устройство для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и локомотивным устройством безопасности

Формула изобретения

1. Устройство для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и комплексным локомотивным устройством безопасности, содержащее установленные в корпусе модули центрального процессора, управления радиомодемом, преобразования интерфейсов и питания, а также кросс-плату, при этом модуль центрального процессора включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, блок памяти и процессор, к соответствующим входам/выходам которого подключены выходы/входы преобразователей интерфейса RS485 и блока памяти, выполненного в виде флеш-карты, в памяти которой хранятся перечень вариантных графиков движения поездов в зависимости от ситуации на дороге, операционная система и прикладное программное обеспечение центрального процессора, модуль преобразования интерфейсов включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, два преобразователя CAN интерфейса и блок управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с выходами/входами преобразователей интерфейса RS485 и CAN интерфейса, другие входы/выходы двух последних из которых подключены к установленным на лицевой стороне корпуса первому и второму разъемам для соединения с CAN интерфейсами комплексного локомотивного устройства безопасности, модуль управления радиомодемом включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, гальванически развязанный преобразователь интерфейса RS232/422 и микроконтроллер, соответствующие входы/выходы которого подключены к выходам/входам преобразователей интерфейса RS485 и RS232/422, другой вход/выход которого подключен к установленному на лицевой стороне корпуса третьему разъему для соединения с радиомодемом, связанным с автоматизированной системой управления движением, модуль питания включает преобразователи напряжения, а кросс-плата - шину подачи питания для преобразователей напряжения модуля питания, подключенную к соответствующим входам первого и второго разъемов для соединения с шиной питания комплексного локомотивного устройства безопасности, шины разводки питающих напряжений конструктивных элементов модулей, каждая из которых подключена к выходу соответствующего преобразователя напряжения, шину разводки общего провода конструктивных элементов модулей, шины разводки первой и второй сигнальных линий интерфейсов RS485, подключенные соответственно к первым и вторым преобразователям интерфейса RS485 модулей центрального процессора, преобразования интерфейсов и управления радиомодемом, причем программное обеспечение процессора выполнено с возможностью реализации дополнительной функции обновления баз данных графиков движения поездов и выбора графика движения поезда, соответствующего возникшей ситуации на дороге, и обновления баз данных графиков движения поездов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль питания включает элементы индикации входного напряжения и напряжения на выходе преобразователей, модуль преобразования интерфейсов - элементы индикации обмена CAN интерфейсов локомотивного устройства безопасности, модуль центрального процессора - элементы индикации обращения к сети и к жесткому диску процессора, а модуль управления радиомодемом - элементы индикации приема-передачи данных и внутреннего напряжения питания, при этом элементы индикации размещены на лицевой стороне корпуса.

3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что в модуль центрального процессора введены преобразователи видеоинтерфейса и Ethernet интерфейса, первые входы/выходы которых соединены с соответствующими выходами/входами процессора, а вторые входы/выходы - подключены соответственно к четвертому и пятому разъемам, для подключения средств отладки устройства и выполнения операций по сопровождению программного обеспечения, при этом четвертый разъем расположен внутри корпуса, а пятый - на его лицевой стороне.

4. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что на лицевой стороне корпуса дополнительно установлены четвертый и пятый разъемы для подключения внешнего источника питания к шине подачи питания преобразователям напряжения модуля питания.

5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что на лицевой стороне корпуса дополнительно установлены шестой и седьмой разъемы для подключения внешнего источника питания к шине подачи питания преобразователям напряжения модуля питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, телемеханике и связи и может быть использовано на железнодорожном транспорте для обеспечения информационного обмена между системами управления поездом и комплексным локомотивным устройством безопасности.

Известно устройство для обеспечения информационного обмена между системами управления поездом и комплексным локомотивным устройством безопасности (см. описание RU 2420418 С1, 10.06.2011).

Известное устройство содержит блок управления, преобразователь внутреннего CAN интерфейса, соединенный с комплексным локомотивным устройством безопасности, преобразователь внешнего CAN интерфейса, подключенный к унифицированной системе автоматизированного ведения поезда, преобразователь интерфейса локомотива, соединенный с системой локомотива, и преобразователь интерфейса RS232, соединенный с локомотивной радиостанцией, при этом входы/выходы преобразователей интерфейсов подключены к соответствующим выходам/входам блока управления. Устройство управления представляет собой процессор и выполняет все вычислительные и управляющие функции.

Известное устройство осуществляет согласование взаимодействия между системами управления поездом и комплексным локомотивным устройств безопасности и реализует обмен данными с фиксированной фильтрацией сообщений.

