Система автоматизированного управления процессом ведения поезда

 

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована при управлении поездом или в качестве тренажера для машинистов.

Суть технического решения состоит в разделении процесса на подготовительную стадию, создающую информацию заранее в стационарных условиях, и исполнительную стадию, имеющую минимум преобразований, которые используются совместно с применением сменного носителя информации. При этом стационарный комплект снабжен, клавиатурой, шифраторами и дешифраторами, формирователем трехмерных баз данных процесса, блоками: сегментной компоновки программ и трехмерной визуализации, считывания, записи и портами ввода-вывода, а локомотивный комплект дополнен бортовыми измерителями инерции (акселерометром) и трехмерных изменений профиля (гироскопом), коммутатором настройки вида управления и варианта направления движения и бортовой библиотекой сегментных баз данных процесса на накопителях цифровой информации, рейтинговым автокорректором отклонений от рекомендаций.

Технический эффект полезной модели достигается повышением плавности ведения поезда за счет регулярности многоканальной автоматической коррекции процесса.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована при управлении поездом или в качестве тренажера для машинистов.

Известны системы автоведения поезда, в которых бортовая быстродействующая электронная вычислительная машина (ЭВМ) в процессе движения по многочисленным формулам расчета тяги и торможения вычисляет оптимальный вариант очередных управляющих воздействий на агрегаты локомотива, т.е., создает пошаговую упреждающую информацию и регулирует органы управления локомотивом (патенты РФ 2387564, МКИ B61L 27/04, РФ 2320498, МКИ B61L 15/40 от 2008 г.).

За прототип принята «Система автоведения грузовых электровозов переменного тока УСАВП - ГПТ (руководство по эксплуатации КНГМ. 466451.007РЭ - ЛУ, 2004 г.)» одна часть оборудования этой системы размещена стационарно на центральном диспетчерском пункте, другая, перемещаемая, часть смонтирована на локомотиве. Стационарное автоматизированное рабочее место (АРМ), имеет, в частности, блок считывания и записи с портом ввода и вывода, анализатор и преобразователь данных и интерфейс с распределенными постами дистанционной оперативной радиосвязи. Комплект локомотивного оборудования, имеет интерфейс дистанционной оперативной связи и через распределенные посты связан с управляющей электронной вычислительной машиной (ЭВМ), имеющей оперативную память и бортовой визуализатор, и как минимум, аппараты автоведения, в том числе, блок измерителей параметров режимов, регистратор позиций модулей регулирования, автостоп автоматической локомотивной сигнализации, соединенные между собой и с измерителем скорости.

Недостаток заключается в необходимости непрерывно создавать в процессе движения пошаговую упреждающую информацию для управляющих воздействий на агрегаты локомотива и, следовательно, оснащать каждый локомотив дорогой быстродействующей бортовой ЭВМ.

Задача состоит в оснащении системы управления процессом движения поезда оборудованием, способным сократить объем информации, создаваемой непосредственно в процессе движения, то есть, разделить процесс на подготовительную стадию, создаваемую заранее в стационарных условиях, и минимальную исполнительную стадию. Суть технического решения состоит в разделении процесса на подготовительную стадию, создающую информацию заранее в стационарных условиях, и исполнительную стадию, имеющую минимум преобразований, которые используются совместно с применением сменного носителя информации. При этом стационарный комплект снабжен, клавиатурой, шифраторами и дешифраторами, формирователем трехмерных баз данных процесса, блоками: сегментной компоновки программ и трехмерной визуализации, считывания, записи и портами ввода-вывода, а локомотивный комплект дополнен бортовыми измерителями инерции (акселерометром) и трехмерных изменений профиля (гироскопом), коммутатором настройки вида управления и варианта направления движения и бортовой библиотекой сегментных баз данных процесса на накопителях цифровой информации, рейтинговым автокорректором отклонений от рекомендаций. При этом стационарный АРМ системы на центральном диспетчерском пункте дополнен блоком сегментной компоновки программ процесса и трехмерной визуализации, соответствующих ему траекторий и формирователем трехмерных баз данных процесса в виде многоадресных электронных таблиц.

Техническим эффектом полезной модели является повышение плавности ведения поезда и регулярности коррекции процесса.

