ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИНИСТОВ ЛОКОМОТИВОВ И ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА
SIMULATOR FOR PROFESSIONAL TRAINING OF LOCOMOTIVE OPERATORS AND MAINTENANCE PERSONNEL

Изобретение относится к тренажерам для обучения машинистов тягового подвижного состава и может быть использовано для обучения машинистов локомотивов, а также для применения в институтах и техникумах для профессиональной подготовки студентов к эксплуатации приборов безопасности, изучения состава оборудования, особенностей их конструкции, принципов работы, выполнения основных функций обеспечения безопасности движения поездов, изучения взаимодействия приборов безопасности с устройствами инфраструктуры.
Известен тренажер машиниста локомотива (см. Железные дороги мира, №09 за 1999 г., Ф. Делооз, «Применение тренажеров на железнодорожном транспорте»). Этот тренажер содержит связанные между собой модуль инструктора, модуль рабочего места машиниста и модули моделей различных систем, характеризующих конкретный тип локомотива, а также модули моделей поезда и пути. Известно, что наиболее эффективно обучать машинистов при условии максимального соответствия их рабочих мест на тренажере и на реальном тяговом подвижном составе. Также известно, что локомотив может быть оборудован различными системами безопасности. Например, он может быть оборудован скоростемером (типа КПД-3 или ЗСЛ-2М) и автоматической локомотивной сигнализацией непрерывного типа (АЛСН), либо комплексным устройством безопасности КЛУБ-У, в котором функции АЛСН и скоростемера объединены.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является тренажер для обучения машинистов локомотивов (RU 105054 G09В 9/04 от 28.12.2010 г.), содержащий связанные между собой модули рабочего места инструктора с органами выбора заданий и управления обучением, элементами индикации и контроля действий машиниста, а также элементами для имитации поездной радиосвязи, блок моделирования с модулями моделей различных систем тягового подвижного состава, поезда и пути, в том числе модулем системы безопасности, модуль рабочего места машиниста с органами управления, элементами индикации, в том числе индикатором скорости, а также элементами имитации поездной радиосвязи.
Недостатком данного устройства являются:
- Невозможность взаимодействия с безопасным локомотивным объединенным комплексом БЛОК;
- Отсутствие визуального представления информации о путевых объектах инфраструктуры из кабины машиниста;
- Невозможность формирования различных условий работы системы безопасности в зависимости от состояния систем локомотива;
- Невозможность формирования каналов АЛСН, АЛС-ЕН и путевых генераторов САУТ;
- Невозможность задания маршрута следования с учетом реального местоположения локомотива по информации от систем спутниковой навигации.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и обеспечения повышения профессиональной подготовки локомотивных бригад и обслуживающего персонала, связанных с ведением поезда.
Учитывая высокую стоимость тренажеров, обучение машинистов в локомотивных депо, технических школах, в учебных заведениях на практике происходит на тренажерах с одним из вариантов системы безопасности. В таких случаях целесообразно применять более перспективную систему безопасности, как «Безопасный локомотивный объединенный комплекс» (БЛОК), который имеет более расширенные функции, объединив функциональные возможности систем предыдущего поколения, таких как КПД-3, АЛСН, КЛУБ-У, а также включает в себя устройство контроля бодрствования машиниста ТСКБМ и систему автоматического торможения САУТ, дополнительно обеспечивая:
- взаимодействие с путевыми генераторами для получения информации о маршруте следования и приеме поезда на станцию;
- прицельное торможение для предотвращения проезда запрещающих сигналов;
- использование данных, полученных от спутников глобальной навигационной системы, что в конечном итоге позволит повысить профессионализм, снизить стоимость тренажера и стоимость процесса обучения.
