СТЕНД ДЛЯ ОТЛАДКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ ПРИЦЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ НА ТУПИКОВЫХ ПУТЯХ СТАНЦИЙ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована для отладки вновь разрабатываемых, модернизируемых или находящихся в эксплуатации систем автоматического прицельного торможения. Полезная модель, в частности, может применяться для проверки технических характеристик различных устройств автоматического прицельного торможения на тупиковых путях станций или у остановочных платформ в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации.
Необходимость использования устройства для отладки и проверки технических характеристик систем автоматического прицельного торможения на тупиковых путях станций или у остановочных платформ обусловлена массовостью (частой повторяемостью) и исключительно высокой ответственностью этой технологической операции, практически не допускающей каких либо значимых индивидуальных рисков. Устройство (стенд) позволяет проводить многовариантные расчеты и моделирование, проверяя правильность принятых технических решений и полноту программного обеспечения выбранной системы прицельного торможения. Проводить с этой целью натурные эксперименты возможным не представляется: они сопряжены с вероятными нарушениями безопасности движения и требуют значительных финансовых затрат.
Эксплуатируемая в настоящее время система прицельного торможения на тупиковых путях станций использует напольные кодовые датчики (КНД), расположенные парами на пути после стрелочных переводов. При проезде локомотива над КНД с него передается в бортовой считыватель его индивидуальный номер, по которому определяется расстояние до точки прицельной остановки, позволяющее рассчитать режимы движения и торможения подвижного состава V(S), исключающие наезд на тупиковую призму.
Известна полезная модель «Комплексная система безопасности (КСБ) для автоматического управления прицельным торможением подвижного состава, предупреждения проезда запрещающего сигнала и превышения допустимой скорости движения» (патент №85132, МПК: В60Т 8/172), в которой используют КНД, установленные при разветвлении пути после стрелочного перевода на каждом из путей. Информация от КНД принимается считывающим локомотивным устройством и обрабатывается процессором. Полученная информация используется для установления местоположения поезда, его расстояния до препятствия и выработки режима дальнейшего движения V(S).
Недостатком этого известного и наиболее близкого технического решения является практически полное отсутствие возможности производить с его помощью проверку и отладку систем прицельного торможения подвижного состава на тупиковых путях станций. Как отмечалось выше, это потребовало бы серьезных финансовых затрат, определяемых, в первую очередь, необходимостью гарантированного соблюдения требований безопасности движения поездов, необходимостью выделения специального подвижного состава, обслуживающего персонала и т.п., а также невозможностью проведения массовых экспериментов и, следовательно, быстрого накопления требуемого статистического материала.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение эффективности проверки и отладки систем прицельного торможения на тупиковых путях станций, удешевления процесса проектирования таких систем, технологических испытаний их элементов и узлов, отладки и верификации программного обеспечения.
Технический результат полезной модели заключается в том, что стенд дает возможность проводить вариантные испытания систем прицельного торможения (в том числе с начальными условиями, адекватными эксплуатационным), используя реальный сигнал, принятый локомотивным считывателем от КНД. Стенд дает возможность тестировать системы прицельного торможения, моделируя реальное движение поезда при подходе к тупиковой призме или иному препятствию.
Стенд обеспечивает проведение испытаний на заданном множестве файлов, содержащих входные сигналы в определенной последовательности, воспроизведение этих файлов с заданной кратностью для моделирования реальных условий эксплуатации. Кроме того, стенд производит автоматическую запись числовых показателей результатов испытаний систем прицельного торможения в заданном формате с возможностью печати (или сохранения) файла протокола испытаний.
Решение указанной задачи достигается тем, что стенд для отладки и технологических испытаний систем прицельного торможения на тупиковых путях станций включает в свой состав три связанных между собой персональных компьютера (ПК), на первом из которых имитируются различные модели поезда, на втором - имитируются модели возможного управления, на третьем - отображаются результирующие траектории движения поезда и его прицельной остановки, транспортер с регулируемой скоростью движения ленты с установленным на ней КНД, имитирующий перемещение локомотива относительно КНД, приемо-передающую антенну с регулируемой высотой подвески над лентой транспортера, бортовой считыватель, соединенный одним входом/выходом с антенной, а другим выходом по интерфейсу RS-232 со вторым ПК, осуществляющий идентификацию как КНД, так и момента его прохождения, модуль индикации служебной информации машинисту, через CAN-шину и конвертер USB/CAN соединенный со вторым ПК, а также принтер, входом подключенный ко второму ПК.
На чертеже представлена блок-схема стенда.
