КОНТРОЛЛЕР МАШИНИСТА ЭЛЕКТРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ

Полезная модель относится к транспортному оборудованию и предназначена для использования в системах управления транспортными средствами в качестве устройства, задающего по команде машиниста режимы работы силового оборудования, в частности для обеспечения управления тягой и торможением электровозов, электропоездов и тяговых агрегатов.
Известен контроллер машиниста, состоящий из корпуса, в котором размещены главный кулачковый вал, выполняющий функцию тяги; реверсивный кулачковый вал, служащий для выбора направления движения транспортного средства; вал скорости, выполняющий функцию задатчика скорости; потенциометры в качестве задатчиков (см. Руководство по эксплуатации. "Электровоз ЭП1", том 1, стр.289, Ростов-на-Дону, ООО "Белая Русь", 2006 г.). Главный вал и вал скорости снабжены рукоятками управления и соединены с потенциометрами через поводки. Недостатком данного контроллера является наличие поводковой регулировки потенциометров положения главного вала и вала скорости, сложной в регулировке и подверженной смещению в эксплуатации, приводящей к нарушению управления и созданию аварийных ситуаций, что снижает безопасность транспортного средства.
Наиболее близким по технической сущности является контроллер, представляющий собой устройство, в корпусе которого размещены главный кулачковый вал, выполняющий функцию управления тягой и торможением, и реверсивный кулачковый вал, выполняющий функцию выбора направления движения транспортного средства. Каждый вал снабжен рукояткой управления и соответствующей группой кулачковых контакторов. В корпусе закреплены два потенциометра, оси которых механически сопряжены с главным кулачковым валом, причем потенциометр на одном конце главного вала является задатчиком усилия в режиме тяги, а на другом конце вала - задатчиком усилия в режиме торможения (см. Описание изобретения к патенту "Контроллер машиниста" RU 2337025 С1, МПК В61С 17/12, Н01Н 19/60, опубликован 27.10.2007 г.).
Указанное устройство имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, большие массо-габаритные показатели устройства и сложность его изготовления из-за наличия точных механических деталей. Во-вторых, низкая надежность и малый ресурс потенциометров, использующихся в качестве задатчиков усилия тяги и торможения, узкий диапазон регулирования заданий и невозможность обеспечения одинаковых диапазонов заданий в тяге и торможении из-за неточного изготовления механических частей, что требует применения специальных схем и алгоритмов в аппаратуре управления силового оборудования. В-третьих, низкая надежность электромеханических контактов кулачковых контакторов, переключающих цепи управления релейно-контакторных аппаратов (РКА). В-четвертых, ограниченные функциональные возможности из-за невозможности задания скорости транспортного средств.
Задачей полезной модели является уменьшение массо-габаритных показателей контроллера и повышение надежности за счет исключения сложных механических деталей конструкции и электромеханических контактов, расширение его функциональных возможностей и повышение информативности за счет применения узла индикации.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее корпус, рукоятку управления, вместо сложной механической конструкции, введен микроконтроллер, соединенный своим первым портом ввода-вывода с кнопкой "сброс", замком со съемным ключом блокировки и выбора направления и узлом датчиков УД, фиксирующим перемещение рукоятки, вторым своим портом ввода-вывода соединен со входом цифро-аналогового преобразователя, два выхода которого - с цепями задания усилия тяги/торможения и скорости транспортного средства, третьим портом ввода-вывода соединен со входом узла силовых электронных ключей УК, выходы которого - с цепями управления РКА транспортного средства, четвертым портом ввода-вывода - с узлом индикации УИ. В устройстве применена рукоятка, перемещающаяся в четырех взаимно-перпендикулярных направлениях от нейтрального (центрального) положения, взаимодействующая с узлом датчиков. Микроконтроллер содержит процессор, набор портов ввода-вывода, оперативное и постоянное запоминающее устройство может быть выполнен в виде одной интегральной схемы. На фигуре представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит корпус 1, в котором установлена рукоятка управления 2, взаимодействующая с узлом датчиков (УД) 3 и фиксирующим ее перемещение, микроконтроллер 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, узел силовых электронных ключей (УК) 6, узел индикации (УИ) 7, кнопку "сброс" 8, замок 9 со съемным ключом блокировки и выбора направления движения 10.
Устройство работает следующим образом.
Устройство работает под управлением циклически выполняемой программы, занесенной в постоянное запоминающее устройство микроконтроллера 4. Микроконтроллер 4 через свой первый порт ввода-вывода периодически опрашивает состояние УД 3, фиксирующего состояние рукоятки управления 2, кнопки "сброс" 8, наличие и положение ключа 10 в замке 9, на основании полученных сигналов по заданному алгоритму вычисляет выходные данные, которые через второй порт ввода-вывода поступают в ЦАП 5, через третий порт ввода-вывода поступают в УК 6, через четвертый порт ввода-вывода поступают в УИ 7, при этом, на первом выходе ЦАП 5 формируется сигнал задания усилия тяги или торможения, на втором выходе - сигнал задания скорости, УК 6 коммутирует заданные цепи управления РКА, УИ 7 отображает заданную информацию. При отсутствии ключа 10 в замке 9 устройство заблокировано, при этом на выходе УК 6 сняты сигналы управления РКА, а на выходе ЦАП 5 - сигналы заданий усилия и скорости, на УИ 7 отображается информация об отсутствии ключа 10 и заблокированном состоянии устройства. Ключ 10 устанавливается в замок 9 двумя положениями, одно положение ключа соответствует направлению движения транспортного средства "вперед", другое - направлению движения "назад". На боковых сторонах ключа 10 для правильного выбора машинистом направления движения нанесена маркировка. После обнаружения ключа 10 в замке 9 микроконтроллер 4 разблокирует устройство, на УИ 7 отображается выбранное направление движения, сигнал готовности устройства к работе, при этом управление тягой и торможением транспортного средства осуществляется при помощи рукоятки управления 2. В исходном состоянии рукоятка управления 2 находится в нейтральном положении, при отклонении ее машинистом в четырех взаимно-перпендикулярных направлениях от нейтрального положения происходит задание режимов работы оборудования транспортного средства. Рукоятка управления 2 в крайних положениях не фиксируется, после отпускания самостоятельно возвращается в нейтральное положение. Рукоятка управления 2 взаимодействует с УД 3, который фиксирует ее перемещение от нейтрального положения в крайние и передает сигналы для ввода в микроконтроллер 4.
