IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ТСКБМ - телемеханическая система контроля бодрствования машиниста

Система ТСКБМ относится к системам контроля бдительности, следит за физиологическим состоянием машиниста, принимает сигналы о состоянии рукоятки бдительности (РБ), обрабатывает полученную информацию, показывает уровень бодрствования машиниста по условной шкале в виде светящейся линейки переменной длины. При работе с системой АЛСН она выдает управляющее воздействие на электропневматический клапан (ЭПК). При работе с системой КЛУБ она выдает информацию о снижении уровня бодрствования машиниста ниже критического уровня на систему КЛУБ.

При работающей системе ТСКБМ и при нормальном уровне бодрствования машиниста периодические проверки бодрствования отменяются.Если система ТСКБМ будет отключена, системы АЛСН или КЛУБ перейдут в штатный режим работы без системы ТСКБМ с периодическими проверками бодрствования машиниста.

При снижении уровня бодрствования машиниста ниже критического, система ТСКБМ, в случае совместной работы с системой АЛСН, непосредственно воздействуя на ЭПК, приводит в действие механизм автоматического экстренного торможения, который машинист может отменить, нажав на рукоятку бдительности по свистку электропневмоклапана ЭПК. Этот процесс повторяется в соответствие с алгоритмом работы системы, но не более трех раз. Если в течение этого времени восстановится нормальный уровень бодрствования машиниста, то система ТСКБМ зафиксирует этот факт и вернется в режим нормального уровня бодрствования машиниста. Если этого не произойдет, то система ТСКБМ вызовет срабатывание электропневмоклапана ЭПК.

При работе с системой КЛУБ система ТСКБМ будет постоянно выдавать информацию о снижении уровня бодрствования ниже критического и срабатывание ЭПК произойдет в соответствии с алгоритмами работы системы КЛУБ.

Безопасность движения поездов повышается за счет того, что с системой ТСКБМ:

Повышается надежность работы машиниста, который может контролировать свой уровень бодрствования, не допуская его снижение до нижней границе на индикаторе уровня бодрствования и может, посредством активных действий, поддерживать свою работоспособность, не дожидаясь обесточивания электропневмоклапана ЭПК.

Контроль бодрствования машиниста производится непрерывно в процессе движения поезда независимо от поездной ситуации и без отвлечения машиниста требованием периодически подтверждать свое бодрствование, что особенно важно в ситуациях, требующих от машиниста повышенной бдительности для обеспечения безопасности движения.

Принцип оценки уровня бодрствования машиниста.

Из основ физиологии человека известно, что уровень бодрствования человека сопровождается сигналом кожно-гальванической реакции (сигнал КГР). Сигнал КГР представляет собой спонтанное кратковременное повышение проводимости кожи с последующим возвратом к исходному уровню. Сигнал КГР регистрируется путем измерения относительного приращения сопротивления кожи и имеет форму импульсов треугольной формы со специфической асимметрией: в виде крутого переднего и полого заднего фронта. Схематическое изображение импульса КГР и типичные параметры приведены на рис 1.

Носителем информации об уровне бодрствования является ТКГР время между импульсами КГР - у засыпающего человека увеличивается интервал времени между импульсами КГР. Несмотря на случайную природу, импульс КГР хорошо распознается.

В системе ТСКБМ реализовано преобразование сигнала КГР в цифровую форму с помощью соответствующих программ, выделение количественных показателей сигнала КГР, отображение этих показателей в условный уровень бодрствования.

Рис. 1. Сигнал кожно-гальванической реакции (КГР).

RA = 50...500 кОм - Базовое сопротивление, относительно которого регистрируется импульс КГРdRA = 2,5...50 кОм - Приращение сопротивления за время нарастания импульса КГРdRA/RA = 5...10% - Амплитуда импульса КГРt1 = 1...3 с - Длительность нарастания импульса КГРt2 = 1...10 с - Длительность убывания импульса КГР ТКГР = 20...60 с - Интервал следования импульсов КГРRx = 5 кОм ... 12,5 МОм - Текущее значение сопротивления

Система ТСКБМ непрерывно осуществляет контроль и индикацию уровня бодрствования машиниста по условной шкале, а также приводит в действие механизм экстренного торможения при снижении уровня бодрствования ниже некоторого критического.

