СИСТЕМА АВТОВЕДЕНИЯ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С АСИНХРОННЫМ ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и может использоваться на железнодорожном транспорте для автоматизированного управления пассажирскими электровозами с асинхронным тяговым приводом.
Наиболее близким к заявляемому устройству в части выполняемых функций (прототипом заявленного устройства) является микропроцессорная система управления и диагностирования СУЭ, принятая в качестве прототипа и предназначенная для эксплуатации на пассажирских электровозах двойного питания ЭШО с асинхронными тяговым приводом (С.А.Усвипкии «Электровоз ЭП20 -Базовая платформа электровозов нового поколения», журнал «Техника железных-дорог», №2(6) май, 2009, стр.81-86).
Микропроцессорная система управления и диагностирования локомотива содержит блок центрального процессора, к входам которого подключены аналоговый измерительный блок тока и напряжения, блок входных дискретных сигналов соединенных с цепями управления локомотива, блок защиты от боксования и юза, блок защиты от короткого замыкания и замыкания на землю, пульт управления электровозом, соединенный через блок связи с блоком центрального вычислителя, блок центрального вычислителя через соответствующие блоки сопряжения соединен с блоком управления тяговыми преобразователеми и с блоком индикации.
Микропроцессорная система управления и диагностирования электровозом СУЭ обеспечивает управление тяговыми и вспомогательными преобразователями электровоза при регулировании работы тяговых двигателей в режимах тяги и электрического торможения, защиту тяговых двигателей и преобразователей от токов перегрузки, короткого замыкания, боксования и юза, управление вспомогательными машинами, прием команд от машиниста и помощника машиниста, поддержание скорости движения заданной машинистом.
Недостатками вышеуказанной микропроцессорной системы управления и диагностирования является то, что она не реализует автоматизированное управление движением пассажирского электровоза на должном уровне, система выполняет функцию поддержания скорости, заданной машинистом (круиз -контроля), но не способна сама рассчитать, необходимую скорость движения при которой, обеспечивается экономия электроэнергии и выполнение расписания движения, система не способна снять психофизиологическую нагрузку с машиниста, т.к. машинисту необходимо рассчитывать и вводить в систему управления время прибытия на станцию, координаты постоянных и временных ограничений скорости, постоянно контролировать работу этой системы, при выполнении системой электропневматического и пневматического торможений происходит грубое нарушение правил и инструкций управления тормозами, действующими на железных дорогах РФ, система не способна выполнить регулировочное и остановочное торможение при возникновении более запрещающего показания локомотивного светофора.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает достижение технического результата, так как представляет собой новую систему автоведения, которая устанавливается на электровоз совместно с системой управления пассажирского электровоза. Техническая задача, решаемая данной полезной моделью, заключается в обеспечении автоматизации управления движением пассажирского поезда, включая пуск и разгон поезда с места с контролем допустимого тока тяговых двигателей, расчет в реальном времени энергооптимального режима ведения поезда на перегонах в зависимости от реальной поездной обстановке на участке и автоматическую реализацию этого режима, торможение при выполнении ограничений скорости перед препятствием, точное торможение под сигналы, требующие снижения скорости (белый, желтый, красно - желтый сигналы локомотивного светофора) как электропневматическим, электрическим, так и пневматическими тормозами электровоза и поезда, выполнения полного торможения для остановки у светофора с запрещающем показанием без нарушений правил и инструкций управления тормозами, а также отображение о текущей и оптимальной динамике движения пассажирского поезда, как в режиме автоматизированного управления так и в режиме подсказки. Получаемый при решении указанной задачи технический результат заключается в повышении точности выполнения графика движения в режиме снижения расхода электрической энергии на тягу пассажирского поезда, снижения расхода тормозных колодок, в повышении безопасности движения, в снижении психофизической нагрузки машиниста пассажирского поезда, высвобождения штата помощников машиниста.
С помощью данной системы можно ускорить обучение молодых машинистов навыкам вождения пассажирских поездов.
