ES2236671T3 - Metodo y aparato para la deteccion de error en modo comun de un tren de impulsos. - Google Patents
Metodo y aparato para la deteccion de error en modo comun de un tren de impulsos.Info
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Abstract
Procedimiento para la identificación de errores de sincronismo para un transmisor de impulsos con uno o dos sistemas con lo siguientes pasos para dos sistemas: medición del desplazamiento en el tiempo entre dos flancos inmediatamente sucesivos en el tiempo o que surgen al mismo tiempo de impulsos de los dos sistemas, comparación del desplazamiento de fase en el tiempo con un desplazamiento en el tiempo mínimo y registro de un error de sincronismo en el caso de que el resultado de la comparación ponga de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo medido es menor que el desplazamiento mínimo.
Description
Método y aparato para la detección de error en
modo común de un tren de impulsos.
El invento se refiere a un procedimiento para la
identificación de errores de sincronismo. El procedimiento se
presta en especial para la identificación de errores de sincronismo
en sistemas de seguridad de trenes y en especial para los
transmisores de impulsos (de distancias) de una SDMU (Speed and
Distance Measurement Unit - unidad de medición de la velocidad y de
la distancia).
Los sistemas de seguridad de trenes son un
componente esencial de la técnica de seguridad ferroviaria. Los
sistemas modernos de seguridad de trenes permiten al maquinista una
visión previa ampliada (visión eléctrica) en una distancia grande
del tramo, que se halla delante de él y son con ello una premisa
para el tráfico de alta velocidad. Los sistemas de seguridad de
trenes y los componentes, que intervienen en ellos, asumen la
responsabilidad de la seguridad. Un componente esencial es aquí la
SDMU (Speed and Distance Measuring Unit - unidad de medición de la
velocidad de y de la distancia).
La figura 1 muestra la integración de una SDMU 3
en la construcción modular de un sistema de seguridad de trenes. En
el vehículo de tracción de un tren (ICE, TVG, suburbanos, metros,
etc.) están dispuestas diferentes unidades de a bordo. En una
primera unidad 1 se procesan las funciones centrales del sistema de
seguridad de trenes. La unidad posee varias interfaces con otras
unidades con construcción modular, entre ellas la SDMU 3, una
unidad 4 para la referencia de localización y otros componentes 2.
La SDMU 3 y la unidad 4 poseen, además, cada una una o varias
interfaces con puntos de referencia dispuestos a lo largo de la
vía. Estos son para la referencia de localización, con dependencia
de la arquitectura del sistema, en el caso de una LZB (control de
trenes en línea) por ejemplo puntos de cruce y balizas en el caso
de sistemas ETCS (European Train Control System - sistema europeo
de control de
trenes).
trenes).
La misión de la SDMU reside en la medición
relativa de distancias (localización fina) a referencias locales
válidas y en la medición de la velocidad. Estos datos tiene que ser
obtenidos de manera segura por la SDMU. La seguridad de la
información de la distancia y de la velocidad se obtiene por medio
de la indicación de un intervalo de confianza y del valor nominal
(valor estimado) para la distancia y para la velocidad; el valor
verdadero (valor real) se tiene que hallar con una probabilidad
grande definida dentro de este intervalo. La SDMU tiene además las
misiones de la medición de la aceleración, de la identificación
segura del sentido de marcha relativo y de la determinación segura
de la parada.
La figura 2 muestra un esquema de los componentes
del Hardware de una SDMU.
La SDMU comprende tres computadoras SDMU
(computadoras principales) independientes para el procesamiento
previo y una computadora segura de orden superior con un
"Voter". Como computadora segura se utiliza el sistema Core.
Como sensores se pueden utilizar radares Doppler (radar),
transmisores de impulsos de distancia (WIG) y medidores de
aceleración (Acc). Para aplicaciones futuras se pueden utilizar
igualmente sistemas GPS, plataformas inerciales, etc.
