СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗОМ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR BRAKE CONTROL OF ROLLING STOCK RAILWAY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта, в частности к способам управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта и электропневматическим средствам управления процессом торможения подвижного состава железнодорожного транспорта.
Уровень техники
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта является способ по патенту №2444454, МПК B60T 15/04, 10.03.2012 г., при котором для зарядки тормоза зарядным давлением машинист устанавливает поворотную рукоятку задания режимов на режим отпуска зарядным давлением, а трехпозиционный контроллер автоматического задатчика - в отпускную позицию с последующим возвратом в среднюю позицию. Тем самым машинист включает в действие электронный редуктор, задавая требуемую величину зарядного давления, отражаемую на экране. Установка зарядного давления осуществляется при полном выпуске воздуха из тормозной магистрали с помощью ввода данных на электронном редукторе: нажатием соответствующей кнопки с одновременным вращением ручки изменения величины.
При автоматическом выполнении заданных ступеней торможения машинист с помощью рукояток "Режим работы" и "Ступень торможения" автоматического задатчика задает программно заложенный режим работы и величину ступени торможения и устанавливает трехпозиционный контроллер в тормозную позицию с последующим возвратом в среднюю позицию. Микроконтроллер передает сигнал на исполнительный пневматический блок на снижение давления в тормозной магистрали на заданную величину ступени торможения. Последующие ступени торможения при повторном переводе рукоятки трехпозиционного контроллера в тормозную позицию с возвратом будут производиться автоматически на программно заложенную величину при условии отсутствия воздействия на рукоятку семипозиционного контроллера. Выполнение произвольных ступеней торможения или отпуска осуществляется либо с помощью автоматического задатчика, при этом перед подачей команд с помощью трехпозиционного контроллера необходимо сначала изменить режим работы с помощью рукоятки "Режим работы" автоматического задатчика либо с помощью семипозиционного контроллера. Тем самым при выполнении режимов управления тормозом поезда машинист выполняет несколько действий различными органами управления.
В случае любого воздействия на рукоятку семипозиционного контроллера управление трехпозиционным контроллером блокируется. При этом управление передается семипозиционному контроллеру. При выполнении произвольных ступеней торможения с помощью семипозиционного контроллера машинист удерживает рукоятку семипозиционного контроллера в тормозной позиции до достижения в тормозной магистрали необходимого давления и отслеживая величину выполняемой ступени торможения на мониторе.
Недостатком этого способа является наличие двух отдельных контроллеров управления, дополнительных органов переключения и ввода величин, вследствие чего при ведении поезда машинист совершает дополнительные манипуляции, при этом от машиниста требуется знание соответствия программно заложенных алгоритмов трехпозиционного контроллера высвечивающемуся на задатчике номеру. Кроме того, для ввода величины зарядного давления необходима полная разрядка тормозной магистрали, требующая дополнительного времени и энергозатрат. Перечисленные факторы усложняют процесс управления тормозом поезда и требуют от машиниста повышенного внимания.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта является устройство по патенту №2444454, МПК B60T 15/04, 10.03.2012 г., содержащее семипозиционный контроллер управления тормозом, электронный блок с микроконтроллером с адаптивным программным обеспечением и электронный редуктор, выполненный с возможностью установления в тормозной магистрали программно заданного зарядного давления, связанные с семипозиционным контроллером, а также автоматический задатчик режимов отпуска и заданных величин ступеней торможения с трехпозиционным контроллером, рукоятками "Режим работы" и "Ступень торможения", блоком преобразования аналоговых сигналов в цифровые с последующей передачей их на микроконтроллер и на электронный редуктор, исполнительным пневматическим блоком.
Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности и использование нескольких управляющих элементов. Заданные ступени автоматически выполняются только при осуществлении торможения. При отпуске, в заданном режиме работы и переводе рукоятки в отпускную позицию зарядка тормозной магистрали будет производиться вплоть до зарядного давления бесступенчато.
Раскрытие изобретения
Отечественные системы и приборы, создаваемые в последние годы на базе микроконтроллеров, позволяют реализовывать функции, зачастую невыполнимые с помощью пневматических приборов. При этом микроконтроллерная технология средств управления и диагностики расширяет функциональность управляющих устройств, не изменяет конфигурацию их аппаратной части и не усложняет пневматическую составляющую.
Заявляемый способ управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта решает задачу упрощения управления тормозом путем исключения из процесса управления тормозом поезда дополнительных управляющих элементов, что повышает безопасность движения поезда, предотвращает сбои в работе тормозного оборудования поезда. При этом при выполнении произвольных ступеней торможения остается привычный, сложившийся десятилетиями алгоритм управления тормозом грузового поезда, аналогичный крану машиниста усл. №395.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемого способа, заключается в повышении безопасности движения поезда, оперативности управления тормозом без необходимости отвлечения внимания машиниста от дорожной ситуации за счет автоматизации управления с использованием единственного управляющего элемента.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта включает выбор режима управления, который осуществляется с помощью рукоятки модуля управления, при этом количество управляющих позиций рукоятки соответствует количеству режимов управления тормозом; автоматическое выполнение заданной ступени торможения или отпуска, при котором рукоятку модуля управления переводят соответственно в тормозную или отпускную позицию и без задержки возвращают в позицию "Перекрыша с питанием"; автоматическое выполнение измененной на минимальную программно заложенную величину заданной ступени торможения или отпуска, при котором меняют величину заданной ступени с помощью блока корректировки заданных величин, после чего переводят рукоятку соответственно в тормозную или отпускную позицию и без задержки возвращают в позицию "Перекрыша с питанием"; выполнение произвольной ступени торможения или отпуска переводом рукоятки модуля управления соответственно в тормозную или отпускную позицию с задержкой в этой позиции до достижения необходимой величины выполняемой ступени, изменение которой отслеживают с помощью устройства ввода/вывода.
