СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области управляющих систем и может быть использована для автоматизированного управления движением пассажирского электропоезда, в частности, в метрополитенах.
Известна система управления движением электроподвижного состава (RU №88632, B61L 27/00, 20.11.2009), которая содержит размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда, в нем размещены бортовые компьютеры, датчики скорости и пройденного пути, блок терминала машиниста, блок управления двигателями моторных вагонов, двигатели моторных вагонов, блок управления тормозными устройствами всех вагонов, тормозные устройства всех вагонов, блок управления открыванием/закрыванием дверей всех вагонов, поездной радиомодем, соединенный со станционным радиомодемом, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов, размещенные на перегонах и станциях в расчетных точках пассивные программируемые радиометки, размещенные в головном вагоне приемопередатчик и вагонный контроллер приемопередатчика и поездного радиомодема, блок хранения информации о текущем графике движения поезда, размещенные на станциях проводной канал и станционный контроллер, при этом приемопередатчик имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда, причем второй вход-выход станционного радиомодема связан с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов через последовательно соединенные проводной канал и станционный контроллер.
Недостатком этой системы является низкая точность позиционирования поезда относительно точек пути.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является система управления движением электроподвижного состава (RU №104133, B61L 3/00, 10.05.2011), которая содержит размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда, поездной радиомодем, соединенный со станционным радиомодемом, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов, размещенные на перегонах и станциях пассивные программируемые радиометки, размещенные в головном вагоне приемопередатчик и вагонный контроллер приемопередатчика и поездного радиомодема, блок хранения информации о текущем графике движения поезда, размещенные на станциях проводной канал и станционный контроллер, при этом приемопередатчик имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда, причем второй вход-выход станционного радиомодема соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов через последовательно соединенные проводной канал и станционный контроллер, а также содержит размещенное в головном вагоне устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути, первый вход которого соединен с третьим выходом приемопередатчика, второй вход соединен с вторым выходом блока управления исполнительными элементами поезда, а выход соединен со вторым входом блока управления исполнительными элементами поезда, при этом устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути содержит последовательно соединенные блок определения эталонных радиометок, блок вычисления эталонной единичной длины колеса, блок принятия решения об обновлении эталонной единичной длины колеса, блок хранения эталонной единичной длины колеса, вход блока определения эталонных меток является первым входом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути, второй вход блока вычисления эталонной единичной длины колеса является вторым входом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути, выход блока хранения эталонной единичной длины колеса является выходом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути.
Недостатком данной системы является наличие погрешности в определении координаты места установки радиометки, обусловленной разбросом точек начала зон радиовидимости радиометок и разбросом чувствительности приемопередатчиков. Величина этой погрешности не позволяет точно позиционировать поезд относительно точки его остановки и выполнить остановку поезда строго в заданном месте, например, на станциях метрополитена закрытого типа с платформенными дверьми, а также вносит ошибку в вычисление эталонной единичной длины колеса.
Задача полезной модели - повышение точности позиционирования электроподвижного состава относительно радиометок.
Технический результат достигается за счет того, что система управления движением электроподвижного состава, содержащая размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда, поездной радиомодем, соединенный со станционным радиомодемом, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов, размещенные на перегонах и станциях пассивные программируемые радиометки, размещенные в головном вагоне приемопередатчик и вагонный контроллер приемопередатчика и поездного радиомодема, блок хранения информации о текущем графике движения поезда, размещенные на станциях проводной канал и станционный контроллер, при этом приемопередатчик имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда, причем второй вход-выход станционного радиомодема соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов через последовательно соединенные проводной канал и станционный контроллер, размещенное в головном вагоне устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления исполнительными элементами поезда, а выход соединен со вторым входом блока управления исполнительными элементами поезда, при этом устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути содержит последовательно соединенные блок определения эталонных меток, блок вычисления эталонной единичной длины колеса, блок принятия решения об обновлении эталонной единичной длины колеса, блок хранения эталонной единичной длины колеса, вход блока вычисления эталонной единичной длины колеса является первым входом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути, выход блока хранения эталонной единичной длины колеса является выходом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути, она дополнительно содержит размещенные на перегонах и станциях стационарные магнитопроводы на одинаковых координатах с радиометками, размещенные в головном вагоне электромагнит и датчик переполюсовки ЭДС, первый выход которого подключен к третьему входу блока управления исполнительными элементами поезда и к второму входу блока определения эталонных меток, выход вагонного контроллера подключен к первому входу электромагнита, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика переполюсовки ЭДС, при этом электромагнит имеет магнитную связь с магнитопроводами через датчик переполюсовки ЭДС.
