СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ЛОКОМОТИВОВ ПРИ МАНЕВРОВОЙ РАБОТЕ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована для управления и автоматического контроля передвижений маневровых локомотивов, в частности, на станциях с маневровой работой, обеспечиваемой непосредственно дежурным по станции без участия маневрового диспетчера.
Известна система определения местоположения технологических объектов, содержащая навигационную аппаратуру искусственного спутника земли, аппаратуру потребителей спутниковых радионавигационных систем, бортовую аппаратуру автоматического управления и сигнализации, установленных на технологическом объекте, установленную стационарно постовую аппаратуру автоматического управления и сигнализации, основную и резервную референцные станции, ЭВМ, установленную на автоматизированном рабочем месте диспетчера, центральный процессор ЭВМ, соединенный с блоком памяти и блоком формирования выходной информации, соединенным с монитором, к которому подключен выход блока обработки и формирования сигналов, преобразователь координат, блок постовой аппаратуры системы автоматического управления и сигнализации, соединенной посредством канала радиосвязи с блоком бортовой аппаратуры системы автоматического управления и сигнализации (RU 87024, G01S 5/14, 20.09.2009).
Известная система не обладает достаточной функциональной безопасностью из-за ограниченной возможности непрерывного тестирования бортовых средств в увязке со стационарными устройствами управления локомотивом во время ее работы в автономном режиме.
Известна система «Автодиспетчер» на железнодорожном транспорте (статья М.Т.Иванова «Автодиспетчер для скоростного движения», журнал «Автоматика, связь, информатика» №8 и №10 2009 г.), осуществляющая централизованное управление пропуском поездов на базе интеллектуального диспетчерского поста, использования спутниковых технологий, автоматического мониторинга и диагностирования инфраструктуры, контроля подвижного состава.
Содержащаяся в комплексной системе «Автодиспетчер» система автоматической установки маршрута (САУМ) предварительно формирует базу маршрутов станций, управляемых поездным диспетчером. Информация о сформированных маршрутах поступает в сервер системы планирования пропуска поездов, где осуществляется его корректировка на основании данных графика движения для данного направления дороги.
Система «Автодиспетчер» направлена в основном на безопасное управление движением поездов, в том числе скоростных пассажирских, и не предусматривает контроля управления локомотивом при производстве маневров.
В качестве прототипа принята система маневровой автоматической локомотивной сигнализации МАЛС, в которой управляющий вычислительный комплекс обеспечивают контроль поездной ситуации на основе данных, получаемых от устройств электрической централизации посредством контроллера сбора данных, взаимодействие с бортовой аппаратурой и сервисным оборудованием по цифровому радиоканалу, контроль поддержки радиосвязи с локомотивами и осуществляет контроль передвижения подвижных единиц. Бортовая аппаратура с радиостанцией осуществляют обмен информацией с радиостанциями станционного устройства и сервисного оборудования (RU 87024, G01S 5/14, 20.09.2009).
Недостатком прототипа является сложность аппаратной реализации бортовой аппаратуры, обусловленная использованием для обеспечения функциональной безопасности всей аппаратуры управления двухкомплектного принципа построения, в том числе консоли бортовой системы управления маневровыми передвижениями
Технический результат полезной модели заключается в создании системы управления движением локомотивов при маневровой работе с упрощенной реализацией консоли бортовой системы управления маневровыми передвижениями при сохранении требуемого уровня функциональной безопасности.