Машинисту дается возможность до трех раз отодвинуть момент торможения, нажимая на рукоятку бдительности по свистку электропневматического клапана. Если машинист в течение этого времени повысит свой уровень бодрствования, то экстренного торможения не произойдет.

Критический уровень бодрствования не связан с потерей работоспособности. Из соображений безопасности и с учетом индивидуального разброса физиологических параметров машинистов критический уровень бодрствования зафиксирован вблизи границы работоспособного состояния.

Функциональные схемы устройств ТСКБМ

Функциональная схема ТСКБМ представлена на рис. 2 и включает в себя следующие приборы и блоки:

Прибор ТСКБМ-Н, носимая часть системы, представляет собой телеметрический датчик и располагается на запястье машиниста. Прибор ТСКБМ-Н предназначен для получения информации об относительном изменении электрического сопротивления, подключенного к его электродам, и передачи ее по радиоканалу в цифровом виде на приемник прибора ТСКБМ-П.

Прибор ТСКБМ-П приемник сигналов прибора ТСКБМ-Н и устройство индикации, предназначен для приема и первичной обработки информации, передаваемой по радиоканалу от ТСКБМ-Н, и передачи ее в контроллер ТСКБМ-К. Устройство индикации предназначено для визуального отображения уровня бодрствования машиниста на светодиодном индикаторе.Блок ТСКБМ-К контроллер системы, предназначен для приема и обработки информации от приемника и рукоятки бдительности, а также для выдачи управляющего воздействия на электропневмоклапан (при подключении АЛСН) или систему КЛУБ.

Рис. 2 Функциональная схема ТСКБМ

Рис. 3. Функциональная схема прибора ТСКБМ-Н

Рис. 4.Функциональная схема прибора ТСКБМ-П

Использование датчика пульса в системе ТСКБМ

Датчик пульса (далее – пульсометр)— медицинский контрольно-диагностический прибор для измерения сердечного ритма (пульса). Область применения датчика в медицине - оценка функции системы кровообращения, анестезиология и т.д.

Рис. 5. Схема цифрового пульсометра с трехразрядным дисплеем

В основе работы пульсометра лежит принцип функционирования аппарата ЭКГ. Он заключается в следующем: электронные сигналы, возникающие в результате сокращений сердечной мышцы, воспринимаются инфракрасным датчиком, после чего передаются на устройство приема. Последнее обрабатывает информацию и выводит ее на дисплей.

Внедрение пульсометра в систему ТСКБМ

Инфракрасный датчик пульсометра совместно с устройством приема пульсометра помещается в браслет системы ТСКБМ (носимый прибор ТСКБМ-Н), сигнал с датчика поступает на устройство приема, обрабатывается, передается на логарифмический преобразователь и формирователь кодовых посылок устройства ТСКБМ-Н, затем частотный сигнал с пульсометра по радиоканалу поступает на устройство ТСКБМ-П.

Устройство ТСКБМ-П осуществляет прием сигналов от ТСКБМ-Н, производит первичную обработку параметров пульса и гальванического сопротивления кожи, после чего отправляет первично обработанные сигналы на прибор ТСКБМ-К. Устройство ТСКБМ-К производит окончательную обработку сигналов, сравнение их с разрешенными минимальными и максимальными значениями, и в зависимости от результата выдает управляющее воздействие на ЭПК или КЛУБ.

Критерии оценивания состояния машиниста при помощи пульсометра в системе ТСКБМ

Пульс - это ритмические колебания стенок артерий, которые соответствуют сокращениям сердца, и поэтому их нормальная частота является критерием правильного функционирования сердечно-сосудистой системы. По показателям пульса можно судить о силе и ритмичности сердцебиения, а также о состоянии кровеносных сосудов. Если пульсовые волны возникают через неодинаковые промежутки времени (неритмичный пульс), то это может свидетельствовать о заболеваниях сердца, злоупотреблении кофе, или же говорит о том, что человек подвергается частым стрессам либо имеет определенные нарушения гормонального фона.