На чертеже представлена блок-схема системы.
Система управления движением электроподвижного состава содержит размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда 1, поездной радиомодем 2, соединенный со станционным радиомодемом 3, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов 4, размещенные на перегонах и станциях пассивные программируемые радиометки 5, размещенные в головном вагоне приемопередатчик 6 и вагонный контроллер 7 приемопередатчика 6 и поездного радиомодема 2, блок хранения информации о текущем графике движения поезда 8, размещенные на станциях проводной канал 9 и станционный контроллер 10, при этом приемопередатчик 6 имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером 7, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом 2, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда 8, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда 1, причем второй вход-выход станционного радиомодема 3 соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов 4 через последовательно соединенные проводной канал 9 и станционный контроллер 10, размещенное в головном вагоне устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути 11, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления исполнительными элементами поезда 1, а выход соединен со вторым входом блока управления исполнительными элементами поезда 1, при этом устройство калибровки датчика скорости и пройденного пути 11 содержит последовательно соединенные блок определения эталонных меток 12, блок вычисления эталонной единичной длины колеса 13, блок принятия решения об обновлении эталонной единичной длины колеса 14, блок хранения эталонной единичной длины колеса 15, вход блока вычисления эталонной единичной длины колеса 13 является первым входом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути 11, выход блока хранения эталонной единичной длины колеса 15 является выходом устройства калибровки датчика скорости и пройденного пути 11; дополнительно система содержит размещенные на перегонах и станциях стационарные магнитопроводы 16 на одинаковых координатах с радиометками 5, размещенные в головном вагоне электромагнит 17 и датчик переполюсовки ЭДС 18, первый выход которого подключен к третьему входу блока управления исполнительными элементами поезда 1 и к второму входу блока определения эталонных меток 12, выход вагонного контроллера 7 подключен к первому входу электромагнита 17, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика переполюсовки ЭДС 18, при этом электромагнит 17 имеет магнитную связь с магнитопроводами 16 через датчик переполюсовки ЭДС 18. Магнитопроводы 16 размещены вместе с радиометками 5 в тех местах пути, где требуется повышенная точность позиционирования поезда, в частности, на одной ординате с радиометками 5, ограничивающими зону калибровки датчика скорости и пройденного пути 11, а также на станциях в зонах прицельного торможения независимо от радиометок 5. В качестве стационарного магнитопровода 16 может быть использована максимально приближенная железная конструкция станционных дверей закрытых станций, имеющих строго фиксированное расстояние до точки остановки первого вагона поезда метрополитена. Электромагнит 17 устанавливается с внутренней стороны пластиковой обшивки вагона, управляется вагонным контроллером 7, включается при приближении поезда к месту точного позиционирования. В качестве датчика переполюсовки ЭДС 18 используется катушка индуктивности и, например, биполярный датчик Холла. Вместо электромагнита возможно использование постоянного магнита.
Система управления движением электроподвижного состава работает следующим образом.
При прибытии на станцию оборота из депо под управлением машиниста в заданное время согласно расписания в момент вхождения головного вагона поезда в зону взаимной радиовидимости поездного 2 и станционного 3 радиомодемов вагонный контроллер 7 посылает запрос диспетчерскому центру 4 через проводной канал 9 и станционный контроллер 10 на график движения поезда. В ответ на этот запрос диспетчерский центр 4 передает в обратном направлении информацию о графике движения данного поезда с указанием расчетного времени отправления со всех станций пути его следования, одновременно осуществляется синхронизация часов диспетчерского центра 4 с часами в вагонном контроллере 7. Полученная информация о графике движения данного поезда запоминается в блоке хранения информации о текущем графике движения поезда 8.