На фигуре 1 представлена укрупненная схема системы управления процессом движения поезда, на которой условно не показаны порты ввода-вывода, обособленные базы данных бортовой библиотеки и датчики отдельных параметров. Названия части блоков объединены, сокращены и обозначены несколькими позициями.

Конструктивно система управления процессом движения поезда состоит из стационарного и нескольких подвижных бортовых комплектов оборудования. Комплекты имеют электронно-вычислительные машины (ЭВМ). Одна общая ЭВМ входит в состав стационарного автоматизированного рабочего места (АРМ) 1, размещенного, например, на центральном диспетчерском пункте и имеет блоки считывания 2, записи 3, преобразователи, в том числе, шифраторы и дешифраторы, данных 4, порт ввода-вывода 5.

Каждая бортовая ЭВМ 6, входящая в состав подвижных комплектов, закреплен на отдельном локомотиве и является управляющей, имеет соединенные с ней оперативную память 7 с портом ввода 8, бортовой визуализатор 9, преимущественно, с рельефным многоцветным носителем информации, регистратор измеряемых параметров и позиций регулирования 12 с портом вывода и интерфейс дистанционной оперативной связи 10 с центральным диспетчерским пунктом.

Кроме того, бортовая управляющая ЭВМ 6 соединена с коммутатором настройки вида управления и варианта пути 13, приводами регулирования режимов, имеющими датчики положения 14, автостопом автоматической локомотивной сигнализации 15, бортовой библиотекой сегментных баз данных процесса, преимущественно, на твердотельных бесприводных носителях информации 16, и с рейтинговым автокорректором отклонений текущих значений от рекомендаций 17. При этом, вход рейтингового автокорректора отклонений текущих значений от рекомендаций 17 соединен с блоком измерителей параметров режимов 18, нескольких входов которого соединены с датчиками параметров движения и управления 19, в том числе, токов, пневмодавлений, скорости, блок-участков и др, а так же с бортовыми датчиками инерции (акселерометром) 20 и трехмерных изменений профиля (гироскопом) 21. Часть из выходов блока измерителей параметров режимов 18 непосредственно соединены с бортовой управляющей ЭВМ 6. Рейтинговый корректор отклонений от рекомендаций 17 выполнен автоматическим в виде нескольких, например, трех каналов, каждый из которых имеет по два, управляемых тактовым генератором, вычитателя, входы «уменьшаемых» которых объединены и соединены с входом «измеряемого» значения, вход «вычитаемого» первого из них соединен со входом «рекомендуемого (изменяемой уставки)», вход «вычитаемого» второго объединен с выходом «разности» первого и выход «разности» второго является выходом каждого канала, которые подключены к схеме ранжирования, например, по приоритету минимума, при этом вход тактового генератора соединен с датчиком смены блок-участков.

Стационарное автоматизированное рабочее место (АРМ) 1, кроме того, соединено входами с блоком сегментной компоновки программ управления и визуализации, по крайней мере, трех траекторий процесса 22 и формирователем трехмерных баз данных процесса 23.

Порты ввода-вывода 5 и 8 имеют возможность контактировать со сменным многоканальным перезаписываемым носителем 11, который в свою очередь имеет возможность контактировать с портом вывода бортового регистратора измеряемых параметров и позиций регулирования 12, имеющим порт вывода.

Бортовой регистратор измеряемых параметров и позиций регулирования 12 своим входом соединен с бортовой управляющей ЭВМ 6. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда работает следующим образом.

Управление поездами на конкретном участке является повторяющимися процессами, имеющими при этом некоторые неизбежные отклонения. Ряд параметров процесса каждый раз неизменны, например, профиль и план пути, весовая норма поезда, размещение светофоров и так далее. Постоянные числовые данные, неизменяемые в процессе движения и используемые для тягового расчета, принимаются за паспорта для: пути, поезда и локомотива. На стационарном автоматизированном рабочем месте 1, имеющим клавиатуру и выполняют обширный объем предварительного расчета, результаты которого представляют в виде электронных таблиц для последовательных сегментов пути, совместно определяющих траектории движения поезда. Набор электронных таблиц, соответственных последовательности сегментов, как и режимная карта, учитывает конструктивные данные пути, установленные скорости и параметры поезда, но, кроме того, предварительно намеченную поездную обстановку.