Технический результат достигается тем, что тренажер для обучения машинистов локомотивов, содержащий связанные между собой модуль рабочего места инструктора с органами выбора заданий и управления обучением, элементами индикации и контроля действий машиниста, а также элементами для имитации поездной радиосвязи, блок моделирования с модулями моделей различных систем тягового подвижного состава, поезда и пути, в том числе модулем системы безопасности, модуль рабочего места машиниста с органами управления, элементами индикации, в том числе индикатором скорости, а также элементами имитации поездной радиосвязи, отличается тем, что в блок моделирования введено устройство формирования сигналов имитации, а модуль модели системы безопасности состоит из соединенных между собой внутренним CAN интерфейсом системного шкафа, блока индикации локомотивного, органов управления, блока контроля бодрствования машиниста, съемного носителя информации, блока согласования с датчиком скорости и модуля приема рельсовых сигналов, подключенного к устройству формирования сигналов имитации, которое соединено с внутренним CAN интерфейсом и с внешним CAN интерфейсом, к которому подключен системный шкаф, модуль рабочего места инструктора снабжен персональным компьютером с подключенными к нему устройством считывания и двумя мониторами, один из которых установлен в модуле рабочего места машиниста, персональный компьютер подключен к органам выбора заданий и управления обучением и соединен с устройством формирования сигналов имитации и системным шкафом блока моделирования.
На фиг. 1 показана схема тренажера для профессиональной подготовки машинистов локомотивов и обслуживающего персонала, включающая модуль модели прибора безопасности 1, модуля рабочего места машиниста 2 и модуля рабочего места инструктора 3.
Модуль модели комплекса безопасности 1 содержит соединенные между собой внутренним CAN интерфейсом системный шкаф 5, блок индикации локомотивный 4, органы управления 8, съемный носитель 13, блок согласования с датчиками пути и скорости БС ДПС 12, модуль приема рельсовых сигналов 14, вход которого подключен к устройству формирования сигналов имитации 15, блок приемника телемеханической системы контроля бодрствования машиниста ТСКБМ 11, системный шкаф 5 вторым портом через внешний CAN интерфейс соединен с модулем устройства формирования сигналов имитации 15, а третьим портом по линии связи RS 232 с персональным компьютером 7.
Модуль рабочего места машиниста 2 содержит монитор 6, соединенный с персональным компьютером 7 рабочего места инструктора 3, устройство формирования сигналов имитации 15, которое включает: модуль имитации скорости, модуль имитации рельсовых каналов передачи данных АЛСН и АЛС-ЕН и путевых генераторов (на Фиг. 1 не показаны), блок моделирования 9 с программным обеспечением, соединенного интерфейсом USB с персональным компьютером 7 модуля рабочего места инструктора 3.
Модуль рабочего места инструктора 3 реализуется на основе персонального компьютера 7 с клавиатурой, манипулятором мышь, звуковых колонок, микрофона, а также установленного на нем программного обеспечения (на Фиг. 1 не показано), органов выбора задания и управления обучением 16, и содержит модули для имитации поездной радиосвязи, блок моделирования с модулями моделей различных систем тягового подвижного состава, поезда и пути (на Фиг. 1 не показано), и соединен порталом с монитором 10, а по интерфейсу USB с устройством считывания 17.
Системный шкаф 5 предназначен для реализации основных алгоритмов обеспечения безопасности движения, обработки данных о значениях спутниковой навигационной системы, данных о работоспособности машиниста по данным блока ТСКБМ 11, а также для контроля и организации режима обмена данными с другими устройствами модуля модели прибора безопасности 1 с помощью внутреннего CAN интерфейса.
Блок индикации 4 предназначен для подготовки и индикации поездной информации: отображения сигналов светофоров, времени движения по графику, фактической скорости, допустимой скорости, рекомендуемой скорости, целевой скорости, ускорения, режима работы (поездной, маневровый, двойной тяги), частоты канала АЛСН или индикатора работы канала АЛС-ЕН, отображения железнодорожных координат и текущего времени, названий впередилежащих объектов следования и расстояния до них, данных с датчиков давления (на фиг. 1 не показаны), индикации режима записи на съемный носитель 13, индикации предварительной световой сигнализации, индикации проверки бдительности, активность радиоканала телемеханической системы контроля бодрствования машиниста ТСКБМ 11, а также отображения локомотивных и поездных характеристик.