Todas las computadoras SDMU acceden a través del
módulo (BG) de distribución de sensores a los datos de sensor de
los mismos sensores y calculan a partir de ellos, con independencia
de las otras computadoras SDMU, la información de la distancia y de
la velocidad así como el intervalo de confianza para la distancia y
para la velocidad. Las computadoras SDMU no intercambian datos entre
sí. La información de la distancia y de la velocidad y los
intervalos de confianza para la distancia y para la velocidad se
transmiten con tres canales a la computadora (sistema Core)
segura.
El módulo (BG) de computadora principal se
construye con el formato de tarjeta europeo y posee una o varias
interfaces (IF) con el distribuidor de sensores. Recoge los datos
brutos de los sensores, calcula, de acuerdo con la ejecución de la
SDMU, los datos de odometría y se comunica con la computadora segura
del vehículo. La computadora principal está optimada para el
procesamiento rápido de las operaciones de entrada/salida. Para
ello comprende un procesador (Processor C167), una memoria (DPRAM =
Dual Port Random Access Memory), una unidad FPGA (= Free
Programable Gate Array) así como una interfaz (CAN IF) con el
sistema Core y eventualmente una o varias interfaces (PC/104 IF)
adicionales con las computadoras personales, etc.
Se prevén uno o dos módulos de distribución de
sensores construidos con el formato de tarjeta europeo con
aportación de las señales de los sensores a través del
"Backpanel". Las señales de los sensores son llevadas en
función del tipo de sensor a un mismo nivel. Con ello se garantiza,
que las variaciones de los sensores sean limitadas únicamente a los
módulos de distribución de sensores y no influyan en la computadora
principal.
Las señales de salida de los transmisores de
impulsos con dos sistemas pueden ser afectadas por errores.
A través del documento DE 101 39 102 A1 se conoce
un procedimiento para la vigilancia de la capacidad de
funcionamiento de un freno de un vehículo, en el que la capacidad
de funcionamiento se vigila sobre la base de una diferencia del
número de revoluciones de las ruedas. Durante el proceso de frenado
se mide el número de revoluciones de la rueda asignada al freno del
vehículo que deba se vigilado y se compara con un número de
revoluciones de referencia de otra rueda frenada. La diferencia de
número de revoluciones entre el número de revoluciones de la rueda
medida y el número de revoluciones de referencia se utiliza después
como criterio para la evaluación de la capacidad de funcionamiento
del freno del vehículo.
El objeto del invento es un procedimiento para la
vigilancia y la detección de errores de transmisores de
impulsos.
Este problema se soluciona con un procedimiento
según la reivindicación 1.
El procedimiento según el invento para la
identificación de errores de sincronismo para un transmisor de
impulsos con dos o más sistemas presenta la siguientes pasos para
dos sistemas: medición del desplazamiento en el tiempo de dos
flancos, inmediatamente sucesivos en el tiempo o que se producen
simultáneamente, de impulsos de ambos sistemas, comparación del
desplazamiento en el tiempo medido con un desplazamiento en el
tiempo mínimo, registro de un error de sincronismo el caso de que
el resultado de la comparación ponga de manifiesto, que el
desplazamiento en el tiempo medido es menor que el desplazamiento
en el tiempo mínimo.
El transmisor de impulsos es por ejemplo un
transmisor de impulsos de distancia o un transmisor Hall. El
procedimiento según el invento puede ser aplicado por separado a
dos sistemas/canales, de manera, que es posible una aplicación
múltiple en el caso de que deban ser vigilados todos los canales. El
procedimiento puede ser implementado por el Hardware, el Software o
el Hardware + el Software.
La medición del desplazamiento en el tiempo tiene
lugar en una configuración del invento con un contador, que es
arrancado, cuando un flanco de un impulso de uno de los sistemas es
recibido en el cambio de 1 a 0 y es detenido, cuando un flanco de
un impulso del otro sistema es recibido en el cambio de 1 a 0.
De manera alternativa también es posible arrancar
el contador, cuando un flanco de un impulso de uno de los sistemas
se recibe de 0 a 1 y es detenido, cuando un flanco del impulso del
otro sistema es recibido de 0 a 1.
En otra variante también es posible arrancar el
contador, cuando un flanco de un impulso de uno de los sistema es
recibido en el cambio de 0 a 1 y es detenido, cuando un flanco del
impulso del otro sistema es recibido en el cambio de 1 a 0.