Отличие предлагаемого варианта информационного сопровождения управления поездом состоит в наличии алгоритма обособления, как правило, автоматическом, частей программы управления и визуализации траектории, соответствующих пикетам (местам) изменения профиля пути, блок-участкам автоматической локомотивной сигнализации и станций, названных, условно для краткости, сегментами. Началам и концам последовательностей сигналов управления поездом, ограничивающих сегменты шифраторами блока 22 присваиваются коды, содержащие адреса электронных таблиц сегментных баз данных. Электронные таблицы сегментных баз данных, служащих основой сегментов, подготавливаются блоком 23 заранее по результатам тягового расчета и содержат, по крайней мере, по три вида параметров для разных режимов процесса. Например, в одном из вариантов указанных триад для режима тяги возможно сгруппировать базу данных о диапазонах значений: скорости, уклонов и токов. В том числе, возможно сопоставить цветовую гамму для семи или более градаций тока возбуждения и тока якоря. Тогда множеству позиций контроллера при их визуализации могут соответствовать цветовые сочетания. Подобным образом, могут быть сгруппированы базы данных по диапазонам давлений в резервуаре, тормозной магистрали и тормозных цилиндрах. База данных для экстренного торможения предполагает сочетание диапазонов скоростей, отметок пути и уклонов.

Учитывая, предусмотренные или случайные особенности оперативной поездной обстановки, когда необходимо пропустить поезд по пути встречного направления, бортовая библиотека должна быть дополнена базами данных на сегменты, рассчитанные по профилю соседнего пути или обратном направлении при «однопутке». Однако, базы данных могут формироваться по другим принципам адекватным удобству управления и восприятия. Подобные комплекты баз данных могут быть использованы неоднократно для других поездов, повергаясь некоторым незначительным изменениям, учитывающим техническое состояние конкретного локомотива, особенности распределения массы поезда по составу, погодные условия и ряд других. Таким образом, создаются предпосылки уменьшения быстродействия для бортовой ЭВМ 6, сосредотачивая основной объем расчетов на АРМ 1. Предлагаемый вариант разделения объема информационного сопровождения управления поездом на подготовительную и оперативную части реализован известными из прототипа и перечисленными далее блоками.

Комплект сегментных баз данных с конкретизирующими поправками введенными блоком 2 записывается через порт вывода 5 на сменный носитель 11 и затем через порт ввода 7 бортовой оперативной памяти 8 и бортовую управляющую ЭВМ 6 заносится в бортовую библиотеку сегментных баз данных процесса 16. Таким образом, каждый локомотив перед отдельной поездкой обеспечивается информацией необходимой для исполнения конкретного процесса.

Начало движения локомотива одновременно вызывает отображение информации о конкретном процессе на бортовом визуализаторе 9, используя соответствующую базу данных из бортовой библиотеки 16, введенную предварительно посредством сменного носителя 11.

Предусмотрено для оперативности восприятия машинистом обобщение пары зависимостей значений от общей третьей, считываемых баз данных, и визуализация этих многоадресных электронных таблиц в виде пространственной траектории на рельефном носителе графического построителя 9 или в виде аксонометрии на плоском экране монитора.

Очередность обновления изображений на бортовом визуализаторе 9 выполняется командами закодированными блоком 22, синхронизированными датчиком блок - участков, входящего в комплект 19.

Последовательность позиций контроллера при тяге или крана машиниста при служебном торможении закодирована блоком 22 в каждом сегменте. Соотношения тока возбуждения и тока якоря на участках траектории процесса из-за их множественности предложено визуализировать ранжированными цветовыми сочетаниями, исключая обозначение позиций символами. Символьные обозначения позиций обычно увеличивает необходимый объем машинной памяти и на носителе нечитабельны.

Указанная программой процесса последовательность положений приводов регулирования режимов, исполняется бортовой управляющей ЭВМ 6, отмечается датчиками 14 и передается в регистратор измеряемых параметров и позиций регулирования 12. 17

После поездки исполненная информация со сменного носителя 11 может быть считана как АРМом, так и бортовой оперативной памятью 8. Результаты, как сведения об опытных поездках или об исполненном процессе при оперативных его изменениях, заданных через интерфейс дистанционной оперативной связи 10, могут быть использованы для уточнения программ или для тренировки машинистов.

