Система управления движением электроподвижного состава

Полезная модель относится к области управляющих систем и может быть использована для автоматизированного управления движением пассажирского электропоезда, в частности, в метрополитенах. Технический результат - повышение надежности функционирования системы и безопасности пассажиров. Система управления движением электроподвижного состава содержит размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда (1), поездной радиомодем (2), соединенный со станционным радиомодем (3), диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов (4), размещенные на перегонах и станциях пассивные программируемые радиометки (5.15.n), размещенные в головном вагоне приемопередатчик (6) и вагонный контроллер (7) приемопередатчика (6) и поездного радиомодема (2), блок хранения информации о текущем графике движения поезда (8), размещенные на станциях проводной канал (9) и станционный контроллер (10), при этом приемопередатчик (6) имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой (5.i) при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером (7), второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом (2), третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда (8), а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда (1), причем второй вход-выход станционного радиомодема (3) соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов (4) через последовательно соединенные проводной канал (9) и станционный контроллер (10). 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области управляющих систем и может быть использована для автоматизированного управления движением пассажирского электропоезда, в частности, в метрополитенах.

Разработка и создание новых систем управления с высокой степенью автоматизации направлены на уменьшение затрат по их техническому обслуживанию, а также на уменьшение влияния человеческого фактора и этим повышение безопасности при эксплуатации. Этому способствует внедрение RFID-технологии с применением соответствующих программно-аппаратных средств.

Известен бортовой информационно-управляющий комплекс высокоскоростного поезда, который содержит четыре информационно-управляющие системы, каждая из которых содержит антенну спутниковой навигационной системы, приемник спутниковой навигационной системы, бортовую цифровую вычислительную машину, долговременное запоминающее устройство, трехосный акселерометр, адаптер последовательных интерфейсов, адаптер магистральных каналов информационного обмена, блок ввода-вывода, системную интерфейсную магистраль, устройство контроля исправности системы, реле отключения магистрального канала информационного обмена с системой управления движением (RU 2238208, B61L 3/00, B61L 27/00, опубл. 20.10.2004). Данный комплекс обеспечивает различные режимы управления поездом, в том числе - автоведения, и определенный уровень безопасности движения поезда.

Однако этот комплекс обладает значительной избыточностью.

Известна система управления движением электропоезда, которая предназначена для автоматизации управления движением электропоезда (RU 2213669, B60L 15/40, B61L 3/20, 10.10.2003). Система содержит датчик пути и скорости, блок определения скорости, датчик давления, пульт управления, вычислительный блок, блок индикации, блок памяти, блоки управления режимом тяги и торможения, контроллер, два дешифратора, три блока сопряжения, блок речевого информатора, генератор временных меток, блок определения текущего времени. Устройство обеспечивает автоматизированное управление движением электропоезда, включая пуск и разгон, с выбором режима ведения поезда, в зависимости от сигналов, требующих снижения скорости (желтый, красно-желтый, красный).

Недостатком этой системы является недостаточная надежность и невозможность автоматического управления дверьми вагонов и временем стоянки.

Известно комплексное локомотивное устройство безопасности (RU 2248899, B61L 25/04, опубл. 27.03.2005) и устройство контроля за управлением локомотивом и бдительностью машиниста (RU 2262459, B61L 25/04, опубл. 20.10.2005), которые представляют собой открытые системы реального времени с модульной архитектурой, блоки которых соединены кабелем системного CAN-интерфейса, ответственные блоки имеют двухканальное исполнение.

Недостатком вышеназванных устройств является недостаточная степень надежности в условиях метрополитена. Аппаратура поездов метрополитена должна обеспечивать движение поезда с заданной скоростью на каждом участке пути, остановку поезда на станции с необходимой точностью, особенно на платформах закрытого типа, а также открытие и закрытие дверей на станции с заданной стороны: правой или левой.

Известна система управления движением электроподвижного состава (RU 2249525, B61L 27/00, G05B 13/00, опубл. 10.04.2005), которая содержит два контура управления - автоматический и ручной. Автоматический контур включает в себя два бортовых контроллера, первое устройство отображения информации, датчики скорости движения, датчики положения, последовательные интерфейсы, контроллеры двигателей. В ручной контур входят панель управления с управляющими выходами, последовательный интерфейс и второе устройство отображения информации. Управляющие сигналы на тяговый привод по последовательному интерфейсу поступают в контроллеры двигателей, что обеспечивает гибкое и экономичное управление тягой и торможением.

