Микропроцессорная система автоматизированного управления пассажирскими электровозами

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, обеспечивающей безопасность движения на железнодорожном транспорте, и может быть использована для автоматизированного управления пассажирскими электровозами с микропроцессорными системами управления.

Техническим результатом данной полезной модели является повышение точности выполнения графика движения и снижение расхода электрической энергии на тягу пассажирского поезда, расхода тормозных колодок, повышение безопасность движения, снижение психофизической нагрузки на машиниста пассажирского поезда, а также высвобождение штата помощников машиниста, ускорение обучения молодых машинистов навыкам вождения пассажирских поездов.

Микропроцессорная система управления пассажирским электровозом, содержащей средство измерения пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения и преобразования скорости, блоку управления тягой, системе безопасности, блок управления тягой и электрическим тормозом, на вход которого подается информация от датчиков тока и напряжения тяговых двигателей, положения рукоятки контроллера машиниста, состояние системы безопасности, выходы которого подключены к силовой схеме электровоза, пульта машиниста имеющего в своем составе блок индикации, блок речевых сообщений, блок клавиатуры, рукоятку крана машиниста выход которой, подключен к тормозной системе электровоза, в которую введена подсистема автоведения, состоящая из вычислительного блока, непосредственно к нему подключены устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, причем источник питания включается от устройства включения и предназначен для запитки всех устройств сопряжения подсистемы, к первому устройству сопряжения подключено устройство определения и вычисления скорости движения электровоза, блок речевых сообщений предназначенный для выдачи машинисту звуковой информации, блок клавиатуры предназначенный для ввода в подсистему автоведения данных и настройки ее параметров, блок индикации предназначенный для выдачи машинисту визуальной информации, блок управления тягой и электрическим торможением, ко второму устройству согласования подключены устройство определения и преобразования тока и напряжения контактной сети, на входы которого поступает информация от средства измерения тока электровоза и от средства измерения напряжения контактной сети, устройство определения и преобразования давления в уравнительном резервуаре электровоза, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в уравнительном резервуаре, необходимого для контроля выполнения сверхзарядного давления в уравнительном резервуаре, устройство определения и преобразования давления в тормозном цилиндре, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в тормозном цилиндре поезда, блок управления пневматическим торможением, выход которого подключен к тормозному оборудованию подсистемы автоведения, включающую средство измерения давления в уравнительном резервуаре, средство измерения давления в тормозном цилиндре, устройство завышения давления в уравнительном резервуаре, к третьему устройству сопряжения подключена система безопасности электровоза, запись информации осуществляется на кассету регистрации, которая подключена к блоку регистрации, входы которого подключены к блоку вычислителя и устройству определения и преобразования тока и напряжения контактной сети. 1 илл.

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, обеспечивающей безопасность движения на железнодорожном транспорте, и может быть использована для автоматизированного управления пассажирскими электровозами с микропроцессорными системами управления.

Наиболее близким к заявляемому устройству в части выполняемых функций является микропроцессорная система управления и диагностирования МСУД, принятая в качестве прототипа («Руководство по эксплуатации электровоз ЭП1» 000 «Производственная компания «Новочеркасский электростроительный завод», соответствует технической документации на данную машину по состоянию производства на 01.04.2007 г. и отображает все конструктивные особенности, внесенную в данную модификацию. В 4-х книгах издание 2-е». Представленная система предназначена для эксплуатации на пассажирских электровозах переменного тока ЭП1 всех индексов с зонно-фазовым регулированием напряжения на тяговых электродвигателях.

Микропроцессорная система управления и диагностирования локомотива содержит блок центрального процессора, к входам которого подключены аналоговый измерительный блок тока и напряжения, блок входных дискретных сигналов соединенных с цепями управления локомотива, блок защиты от боксования и юза, блок защиты от короткого замыкания и замыкания на землю, пульт управления электровозом, соединенный через блок связи с блоком центрального вычислителя, блок центрального вычислителя через соответствующие блоки сопряжения соединен с блоком управления выпрямительно-инверторным преобразователем и с блоком индикации.

