Автоматизированная система и способ управления пневматическим приводом вагонного замедлителя
AUTOMATED SYSTEM AND METHOD FOR CAR RETARDER PNEUMATIC DRIVE CONTROL

Изобретение предназначено для использования на железнодорожном транспорте и относится к устройствам автоматики и телемеханики для управления вагонными замедлителями на сортировочных горках.
Известна система управления вагонным замедлителем (ПМ RU №87132 от 12.02.2008), включающая пневмомагистраль сжатого воздуха, пневмосеть вагонного замедлителя с датчиком давления, воздухосборник, соединенный с пневмомагистралью сжатого воздуха, блоки пневматически управляемых клапанов, через которые пневмосеть вагонного замедлителя соединена с воздухосборником, блок управления клапанами с электрическими входами и пневматическими выходами, соединенными с блоками пневматически управляемых клапанов, а также нагревательные элементы с устройством включения и датчиком температуры. Система управления включает микропроцессорный блок управления, содержащий устройство ввода информации, связанное с пультом оператора, процессорное устройство, входы которого соединены с устройством ввода информации, с датчиком температуры через аналого-цифровой преобразователь, с датчиком давления воздуха в пневмосети вагонного замедлителя через аналого-цифровой преобразователь и управляемый узел задержки сигнала, а выходы через цифровые компараторы с изменяемым порогом соединены с электрическими входами блока управления клапанами и с устройством включения нагревательных элементов.
Система управления может включать связанный с процессорным устройством блок индикации текущих параметров системы, с расположением световых индикаторов на пульте оператора.
Недостаток вышеописанного известного устройства в том, что непосредственное электропневматическое управление тормозными и растормаживающими клапанами не позволяет осуществлять регулирование величины их открытия, что приводит к избыточному расходу воздуха при работе вагонных замедлителей.
Известен пневматический прямоточный клапан (патент RU №182505 от 17.11.2017), состоящий из корпуса в виде гильзы с внутренней полостью, образованной между гильзой и установленным в ней цилиндрическим клапаном с закрепленным на нем поршнем, делящим внутреннюю полость на две камеры; крышки с закрепленным в ней седлом с отверстиями на его периферии для протекания воздуха и с уплотнительным кольцом, взаимодействующим с цилиндрическим клапаном в закрытом положении; максимальный ход поршня превышает половину радиуса центрального канала цилиндрического клапана.
Известна система управления (патент фирмы Siemens RU №2491597 от 26.05.2009) с управляющим вычислительным устройством, которое предусмотрено для обмена данными с по меньшей мере одним периферийным устройством, и по меньшей мере одним другим управляющим вычислительным устройством, которое с упомянутым управляющим вычислительным устройством связано каналом связи и выполнено с возможностью принятия на себя по меньшей мере части функциональности упомянутого управляющего вычислительного устройства.
Недостаток данной системы управления с двумя управляющими вычислительными устройствами, служащими для управления двумя периферийными устройствами, - в том, что управляемые периферийные устройства не относятся к последовательно соединенным электропневматическим, пневматическим и пневмомеханическим устройствам.
Известно устройство управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (патент ООО «Камоцци Пневматика» на изобретение RU №2689468 от 17.11.2017), имеющего механизмы с пневмоцилиндрами торможения правых и левых колес вагона, каждый пневмоцилиндр пневмопривода которого соединен пневмомагистралями с воздухосборником под давлением, содержащее установленный в пневмомагистрали прямоточный тормозной клапан, вход которого подсоединен к воздухосборнику, а выход - к пневмоцилиндру вагонного замедлителя, управляемый от поршневого пневмоцилиндра, поршень которого делит пневмоцилиндр тормозного клапана на первую и вторую управляющую полости; растормаживающий клапан, конструктивно идентичный тормозному клапану, установленный в каждой пневмомагистрали, вход которого подсоединен к участку пневмомагистрали между выходом тормозного клапана и пневмоцилиндром вагонного замедлителя, а выход соединен с атмосферой; электропневматический блок управления тормозным и растормаживающим клапанами, имеющий первый пневмоклапан с электропневматическим управлением, вход которого соединен через воздушный фильтр с воздухосборником, а выход - с первыми управляющими полостями поршневых пневмоцилиндров тормозных клапанов, второй пневмоклапан с электропневматическим управлением, вход которого соединен через воздушный фильтр с воздухосборником, а выход - с первыми управляющими полостями поршневых пневмоцилиндров растормаживающих клапанов; электронный блок управления первым и вторым пневмоклапанами, имеющий интерфейс пользователя; комплекс пневмоэлектрических датчиков давления, электрическая часть которых подсоединена к электронному блоку, включающий: первый датчик давления, подсоединенный к участку пневмомагистрали между выходом тормозного клапана вагонного замедлителя, электрическая часть которого соединена с электронным блоком управления, второй датчик давления воздуха, присоединенный к управляющим полостям тормозных клапанов, третий датчик давления воздуха подсоединен к воздухосборнику, электрические части первого, второго и третьего датчиков подсоединены к электронному блоку управления.