Однако оно не позволяет в оперативном режиме осуществлять передачу данных в локомотивное устройство безопасности для коррекции графика движения поезда, что особенно важно в нештатных ситуациях, а также не обеспечивает безопасную передачу данных.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании удобного в эксплуатации устройства для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и локомотивным устройством безопасности, позволяющего наряду с согласованием взаимодействия между системами управления поездом и комплексным локомотивным устройством безопасности и с реализацией обмена данными между ними обеспечить возможность с минимальными потерями во времени осуществлять передачу данных для изменения графика движения поезда в случае нештатной ситуации.

Технический результат заключается в повышении достоверности и безотказности приема-передачи данных за счет дублирования информационных шин обмена, а также в расширении функциональных возможностей за счет хранения баз данных вариантных графиков движения поездов и выполнения программного обеспечения процессора с возможностью реализации дополнительной функции обновления баз данных графиков движения поездов и выбора графика движения поезда, наиболее благоприятного при возникшей ситуации на дороге.

Это достигается тем, что устройство для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и комплексным локомотивным устройством безопасности содержит установленные в корпусе модули центрального процессора, управления радиомодемом, преобразования интерфейсов и питания, а также кросс-плату, при этом модуль центрального процессора включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, блок памяти и процессор, к соответствующим входам/выходам которого подключены выходы/входы преобразователей интерфейса RS485 и блока памяти, выполненного в виде флеш-карты, в памяти которой хранятся перечень вариантных графиков движения поездов в зависимости от ситуаций на дороге, операционная система и прикладное программное обеспечение процессора, модуль преобразования интерфейсов включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, два преобразователя CAN интерфейса и блок управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с выходами/входами преобразователей интерфейса RS485 и CAN интерфейса, другие входы/выходы двух последних из которых подключены к установленным на лицевой стороне корпуса первому и второму разъемам для соединения с CAN интерфейсами комплексного локомотивного устройства безопасности, модуль управления радиомодемом включает первый и второй преобразователи интерфейса RS485, гальванически развязанный преобразователь интерфейса RS232/422 и микроконтроллер, соответствующие входы/выходы которого подключены к выходам/входам преобразователей интерфейса RS485 и RS232/422, другой вход/выход которого подключен к установленному на лицевой стороне корпуса третьему разъему для соединения с радиомодемом, связанным по радиоканалу с автоматизированной системой управления движением, модуль питания включает преобразователи напряжения, а кросс-плата - шину подачи питания для преобразователей напряжения модуля питания, подключенную к соответствующим входам первого и второго разъемов для соединения с шиной питания комплексного локомотивного устройства безопасности, шины разводки питающих напряжений конструктивных элементов модулей, каждая из которых подключена к выходу соответствующего преобразователя напряжения, шину разводки общего провода конструктивных элементов модулей, шины разводки первой и второй сигнальных линий интерфейсов RS485, подключенные соответственно к первым и вторым преобразователям интерфейса RS485 модулей центрального процессора, преобразования интерфейсов и управления радиомодемом, причем программное обеспечение процессора выполнено с возможностью реализации дополнительной функции обновления баз данных графиков движения поездов и выбора графика движения поезда, соответствующего возникшей ситуации на дороге, и обновления баз данных графиков движения поездов.

При этом для информирования машиниста о работоспособности модулей устройства модуль питания включает элементы индикации входного напряжения и напряжения на выходе преобразователей, модуль преобразования интерфейсов - элементы индикации обмена CAN интерфейсов локомотивного устройства безопасности, модуль центрального процессора - элементы индикации обращения к сети и к жесткому диску процессора, а модуль управления радиомодемом - элементы индикации приема-передачи данных и внутреннего напряжения питания, при этом элементы индикации размещены на лицевой стороне корпуса.

Для осуществления отладки устройства и выполнения операций по сопровождению программного обеспечения модуль центрального процессора включает преобразователи видеоинтерфейса и интерфейса сети Ethernet, первые входы/выходы которых соединены с соответствующими выходами/входами процессора, а вторые входы/выходы подключены соответственно к четвертому и пятому разъемам, для подключения средств отладки устройства и выполнения операций по сопровождению программного обеспечения, при этом четвертый разъем расположен внутри корпуса, а пятый - на его лицевой стороне.

Для возможности подключения внешнего источника питания на лицевой стороне корпуса дополнительно установлены дополнительные разъемы для подключения внешнего источника питания к шине подачи питания преобразователям напряжения модуля питания.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема варианта выполнения устройства для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и локомотивным устройством безопасности

Устройство для обеспечения информационного обмена между автоматизированной системой управления движением и локомотивным устройством безопасности содержит установленные в корпусе 1 модули 2, 3, 4, 5 соответственно питания, преобразования интерфейсов центрального процессора, управления радиомодемом и кросс-плату 6.

