СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА Российский патент 2003 года по МПК B60L15/40 B61L3/20 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для автоматизации управления движением пригородных электропоездов.

Известно устройство для автоматического контроля скорости, остановки и обеспечения эффективного и безопасного управления движением железнодорожного транспорта. Устройство имеет связь с железнодорожным путем, вдоль полотна которого расставлены вехи с постоянными или произвольно выбранными интервалами между собой, на входе каждого дорожного участка вехи расположены таким образом, чтобы они образовывали репер идентификации (опознавания) дорожного участка и инициирования устройства, при этом средства обработки сигналов, выданных средствами обнаружения вех, имеют в своем составе блок хранения программы движения поезда в форме кодов и узел когерентности (связи) с безопасным "окном" спектра разделения сигналов, систему контроля превышения скорости, предназначенную для управления органами экстренного торможения поезда, если указанные сигналы разделяются друг от друга на расстояние, превышающее длину вышеуказанного "окна" спектра безопасного расхождения этих сигналов (см. RU 2068361 C1, B 61 L 3/20, 27.10.96).

Известное устройство позволяет обеспечить безопасное управление движением железнодорожного транспорта.

Однако для функционирования известного устройство необходимо расположение вех вдоль железнодорожного полотна, что усложняет систему управления движением транспорта, снижает ее надежность и не позволяет обеспечить высокую точность управления движением поезда.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регистрации параметров движения поезда, содержащее датчик пути и скорости, датчик меток времени, датчик давления в тормозной магистрали, выход датчика пути и скорости подключен к входам блока определения пройденного пути и блока определения скорости, второй вход блока определения скорости соединен с выходом датчика меток времени, входом блока определения текущего времени и входом элемента И, второй вход элемента И соединен с выходами элемента задания режима ручного управления и порогового элемента, выход элемента И соединен с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом блока определения пройденного пути, а выход - с входом управления регистратора. Информационные входы регистратора соединены с выходами датчика давления в тормозной магистрали, блока определения текущего времени и блока определения скорости. Выход блока определения скорости связан также с входом порогового элемента (см. RU 2041100, B 61 L 25/02, 1995).

Известное устройство позволяет машинисту иметь оперативные сведения о параметрах движения поезда, о состоянии его тормозной системы на стоянке и при движении.

Однако это устройство не позволяет осуществлять автоматизированное управление движением электропоезда с выбором энергооптимального алгоритма движения.

Предлагается новое устройство, технический результат которого заключается в автоматизации управления движением поезда, включая пуск и разгон, выбор режима ведения поезда на перегонах, подтормаживание при выполнении ограничений скорости, точное торможение под сигналы, требующие снижения скорости (желтый, красно-желтый, красный), а также отображение информации о текущей и рациональной динамике движения электропоезда.

Технический результат заключается также в повышении точности выполнения графика движения поезда, в снижении расхода электроэнергии на тягу электропоезда, снижении психофизиологической нагрузки на машиниста электропоезда.

Технический результат достигается тем, что в систему управления движением электропоезда, содержащую датчик пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения скорости, генератор временных меток, выход которого подключен к блоку определения текущего времени и второму входу блока определения скорости, датчик давления, установленный на тормозной магистрали, пульт управления, подключенный к цепям управления электропоезда, блок управления режимом тяги и блок управления режимом торможения, введены вычислительный блок, блок памяти, тактовый генератор, контроллер, два дешифратора, блок управления, три блока сопряжения, блок индикации и блок речевого информатора, причем блок определения скорости, генератор временных меток, блок определения текущего времени, датчик давления и пульт управления подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам первого блока сопряжения, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, к второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно блок управления, блок памяти и тактовый генератор, причем тактовый генератор соединен с седьмым входом первого блока сопряжения, блок управления через контроллер подключен к блоку памяти, первый выход вычислительного блока через второй блок сопряжения соединен с блоком индикации, второй выход вычислительного блока через третий блок сопряжения соединен с блоком речевого информатора, третий выход вычислительного блока через первый дешифратор подключен к блоку управления режимом тяги, четвертый выход вычислительного блока через второй дешифратор подключен к блоку управления режимом торможения, выходы блока управления режимом тяги, блока управления режимом торможения подключены к цепям управления электропоездом, выход блока управления режимом тяги подключен также к шестому входу первого блока сопряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления движением электропоезда.