Технический результат достигается тем, что совместно с микропроцессорной системой управления пассажирским электровозом, содержащей средство измерения пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения и преобразования скорости, блоку управления тягой, системе безопасности, блок управления тягой и тормозом, на вход которого подается информация о параметрах работы преобразователей, информация от датчиков тока и напряжения тягового, вспомогательного оборудования и тяговых двигателей, положения рукоятки контроллера машиниста и тумблеров управления электровозом, состояние системы безопасности, выходы которого подключены к электрической и пневматической схеме управления электровоза, пульта машиниста имеющего в своем составе блок индикации, блок речевых сообщений, блок клавиатуры, рукоятку тормозного крана машиниста выход которой, подключен к тормозной системе электровоза, введена система автоведения, состоящая из вычислительного блока, непосредственно к нему подключены устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, причем источник питания предназначен для обеспечения энергией всех устройств сопряжения подсистемы, кассеты регистрации, которая подключена к блоку регистрации, входы которого подключены к блоку вычислителя.
На чертеже представлена структурная схема микропроцессорной системой управления электровозом и системы автоматизированного ведения.
Микропроцессорная система управления электровозом 4 включает в себя блок управления 12 тяговым приводом 2, к блоку 12 подключены система безопасности движения 1, контролирующая допустимую скорость движения и действия машиниста, средство измерения фактической скорости движения 5, которое также подключено к системе безопасности 1, блок индикации 6, предназначенный для вывода визуальной информации, блок клавиатуры 7, предназначенный для ввода информации, блок речевых сообщений 8, предназначенный для вывода звуковой информации, контроллер машиниста 9, для задания режимов работы электровоза, блока управления пневматическим и электропневматическим тормозом электровоза 13, к блоку 13 подключен кран машиниста, предназначенный для управления тормозной системой электровоза 3, датчики давления 11, выполняющие функцию обратной связи и предназначены для ввода информации о давлении в тормозной сети поезда в блок управления 13.
Интегрированная подсистема автоведения 14, состоит из блока вычислителя 19, к которому непосредственно подключены устройство памяти 22, тактовый генератор 21, источник питания 20, источник питания обеспечивает энергией все устройства подсистемы автоведения, устройства сопряжения 15 и 16 подключены к блоку вычислителя 19, к устройству сопряжения 16 подключен блок управления 12, на вход которого подается информация о работе силовых и вспомогательных преобразователей, устройств защиты, положений органов управления всего элеюровоза, кроме того, через него осуществляется передача информации на управление электровозом и отображения на блоке индикации 6, блок вычислителя 19 через устройство сопряжения 15 подключен к системе безопасности электровоза, для приема информации о поездной обстановке, максимально допустимой скорости движения и расстояний до цели, блок вычислителя 19 подключен к блоку регистрации 18, который подключен к кассете регистрации 17.
Устройство работает следующим образом.
Система автоматизированного управления способна реализовывать два режима работы: - режим автоматизированного управления электровозом и режим советчика. В режиме советчика подсистема не выдает управляющих команд системе управления электровозом, а только сообщает машинисту о рекомендуемой скорости и режиме движения через блок индикации 6.
Рассмотренные ниже принципы работы подсистемы автоведения относятся к автоматизированному режиму управления электровозом.
Режим тяги. Для включения системы автоведения необходимо включить источник питания 20, тем самым обеспечив питание всем устройствам системы автоматизированного управления. Перед отправлением машинист вводит с помощью блока клавиатуры 7, в блок памяти 22 информацию о предстоящей поездки, номер поезда, количество вагонов, наличие временных ограничений скорости. Далее для приведения пассажирского электровоза в движение машинист с помощью блока клавиатуры 7 выдает команду на запуск режима автоведения, которая подается в вычислительный блок 19. При этом из блока памяти 22 переписывается в вычислительный блок 19 информация о времени хода по расписанию, информация о профиле пути, расположения путевых объектов, а из блока 21 текущее астрономическое время. Вычислительный блок 19 определяет время, оставшееся до проследования или прибытия поезда на следующую контрольную станцию, и производит расчет оптимальной траектории движения в пространстве скорости и пути с учетом постоянных и временных ограничений скорости, минимизирующей расход электрической энергии на тягу. При трогании электровоза с места фактическая скорость, поступающая от средства измерения скорости 5 на блок вычислителя 19, равна нулю, поэтому блок вычислителя формирует команду на начало плавного старта. При плавном старте команды блока вычислителя 19 передаются блоку управления тягой 12, системы управления 4, через блок согласования 16, блок управления в свою очередь выдает управляющие воздействия на силовые и вспомогательные преобразователи тяговых приводов 2, после этого сила тяги тяговых двигателей начинает плавно увеличиваться от минимального до максимального значения, при этом поезд начинает плавно трогаться с места. Минимальное значение силы тяги для трогания поезда с места определяется блоком вычислителя 19 на основании информации о профиле пути и количества вагонов, которая хранится в блоке памяти 22, максимальное значение силы тяги устанавливается машинистом. Значение реальной силы тяги поступает блоку вычислителя 19 от силового преобразователя 2 через блок управления тягой 2 и через устройство сопряжения 16. После процедуры плавного старта подсистема начинает вырабатывать команды на поддержания расчетной скорости, с реализацией энергооптимальных режимов.