En otra variante también es posible arrancar el
contador, cuando un flanco de un impulso de uno de los sistemas es
recibido en el cambio de 1 a 0 y es detenido, cuando un flanco del
impulso del otro sistema es recibido en el cambio de 0 a 1.
Adicionalmente también puede existir un segundo
contador, que es arrancado, cuando un flanco de un impulso de uno
de los sistemas es recibido en el cambio de 0 a 1 y es detenido,
cuando un flanco del impulsos del otro sistema es recibido en el
cambio de 0 a 1 y cuando el primer contador es arrancado, cuando un
flanco de un impulso de uno de los sistemas es recibido en el cambio
de 1 a 0 y es detenido, cuando un flanco del impulso del otro
sistema es recibido en el cambio de 1 a 0, de manera, que así se
vigila continuamente la totalidad del tren de impulsos recibido.
Para cada contador se realiza una comparación del desplazamiento en
el tiempo medido con un desplazamiento en el tiempo mínimo así como
el registro de un error de sincronismo en el caso de que el
resultado de la comparación ponga de manifiesto, que el
desplazamiento en el tiempo medido es menor que el desplazamiento
en el tiempo mínimo.
Eventualmente también se pueden prever cuatro
contadores para dos sistema para vigilar la totalidad de los cuatro
flancos (1 a 0 sistema 1 a 1 a 0 sistema 2; 1 a 0 sistema 2 a 0 a 1
sistema 1; 0 a 1 sistema 1 a 0 a 1 sistema 2; 0 a 1 sistema 2 a 1 a
0 sistema 1).
En otra configuración se calcula el
desplazamiento en el tiempo mínimo a partir de los parámetros
desplazamiento de fase mínimo del transmisor de impulsos, diámetro
mínimo de la rueda, velocidad máxima del vehículo y cantidad máxima
de impulsos de distancia por revolución de la rueda. El
desplazamiento en el tiempo mínimo se calcula en especial a partir
de (desplazamiento de fase mínimo del transmisor de impulsos x
diámetro mínimo de la rueda x Pi)/(velocidad máxima del vehículo x
cantidad máxima de impulsos de distancia por revolución de la rueda
x 360º).
Con la utilización de los parámetros se puede
determinar, por un lado, el desplazamiento en el tiempo mínimo
individualmente para cada tren. Por otro, durante la marcha se
puede determinar para cada uno de los diferentes impulsos que deban
se vigilados un desplazamiento en el tiempo mínimo variado a bordo,
por ejemplo adaptado a la velocidad del vehículo. Cuanto más preciso
sea el desplazamiento en el tiempo mínimo, tantos más impulsos
perturbadores pueden ser registrados. En lugar de un cálculo
on-line, se puede construir el propio
desplazamiento en el tiempo mínimo como parámetro ajustable, que,
por ejemplo, se programa durante la instalación de los equipos de a
bordo del tren o de la SDMU.
En otra configuración del procedimiento se
calcula el desplazamiento en el tiempo mínimo a partir de
(desplazamiento de fase mínimo del transmisor de impulsos x
duración actual del periodo)/360º. En lugar de la duración actual
del periodo también se puede utilizar como referencia la duración
del periodo del impulso recibido en último lugar o la duración del
periodo del penúltimo impulso disminuido en un valor, que tenga en
cuenta el aumento intermedio máximo posible del número de
revoluciones.
El procedimiento según el invento se caracteriza
en otra configuración por el hecho de que se miden todos los
desplazamientos en el tiempo entre flancos sucesivos en el tiempo
de los impulsos de ambos sistemas y por el hecho de que cada
desplazamiento en el tiempo medido es comparado con un
desplazamiento en el tiempo mínimo, al mismo tiempo, que el valor
del desplazamiento en el tiempo mínimo puede variar de una
comparación a otra, que se registra un error de sincronismo en el
caso de que el resultado de la comparación ponga de manifiesto, que
el desplazamiento en el tiempo medido es menor que el
desplazamiento en el tiempo mínimo. Con la corrección adaptiva y la
adaptación del desplazamiento en el tiempo mínimo, por ejemplo a la
velocidad actual, puede tener lugar una vigilancia más precisa del
sincronismo.
