СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТНЫМ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОМ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и предназначена для контроля и управления движением скоростного электропоезда на железной дороге.
Известна система управления движением пассажирского электровоза, содержащая датчик пути и скорости, блок определения скорости, генератор временных меток, блок определения текущего времени, датчик давления, установленный на тормозном цилиндре, пульт управления, блок управления режимом тяги, блок управления режимом торможения, вычислительный блок, блок памяти, тактовый генератор, контроллер, два дешифратора, блок управления, предназначенный для задания режимов работы и коррекции параметров управления, три блока сопряжения, блок индикации и блок речевого информатора (см. RU 2273567 С1, 10.04.2006). Система включает также второй датчик давления, установленный на уравнительном резервуаре и предназначенный для контроля отпуска тормозов со сверхзарядкой тормозной магистрали, а также блок измерения напряжения в контактной сети и токов на тяговых двигателях.
Известная система работает в режимах тяги, выбега, поддержания скорости и торможения и обеспечивает выполнение графика движения поездов в автоматическом режиме.
Однако известная система является сложной в исполнении и требует повышенного внимания машиниста. В условиях скоростного движения это является недостатком. При больших скоростях человек не успевает реагировать на возникающие ситуации. Кроме того, машинист поезда не имеет общий план график движения на участке, а ориентируется на видимой части пути. Диспетчерская служба может управлять движением поезда в соответствии с общей ситуацией на дороге, включая зону, невидимую для машиниста.
Наиболее близким аналогом является известная система управления скоростным пассажирским электропоездом, содержащая вычислительный блок, в состав которого входят основной центральный процессор и соединенный с ним резервный центральный процессор, входы/выходы которых соединены с многофункциональной поездной шиной, к которой подключены пульт управления машиниста, вспомогательное оборудование, блок управления и контроля приводом и блок управления тормозом, при этом дополнительные входы/выходы блока управления и контроля приводом и блока управления тормозом соединены с соответствующими входами/выходами средства измерения параметров движения поезда (RU 65848 U1, 30.03.2007). Система также содержит микропроцессорный блок, с соответствующими входами которого соединены устройство приема сигналов автоматической локомотивной сигнализации, блок памяти с электронной картой, устройство спутниковой навигации, цифровой радиоканал, датчики пути и скорости и давления в тормозной магистрали. Причем к выходам микропроцессорного блока подключены блок индикации и ввода информации и формирователь команд автостопного торможения, соединенный с первым входом блока управления средствами пневматического торможения, второй вход которого подключен к выходу блока управления тормозом. Блок управления средствами пневматического торможения состоит из элементов управления тормозной магистралью, а дополнительные входы и выходы микропроцессорного блока подключены через шлюз к многофункциональной поездной шине.
Известная система обеспечивает для машиниста упрощенную работу управления скоростным пассажирским электропоездом на всем протяжении пути за счет использования в системе безопасности средств, получающих информацию о местонахождении через резервированную спутниковую систему определения местонахождения GLONASS и GPS.
Однако точность выполнения графика движения недостаточна, поскольку главным принципом управления является анализ и оценка ситуации по месту и факту. Принципиально в каждый момент времени для управления движением машинист или диспетчер проводят полный ситуационный анализ движущегося объекта и оценивают вид управляющего воздействия. Недостаток известной системы заключается в проведении достаточно большой аналитической работы, которая требует повышенной нагрузки и вызывает утомляемость машиниста или диспетчера. С другой стороны держать в памяти все прогнозируемые ситуации движения поезда человек не в состоянии.
Задачей, решаемой полезной моделью, заключается в создании системы управления движением скоростного электропоезда с упрощенной схемой управления при его движении в соответствии с установленным графиком.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности контроля и управления за счет точного определения координат местоположения электропоезда, а также за счет возможности сравнительного анализа между заданным в информационной базе состоянием объекта и фактическим его состоянием в текущий момент времени.
Это достигается тем, что система контроля и управления скоростным электропоездом содержит установленное на локомотиве электропоезда бортовое устройство, включающее вычислительный блок, к входу которого подключен приемник навигационных сигналов, связанный посредством радиоканала с измерительной аппаратурой космической навигационной системы, блок памяти для хранения информации о местности пролегания железнодорожного пути, блок отображения, центральный процессор, соединенный с пультом управления машиниста, блоки управления соответственно режимами тяги и торможения, выходами соединенные с соответствующими цепями управления, два преобразователя, один из которых включен между первым управляющим выходом центрального процессора и входом блока управления режимом тяги, другой - между вторым управляющим выходом центрального процессора и входом блока управления режимом торможения, а также сеть размещенных вдоль железнодорожного пути референцных станций с центром обработки сигналов, включающим сервер связи и блок вычисления дифференциальной поправки, а в бортовой комплекс введены блок задания допустимых значений параметров движения электропоезда, генератор временных меток и приемо-передающее устройство, выходом соединенный со вторым входом вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу генератора временных меток, при этом соответствующие информационные входы центрального процессора подключены к выходам вычислительного блока, блока задания допустимых значений параметров движения электропоезда и блока памяти, а выходы - к входам блока отображения и приемо-передающего устройства, причем входы/выходы блока вычисления дифференциальной поправки через сервер связи посредством соответствующих каналов радиосвязи связаны с референцными станциями и приемо-передающим устройством, соединены также посредством соответствующих каналов радиосвязи с приемо-передающим устройством автоматизированного рабочего места поездного диспетчера.