На фиг.2 представлена траектория движения поезда V(T) на одном перегоне.

Устройство содержит датчик 1 пути и скорости, выход которого подключен к блоку 2 определения скорости, генератор 3 временных меток, выход которого подключен к блоку 4 определения текущего времени и второму входу блока 2 определения скорости, датчик 5 давления, установленный на тормозной магистрали, пульт 6 управления, блок 2 определения скорости, генератор 3 временных меток, блок 4 определения текущего времени, датчик 5 давления и пульт 6 управления подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам первого блока 7 сопряжения, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 8, ко второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно блок 9 управления, блок 10 памяти и тактовый генератор 11, причем тактовый генератор 11 соединен с седьмым входом первого блока 7 сопряжения, блок 9 управления через контроллер 12 подключен к блоку памяти, первый выход вычислительного блока 8 через второй блок сопряжения 13 соединен с блоком 14 индикации, второй выход вычислительного блока 8 через третий блок 15 сопряжения соединен с блоком 16 речевого информатора, третий выход вычислительного блока 8 через первый дешифратор 17 подключен к блоку 18 управления режимом тяги, четвертый выход вычислительного блока 8 через второй дешифратор 19 подключен к блоку 20 управления режимом торможения, выходы блока 18 управления режимом тяги, блока 20 управления режимом торможения и пульт 6 управления подключены к цепям 21 управления электропоездом, выход блока 18 управления режимом тяги подключен также к шестому входу первого блока 7 сопряжения.