Un FPGA según el invento con un programa especial
para la identificación de errores de sincronismo para un transmisor
de impulsos con dos a más sistemas comprende instrucciones para la
medición del desplazamiento en el tiempo de dos flancos
inmediatamente sucesivos en el tiempo de impulsos de ambos sistema,
para la comparación del desplazamiento en el tiempo medido con un
desplazamiento en el tiempo mínimo y para el registro de un error
de sincronismo en el caso de que el resultado de la comparación
ponga de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo medido es
menor que el desplazamiento en el tiempo mínimo.
Un producto de programa de computadora según el
invento para la identificación de errores de sincronismo para un
transmisor de impulsos con dos o más sistemas comprende
instrucciones para la medición del desplazamiento en el tiempo de
dos flancos inmediatamente sucesivos en el tiempo de impulsos de
ambos sistemas, para la comparación del desplazamiento en el tiempo
medido con un desplazamiento en el tiempo mínimo y para el registro
de un error de sincronismo en el caso de que el resultado de la
comparación ponga de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo
medido es menor que el desplazamiento en el tiempo mínimo.
Las instrucciones están redactadas por ejemplo en
el lenguaje de programación C++.
El producto de programa de computadora puede ser
almacenado en un soporte de datos, por ejemplo un
CD-ROM.
Las funciones en el FPGA y las que son realizadas
por un producto de programa de computadora son irrelevantes para la
implementación del invento. Por lo tanto, también es posible una
combinación de ambos. El invento puede ser realizado por lo tanto
también a partir de una combinación de Hardware y de Software.
Una SDMU según el invento con al menos dos
computadoras principales en la que cada computadora principal
contiene al menos un procesador y/o un FPGA está caracterizada por
el hecho de que cada procesador y/o cada FPGA está cargado con un
programa especial, que contiene instrucciones para la medición del
desplazamiento en el tiempo entre dos flancos inmediatamente
sucesivos de impulsos de dos sistemas, para la comparación del
desplazamiento en el tiempo medido con un desplazamiento en el
tiempo mínimo y para el registro de un error de sincronismo en el
caso de que el resultado de la comparación ponga de manifiesto, que
el desplazamiento en el tiempo medido es menor que el
desplazamiento en el tiempo mínimo.
Un dispositivo según el invento para la
identificación de errores de sincronismo para una transmisor de
impulsos con dos o más sistemas comprende un contador y un circuito
de evaluación en el que el contador mide el desplazamiento en el
tiempo de dos flancos inmediatamente sucesivos en el tiempo de los
impulsos de dos sistemas y en el que el circuito de evaluación
compara el desplazamiento en el tiempo medido con un desplazamiento
mínimo en el tiempo y registra un error de sincronismo en el caso
de que el resultado de la comparación ponga de manifiesto, que el
desplazamiento en el tiempo medido es menor que el desplazamiento
en el tiempo mínimo.
El contador está realizado por ejemplo en
Software o en Hardware. El circuito de evaluación está realizado
por ejemplo en Software y/o en Hardware. Comprende por ejemplo un
procesador o una parte de él, por ejemplo una parte del procesador
ya existente en la computadora principal de una SDMU, un elemento
de comparación, por ejemplo un comparador, un circuito lógico de
conexión y/o instrucciones de Software.
En una configuración especial del invento se
realiza, además, la identificación de errores de sincronismo para
otra clase de identificación de errores y/o la vigilancia de un
transmisor de impulsos, por ejemplo la identificación del ancho de
los impulsos y/o la identificación de errores en la secuencia de
impulsos.
Las configuraciones ventajosas del invento se
desprenden de las reivindicaciones subordinadas y de la descripción
que sigue.
En lo que sigue se describe un ejemplo de
ejecución del invento recurriendo a la figura 3.