Микропроцессорная система управления и диагностирования электровозом МСУД обеспечивает управление выпрямительно-инверторным преобразователем электровоза при регулировании работы тяговых двигателей в режимах тяги и рекуперативного торможения, защиту тяговых двигателей и выпрямительно-инверторного преобразователя от токов перегрузки, короткого замыкания, боксования и юза, управление вспомогательными машинами, прием команд от машиниста и помощника машиниста, поддержание скорости движения заданной машинистом.

Недостатками вышеуказанной микропроцессорной системы управления и диагностирования является то, что она не реализует автоматизированного управления движением пассажирского электровоза на должном уровне, система выполняет функцию поддержания скорости, заданной машинистом (круиз - контроля), но не способна сама рассчитать, необходимую скорость движения при которой, обеспечивается экономия электроэнергии и выполнение расписания движения, система не способна снять психофизиологическую нагрузку с машиниста, т.к. машинисту необходимо рассчитывать и вводить в систему управления время прибытия на станцию, координаты постоянных и временных ограничений скорости, постоянно контролировать работу этой системы, система не способна выполнять пневматическое торможение, при использовании системой электропневматического торможения происходит грубое нарушение правил и инструкций управления тормозами, действующими на железных дорогах РФ, система не способна выполнить регулировочное и остановочное торможение при возникновении более запрещающего показания локомотивного светофора.

Подсистема автоведения для микропроцессорных систем управления пассажирскими электровозами, органично интегрируется в существующую систему управления пассажирского электровоза, технический результат при ее использовании заключается в повышении безопасности движения, за счет увеличения точности выполнения графика движения, и, соответственно снижения расхода электрической энергии на тягу пассажирского поезда, и износа тормозных колодок.

Во время пуска и разгона поезда с места контролируется допустимый ток на тяговых двигателях, возможно проведение расчета в реальном времени энергооптимального режима ведения поезда на перегонах в зависимости от реальной поездной обстановке на участке и автоматическую реализацию этого режима. При выполнении ограничений скорости перед препятствием, осуществляется подтормаживание и точное торможение под сигналы, требующие снижения скорости (белый, желтый, красно-желтый сигналы локомотивного светофора) как электропневматическим, электрическим, так и пневматическими тормозами электровоза и поезда, а полное торможение для остановки у светофора с запрещающем показанием выполняется без нарушений правил и инструкций управления тормозами.

Дополнительно информация о текущей и оптимальной динамике движения пассажирского поезда отображается как в режиме автоматизированного управления так и в режиме подсказки.

Все это приводит к несомненному повышению точности выполнения графика движения и снижению расхода электрической энергии на тягу пассажирского поезда, расхода тормозных колодок, и в конечном счете повышает безопасность движения, на которую влияет также очевидное снижении психофизической нагрузки на машиниста пассажирского поезда. С точки зрения социальной составляющей - происходит высвобождения штата помощников машиниста, ускорение обучения молодых машинистов навыкам вождения пассажирских поездов.

