердотельное реле 24b для поддержания его в замкнутом состоянии. Детектирование нестабильности приводит к прерыванию двух сигналов управления и к размыканию двух твердотельных реле 24a, 24b безопасности.

Как показано на фиг. 4A, в твердотельном реле 24a предусмотрена локальная цепь 240a тестирования, включающая в себя два переключателя 241a, 242a тестирования и детектор 243a тестового тока. Расположенное перед ними ответвление локальной цепи 240a тестирования соединяет один из переключателей 241a тестирования последовательно между одним выводом 41a твердотельного реле и положительным выводом блока 244 питания постоянного тока для локального тестирования. Диод 245a может быть предусмотрен в расположенном перед ним ответвлении для предотвращения обратного тока в источник питания для локального тестирования. Расположенное после них ответвление локальной цепи тестирования соединяет другой выходной разъем 42a твердотельного реле со вторым переключателем 242a тестирования и последний с детектором 243a тестового тока, который соединен с заземлением, определенным отрицательным выводом блока 244 локального тестирования для замыкания цепи. Детектор 243a тока используется для детектирования присутствия тока через выводы 41a, 42a твердотельного реле, когда первый и второй переключатели 241a, 242a тестирования замкнуты, как и твердотельное реле. Во втором твердотельном реле 24b предусмотрена аналогичная схема тестирования, использующая тот же источник 244 питания, и соответствующие части обозначены на фиг. 4A с теми же номерами ссылочных позиций, используя суффикс "b" вместо "a". Как показано в варианте, показанном на фиг. 4B, общий детектор 243 тока можно использовать вместо двух отдельных детекторов 243a и 243b тока.

Твердотельные реле 24a, 24b, пары переключателей 241, 242 тестирования и детектор 243 тока соединяют с программируемым логическим устройством 20 и выпускают, как оптические соединители таким образом, что их соединение с программируемым логическим устройством 20 полностью изолировано от их соединений с цепью тестирования.

В программируемом логическом устройстве 20 также предусмотрено устройство 50 конечного автомата (см. фиг. 1), для выполнения последовательности тестирования, для проверки работоспособности устройства мониторинга нестабильности.

В первой тестовой последовательности проверяют переключение твердотельных реле. Программируемое логическое устройство 20 замыкает тестовые переключатели 241, 242 первого твердотельного реле 24a и прерывает сигнал управления переменного тока на заданную длительность, в то время как проверяют отклик первого твердотельного реле 24a с помощью детектора 243 тестового тока. Если ток детектируется с помощью детектора 243 тестового тока, во время прерывания сигнала управления переменного напряжения, тест был выполнен в ошибкой, и конечный автомат переходит в состояние неисправности после включения. Затем тест повторяют для второго твердотельного реле 24b, прерывая соответствующий сигнал управления постоянного тока и снова включая его с помощью программируемого логического устройства.

Во второй тестовой последовательности внутренние схемы тестирования акселерометров используют для имитации тестовой структуры, которая соответствует ситуации нестабильности. Последовательность импульсов N напряжения прикладывают к тестовым выводам двух акселерометров. Эти два акселерометра должны затем реагировать на уровне 80% от их полномасштабного значения и генерировать N пиков, выше порога детектирования. После N пиков, алгоритм мониторинга нестабильности должен генерировать сигнал нестабильности и инициирует два твердотельных переключателя. Если сигнал нестабильности не генерируется, тест был выполнен с ошибкой, и конечный автомат 50 переходит в состояние неисправности при включении.

Следует отметить, что использование двух акселерометров 22A, 22B, ориентированных в противоположных направлениях в каждом устройстве мониторинга нестабильности, позволяет избирательно детектировать в фактически существующем алгоритме мониторинга пики каждого сигнала акселерометра, которые соответствуют движениям инерционной массы из положения покоя в контролепригодном направлении, которое фактически испытывают. Другими словами, пиковое пороговое значение алгоритма устанавливают так, чтобы пики сигнала акселерометра в направлении, противоположном контролепригодному направлению, то есть, направлению, в котором внутренняя цепь тестирования акселерометра не позволяет выполнять тестирование, не учитывается.

Устройства мониторинга нестабильности могут включать в себя другие тесты, например, измерение температуры. Температуру, измеряемую с помощью датчика температуры, сравнивают с нижним и верхним пределами (например, от -40 до 95°C). Если температура не находится в пределах заданного окна, инициируют сигнал тревоги.

Как показано на фиг. 5A, устройство мониторинга нестабильности дублируют, по меньшей мере, на некоторых из рам 18 тележки рельсового транспортного средства, и, предпочтительно, на всех тележках, для построения системы 300 мониторинга нестабильности, которая включает в себя два контура 302a, 302b безопасности, один из которых предназначен для соединения с первым реле 24a безопасности устройств 10 мониторинга нестабильности последовательно в замкнутом контуре, включая в себя источник питания постоянного тока, например, блок 304 батареи и детектор 306a общего тока, соединенный с сигналом 308 тревоги в кабине машиниста, к системе управления скоростью и/или к системе управления торможением транспортного средства, и второй (302b) предназначен для соединения в тех же условиях вторых реле 24b безопасности устройств 10 мониторинга нестабильности последовательно между блоком 304 питания и детектором 306b тока. Диоды 310a, 310b также предусмотрены в контурах безопасности для предотвращения обратного тока к блоку 304 питания постоянного тока.