En la identificación de errores de sincronismo se
mide el tiempo T_{FF} entre un flanco con una polaridad
cualquiera en uno de los sistemas/canales y el flanco siguiente con
una polaridad cualquiera en el (los) otro(s)
sistema(s) y se comprueba si se rebasó hacia abajo el tiempo
T_{PVmin} mínimo.
La figura 3 muestra el desplazamiento PV_{min}
fase mínimo del transmisor y un ejemplo de un error de sincronismo
en el que T_{FF} = 0.
El desplazamiento PV_{min} de fase mínimo de
los dos sistemas/canales de un transmisor de distancias/Hall es
indicado en las especificaciones del fabricante. La duración
T_{min} mínima del periodo se produce con la velocidad máxima,
respectivamente el número de revoluciones.
Dado que PV_{min} nunca debe ser rebasado hacia
abajo, es válido para duraciones T \geq T_{min} del periodo
cualesquiera un desplazamiento T_{PVmin} en el tiempo mínimo
(desplazamiento en el tiempo mínimo):
T_{PVmin} =
PV_{min}/360^{o} *
T_{min}
Todos los flancos con una separación en el tiempo
de T_{PVmin} o menor deben haber sido producidos por errores o
perturbaciones en el transmisor de impulsos de distancias/Hall, en
los cables de conexión o en las fuentes de alimentación (picos en
la alimentación con tensión).
La PV_{min} tiene usualmente un valor de al
menos 30º (T_{PVmin} = 1/12 T_{min}) para garantizar el
funcionamiento seguro y la identificación del sentido de
marcha.
Cálculo a título de ejemplo del tiempo
T_{PVmin} mínimo para un diámetro mínimo de la rueda, la
velocidad máxima y la cantidad máxima de impulsos de distancia por
revolución de la rueda:
Datos:
Desplazamiento de fase mínimo del transmisor de
impulsos PV_{min} = 30º (T_{Pvmin} = 1/12 T_{min})
Diámetro mínimo de la rueda | RD_{min} = 0,700 m | |
Velocidad máxima del vehículo | V_{max} = 500 km/h = 138,89 m/s |
Cantidad máxima de impulsos de distancia por
revolución de la rueda I_{max} = 200
La frecuencia máxima de los impulsos de
distancia/Hall se calcula a partir de:
WIG\ f_{max} =
I_{max} * V_{max}/(RD_{min} * \pi) = 12631
Hz
De aquí resulta la duración T_{min} del periodo
mínima del impulso de distancia:/Hall de un sistema/canal:
T_{min} =
1/WIG\ f_{max} = (RD_{min}* \pi)/(V_{max} * I_{max} ) = 79,17\
\mus
Por lo tanto, T_{min} resulta de T_{PVmin},
cuando de admite un solapamiento mínimo de 30º de los (dos)
sistemas(canales):
T_{PVmin} =
1/12
T_{min}
T_{PVmin} =
6,6\
\mus
La identificación de errores de sincronismo
indica un error, cuando los flancos de las señales de los (dos)
sistema/canales de un transmisor de distancias poseen una
separación mutua inferior a 6,6 \mus.
La identificación de errores de sincronismo
realizada en la SDMU en un FPGA identifica un error de sincronismo
con flancos con una separación inferior a 6,6 \mus en los dos
sistemas/canales. La vigilancia de un error de sincronismo tiene
lugar siempre, es decir, que también se controla en las paradas,
vigilando si se producen impulsos simultáneos en los dos
sistemas/canales. Con cada flanco de un impulso de distancias de un
sistema/canal es arrancado un contador con una frecuencia alta
(resolución 200 ns). Cuando en 6,4 \mus aparece otro flanco en
otro sistema/canal, se identifica un error de sincronismo. La
vigilancia de 6,4 \mus (2^{5} * 200 ns) se eligió por razones
de una realización más sencilla.
Se puede mejorar la identificación de errores de
sincronismo, cuando el valor T_{PVmin} es calculado a partir de
los cuatro parámetros PV_{min} (desplazamiento de fase mínimo del
transmisor de impulsos), RD_{min} (diámetro mínimo de la rueda),
V_{max} (velocidad máxima del vehículo) e I_{max} (cantidad
máxima de impulsos de distancia por revolución de la rueda) y se
transfiere como parámetro a la identificación de errores de
sincronismo.