Недостатком системы является невозможность использования ее для электропоездов метрополитена, в частности, по функциям превышения допустимой скорости и открытия дверей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является система управления движением электроподвижного состава поезда (RU 2326016, B61L 27/00, опубл. 31.07.2006), которая содержит размещенные в головном и хвостовом вагонах блоки, объединяющие в себе датчики скорости и пути, датчики коррекции пути, катушки индуктивного канала, антенну с блоком радиосвязи, блок терминала машиниста, блок управления электропневмоклапаном, бортовые компьютеры, блоки релейной коммутации, последовательные интерфейсы, а также блоки релейной коммутации вагонов, блоки вагонных контроллеров и контроллеры двигателей вагонов.

Недостатком этой системы является сложность бортовых устройств и недостаточная надежность работы в автоматическом режиме, обусловленная зависимостью от состояния радиоканала связи со станционными устройствами. Кроме того, использование колесной пары вагона в качестве датчика пройденного пути с коррекцией только в зоне остановки первого вагона на станции приводит к накоплению существенных погрешностей на отрезках пути следования поезда между остановками. Эти погрешности обусловлены проскальзыванием поверхностей катания колес тележки в кривых, изменением радиуса колеса из-за конусности поверхностей катания и наличием зазора между ребордами колес колесной пары.

Задача полезной модели - повышение надежности функционирования системы и безопасности пассажиров.

Технический результат достигается тем, что система управления движением электроподвижного состава, содержащая размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда, поездной радиомодем, соединенный со станционным радиомодемом, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов, дополнительно содержит пассивные программируемые радиометки, размещенные на перегонах и станциях, размещенные в головном вагоне приемопередатчик и вагонный контроллер приемопередатчика и поездного радиомодема, блок хранения информации о текущем графике движения поезда, размещенные на станциях оборота проводной канал и станционный контроллер, при этом приемопередатчик имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой и соединен с вагонным контроллером, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда, причем второй вход-выход станционного радиомодема соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов через последовательно соединенные проводной канал и станционный контроллер.

В системе управления движением электроподвижного состава пассивные программируемые радиометки установлены на стенах тоннелей и под платформами.

Технический результат достигается за счет обеспечения точной и однозначной привязки системы с помощью пассивных программируемых радиометок к точкам пути по всему маршруту следования поезда, с занесением в пассивные программируемые радиометки информации, необходимой для автоматического управления режимами разгона, отключения двигателей, торможения поезда на станциях и перегонах, остановок поезда в требуемых точках с требуемой точностью, автоматического открытия дверей с требуемой стороны и последующего закрытия спустя записанное в памяти пассивной программируемой радиометки нормативное время для конкретной станции. Благодаря многократному съему информации с каждой пассивной программируемой радиометки приемопередатчиком, установленным на головном вагоне поезда, исключается ошибочное принятие решения бортовыми устройствами системы о несанкционированном открытии дверей, и исключаются ошибки в выборе стороны открытия дверей. Также, благодаря записи в памяти пассивных программируемых радиометок команд по автоматическому управлению всеми поездами, нет необходимости в сложных вагонных устройствах, выполняющих эти функции, что упрощает вагонную часть системы. Пассивные программируемые радиометки активируются за счет энергии излучения приемопередатчика, благодаря чему не требуют дополнительного источника электропитания и поэтому являются необслуживаемыми. Кроме того, благодаря малому весу (несколько десятков граммов) они допускают малозатратную установку в расчетных точках на стенах тоннелей и под платформами методом клеевой технологии.