Программное обеспечение (ПО) ПК 1, представляющего собой компьютерную модель поезда, позволяет пользователю заносить в модель следующие входные параметры, необходимые для правильного функционирования стенда. К числу этих параметров относятся числовые характеристики начальной скорости проезда ПС над КНД, вес поезда, начальное, а затем и фактическое, давление в тормозном цилиндре (ТЦ), а также расчетный тормозной коэффициент. ПО позволяет пользователю автоматически задавать случайные комбинации пар чисел: вес поезда - расчетный тормозной коэффициент, что приближает проведение моделирования к реальным условиям эксплуатации.
тц
ф
По шинам данных ПК 1 и ПК 2 (в модель управления) непрерывно обмениваются информацией. Это позволяет с помощью ПО ПК 1 высвечивать на его мониторе графики временных зависимостей давления р(t), фактической скорости V(t) и замедления (отрицательного ускорения) a(t). Кроме того, в специально предусмотренном окне отображается текущее значение замедления.
тц
ф
ПО ПК 2, представляющего собой компьютерную модель управления поездом, отрабатывает заложенные варианты разрабатываемых и испытываемых алгоритмов управления прицельным торможением, обеспечивающих выполнение требований безопасности движения. При этом обеспечивается вывод в ПК 1 управляющих команд принудительного торможения: Отпуск (О), Торможение (Т), Перекрыша (П), Экстренное торможение (ЭТ). Именно эти команды позволяют в ПК 1 вычислять и отображать временные зависимости p(t), V(t) и a(t).
ост
з
ост
ост
ост
ост
При работе модели управления ПК 2 ее ПО автоматически отображает в пяти выделенных окнах монитора ПК 2 формирование следующих команд управления торможением О, Т, П, ЭТ, команды разбора цепи тяги РТ, а также, в шестом окне - КНД, факт ожидания и проследования КНД. Факт ожидания КНД индицируется миганием синего огня, факт проследования -постоянным горением синего огня в течение 2 с. Затем окно гаснет (принимает фоновый цвет). Наряду с этим на мониторе высвечивается рассчитанного ПО значение рекомендуемого давления в ТЦ. Это позволяет в реальных условиях эксплуатации выдавать машинисту рекомендации по управлению служебным электропневматическим торможением (ЭПТ), обеспечивающим прицельную остановку в заданной точке. Кроме того, еще в одном окне монитора ПК 2 отображается текущее значение оставшегося расстояния до точки прицельного торможения L м. Эта информация также необходима машинисту при выборе управляющих воздействий в режиме прицельного торможения. Наконец, на мониторе ПК 2 отображаются три зависимости a(S), L(t) и ΔV(S). Первая зависимость - значения расчетного замедления в функции пути, пройденного от момента проследования первого КНД, отображается сразу по результатам расчетов, выполненных моделью управления. Эта зависимость является демонстрационной и подтверждает правильную работу системы. Назначение отображения второй зависимости L(t) - очевидно: в каждый момент времени отображается рассчитанное оставшееся расстояние до точки прицельной остановки. График отображается в динамическом режиме. По мере функционирования модели и продвижения модели поезда к точке остановки L непрерывно уменьшается и L→0. График третей зависимости ΔV(S) в условиях реальной эксплуатации предназначен для машиниста. Он показывает, как в зависимости от пройденного пути меняется разность допускаемой скорости и фактической. Эта зависимость также ориентирует машиниста и рекомендует ему выдерживать такие режимы торможения, которые наилучшим образом сближают указанные значения скоростей. При этом минимизируются потери времени на неоправданные торможения при остановках у пассажирских платформ в пригородном движении. Этот график также отображается в динамическом режиме.
ф
ocт
эт
ост
ст
ост
эт
ост
ст
ост
ф
ост
ПК 3 - модель движения поезда, получает по шине данных от ПК 2 численное значение номера преследованного КНД, а также зависимости (массивы данных) скорости V(t), рассчитанного оставшегося расстояния L(t), допускаемой скорости по ЭТ V(L), допускаемой скорости по служебному торможению (СТ) V(L). Модель отображает расчетные значения V(L) и V(L) в статическом режиме по правилу «получил данные - отобразил их», а также непрерывно рассчитывает и отображает в динамическом режиме V(L). На этом же мониторе в его нижней части отображается фрагмент путевого развития тупиковой станции, для которой проводятся стендовые испытания системы торможения.
Блоки 1, 2 и 3, т.е. персональные компьютеры представляют программную часть комбинированной модели, заложенной в Стенд.
Блоки 4-11 Стенда являются его аппаратной частью. При этом блоки 4-7 относятся к физической модели подсистемы позиционирования.
Бортовой считыватель 4, совместно с антенной (А) 5, датчиком КНД 6 и транспортером 7 представляют собой реальные изделия промышленного производства. Их взаимодействие - очевидно. Датчик 6 перемещается транспортером 7 относительно неподвижной антенны 5. Скорость перемещения и высоту подвеса антенны над лентой транспортера можно изменять в широких пределах. Попадая в поле действия антенны 5, датчик 6 возвращает ей свой индивидуальный номер, который декодируется считывателем 4 и по протоколу RS-232 передается в модель управления для использования по описанному выше алгоритму.
