Система управления пассажирским тепловозом с подсистемой автоведения для микропроцессорных систем управления пассажирскими тепловозами
Полезная модель предназначена для применения на железнодорожном транспорте в качестве средство автоматизированного управления пассажирскими тепловозами с микропроцессорными системами управления. Система управления пассажирским тепловозом содержит средство измерения фактической скорости. Имеется средство контроля достижения допустимой скорости, блок управления дизель-генераторной установкой выполнен с входами, предназначенными для приема информации о параметрах работы дизель-генераторной установки. Выходы блока управления дизель-генераторной установкой связаны с электрической и пневматической схемам управления тепловоза. В системе содержится блок индикации для вывода визуальной информации, блок формирования речевых сообщений, клавиатуру. Введено устройство автоведения, состоящее из вычислительного блока, к которому непосредственно подключены: устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания. Последний включается от устройства включения и предназначен для обеспечения энергией всех устройств системы. К блоку регистрации подключены два блока сопряжения. Один связан с блоком управления дизель-генераторной установкой, а другой - со средством контроля достижения допустимой скорости, которое дополнительно выполнено с возможностью приема информации о поездной обстановке Технический результат заключается в реализации постоянного контроля над работой дизель-генераторной установкой и вспомогательным оборудованием тепловоза, с обеспечением повышения точности выполнения графика движения, снижении расхода дизельного топлива на тягу пассажирского поезда, снижения расхода тормозных колодок.
Полезная модель предназначена для применения на железнодорожном транспорте в качестве средство автоматизированного управления пассажирскими тепловозами с микропроцессорными системами управления.
Известна микропроцессорная система управления МСУ предназначенная для эксплуатации на пассажирских тепловозах ТЭП70БС. Микропроцессорная система управления тепловоза содержит блок центрального процессора к входам которого подключены аналоговый измерительный блок параметров работы дизель-генераторной установки, блок входных дискретных сигналов соединенных с дизель-генераторной установкой и цепями управления тепловоза, аналоговый измерительный блок тока и напряжения тяговой и вспомогательной генераторной установки, блок защиты от боксования и юза, блок защиты от короткого замыкания и перенапряжений, пульт управления тепловозом, соединенный через блок связи с блоком центрального вычислителя, блок центрального вычислителя через соответствующие блоки сопряжения соединен с блоками управления контакторами, реле и с блоком индикации (ВНИКТИ. Техническое описание: Микропроцессорные системы МСУ-ТЭ, МСУ-Т, МСУ-ТП, тепловозов ТЭП70БС, ТЭП70У и 2ТЭ70, микропроцессорных систем УСТА тепловозов 2ТЭ10М(У)К, Разработчик ВНИКТИ. г.Коломна, 2006. - 118с., http://www.twirpx.com/file/707667/).
Микропроцессорная система управления тепловозом МСУ обеспечивает управление дизель-генераторной установкой, защиту энергетической установки и тяговых двигателей от перегрузки, короткого замыкания, боксования и юза, управление вспомогательными машинами, прием команд от машиниста и помощника машиниста.
Основным недостатком вышеуказанной микропроцессорной системы управления является то, что она не реализует автоматизированного управления движением пассажирского тепловоза.
Прототипом заявляемого устройства в части выполняемых функций является система автоматизированного управления движением поезда с тепловозной тягой, содержащая вычислительный блок, к первому и второму входам которого подключены блок памяти и через первый блок сопряжения - блок измерения текущей скорости движения поезда и координат пути, первый выход вычислительного блока подключен через второй блок сопряжения к блоку индикации, второй выход вычислительного блока подключен через дешифратор к блоку управления тягой и блоку управления тормозом, выходы которых связаны с цепями управления, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок оценки технического состояния тормозных средств тепловоза, блок измерения параметров работы дизель-генераторной установки тепловоза, входы которого подключены к датчикам, установленным в дизель-генераторной установке, связанной с цепями управления, выход блока измерения параметров работы дизель-генераторной установки тепловоза соединен через третий блок сопряжения с третьим входом вычислительного блока, блок оценки технического состояния тормозных средств тепловоза своими выходами связан с цепями управления, а его выход через четвертый блок сопряжения подключен к четвертому входу вычислительного блока, к выходу которого подключен блок регистрации (патент на полезную модель RU83221 Ul, B60L 15/40, опубликовано: 27.05.2009).
