Автоматизированная система контроля мотор-вагонного подвижного состава
AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR MULTIPLE UNITS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к автоматизированной системе контроля состояния мотор-вагонного подвижного состава (МВПС), предназначенной для контроля качества предоставляемой услуги по перевозке пассажиров.
Известна система мониторинга подвижного состава содержащая первичные преобразователи параметров работы узлов в сигналы, доступные к передаче по поездным информационным каналам, бортовые устройства первичной обработки, накопления и передачи сигналов на внешние устройства считывания постов депо, центр обработки данных, центр управления ремонтом депо, специализированные посты, единый центр мониторинга подвижного состава. В пути следования поезда с узлов вагонов при помощи штатных датчиков бортовых систем, а также дополнительно установленных датчиков осуществляется сбор информации о текущих значениях параметров работы: тяговых электродвигателей, тяговой передачи, тягового редуктора, колесных пар; узлов рессорного подвешивания, автосцепных устройств; силовой электрической передачи; вспомогательного электрического оборудования. Первичная информация датчиков сравнивается с допустимыми значениями и хранится для последующей передачи на устройства считывания постов, затем обрабатываются в центре обработки данных и передаются диспетчеру центра управления ремонтом (патент на полезную модель RU 136780 U1, МПК B61L 25/00, опубл. 21.08.2012) - аналог.
Недостатком данной системы является ограниченный перечень контролируемых параметров (буксовых узлов и тяговых редукторов без учета параметров работы прочих агрегатов электропоезда), ориентированных на информационное обеспечение ремонтов подвижного состава. Другим недостатком является необходимость проводных соединений между всеми устройствами системы, что приводит к образованию громоздкой структуры, образующейся за счет дополнительных проводных каналов, которые необходимо прокладывать на электропоезде при монтаже системы.
Известно устройство мониторинга и дистанционного управления оборудованием пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, содержащее бортовые средства контроля технического состояния вагонов железнодорожного транспорта, не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчерского пункта управления железнодорожным транспортом и сервер сбора данных и обработки результатов технического контроля железнодорожного транспорта. При этом бортовые средства контроля технического состояния вагонов железнодорожного транспорта оснащены средствами радиообмена данными с удаленными АРМ диспетчерских пунктов управления и сервером. Бортовые средства контроля технического состояния каждого вагона железнодорожного транспорта содержат модульный контроллер мониторинга технических параметров и управления основной аппаратурой вагона, блок управления электропитанием комплекса, соединенные с соответствующим диагностируемым оборудованием непосредственно и через сетевой коммутатор - с цифровым устройством обработки данных (панельный компьютер). Цифровое устройство обработки данных через сетевой адаптер соединен с межвагонной линией интерфейсной связи и непосредственно - с GPS-приемником и со средством радиообмена данными. Устройство обладает расширенными функциональными возможностями (заявка WO 2014/175768 A1, G05D 27/00, B60L 3/00, B61L 25/00 опубл. 30.10.2014) - аналог.
Недостатком устройства является жесткая структура системы мониторинга, использование внутрипоездной магистрали, ограниченный перечень параметров, характеризующих качество предоставляемых пассажирам услуг (только температура воздуха), отсутствие возможности информирования пассажиров. Монтаж подобной системы предполагает прокладку междувагонных соединений, что резко снижает ее надежность при необходимости перекомпоновки поездного состава МВПС.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является система мониторинга электропоездов, содержащая центр мониторинга, центр управления, бортовой компьютер, подсистему мониторинга головного вагона, и/или подсистему мониторинга моторного вагона, и/или подсистему мониторинга прицепного вагона, блоки диагностики колесных пар, буксовых узлов, компрессора, автотормозного оборудования, блоки диагностики силовых электрических цепей, блоки вспомогательных электрических цепей, блоки пневмоэлектрических цепей управления, радиоканалы центра мониторинга и центра управления. В центре мониторинга к радиоканалу последовательно подключены сервер, диагностическая сеть и компьютеры пользователей. Центр управления на подвижном транспортном средстве оснащен приемником системы спутниковой навигации, подключенным к бортовому компьютеру (патент на изобретение RU 2386563 C1, B61L 3/00, B61L 25/00, опубл. 07.10.2008) - прототип.
Основным недостатком известных из уровня техники устройств, в том числе наиболее близкого аналога, принятого за прототип, является то, что диагностика параметров и контроль штатного функционирования бортового оборудования МВПС осуществляется только в интересах обслуживающего персонала (поездной бригады, работников депо, должностных лиц, отвечающих за эксплуатацию и управление движением МВПС), но не пассажиров. При этом отсутствует контроль ключевого показателя, - качества и достоверности предоставляемой пассажирам услуги.