В конструкции Стенда предусмотрен модуль индикации 8. Он связан с моделью управления с помощью CAN-шины 9 и конвертора 10. Выбор канала связи в виде CAN-шины определяется его повсеместным применением на тяговом подвижном составе (ТПС). Модуль 8 планируется эксплуатировать в реальных условиях на ТПС. Он позволяет наглядно отображать фактическую скорость движения, допускаемую скорость, оставшееся расстояние до точки прицельной остановки и другие параметры, необходимые машинисту для эффективного управления поездом в режиме прицельного торможения.
Принтер 11 установленный в стенде позволяет выводить на печать и протоколировать результаты промежуточных и заключительных этапов отладки систем прицельного торможения на тупиковых путях станций.
Работа стенда происходит следующим образом.
0
тц
p
p
Пользователь загружает в ПК 1 исходные данные: начальную скорость V и вес Q поезда, процесс прицельного торможения которого на выбранном тупиковом пути станции имитируется Стендом, а также начальное фактическое давление p в тормозном цилиндре поезда и расчетный тормозной коэффициент V. Пользователю представляется возможным перейти в режим выборки случайных комбинаций пар чисел: Q-V, что приближает имитационное моделирование на стенде к условиям реальной эксплуатации.
тц
ф
ПК 1 и ПК 2 непрерывно обмениваются информацией. Это позволяет отображать на ПК 1 графики временных зависимостей p(t) фактической скорости V(t) и замедления a(t), а также в специально предусмотренном окне - численное текущее значение замедления.
тц
ф
ocт
ПК 2 отрабатывает заложенные варианты испытываемых безопасных алгоритмов управления прицельным торможением и выдает в ПК 1 управляющие команды принудительного торможения: О, Т, П, ЭТ, на основании которых ПК 1 вычисляет и отображает временные зависимости Р(t), V(t) и a(t). Одновременно ПК 2 автоматически отображает в пяти выделенных окнах своего монитора формирование команд управления торможением О, Т, П, ЭТ, и команды разбора цепи тяги РТ. Кроме того, ПК 2 в выделенном окне «КНД», высвечивает факт ожидания и проследования кодового напольного датчика КНД. Факт ожидания КНД индицируется миганием синего огня, факт проследования - постоянным горением синего огня в течение 2 с., после чего окно гаснет. Наряду с этим на мониторе высвечивается рассчитанное ПК 2 значение рекомендуемого давления в ТЦ. Кроме того, еще в одном окне ПК 2 отображает текущее значение L м. Эта информация также необходима пользователю для дальнейшего анализа работы модели (Стенда).
з
ocт
ост
ПК 2 по результатам расчетов, выполненных моделью управления, отображает также три зависимости a(S), L(t) и ΔV(S). В процессе функционирования Стенда и продвижения модели поезда к точке остановки производится непрерывное отслеживание значения L. Стенд позволяет оптимизировать алгоритмы ПО по критерию минимума времени, затрачиваемого на прицельную остановку поезда. Это производится по целевой функции min[ΔV(S)].
ф
ocт
эт
ост
ст
ост
эт
ост
ст
ост
ф
ocт
ПК 3 получает по шине данных от ПК 2 численное значение номера проследованного КНД, а также зависимости V(t), L(t), допускаемых скоростей V(L) и V(L). Модель отображает расчетные значения V(L) и V(L) в статическом режиме, а также непрерывно рассчитывает и отображает в динамическом режиме V(L). ПК 3 отображает также фрагмент путевого развития тупиковой станции, для которой проводятся стендовые испытания системы торможения.
Пользователь включает транспортер и задает скорость движения его ленты, а также высоту подвеса антенны над лентой транспортера. Эти параметры можно изменять в широких пределах, ориентируясь на реальные габариты установки антенны под кузовом ТПС. Введением соответствующих масштабных коэффициентов представляется возможным в еще большей степени приблизить результаты моделирования на Стенде к реальным условиям эксплуатации. Датчик 6 перемещается транспортером 7 относительно неподвижной антенны 5. Попадая в поле действия антенны 5, датчик 6 возвращает ей свой индивидуальный номер, который декодируется считывателем 4 и по протоколу RS-232 передается в модель управления.
Модуль индикации 8 по CAN-шине 9 через конвертор 10 обменивается информацией с моделью управления 2. на этом модуле отображается фактическая и допускаемая скорости движения, оставшееся расстояние до точки прицельной остановки и другие параметры, необходимые пользователю для эффективного проведения моделирования.
Использование CAN-шины 9 позволяет при необходимости добавлять другие физические отладочные модули и, тем самым, наращивать функциональные возможности стенда.
При необходимости результаты отладки могут выводиться на печать принтером 11.