При этом в блоке памяти в качестве информации о местности пролегания железнодорожного пути используют карту местности либо цифровую модель местности.
Цифровая модель местности является пространственно-временной характеристикой. Она показывает не просто положение поезда, а положение поезда с привязкой ко времени. По существу она содержит информацию о скорости, ускорении, положении поезда в каждый момент времени и, по существу, является прогнозной моделью его движения. Такая цифровая модель местности является моделью управления подвижным объектов. Особенно она важна с переходом в область скоростного движения, для которого действия человека по управлению скоростного электропоезда становятся не оперативными и возможно не эффективными.
Сущность заявленной системы поясняется фиг.1, на которой представлена структурная схема предлагаемой системы, на фиг.2 - «коридор» допусков местоположений электропоезда, на фиг.3 - «коридор» допусков скорости электропоезда, на фиг.4 - «коридор» допусков ускорения электропоезда.
Система включает установленный на локомотиве скоростного электропоезда бортовой комплекс 1, содержащий центральный процессор 2, соединенный с пультом 3 управления машиниста, блоки 4 и 5 управления соответственно режимами тяги и торможения, выходами соединенные с соответствующими цепями 6 управления, два преобразователя 7 и 8, один из которых включен между первым управляющим выходом центрального процессора 2 и входом блока 4 управления режимом тяги, другой - между вторым управляющим выходом центрального процессора 2 и входом блока 5 управления режимом торможения, блок 9 отображения, подключенный к соответствующему выходу центрального процессора 2, входы которого соединены с выходами блока 10 памяти с электронной картой или цифровой моделью местности, блока 11 задания допустимых значений параметров движения и вычислительного блока 12. При этом первый вход вычислительного блока 12 соединен с выходом приемника 13 навигационных сигналов, второй вход - с выходом генератора 14 временных меток, а соответствующие входы/выходы - с выходами/входами приемопередающего устройства 15.
Генератор 14 временных меток формирует стабильное значение интервалов времени, которое поступает в вычислительный блок 12.
Система использует сеть референцных станций 16, размещенных вдоль железнодорожного пути, и космическую систему спутниковой навигации ГЛОНАСС или GPC с измерительной аппаратурой 17 на борту искусственных спутников Земли.
Измерительная аппаратура 17 космической системы ГЛОНАСС или GPC посредством канала радиосвязи связана с приемником 13 навигационных сигналов бортового комплекса 1 и приемным устройством каждой из референцных станций 16.
Система включает центр 18 обработки сигналов референцных станций 16, содержащий сервер 19 связи и блок 20 вычисления дифференциальной поправки. Вход блока 20 вычисления дифференциальной поправки соединен через сервер 19 по каналу связи с выходами приемных устройств референцных станций 16, а выход - через сервер 19 подключен по каналу связи с входом приемо-передающего устройства 15.
Кроме того, соответствующие выходы центрального процессора 2 подключены через приемо-передающее устройство 15 посредством радиоканала к приемо-передающему устройству автоматизированного рабочего места поездного диспетчера (АРМ ДНЦ).
В качестве параметров движения задают допустимые значения скорости и ускорения движения электропоезда, а также допустимые значения его местонахождения в заданные моменты времени в соответствии с графиком его движения. Допустимые значения параметров движения электропоезда получены по результатам симуляции движения электропоезда по трассе следования в соответствии с графиком движения с учетом его состава.
Система работает следующим образом.
Для приведения электропоезда в движение машинист с помощью пульта 3 управления выдает команду «Пуск», которая подается в центральный процессор 2. Центральный процессор 2 формирует код команды включения одной из позиций тяги. Преобразователь 7 осуществляет преобразование кода команды включения тяги в соответствующий управляющий сигнал, который поступает в блок 4 управления режимом тяги, осуществляющий включение одной из позиций тяги с помощью соответствующей цепи 6 управления.