Кроме того, с помощью устройства ввода/вывода задают величины минимальной первой ступени торможения, зарядного давления, сверхзарядного давления, времени ликвидации сверхзарядного давления, которые фиксируются в энергонезависимой памяти микроконтроллера электронного блока и остаются постоянными до очередной ручной корректировки.
Кроме того, с помощью устройства ввода/вывода задают параметры о длине и весе поезда, вводят информацию о количестве локомотивов и их расположении в составе поезда, об установленном тормозном оборудовании и режиме его работы, которые фиксируются в энергонезависимой памяти микроконтроллера электронного блока и остаются постоянными до очередной ручной корректировки, после чего выполнение торможения осуществляют переводом рукоятки в тормозную позицию, при этом требуемые темпы торможения реализуются автоматически микроконтроллером электронного блока с учетом заложенных в его энергонезависимой памяти параметров.
Особенностью в управлении тормозами поезда является автоматическое выполнение ступеней торможения или отпуска с возможностью корректировки машинистом в ходе управления поездом заданных величин давления для выполнения определенной ступени торможения или отпуска, а также возможность управления тормозами с выполнением произвольно заданной ступени торможения или отпуска, являющаяся привычным для машиниста алгоритмом управления тормозами поезда. При этом управление сосредоточено на одном управляющем элементе, что в значительной мере упрощает управление поездом. При этом при автоматическом выполнении заданных ступеней торможения или отпуска с возможностью их корректировки машинисту нет необходимости переводить взгляд на устройства индикации, тем самым отвлекать свое внимание от дороги, что в значительной мере повышает безопасность ведения поезда. При этом выполнение произвольных ступеней аналогично традиционному управлению тормозом грузового поезда, привычному для машиниста.
2
2
В поездах повышенного веса и длины или двумя локомотивами в составе поезда, в отличие от прототипа, где при выполнении служебного торможения на ступень, превышающую 0,6 кгс/см, рукоятку управления переводят вначале в положение служебного торможения с задержкой в этом положении до снижения давления до 0,6 кгс/см, а затем переводят рукоятку в положение служебного торможения с замедленной разрядкой тормозной магистрали, в заявленном способе рукоятку единожды переводят в положение служебного торможения и удерживают вплоть до достижения требуемого давления - требуемый алгоритм изменения темпа разрядки тормозной магистрали выполняется автоматически при выполнении произвольных и автоматических ступеней торможения. Темп снижения давления в тормозной магистрали определяет электронный блок в зависимости от параметров, внесенных в его энергонезависимую память.
Заявляемое устройство управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта решает задачу упрощения управления тормозом путем исключения из процесса управления тормозом поезда дополнительных управляющих элементов, что повышает безопасность движения поезда.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемого устройства, заключается в расширении функциональных возможностей и обеспечении возможности управления несколькими функциями устройства управления путем использования единственного управляющего элемента, с реализацией алгоритма управления тормозом поезда без отвлечения внимания машиниста от дороги.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта содержит электронный блок с микроконтроллером, связанный посредством CAN интерфейса с устройством ввода/вывода сопутствующей информации и модулем управления и выполненный с возможностью подачи управляющих команд в виде электрических сигналов на исполнительный пневматический блок. При этом модуль управления состоит из рукоятки управления, механически связанной с датчиком положений, и блока корректировки заданных величин, связанных с микроконтроллером модуля управления, выполненным с возможностью распознавания команд, полученных путем перемещения рукоятки управления и воздействия на блок корректировки заданных величин и генерирования соответствующих цифровых сигналов на микроконтроллер электронного блока. Электронный блок содержит программный код, основанный на алгоритмах выполнения ступеней торможения или отпуска, включающих автоматическое выполнение программно-заданных величин ступеней торможения при постановке рукоятки управления из положения "Перекрыша с питанием" в тормозную позицию с последующим возвратом без задержки; ступеней отпуска - при постановке рукоятки управления из положения "Перекрыша с питанием" в отпускную позицию с последующим возвратом без задержки; с возможностью предварительного изменения заданных величин ступеней с помощью блока корректировки заданных величин; а также выполнение произвольно заданных величин ступеней торможения или отпуска с помощью удержания рукоятки управления в отпускной или тормозной позиции до момента установления требуемой величины ступени.
2
Кроме того, электронный блок содержит программный код, основанный на алгоритме выполнения торможения поезда повышенного веса и длины или двумя локомотивами в составе поезда, при котором снижение давления в тормозной магистрали на 0,6 кгс/см выполняется темпом служебного торможения, последующее снижение давления осуществляется замедленным темпом.