Недостаток известного устройства - в том, что в нем не раскрыта структура электронного блока управления, которая бы обеспечила повышение точности управления давлением воздуха и, соответственно, величиной, создаваемой пневмоцилиндрами силы торможения колес вагона, а также снижение расхода воздуха при работе вагонного замедлителя. Кроме того, в данном устройстве отсутствует резервный блок управления пневматическим приводом вагонного замедлителя, что снижает надежность работы данного устройства.
Далее в описании и формуле изобретения использованы следующие сокращения:
БК - блок коммутации;
ВЗ - вагонный замедлитель;
ГП - горочный пост;
ПП - пневматический привод;
ПРД - пневматический регулятор давления;
ПЦ - пневмоцилиндр;
РПК - растормаживающий прямоточный клапан;
РД - регулятор давления электропневматического блока управления клапанами;
ТПК - тормозной прямоточный клапан;
УПП - управление пневматическим приводом;
ШИМ - широтно-импульсная модуляция;
ЭБУ - электронный блок управления;
ЭП БУК - электропневматический блок управления клапанами.
Известно устройство пневматического привода и управления пневматическим приводом ВЗ (руководство по эксплуатации ДУВК.665212.001-01 РЭ), состоящее из двух (ведущего и ведомого) устройств, каждое из которых состоит из воздухосборника с установленной аппаратурой пневмоуправления, электропневмоуправления, электроуправления, включающей ПРД, состоящий из ТПК и РПК, установленных в пневмомагистрали, соединяющей воздухосборник с пневмоцилиндрами ПП ВЗ; при этом и ТПК и РПК ПРД открываются и закрываются пневмоцилиндрами, система управления которыми имеет ЭП БУК, соединенный пневматически с воздухосборником; ЭБУ; датчики давления, соединенные с ЭБУ; электромагниты, управляющие клапанами ЭП БУК, электрически соединенные с ЭБУ; БК, вход которого подсоединяется к выходам ГП шиной передачи данных, а выход БК соединен с ЭБУ; блок аппаратуры дистанционного контроля; блок грозозащиты; шина передачи данных между ЭБУ.
Управление ПП ВЗ осуществляется передаваемыми командами с горочного поста через БК на ЭБУ.
Для способа управления ВЗ предусмотрены восемь ступеней торможения и растормаживание. Для каждой из ступеней торможения предусмотрена установка нижнего и верхнего уровня давления, в пределах которых давление поддерживается автоматическим управлением ТПК и РПК, управляемых пневматическими клапанами с электромагнитным управлением.
Недостаток данного устройства управления ПП ВЗ - в пониженной точности и надежности управления, обусловленной тем, что ТПК и РПК не являются прямоточными, их подвижные клапаны прижимаются к седлу с большой силой от давления воздуха на площадь клапана, значительно уменьшающейся в момент открытия, что вызывает скачки давления воздуха в пневмомагистрали и пневмоцилиндрах ВЗ, а также колебания силы торможения колес и приводит к избыточному расходу воздуха.
Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности управления величиной силы торможения, надежности работы ВЗ, а также снижение расхода воздуха при работе ВЗ.
Техническая задача решена в автоматизированной системе УПП ВЗ с механизмами торможения правых и левых колес вагона (вагонного отцепа) с пневмоцилиндрами привода каждого механизма, с главной пневмолинией, соединяющей пневмоцилиндры механизмов торможения колес вагона, содержащей первое устройство УПП ВЗ с воздухосборником, подсоединенным к главной пневмолинии, по меньшей мере, одной пневмомагистралью, имеющей, по меньшей мере, один ПРД воздуха, поступающего из воздухосборника по пневмомагистрали и главной пневмолинии в пневмоцилиндры и выпускаемого из них в атмосферу, состоящий из конструктивно идентичных пневматически управляемых ТПК, имеющего полость, управляющую его открытием, и полость, управляющую его закрытием, подсоединенную к пневмомагистрали за выходным патрубком, РПК, имеющего полость, управляющую его открытием, и полость, управляющую его закрытием, при этом вход РПК соединен с пневмомагистралью за патрубком ТПК, а выход - с атмосферой; ЭП БУК, включающий РД воздуха, поступающего через фильтр от воздухосборника, управляемый двумя двухпозиционными пневмоклапанами с электромагнитным управлением; первую пневмолинию, соединяющую выходной патрубок РД с полостью ТПК, управляющей открытием ТПК и соединенную с пневматической полостью первого датчика давления; вторую пневмолинию, подсоединенную к пневмомагистрали за выходным патрубком ТПК и к пневматической части второго датчика давления и периодически соединяемую через первый двухпозиционный пневмораспределитель с электромагнитным управлением к полости, управляющей закрытием РПК; третий датчик давления, пневматическая часть которого подсоединена к воздухосборнику; БК, имеющий блок гальванических развязок и грозозащиты; ЭБУ, соединяемый с электромагнитами ЭП БУК, входы которого подсоединены через БК к выходам управления от ГП, состоящий из контроллера, энергонезависимой памяти, соединенных с контроллером модуля аналоговых сигналов, модуля дискретных сигналов, соединяемого с электромагнитами управления ЭП БУК; пульт управления с интерфейсом, второе устройство УПП ВЗ, аналогичное первому