При этом в блоке 9 отображения осуществляют индикацию данных о режимах работы электропоезда и команд управления, фактических параметров движения электропоезда, а, именно, скорости и ускорения, одновременно с их допустимыми значениями в соответствии с графиком движения. Блок 6 отображения осуществляет также индикацию данных о местонахождении поезда в режиме реального времени одновременно с допустимыми значениями его местоположения в соответствии с графиком движения. Данные о допустимых значениях режимных параметров движения электропоезда и его местоположении по команде центрального процессора 2 из блока 10 памяти передаются в блок 9 отображения.
С помощью измерительной аппаратуры 17 системы космической навигации измеряют местоположение локомотива 1 скоростного электропоезда. Приемник 13 навигационных сигналов бортового комплекса 1 электропоезда по каналу радиосвязи принимает информацию о местоположении локомотива электропоезда в режиме реального времени, осуществляет соответствующее преобразование полученных сигналов и передает их в вычислительный блок 12.
Референцные станции 16, координаты каждой из которых привязаны к всемирной геодезической системе ITRF, также принимают навигационные сигналы с измерительной аппаратуры 17 системы космической навигации, характеризующие их географические координаты в режиме реального времени.
В состав референцных станций 16 могут входить спутниковая приемная антенна, кабель от антенны к спутниковому приемнику, модуль молниезащиты, двухчастотный спутниковый приемник RS500, адаптеры и преобразователи напряжения, каналообразующая аппаратура (на чертеже не показаны).
Блок 19 вычисления дифференциальной поправки выполнен в виде аппаратно-программного устройства и осуществляет следующие действия:
- вычисляет в режиме реального времени величину дифференциальной поправки на основе данных местоположения референцных станций 16, полученных в реальных условиях от измерительной аппаратуры 17, и сведений об их истинных координатах;
- передает ее через сервер 19 связи посредством канала радиосвязи в приемно-передающее устройство 15 бортового комплекса 1.
Дифференциальная поправка служит для уточнения положения объекта в реальных условиях местности, по которой движется электропоезд. Она снижает погрешность определения подвижного объекта от 2-3 метров до 1-2 сантиметров. Это позволяет повысить точность определения скорости и ускорения электропоезда, а, следовательно, повысить эффективность управления электропоездом.
Приемо-передающее устройство 15 осуществляет прием и преобразование полученных сигналов и направляет их в вычислительный блок 12.
Вычислительный блок 12 выполнен в виде аппаратно-программного устройства, которое:
- формирует реальное время с корректировкой по астрономическому времени на основе сигналов космической системы спутниковой навигации;
- в режиме реального времени корректирует географические координаты местонахождения электропоезда с учетом дифференциальной поправки;
- осуществляет пересчет географических координат электропоезда в железнодорожные;
- через заданные ΔT промежутки времени передает фактические координаты поезда в центральный процессор 2.
Промежуток времени задается генератором 14 временных меток.
По результатам полученной информации о фактическом местоположении электропоезда центральный процессор 2 вычисляет скорость v и ускорение а его движения в измеренные моменты времени tn, осуществляет сравнение фактических значений параметров движения с допустимыми значениями. По результатам полученных данных процессор 2 осуществляет расчет диапазонов фактического местоположения движущегося электропоезда, скорости его движения и ускорения, представляет изменения фактических значений скорости и ускорения в режиме реального времени с учетом «коридора» их допустимых значений и формирует сигналы для их отображения на мониторе блока 9 в виде соответствующих графиков (см. фиг.2, 3, 4).
Кроме того, центральный процессор 2 сопоставляет информацию о местоположении электропоезда с записанной в блоке 10 памяти информацией об участке трассы. Это дает возможность точнее и намного быстрее выявлять отклонение от графика движения, оперативно принимать управляющее решение и решать задачи оптимизации движения.
Если фактические значения скорости или ускорения выходят за пределы допустимых значений в соответствии с графиком движения, центральный процессор 2 вырабатывает управляющие сигналы по вводу поезда в режим графика, которые через преобразователи 7 и 8 поступают на вход, либо блока 4 управления режимом тяги, либо блока 4 управления режимом торможения. Блоки 5 и 4 осуществляют управление соответствующими цепями 6 управления для поддержания заданного графика движения электропоезда.
Информация о фактических параметрах движения скоростного электропоезда для контроля графика движения электропоезда передается также через приемо-передающее устройства 13 и канал радиосвязи на приемо-передающее устройство АРМ ДНЦ, который осуществляет общий контроль и управление электропоездами на железной дороге.
Информация о расположении поезда в коридоре его возможных допустимых значений в психологическом плане играет роль дополнительной памяти человека.
Эта информация позволяет выполнять машинисту, поездному диспетчеру операцию сравнения расчетного и фактического положения вместо множества операций определения положения электропоезда в произвольный момент времени. Кроме того, эта информация позволяет прогнозировать результаты изменения движения путем переноса текущего положения в заданные с помощью простой операции смещения.