Технический результат системы управления движением локомотивов, содержащей размещенную в станционном центре управления центральную ЭВМ, к которой подключены формирователь команд, соединенный с приемо-передающим устройством, блок ввода данных маршрута маневрового локомотива и контроллер опроса, соединенный с блоком аппаратуры поста электрической централизации, а на каждом из локомотивов, вовлеченных в данную систему управления, установлен бортовой контроллер, к которому подключены бортовой приемопередатчик, блок индикации, блок ввода информации, приемник сигналов спутниковой навигации, колесный датчик импульсов и блок сопряжения, соединенный с блоком исполнительной аппаратуры управления локомотивом достигается тем, что стационарный центр управления снабжен блоком сравнения и формирователем сигнала, при этом выход блока сравнения соединен с управляющим входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом передатчика приемо-передающего устройства, выход приемника приемо-передающего устройства соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом центральной ЭВМ, а на каждом из локомотивов установлен блок переключения, управляющий вход которого соединен с выходом приемника бортового приемо-передатчика, а выход блока переключения подключен к бортовому контроллеру.
На рисунке приведена структурная схема системы управления движением локомотивов при маневровой работе.
Система управления движением локомотивов содержит размещенную в станционном центре 8 управления центральную ЭВМ 3, к которой подключены формирователь 23 команд, соединенный с приемо-передающим устройством 6, блок 22 ввода данных маршрута маневрового локомотива и контроллер 2 опроса, соединенный с блоком 1 аппаратуры поста электрической централизации, а на каждом из локомотивов 21, вовлеченных в данную систему управления, установлен бортовой контроллер 14, к которому подключены бортовой приемо-передатчик 11, блок 15 индикации, блок 16 ввода информации, приемник 19 сигналов спутниковой навигации, колесный датчик 17 импульсов и блок 18 сопряжения, соединенный с блоком 20 исполнительной аппаратуры управления локомотивом, стационарный центр 8 управления снабжен блоком 5 сравнения и формирователем 4 сигнала, при этом выход блока 5 сравнения соединен с управляющим входом формирователя 4 сигнала, выход которого соединен с входом передатчика приемо-передающего устройства 6, выход приемника приемо-передающего устройства 6 соединен с первым входом блока 5 сравнения, второй вход которого соединен с выходом центральной ЭВМ 3, а на каждом из локомотивов установлен блок 13 переключения, управляющий вход которого соединен с выходом приемника бортового приемо-передатчика 11, а выход блока 13 переключения подключен к контроллеру 14.
Система управления движением локомотивов при маневровой работе функционирует следующим образом.
Иерархически станционное оборудование системы построено в двух уровнях: первый-считывание данных с реле в блоке 1 аппаратуры поста электрической централизации (ЭЦ), второй - логическая обработка данных, ввод с помощью блока 22 ввода данных маршрута маневрового локомотива дежурным по станции (ДСП) и вывод для него оперативной обстановки, а также управление подвижными железнодорожными объектами со станционного центра 8 управления через цифровой полудуплексный радиоканал 9 связи.
Исходной информационной базой системы являются считываемые контроллером 2 опроса и передаваемые им в центральную ЭВМ 3, данные о состоянии исполнительных устройств ЭЦ (путевые, стрелочные путевые, сигнальные и замыкающие реле и реле контроля положения стрелок) и данные ДСП по формированию маршрута для маневрового локомотива.
Контроллер 2 опроса опрашивает подключенные к нему контакты реле упомянутых устройств ЭЦ, формирует массив данных одновременно в двух внутренних комплектах, выдает их в центральную двухканальную безопасную ЭВМ 3 автоматизированного рабочего места (АРМ) ДСП, который с помощью блока 22 ввода данных маршрута вводит данные маршрутов движения поездов по станции. В блоке 3 происходит программная симуляция маршрутов, опрошенных контроллером 2 и введенных ДСП с помощью блока 22. Результаты моделирования маршрутов вводятся в формирователь 23 команд. При формировании управляющих команд используются такие данные по каждому элементу путевого развития станции, как длина, допустимая скорость, (вносимые на этапе адаптации программного обеспечения системы), места производства работ, устанавливаемые ДСП с помощью блока 22 ввода данных маршрута, оперативная информация обо всех подвижных объектах (фактическая скорость и местоположение).