Датчик 1 пути и скорости (ДПС) устанавливается на буксу колесной пары головного вагона и служит для получения последовательности импульсов, частота которых пропорциональна скорости вращения колесной пары и соответственно скорости движения. С осью колесной пары механически связан диск модулятора, который с помощью, например, оптопары, преобразует частоту вращения колесной пары в последовательность импульсов. Блок 2 определения скорости вычисляет скорость движения путем подсчета количества импульсов от датчика 1 пути и скорости на заданном интервале времени с последующим умножением на коэффициент, пропорциональный диаметру колеса. Значение интервала времени поступает с выхода генератора 3 временных меток. Генератор 3 временных меток представляет собой кварцевый генератор с делителем частоты. Он формирует стабильное значение интервалов времени, которые поступают в блок 2 определения скорости и в блок 4 определения текущего времени. Блок 4 определения текущего времени выполнен на базе делителей частоты. Он формирует выходной сигнал, представляющий собой код секунд, минут и часов текущего астрономического времени. Датчик 5 давления устанавливается на трубопроводе тормозных цилиндров. Он представляет собой электромеханический преобразователь давления в электрический сигнал, например - ток. Пульт 6 управления состоит из контроллера машиниста, с помощью которого машинист в ручном режиме управляет электропоездом в режиме тяги и электродинамического торможения, и крана машиниста для управления электропневматическим торможением. Если машинист принимает решение управлять электропоездом вручную от указанных органов управления, в первый блок 7 сопряжения поступает соответствующий сигнал и система управления переходит в режим советчика. Кроме того, от пульта 6 управления поступают релейные сигналы о наличии напряжения в контактной сети, о наличии давления в тормозных цилиндрах и сигнал о боксовании колесных пар моторных вагонов. Также от пульта управления поступают сигналы автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН), которые формируются штатной системой безопасности, и они повторяют сигналы напольных светофоров. Система управления движением электропоезда с пульта 6 управления получает следующие потенциальные сигналы АЛСН: зеленый, желтый, красно-желтый и белый. Первый блок 7 сопряжения преобразует сигналы разного вида от блоков 2, 3, 4, 5, 6 и 18 в цифровой код, который по параллельному порту передается в вычислительный блок 8, который построен на базе процессора. Синхронизация работы вычислительного блока 8 и первого блока 7 сопряжения осуществляется от тактового генератора 11. Вычислительный блок 8 (процессор) по заданному алгоритму вырабатывает коды команд для дешифраторов 17, 19 и блоков сопряжения 13, 15. Входные данные в вычислительный блок 8 поступают из блока 10 памяти, а сигналы обратной связи - с выхода первого блока 7 сопряжения. Блок 10 памяти выполнен на ППЗУ и предназначен для хранения базы данных для управления движением электропоезда. Контроллер 12 представляет собой микропроцессорный модуль, обеспечивающий считывание информации из блока 10 памяти в вычислительный блок 8. Блок 9 управления состоит из кнопочной клавиатуры и микроконтроллера, предназначенного для формирования кодовых посылок в вычислительный блок 8. Блок 9 управления служит для задания режимов работы системы и оперативной коррекции параметров управления. Второй и третий блоки 13 и 15 сопряжения предназначены соответственно для управления режимом отображения информации на блоке 14 индикации и для управления режимом выдачи речевой информации блоком 16. Второй блок 13 сопряжения, в частности, может состоять из ОЗУ для хранения информации, ПЗУ знакогенератора и порта ввода данных из вычислительного блока 8, а блок 14 индикации может быть выполнен на основе вакуумного люминесцентного индикатора, содержащего, например, 4 строки по 20 символов. Дешифраторы 17 и 19 состоят из буферных регистров и микроконтроллеров, обеспечивающих преобразование кодов команд вычислительного блока 8 в сигналы управления блоками 18 и 20. На выходе первого дешифратора 17 формируются сигналы управления, соответствующие следующим командам: запрет тяги, включение маневровой позиции тяги (М), включение 1, 2, 3 или 4 позиции тяги, сброс тяги с любой позиции, защита от боксования. На выходе второго дешифратора 19 формируются сигналы управления, соответствующие следующим командам: "перекрыша" - поддержание установленного в предыдущем такте давления в тормозных цилиндрах в режиме электропневматического торможения, "тормоз" - увеличение давления в тормозных цилиндрах в режиме электропневматического торможения, "отпуск" - уменьшение давления в тормозных цилиндрах в режиме электропневматического торможения, включение 1, 2, 3 или 4 позиции электродинамического тормоза, отключение электродинамического тормоза. Блоки 18, 20 управления режимами тяги и торможения выполнены на ключевых модулях, например твердотельных реле, обеспечивающих подачу напряжения питания в соответствующие цепи 21 управления электропоездом. Цепи 21 управления электропоездом представляют собой контактные группы контроллера и крана машиниста. Блоки 18 и 20 управления режимами тяги и торможения подключены параллельно указанным контактным группам. Тактовый генератор 11 выполнен на основе кварцевого резонатора и служит для синхронизации работы вычислительного блока 8 и первого блока сопряжения 7. Третий блок 15 сопряжения, в частности, может содержать ППЗУ для хранения программы формирования звука и буферные регистры для сопряжения с блоком процессора, а блок 16 речевого информатора может быть выполнен на основе цифрового сигнального процессора, ЦАП и УНЧ.

База данных для системы управления движением электропоезда, которая заносится в блок 10 памяти, создается с помощью специального автоматизированного рабочего места (АРМ) после проведения тяговых расчетов по определению оптимальных траекторий движения поездов, по критерию минимизации расхода энергии на их тягу.

База данных включает в себя время хода по зоне, расстояние между остановками, координаты объектов (светофоры, переезды, ПОНАБ, токоразделы и др.), постоянные ограничения скорости, названия остановочных пунктов, расчетные значения коэффициентов тяги для расчета на борту скорости отключения и подключения тяги для каждого перегона, варианты тормозной кривой для разных способов торможения (под ограничение скорости, остановку под красный сигнал светофора), номера поездов и др. В частности, в блоке 10 памяти для каждого перегона указаны расчетные значения скорости перехода на выбег V_PP и значения коэффициентов для расчета "тормозной кривой". Кроме того, блок 10 памяти содержит информацию, которая включает в себя служебное расписание, профиль пути участков обращения электропоездов, приказные постоянные ограничения скорости, файл звуковых сообщений.

Устройство работает следующим образом.