Данный технический результат достигается тем, что в микропроцессорную систему управления пассажирским электровозом, содержащую средство измерения пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения и преобразования скорости, блоку управления тягой, системе безопасности, блок управления тягой и электрическим тормозом, на вход которого подается информация от датчиков тока и напряжения тяговых двигателей, положения рукоятки контроллера машиниста, состояние системы безопасности, выходы которого подключены к силовой схеме электровоза, пульта машиниста имеющего в своем составе блок индикации, блок речевых сообщений, блок клавиатуры, рукоятку крана машиниста выход которой, подключен к тормозной системе электровоза, введена подсистема автоведения, состоящая из вычислительного блока, непосредственно к нему подключены устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, причем источник питания включается от устройства включения и предназначен для запитки всех устройств сопряжения подсистемы, к первому устройству сопряжения подключено устройство определения и вычисления скорости движения электровоза, блок речевых сообщений предназначенный для выдачи машинисту звуковой информации, блок клавиатуры предназначенный для ввода в подсистему автоведения данных и настройки ее параметров, блок индикации предназначенный для выдачи машинисту визуальной информации, блок управления тягой и электрическим торможением, ко второму устройству согласования подключены устройство определения и преобразования тока и напряжения контактной сети, на входы которого поступает информация от средства измерения тока электровоза и от средства измерения напряжения контактной сети, устройство определения и преобразования давления в уравнительном резервуаре электровоза, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в уравнительном резервуаре, необходимого для контроля выполнения сверхзарядного давления в уравнительном резервуаре, устройство определения и преобразования давления в тормозном цилиндре, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в тормозном цилиндре поезда, блок управления пневматическим торможением, выход которого подключен к тормозному оборудованию подсистемы автоведения, включающую средство измерения давления в уравнительном резервуаре, средство измерения давления в тормозном цилиндре, устройство завышения давления в уравнительном резервуаре, к третьему устройству сопряжения подключена система безопасности электровоза, запись информации осуществляется на кассету регистрации, которая подключена к блоку регистрации, входы которого подключены к блоку вычислителя и устройству определения и преобразования тока и напряжения контактной сети.

На чертеже представлена структурная схема системы управления пассажирским электровозом с микропроцессорной системой управления и интегрированная подсистема автоведения.

Микропроцессорная система управления электровозом 1 содержит систему безопасности 2, пульт машиниста 3 в котором расположены блок индикации 6, блок клавиатуры 7, блок речевых сообщений 8, кран машиниста 5, подключенный к тормозной сети поезда 15, контроллер машиниста 4, подключенный к блоку управления тягой и электрическим торможением 12, к блоку 12 подключены средство измерения напряжения на тяговых двигателях 11, средство измерения тока тяговых двигателей 13, силовые цепи электровоза 14, которые выдают напряжение и ток двигателей на средства измерения 11 и 13. Интегрированная подсистема автоведения 36, состоит из блока вычислителя 18, к которому непосредственно подключены устройство памяти 19, тактовый генератор 20, источник питания 21, источник питания включается от устройства включения и обеспечивает питанием все три устройства сопряжения, все три устройства сопряжения подключены к блоку вычислителя 18, к устройству сопряжения 16 подключено устройство определения и преобразования скорости движения электровоза 10, на вход которого подается информация от средства измерения скорости движения электровоза 9, которое в свою очередь обеспечивает информацией блок управления тягой и электрическим тормозом 12, а также систему безопасности 2, блок вычислителя 18, через устройство сопряжения 16 подключен к блоку речевых сообщений 8, для выдачи машинисту звуковой информации, блоку клавиатуры 7, для ввода данных в систему автоведения, блока индикации 6, для выдачи машинисту визуальной информации, блоку управления тягой и электрическим торможением 12 для управления тягой и электрическим тормозом электровоза, блок вычислителя 18 через устройство сопряжения 17 подключено к системе безопасности электровоза, для приема информации о поездной обстановке, блок вычислителя 18 подключен к блоку регистрации 23, который подключен к кассете регистрации 29, блок вычислителя 18 через устройство сопряжения 22 подключено к устройству определения и преобразования тока и напряжения контактной сети 24, на вход которого поступает информация от средств измерения тока электровоза 30 и напряжения контактной сети 31, устройство определения и преобразования 24 подключено также к блоку регистрации 23, для определения расхода электрической энергии, к устройству сопряжения 22 подключены устройства определения и преобразования давления в уравнительном резервуаре 25 и тормозном цилиндре 26, на входы которых поступает информация от средств измерения давления в уравнительном резервуаре 33 и в тормозном цилиндре поезда 34, блок управления пневматическим тормозом подключен к устройству сопряжения 22 и к устройству отпуска тормозов 35, которая в свою очередь со средствам измерения 33 и 34 образуют тормозную систему 32, подключенную к тормозной сети электровоза 15.

Устройство работает следующим образом.

Подсистема автоведения способна реализовывать два режима работы: - режим автоматизированного управления электровозом и режим «подсказки». В режиме подсказки подсистема не выдает управляющих воздействий, а только сообщает машинисту о рекомендуемой скорости и режиме движения через блок индикации 6.