Далее поезд останавливается в зоне пассивной программируемой радиометки 5 «Остановка первого вагона» (ОПВ) для посадки пассажиров. При вхождении в зону радиовидимости пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ приемопередатчик 6 принимает записанную в этой радиометке информацию о стороне открытия дверей, времени открытого их состояния для посадки пассажиров, режиме включения электродвигателей (Х2 или Х3) и времени их включенного состояния для разгона при отправлении поезда с данной станции.
При полной остановке поезда вагонный контроллер 7 вычисляет время открытого состояния дверей, сравнивая полученную от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ информацию с временем отправления поезда, с заданным графиком движения поезда. В результате сравнения этой информации возможно корректирование времени открытого состояния дверей. По истечении расчетного времени вагонный контроллер 7 выдает блоку управления исполнительными элементами поезда 1 команду на закрытие дверей вагонов поезда. Проверив, что все двери фактически закрылись, блок управления исполнительными элементами поезда 1 вырабатывает сигнал вагонному контроллеру 7. При получении этого сигнала вагонный контролер 7 сравнивает момент времени поступления сигнала с временем отправления поезда по графику движения поезда. На основании результатов сравнения вагонный контроллер 7 принимает решение о режиме включения двигателей (Х2 или Х3) и времени их включенного состояния для разгона поезда и передает эту информацию в блок управления исполнительными элементами поезда 1. По истечении расчетного времени двигатели поезда отключаются. В случае, если по каким-то причинам сигнал на отключение двигателей не поступил, установленная в расчетной точке пути пассивная программируемая радиометка 5 «Отключение двигателей» (ОД) даст дополнительный сигнал на отключение двигателей.
При въезде поезда на станцию устанавливается пассивная программируемая радиометка 5, содержащая программу первой ступени прицельного торможения (СТ1), а при приближении поезда к зоне ОПВ (за 15-20 м до ОПВ) устанавливается пассивная программируемая радиометка 5, содержащая программу второй ступени прицельного торможения (СТ2), которая обеспечивает остановку поезда в заданной точке. Содержание информации пассивных программируемых радиометок 5 принимается на вагоне с помощью приемопередатчика 6, декодируется вагонным контроллером 7 и передается блоку управления исполнительными элементами поезда 1 на исполнение, обеспечивая автоматическое управление движением поезда от одной станции до другой.
Дальнейшее движение поезда от одной станции к другой осуществляется по изложенному выше алгоритму.
По прибытию на противоположную станцию оборота после выхода пассажиров поезд должен зайти в тупик. Движение в тупик осуществляется автоматически аналогично движению от одной станции к другой. В тупике головной вагон становится хвостовым, а хвостовой - головным. Машинист переходит в вагон, ставший головным, и активирует систему управления движением. При этом приемопередатчик 6 головного вагона, находясь в зоне радиовидимости радиометки Х2 или Х3 (в зависимости от протяженности путей тупика), получает информацию о требуемом режиме тяги. Как только маневровый светофор, стоящий на выходе из тупика, откроется на разрешающее показание, машинист дает согласие на движение нажатием кнопки, блок управления исполнительными элементами поезда 1, имея на входе от вагонного контроллера 7 принятый режим тяги, включает электродвигатели, и поезд разгоняется для выхода из тупика. Отключение электродвигателей выполняется по команде пассивной программируемой радиометки 5 ОД, установленной на выходе из тупика. Выход поезда на станцию и остановка в заданном месте осуществляется по станционным пассивным программируемым радиометкам 5 СТ1 и СТ2, обеспечивающим прицельное торможение поезда.