Для задания режима тяги рукоятка управления 2 переводится кратковременно "вперед" (от машиниста), для задания режима торможения - "назад" (к машинисту). Микроконтроллер 4 по состоянию УД 3 определяет заданный режима работы, через третий порт ввода-вывода выдает данные в УК 6, коммутирующий цепи управления РКА транспортного средства для работы в режиме тяги. Для набора задания усилия тяги рукоятка управления 2 переводится "вперед" (от машиниста) и удерживается в этом положении, пока не будет получена заданная величина усилия тяги, контроль набора задания осуществляется по показаниям УИ 7. При этом, микроконтроллер 4 через первый порт ввода-вывода определяет нахождение рукоятки управления 2 в крайнем положении и, плавно, с заданной интенсивностью наращивает выходные данные, выдаваемые через четвертый порт ввода-вывода в УИ 7 и через второй порт ввода-вывода в ЦАП 5, который на своем первом выходе формирует сигнал задания усилия тяги. Для уменьшения задания усилия тяги рукоятка управления 2 переводится "назад" (к машинисту) и удерживается в этом положении, пока не будет получена заданная величина усилия тяги, контроль уменьшения задания осуществляется по показаниям УИ 7, после чего возвращается в нейтральное положение. При этом, микроконтроллер 4 через первый порт ввода-вывода определяет нахождение рукоятки управления 2 в крайнем положении и, плавно, с заданной интенсивностью уменьшает выходные данные, выдаваемые через четвертый порт ввода-вывода в УИ 7 и через второй порт ввода-вывода в ЦАП 5, который на своем первом выходе формирует сигнал задания усилия тяги. На первом выходе ЦАП 5 соответственно плавно уменьшается величина сигнала задания усилия тяги. Для перевода в режим торможения машинист должен уменьшить величину задания усилия тяги до нуля с помощью рукоятки управления 2 или нажать кнопку "сброс" 8. Нажатие кнопки "сброс" 8 микроконтроллер 4 определяет через первый порт ввода-вывода, и при обнаружении которого по заданному алгоритму через третий порт ввода-вывода посредством УК 6 отключает цепи управления РКА и через второй порт ввода-вывода снимает задание усилия тяги на выходах ЦАП 5. Для перехода в режим торможения рукоятка управления 2 устройства кратковременно переводится в положение "назад" (к машинисту). При этом микроконтроллер 4 по состоянию УД 3 через первый порт ввода-вывода определяет положение рукоятки 2, через третий порт ввода-вывода управляет УК 6, коммутирующий цепи управления РКА, переводящие транспортное средство в режим торможения. Набор и уменьшения задания усилия торможения осуществляется аналогично вышеописанному алгоритму набора и уменьшения задания усилия тяги.
Для набора задания величины скорости в режимах тяги или торможения рукоятка управления 2 удерживается в правом крайнем положении до набора заданной величины скорости, контролируемой по показаниям УИ 7, после чего рукоятка возвращается в нейтральное положение. При этом микроконтроллер 4 через первый порт ввода-вывода опрашивает УД 3, считывает его состояние, по которому определяет положение рукоятки 2, и плавно, с заданной интенсивностью, увеличивает выходные данные задания скорости, выдаваемые через четвертый порт ввода-вывода в УИ 7 и через второй порт ввода-вывода в ЦАП 5, формирующий на своем втором выходе сигнал задания скорости транспортного средства. Для уменьшения задания величины скорости рукоятка управления 2 переводится в левое крайнее положение от нейтрального и удерживается в этом положении до получения заданной величины, контролируемой по показаниям УИ 7. При этом микроконтроллер 4, плавно, с заданной интенсивностью, уменьшает выходные данные задания скорости, выдаваемые через четвертый порт ввода-вывода в УИ 7 и через второй порт ввода-вывода в ЦАП 5, на втором выходе которого плавно уменьшается величина задания скорости.
Смена направления движения производиться только после приведения устройства в начальное состояние путем нажатия кнопки "сброс" 8, при этом все задания скорости, тягового или тормозного усилия сняты, УК 6 отключает цепи управления РКА, только после этого возможно изменение положение ключа 10 в замке 9 на другое направление. При изъятии ключа 10 из замка 9 устройство будет заблокировано, как это описано выше.
Таким образом, предложенное устройство является полнофункциональным устройством, предназначенным для использования в качестве контроллера машиниста транспортного средства.
Изготовлен экспериментальный образец контроллера машиниста электронного бесконтактного, который успешно проверен на электровозах 3ЭС5К, ЭП1П.
Техническим результатом настоящей полезной модели является уменьшение массо-габаритных показателей устройства, повышение надежности и расширения его функциональных возможностей за счет применения электронных узлов.