На выходе средства измерения скорости 5 формируется сигнал о фактической скорости движения и поступает на блок вычислителя 19, через устройство сопряжения 16. В вычислительном блоке 19 сигнал о фактической скорости движения сравнивается с расчетным значением скорости движения. До тех пор пока расчетная скорость движения больше, вычислительный блок 19 вырабатывает команду блоку управления тягой 12 на дальнейшее увеличение силы тяги двигателей. Формирование команд на увеличение силы тяги двигателей и как следствие на увеличение скорости движения, будет происходить до тех пор, пока фактическая скорость движения не достигнет значения расчетной, при этом система автоведения учитывает профиль пути для максимального использования кинетической энергии. При превышении фактической скорости расчетной подсистема автоведения выдает команду блоку 12 на отключение тяги, и поезд переходит в режиме выбега.
На вход блока вычислителя 19 поступает информация от системы безопасности 1, через устройство сопряжения 15, о поездной обстановке. В случае появления сигнала, требующего снижения скорости, блок вычислителя 19 формирует команду блоку управления тяги и электрическим тормозом 12 на отключение тяги, и при необходимости выдает команду на электрическое торможение блоку управления тягой торможением 12 или на пневматическое торможение блоку 13.
Если в процессе автоматизировано ведения от блока управления тягой и электрическим тормозом 12 появится сигнал о срабатывании любой защиты, то система автоведения отключает режим тяги или торможения и переходит в режим советчика, при этом блок вычислителя формирует команду на выдачу речевого сообщения блоку речевых сообщений 8.
Режим торможения. В режиме торможения блок вычислителя 19 производит расчет тормозной кривой (зависимость скорости от тормозного пути) исходя из начальной и конечной скоростей, расстояния до точки, где необходимо обеспечить конечную скорость и реальной эффективности тормозов. Если фактическая скорость движения не совпадает с рассчитанной кривой, то блок вычислителя формирует команду на электрическое торможение блоку 12 или на пневматическое торможение блоку 13, блок 13 управляет пневматическими и электропневматическими тормозами электровоза, обеспечивая режимы торможения и отпуска тормозной сети 3. Значение давления в тормозных цилиндрах контролируется с помощью датчиков давления 11 и через блок управления 13 и устройство сопряжения 16 - поступает в блок вычислителя 19. Вычислительный блок корректирует значение тормозной силы, с помощью выдачи управляющих команд блоку 13, таким образом, чтобы фактическая скорость совпадала с расчетной скоростью. При совпадении фактической или расчетной скорости подсистема автоведения формирует команду на отпуск тормозов блоку управления 13, который в свою очередь воздействуют на тормозную сеть поезда 2. Контроль над давлением отпуска происходит с помощью блока вычислителя 19.
В любом из рассмотренных режимов машинист может вмешаться в процесс автоматизированного ведения поезда с помощью контроллера машиниста 9, крана машиниста 10, при этом система выходит из режима автоматизированного режима ведения в режим советчика.
Для записи расхода электрической энергии, а также информации о давлении в тормозной сети электровоза и поезда, о параметрах работы силовых и вспомогательных преобразователях, о состоянии и режиме работы системы безопасности в системе автоведения существует блок регистрации 18 и кассета регистрации 17. На кассету регистрации 17 происходит запись всех параметров движения и автоведения с помощью блока регистрации 18.