Органы управления 8 предназначены для ввода машинистом локомотивных и поездных характеристик, а также взаимодействия с модулем модели прибора безопасности 1. Съемный носитель 13, предназначен для приема сообщений с внутреннего CAN интерфейса и их записи.
Блок согласования приема данных скорости БС-ДП 12 предназначен для приема данных скорости, вычисления ускорения и фактической скорости движения поезда, а также хранения данных о поездных характеристиках в энергонезависимой памяти.
Модуль приема рельсовых сигналов 14 предназначен для приема сигналов от устройства формирования сигналов имитации 15, содержащего модули имитации путевых устройств, рельсовых каналов АЛСН, АЛС-ЕН, путевых генераторов САУТ (на фиг. 1 не показаны).
Телемеханическая система контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ 11) предназначена для формирования данных о физиологических параметрах машиниста и передачу информации по внутреннему CAN-интерфейсу.
Устройство считывания 17 предназначено для считывания данных со съемного носителя 13.
Органы выбора задания и управления обучением 16 предназначены для формирования задания на поездку с выбором моделей движения локомотива и работы тормозных систем, выбора участка следования поезда, управления имитацией путевых устройств рельсовых каналов АЛСН, АЛС-ЕН, путевых генераторов.
Тренажер для профессиональной подготовки машинистов локомотивов и обслуживающего персонала работает следующим образом.
Перед началом учебной поездки инструктор включает тренажер и при помощи органов выбора заданий и управления 16 готовит задание на учебную поездку, при этом персональным компьютером 7 и устройством формирования сигналов имитации 15 настраивает имитацию параметров движения локомотива, выбирает участок и настраивает имитацию движения по данным СНС, эмуляцию работы тормозных устройств и работы тормозной системы в комплексе с имитируемыми тормозными устройствами, имитацию сигналов путевых устройств и скорости (на Фиг. 1 не показано). При этом на мониторе 10 отображаются план выбранного маршрута следования, режимы имитации локомотивных систем, режимы работы устройств, и инфраструктуры. На мониторе 6 визуализируется только кабина машиниста и вид из нее.
Машинист включает модуль модели прибора безопасности 1 и устанавливает съемный носитель 13, при этом активируется блок ТСКБМ 11. С использованием управляющей программы, установленной на персональном компьютере 7, формируется сигнал на включение ключа ЭПК (на схеме не показан). При помощи органов управления 8 вводятся следующие параметры: номер машиниста, номер поезда, длина и масса поезда, направление движения, номер пути, признак правильности пути, устанавливает режим работы (поездной, маневровый, двойной тяги), которые обрабатываются и записываются через внутренний CAN-интерфейс в блок БС-ДПС 12.
Данные о значениях давления, сформированные модулем имитации работы тормозных устройств персонального компьютера 7 при помощи устройства формирования сигналов имитации 15, поступают через интерфейс CAN внешний в системный шкаф 5 для выполнения алгоритмов принудительного автостопного торможения, прицельного служебного торможения, для реализации функции защиты от несанкционированного отключения ключа ЭПК, а также на блок индикации 4 для отображения и съемный носитель 13 для записи.
Сигналы АЛСН, АЛС-ЕН и путевых генераторов САУТ, сформированные инструктором при помощи устройства формирования сигналов имитации 15, поступают в модуль приема рельсовых сигналов 14, где осуществляется их дешифрация, формируются показания локомотивного светофора, определяется количество свободных блок-участков впереди по ходу движения поезда, целевая скорость, предельно допустимая скорость движения поезда на данном блок-участке, и далее данные по CAN-интерфейсу внутренний передаются на блок индикации 4 для отображения, записи на съемный носитель 13 и в системный шкаф 5 для принятия окончательного решения о допустимой, целевой скорости движения на данном блок-участке, для расчета длины блок-участков, допустимой скорости движения на данном блок-участке, расчета данных для выполнения прицельного торможения.