При этом модуль 4 центрального процессора включает первый и второй преобразователи 7 и 8 интерфейса RS485, блок 9 памяти и процессор 10, к соответствующим входам/выходам которого подключены выходы/входы преобразователей 7 и 8 интерфейса RS485 и блока 9 памяти, выполненного в виде флеш-карты, в памяти которой хранятся перечень вариантных графиков движения поездов в зависимости от ситуаций на дороге, операционная система и прикладное программное обеспечение процессора.

Модуль 3 преобразования интерфейсов включает первый и второй преобразователи 11 и 12 интерфейса RS485, два преобразователя 13 и 14 CAN интерфейса и блок 15 управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с выходами/входами преобразователей 11, 12, 13 и 14 интерфейса, другие входы/выходы двух последних из которых подключены к установленным на лицевой стороне корпуса первому и второму разъемам 16 и 17 для соединения с CAN интерфейсами комплексного локомотивного устройства безопасности.

Модуль 5 управления радиомодемом включает первый и второй преобразователи 18 и 19 интерфейса RS485, гальванически развязанный преобразователь интерфейса 20 RS232/422 и микроконтроллер 21, соответствующие входы/выходы которого подключены к выходами/входам преобразователей 18, 19 и 20 интерфейса. Другой вход/выход преобразователя 20 интерфейса RS232/422 подключен к третьему разъему 22, установленному на лицевой стороне корпуса 1 для соединения с радиомодемом.

Модуль 2 питания включает преобразователи 23, 24 и 25 напряжения, а кросс-плата 6 - шину 26 подачи питания для преобразователей напряжения модуля 2 питания, подключенную к соответствующим входам первого и второго разъемов 16 и 17 для соединения с шиной питания локомотивного устройства безопасности, шины 27, 28 и 29 разводки питающих напряжений конструктивных элементов модулей 3, 4 и 5, каждая из которых подключена к выходу соответственно преобразователя 23, 24 и 25 напряжения, шину разводки общего провода конструктивных элементов (на чертеже не показана), шины 30 и 31 разводки первой и второй сигнальных линий интерфейсов RS485, подключенные соответственно к первым и вторым преобразователям 13 и 14, 7 и 8, 18 и 19 интерфейса RS485 соответственно модулей 3, 4 и 5.

Модуль 2 питания включает элементы индикации входного напряжения и напряжения на выходе преобразователей 23, 24 и 25, модуль 3 преобразования интерфейсов - элементы индикации обмена CAN интерфейсов локомотивного устройства безопасности, модуль 4 центрального процессора - элементы индикации обращения к сети и к жесткому диску процессора, а модуль 5 управления радиомодемом - элементы индикации приема-передачи данных и внутреннего напряжения питания, при этом элементы индикации размещены на лицевой стороне корпуса (на чертеже не показаны).

Модуль 4 центрального процессора включает также преобразователи 32 и 33 видеоинтерфейса и Ethernet интерфейса, первые входы/выходы которых соединены с соответствующими выходами/входами процессора 10, а вторые входы/выходы подключены соответственно к четвертому и пятому разъемам 34 и 35 для подключения средств отладки устройства и выполнения операций по сопровождению программного обеспечения, при этом разъем 34 расположен внутри корпуса 1, а разъем 35 - на его лицевой стороне.

На лицевой стороне корпуса установлены дополнительные разъемы для подключения внешнего источника питания к шине 26 подачи питания преобразователям напряжения модуля питания (на чертеже не указаны.

Устройство функционирует следующим образом

Предлагаемое устройство осуществляет прием, обработку, формирование и передачу сообщений, получаемых от внешних устройств автоматизированной системы управления движением поездов (АСУ-Д) и локомотивных устройств безопасности, таких как БЛОК/КЛУБ-У. Устройство реализует безопасные протоколы передачи данных МДСЛ при работе в сети сотовой связи GSM и при работе в системе технологической радиосвязи стандарта GSM-R.

Кроме того, предлагаемое устройство контролирует исполнение сообщений от АСУ-Д об изменении графика движения, временном ограничении скорости движения, команд о принудительной остановке поезда, формирует и контролирует сообщения от локомотивных устройств безопасности о результатах диагностики технических устройств локомотива и др.

Разъемы 16 и 17 подключают к CAN интерфейсам локомотивного устройства безопасности и к сети питания локомотивного устройства безопасности постоянного тока 48V, а разъем 22 подключают к входу/выходу радиомодема для связи с автоматизированной системой управления движением.

Напряжение 48V через разъем подается на шину 26 питания кросс-платы 6 и далее поступает на вход преобразователей 23, 24, 25 напряжений. Преобразователи 23, 24 и 25 вырабатывают питающие напряжения: 3,3V, 5V и 12VB. Суммарная максимальная выходная мощность модуля 2 питания 60 Вт, точность стабилизации выходного напряжения составляет ±1% от номинального значения. При этом свечение установленных на лицевой панели модуля 2 питания четырех светодиодных индикаторов индицирует наличие входного и выходных напряжений.