Кроме того, повышению надежности работы системы существенно способствует введение в ее состав блока хранения информации о графике движения поезда. Эта информация передается на головной вагон из диспетчерского центра управления и контроля за движением поездов метрополитена на станциях оборота поезда через канал связи, для повышения надежности которого в станционную часть системы введены проводная линия и станционный контроллер, включенные между станционным радиомодемом и каналом связи с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов. Благодаря такому построению сопряжения вагонной части системы с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов вагонный и станционный радиомодемы размещены под кузовом вагона и под платформой и находятся на близком расстоянии друг от друга (около 2-5 м в статическом состоянии), имеют незначительные мощности излучения, не выходящие за допустимые уровни безопасности для пассажиров, а также полностью защищены от влияния многочисленных электромагнитных помех, обусловленных работой электротяговых средств и вагонного оборудования, с помощью помехоустойчивого кодирования информации в радиопроводном тракте от вагона до станционного контроллера.

На чертеже представлена блок-схема системы.

Система управления движением электроподвижного состава содержит размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда 1 (в нем размещены бортовые компьютеры, датчики скорости и пройденного пути, блок терминала машиниста, блок управления двигателями моторных вагонов, двигатели моторных вагонов, блок управления тормозными устройствами всех вагонов, тормозные устройствами всех вагонов, блок управления открыванием/закрыванием дверей всех вагонов), поездной радиомодем 2, соединенный со станционным радиомодем 3, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов 4, размещенные на перегонах и станциях в расчетных n точках пассивные программируемые радиометки 5.15.n, где i=1, 2,, n, размещенные в головном вагоне приемопередатчик 6 и вагонный контроллер 7 приемопередатчика 6 и поездного радиомодема 2, блок хранения информации о текущем графике движения поезда 8, размещенные на станциях проводной канал 9 и станционный контроллер 10, при этом приемопередатчик 6 имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой 5.i при прохождении вагона вблизи пассивной программируемой радиометки и соединен с вагонным контроллером 7, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом 2, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда 8, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда 1, причем второй вход-выход станционного радиомодема 3 соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов 4 через последовательно соединенные проводной канал 9 и станционный контроллер 10.

Пассивные программируемые радиометки 5 подразделяются по назначению инсталлируемых в них программ следующим образом.

- Включающие электродвигатели поезда с различными режимами тяги (радиометки Х2 и Х3) в расчетных точках пути, при этом тяга в режиме Х3 больше по сравнению с Х2.

- Отключающие электродвигатели (радиометки ОД) в расчетных точках пути.

- Подтормаживающие поезд (радиометки ТП) в расчетных точках пути.

- Обеспечивающие первую ступень торможения перед остановкой на станции (радиометки СТ1), устанавливаются на входе на станцию.

- Обеспечивающие вторую ступень торможения перед остановкой на станции (радиометки СТ2), устанавливаются за 15-20 м до знака «Остановка первого вагона».

- Несущие информацию о параметрах стоянки и начала движения после стоянки (радиометки ОПВ - остановка первого вагона), устанавливаются в створе со знаком «Остановка первого вагона». Программируемая в этих радиометках информация содержит сведения о стороне открытия дверей, усредненном времени открытого состояния дверей для входа и выхода пассажиров, предпочтительном режиме включения электродвигателей (Х2 или Х3) и времени их включенного состояния для разгона при отправлении поезда с данной станции.

Работа пассивных программируемых радиометок 5, т.е. не содержащих автономного источника питания, осуществляется за счет их «накачивания» энергией от приемопередатчика 6. С помощью полученной энергии пассивная программируемая радиометка 5 устанавливает двухстороннюю связь с приемопередатчиком 6 и передает на головной вагон содержащуюся в ее памяти информацию.

Станционные радиомодемы 3 устанавливаются в створе со знаком «Остановка первого вагона».

Пассивные программируемые радиометки 5 и станционные радиомодемы 3 закрепляются в расчетных точках пути на стенах тоннелей и под платформами методом клеевой технологии.

Работа системы осуществляется следующим образом.

При прибытии на станцию оборота из депо под управлением машиниста в заданное время согласно расписания в момент вхождения головного вагона поезда в зону взаимной радиовидимости поездного 2 и станционного 3 радиомодемов вагонный контроллер 7 посылает запрос диспетчерскому центру управления и контроля за движением поездов 4 через проводной канал 9 и станционный контроллер 10 на нитку графика. В ответ на этот запрос диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов 4 передает в обратном направлении информацию о нитке графика движения данного поезда с указанием расчетного времени отправления со всех станций пути его следования, одновременно осуществляется синхронизация часов диспетчерского центра управления и контроля за движением поездов 4 с часами в вагонном контроллере 7. Полученная о нитке графика информация запоминается в блоке хранения информации о текущем графике движения поезда 8.