Кроме того, исполнительный пневматический блок состоит из реле давления, уравнительная полость которого связана по крайней мере с двумя электропневматическими клапанами торможения и отпуска, выполненными с возможностью установления в уравнительной полости давления заданной величины.
Кроме того, исполнительный пневматический блок состоит из реле давления, уравнительная полость которого связана с пневмораспределителем с электроприводом, выполненным с возможностью установления в уравнительной полости давления заданной величины.
Кроме того, исполнительный пневматический блок состоит из реле давления, уравнительная полость которого связана с уравнительным резервуаром, связанным, по крайней мере, с двумя управляющими электропневматическими клапанами или пневмораспределителем с электроприводом, выполненными с возможностью установления в уравнительном резервуаре давления заданной величины.
Кроме того, блок корректировки заданных величин установлен на рукоятке управления и выполнен в виде двух задающих выключателей без фиксации.
Кроме того, устройство ввода/вывода содержит графический дисплей и кнопки ввода информации и выполнено с возможностью отображения информации о состоянии тормозной системы и заданных параметров и ввода величин, задающих параметров управления.
Кроме того, датчик положений выполнен в виде датчика угла поворота с углом измерения не менее угла поворота рукоятки управления.
2
При использовании заявленного устройства управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта значительно расширились функциональные возможности управления. В прототипе одним управляющим органом производится автоматическое выполнение первой и последующих ступеней торможения согласно заданной величине с возможностью их ручной корректировки, например, кнопками с шагом 0,1 кгс/см, с дальнейшей постановкой органа управления в тормозную позицию с последующим возвратом без задержки в положение "Перекрыша с питанием";
В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, появилась возможность тем же управляющим органом производить также:
2
- автоматическое выполнение минимальной зарядки тормозной магистрали согласно заданной величине с возможностью их ручной корректировки, например, кнопками с шагом 0,1 кгс/см, с дальнейшей постановкой органа управления в отпускную позицию с последующим возвратом без задержки в положение "Перекрыша с питанием";
- обеспечение выполнения произвольно заданных ступеней торможения или отпуска постановкой органа управления соответственно в тормозную или отпускную позицию с задержкой в этом положении и последующим возвратом в положение "Перекрыша с питанием";
2
- автоматическое выполнение ступеней торможения более 0,6 кгс/см в поездах повышенной массы и длины или с двумя локомотивами в составе поезда без применения дополнительного положения VA (служебное торможение длинносоставных поездов) в органе управления.
Следует отметить, что реализация различных алгоритмов торможения и отпуска осуществляется одним управляющим органом, с обеспечением безопасного ведения поезда без отвлечения внимания машиниста от дороги.
В предлагаемом устройстве учтена особенность управления тормозами грузовых поездов повышенного веса и длины или с двумя локомотивами в составе поезда, благодаря заложенной в микроконтроллере электронного блока программе торможения для длинносоставных поездов. В результате чего из управления исключена необходимость перевода рукоятки в положение VA, предусмотренная в управлении тормозом наиболее близкого к заявленному аналога. Кроме того, в предлагаемом устройстве для ввода посредством устройства ввода/вывода задающих величин не требуется полная разрядка тормозной магистрали, что позволяет изменять параметры ведения поезда в любой момент работы устройства.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретений поясняется описанием конкретного примера его выполнения и иллюстрируется прилагаемыми графическими материалами, где на: фиг. 1 показана  функциональная схема устройства управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта, в обозначениях которой приняты следующие сокращения:
CAN - CAN-интерфейс;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
ДД - датчик давления в тормозной магистрали;
ТМ - тормозная магистраль;
ПМ - питательная магистраль;
Т
ЭПК - электропневматический клапан торможения;
О
ЭПК - электропневматический клапан отпуска;
фиг. 2 - модуль управления;
фиг. 3 - последовательность действий при ступенчатом торможении или отпуске;
фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая алгоритм выполнения ступеней торможения;
фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая алгоритм выполнения ступеней отпуска.
В обозначениях, примененных в блок-схемах (фиг. 4, 5), приняты следующие сокращения:
P - величина текущего давления;
зар
P - величина зарядного давления;
N - положение рукоятки управления;
зад
Ст - заданная ступень;
0
Ст - минимальная величина изменения заданной ступени;
вып
Ст - выполняемая ступень.
Осуществление изобретения
Способ управления тормозом рассмотрим на примере работы устройства, с помощью которого осуществляется данное управление.
Управление тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта предполагает управление путем подачи электрических сигналов на исполнительный пневматический блок, осуществляющий регулировку давления сжатого воздуха в тормозной магистрали подвижного состава в зависимости от заданного машинистом режима управления.
На фиг. 1 представлена функциональная схема, описывающая пример исполнения устройства управления тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта.
Устройство управления содержит электронный блок 1 с микроконтроллером 2, связанный с помощью CAN интерфейса 3 с устройством ввода/вывода 4 информации, модулем управления 5 и подающий команды в виде электрических сигналов на исполнительный пневматический блок 6. При этом устройство ввода/вывода 4 и модуль управления 5 выполнены с возможностью постоянного обмена с электронным блоком 1 информацией. Исполнительный пневматический блок 6 выполнен с возможностью регулировки давления в тормозной магистрали 7 до установленного уровня, соответствующего заданному режиму управления (фиг. 1).