Кроме того, недостатками известных из уровня техники устройств является:
- система мониторинга формируется единой в физическом смысле, что затрудняет перекомпоновку вагонов в составе МВПС в случае необходимости увеличения (уменьшения) количества вагонов в составе, отказов, ремонтов, списания вагонов и т.д.;
- в системе мониторинга используются датчики, требующие подключения к бортовой сети электроснабжения, что значительно снижает гибкость и возможности конфигурирования и адаптации системы мониторинга под конкретные условия эксплуатации МВПС;
- использование проводных соединений и датчиков, подключаемых к бортовой сети электропитания, возможно на стадии производства МВПС или его глубокой модернизации в заводских условиях. Вместе с тем, для оборудования системами мониторинга МВПС, находящегося в эксплуатации, требуются технические решения, обеспечивающие простоту, гибкость и технологичность монтажа и эксплуатации систем мониторинга МВПС;
- использование высокоскоростных каналов передачи данных (как правило, WiFi) от датчиков (модулей контроля) сопряжено с большим энергопотреблением, что исключает возможность применения автономных беспроводных датчиков, тем самым ограничивая возможность увеличения при необходимости количества датчиков и номенклатуры контролируемых параметров.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение является создание автоматизированной системы контроля МВПС, обеспечивающей контроль качества предоставляемой пассажирам услуги, обеспечение возможности информирования персонала и пассажиров о качестве предоставляемой услуги, а также возможности оснащения системами мониторинга находящегося в эксплуатации МВПС без серьезной модернизации и вмешательства в конструкцию и штатные системы и устройства вагонов МВПС.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении достоверности мониторинга качества услуги в реальном масштабе времени.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированная система контроля мотор-вагонного подвижного состава содержит центр мониторинга, подсистемы мониторинга головных вагонов, моторных и прицепных вагонов. Центр мониторинга связан по радиоканалам сети мобильной связи с подсистемой мониторинга головных вагонов и содержит сервер обработки данных к которому подключен сервер приложений для персонала, к последнему подключены автоматизированные рабочие места персонала, а по радиоканалам сети мобильной связи - мобильные автоматизированные рабочие места персонала. Подсистемы мониторинга головных, моторных и прицепных вагонов оборудованы модулями сбора и обработки данных, модулями внутривагонной и межвагонной радиосвязи, а подсистема мониторинга головных вагонов содержит также навигационный модуль и модуль радиосвязи GSM связанный с модулями межвагонной радиосвязи головных вагонов. При этом центр мониторинга содержит, подключенный к серверу обработки данных, сервер приложений для пассажиров, выполненный с возможностью подключения к нему по радиоканалам сети мобильной связи мобильных устройств пассажиров, подсистемы мониторинга головных, моторных и прицепных вагонов оборудованы беспроводными автономными датчиками и беспроводными модулями контроля открытия и закрытия дверей, а беспроводные автономные датчики подключены по каналам беспроводной связи к модулю сбора и обработки данных и модулю межвагонной радиосвязи.
Система, характеризующаяся тем, что содержит беспроводные автономные датчики температуры, освещенности, влажности воздуха, состава воздуха и оборудована беспроводными автономными датчиками веса вагона.
Система, в которой модуль сбора и обработки данных подключен к модулю управления отоплением и кондиционированием.
Система, характеризующаяся тем, что беспроводные автономные датчики температуры воздуха, освещенности, влажности воздуха, состава воздуха, веса вагона связаны с модулем сбора и обработки данных по технологии LoRaWAN.
Система, в которой для межвагонной радиосвязи используется технология LoRaWAN.
Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1, где представлена структурная схема автоматизированной системы контроля МВПС.