Режим тяги. Для приведения электропоезда в движение машинист с помощью блока управления 9 выдает команду "Пуск", которая подается в вычислительный блок 8 и на вход контроллера 12. При этом из блока 10 памяти под управлением контроллера 12 переписывается в вычислительный блок 8 информация о времени хода по расписанию, а из блока 4 - текущее астрономическое время. Вычислительный блок 8 определяет время, оставшееся до прибытия поезда на следующую контрольную станцию, и распределяет его по перегонам между промежуточными остановочными пунктами. В вычислительном блоке 8 определяется средняя скорость движения по перегону и расчетная скорость отключения тяги (V_PP). Так как на остановке фактическая скорость равна нулю, и соответственно она меньше расчетной, то вычислительный блок 8 формирует код команды включения одной из позиций тяги, а на выходе первого дешифратора 17 вырабатывается требуемая команда, поступающая в блок 18 управления режимом тяги. В моторных вагонах электропоезда устанавливается необходимая позиция тяги, собирается силовая электрическая цепь включения тяговых электродвигателей, и электропоезд приходит в движение.

На выходе датчика 1 пути и скорости формируется последовательность импульсов, пропорциональная фактической скорости движения, которая поступает на вход блока 2 определения скорости движения, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 3 временных меток. С выхода блока 2 определения скорости сигнал о фактической скорости движения через первый блок сопряжения 7 подается в вычислительный блок 8, где сравнивается с расчетным значением скорости движения. До тех пор, пока расчетная скорость движения больше фактической вычислительный блок 8 при необходимости вырабатывает код команды следующей позиции тяги. Значение средней скорости и расчетного коэффициента связи между скоростью отключения тяги и средней скоростью движения, которые записаны в блоке 10 памяти, получены в процессе подготовки базы данных для участка движения и являются оптимальными по критерию минимального расхода энергии на тягу для номинальных условий. В процессе реального движения имеются отклонения от номинальных условий, поэтому вычислительный блок 8 на основании информации из блока 2 определения скорости и блока 4 определения текущего времени осуществляет коррекцию значения расчетной скорости.

Значение расчетной скорости движения, фактической скорости, оставшегося пути и значение оставшегося времени до конца перегона через второй блок 13 сопряжения передаются в блок 14 индикации для информирования машиниста о режиме движения поезда. Траектория движения поезда V(T) на одном перегоне приведена на фиг.2. Суммарное время хода по перегону состоит из времени разгона Т_P, времени езды в выбеге Т_B и времени торможения Т_T.

При достижении значения скорости движения, равного расчетному значению V_PP, вычислительный блок 8 через первый дешифратор 17 и блок 18 управления режимом тяги вырабатывает сигнал отключения тяги. Тяговые двигатели отключаются от контактной сети, и электропоезд переходит в режим выбега.

Если в процессе разгона от пульта 6 управления поступит сигнал "боксования", то вычислительный блок 8 формирует код команды "боксование", на основании которого первый дешифратор 17 вырабатывает команду "защита от боксования", по которой блок 18 управления режимом тяги уменьшает позицию тяги, а после прекращения боксования с заданной выдержкой времени вычислительный блок 8 формирует коды команд набора позиций тяги.

Кроме того, в вычислительный блок 8 через первый блок сопряжения 7 от пульта управления 6 поступают сигналы автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) о состоянии огней локомотивного светофора. В случае появления сигнала, требующего снижения скорости движения, вычислительный блок 8 вырабатывает команду отключения тяги и переходит в режим торможения. При этом в блок 16 речевого оповещения через третий блок 15 сопряжения поступает команда о формировании соответствующего предупредительного звукового сообщения.

Режим выбега. В режиме выбега вычислительный блок 8 осуществляет сравнение фактической скорости, поступающей из блока 2 определения скорости, с расчетным значением скорости, определяемым в каждом такте по ранее приведенному алгоритму. Если траектория движения на выбеге отличается от расчетной на величину больше заданного порога, то вычислительный блок 8 вырабатывает код команды "включение позиции тяги". Вычислительный блок 8 с дискретностью 1 с производит расчет оставшегося времени хода поезда, расчетной скорости движения на выбеге и производит сравнение с фактической скоростью движения, поступающей из блока 2 определения скорости. Если по каким-либо причинам траектория движения поезда отличается от рассчитанной на АРМ подготовки данных для номинальных условий, корректировка этих отклонений осуществляется путем изменения расчетной скорости движения на выбеге.

При достижении скорости движения на выбеге, равной расчетной скорости начала торможения V_PT, система управления электропоездом переходит в режим торможения. Значения коэффициентов для определения скорости движения от пути ("тормозной кривой") для разных ситуаций движения заложены в блоке 10 памяти.