Т
О
Исполнительный пневматический блок 6 состоит из реле давления 8, широко применяемого в современных устройствах управления тормозом, выполненного с возможностью регулировки давления в тормозной магистрали 7 в зависимости от заданного давления в его уравнительной полости 9. Уравнительная полость 9 реле давления 8 связана, как показано в нашем примере, с двумя электропневматическими клапанами: торможения (ЭПК) 10, с возможностью при подаче на него напряжения выпуска воздуха из уравнительной полости 9 в атмосферу, и отпуска 11 (ЭПК), с возможностью при подаче на него напряжения наполнения воздухом уравнительной полости 9. С целью исключения выхода из строя электронного управления крана машиниста в случае возможной неисправности электропневматических клапанов 10 и 11 предусмотрен вариант дублирования этих клапанов дополнительными электропневматическими клапанами с теми же функциями подачи воздуха из питательной магистрали в уравнительную полость реле давления и выпуска воздуха из нее в атмосферу. Реле давление 8 выполнено с возможностью в зависимости от давления в уравнительной полости 9 связывать тормозную магистраль 7 с атмосферой, или с питательной магистралью 13.
Таким образом, уравнительная полость 9 реле давления 8 связана по крайней мере с двумя электропневматическими клапанами торможения 10 и отпуска 11, сообщающими уравнительную полость 9 реле давления 8, соответственно, с питательной магистралью 13 и атмосферой, выполненными с возможностью установления в уравнительной полости 9 давления заданной величины с последующим установлением соответствующего давления посредством реле давления 8 в тормозной магистрали 7.
Вместо электропневматических клапанов 10 и 11 может быть использован, например, пневмораспределитель с электроприводом, обеспечивающий аналогично электропневматическим клапанам 10 и 11 установление необходимого давления в уравнительной полости реле давления в ответ на полученные от электронного блока электрические сигналы.
Возможен вариант осуществления изобретения, в котором в исполнительном блоке 6 дополнительно используется уравнительный резервуар, связанный с уравнительной полостью 9 реле давления 8. В этом случае уравнительный резервуар связан по крайней мере с двумя электропневматическими клапанами или с пневмораспределителем с электроприводом, выполненными с возможностью установления в уравнительном резервуаре давления заданной величины.
Устройство ввода/вывода 4 содержит микроконтроллер 15, связанный с ним графический дисплей 16, например VFD 320*240, выполненный с возможностью отображения информации о состоянии тормозной системы и заданных параметров, и кнопки ввода информации 17, связанные с микроконтроллером 15 через входные цепи 18 с возможностью ввода параметров поезда и величин торможения. В нашем примере кнопками 17 устройства ввода/вывода 4 могут вводиться величины зарядного давления, сверхзарядного давления, минимальная величина первой ступени торможения, время ликвидации сверхзарядного давления, которые записываются в энергонезависимую память микроконтроллера 2 электронного блока 1 и остаются постоянными до очередной ручной корректировки. Также кнопками устройства ввода/вывода могут вводиться параметры о длине и весе поезда, информация о количестве локомотивов в составе поезда, об установленном тормозном оборудовании и режиме его работы. На основании введенных данных устройство корректирует заданные величины первой и последующих ступеней торможения, ступеней отпуска, темпы выполняемого торможения, устанавливая соответствующие значения в соответствии с "Правилами технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава", утвержденными Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества (протокол от «6-7» мая 2014 г. №60). Микроконтроллер 15 устройства ввода/вывода 4 имеет достаточный объем энергонезависимой памяти (ПЗУ) и оперативной памяти (ОЗУ), достаточное количество входов и выходов для связи с периферийными устройствами, а также CAN-интерфейс 19 для связи с внешними электронными устройствами, в частности с микроконтроллером 2 электронного блока 1. В нашем примере использован микроконтроллер STM32F427VIT6.
Модуль управления 5 состоит из рукоятки управления 20 и корпуса 22, включающего монтажную панель 21, являющуюся верхней частью корпуса 22 (фиг. 2). Рукоятка управления 20 установлена на валу, размещенном в корпусе 22, связана через вал с электронным датчиком положений 23, закрепленным на боковой стенке корпуса 22. В нашем примере рукоятка 20 поворотная, поэтому в качестве электронного датчика 23 могут быть использованы датчики угла поворота различных типов с углом измерения не менее угла поворота рукоятки, например резистор переменный СП5-40А.
2
2
Модуль управления 5 оснащен блоком корректировки заданных величин 24 (фиг. 1), выполненным, например, в виде двух задающих выключателей без фиксации и размещенным, как показано в нашем примере, для удобства корректировки на рукоятке управления 20. Одна из кнопок выполнена с возможностью увеличения величины заданной ступени торможения/отпуска на минимальную величину, например 0,1 кгс/см, заложенную в энергонезависимой памяти микроконтроллера 2 электронного блока 1, а другая - с возможностью ее уменьшения на минимальную величину, например 0,1 кгс/см.
На монтажной панели 21 модуля управления 5 установлена декоративная накладка 25, на которой расположена шкала положений рукоятки управления 20, с помощью которой машинист определяет необходимый для задания рукояткой 20 режим управления.