Формирователь 23 формирует команды для подвижных объектов системы и передает их в цифровой полудуплексный радиоканал 9 связи, через приемопередающее устройство 6 и его антенну 7. В ответ передается информация о параметрах подвижного объекта. Ответная информация формируется бортовым контроллером 14 и передается с соответствующего локомотива через бортовой приемопередатчик 11 и бортовую антенну 10. Блок 15 индикации (например, выполненный в виде жидкокристаллического монитора) консоли 12 управления, отображает машинисту визуальную информацию, а блок 16 ввода информации служит машинисту для ручного ввода команд управления во время выполнения маневров. Взаимодействие бортового контроллера 14 с блоком 20 исполнительной аппаратуры управления локомотивом (в частности с системой торможения и с комплексным устройством безопасности) осуществляется через блок 18 сопряжения, связь с датчиком импульсов 17 позволяет рассчитывать скорость и пройденный путь, а с приемником сигналов 19 спутниковой навигации координаты места нахождения локомотива. Датчики импульсов 17 находятся на разных колесных парах для защиты от ошибок при юзе и боксовании колес.
Периодически (например, каждые 40 с.) станционный центр 8 управления (СЦУ) выдает в эфир приглашение на вход в систему. Локомотив, получив приглашение, запрашивается в соответствии с протоколом обмена информацией в СЦУ и с помощью бортового контроллера 14, через бортовой приемопередатчик 11, приемо-передающее устройство 6 передает в центральную ЭВМ 3 свой номер. По завершению протокола радиообмена локомотив автоматически становится объектом управления. На экране ЭВМ 3 АРМ ДСП появляется строка с номером и фактической скоростью движения локомотива. Станционная аппаратура СЦУ, непрерывно получая информацию от ЭЦ, контролирует появление маневровых и поездных маршрутов на станции. На экране ЭВМ 3 АРМ ДСП отображается план станции, аналогичный табло дежурного по станции в ЭЦ. Кроме того, на экране в отдельном окне отображаются в текстовом виде все маршруты станции на текущий момент времени. Маршрутное задание ДСП назначает локомотиву, который находится перед открытым маршрутным светофором. Значения допустимых скоростей, передаваемых в маршрутном задании, корректируются системой с учетом производимой локомотивом работы и расположения локомотива в составе. Маршрутное задание, принимаемое бортовым контроллером 14, отображается блоком индикации 15, а станция получает подтверждение передачи и устанавливает признак соответствия локомотиву и его маршруту на экране ЭВМ 3 АРМ ДСП. После получения маршрутного задания, локомотив может приступить к его выполнению под непрерывным автоматическим контролем системы. Удлинение маршрута или перекрытие сигнала в маршруте корректируется системой автоматически. При приближении локомотива к запрещающему сигналу или месту проведения путевых работ, блок 20 исполнительной аппаратуры управления локомотивом выдает сигнал на снижение скорости, что заставляет локомотив перейти в режим торможения. Станционные устройства СЦУ контролируют снижение локомотивом фактической скорости. Они являются дополнительным средством контроля выполнения принудительной остановки поезда перед запрещающим сигналом. При необходимости, с помощью устройств СЦУ локомотиву передается команда экстренного торможения через цифровой полудуплексный радиоканал 9 связи. В процессе выполнения маршрутного задания система непрерывно отображает положение локомотива в соответствующем окне на дисплее ЭВМ 3 АРМ ДСП, что является дополнительным средством контроля исполнения локомотивом назначенного маршрута.
При отсутствии маршрутного задания, локомотив имеет право передвигаться только внутри последней секции последнего маршрутного здания. Функциональная безопасность системы основана на использовании двухкомплектного построения станционной аппаратуры с безопасными схемами встроенного контроля и ее сравнения с вводимым оператором ДСП требуемым маршрутом движения маневрового локомотива. Безопасная работа аппаратуры, входящей в состав консоли 12 управления, обеспечивается за счет информационного взаимодействия с безопасной двухкомплектной станционной аппаратурой, через цифровой полудуплексный радиоканал 9 связи, с контролем работы самого радиоканала связи 9 и бортового приемопередатчика 11 внутренней безопасной схемой (не показана) консоли 12 управления.