устройству УПП ВЗ, подключенное его пневмомагистралью к главной пневмолинии, канал передачи данных, соединяющий через блоки коммутации ЭБУ второго устройства с ЭБУ первого устройства УПП ВЗ; полости, управляющие открытием РПК ПРД как первого, так и второго устройств УПП ВЗ, подсоединенные к пневмомагистрали за патрубком ТПК через клапан «или» и к воздухосборнику через второй двухпозиционный пневмораспределитель с электромагнитным управлением и через третью пневмолинию для открытия РПК или с атмосферой при закрытии РПК; полости, управляющие закрытием РПК ПРД как первого, так и второго устройств УПП ВЗ, соединенные через первый двухпозиционный пневмораспределитель с электромагнитным управлением четвертой пневмолинией с первой пневмолинией для закрытия РПК; первый, второй и третий датчики давления, соединенные с модулем аналоговых сигналов ЭБУ; модуль дискретных сигналов ЭБУ, соединенный с электромагнитами управления клапанами РД и третьим и четвертым электромагнитами пневмораспределителей, управляемыми в соответствии с программой, сохраняемой в блоке энергонезависимой памяти контроллера; ЭБУ каждого устройства УПП ВЗ, имеющий блок диагностики, соединенный с блоком коммутации, с контроллером, энергонезависимой памятью, с модулем аналоговых сигналов, модулем дискретных сигналов; первое и второе устройства УПП ВЗ, имеющие аварийные блоки управления, подсоединенные к блоку коммутации, и соединения с контроллером и с пультом управления, при этом как тормозной, так и растормаживающий прямоточные клапаны, составляющие ПРД как первого, так и второго устройства управления, имеют установленные в неподвижной корпусной детали датчики положения цилиндрического клапана относительно седла, электрически соединенные с модулем аналоговых сигналов ЭБУ.
Для предотвращения несанкционированного использования системы управления ПП ВЗ к пульту управления каждого устройства УПП ВЗ подсоединен модуль доступа, обеспечивающий авторизацию оператора.
Для более плавного управления открытием двухпозиционных пневмоклапанов управления РД модуль дискретных сигналов ЭБУ имеет ШИМ-модуль.
Способ управления системой ПП ВЗ включает:
- опрос одним из ЭБУ состояния другого ЭБУ перед началом работы первого и второго устройств УПП ВЗ контроллером одного ЭБУ и подключенных к нему устройств (аварийного блока управления, пульта управления, модуля доступа), и при выявлении отказов или невозможности полноценного функционирования опрашиваемого ЭБУ или подключенных к нему устройств, опрашивающий ЭБУ принимает на себя управление пневматическим приводом ВЗ; при получении задания о ступени давления воздуха в главной пневмолинии от оператора ГП контроллером ЭБУ, принявшим на себя управление, в соответствии с управляющей программой задается скорость изменения давления воздуха в главной пневмолинии и на основе показаний датчиков давления вычисляются скорости изменения давления в управляющей полости ТПК, измеряемого первым датчиком давления, и в главной пневмолинии, измеряемого вторым датчиком давления; увеличение мощности управляющего сигнала, подаваемого на первый электромагнит управления РД в случае, если за заданный период времени открытия ТПК не достигнута заданная скорость изменения давления в главной пневмолинии; при заданном оператором ГП переходе к повышенной ступени давления воздуха в главной пневмолинии и вычисленной контроллером ЭБУ положительной скорости изменения давления в главной пневмолинии, меньшей заданной, по команде от ЭБУ, в соответствии с информацией, обработанной управляющей программой, увеличивается мощность управляющего сигнала, подаваемого на первый электромагнит РД одного или обоих устройств УПП ВЗ, при этом увеличивается открытие РД и ТПК одного или обоих устройств УПП ВЗ; при заданном оператором горочного поста переходе к пониженной ступени давления воздуха в пневмомагистрали и при вычисленной контроллером электронного блока управления положительной или нулевой скорости изменения давления при закрытом тормозном прямоточном клапане по команде от ЭБУ, в соответствии с информацией, обработанной управляющей программой, увеличивается мощность управляющего сигнала, подаваемого на отключение электромагнита первого пневмо-распределителя и включение электромагнита второго пневмораспределителя одного или обоих устройств УПП ВЗ, при этом увеличивается открытие РПК одного или обоих устройств УПП ВЗ, далее выполняется отключение первого электромагнита клапана управления РД от модуля дискретных сигналов и подача управляющего сигнала от модуля дискретных сигналов на второй электромагнит клапана управления РД для отключения РД и закрытия ТПК; подачу управляющего сигнала от модуля дискретных сигналов на электромагнит второго пневмораспределителя, соединение управляющей полости РПК с третьей пневмолинией под давлением от воздухосборника, открытие РПК до достижения в пневмоцилиндрах давления заданной ГП ступени; регистрацию контроллером ЭБУ через заданный интервал времени уровня давления, получаемого от второго датчика давления; достижение давления заданной ступени в пневмоцилиндрах сбросом воздуха в атмосферу через открытый РПК, снижение давления