Датчик положений 23 соединен с аналого-цифровым преобразователем 26 (АЦП) и выполнен с возможностью формирования электрических сигналов определенного напряжения в зависимости от положения рукоятки управления 20. Аналого-цифровой преобразователь 26 связан с микроконтроллером 27 модуля управления 5 и выполнен с возможностью передачи цифрового сигнала, полученного в результате преобразования аналогового сигнала от датчика положений 23, на микроконтроллер 27. Блок корректировки заданных величин 24 связан через входные цепи 28 с микроконтроллером 27 и выполнен с возможностью передачи дискретного сигнала, образующегося при включении одной из кнопок, на микроконтроллер 27.
Технические характеристики микроконтроллера 27 модуля управления 5 обеспечивают формирование надлежащим образом модулем управления 5 управляющих команд для электронного блока 1. В модуле управления может быть использован, например, микроконтроллер STM32F103RBT6.
В энергонезависимую память микроконтроллера 27 модуля управления 5 программно заложены коды, определенный диапазон которых соответствует определенному положению рукоятки управления 20, и программа, составленная на основе алгоритма сравнения полученных от датчика положений 23 сигналов с заложенными кодами положений рукоятки 20 и подачи команды микроконтроллеру 2 электронного блока 1 с соответствии с положением рукоятки управления 20 с учетом полученного сигнала от блока корректировки заданных величин 24. Энергонезависимая память контроллера 27 модуля управления 5 обладает емкостью хранения, достаточной для хранения предопределенного числа задаваемых параметров в течение предопределенного времени с учетом заложенных данных.
Оперативная память микроконтроллера 27 модуля управления 5 хранит переменные данные, полученные от аналого-цифрового преобразователя 26 и блока корректировки заданных величин 24 и является энергозависимой. Энергонезависимая память связана с оперативной памятью с возможностью постоянного отслеживания изменений данных в оперативной памяти.
Электронный датчик положений 23 рукоятки управления 20, блок корректировки заданных величин 24 и энергонезависимая память микроконтроллера 27 обеспечивают операционную среду для ввода различных операционных указаний в арифметико-логическое устройство микроконтроллера 27 модуля управления 5. Арифметико-логическое устройство микроконтроллера 27 реализует программно заданную последовательность микрокоманд, результат которой в виде закодированного цифрового сигнала передает посредством CAN интерфейса 29 на микроконтроллер 2 электронного блока 1.
Таким образом, модуль управления 5 выполнен с возможностью распознавания команд, полученных путем перемещения рукоятки управления 20 и воздействия на кнопки блока корректировки заданных величин 24, и генерирования соответствующих цифровых сигналов на микроконтроллер 2 электронного блока 1.
Аналогово-цифровой преобразователь 26, микроконтроллер 27, входные цепи 28, трансивер CAN-интерфейса 29 смонтированы на электронной плате 30, установленной на боковой стенке корпуса 22 модуля управления 5 (фиг. 2).
Электронный блок 1 связан с помощью электрических кабелей с датчиком давления (ДД) 31, установленным на линии связи с тормозной магистралью 7 с возможностью передачи информации о величине текущего давления в тормозной магистрали 7, и электропневматическими клапанами тормоза 10 и отпуска 11 исполнительного пневматического блока 6, сообщающими уравнительную полость 9 реле давления 8, соответственно, с питательной магистралью 13 и атмосферой (фиг. 1).
Электронный блок 1 выполнен с возможностью распознавания полученных от модуля управления 5 команд управления в виде цифровых закодированных сигналов, их обработки с учетом полученных от датчика давления 31 показаний и подачи соответствующих команд в виде электрических сигналов на включение электропневматических клапанов 10 и 11 исполнительного блока 6. Импульсная подача электронным блоком 1 сигналов на включение электропневматических клапанов тормоза 10 и отпуска 11, связанных с уравнительной полостью 9 реле давления 8, обеспечивает высокую точность задания и выполнения ступеней торможения и отпуска.
В качестве микроконтроллера 2 электронного блока 1 может применяться, например, микроконтроллер ADUC7026BSTZ, надлежащим образом обеспечивающий выполнение заданных с помощью модуля управления 5 команд. Операционные элементы, выполняемые микроконтроллером 2, представляют собой функции, распределенные для каждого режима работы, путем избирательного воздействия на электропневматические клапаны 10 или 11 исполнительного пневматического блока 6. Последовательность выполнения действий при торможении или отпуске отражена в блок-схеме (фиг. 3).
По CAN интерфейсу 3, связывающему микроконтроллер 2 электронного блока 1 с модулем управления 5, поступающие сигналы от модуля управления 5 записываются в оперативную память микроконтроллера 2 электронного блока 1 и сохраняются там до поступления следующего командного сигнала (фиг. 1).
2
2
2
В энергонезависимой памяти микроконтроллера 2 программно заложены величина зарядного давления тормозной магистрали, сверхзарядного давления, время ликвидации сверхзарядного давления, величина первой ступени торможения, в нашем примере - 0,6 кгс/см, минимальные величины разрядки и зарядки тормозной магистрали при автоматическом выполнении второй и последующих ступеней торможения и всех ступеней отпуска, в нашем примере - 0,3 кгс/см, а также минимальная величина изменения заданных ступеней торможения и отпуска - 0,1 кгс/см. Минимальная величина изменения заданных ступеней торможения и отпуска остается без изменений. Возможно изменение параметров зарядного давления тормозной магистрали, сверхзарядного давления, первой ступени торможения, время ликвидации сверхзарядного давления с помощью команд, поступающих от устройства ввода/вывода 4.
