Системы автоведения пассжирских и грузовых поездов

Железная дорога в России продолжает постоянно развиваться. Со стремительной скоростью происходит автоматизация подвижного состава:

- в 1931 г. на новом подвижном составе началась установка автоматических тормозов с воздухораспределителем конструкции И. К. Матросова;

- в 1935 г. на подвижном составе стало применяться автосцепное устройство СА-3, окончательный перевод на автосцепку был завершён в 1957 г.;

- в 1937 г. для советских железных дорог разработана первая система механического автостопа с автоматической локомотивной сигнализацией;

- в 1940 г. для Московского метрополитена на Мытищинском машиностроительном заводе организовано производство вагонов типа Г, на которых применён реостатный тормоз, позволивший автоматизировать процесс торможения;

- в 1952 г. создан универсальный автоматический тормоз МТЗ-135 для длинносоставных грузовых и пассажирских поездов;

- в 1953 г. началось оснащение тормозных систем подвижного состава автоматическими регуляторами;

- в 1957 г. создана первая автономная система автоведения поезда («автомашинист») для пригородных поездов;

- в 1962 г. на Московском метрополитене прошли испытания первой системы автоведения поездов;

- в 1962 г. в первые применены системы дистанционной защиты с электронными элементами (УЭЗФ) в составе комплексных систем автоматики, защиты и управления тяговой подстанцией - ЭСА-6;

- в 1974 г. на Московской, а в 1975 г. на Октябрьской железной дороге годы прошли испытания одноконтурных систем автоведения;

- в 1983 г. на Октябрьской железной дороге прошла испытания двухконтурная система автоведения для пассажирских поездов с электровозом ЧС200;

- в 1986 г. закончились испытания комплексной системы автоматизированного управления движением поездов на участке Москва - Загорск (Сергиев Посад) Московской железной дороги;

- в 1990 г. для подвижного состава железных дорог начали разрабатываться системы автоведения нового поколения для грузовых поездов, в которых учитываются значительные колебания массы поезда.

Система автоведения для электропоездов, позволявшая управлять составом без участия человека, была создана впервые в конце 60-х годов в СССР. Тогда на Рижском вагоностроительном заводе был изготовлен электропоезд ЭР2А № 413, который оснастили “автомашинистом”. Первая система автоведения (автомашинист) как и первые компьютеры, была очень объемной и в вагоне занимала много места. Электропоезд ЭР2А № 413, оснащенный этой системой автоведения, длительное время

эксплуатировался на участке Москва-Крюково Октябрьской железной дороги. Но работа по совершенствованию комплекса «автомашинист» была приостановлена из-за громоздкости элементной базы и её низких вычислительных возможностей.

Дальнейшее бурное развитие микропроцессорной техники в концепрошлого века в СССР привело к переосмыслению идеи автомашиниста, созданию более совершенного комплекса. В конце 90-х годов XX века во ВНИИЖТе создаётся новое поколение систем автоведения для пригородного электропоезда. Функции системы автоведения расширились, появился речевой информатор для пассажиров и локомотивной бригады. Система автоведения не использует напольные датчики - все данные о скорости и пройденном пути снимаются измерительным преобразователем с колеса электропоезда, а информация о расположении объектов пути хранится в ее памяти.

В 1998 г. была изготовлена первая опытно-промышленная партия систем автоведения для пригородных поездов и на Московской железной дороге началось внедрение усовершенствованной системы автоведения САВПЭ для пригородных поездов на базе микроЭВМ. В течение того же года этой системой были оборудованы электропоезда депо Куровская, Железнодорожная и Раменское Московской ж.д.

Постоянное совершенствование технологических процессов по внедрению систем автоведения, её программного обеспечения, повышение надёжности аппаратной части систем позволило уже к концу 2004 г. оборудовать системой весь парк электропоездов железных дорог России и Беларуси.

Наряду с системами автоведения для пригородных поездов велись работы по созданию «автомашиниста» для пассажирских и грузовых поездов, в том числе повышенной длинны и массы. Эти системы автоведения на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

Системы автоведения пригородных электропоездов, поездов грузового и пассажирского движения предназначены для автоматизированного управления подвижным составом с соблюдением норм безопасности движения в соответствии с заданным временем хода (или графиком) на основе выбора энергетически рационального режима движения.

Системы автоведения относятся к автономным системам автоведения,т.е. свое местонахождение и требуемые режимы движения система определяет самостоятельно.

Системы автоведения облегчают труд машиниста, способствуют повышению производительности труда, позволяют экономно расходовать электроэнергию и вести учёт ее расхода. Повышается безопасность движения за счёт автоматического исполнения скоростного режима движения по сигналам светофоров с учётом постоянных и временных ограничений скорости, а также за счет уменьшения утомляемости машиниста. Система контролирует правильность работы функциональных узлов аппаратуры, осуществляя при этом функцию самодиагностики.

В состав систем автоведения входит регистратор параметров движения (РПДА).