в пневмомагистрали до атмосферного; подачу команды от ЭБУ на включение электромагнита первого двухпозиционного пневмораспределителя и отключение электромагнита второго двухпозиционного пневмораспределителя ЭП БУК, закрытие РПК; поступление команды от горочного поста на ЭБУ на последующее изменение давления в главной пневмолинии, при этом ЭБУ управляет скоростью изменения давления воздуха в главной пневмолинии с учетом величины открытия/закрытия клапана (тормозного и растормаживающего), регистрируемой датчиком положения цилиндрического клапана, включая следующие действия: ожидание сигнала от оператора ГП о необходимости повышения/понижения давления и значение величины промежутка времени изменения скорости изменения давления воздуха; измерение давления в главной пневмолинии; определение текущей величины открытия/закрытия клапана путем опроса датчика положения цилиндрического клапана; расчет величины скорости перемещения цилиндрического клапана и ожидаемой величины скорости изменения давления за промежуток времени; измерение давления в главной пневмолинии и сравнение текущей скорости изменения давления за промежуток времени с ожидаемой; при скорости изменения давления воздуха, не соответствующей рассчитанной, проводится коррекция: расчет и увеличение открытия/закрытия клапана на рассчитанную программой величину с учетом рассчитанной по программе скоростью перемещения цилиндрического клапана, после чего осуществляется запись в память ЭБУ текущей величины открытия/закрытия клапана с учетом текущей скорости перемещения клапана как неприемлемой для отведенного оператором времени торможения; при скорости изменения давления воздуха при величине открытия/закрытия клапана, обеспечивающей значение скорости изменения давления воздуха, близкое к рассчитанному программой, текущая величина скорости открытия/закрытия клапана записывается в память ЭБУ как приемлемая для отведенного оператором времени торможения.
Для уменьшения расхода воздуха открытие любого клапана осуществляется при полном или частичном закрытии другого клапана, причем последовательность переключения клапанов обеспечивается известными временными задержками, необходимыми для передачи электрического сигнала с любого датчика на блок аналоговых сигналов, обработки данных контроллером, передачи модулем цифровых сигналов на электромагниты любого клапана и время срабатывания электрогидравлических распределителей, позволяя программе учитывать инерционность системы при формировании управляющих цифровых сигналов на электромагниты и подавать воздействия до закрытия любого клапана на величину времени, равную времени прохождения сигнала управления пневмораспределителями, повышая точность управления величиной силы торможения колес вагона, создаваемой пневмоцилиндрами.
Для обеспечения повышения точности достижения параметров ступени давления воздуха, заданной с горочного поста контроллером ЭБУ одного из устройств УПП ВЗ в соответствии с управляющей программой, рассчитывается мощность сигналов, подаваемых модулем дискретных сигналов одного или обоих устройств УПП ВЗ, управляющих электромагнитами ЭП БУК.
Для ускорения процесса торможения и снижения расхода воздуха при работе вагонного замедлителя мощность сигналов ЭБУ, управляющих электромагнитами клапанов РД и пневмораспределителей ЭП БУК одного из устройств УПП ВЗ, может изменяться в соответствии с данными, полученными от другого ЭБУ УУ ПП ВЗ в результате работы управляющей программы.
Для повышения точности управления величиной силы торможения изменение мощности управляющего сигнала для управляемых ЭБУ устройств УПП ВЗ, ЭБУ осуществляет на основании обработанной управляющей программой информации, полученной от датчиков давления и датчиков положения цилиндрических клапанов относительно их седел ПИК одного и другого устройства УПП ВЗ.
Для повышения точности управления величиной силы торможения и растормаживанием управляющие сигналы на электромагниты первого и второго пневмоклапанов РД и электромагниты первого и второго пневмораспределителей первого и/или второго устройств УПП ВЗ могут быть заданы в виде набора импульсов, амплитуда, частота и скважность которых определяется программой контроллера по результатам обработки показаний второго и первого датчиков давления обоих устройств УПП ВЗ.
Для достижения заявленного технического эффекта способ торможения колес вагона выполняется в соответствии с программой, загружаемой в контроллер или в энергонезависимую память электронного блока управления для исполнения действий каждого из устройств УПП ВЗ в соответствии с заданным алгоритмом.
Технический эффект, - повышение точности управления величиной силы торможения и надежности работы ВЗ, а также снижение расхода воздуха при работе вагонного замедлителя, - достигается за счет отличительных признаков автоматизированной системы: как тормозной, так и растормаживающий прямоточные клапаны, составляющие ПРД как первого, так и второго устройства управления, имеют установленные в неподвижной корпусной детали датчики положения цилиндрического клапана относительно седла, электрически соединенные с модулем аналоговых сигналов ЭБУ.