В энергонезависимой памяти микроконтроллера 2 заложены программы, основанные на алгоритмах: автоматического выполнения первой ступени торможения согласно заданной величине, автоматического выполнения второй и последующих ступеней торможения или ступеней отпуска не менее программно заложенной величины, непрерывной индикацией величины давления в тормозной магистрали по установленному датчику 31. Выполнение ступеней торможения обеспечивается вплоть до полной разрядки тормозной магистрали 7, выполнение ступеней отпуска происходит до достижения заданной величины зарядного давления.
При необходимости в энергонезависимую память микроконтроллера 2 могут быть заложены параметры о длине и весе поезда, информация о количестве локомотивов и их расположении в составе поезда, об установленном тормозном оборудовании и режиме его работы. В микроконтроллер 2 электронного блока 1 заложен программный код, основанный на алгоритме выполнения торможения поезда повышенного веса и длины или двумя локомотивами в составе поезда, при котором снижение давления в тормозной магистрали на 0,6 кгс/см выполняется темпом служебного торможения, последующее снижение давления осуществляется замедленным темпом.
Датчик давления 31, например, типа MPXV5100 соединен через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 33 с микроконтроллером 2 электронного блока 1. Выходное напряжение датчика давления 31 прямо пропорционально приложенному давлению. Аналоговое напряжение, которое выдает датчик давления 31, преобразуется в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 33 и передается на микроконтроллер 2 электронного блока 1. Для хранения последнего измеренного значения давления программа использует ячейки оперативной памяти микроконтроллера 2.
Датчик давления 31, модуль управления 5, устройство ввода/вывода 4 и энергонезависимая память микроконтроллера 2 электронного блока 1 обеспечивают операционную среду для ввода различных операционных указаний в арифметико-логическое устройство микроконтроллера 2 электронного блока 1. Арифметико-логическое устройство реализует программно заданную последовательность микрокоманд, результат которой в виде электрического сигнала через выходные цепи 34 передается на один из электропневматических клапанов 10 или 11 исполнительного блока 6.
Электронный блок 1, модуль управления 5 и устройство ввода/вывода 4 связаны с блоком питания 35, который обеспечивает электропитание данных элементов.
Рассмотрим работу устройства управления тормозом и, соответственно, способ управления тормозом поезда.
В нашем примере управление тормозом подвижного состава железнодорожного транспорта обеспечивает шесть режимов работы: «Отпуск и зарядка», «Поездное», «Перекрыша без питания», «Перекрыша с питанием», «Служебное торможение» и «Экстренное торможение». Режимы работы определяются положениями рукоятки управления: I - «Отпуск и зарядка», II - «Поездное», III - «Перекрыша без питания», IV - «Перекрыша с питанием», V - «Служебное торможение», VI - «Экстренное торможение».
Режим "Поездное" включает в себя автоматическое выполнение заданных ступеней отпуска, автоматическое выполнение заданных ступеней отпуска с учетом их корректировки на минимальную величину, выполнение произвольно заданных ступеней отпуска. Режим "Служебное торможение" включает в себя автоматическое выполнение заданных ступеней торможения, автоматическое выполнение заданных ступеней торможения с учетом их корректировки на минимальную величину, выполнение произвольно заданных ступеней торможения.
зар
зад
2
2
При включении машинист с помощью устройства ввода/вывода 4 вводит величину зарядного давления, например P=5,4 кгс/см, величину свехзарядного давления, минимальную величину первой ступени торможения, например Ст=0,6 кгс/см, время ликвидации сверхзарядного давления, а также параметры поезда и оборудования, которые запоминаются микроконтроллером электронного блока. Также по необходимости вводится информация о длине и весе поезда, информация о количестве локомотивов в составе поезда, об установленном тормозном оборудовании и режиме его работы. Введенные величины записываются в энергонезависимую память микроконтроллера 2 электронного блока 1 и остаются постоянными до очередной ручной корректировки в случае необходимости с помощью устройства ввода/вывода 4.
На начало выполнения ступеней торможения/отпуска рукоятка 20 модуля управления 5 находится в положении IV «Перекрыша с питанием». Выполнение ступеней торможения или отпуска осуществляется с помощью модуля управления 5 путем перевода рукоятки управления 20 из положения IV «Перекрыша с питанием» в положение V - «Служебное торможение» при торможении или в положение II - «Поездное» при отпуске с возвратом в положение IV - «Перекрыша с питанием» без задержки при автоматическом выполнении заданных ступеней торможения либо с удержанием рукоятки 20 в установленном положении - при необходимости изменения заданной ступени с отслеживанием величины текущего давления в тормозной магистрали 7 по информации, отображаемой на дисплее 16 устройства ввода/вывода 4.