Питающие напряжения с выходов преобразователей 23, 24 и 25 подаются соответственно на шины 27, 28, 29 кросс-платы 6 для подачи его на входы питания конструктивных элементов модулей 3, 4 и 5.

Взаимодействие с локомотивным устройством безопасности осуществляют по двум гальванически изолированным интерфейсам CAN.

При передаче сообщения локомотивного устройства безопасности в автоматизированную систему управления движением в модуле 3 преобразователи 13 и 14 интерфейсов преобразуют интерфейсы CAN-A и CAN-B, привязанные к среде передачи в логические уровни работы блока 15 управления. Блок 15 управления осуществляет анализ достоверности данных и передачу их модулям 4 и 5 через преобразователи 11 или 12 интерфейса RS485 по шинам 30 или 31 соответственно RS485-r или RS485-m.

Блок 15 управления выполнен в виде микроконтроллера.

Модуль 4 центрального процессора обрабатывает данные локомотивного устройства безопасности и осуществляет поддержку протокола обмена с автоматизированной системой управления движением.

Основные функции, выполняемые модулем 4, осуществляет процессор 10. Процессор 10 использует операционную систему Linux и выполняет следующие функции:

- управление радиомодемом через модуль 5 управления радиомодемом;

- обработку и формирование сообщений, пакетов для взаимодействия со стационарным оборудованием автоматизированной системы управления движением;

- взаимодействие с локомотивным устройством безопасности посредством модуля 3 преобразования интерфейсов;

- обработку и формирование сообщений для взаимодействия с локомотивным устройством безопасности.

Кросс-плата 6 обеспечивает информационный обмен по шинам 30, 31 передачи данных по протоколу RS485.

Связь с автоматизированной системой управления движением осуществляют посредством модуля 5 управления радиомодемом.

Использование в модуле 4 центрального процессора флеш-памяти 9 с вариантными графиками движения поездов в зависимости от ситуаций на дороге обеспечивает выполнение команд автоматизированной системы управления движением по изменению графика движения поезда. Процессор 10, получив через модуль 5 соответствующую команду от автоматизированной системы управления движением, в автоматическом режиме выбирает график движения, оптимальный для возникшей ситуации на дороге, и передает ее через модуль 3 в локомотивное устройство безопасности. Оперативное изменение графика движения поезда особенно важно при возникновении нештатной ситуации на дороге.

Кроме того, процессор 10 обеспечивает реализацию функции обновления баз данных графиков движения поездов в памяти 9 путем взаимодействия с модулем 5 управления радиомодемом и соответственно с использованием радиоканала связи с автоматизированной системой управления движением.

Для диагностирования устройства предусмотрена возможность подключения модуля 4 центрального процессора к соответствующим внешним системам через интерфейс 33 Ethernet и пятый разъем 35.

Для возможности отладки программного обеспечения процессора 10 модуль 4 включает преобразователь видеоинтерфейса 32, включенный между соответствующим входом/выходом процессора 10 и разъемом 34.

Модуль 5 управления радиомодемом представляет собой микроконтроллерную систему и обеспечивает связь модуля 4 с автоматизированной системой управления движением поезда. Основным информационным узлом является микроконтроллер 21, управляющий преобразователями 20, 19 и 18 интерфейса RS232/422 и RS485. Преобразователь 20 реализует внешний интерфейс в соответствии со стандартами RS422 и RS232. Преобразователи 19 и 18 - внутренний интерфейс в соответствии со стандартами RS-485. Микроконтроллер 21 осуществляет согласование внутреннего и внешнего интерфейсов.

Кросс-плата 6 предназначена для конструктивного, электрического и информационного объединения модулей 2, 3, 4 и 5 соответственно питания, преобразователя внешних интерфейсов CAN-A 13, CAN-B 14 аппаратуры локомотивного устройства безопасности во внутренние интерфейсы RS485 11, RS485 12, центрального процессора и управления радиомодемом.

Через кросс-плату 6 обеспечивается подача от бортовой сети первичного питания ±48 В, подача напряжений вторичного питания 3,3 В, 5 В, 12 В через шины 27, 28, 29 на все модули 3, 4 и 5.

На кросс-плате 6 реализованы дифференциальные шины для внутренних интерфейсов RS485-r 30 и RS485-m 31 с соответствующими элементами согласования и защиты, дублирующие передачу данных.

Устройство может включать аналогичные резервные модули 2, 3, 4 и 5. При этом устройство содержит дополнительные разъемы, один из которых предназначен для соединения резервного модуля 3 с локомотивным устройством безопасности, другой - для соединения модуля 5 с радиомодемом для связи с автоматизированной системой управления движением, а остальные - для связи модема 4 с внешними устройствами.