Достижение указанного выше технического эффекта также обеспечивается отличительными признаками способа работы автоматизированной системы: ЭБУ управляет скоростью изменения давления воздуха в главной пневмолинии с учетом величины открытия / закрытия клапана (тормозного и растормаживающего), регистрируемой датчиком его положения, включая следующие действия: ожидание сигнала от оператора ГП о необходимости повышения/понижения давления и значение величины промежутка времени изменения скорости изменения давления воздуха; измерение давление в главной пневмолинии; определение текущей величины открытия/закрытия клапана путем опроса датчика положения в клапане; расчет скорости перемещения клапана на величину и ожидаемую величину скорости изменения давления за промежуток времени; измерение давления в главной пневмолинии и сравнение текущей скорости изменения давления за промежуток времени с ожидаемой; при скорости изменения давления воздуха, не соответствующей рассчитанной, проводится коррекция: расчет и увеличение открытия/закрытия клапана на рассчитанную программой величину, на которую с рассчитанной по программе скоростью перемещается клапан, после чего осуществляется запись текущей величины открытия/закрытия клапана при скорости перемещения клапана в память ЭБУ как неприемлемой для отведенного оператором времени торможения; при скорости изменения давления воздуха при величине открытия/закрытия, обеспечивающей значение скорости изменения давления воздуха, близкое к рассчитанному программой, текущая величина скорости открытия/закрытия клапана записывается в память ЭБУ как приемлемая для отведенного оператором времени торможения.
Приведенные выше совокупности отличительных признаков устройства и способа не обнаружены в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, технические решения, относящиеся к устройству и способу, соответствуют критерию «новизна». Они также не следуют явно из уровня техники, следовательно, они соответствуют критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана блок-схема автоматизированной системы управления пневматическим приводом вагонного замедлителя, имеющего два устройства УПП ВЗ.
На фиг. 2а показан пневматический прямоточный клапан с поршневым приводом и датчиком положения цилиндрического клапана.
На фиг. 2б показан пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом и датчиками положения цилиндрического клапана.
На фиг. 3 - схема ЭБУ и его соединений с ГП через БК.
На фиг. 4 - внешний вид пульта управления устройствами УПП ВЗ.
На фиг. 5 - алгоритм работы системы управления ПП ВЗ, оснащенной датчиками давления и датчиками положения цилиндрического клапана относительно седла.
Обозначения, принятые на фиг. 1-5:
1 - механизмы торможения;
2 - правые и левые колеса вагона;
3 - ПЦ каждого механизма торможения;
4 - главная пневмолиния;
5 - первое устройство УПП ВЗ;
5а - второе устройство УПП ВЗ;
6 - воздухосборник;
6а - воздухосборник;
7 - пневмомагистраль;
7а - пневмомагистраль;
8 - ПРД;
9 - ТПК;
9а - цилиндрический клапан ТПК;
9b - седло цилиндрического клапана ТПК;
10 - полость, управляющая открытием ТПК;
11 - полость, управляющая закрытием ТПК;
12 - выходной патрубок ТПК;
13 - РПК;
13а - цилиндрический клапан РПК;
13b - седло цилиндрического клапана РПК;
14 - полость, управляющая открытием РПК;
15 - полость, управляющая закрытием РПК;
16 - ЭП БУК;
17 - РД;
18 - фильтр;
19 - двухпозиционный пневмоклапан;
20 - двухпозиционный пневмоклапан;
21 - первая пневмолиния;
22 - выходной патрубок РД;
23 - вторая пневмолиния;
24 - первый двухпозиционный пневмораспределитель;
25 - клапан "или";
26 - второй двухпозиционный пневмораспределитель;
27 - третья пневмолиния;
28 - четвертая пневмолиния;
29 - блок коммутации блока управления первого устройства УПП ВЗ;
29а - блок коммутации блока управления второго устройства УПП ВЗ;
29б - канал связи между блоками коммутации;
30 - электронный блок управления (ЭБУ) первого устройства УПП ВЗ;
30а - электронный блок управления (ЭБУ) второго устройства УПП ВЗ;
31 - ГП;
32 - контроллер;
33 - энергонезависимая память;
34 - модуль аналоговых сигналов;
35 - модуль дискретных сигналов;
36 - блок диагностики;
37 - пульт управления;
38 - аварийный блок управления;
39 - модуль доступа.