Заявляемая автоматизированная система контроля МВПС содержит центр мониторинга 1, подсистемы мониторинга первого головного вагона 2, подсистему второго (находящегося в хвосте поезда) головного вагона 3, моторных и прицепных вагонов 4, центр мониторинга 1 связан по радиоканалам сети мобильной связи 5 с подсистемой мониторинга первого головного вагона 2 и подсистемой мониторинга второго головного вагона 3. Центр мониторинга содержит сервер обработки данных 6, к серверу обработки данных 6 подключен сервер приложений для персонала 7, к серверу приложений для персонала подключены автоматизированные рабочие места персонала 8, а по радиоканалам сети мобильной связи 9 -мобильные автоматизированные рабочие места персонала Подсистемы мониторинга (2 и 3) головных, моторных и прицепных вагонов 4 оборудованы модулями сбора и обработки данных 12, модулями внутривагонной и межвагонной радиосвязи 13, подсистема мониторинга головных вагонов 2 и 3 содержит также навигационный модуль 14 и модуль радиосвязи GSM 15 (шлюз) Подсистемы мониторинга вагонов связаны между собой по каналам беспроводной связи с помощью модулей межвагонной радиосвязи 13, модули межвагонной радиосвязи 13 головных вагонов подключены к шлюзам-модулям радиосвязи GSM 15. При этом центр мониторинга 1 содержит сервер приложений для пассажиров 10, подключенный к серверу обработки данных 6, к серверу приложений для пассажиров 10 по радиоканалам общедоступной сети мобильной связи 5 могут подключаться мобильные устройства пассажиров 11 с установленным на них приложением (клиентской программой), кроме того подсистемы мониторинга (2 и 3) головных, моторных и прицепных вагонов 4 оборудованы беспроводными автономными датчиками, по необходимости, например, беспроводными автономными датчиками температуры 16, беспроводными автономными датчиками освещенности 17, беспроводными автономными датчиками влажности воздуха 18, беспроводными автономными датчиками состава воздуха 19, беспроводными автономными датчиками веса вагона 20, беспроводными модулями контроля открытия и закрытия дверей 21 и т.д. Датчики подключены по каналам беспроводной связи к модулю сбора и обработки данных 12, который может быть подключен к модулю управления отоплением и кондиционированием 22, и модулю межвагонной радиосвязи 13.
Компании - операторы МВПС нуждаются в получении объективной оперативной информации не только о техническом состоянии оборудования и подвижного состава, но и о качестве и достоверности услуг, предоставляемых в том числе и пассажирам МВПС. Заявляемое решение обеспечивает решение обоих задач. Качество услуги, предоставляемой пассажирам МВПС, может характеризоваться набором следующих параметров (характеристик):
- соответствие графика движения МВПС расписанию;
- населенность вагонов МВПС (занятость пассажирских перевозочных мест);
- температура воздуха в вагоне;
- влажность воздуха в вагоне;
- процентное содержание в воздухе углекислого газа (С02), пыли и др.;
- освещенность внутри вагона и т.д.
Автоматизированная система контроля МВПС устроена и работает следующим образом.
Во всех вагонах МВПС (головных, моторных и прицепных) устанавливаются автономные (то есть имеющие собственный источник электропитания) беспроводные датчики контроля температуры воздуха, влажности воздуха, состава воздуха, освещенности (16, 17, 18, 19). Количество датчиков (например, не менее двух - в начале и в конце вагона) каждого типа может варьироваться в зависимости от требований владельца (эксплуатирующей организации) МВПС к полноте и достоверности мониторинга параметров предоставляемой пассажирам услуги. В каждый вагон МВПС на буксовые узлы устанавливаются 4 беспроводных датчика измерения веса вагона 20 - по одному в каждую точку подвески кузова вагона на тележку. Измерения веса вагона используются для мониторинга населенности (количества пассажиров) вагонов следующим образом. Определяется среднее значение веса кузова вагона относительно веса кузова пустого вагона по показаниям четырех датчиков. Полученное значение делится на 80 (80 кг - среднестатистический вес одного пассажира с багажом при проезде в пригородном МВПС) и определяется оценочное значение количества пассажиров в данном вагоне. К штатным датчикам контроля закрытия дверей каждого вагона подключаются беспроводные модули контроля открытия и закрытия дверей 21. В первый и второй головные вагоны МВПС устанавливаются навигационные модули ГЛОНАСС/GPS.
Во время использования МВПС по назначению - при перевозке пассажиров информация от датчиков 16-21 в каждом вагоне поезда по каналам внутривагонной связи передается в модули сбора и обработки данных 12. В качестве каналов внутривагонной связи используются беспроводные технологии интернета вещей (IoT, Internet of Things) LPWAN (беспроводные сети передачи небольших по объему данных на дальние расстояния с низким энергопотреблением по протоколу IEEE 802.15.4). После предварительной обработки данных, включающей фильтрацию и формирование информационных пакетов, информация поступает из модулей сбора и обработки данных 12 передается в модули межвагонной радиосвязи 13, также использующие энергоэффективную технологию LPWAN. При отклонении измеренной температуры воздуха в салоне вагона от значений, рекомендуемых Санитарными правилами и нормами (СанПиН), в модуле сбора и обработки данных 12 формируется управляющий сигнал, который передается в модуль управления отоплением и кондиционированием 22. Информация из модулей межвагонной радиосвязи 13 поступает в модуль радиосвязи GSM 15 первого и второго головного вагона. Модули радиосвязи GSM 15 выполняют также функцию шлюза между сетью межвагонной передачи данных LPWAN и общедоступной сетью сотовой связи GSM/UMTS. В модуль радиосвязи GSM 15 также из навигационного модуля 14 поступает информация о местоположении и скорости МВПС. Далее информационные пакеты, содержащие информацию о температуре воздуха, влажности воздуха, составе воздуха, освещенности и количества пассажиров в каждом вагоне передается по каналам сотовой связи 5 в сервер обработки данных 6 центра мониторинга 1. В информационные пакеты также включаются данные о местоположении и скорости движения МВПС, а также зафиксированные моменты времени открытия и закрытия дверей в вагонах МВПС. Данная информация необходима, поскольку с точки зрения достоверности качества услуги, предоставляемой пассажиру, соблюдение графика движения МВВС характеризуется не только фактом нахождения МВПС в определенный момент времени на соответствующем остановочном пункте (станции, платформе), но более точно - моментами открытия и закрытия дверей вагона МВПС, так как только в этом промежутке времени пассажир имеет возможность войти в вагон или покинуть его.
