Устройство компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс

Устройство компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам автоматики и телемеханики, обеспечивающим управление скоростью скатывания отцепов с помощью замедлителей при расформировании-формировании составов на автоматизированных сортировочных горках. Устройство выполнено с возможностью анализа влияния климатических условий на результат управления отцепом за счет использования метеостанции и обратной связи с объектом управления, а также с возможностью прогнозирования этого влияния за счет применения механизма эталонных моделей состояния среды. Учет влияния параметров внешней среды во время роспуска в устройстве позволяет повысить безопасность и эффективность управления скоростью отцепов на сортировочной горке и решает задачи обеспечения допустимой скорости соударения отцепов, а также оптимальной степени заполнения вагонами путей сортировочного парка в любых климатических зонах и в любых погодных условиях.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности, к устройствам автоматики и телемеханики, обеспечивающим управление скоростью скатывания отцепов с помощью замедлителей при расформировании составов на автоматизированных сортировочных горках.

Известна система регулирования скорости скатывания отцепов, входящая в Комплекс горочный микропроцессорный КГМ, обеспечивающая интервальное и прицельное регулирование скорости отцепов и работающая на нескольких сортировочных станциях России (В.В.Сапожников, Станционные системы автоматики и телемеханики, М.: Транспорт, 2000, с.397-405).

Однако данное устройство не реализует расчет оптимальной скорости соударения отцепов, обеспечивающий минимизацию боя вагонов и грузов и необходимую плотность заполнения вагонами путей сортировочного парка, поскольку не учитываются метеоусловия во время роспуска, оказывающие большое влияние на сортировочный процесс.

Известно Устройство управления прицельным торможением УУПТ (Патент России 54348, B61L 17/00). Это устройство реализует интервальное и прицельное регулирование скорости отцепов, а также прицельное торможение отцепов на парковых тормозных позициях.

Но данное устройство не обеспечивает прогнозирование влияния среды для упреждающей коррекции управления и не позволяет выполнить настройку мер компенсации влияния метеоусловий на сортировочный процесс из-за отсутствия обратной связи в системе управления. А метеоусловия, как известно, оказывают свое влияние на движущиеся объекты. Так, скорость и направление ветра могут тормозить или разгонять отцеп; температура воздуха может менять вязкость смазки колес, что также влияет на скорость движения отцепа; осадки в виде дождя или снега и их интенсивность также влияют на движение отцепов: интенсивный снег создает сопротивление движению, а интенсивный дождь - увеличивает скольжение.

Задачей предлагаемого устройства компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс является обеспечение оптимальной скорости соударения отцепов и повышение качества заполнения вагонами путей сортировочного парка при любых погодных условиях.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство в своем составе имеет метеостанцию, расположенную на территории сортировочной горки и связанную с блоком формирования эталонных моделей, блоком выбора эталонной модели и блоком коррекции управления, который воздействует на объект управления, имея с объектом управления обратную связь для коррекции следующего управляющего воздействия по результатам предыдущего.

Техническим результатом работы предложенного устройства является коррекция управления торможением отцепов для достижения допустимой скорости соударения и максимального заполнения вагонами путей сортировочного парка, что решается за счет анализа и прогнозирования влияния климатических условий на результат управления отцепом путем организации обратной связи с объектом управления.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит метеостанцию 1, связанную со входом блока обработки сигналов от метеостанции 2, который связан с блоком расчета и хранения эталонных моделей 3, связанным через блок выбора текущей эталонной модели состояния среды 4 с блоком коррекции управления 5, с блоком 4, связанным также с блоком 5, и с блоком 5, при этом блок коррекции управления 5 также связан с выходом блока сравнения бис блоком устройства управления прицельным торможением 7, связанным через блок обработки сигналов с объекта управления 8 с объектом управления 9, при этом блок 8 посредством обратной связи соединен с блоком сравнения 6, связанным с блоком 3 и блоком коррекции управления 5.

Функциональное назначение и работа блоков предлагаемого устройства компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс.