Автоматизированная система управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (фиг. 1 - 5) с механизмами 1 торможения правых и левых колес 2 вагона (не показан) с пневмоцилиндрами 3 привода каждого механизма, с главной пневмолинией 4, соединяющей пневмоцилиндры 3, содержит первое устройство 5 УПП ВЗ и второе устройство 5а УПП ВЗ, аналогичное первому устройству 5, каждое из которых имеет: воздухосборник 6 и 6а, подсоединенный к главной пневмолинии 4, по меньшей мере, одной пневмомагистралью 7 первого устройства 5 (пневмомагистралью 1а второго устройства 5а), имеющей ПРД 8 воздуха, состоящий из конструктивно идентичных пневматически управляемых ТПК 9 (фиг. 2а), имеющего полость 10, управляющую его открытием, с датчиком 10а положения цилиндрического клапана 9а (13а) относительно седла 9в (13в), и полость 11, управляющую его закрытием, подсоединенную к пневмомагистрали 7 за выходным патрубком 12, и РПК 13 (фиг. 2б), имеющего полость 14, управляющую его открытием с датчиком 14а положения цилиндрического клапана 9а (13а) относительно седла 9в (13в), и полость 15, управляющую его закрытием, при этом вход РПК 13 соединен с пневмомагистралью 7 за патрубком 12 ТПК 9 (фиг. 1, 2), а выход - с атмосферой; для ускорения торможения и растормаживания воздухосборник 6, по меньшей мере, одного устройства УПП ВЗ 5 (5а) может быть подсоединен к пневмолинии 4 двумя пневмомагистралями 7 (фиг. 2), каждая из которых имеет ПРД 8, при этом полости 10, управляющие открытием ТПК 9, соединены между собой, а полости 14 и 15 РПК 13, управляющие соответственно его открытием и закрытием, попарно соединены между собой; ЭП БУК 16 (фиг. 1, 2), включающий РД 17 воздуха, поступающего через фильтр 18 от воздухосборника 6, управляемый двумя двухпозиционными пневмоклапанами 19 и 20 (фиг. 2) управляемыми электромагнитами Э1 и Э2; первую пневмолинию 21, соединяющую выходной патрубок 22 РД 17 с полостью 10, управляющей открытием ТПК 9 и соединенную с пневматической полостью первого датчика Д1 давления; вторую пневмолинию 23, подсоединенную к пневмомагистрали 7 за выходным патрубком 12 ТПК 9 и к пневматической части второго датчика Д2 давления и периодически соединяемую с полостью 15, управляющей закрытием РПК 13 через первый двухпозиционный пневмораспределитель 24, управляемый электромагнитом Э4; третий датчик ДЗ давления, с пневматической частью, подсоединенной к воздухосборнику 6; при этом полость 14, управляющая открытием РПК 13 устройств 5 и 5а УПП ВЗ, подсоединена к пневмомагистрали 7 за патрубком 12 ТПК 9 через клапан 25 «или» и подсоединяется к воздухосборнику 6 через второй двухпозиционный пневмораспределитель 26, управляемый электромагнитом ЭЗ, и через третью пневмолинию 27 для открытия РПК 13 и соединения главной пневмолинии 4 и ПЦ 3 с атмосферой, а полость 15, управляющая закрытием РПК 13, соединяется через первый двухпозиционный пневмораспределитель 24, четвертой пневмолинией 28 (фиг. 2) с первой пневмолинией 21 для закрытия РПК 13; каждое из устройств 5 и 5а УПП ВЗ имеет БК 29 и 29а (фиг. 1) с устройством (не показано) гальванических развязок и грозозащиты; БК 29 и 29а соединены каналом 296 связи (проводной или беспроводной); ЭБУ 30 и 30а, управляющие электромагнитами Э1-Э4 ЭП БУК 16 и 16а, имеют входы, соединенные через БК 29 и 29а с выходами управления от ГП 31, и состоят из контроллера 32 (фиг. 1, 4) (например, на базе STM32 Cortex М4), соединенных с ним энергонезависимой памяти 33, модуля 34 аналоговых сигналов, модуля 35 дискретных сигналов, соединяемого с электромагнитами Э1-Э4; модули 34 аналоговых сигналов ЭБУ 30 и 30а соединены с электрической частью датчиков Д1, Д2, Д3 давления и имеют соединения с модулем 35 дискретных сигналов ЭБУ 30 и 30а, которые электромагнитами Э1-Э4 управляют клапанами 19 и 20 ЭП БУК 16 и 16а и пневмораспределителями 26 и 24, в соответствии с программой, сохраняемой в контроллере 32 или в энергонезависимой памяти 33 ЭБУ 30 и 30а.
ЭБУ 30 и 30а каждого устройства УПП ВЗ 5 (5а) имеет блок 36 диагностики (фиг. 4), соединенный с блоком 29 (29а) коммутации, с контроллером 32, с модулем 34 аналоговых сигналов, с модулем 35 дискретных сигналов и энергонезависимой памятью 33; ЭБУ 30 и 30а являются равнозначными и каждый из них способен осуществлять управление ПП ВЗ, например, при отказе другого ЭБУ, выявляемом в процессе диагностики, либо по команде, поступившей с ГП 31; первое и второе устройства УПП ВЗ 5 (5а) имеют аварийные блоки 38 управления, подсоединенные к блоку 29 (29а) коммутации и соединенные с контроллером 32 и с пультом 37 управления; энергонезависимая память 33, содержащая базу данных о параметрах ЭБУ 30, соединена с контроллером другого ЭБУ 30а как через блок 36 диагностики, так и непосредственно через контроллер 32.
Автоматизированная система имеет канал 29б передачи данных, соединяющий через блоки коммутации 29 и 29а ЭБУ 30а второго устройства 5а с ЭБУ 30 первого устройства 5; канал 29б может быть реализован в виде экранированной информационной шины передачи данных или беспроводной связи (не показана). Пульт 37 управления с интерфейсом и служит для управления ПП ВЗ оператором ВЗ в случаях, требующих его вмешательства в экстренной ситуации; к пульту 37 управления каждого устройства УПП ВЗ 5 (5а) подсоединен модуль 39 доступа, обеспечивающий авторизацию оператора и предотвращение несанкционированного использования системы управления ПП ВЗ.
Для повышения точности управления ТПК 9 и РПК 13 имеют датчики положения 10а и 14а, определяющие регулируемую ЭБУ 30 величину L (фиг. 2а) открытия/закрытия цилиндрического клапана, позволяя ЭБУ 30 сопоставлять достигнутую скорость  с расчетной программой в энергонезависимой памяти 33 ЭБУ 30 и корректировать (в зависимости от выявленной разницы между измеренной скоростью  и рассчитанной) величину L открытия/закрытия цилиндрического клапана 9а и 13а соответственно ТПК 9 и РПК 13, после чего - сохранять в памяти 33 ЭБУ 30 скорректированную величину открытия/закрытия ТПК 9 и РПК 13 для соответствующей скорости  изменения давления воздуха в главной пневмолинии 4.