Далее поезд останавливается машинистом в зоне пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ (кабина машиниста головного вагона должна находиться в створе со знаком «Остановка первого вагона») для посадки пассажиров. При вхождении в зону радиовидимости пассивной программируемой радиометки ОПВ приемопередатчик 6 принимает записанную в этой радиометке информацию о стороне открытия дверей, времени открытого их состояния для посадки пассажиров, режиме включения электродвигателей (Х2 или Х3) и времени их включенного состояния для разгона при отправлении поезда с данной станции.

При полной остановке поезда (момент, когда скорость станет равной нулю, определяет блок 1) вагонный контроллер 7 вычисляет время открытого состояния дверей, сравнивая полученную от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ информацию с временем отправления поезда, заданным ниткой графика. В результате сравнения возможно несколько исходов. Так, если окончание интервала времени, полученного от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ, совпадает с временем отправления поезда, заданным ниткой графика, то двери открываются на время, полученное от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ. При этом время открытого состояния дверей включает в себя процесс их открытия и закрытия, примерно 2-3 с. Если окончание интервала времени, полученного от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ, отстает от времени отправления поезда, заданного ниткой графика, то вагонный контроллер 7 увеличивает время открытого состояния дверей на интервал, равный времени отставания. Если же окончание интервала времени, полученного от пассивной программируемой радиометки 5 ОПВ, опережает время отправления поезда, заданного ниткой графика, то вагонный контроллер 7 уменьшает время открытого состояния дверей на интервал, равный времени опережения, но только до определенных пределов, обеспечивающих вход-выход пассажиров.

По истечении расчетного времени вагонный контролер 7 выдает блоку управления исполнительными устройствами 1 команду на закрытие дверей вагонов поезда. Проверив, что все двери фактически закрылись, блок управления исполнительными устройствами 1 вырабатывает сигнал вагонному контроллеру 7. При получении этого сигнала вагонный контролер 7 сравнивает момент времени поступления сигнала с временем отправления поезда по нитке графика, т.к. возможна задержка закрытия дверей пассажирами. На основании результатов сравнения вагонный контроллер 7 принимает решение о режиме включения двигателей (Х2 или Х3) и времени их включенного состояния для разгона поезда и передает эту информацию в блок управления исполнительными устройствами 1. По истечении расчетного времени двигатели поезда отключаются. Если по каким-то причинам сигнал на отключение двигателей не поступил, находящаяся в расчетной точке пути пассивная программируемая радиометка 5 ОД даст дополнительный сигнал на отключение, повышая надежность операции «отключение двигателей». В зависимости от плана и профиля пути на перегоне могут быть установлены пассивные программируемые радиометки 5 ТП (подтормаживание), содержащие информацию о степени и длительности торможения, пассивные программируемые радиометки 5 Х2 или Х3, обеспечивающие повторное включение электродвигателей и время их подключения, и пассивные программируемые радиометки 5 ОД, устанавливаемые на расчетном расстоянии от Х2 или Х3 для надежного отключения электродвигателей. При въезде поезда на станцию устанавливается пассивная программируемая радиометка 5 СТ1, содержащая программу первой ступени прицельного торможения, а при приближении поезда к зоне ОПВ (за 15-20 м до ОПВ) устанавливается пассивная программируемая радиометка 5 СТ1, содержащая программу второй ступени прицельного торможения, которая обеспечивает остановку поезда строго в заданной точке в створе со знаком «Остановка первого вагона». Содержание информации пассивных программируемых радиометок 5 ОД, ТП, Х2, Х3, СТ1, СТ2 принимается на вагоне с помощью приемопередатчика 6, декодируется вагонным контроллером 7 и передается блоку управления исполнительными устройствами 1 на исполнение, обеспечивая автоматическое управление движением поезда от одной станции до другой. При этом в случае необходимости вагонный контроллер 7 имеет возможность корректировать время включенного состояния электродвигателей при повторных их включениях на перегоне с целью более эффективного вхождения поезда в нитку графика.