В сервере обработки данных производится сортировка и обработка информации, поступающей от МВПС. Полный поток информации, относящийся к конкретному поезду МВПС с разбивной на вагоны и привязкой к железнодорожным координатам и времени передается в сервер приложений для персонала 7, в котором формируются установленные отчетные формы о всех параметрах, характеризующих качество предоставляемой пассажирам услуги для каждого конкретного вагона МВПС. Указанные формы и таблицы передаются далее в автоматизированные рабочие места 8 обслуживающего персонала и должностных лиц, отвечающих за качество услуг по перевозке пассажиров. Эта же информация по каналам сотовой связи 5 передается на мобильные рабочие мета персонала 9, в качестве которых могут использоваться смартфоны и планшеты с установленной клиентской программой (мобильным приложением для персонала). Информация о параметрах предоставляемой услуги используется персоналом и ответственными должностными лицами при планировании технических и организационных мероприятий по улучшению качества обслуживания пассажиров, анализе обоснованности претензий, поступающих от пассажиров. Из сервера обработки данных 6 информация от МВПС поступает также в сервер приложений для пассажиров 10, в котором формируются обобщенные интуитивно понятные формы с информацией о соответствии фактического движения МВПС, например, расписанию, температуре воздуха, освещенности и количестве пассажиров в каждом конкретном вагоне МВПС. Из сервера приложений для пассажиров 10 информация по каналам общедоступной сотовой связи 5 передается на мобильные устройства пассажиров 11 (смартфоны, планшеты с установленным мобильным приложением для пассажиров). Пассажиры также имеют возможность отправлять сообщения в центр мониторинга 1 о несоответствии реальных параметров качества услуги отображаемым в приложении и иные претензии и предложения, относящиеся к достоверности предоставляемой услуги.
Тем самым обеспечивается возможность получения информации о достоверности основных параметрах качества предоставляемой услуги не только пассажирами, непосредственно находящимся в конкретном вагоне МВПС, но любыми другими пассажирами, заинтересованными в получении такой информации (например, с целью выбора поезда и вагона).
Использование в качестве источников первичной информации автономных беспроводных датчиков, отсутствие проводных соединений между вагонами обеспечивает аппаратную автономность оборудования любого вагона, простоту монтажа и обслуживания системы, широкие возможности по наращиванию (сокращению) количества и номенклатуры контролируемых параметров, простоту конфигурирования и настройки системы при изменении состава поезда (отцепке, замене и перекомпоновке вагонов, увеличения или уменьшения количества вагонов в составе).
Применение беспроводных датчиков контроля параметров позволяет достичь большую гибкость конфигурирования, расширения (при необходимости), модернизации и обслуживания датчиков системы мониторинга. Объем информации, поступающей от датчиков системы мониторинга в единицу времени, небольшой и составляет единицы килобайт в секунду, что позволяет использовать для передачи данных с датчиков энергоэффективные технологии и протоколы интернета вещей. Применение технологии LPWAN для сбора информации датчиков контроля системы мониторинга обеспечивает энергетическую экономичность работы датчиков (период автономной работы беспроводного датчика увеличивается до нескольких лет).
Таким образом, предлагается автоматизированная система контроля мотор-вагонного подвижного состава, обеспечивающая в том числе и контроль качества услуги по перевозке пассажиров МВПС, возможность информирования пассажиров об основных параметрах предоставляемой услуги в реальном времени, повышение уровня безопасности при посадке и высадке пассажиров, анализ расхода электроэнергии в автоматическом режиме исключая при этом участие в процессах формирования и передачи информации человеческий фактор (вмешательство поездной бригады МВПС), а также возможность оснащения автоматизированными системами контроля находящегося в эксплуатации МВПС без серьезной модернизации и вмешательства в конструкцию и штатные системы и устройства вагонов МВПС.