Стоит отметить, что пульс должен быть не только ритмичным, но и характеризоваться определенной частотой (это количество пульсовых волн в минуту). У здоровых лиц она составляет 60-90 ударов в минуту. У человека, который находится в спокойном состоянии (и физическом, и эмоциональном), показатели пульса не превышают этих цифр.

Ниже приведена таблица, показывающая нормы пульса для человека возрастом от 15 до 80 лет

Таблица 1. Нормы пульса по возрастам

Возраст	Минимально допустимое значение	Максимально допустимое значение	Среднее значение
15-50 лет	60	80	70
50-60 лет	64	84	74
60-80 лет	69	89	79

Учитывая особенности организма, которые могут возникнуть непосредственно в момент нахождения машиниста в единице подвижного состава (к примеру, психологические факторы – волнение, переизбыток эмоций, испуг и т.д) и влияют на частоту сердечных сокращений, максимально и минимально допустимые значения можно изменить. Рассчитав среднее минимальное и среднее максимальное значения по формуламдля всех возрастов:

- для среднего максимального –Umax_ср= ,

где Umaxn–максимально допустимое значение, n–количество значений

- для среднего минимального –Umin_ср=,

где Uminn–минимально допустимое значение, n–количество значений

получаем Umax_ср= 84,3 уд/мин, Umin_ср= 64,3 уд/мин.

Учитываем влияние факторов, изменяющих частоту сердечных сокращений в большую сторону (в среднем – на 10 уд/мин), получаем Umax_ср=94,3 уд/мин. Минимально допустимый предел остается прежним, т.к при снижении частоты ниже 60 уд/мин возникает нарушение работы сердечно-сосудистой системы, что чревато потерей работоспособности машиниста.

Таким образом для системы ТСКБМ за максимальный предел частоты пульса можно принять 94,3 уд/мин, а за минимальный предел частоты – 64,3 уд/мин. Система ТСКБМ обрабатывает значения гальванического сопротивления кожи и пульса, и при превышении или более низком значении одного из параметров активируется соответствующий алгоритм системы, подается предупредительный свисток. Если в течение 40 секунд не произошло нажатия на кнопку бдительности или за некоторый промежуток времени оба параметра не нормализуются, система ТСКБМ воздействует на систему торможения поезда. Показания пульса в системе ТСКБМ в данном случае будут являться поводом для отстранения машиниста от поездки и направления его на медицинское обследование.

Заключение

Таким образом, внедрение пульсометра в систему ТСКБМ позволит существенно повысить уровень безопасности движения на железных дорогах России, т.к ТСКБМ сможет осуществлять не только контроль бодрствования машиниста посредством кожно-гальванической реакции, но и контроль одного из самых важных параметров человеческого организма, существенно влияющего на работоспособность человека – частоту сердечных сокращений (пульс).

Список использованной литературы

1. Хоровиц П., Хилл У.Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. 2-е. – М.: Издательство БИНОМ. – 2014. – 704 с., ил.

2. К. В. Зайченко, О. О. Жаринов, А. Н. Кулин, Л. А. Кулыгина,А. П. Орлов. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учеб. пособие / Под ред. К. В. Зайченко. СПбГУАП. СПб., 2001. 140 c.: ил.

3. А.В. Бердников, М.В. Семко, Ю.А. Широкова. Медицинские приборы, аппараты, системы икомплексы. Часть I. Технические методы и аппараты для экспресс-диагностики: Учебное пособие / Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2004. 176 c.

4. ТСКБМ [Электронный ресурс] : телемеханическая система контроля бодрствования машиниста. – Режим доступа: http://scbist.com/wiki/16038-tskbm.html, свободный. – Загл. с экрана.

5. Руководство по эксплуатации «Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 с коллекторными тяговыми электродвигателями»: утв. ген.дир УЗЖМ от 29.04.2008 // 2ЭС6.00.000.000 РЭ

Код для цитирования: Скопировать