Рассмотренные ниже принципы работы подсистемы автоведения относятся к автоматизированному режиму управления электровозом.

Режим тяги. Для включения системы автоведения необходимо включить устройство включения 28, тем самым обеспечив питание всем устройствам подсистемы автоведения с помощью источника питания 21. Перед отправлением машинист вводит с помощью блока клавиатуры 7, в блок памяти 19 информацию о предстоящей поездки, номер поезда, количество вагонов, наличие временных ограничений скорости. Далее для приведения пассажирского электровоза в движение машинист с помощью блока клавиатуры 7 выдает команду на запуск режима автоведения, которая подается в вычислительный блок 18. При этом из блока памяти 19 переписывается в вычислительный блок 18 информация о времени хода по расписанию, информация о профиле пути, расположения путевых объектов, а из блока 20 текущее астрономическое время. Вычислительный блок 18 определяет время, оставшееся до проследования или прибытия поезда на следующую контрольную станцию, и производит расчет оптимальной траектории движения в пространстве скорости и пути с учетом постоянных и временных ограничений скорости, минимизирующей расход электрической энергии на тягу. При трогании электровоза с места фактическая скорость, поступающая от средства измерения скорости 9 и от устройства определения и преобразования скорости 10 на блок вычислителя 18, равна нулю, поэтому блок вычислителя формирует команду на начало плавного старта. При плавном старте команды блока вычислителя 18 передаются блоку управления тягой и электрическим торможением 12, системы управления 1, через блок согласования 16, блок управления в свою очередь выдает управляющие воздействия на силовую схему электровоза 14, и ток двигателей начинает плавно увеличиваться от минимального до максимального значения, при этом поезд начинает плавно трогаться с места. Минимальное значение тока старта определяется блоком вычислителя 18 на основании информации о профиле пути и количества вагонов, которая хранится в блоке памяти 19, максимальное значение тока устанавливается машинистом. Значение реального тока поступает блоку вычислителя 18 от средств измерения тока 13 двигателей через блок управления тягой и электрическим тормозом 12 и через устройство сопряжения 16. После процедуры плавного старта подсистема начинает вырабатывать команды на поддержания расчетной скорости, с реализацией энергооптимальных режимов.

На выходе средства измерения скорости 9 формируется сигнал, который передается устройству определения и преобразования скорости 10. С выхода устройства 10 сигнал о фактической скорости движения поступает на блок вычислителя 18, через устройство сопряжения 16. В вычислительном блоке 18 сигнал о фактической скорости движения сравнивается с расчетным значением скорости движения. До тех пор пока расчетная скорость движения больше вычислительный блок 18 вырабатывает команду блоку управления тягой и электрическим тормозом 12 на дальнейшее увеличение напряжения на двигателях. При этом реальное значение напряжения на тяговых двигателей контролируется по сигналу со средства измерения напряжения 11 тяговых двигателей, через блок управления тягой и электрическим тормозом 12 и устройство сопряжения 16. Формирование команд на увеличение напряжения на двигателях и как следствие на увеличение скорости движения до тех пор, будет происходить до тех пор, пока фактическая скорость движения не достигнет значения расчетной, при этом система автоведения учитывает профиль пути для максимального использования кинетической энергии. При превышении фактической скорости расчетной подсистема автоведения выдает команду блоку 12 на отключение тяги, и поезд переходит в режиме выбега.

На вход блока вычислителя 18 поступает информация от системы безопасности 2, через устройство сопряжения 17, о поездной обстановке. В случае появления сигнала, требующего снижения скорости, блок вычислителя 18 формирует команду блоку управления тяги и электрическим тормозом 12 на отключение тяги, и при необходимости выдает команду на электрическое торможение блоку управления тягой и электрическим торможением 12 или на пневматическое торможение блоку управления пневматическим торможением.