Дальнейшее движение поезда от одной станции к другой осуществляется по изложенному выше алгоритму.

По прибытию на противоположную станцию оборота после выхода пассажиров поезд должен зайти в тупик. Движение в тупик осуществляется автоматически аналогично движению от одной станции к другой (начало движения со станции полностью совпадает с началом движения с любой станции, затем по пассивной программируемой радиометке 5 ОД, относящейся к тупику, электродвигатели отключаются, далее прицельное торможение вплоть до остановки в заданной точке выполняется по тупиковым пассивным программируемым радиометкам 5 СТ1 и СТ2). В тупике головной вагон становится хвостовым, а хвостовой - головным. Машинист переходит в вагон, ставший головным, и активирует систему управления движением. При этом приемопередатчик 6 головного вагона, находясь в зоне радиовидимости пассивной программируемой радиометки 5 Х2 или Х3 (в зависимости от протяженности путей тупика), получает информацию о требуемом режиме тяги. Как только маневровый светофор, стоящий на выходе их тупика, откроется на разрешающее показание, машинист дает согласие на движение нажатием кнопки, блок управления исполнительными устройствами 1, имея на входе от вагонного контроллера принятый режим тяги, включает электродвигатели, и поезд разгоняется для выхода из тупика. Отключение электродвигателей выполняется по команде пассивной программируемой радиометки 5 ОД, установленной на выходе из тупика. Выход поезда на станцию и остановка в заданном месте осуществляется по станционным пассивным программируемым радиометкам 5 СТ1 и СТ2, обеспечивающим прицельное торможение поезда.

Еще до полной остановки поезда в момент вхождения головного вагона поезда в зону взаимной радиовидимости поездного 2 и станционного 3 радиомодемов вагонный контроллер 7 вновь посылает запрос диспетчерскому центру управления и контроля за движением поездов 4 через проводной канал 9 и станционный контроллер 10 на новую нитку графика. В ответ на этот запрос диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов 4 передает в обратном направлении информацию о нитке графика движения данного поезда с указанием расчетного времени отправления со всех станций пути его следования, одновременно вновь осуществляется синхронизация часов диспетчерского центра управления и контроля за движением поездов 4 с часами в вагонном контроллере 7. Полученная о нитке графика информация также запоминается в блоке хранения информации о текущем графике движения поезда 8.

Далее цикл повторяется.

Если по какой-либо причине загрузка нитки графика на станции оборота не состоялась, автоматическое управление поездом осуществляется по данным, написанным в пассивных программируемых радиометках 5: время открытого состояния дверей, режим тяги Х2 или Х3, время включенного состояния двигателей. При этом отправление поезда со станции оборота машинист может корректировать по имеющемуся у него расписанию.

Система позволяет диспетчеру изменить нитку графика в случае необходимости не только на станциях оборота, но и на любой из промежуточных станций, используя описанную выше радиомодемную связь.

Заявляемая система управления движением электроподвижного состава успешно прошла отладочные испытания в Санкт-Петербургском метрополитене.

1. Система управления движением электроподвижного состава, содержащая размещенный в головном вагоне блок управления исполнительными элементами поезда, поездной радиомодем, соединенный со станционным радиомодемом, диспетчерский центр управления и контроля за движением поездов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пассивные программируемые радиометки, размещенные на перегонах и станциях, размещенные в головном вагоне приемопередатчик и вагонный контроллер приемопередатчика и поездного радиомодема, блок хранения информации о текущем графике движения поезда, размещенные на станциях оборота проводной канал и станционный контроллер, при этом приемопередатчик имеет двустороннюю радиосвязь с каждой пассивной программируемой радиометкой и соединен с вагонным контроллером, второй вход-выход которого соединен с поездным радиомодемом, третий вход-выход соединен с блоком хранения информации о текущем графике движения поезда, а четвертый вход-выход соединен с блоком управления исполнительными элементами поезда, причем второй вход-выход станционного радиомодема соединен с диспетчерским центром управления и контроля за движением поездов через последовательно соединенные проводной канал и станционный контроллер.

2. Система управления движением электроподвижного состава по п.1, отличающаяся тем, что пассивные программируемые радиометки установлены на стенах тоннелей и под платформами.