ПЛ
Способ управления (фиг. 5) автоматизированной системой ПП ВЗ (фиг. 1-4) включает получение ЭБУ 30 первого устройства УПП ВЗ 5 или ЭБУ 30а второго устройства УПП ВЗ 5а данных от ГП 31 о заданной ступени давления в ГГЦ 3 1111 ВЗ; перед началом работы первого устройства 5 и второго устройства 5а УПП ВЗ контроллером 32 одного ЭБУ 30 (30а) опрашивается состояние как другого ЭБУ 30а (30), так и подключенных к нему аварийного блока 38 управления, пульта 37 управления, модуля 39 доступа, отраженное в базе данных, хранящейся в энергонезависимой памяти 33 опрашиваемого ЭБУ 30 (30а); при выявлении отказов или невозможности полноценного функционирования опрашиваемого ЭБУ 30 (30а) или подключенных к нему элементов, опрашивающий ЭБУ 30 (30а) принимает на себя управление устройством 5 или 5а или устройствами 5 и 5а; контроллером 32 ЭБУ 30 (30а), принявшим на себя управление, в соответствии с управляющей программой задается скорость  (ΔР - приращение давления воздуха в главной пневмолинии 4 за интервал времени Δt) изменения давления воздуха в главной пневмолинии 4 и на основе показаний датчиков Д1-Д3 давления вычисляются скорости изменения давления в управляющей полости 10 ТПК 9, измеряемого первым датчиком Д1 давления, и в главной пневмолинии 4, измеряемого вторым датчиком Д2 давления; получение ЭБУ 30 (30а) сигналов от датчиков Д1, Д2, Д3 (фиг. 1); подачу управляющего сигнала от модуля 35 дискретных сигналов ЭБУ 30 (30а) на первый электромагнит Э1 управления РД 17 ЭП БУК 16 и 16а для включения и отсчет времени от момента подачи сигнала на первый электромагнит Э1 для оценки скорости изменения давления воздуха; открытие ТПК 9; контроль уровня давления в управляющей полости 10 ТПК 9 ПРД 8, регистрируемого первым датчиком Д1 давления, и регистрация времени достижения в главной пневмолинии 4 максимального давления, регистрируемого датчиком Д1, соответствующего ступени, заданной оператором ГП 31; передачу показаний величины давления датчиками Д1 и Д2 контроллеру 32 ЭБУ 30 (30а) через интервал времени, выбираемый из диапазона 0,001 с…0,005 с;
- получение ЭБУ 30 (30а) информации от оператора ГП 31 о переходе к более высокой ступени давления в главной пневмолинии 4; увеличение мощности управляющего сигнала, подаваемого от модуля 35 дискретных сигналов ЭБУ на первый электромагнит Э1 РД 17 и отсчет времени от момента подачи данного сигнала до достижения в пневмолинии 4 максимального давления, соответствующего более высокой ступени, заданной оператором; контроль уровня давления в воздухосборнике 6 на основе электрического сигнала, получаемого от третьего датчика Д3; подача дополнительных электрических сигналов модулем 35 на первый электромагнит Э1 управления РД 17 в случае, если заданный новый максимальный уровень ступени давления в пневмолинии 4 не достигнут за заданный период времени открытия ТПК 9; при недостаточном давлении для торможения вагона за установленное с ГП 31 время по команде от ЭБУ 30 (30а) увеличивается мощность управляющего сигнала, подаваемого на первый электромагнит Э1 РД 17, при этом дополнительно открываются РД 17 и ТПК 9; получение ЭБУ 30 (30а) информации от ГП 31 о заданной более низкой ступени давления в главной пневмолинии 4; отключение электромагнита Э1 клапана 19 (фиг. 1, 2) и включение электромагнита Э2 клапана 20, закрытие РД 17 и ТПК 9; отключение электромагнита Э4 первого пневмораспределителя 24, подача управляющего сигнала от модуля 35 на электромагнит ЭЗ второго пневмораспределителя 26, соединение управляющей полости 14 с третьей пневмолинией 27 поступление воздуха под давлением от воздухосборника 6 в полость 14, открытие РПК 13 до достижения в главной пневмолинии 4 давления более низкой ступени заданной с ГП 31; увеличение мощности управляющего сигнала, подаваемого от модуля 35 на электромагнит ЭЗ второго пневмораспределителя 26; регистрация контроллером 32 ЭБУ 30 (30а) через заданный с ГП 31 интервал времени уровня давления, получаемого от второго датчика Д2; достижение в главной пневмолинии 4 давления заданной ступени, выпуском воздуха в атмосферу через открытый РПК 13 до достижения атмосферного давления; поступление команды от ГП 31 на ЭБУ 30 (30а) на последующее изменение давления в главной пневмолинии 4.