Режим торможения. В режиме торможения из блока 10 памяти в вычислительный блок 8 передается информация, отображающая "тормозную кривую". Вычислительный блок 8 осуществляет сравнение фактической скорости движения, поступающей из блока 2 определения скорости, со значением скорости "тормозной кривой". Если указанная разность превышает заданный порог, то вычислительный блок 8 вырабатывает код команды "тормоз", которая через второй дешифратор 19 подается в блок 20 управления режимом торможения, а из него - в цепи 21 управления электропоездом. Электропоезд начинает снижать скорость движения, отрабатывая "тормозную кривую" под контролем вычислительного блока 8. Значение давления в тормозных цилиндрах и соответственно значение тормозной силы в вычислительный блок 8 поступает от датчика 5 давления. Вычислительный блок 8 осуществляет коррекцию расчетной "тормозной кривой" таким образом, чтобы скорость движения поезда была равна заданной.

В любом из рассмотренных режимов машинист с помощью пульта 6 управления может вмешаться в процесс управления поездом. В этом случае через первый блок сопряжения 7 вычислительный блок 8 переводится в режим советчика. В блоке 14 индикации отображается рекомендуемый режим ведения поезда, а коды команд на входы дешифраторов 17 и 19 не поступают.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для автоматизации управления движением электропоезда. Система управления движением электропоезда содержит датчик пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения скорости, генератор временных меток, выход которого подключен к блоку определения текущего времени и второму входу блока определения скорости, датчик давления, установленный на тормозной магистрали, пульт управления, подключенный к цепям управления электропоезда, блок управления режимом тяги и блок управления режимом торможения, вычислительный блок, блок памяти, тактовый генератор, контроллер, два дешифратора, блок управления, три блока сопряжения, блок индикации и блок речевого информатора. Блок определения скорости, генератор временных меток, блок определения текущего времени, датчик давления и пульт управления подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам первого блока сопряжения, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока. Ко второму, третьему и четвертому входам вычислительного блока подключены соответственно блок управления, блок памяти и тактовый генератор, причем тактовый генератор соединен с седьмым входом первого блока сопряжения. Блок управления через контроллер подключен к блоку памяти. Первый выход вычислительного блока через второй блок сопряжения соединен с блоком индикации, второй выход вычислительного блока через третий блок сопряжения соединен с блоком речевого информатора, третий выход вычислительного блока через первый дешифратор подключен к блоку управления режимом тяги, четвертый выход вычислительного блока через второй дешифратор подключен к блоку управления режимом торможения. Выходы блока управления режимом тяги, блока управления режимом торможения и пульт управления подключены к цепям управления электропоездом, выход блока управления режимом тяги подключен также к шестому входу первого блока сопряжения. Технический результат заключается в повышении точности выполнения графика движения поезда и выбора режима движения электропоезда со сниженным расходом электроэнергии. 2 ил.

Система управления движением электропоезда, содержащая датчик пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения скорости, генератор временных меток, выход которого подключен к блоку определения текущего времени и второму входу блока определения скорости, датчик давления, установленный на тормозной магистрали, пульт управления, подключенный к цепям управления электропоезда, блок управления режимом тяги и блок управления режимом торможения, отличающаяся тем, что в нее введены вычислительный блок, блок памяти, тактовый генератор, контроллер, два дешифратора, блок управления, три блока сопряжения, блок индикации и блок речевого информатора, причем блок определения скорости, генератор временных меток, блок определения текущего времени, датчик давления и пульт управления подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам первого блока сопряжения, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, ко второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно блок управления, блок памяти и тактовый генератор, причем тактовый генератор соединен с седьмым входом первого блока сопряжения, блок управления через контроллер подключен к блоку памяти, первый выход вычислительного блока через второй блок сопряжения соединен с блоком индикации, второй выход вычислительного блока через третий блок сопряжения соединен с блоком речевого информатора, третий выход вычислительного блока через первый дешифратор подключен к блоку управления режимом тяги, четвертый выход вычислительного блока через второй дешифратор подключен к блоку управления режимом торможения, выходы блока управления режимом тяги, блока управления режимом торможения подключены к цепям управления электропоездом, выход блока управления режимом тяги подключен также к шестому входу первого блока сопряжения.