Se puede obtener una mejora adicional, cuando se
transfiere de manera continua la duración T actual del periodo y se
determina a partir de ella el valor T_{PV}. Cuando no existe la
duración actual del periodo, se puede transferir en lugar de ella
la duración T del periodo último disminuida en una valor para el
aumento máximo posible del número de revoluciones:
T_{PV} =
PV_{min}/360^{o} *
T.
Claims (10)
1. Procedimiento para la identificación de
errores de sincronismo para un transmisor de impulsos con uno o dos
sistemas con lo siguientes pasos para dos sistemas: medición del
desplazamiento en el tiempo entre dos flancos inmediatamente
sucesivos en el tiempo o que surgen al mismo tiempo de impulsos de
los dos sistemas, comparación del desplazamiento de fase en el
tiempo con un desplazamiento en el tiempo mínimo y registro de un
error de sincronismo en el caso de que el resultado de la
comparación ponga de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo
medido es menor que el desplazamiento mínimo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la medición del desplazamiento en el
tiempo se realiza con un contador, que es arrancado, cuando es
recibido un flanco de un impulso de uno de los sistemas y que es
detenido, cuando es recibido un flanco de un impulso del otros
sistema.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el desplazamiento en el tiempo mínimo
es calculado a partir de los parámetros desplazamiento de fase
mínimo del transmisor de impulsos, diámetro mínimo de la rueda,
velocidad máxima del vehículo y cantidad máxima de impulsos de
distancia por revolución de la rueda.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el desplazamiento en el tiempo mínimo
es calculado a partir de (desplazamiento de fase mínimo del
transmisor de impulsos x diámetro mínimo de la rueda x Pi)/
(velocidad máxima del vehículo x cantidad máxima de impulsos de
distancia por revolución de la rueda x 360º).
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el desplazamiento en el tiempo mínimo
es calculado a partir de (desplazamiento de fase mínimo del
transmisor de impulsos x duración actual del periodo)/360º.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque son medidos todos los desplazamientos
en el tiempo entre flancos inmediatamente sucesivos en el tiempo o
que aparecen simultáneamente de impulsos de los dos sistemas, porque
cada desplazamiento medido es comparado con un desplazamiento
mínimo en el tiempo, pudiendo variar el valor del desplazamiento en
el tiempo mínimo de una comparación a otra, y porque se registra un
error de sincronismo en el caso de que el resultado de la
comparación ponga de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo
medido es menor que el desplazamiento en el tiempo mínimo.
7. "Gate Array" o procesador programable con
un programa especial para la identificación de errores de
sincronismo para un transmisor de impulsos con dos o más sistemas,
que comprende instrucciones para la realización del procedimiento
según la reivindicación 1.
8. Producto de programa de computadora para la
identificación de errores de sincronismo para un transmisor de
impulsos con dos o más sistemas, que comprende instrucciones para
la realización del procedimiento según la reivindicación 1.
9. Unidad de medición de velocidades y de
distancias con al menos dos computadoras principales, al mismo
tiempo, que cada computadora principal comprende al menos un
procesador y/o un "Gate Array" libremente programable,
caracterizado porque cada procesador y/o "Gate Array"
libremente programable está cargado con un programa especial, que
contiene instrucciones para la realización del procedimiento según
la reivindicación 1.
10. Dispositivo para la identificación de errores
de sincronismo para un transmisor de impulsos con dos o más
sistemas, que comprende un contador y un circuito de evaluación, en
el que el contador mide el desplazamiento en el tiempo entre dos
impulsos inmediatamente sucesivos en el tiempo o que se producen al
mismo tiempo de impulsos de dos sistemas y en el que el circuito de
evaluación compara el desplazamiento en el tiempo medido con un
desplazamiento en el tiempo mínimo y registra un error de
sincronismo en el caso de que el resultado de la comparación ponga
de manifiesto, que el desplazamiento en el tiempo medido es menor
que el desplazamiento en el tiempo mínimo.
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