Любое прерывание тока, детектируемое детектором 306a, 306b тока в контуре безопасности, рассматривается, как событие нестабильности, и приводит к соответствующему действию, например, к включению сигнала тревоги 308, уменьшению мощности привода и/или включению тормозов железнодорожного транспортного средства.

Земля каждого локального источника 244 постоянного тока тестирования изолирована таким образом, что первая тестовая последовательность, упомянутая выше, может осуществляться одновременно для всех первых реле 24a безопасности, с наложением энергии постоянного тока контура 302a безопасности. Однако, первое и второе реле безопасности каждого модуля предпочтительно должны быть испытаны последовательно, для исключения ненадежных результатов, поскольку предусматривается, что обе цепи безопасности соединены последовательно.

В системе мониторинга нестабильности предусмотрена тестовая шина для выполнения управления различными тестами во время включения в распределенной системе, для проверки ее работоспособности. Тестовая шина используется для передачи запроса на тестирование в устройство мониторинга нестабильности и сбора результатов.

Для тестирования целостности кабелей в контуре безопасности в законченном поезде, может быть выполнен специальный тест транспортного средства. Устройства мониторинга нестабильности последнего вагона должны быть отключены и питание к ним должно быть снова подано посредством прерывателя цепи железнодорожного вагона. Такое действие приводит к размыканию и замыканию контура безопасности в этом местоположении и будет проверено из кабины машиниста. Если этот тест будет положительным, считается, что весь контур безопасности является рабочим. Если нет, действие должно быть повторено в устройстве мониторинга нестабильности, которое расположено непосредственно перед этим местом, до тех пор, пока не будет найдена ошибка. В таком случае ошибка в кабелях будет расположена между модулем, для которого контур является работоспособным, и следующим модулем далее по потоку.

Как вариант, два контура безопасности могут быть соединены последовательно между общим источником питания и общим детектором тока.

Для ограничения проблем доступности, в случае отказа одного из устройств мониторинга нестабильности, также предусмотрено предоставить в каждой тележке первое устройство 10A мониторинга нестабильности и второе устройство 10B мониторинга нестабильности, как показано на фиг. 5B. Реле 24a и 24b безопасности каждого устройства мониторинга нестабильности соединены последовательно. Реле 24a, 24b безопасности первого из устройств 10A мониторинга нестабильности соединены с первым контуром 302A безопасности, и реле 24a, 24b безопасности вторых устройств мониторинга нестабильности, соединены с вторым контуром 302B безопасности. Когда происходит отказ в одном из устройств мониторинга нестабильности, операция может быть продолжена для другого контура безопасности.

Изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления.

Если избыточность при измерении ускорений не является критичной, можно использовать одиночный акселерометр. Предпочтительно, одиночный акселерометр должен иметь два тестируемых направления, то есть, в нем должно быть предусмотрено тестовое средство для перемещения инерционной массы акселерометра с обеих сторон его положения покоя. Акселерометр или акселерометры могут быть двухосевыми или трехмерными, и в этом случае сигнал для дополнительных осей может быть просто отброшен или обработан параллельно с сигналом для первой оси. Сигналы из других осей также можно скомбинировать для построения вектора ускорения, который будет обработан программируемым логическим устройством. Акселерометры могут быть любого обычного типа, например, на основе пьезоэлектрических преобразователей.

Алгоритм мониторинга нестабильности может иметь много вариантов. В частности, использование временного окна с нижним и верхним порогом для подсчета пиков может быть заменено более сложными цифровыми фильтрами, которые не учитывают части сигнала, которые не находятся в наблюдаемом диапазоне частоты.

Вместо обработки сигналов из двух акселерометров параллельно, первая часть двух сигналов может быть скомбинирована для формирования нового сигнала ускорения.

Если избыточность твердотельных реле безопасности не является критичной, один из вариантов выбора состоит в устранении одного из этих двух твердотельных реле, и в этом случае будет получена система мониторинга нестабильности только с одним контуром безопасности.

Система мониторинга нестабильности, которая использовалась совместно с железнодорожным транспортным средством, также может быть воплощена в различных сложных системах, в которых распределенные измерения ускорения необходимы для определения условия нестабильности, например, для самолетов или турбин электростанции.

В то время как изобретение было описано совместно с системой мониторинга нестабильности, другие переменные, относящиеся к безопасности, можно отслеживать, используя тот же тип устройства мониторинга, например, открывание и закрывание двери, активация тормозов или разъединение вагонов. В более общем случае, аналогичные устройства и системы мониторинга безопасности можно использовать для мониторинга распределенных физических переменных, относящихся к безопасности в сложной системе любого вида.