2
2
2
Микроконтроллер 2 электронного блока 1 на начальном этапе автоматического выполнения ступени торможения/отпуска благодаря постоянному обмену информацией с устройством ввода/вывода 4, опрашиванию показаний датчика давления 31 в тормозной магистрали 7 имеет исходные параметры текущего давления в тормозной магистрали 7 и заданных ступеней торможения/отпуска. Микроконтроллер 2 сравнивает текущее давление тормозной магистрали 7 с заданным зарядным давлением. В том случае, если текущее давление больше или равно зарядному, при автоматическом выполнении ступени торможения переводом рукоятки 20 в положение V, текущее давление будет снижено на величину первой ступени торможения, которая задается с помощью устройства ввода/вывода 4 в начале работы (в нашем случае на 0,6 кгс/см). В остальных случаях, при давлении в тормозной магистрали 7 меньше зарядного давления, при автоматическом выполнении ступени торможения/отпуска микроконтроллер 2 электронного блока 1 будет давать команду на снижение/увеличение текущего давления на программно заданную неизменяемую величину - 0,3 кгс/см, заложенную в его энергонезависимой памяти. При этом возможна ручная корректировка машинистом величин заданных ступеней торможения с помощью блока корректировки 24 на минимальную величину - 0,1 кгс/см, также неизменную и заложенную в память микроконтроллера 2. Изменения заданных ступеней, внесенные с помощью блока корректировки заданных величин 24, не сохраняются, они предусмотрены для единовременного применения для конкретно заданного режима управления.
Для осуществления автоматического выполнения заданной ступени торможения рукоятку управления 20 переводят в положение V - «Служебное торможение» и без задержки возвращают в положение IV - «Перекрыша с питанием». Заданная ступень торможения достигается автоматически с помощью программы, заложенной в микроконтроллере 2 при условии возврата рукоятки управления 20 в положение «Перекрыша с питанием» без задержки.
При повороте рукоятки 20 на определенный угол, соответствующий положению V, датчик угла поворота 23 формирует импульс напряжения и передает аналоговый сигнал по кабелю на электронную плату 30, которая генерирует цифровой код, уникальный для этого положения и передает его посредством CAN интерфейса 29 на электронный блок 1.
2
2
вып
зад
В этом случае микроконтроллер 2 электронного блока 1, считывая положение рукоятки 20 по датчику положений 23, дает команду в виде электрического сигнала электропневматическому клапану торможения 10 на выпуск воздуха из тормозной магистрали 7 на программно заданную величину. При этом микроконтроллер 2 отрабатывает программу, основанную на алгоритме торможения (фиг. 4). На начальном этапе микроконтроллер сравнивает текущее давление с зарядным. Если текущее давление в тормозной магистрали больше или равно зарядному давлению, программно заданная величина будет равняться величине первой ступени торможения - 0,6 кгс/см. Если текущее давление ниже зарядного, то программно заданная величина - 0,3 кгс/см. Выпуск воздуха из тормозной магистрали будет осуществляться до тех пор, пока выполняемая ступень торможения (Ст) не достигнет значения заданной ступени торможения (Ст).
0
2
В случае, если перед началом торможения была произведена ручная корректировка значения заданной ступени торможения на минимальную величину - Ст, в нашем примере равную 0,1 кгс/см, процесс ступенчатого торможения осуществляется аналогичным образом с учетом внесенных машинистом изменений заданной ступени торможения.
зад
вып
При удержании рукоятки управления в положении V - «Служебное торможение» микроконтроллер электронного блока по показаниям датчика положений определяет положение рукоятки и продолжает подавать команду на выпуск воздуха на все время удержания рукоятки, изменяя величину программно заданной ступени (Ст) торможения, выравнивая ее согласно изменению выполняемой ступени (Ст) вплоть до возврата рукоятки в IV положение.
Отслеживание текущего давления в тормозной магистрали осуществляется постоянно с помощью датчика давления 31. По завершении торможения на заданную с помощью модуля управления ступень выпуск сжатого воздуха из тормозной магистрали исполнительным пневматическим блоком прекращается (фиг. 1).
2
2
На поездах повышенного веса и длины или при установке двух локомотивов в состав поезда выполнение служебного торможения снижением давления в тормозной магистрали более чем на 0,6 кгс/см вплоть до полного служебного торможения в один прием выполняется следующим образом: снижение давления в уравнительной полости на 0,6 кгс/см выполняется темпом служебного торможения, дальнейшее снижение давления осуществляется темпом замедленного снижения давления. При этом управление темпами торможения осуществляет электронный блок 1, реализуя программу выполнения торможения длинносоставных поездов, исходя из введенной посредством устройства ввода/вывода 4 информации о длине поезда по количеству осей, его массе, количеству и расположению локомотивов в составе поезда.
вып
зад
Для осуществления автоматического выполнения заданной ступени отпуска рукоятку управления переводят из положения IV «Перекрыша с питанием» в положение II - «Поездное» и без задержки возвращают в IV  положение. Заданная ступень отпуска достигается автоматически с помощью программы, заложенной в микроконтроллере электронного блока и составленной на основе алгоритма выполнения ступеней отпуска (фиг. 5): наполнение тормозной магистрали сжатым воздухом будет осуществляться до тех пор, пока выполняемая ступень отпуска (Ст) не достигнет значения заданной ступени отпуска (Ст).