Для начала движения инструктором при помощи устройства формирования сигналов имитации 15 формируются сигналы скорости, которые через внутренний CAN-интерфейс поступают в блок БС-ДПС 12, где происходит их дальнейшее преобразование, и далее в системный шкаф 5 для сравнения с допустимой скоростью и принятия решения об экстренном или служебном торможении, а так же в блок индикации 4 для отображения, на съемный носитель 13 для записи.
Инструктором при помощи персонального компьютера 7 формируются данные навигационной спутниковой системы. С использованием данных модуля имитации движения по данным СНС персонального компьютера 7 о местоположении поезда и в соответствии с электронной картой участка, установленного в системном шкафу 5, модуль модели безопасности 1 определяет расстояние до впередилежащего объекта и ограничение скорости проследования данного объекта. Эти данные отображаются на блоке индикации 4 и записываются на съемный носитель 13.
Системный шкаф 5 используя полученные данные о значениях допустимой и целевой скоростей на текущем блок-участке формирует окончательное решение о значениях данных скоростей, формирует кривую снижения значений скоростей для различных категорий поездов (скоростной, пассажирский, грузовой) при подъезде к запрещающему сигналу светофора или при подъезде к железнодорожному объекту (платформа, станция, стрелка, переезд и т.д.) и в зависимости от поездной ситуации вырабатывает команду экстренного или служебного торможения в случаях превышения допустимой скорости.
Системный шкаф 5 получает информацию от устройства формирования сигналов имитации 15 через CAN внешний о состоянии локомотивных устройств (контроллер машиниста, компрессор, тифон, свисток, цепи включения электропневматического торможения, тревожная кнопка и т.д.) проводит их цифровую обработку и передает их по внутреннему CAN-интерфейсу для записи на съемный носитель 13.
Монитор 6 обеспечивает визуализацию с использованием 3D графики, в зависимости от скорости движения поезда, следующую информацию:
- вид из кабины машиниста: текстурированной земной поверхности, различимые ландшафтные объекты (городские и сельские строения, реки, озера, горы, леса, поля и др.), железнодорожные пути и строения станции;
- путевые объекты: железнодорожное полотно, подвижной состав (локомотивы, вагоны), здания, помещения, километровый, пикетный и предельный столбики, линии контактного провода, светофоры;
- параметры движения локомотива и работы тормозной системы.
Во время поездки инструктор с помощью органов выбора заданий и управления обучением 16, путем изменения включением огней путевых светофоров, работой путевых генераторов, изменения режимов работы локомотива и тормозной системы, управляет процессом обучения на тренажере, в том числе создает нештатные ситуации, и с помощью монитора 6, блока индикации 4 контролирует действия машиниста и состояние тренажера, с помощью монитора 10.
Машинист управляет движением поезда с помощью клавиатуры, манипулятора мышь (на фиг. 1 не показаны), наблюдает за состоянием локомотивного оборудования и путевой обстановкой с помощью монитора 6, контролирует скорость движения, координаты местоположения поезда, приближение к местам ограничения скорости с помощью блока индикации 4.
Согласно алгоритму работы прибора безопасности машинист подтверждает свою бдительность, взаимодействуя с органами управления 8 при проведении однократных и периодических проверок модулем модели прибора безопасности 1.
По окончании учебной поездки снимается съемный носитель 13 и производится считывание данных записанных при помощи устройства считывания 15 с использованием программного обеспечения, установленного на персональном компьютере 6.
В связи с вышеизложенным можно сделать вывод, что технический результат предлагаемого изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей и обеспечивает повышение профессиональной подготовки локомотивных бригад и обслуживающего персонала с ведением поезда, тем самым способствует снижению психофизиологического напряжения машиниста в процессе взаимодействия «человек-машина», выявлению и проработки нештатных ситуаций и методов их решения, и в конечном итоге повышению безопасности движения поездов.