Система автоматизированного управления движением поезда с тепловозной тягой обеспечивает автоматизированное управление тепловозом.
Недостатками вышеуказанной системы автоматизированного управления движением поезда с тепловозной тягой является то, что при автоматизированном управлении движением поезда не учитывается отбор мощности дизель-генераторной установки на энергоснабжение вагонов пассажирского поезда, что не позволяет использовать аппаратную часть и алгоритм работы прототипа для автоматизированного энергоэффективного ведения пассажирского поезда;
Технический результат заключается в реализации постоянного контроля над работой дизель-генераторной установкой и вспомогательным оборудованием тепловоза путем учета энергопотребления пассажирского поезда и использовать эту величину в управлении дизель-генераторной установкой для выработки оптимального алгоритма автоматизированного энергоэффективного ведения пассажирского поезда.
Проблема достижения указанного технического результата решается путем объединения системы управления и подсистемы автоведения, которая предназначена для обеспечения автоматизированного управления режимами тяги и электропневматического торможения и позволяет с высокой точностью выполнить график движения при обеспечении оптимального расхода электроэнергии на тягу поездов Щясик Михаил Соломонович. Энергооптимальная система автоведения электровозов, адаптированная к условиям движения: Дис
. канд. техн. наук: 05.22.07: Москва, 2003 101 с. РГБ ОД, 61:04-5/65-4). Помимо достижения данного технического результата такое объединение позволяет осуществлять диагностику дизель-генераторной установки, в том числе с определением мгновенного значения сопротивления изоляции низковольтных и высоковольтных цепей тепловоза, использовать аппаратные средства для реализации дополнительных возможностей по автоматическому прогреву дизеля в момент ожидания работы зимой, применить более надежные средства по управлению тормозами пассажирского поезда, отвечающих требованиям безопасности.
Технический результат достигается тем, что реализована система управления пассажирским тепловозом, содержащая средство измерения фактической скорости, выход которого подключен к блоку управления дизель-генераторной установкой, средству контроля достижения допустимой скорости, блок управления дизель-генераторной установкой выполнен с входами, предназначенными для приема информации о параметрах работы дизель-генераторной установки, передаваемых датчиками уровня топлива, давления, температуры воды, масла, топлива, индуктивными датчиками перемещения реек топливных насосов, регулятором числа оборотов дизеля, датчиками оборотов коленчатого вала дизеля и турбокомпрессоров, информации от датчиков тока и напряжения тягового, вспомогательного генераторов и тяговых двигателей, сигналов положения рукоятки контроллера машиниста и тумблеров управления тепловозом, информации о достижении допустимой скорости движения, а выходы блока управления дизель-генераторной установкой связаны с электрической и пневматической схемам управления тепловоза, информации о положении рукоятки тормозного крана машиниста, выход которой, подключен к тормозной системе тепловоза, блок индикации для вывода визуальной информации, блок формирования речевых сообщений, клавиатуру, устройство автоведения, состоящее из вычислительного блока, к которому непосредственно подключены: устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, включаемый от устройства включения и предназначенный для обеспечения энергией всех устройств системы, кассету регистрации, которая подключена к блоку регистрации, входы которого подключены к блоку вычислителя, при этом к последнему подключены два блока сопряжения, один из которых связан с блоком управления дизель-генераторной установкой, а другой - со средством контроля достижения допустимой скорости, которое дополнительно выполнено с возможностью приема информации о поездной обстановке
Отличие заявленной системы от прототипа заключается в том, что она включает в себя устройство автоведения, состоящее из вычислительного блока, к которому непосредственно подключены: устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, включаемый от устройства включения и предназначенный для обеспечения энергией всех устройств системы, блок регистрации, при этом к вычислительному блоку подключены два блока сопряжения, один из которых связан с блоком управления дизель-генераторной установкой, а другой - со средством контроля достижения допустимой скорости, которое дополнительно выполнено с возможностью приема информации о поездной обстановке.
Таким образом, в микропроцессорную систему управления пассажирским тепловозом, введена подсистема автоведения, что обеспечивает достижение указанных выше результатов.
На чертеже представлена структурная схема заявленного устройства.