1 - метеостанция. Это стандартное устройство, предназначенное для контроля текущего состояния среды: температуры воздуха, относительной влажности воздуха, направления и силы ветра, атмосферного давления, уровня осадков, силы и направления ветра.

2 - блок обработки сигналов от метеостанции. Этот блок предназначен для преобразования сигналов от метеостанции в необходимую для предлагаемого устройства цифровую форму.

3 - блок расчета и хранения эталонных моделей. Этот блок предназначен для расчета и хранения типовых состояний среды, которые характеризуются определенным набором параметров (температура, скорость и направление ветра, количество осадков и так далее).

4 - блок выбора текущей эталонной модели состояния среды. В данном блоке происходит анализ текущего состояния среды. Показания метеостанции с блока 2 сравниваются с эталонными моделями состояния среды с блока 3, и выбирается эталонная модель, наиболее близкая по своим параметрам к текущему состоянию среды.

5 - блок коррекции управления. Этот блок предназначен для формирования результирующего управления по состоянию среды, складывающегося из управления по эталонной модели и подстройки управления по отличию эталонной модели от состояния среды.

6 - блок сравнения. В данном блоке происходит сравнение расчетного результата работы горки и фактического. Расчетный результат управления формируется блоком 7 как расчетный свободный пробег отцепа по парковым путям. Фактический результат работы горки - это фактическое значение пробега отцепа по пути парка согласно показаниям от объекта управления с блока 8. Результат сравнения используется для корректировки управления для следующего отцепа.

7 - блок устройства управления прицельным торможением. Этот блок предназначен для управления торможением отцепом согласно их физическим параметрам (вес, длина и так далее) и свободной длине возможного пробега отцепов по путям парка. Блок 7 выполнен с возможностью учета энергетических характеристик конкретных замедлителей.

8 - блок обработки сигналов с объекта управления. Этот блок предназначен для преобразования сигналов управления от блока 7 в сигналы, непосредственно управляющие конкретными устройствами объекта управления 9.

9 - объект управления. Это оборудование сортировочной горки (замедлители, измерители скорости, устройства контроля заполнения путей и другие).

Устройство работает следующим образом.

Процесс роспуска составов на сортировочной горке должен происходить независимо от погодных условий, поэтому, чтобы скомпенсировать влияние внешней среды на скорость движения отцепов (например, встречный или попутный ветер, его сила, тип и интенсивность осадков и так далее) необходимо эти текущие погодные условия знать. Метеостанция 1 с помощью имеющихся у нее датчиков измеряет текущие параметры среды. Параметры среды преобразует в необходимую цифровую форму блок 2, который и подает их на входы блоков расчета и хранения эталонных моделей 3, выбора текущей эталонной ситуации 4 и коррекции управления 5.

Обработанные сигналы текущих параметров среды от блока 2 поступают на входы блока расчета и хранения эталонных моделей 3, блока выбора текущей эталонной модели состояния среды 4 и блока коррекции управления 5. Также на блок расчета и хранения эталонных моделей 3 поступает сигнал с блока сравнения 6.

На блок выбора текущей эталонной модели состояния среды 4 поступают сигналы от блока обработки сигналов метеостанции 2 и блока расчета и хранения эталонных моделей 3. Выход блока 4 соединен со входом блока коррекции управления 5, который получает сигналы от блока обработки сигналов метеостанции 2, блока выбора текущей эталонной модели состояния среды 4 и блока сравнения 6. Выход блока 5 соединен со входом блока устройства управления прицельным торможением 7. Также блок сравнения 5 получает сигналы с блока устройства управления прицельным торможением 7 и объекта управления 8.

Вход блока устройства управления прицельным торможением 7 соединен с блоком коррекции управления 5. Выходной сигнал с блока 7 поступает на объект управления 8 и на блок сравнения 6. Блок управления 8 получает управляющий сигнал с блока устройства управления прицельным торможением 7. Обратная связь с блока 8 заводится на блок сравнения 6.