Для повышения точности достижения параметров ступени давления воздуха, заданной с ГП 31 контроллером ЭБУ 30 (30а) одного из устройств 5 (5а) УПП ВЗ в соответствии с управляющей программой контроллером 32 ЭБУ 30 (30а) одного из устройств 5 (5а) УПП ВЗ рассчитывается мощность сигналов для управления электромагнитов Э1-Э4 ЭП БУК 16 и 16а.
Для снижения расхода воздуха при работе ВЗ мощность сигналов ЭБУ 30 (30а), управляющих электромагнитами Э1-Э4 клапанов 19 и 20 РД 17 и пневмораспределителей 24 и 26 ЭП БУК 16 или 16а одного из устройств 5 (5а) УПП ВЗ, может изменяться в соответствии с данными, полученными от другого ЭБУ 30а (30) устройства 5 (5а) УПП ВЗ в результате работы управляющей программы по команде от ГП 31.
Для повышения точности управления величиной силы торможения и растормаживанием изменение мощности управляющих сигналов, поступающих от модулей 35 на электромагниты Э1-Э4 устройств 5 (5а) УПП ВЗ, ЭБУ 30 (30а) осуществляется на основании обработанной управляющей программой информации, полученной от датчиков Д1-Д3 давления.
Для повышения точности управления величиной силы торможения управляющие сигналы на электромагниты Э1 и Э2 первого пневмоклапана 19 и второго пневмоклапана 20 РД 17 и электромагниты Э3 и Э4 соответственно пневмораспределителей 26 и 24 первого и/или второго устройств 5 и 5а УПП ВЗ могут быть заданы в виде набора импульсов, амплитуда, частота и скважность которых определяется программой контроллера 32 на основании показаний датчиков давления Д1, Д2 и Д3.
Для достижения заявленного технического эффекта функционирование устройства 5 и 5а УПП ВЗ выполняется путем исполнения действий в соответствии с заданным алгоритмом по программе, загружаемой в ЭБУ 30 (30а) (в контроллер 32 ЭБУ 30 (30а) или в энергонезависимую память 33) каждого из устройств 5 и 5а УПП ВЗ.
В результате реализации способа автоматизированного управления ПП ВЗ достигается повышение точности управления величиной силы торможения, надежности работы системы УПП ВЗ, а также снижение расхода воздуха при работе ВЗ.
ЭБУ 30 управляет скоростью  изменения давления воздуха в главной пневмолинии 4 с учетом величины L (фиг. 2а) открытия/закрытия ТПК 9 (РПК 13), регистрируемой датчиком 10а (14а) его положения, следующим образом:
- ожидает сигнала от оператора ГП 31 о необходимости повышения/понижения давления и значение величины промежутка времени dt изменения скорости  изменения давления воздуха;
- измеряет давление Р в главной пневмолинии 4;
- рассчитывает скорость  перемещения ТПК 9 (РПК 13) на величину dL и ожидаемую величину скорости  изменения давления за промежуток времени dt;
- измеряет давление в главной пневмолинии 4 и сравнивает текущую скорость  изменения давления за промежуток времени dt с ожидаемой.
Если скорость  изменения давления воздуха не соответствует рассчитанной, то проводится коррекция: расчет и увеличение открытия/закрытия ТПК 9 (РПК 13) на рассчитанную программой величину dL, на которую с рассчитанной по программе скоростью v перемещается ТПК 9 (РПК 13), после чего осуществляется запись текущей величины открытия/закрытия L ТПК 9 (РПК 13) при скорости v перемещения dL ТПК 9 (РПК 13) в память ЭБУ 30 как неприемлемой для отведенного оператором ГП 31 времени торможения.
Если скорость  изменения давления воздуха при увеличении открытия/закрытия ТПК 9 (РПК 13) dL обеспечили значение скорости  изменения давления воздуха, достаточно (~5%) близкого к рассчитанному программой, то текущая величина открытия/закрытия L ТПК 9 (РПК 13) при скорости ν перемещения dL ТПК 9 (РПК 13) записываются в память 33 ЭБУ 30 как приемлемого для отведенного оператором ГП 31 времени торможения.
ЭБУ 30 уменьшает скорость  перемещения цилиндрического клапана 9а, 13а соответственно ТПК 9 и РПК 13 при достижении им рассчитанного программой контроллера целевого расстояния, учитывающего инерционность системы; генерирует сигнал об отказе, если цель не достигается за заданный программой управления промежуток времени.
Системой управления формируется база тарирования электропневматической системы ВУПЗ - устанавливается соответствие между скоростью  изменения давления воздуха в главной пневмолинии 4, величиной L открытия/закрытия ТПК 9 (РПК 13) при его перемещении на величину dL и скоростью  открытия/закрытия ТПК 9 (РПК 13), при сохранении в памяти 33 как приемлемых и неприемлемых сочетаний данных значений.
Коррекция программой скорости  и перемещения dL ТПК 9 (РПК 13) на величину dL и ожидаемой скорости  изменения давления воздуха в главной пневмолинии 4 происходит в соответствии с алгоритмом программы, размещенной в энергонезависимой памяти 33 ЭБУ 30, с заданной оператором ГП 31 периодичностью опроса датчиков 10а и 14а положения ТПК 9 и РПК 13 и давления воздуха.