Системы автоведения выполняют следующие функции:

- определяют фактические параметры движения поезда и выводят их на экран дисплея;

- ведут расчет рекомендуемых параметров движения поезда и управляющих воздействий в реальном времени;

- управляют тягой и торможением;

- осуществляют визуальный и звуковой диалог с машинистом;

- производят запись регистрируемых параметров на картридж (через подсистему РПДА);

- проводят тестирование аппаратурыавтоведения и тягового подвижного состава и осуществляют контроль исправности аппаратуры.

Система автоведения обеспечивает поддержание заданной скорости и непрерывно рассчитывает её оптимальное значение в условиях меняющейся поездной обстановки, минимизируя расход электроэнергии и жестко соблюдая расписание (для пассажирского движения) или перегонное время хода (для грузового движения).

Дисплей системы информирует машиниста о текущих параметрах следования:

- координата, скорость и время;

- профиль пути;

- сигнал локомотивного светофора;

- текущее и следующее ограничение скорости;

- ближайшие станции и путевые объекты;

- информация об исполнении расписания.

По желанию машинист может вывести на экран дополнительную информацию, например, давление в тормозной магистрали, список всех ограничений скорости, значения токов, перегон между остановочными пунктами и т.д. Изменения в настройках системы и ввод данных перед началом движения производится путем считывания их с картриджа или через соответствующее меню с помощью клавиатуры. Тесты работы аппаратуры системы автоведения и электровоза (электропоезда) также проводятся через меню. Диагностика в обязательном порядке проводится перед началом работы системы автоведения. В некоторых системах реализована функция самодиагностики аппаратур в процессе движения.

Системы автоведения могут работать в следующих режимах:

1. Режим автоведения – система автоведения берет на себя полное

управление поездом, используя органы управления локомотивом.

2. Режим советчика – управление производится машинистом.

3. Режим кнопочного контроллера – управление поездом осуществляется машинистом через клавиатуру системы автоведения.

Во всех режимах система автоведения выводит на экран рекомендации по энергооптимальному ведению поезда и отображает текущую информацию о состоянии ведения.

Интеллектуальный центр системы автоведения– это компьютер с программой, которая моделирует поведение поезда, используя необходимую информацию, умеет им управлять и знает регламент ведения. Для моделирования программа автоведения использует данные:

- о текущем состоянии тягового подвижного состава – поступает с подвижного состава от датчиков;

- о составе (его масса, длина, количество вагонов и т.п.) – вводится автоматически или вручную перед началом работы;

- о маршруте следования – содержится в базе данных маршрутов;

- об ограничениях скорости.

Программа автоведения постоянно следит за меняющейся поездной обстановкой и выдает управляющие команды аппаратуре на тягу, торможение, подачу песка и т.д., ориентируясь на оптимальный расход электроэнергии.

Аппаратура систем автоведения строится на основе блоков, осуществляющих управление подвижным составом (тяга, торможение, рекуперация), датчиков, фиксирующих ключевые показатели функционирования локомотива или моторного вагона, и управляющего компьютера. Блоки систем автоведения объединяются в одну общую CAN-сеть. Эта сеть позволяет согласовать друг с другом разнотипные устройства, предназначенные для организации распределенной обработки данных и

подключать новые блоки. CAN-сеть нечувствительна к электромагнитным помехам и обладает высокой степенью надежности. При этом любое из подключенных устройств может быть использовано для передачи или получения информации. Полученные от систем локомотива аналоговые и дискретные сигналы обрабатываются, поступают в сеть и становятся доступными другим блокам системы.

Основное устройство, которое несет в себе всю информацию о сети икоординирует работу подключаемых модулей – Системный Блок (БС), который представляет собой высокопроизводительный компьютер. Блок БС, исходя из полученных сообщений от устройств в CAN-сети, формирует команды на управление. Также в блоке БС содержится программа автоведения. В зависимости от типа локомотива и поставленной задачи подбирается требуемое количество и вид блоков.

Система автоведения получает информацию о текущем состоянии поезда

от измерительных устройств (датчиков). Для выполнения точного моделирования поведения поезда системе автоведения также необходимы сведения о параметрах состава для данной поездки (количество, типы вагонов и массы состава). Эти данные, а также информация о маршруте следования, временных ограничениях скорости, номере поезда и табельном номере машиниста вводятся перед отправлением в ручном или автоматическом режиме в систему автоведения (зависит от модификации системы автоведения). При автоматическом вводе используется съемный носитель данных (картридж), куда в депо предварительно записывается вся необходимая информация.

База данных маршрутов содержит информацию о профиле пути, постоянных ограничениях скорости, расположении путевых объектов, объектов сигнализации, тяговых характеристиках локомотива и расписании движения (для пассажирских поездов). Данная информация постоянна и не может быть изменена без переналадки системы. База данных маршрутов записывается на картридж, либо загружается вместе с

программой автоведения. Выбор маршрута из Базы данных и ввод временных ограничений скорости производится машинистом перед отправлением.

Тормозная подсистема автоведения разработана для электронного управления

пневматическими тормозами электровоза и поезда. Тормозная подсистема строится на основе высоконадежных электромагнитных клапанов типа КЭО. Пневмомодуль, содержащий три клапана, или отдельный клапан КЭО для отпуска, устанавливаются на кран машиниста.