Накопленная информация полезна для совместной математической доработки программ на АРМ 1. Часть зарегистрированной блоком 12 и накопленной блоке 1 информации о фактических процессах может соответствовать минимальному времени относительно графика следования поезда между конечными или промежуточными станциями, то есть, ускоренному процессу или этапам. Другая часть окажется соответствующей минимальному расходу энергии при незначительном отклонении от графика движения, то есть, замедленному процессу или этапам. Их допустимо принять за граничные траектории для рекомендуемого процесса. Очевидно, в полосе между двумя граничными траекториями может размещаться как угодно фактическая или нормированная, что зависит от конкретных ситуаций и квалификации машиниста.

При очередной поездке предыдущая информация другому машинисту могла бы являться, как бы, ориентиром. Такую информацию можно использовать для тренажеров. Однако, эта информация содержит особенности индивидуальных навыков одного и сложна для повторения другим машинистом.

При комплектовании в блоке 22 конкретных последовательностей из набора сформированных блоком 23 сегментов необходима тщательная их стыковка по значениям параметров, обеспечивающая плавность управления. Сложность стыковки определяется количеством подлежащих контролю параметров. Приоритет первоочередного воздействия арифметически определяется, например, по отношению абсолютных величин одноименных параметров. Фактические отклонения от заданных значений устраняются, например, в момент стыковки сегментов, рейтинговым автокорректором отклонений от рекомендаций 17. Рейтинговый автокорректор отклонений от рекомендаций 17 логике - математическим анализом определяет первоочередность коррекции при обнаружении отклонений нескольких параметров процесса. Тем самым за счет многоканального ранжирования величин исключается скачкообразная коррекция процесса и достигается необходимые точность и быстродействие.

Объективные сведения о местоположении локомотива отмечаются бортовым датчиком трехмерных изменений профиля (гироскопом) 21 и совместно с показаниями об ускорениях, выявляемых бортовым датчиком инерции 20 и другие измерения датчиками 19 важные для процесса управления, в частности, давлений в пневмосистеме и скорости локомотива, через блоки 18 и 17, а также непосредственно, отслеживаются и учитываются бортовой управляющей ЭВМ 6.

Машинист в любой момент может включить коммутатором вида управления и варианта направления 13 сначала одну из позиций, соответствующую варианту направления, то есть, основного или встречного (четного или нечетного) движения, и затем одну из трех: автоматическая, информативная или ручная, для исполнения процесса. Избранный вариант программного сопровождения процесса начнет осуществляться в момент смены блок-участка, указанный рейтинговым автокорректором отклонений от рекомендаций 17. Обычно изменение движения по встречному (соседнему) пути движения кратковременны и вызваны особенностями оперативной поездной обстановки.

Программа управления процессом может быть представлена базами данных для двух предельных (максимальной и минимальной) и нормированной траекторий. При исполнении поездки совместное изображение на визуализаторе 9 трех траекторий процесса расширяет машинисту возможность зрительной оценки качества исполнения задания, что особенно необходимо, в случае оперативных указаний об изменениях при исправлении текущей поездной ситуации. Попутно сменный носитель 11 пригоден для подтверждения соответствия допуска к управлению лица, получившего задание на исполнение поездки, если добавить кодированные данные о машинисте. Следовательно, без ущерба для процесса бортовая ЭВМ может быть маломощной при низком быстродействии, но снабженной значительной машинной памятью.

Технический эффект полезной модели достигается повышением плавности ведения поезда за счет регулярности многоканальной автоматической коррекции процесса.

1. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда, содержащая стационарное автоматизированное рабочее место (АРМ), размещенное, например, на центральном диспетчерском пункте и имеющее преобразователь данных, блок считывания и записи данных, сменный носитель информации, имеющий возможность соединения с портами ввода-вывода системы, и закрепленные на локомотиве и соединенные с бортовой управляющей электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), имеющей оперативную память, интерфейс дистанционной оперативной связи, бортовой визуализатор, бортовые базы данных профиля пути и графика движения, блок измерителей параметров, датчики: токов, скорости и местоположения с датчиками и с корректором, регистратор измеряемых параметров и позиций регулирования тяги и торможения, блок автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, коммутатором управления на три положения (автоматическое, информационное, ручное), отличающаяся тем, что преобразователь данных ее автоматизированного рабочего места выполнен с функцией подготовки паспортов локомотива, поезда и маршрута движения, и оно дополнено соединенными с ним блоком сегментной компоновки программ последовательности режимов и трехмерной визуализации траекторий процесса и формирователем трехмерных баз данных обособленных режимов процесса, при этом локомотив дополнен бортовыми датчиками инерции (акселерометром) и трехмерных изменений профиля (гироскопом), соответственно соединенными с блоком измерителей параметров режимов, рейтинговым автокорректором отклонений от рекомендаций, электромеханическими приводами регулировки режимов, сочлененными с краном машиниста и валами контроллера, датчиками их положений, выходы которых соответственно соединены с бортовой управляющей ЭВМ, бортовые базы данных выполнены в виде многоадресной библиотеки сегментных баз данных, и она дополнена, по крайней мере, базами трехмерной визуализации обособленных режимов процесса и соединена входами и входами с бортовой управляющей ЭВМ, кроме того, бортовой визуализатор выполнен преимущественно с трансформируемым рельефным носителем информации.

2. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по п.1, отличающаяся тем, что рейтинговый корректор отклонений от рекомендаций выполнен автоматическим в виде нескольких, например, трех каналов, каждый из которых имеет по два управляемых тактовым генератором вычитателя, входы «уменьшаемых» которых объединены и соединены с входом «измеряемого» значения, вход «вычитаемого» первого из них соединен со входом «рекомендуемого» («базового»), вход «вычитаемого» второго объединен с выходом «разности» первого, и выход «разности» второго является выходом каждого канала, которые подключены к схеме ранжирования, например, по приоритету минимума, при этом вход тактового генератора соединен с датчиком смены блок-участков.

3. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по п.1, отличающаяся тем, что многоадресная библиотека сегментных баз данных снабжена уставками, например, токов ослабления поля возбуждения, токов якоря с учетом позиций и видов соединений тяговых двигателей, ступеней первой и второй служебного пневматического, электрического, экстренного торможения и базами пикетной и километровой разметок изменений профиля пути с учетом основного и встречного (четного и нечетного) движения, а также цветности и форм графики визуализации траекторий процесса.

4. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по п.1 отличающаяся тем, что коммутатор вида управления дополнен, по крайней мере, двумя позициями, в частности основного и, кроме того, встречного (четного и нечетного) движения, и выходы его подключены через ЭВМ с возможностью адресного избирания сегментных баз данных режимов процесса из бортовой библиотеки.

5. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по п.1 или 3, отличающаяся тем, что формирователь трехмерных баз данных обособленных режимов процесса снабжен шифраторами расчетных данных зависимостей электронных таблиц, например трехмерных, и команд управления бортовой библиотекой.

6. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по п.1, отличающаяся тем, что визуализатор выполнен преимущественно трансформируемым, рельефным, многоцветным, например, в виде пяти координатного рельефного графопостроителя, блок цветности которого соединен с выходом бортовой управляющей ЭВМ.

7. Система автоматизированного управления процессом ведения поезда по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что блок сегментной комплектации программ последовательности режимов и трехмерной визуализации траекторий процесса снабжен схемой адресации пикетов пути и сегментов процесса.



 

Похожие патенты:

Система дистанционного непрерывного мониторинга физиологических параметров человека относится к медицинской технике, а именно к устройствам длительного мониторинга физиологических параметров, прежде всего ЭКГ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использована для более эффективной работы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и электротехники, в частности к автономным системам электроснабжения трехфазным переменным током, использующим энергию ветра

Изобретение относится к сфере компьютерных технологий и может быть использовано для создания у наблюдателя эффекта погружения в виртуальное трехмерное пространство, наблюдаемое на экране монитора, дисплея или иных устройствах отображения информации

Техническим результатом является расширение функциональной возможности устройства за счет измерения плотности по глубине и массы жидкости
Наверх