Блок расчета и хранения эталонных моделей 3 на основе данных от блока обработки сигналов метеостанции 2 о текущей погодной ситуации и ошибке регулирования (сигнала от блока сравнения 6) формирует так называемые эталонные модели состояния среды, которые характеризуются некоторым сочетанием параметров среды и соответствующей этим параметрам величине коррекции управления - по сути поправке на состояние среды. Эти поправки формируются как сумма значений базовых функций всех учитываемых параметров среды, а базовая функция для каждого климатического параметра рассчитывается как произведение частных, полученных от деления максимального числа оцениваемых ступеней величины данного фактора на разность текущего значения фактора среды и минимально возможного значения данного фактора. Сформированные эталонные модели блок 3 хранит и в процессе функционирования имеет возможность исправлять уже сформированные модели, а также добавлять новые при возникновении каких-либо новых ситуаций, которые отличаются от ближайшей зафиксированной на заданную пороговую величину - величину разницы управляющего сигнала для соседних эталонных моделей, которая задается при запуске устройства.

Блок выбора текущей эталонной модели состояния среды 4 согласно данным с блока обработки сигналов метеостанции 2 и получаемым эталонным моделям от блока 3, выбирает эталонную модель состояния среды, наиболее соответствующую реальной текущей, и передает ее в блок коррекции управления 5.

Блок коррекции управления 5 получает сигналы от блока обработки сигналов метеостанции 2 о текущем состоянии среды, от блока выбора эталонных моделей 4 ближайшую эталонную модель и от блока сравнения 6 ошибку управления. На основе полученных данных блок коррекции управления 5 формирует результирующее управление по текущему состоянию среды как управление для ближайшей эталонной модели плюс разница между текущими реальными параметрами среды и параметрами эталона на основе ошибки управления от блока 6. Сформированное управляющее воздействие блок коррекции управления подает в блок устройства управления прицельным торможением 7.

Блок сравнения 6 сравнивает расчетный результат управления, то есть данные от блока устройства управления прицельным торможением 7 и фактический результат управления, то есть данные от блока обработки сигналов от объекта управления 8. Результатом этого сравнения является их разница. Это и есть ошибка управления, которая подается на входы блока формирования эталонных моделей 3 и блока коррекции управления 5. Так реализуется механизм, который позволяет компенсировать влияние внешней среды в текущий момент, дает возможность оценивать это влияние для следующего управляющего воздействия и, таким образом, прогнозировать дальнейшее влияние среды и самонастраиваться в зависимости от накопленного опыта.

1 - метеостанция

2 - блок обработки сигналов от метеостанции

3 - блок расчета и хранения эталонных моделей

4 - блок выбора текущей эталонной модели состояния среды

5 - блок коррекции управления

6 - блок сравнения

7 - блок устройства управления прицельным торможением

8 - блок обработки сигналов от объекта управления

9 - объект управления

1. Устройство компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс, содержащее управляющий вычислительный комплекс и установленные на поле автоматизированной сортировочной горки метеостанцию и, по меньшей мере, один объект управления, при этом метеостанция связана с входом блока обработки сигналов от метеостанции, первым выходом связанным через блок расчета и хранения эталонных моделей с блоком коррекции управления, вторым выходом связанным через блок выбора текущей эталонной модели состояния среды с блоком коррекции управления, а третьим выходом связанным напрямую с блоком коррекции управления, который связан с блоком устройства управления прицельным торможением, выполненным с возможностью управления прицельным торможением по физическим параметрам отцепов и с учетом коррекции управления согласно текущему состоянию окружающей среды, а объект управления, связанный с блоком обработки сигналов от объекта управления посредством обратной связи, соединен с блоком сравнения, связанным с боком расчета и хранения эталонных моделей и блоком коррекции управления.

2. Устройство компенсации влияния параметров внешней среды на сортировочный процесс по п.1, отличающееся тем, что объектов управления может быть любое количество в зависимости от конфигурации конкретной автоматизированной сортировочной горки.