Еще до полной остановки поезда в момент вхождения головного вагона поезда в зону взаимной радиовидимости поездного 2 и станционного 3 радиомодемов вагонный контроллер 7 вновь посылает запрос диспетчерскому центру 4 через проводной канал 9 и станционный контроллер 10 на новый график движения. В ответ на этот запрос диспетчерский центр 4 передает в обратном направлении информацию о графике движения данного поезда с указанием расчетного времени отправления со всех станций пути его следования, одновременно вновь осуществляется синхронизация часов диспетчерского центра 4 с часами в вагонном контроллере 7. Полученная о графике движения поезда информация также запоминается в блоке хранения информации о текущем графике движения поезда 8.
Далее цикл повторяется.
Измерение скорости и пройденного пути традиционно осуществляется с помощью колесного датчика, вырабатывающего определенное фиксированное количество импульсов при каждом обороте колеса. Для снижения случайных погрешностей, обусловленных проскальзыванием колес в кривых, при разгонах и торможениях поезда, и систематических погрешностей, вызванных износом поверхности катания колес, на границах прямого участка пути приняты за эталонные смежные пассивные радиометки 5.i и 5.i+1. Поезд, проходя мимо эталонных пассивных радиометок 5.i и 5.i+1, с помощью приемопередатчика 6 фиксирует начало и конец эталонного отрезка пути, блок выделения эталонных радиометок 12 распознает эти радиометки, блок вычисления эталонной единичной длины колеса 13 определяет эталонную единичную длину для фактической длины окружности колеса на основании длины эталонного отрезка пути и количества импульсов от оборота колеса, полученного от датчика скорости и пройденного пути блока управления исполнительными элементами поезда 1. Далее величина эталонной единичной длины для фактической длины окружности колеса поступает в блок принятия решения об обновлении эталонной единичной длины колеса 14, откуда поступает в блок хранения эталонной единичной длины колеса 15 и участвует в расчетах скорости и пройденного пути. После каждого проезда поездом эталонного отрезка пути, блок принятия решения об обновлении эталонной единичной длины колеса 14 обновляет информацию блока хранения эталонной единичной длины колеса 15 на основании нового расчета эталонной единичной длины для фактической длины окружности колеса.
При движении поезда вблизи размещенных на перегоне или станции стационарных магнитопроводов 16 на одинаковых координатах с радиометками 5 или независимо от них, установленный в головном вагоне электромагнит 17 создает магнитный поток в магнитопроводе 16, который проходит через датчик переполюсовки ЭДС 18. При этом в процессе сближения оси полюса электромагнита 17 и оси полюса магнитопровода 16 (например, максимально приближенная железная конструкция станционных дверей закрытых станций) магнитный поток в магнитопроводе 16 нарастает, и ЭДС e в катушке датчика 19 тоже нарастает по формуле e=-dΦ/dt, где dΦ - изменение магнитного потока в магнитопроводе за время dt. В момент совпадения осей e=0. При удалении оси полюса электромагнита 17 от оси полюса магнитопровода 16 магнитный поток в магнитопроводе 16 убывает, но ЭДС в катушке датчика 19 нарастает, так как в соответствии с формулой e=-dΦ/dt имеет обратный знак. Таким образом, датчик 18 фиксирует переполюсовку ЭДС в точке совпадения осей полюса электромагнита 17 и полюса магнитопровода 16. Поскольку ось полюса магнитопровода имеет привязку к пути с высокой точностью, со столь же высокой точностью осуществляется позиционирование поезда относительно данной точки пути.
Вследствие повышения точности позиционирования электроподвижного состава путем использования физического эффекта переполюсовки ЭДС в точке совпадения осей полюса электромагнита 17 и полюса магнитопровода 16 снижаются погрешности определения границ эталонного отрезка пути с целью получения эталонной единичной длины колеса, а также повышается точность прицельного торможения для остановки поезда в заданном месте. Особую актуальность решение этой задачи имеет для систем управления электроподвижными составами в метрополитенах, обращающихся на линиях со станциями закрытого типа, имеющих автоматические платформенные двери.