Система управления тепловозом включает в себя блок управления 13 дизель-генераторной установкой и тяговым приводом 3, к блоку 13 подключены система безопасности движения 1, контролирующая допустимую скорость движения и действия машиниста, средство измерения фактической скорости движения 5, которое также подключено к системе 1, блок индикации 6, предназначенный для вывода визуальной информации, блок клавиатуры 7, предназначенный для ввода информации, блок речевых сообщений 8, предназначенный для вывода звуковой информации, кран машиниста 10 с пневматическим модулем торможения и отпуска тормозов 9, подключенных к тормозной сети поезда 2 для управления тормозами, контроллер машиниста 11, для задания режимов работы дизель-генераторной установки и тепловоза в целом, средства измерения давления, температуры, уровня, числа оборотов 12. Интегрированная подсистема автоведения 14, состоит из блока вычислителя 19, к которому непосредственно подключены устройство памяти 22, тактовый генератор 21, источник питания 20, источник питания обеспечивает энергией все устройства подсистемы автоведения, устройства сопряжения 15 и 16 подключены к блоку вычислителя 19, к устройству сопряжения 16 подключен блок управления 13, на вход которого подается информация вся информация о работе дизель-генераторной установки и всего тепловоза, кроме того через него осуществляется передача информации для управления тепловозом и отображения на блоке индикации 6, блок вычислителя 19 через устройство сопряжения 15 подключено к системе безопасности тепловоза, для приема информации о поездной обстановке, блок вычислителя 19 подключен к блоку регистрации 18, который подключен к кассете регистрации 17.
Устройство способно реализовывать два режима работы: - режим автоматизированного управления тепловозом и режим советчика. В режиме советчика подсистема не выдает управляющих воздействий, а только сообщает машинисту о рекомендуемой скорости и режиме движения через блок индикации 6.
Рассмотренные ниже принципы работы относятся к автоматизированному режиму управления тепловозом.
Режим тяги. Для включения системы необходимо включить источник питания 20, тем самым обеспечив питание всем ее устройствам. Перед отправлением машинист вводит с помощью блока клавиатуры 7, в блок памяти 22 информацию о предстоящей поездки, номер поезда, количество вагонов, наличие временных ограничений скорости. Далее для приведения пассажирского тепловоза в движение машинист с помощью блока клавиатуры 7 выдает команду на запуск режима автоведения, которая подается в вычислительный блок 19. При этом из блока памяти 22 переписывается в вычислительный блок 19 информация о времени хода по расписанию, информация о профиле пути, расположения путевых объектов, а из блока 21 текущее астрономическое время. Вычислительный блок 19 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 дизельного топлива на тягу. При трогании тепловоза с места фактическая скорость, поступающая от средства измерения скорости 5 на блок вычислителя 19, равна нулю, поэтому блок вычислителя формирует команду на начало плавного старта. При плавном старте команды блока вычислителя 19 передаются блоку управления тягой и электрическим тормозом (то есть дизель-генераторной установкой) 13, системы управления 4, через блок согласования 16, блок управления в свою очередь выдает управляющие воздействия на дизель-генераторную установку тепловоза и его электрическую схему 3, после этого ток и напряжение двигателей начинают плавно увеличиваться от минимального до максимального значения, при этом поезд начинает плавно трогаться с места. Минимальное значение тока старта определяется блоком вычислителя 19 на основании информации о профиле пути и количества вагонов, которая хранится в блоке памяти 22, максимальное значение тока устанавливается машинистом. Значение реального тока поступает блоку вычислителя 19 от средств измерения тока 12 двигателей через блок 13 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 5 формируется сигнал о фактической скорости движения и поступает на блок вычислителя 19, через устройство сопряжения 16. В вычислительном блоке 19 сигнал о фактической скорости движения сравнивается с расчетным значением скорости движения. До тех пор пока расчетная скорость движения больше вычислительный блок 19 вырабатывает команду блоку 13 на дальнейшее увеличение оборотов дизеля и соответствующего увеличения напряжения на двигателях. При этом реальное значение напряжения на тяговых двигателей контролируется по сигналу со средства измерения напряжения 12 тяговых двигателей, через блок 13 и устройство сопряжения 16. Формирование команд на увеличение оборотов дизеля и как следствие на увеличение скорости движения, 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 13 на отключение тяги, и поезд переходит в режиме выбега.
На вход блока вычислителя 19 поступает информация от системы безопасности 1, через устройство сопряжения 15, о поездной обстановке. В случае появления сигнала, требующего снижения скорости, блок вычислителя 19 формирует команду блоку 13 на отключение тяги, и при необходимости выдает команду на торможение блоку 13.