Если в процессе автоматизировано ведения от блока управления тягой и электрическим тормозом 12 появится сигнал о срабатывании любой защиты, то подсистема автоведения отключает режим тяги или электрического торможения и переходит в режим советчика, при этом блок вычислителя формирует команду на выдачу речевого сообщения блоку речевых сообщений 8.

Режим торможения. В режиме торможения блок вычислителя 18 производит расчет тормозной кривой (зависимость скорости от тормозного пути) исходя из начальной и конечной скоростей, расстояния до точки, где необходимо обеспечить конечную скорость и реальной эффективности тормозов. Если фактическая скорость движения не совпадает с рассчитанной кривой, то блок вычислителя формирует команду на торможение блоку 12 если выполняется электрическое торможение или блоку 27, если выполняется пневматическое торможение. Значение давления в тормозных цилиндрах контролируется с помощью средства измерения давления 34 и поступает в блок вычислителя 18, через устройство определения и преобразования давления и через устройство сопряжения 22. Вычислительный блок корректирует значение тормозной силы, с помощью выдачи управляющих команд блокам 12 или 27, таким образом, чтобы фактическая скорость совпадала с расчетной тормозной. При совпадении фактической или расчетной скорости подсистема автоведения формирует команду на отпуск тормозов блоку управления пневматическим торможением 27, при этом блок 27 управляет устройством отпуска тормозов 35, которое в свою очередь воздействуют на тормозную сеть поезда 15. Контроль за давлением отпуска происходит с помощью средства измерения давления 33 и устройства измерения и преобразования давления 25.

В любом из рассмотренных режимов машинист может вмешаться в процесс автоматизированного ведения поезда с помощью пульта управления 7, контроллера машиниста 4, крана машиниста 5, при этом система выходит из режима автоматизированного режима ведения в советчик.

Для записи расхода электрической энергии, а также информации о токах и напряжениях в контактной сети предназначен блок регистрации 29.

Микропроцессорная система автоматизированного управления пассажирскими электровозами, включающая в себя средство измерения пути и скорости, выход которого подключен к блоку определения и преобразования скорости, системе безопасности, блоку управления тягой и электрическим торможением, на вход которого подается информация от датчиков тока и напряжения тяговых двигателей, соединенных с силовой схемой электровоза, положения рукоятки контроллера машиниста, состояние системы безопасности, выходы которого подключены к силовой схеме электровоза, пульта машиниста, имеющего в своем составе блок индикации, блок речевых сообщений, блок клавиатуры, рукоятку крана машиниста, выход которой подключен к тормозной системе электровоза, отличающаяся тем, что введена подсистема автоведения, состоящая из вычислительного блока, непосредственно к нему подключены устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, причем источник питания включается от устройства включения и предназначен для запитки всех устройств сопряжения подсистемы, к первому устройству сопряжения подключено устройство определения и вычисления скорости движения электровоза, блок речевых сообщений, предназначенный для выдачи машинисту звуковой информации, блок клавиатуры, предназначенный для ввода в подсистему автоведения данных и настройки ее параметров, блок индикации, предназначенный для выдачи машинисту визуальной информации, блок управления тягой и электрическим торможением, ко второму устройству согласования подключены устройство определения и преобразования тока и напряжения контактной сети, на входы которого поступает информация от средства измерения тока электровоза и от средства измерения напряжения контактной сети, устройство определения и преобразования давления в уравнительном резервуаре электровоза, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в уравнительном резервуаре, необходимого для контроля выполнения сверхзарядного давления в уравнительном резервуаре, устройство определения и преобразования давления в тормозном цилиндре, на вход которого поступает информация от средства измерения давления в тормозном цилиндре поезда, блок управления пневматическим торможением, выход которого подключен к тормозному оборудованию подсистемы автоведения, включающую средство измерения давления в уравнительном резервуаре, средство измерения давления в тормозном цилиндре, устройство завышения давления в уравнительном резервуаре, к третьему устройству сопряжения подключены блок вычислителя и система безопасности электровоза, запись информации осуществляется на кассету регистрации, которая подключена к блоку регистрации, входы которого подключены к блоку вычислителя и устройству определения и преобразования тока и напряжения контактной сети.