При повороте рукоятки 20 на определенный угол, соответствующий положению II, датчик угла поворота 23 формирует импульс напряжения и передает аналоговый сигнал по кабелю на электронную плату 30, которая генерирует цифровой код, уникальный для этого положения, и передает его посредством CAN интерфейса 29 на электронный блок 1 (фиг. 1). Микроконтроллер 2 электронного блока 1 определяет положение рукоятки 20, дает команду в виде электрического сигнала электропневматическому клапану отпуска 11 и сжатый воздух поступает в уравнительную полость 9 реле давления 8. Через реле давления 8 происходит наполнение тормозной магистрали 7 из питательной магистрали 13, увеличивая текущее давление в тормозной магистрали 7 на программно заданную величину.
2
Благодаря постоянному обмену информацией с устройством ввода/вывода 4, опрашиванию показаний датчика давления 31 в тормозной магистрали 7 микроконтроллер 2 электронного блока 1 перед началом отпуска имеет исходные параметры текущего давления в тормозной магистрали 7. Если текущее давление в тормозной магистрали не превышает зарядное давление, микроконтроллер электронного блока, считывая положение рукоятки по датчику положений, дает команду на зарядку воздухом тормозной магистрали на программно заданную величину - 0,3 кгс/см, не превышая при этом зарядное давление. Если текущее давление в тормозной магистрали больше зарядного давления, то при переводе рукоятки управления в положение II - «Поездное» наполнения сжатым воздухом тормозной магистрали осуществляться не будет, а наоборот произойдет выравнивание текущего давления до значения зарядного давления путем подачи команды на выпуск воздуха электропневматическому клапану торможения (фиг. 5). При этом реализуется программно заданный темп ликвидации свехрзарядного давления.
0
2
В случае, если перед началом отпуска была произведена ручная корректировка значения заданной ступени на минимальную величину - Ст=0,1 кгс/см, процесс ступенчатого отпуска осуществляется аналогичным образом с учетом внесенных машинистом изменений заданной ступени.
При удержании рукоятки управления в положении II - «Поездное» микроконтроллер электронного блока по показаниям датчика положений определяет положение рукоятки и продолжает подавать команду электропневматическому клапану отпуска на впуск воздуха на все время удержания рукоятки, изменяя величину программно заданной ступени отпуска, выравнивая ее согласно изменению выполняемой ступени вплоть до возврата рукоятки в IV  положение или до достижения в тормозной магистрали зарядного давления.
Отслеживание текущего давления в тормозной магистрали осуществляется постоянно с помощью датчика давления 31. По завершении наполнения тормозной магистрали на заданную с помощью модуля управления ступень наполнение сжатым воздухом тормозной магистрали исполнительным пневматическим блоком прекращается.
При выполнении зарядки тормозной магистрали сверхзарядным давлением рукоятку модуля управления переводят в положение I «Отпуск и зарядка» и удерживают в этом положении. При получении соответствующего сигнала от модуля управления 5 микроконтроллер 2 электронного блока 1 формирует импульсный сигнал на открытие электропневматического клапана отпуска 11 реле давления 8, сжатый воздух поступает в уравнительную полость 9 реле давления 8, через которое происходит наполнение тормозной магистрали 7 из питательной магистрали 13 (фиг. 1). При достижении в тормозной магистрали 7 давления воздуха, отслеживаемого датчиком давления 31, равного программно заданному сверхзарядному давлению, наполнение сжатым воздухом тормозной магистрали 7 через реле давления 8 прекращается. Для ликвидации сверхзарядки рукоятку 20 модуля управления 5 переводят в положение «Поездное». При получении соответствующего сигнала от модуля управления 5 микроконтроллер 2 электронного блока 1, измерив датчиком давления 31 величину установившегося сверхзарядного давления в тормозной магистрали 7, формирует импульсный сигнал на включение электропневматического клапана торможения 10, осуществляющего выпуск воздуха малыми порциями из уравнительной полости 9 реле давления 8, через которое происходит выпуск воздуха из тормозной магистрали 7, в атмосферу с обеспечением времени ликвидации сверхзарядного давления, программно заданного в меню устройства ввода/вывода 4. При достижении в тормозной магистрали 7 величины зарядного давления, программно заданного в меню устройства ввода/вывода 4, выпуск воздуха из тормозной магистрали 7 исполнительного пневматического блока прекращается.
При выполнении экстренного торможения рукоятку 20 модуля управления 5 переводят в положение «Экстренное торможение». При получении от модуля управления 5 соответствующего сигнала микроконтроллер 2 электронного блока 1 формирует сигнал постоянной величины на включение электропневматического клапана торможения 10 реле давления 8, выпускающего воздух из уравнительной полости 9 реле давления 8. В уравнительной полости 9 резко падает давление, сжатый воздух из тормозной магистрали 7 с большой скоростью выпускается в атмосферу.
Для выполнения режима управления «Перекрыша без питания» рукоятку управления 20 переводят в соответствующее положение. Реле давления 8 остается в нерабочем состоянии, при котором не происходит ни подпитки тормозной магистрали 7, ни выпуска из нее воздуха в атмосферу.
Тем самым достигается повышение безопасности движения поезда и оперативность управления тормозом за счет автоматизации управления и использования устройства, для управления несколькими функциями которого используется единственный управляющий элемент.