Программное обеспечение блока 20 исполнительной аппаратуры управления локомотивом предназначено для реализации основных первичных функций обеспечения безопасности движения. Программное обеспечение консоли 12 управления осуществляет постоянный мониторинг состояния движения локомотива, клавиатуры, данных цифрового полудуплексного радиоканала 9 связи и выводит на монитор информацию о допустимой скорости движения, ожидаемой скорости движения на следующей изолированной секции, числе свободных впередилежащих блок - участков, расстоянии до первого по ходу изолированного стыка; расстоянии до места проведения работ и до конца маршрутного задания; установленном режиме работы и заданном маршруте и другую информацию. Консоль 12 управления участвует в выполнении основных задач обеспечения безопасности при выполнении маневров на станции и запрещения проезда запрещающего сигнала. Дополнительно она информирует машиниста о негабаритных местах и местах работ на путях в заданном маршруте, допустимой скорости движения. В критических ситуациях бортовой контроллер 14, через блок сопряжения 18, взаимодействует с блоком 20 исполнительной аппаратуры управления для выполнения плавного или экстренного торможения локомотива. Проверку безопасности функционирования консоли 12 управления осуществляют путем сравнения данных, передаваемых из бортового контроллера 14 с данными, вырабатываемыми путем программной симуляции в безопасной, двух или более канальной ЭВМ 3 АРМ ДСП. Симуляция использует данные реального времени, передаваемые с локомотива.
В процессе функционирования системы управления движением локомотивов блок 5 сравнения сопоставляет данные контролера опроса 2, поступающие на вход блока 5 сравнения через центральную ЭВМ 3, с оперативными данными состояния локомотива, которые поступают на другой вход блока 5 сравнения из контроллера 14 через бортовой приемо-передатчик 11, цифровой полудуплексный радиоканал 9 связи и приемник приемо-передающего устройства 6. При несовпадении сравниваемых данных, с выхода блока 5 сравнения поступает сигнал на управляющий вход формирователя 4, на выходе которого формируется сигнал запрета на автоматическое управление локомотивом, который передается с помощью передатчика приемо-передающего устройства 6. Сигнал, переданный по радиоканалу, поступает на вход приемника бортового приемо-передатчика 11. Принятый сигнал с выхода приемника поступает на управляющий вход блока 13 переключения, который выдает контроллеру 14 сигнал на переход в режим ручного управления. Это фиксируется внутренней безопасной схемой управления конфигурацией (на чертеже не показано), переводящей консоль 12 управления локомотивом в режим, отключающий автоматическое и разрешающий ручное управление локомотивом. Блок 15 индикации отображает выбранный режим управления.
Переход локомотива к ручному управлению осуществляется также при несовпадении результатов проверки данных маневрового маршрута на станции, введенных ДСП с помощью блока 22 с данными контроллера 2 опроса. В этом случае из центральной ЭВМ 3 через формирователь 23 поступает команда, передаваемая передатчиком приемопередающего устройства 6. Принятая приемником бортового приемопередатчика 11 команда поступает на управляющий вход блока 13 переключения, который подает сигнал на бортовой контроллер 14 для принудительного перехода на ручной ввод информации для управления блоком 20 исполнительной аппаратуры локомотива. Режим управления отображается блоком 15 индикации. Блок 13 переключения блокирует возможность перехода на автоматизированный режим работы локомотива до тех пор, пока из станционного центра 8 управления не поступит разрешающая команда, которая формируется при совпадении данных о маршрутах, поступающие на входы блока 5 сравнения.
Обратный переход от ручного к автоматизированному режиму машинист осуществляет с использованием блока 16 ввода информации и бортового контроллера 14 при появлении в блоке 15 индикации информации о возобновлении работы цифрового полудуплексного радиоканала 9 связи и передачи команды на автоматическое управление локомотивом из станционного центра 8 управления.