Если в процессе автоматизированого ведения от блока управления 13 появится сигнал о срабатывании любой защиты, то подсистема автоведения отключает режим тяги или 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 19 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 13, блок 13 управляет пневматическим модулем торможения и отпуска 9, а он в свою очередь воздействует на тормозную систему поезда 2. Значение давления в тормозных цилиндрах контролируется с помощью системы безопасности 1 и через устройство сопряжения 15 поступает в блок вычислителя 19. Вычислительный блок корректирует значение тормозной силы, с помощью выдачи управляющих команд блоку 13, таким образом, чтобы фактическая скорость совпадала с расчетной скоростью. При совпадении фактической или расчетной скорости подсистема автоведения формирует команду на отпуск тормозов блоку 13, при этом блок 13 управляет пневматическим модулем торможения и отпуска тормозов 9, которое в свою очередь воздействуют на тормозную сеть поезда 2. Контроль над давлением отпуска происходит с помощью системы безопасности 1.
В любом из рассмотренных режимов машинист может вмешаться в процесс автоматизированного ведения поезда с помощью контроллера машиниста 11, крана машиниста 10, при этом система выходит из режима автоматизированного режима ведения в режим советчика.
Для записи расхода дизельного топлива, а также информации о давлении в тормозной сети тепловоза и поезда, о параметрах работы дизель-генераторной установки, о режимах работы силового и вспомогательного оборудования, о состоянии и режиме работы системы безопасности в подсистеме автоведения существует блок регистрации 18 и кассета регистрации 17. На кассету регистрации 17 происходит запись всех параметров движения и автоведения с помощью блока регистрации 18.
Таким образом, устройство автоведения интегрируется в систему управления пассажирского тепловоза, тем самым обеспечивается автоматизация управления движением пассажирского поезда, включая пуск и разгон поезда с места с контролем допустимого тока генераторной установки и тока тяговых двигателей, расчет в реальном времени энергооптимального режима ведения поезда на перегонах в зависимости от реальной поездной обстановки на участке и автоматическую реализацию этого режима, торможение при выполнении ограничений скорости перед препятствием, точное торможение под сигналы, требующие снижения скорости (белый, желтый, красно - желтый сигналы локомотивного светофора) как электропневматическим, электрическим, так и пневматическими тормозами тепловоза и поезда, выполнения полного торможения для остановки у светофора с запрещающем показанием без нарушений правил и инструкций управления тормозами, а также отображение о текущей и оптимальной динамике движения пассажирского поезда, как в режиме автоматизированного управления так и в режиме подсказки.
Применение предлагаемой полезной модели безопасности движения, в снижении психофизической нагрузки машиниста пассажирского поезда, высвобождения штата помощников машиниста, ускорение обучения молодых машинистов навыкам вождения пассажирских поездов.
Система управления пассажирским тепловозом, содержащая средство измерения фактической скорости, выход которого подключен к блоку управления дизель-генераторной установкой, средству контроля достижения допустимой скорости, блок управления дизель-генераторной установкой выполнен с входами, предназначенными для приема информации о параметрах работы дизель-генераторной установки, передаваемых датчиками уровня топлива, давления, температуры воды, масла, топлива, индуктивными датчиками перемещения реек топливных насосов, регулятором числа оборотов дизеля, датчиками оборотов коленчатого вала дизеля и турбокомпрессоров, информации от датчиков тока и напряжения тягового, вспомогательного генераторов и тяговых двигателей, сигналов положения рукоятки контроллера машиниста и тумблеров управления тепловозом, информации о достижении допустимой скорости движения, а выходы блока управления дизель-генераторной установкой связаны с электрической и пневматической схемами управления тепловоза, информации о положении рукоятки тормозного крана машиниста, выход которой подключен к тормозной системе тепловоза, блок индикации для вывода визуальной информации, блок формирования речевых сообщений, клавиатуру, блоки сопряжения, отличающаяся тем, что включает в себя устройство автоведения, состоящее из вычислительного блока, к которому непосредственно подключены: устройство памяти, устройство генерации тактовых импульсов, источник питания, включаемый от устройства включения и предназначенный для обеспечения энергией всех устройств системы, блок регистрации, при этом к вычислительному блоку подключены два блока сопряжения, один из которых связан с блоком управления дизель-генераторной установкой, а другой - со средством контроля достижения допустимой скорости, которое дополнительно выполнено с возможностью приема информации о поездной обстановке.
