Автоматизированное ведение соединенного грузового поезда по радиоканалу. Журнал "Железнодорожный транспорт" № 9
Автоматизированные системы управления
для железнодорожного транспорта
г. Москва, ул. Электрозаводская, д. 21, стр. 16 +7 (499) 286-38-88
RU

Автоматизированное ведение соединенного грузового поезда по радиоканалу. Журнал "Железнодорожный транспорт" № 9

В настоящее время актуальным является автоматизированное вождение соединенных поездов с локомотивами (группами локомотивов), распределенными по длине состава, что позволяет повысить пропускную способность грузонапряженных участков. Ручное же ведение соединенных поездов сопряжено со значительным риском возникновения опасных продольных усилий в составе, связанное с проблемами учета профиля и плана пути, рассинхронизацией управления процессами тяги и торможения на различных локомотивах.

Основная задача системы – автоматизированное ведение соединенного поезда при обеспечении допустимого уровня продольных сил, в том числе при движении по переломному профилю. Известны следующие системы, выполняющие сходные задачи :Locotrol (GE), СМЕТ-Р, «Консул-Т».

Locotrol (и Locotrol-II) – результат многолетних разработок General Electric и Harris, начатых еще в 1982 г. Система представляет оборудование для управления удаленными локомотивами соединенного поезда и электропневматическими тормозами состава. Управляющие команды и диагностическая информация доставляются по радиоканалу 460МГц с резервированием по каналу 2,4 ГГц и дублируются по электрической цепи управления электропневматическими тормозами. Грузовые вагоны американских, канадских, австралийских, индийских и других железных дорог, использующих Locotrol, также оборудованы этим типом тормозов.

Команды системы позволяют управлять синхронно или с некоторым заданным временным сдвигом тяговыми и тормозными контроллерами удаленных локомотивов, а также электропневматическими тормозами состава. На переломном профиле могут возникать значительные усилия в составе, обусловленные именно синхронностью управления. Остается неясным, как внедрять систему в составе, не имеющем вагонов с ЭПТ.

СМЕТ-Р – система, разработанная в России, позволяет управлять контроллером и тормозным оборудованием по КВ радиоканалу. Ее основные проблемы – высокая нагрузка на радиоканал, обусловленная необходимостью передавать всю информацию о позициях управления и осуществлять синхронное управление, что может вызвать повышенные продольные усилия в составе. Кроме того, в системе использован радиоканал без необходимой разрешительной правовой базы.

Система «Консул-Т» обеспечивает в ручном режиме (с подсказкой по радиоканалу) дублирование команд тяги, а в автоматическом режиме - команд торможения (без режима отпуска, который, как и тяга, реализован в режиме подсказки) на ведомом локомотиве. Система представляет собой переносные комплекты, устанавливаемые на локомотив перед поездкой, и локомотивное дополнительное оборудование управления пневматическими тормозами. Передача команд осуществляется через КВ тракт локомотивной радиостанции. Испытана версия для УКВ диапазона.

Все упомянутые системы обеспечивают синхронное (или синхронное с некоторым заданным сдвигом позиций) управление локомотивами состава. Однако такой подход имеет недостатки. Например, при движении по переломному профилю минимальный уровень продольных сил в поезде обеспечивается при постоянном перераспределении усилий между локомотивами. При выезде состава, сформированного по схеме локомотив-состав-локомотив-состав, с подъема на площадку необходимо плавно снижать нагрузку на первый локомотив при сохранении нагрузки на втором. Любой вариант синхронного управления приведет к растягиванию переднего состава, что чревато реакциями в поезде.

Другой недостаток передачи команд управления по радиоканалу – существенная нагрузка на достаточно медленный канал связи. Кроме того, на ведомом локомотиве трудно учитывать реальное состояние ведущего локомотива. Поэтому удаленное задание позиций управления может привести к реализации сил тяги, существенно отличных от желаемых.

Система ИСАВП-РТ разработана специалистами ВНИИЖТа и ОЦВ. В основу положены разработки отдедения ТПЭ ВНИИЖТа, выполненные в 1985-1993 гг. в области автоведения, и программа расчета энергооптимальных режимных карт. Техническая реализация системы, включая разработку конструкторской документации, алгоритмического и программного обеспечения, а также проведение монтажа и сопровождение внедрения системы выполнено специалистами ОЦВ.

Система ИСАВП-РТ предлагает следующий подход в управлении локомотивами соединенного поезда. Каждый локомотив оборудуется системой автоматизированного ведения грузового поезда (УСВАПГ) и модулями сетевого радиоканала. Система обеспечивает расчет траектории ведения поезда согласно расписанию или средней скорости движения с учетом профиля и плана пути, допустимых скоростей и данных о составе, реализацию расчетной траектории с распределением усилий по локомотивам, отработку сигналов АЛСН и временных ограничений скорости, а также расчет позиций управления локомотивами с учетом ограничений на продольные силы в составе (рис. 1). На каждом локомотиве соединенного поезда располагаются система автоведения одиночного электровоза совместно с регистратором параметров движения и автоведения (РПДА), аппаратура сетевого модуля радиоканала (СМРК) и часть свойственной только для ИСАВП-РТ аппаратуры автоведения. Система автоведения и РПДА на базе универсальных блоков КАУД состоит из следующих модулей, объединенных общей шиной (рис. 2):

  • блок системный БС; 
  • блоки регистрации БР1; 
  • блоки аналогового ввода (БАВ1 и БАВ2) для измерения показаний датчиков пути и скорости (ДПС) и датчиков давления (ДД); 
  • блоки высоковольтной гальванической измерительной развязки (БИВМ2 и БИВМ3) для измерения токов ТЭД и напряжения в контактной сети, а также подсчета расхода энергии; 
  • блоки дискретного управления (БДУ4-8) электровоза в режиме тяги, пневматического торможения, а также для выполнения секвенции по входу и выходу в режим рекуперации, кроме того, блоки БДУ осуществляют ввод дискретной информации, такой как сигналы АЛСН и срабатывания различных защит; блоки управления током возбуждения возбудителя (БРВВ) для регулирования тормозной силы в режиме рекуперации; 
  • блоки индикации (БИ) с клавиатурой (БК) и звуковой колонкой (ЗК), предназначенные для вывода текстовой и звуковой информации и ввода информации; 
  • набор пневмооборудования, включая пневмоприставки для торможения и отпуска тормозов и датчики давления;
  • блок коррекции координаты (УККНП), определяющий прохождение светофора (изолированного стыка либо точки подключения кодера АЛСН).

Система автоведения по интерфейсу RS-485 связывается с СМРК, представляющего блок с процессором, обеспечивающим протокол радиообмена радиомодемом на частоту 155 МГц, сигнал с которого поступает на антенну. СМРК имеет возможность программного выбора одной из восьми несущих частот, за счет чего обеспечивается разрешение конфликта одновременного доступа в эфир с подавлением сигнала. Кроме того, каждый локомотив имеет уникальный сетевой адрес, состоящий из адреса поезда и адреса локомотива, что обеспечивает защиту от выполнения ложных команд, поданных локомотивами других составов (встречных или находящихся на той же станции).

К специфической аппаратуре ИСАВП-РТ относятся средства, применяемые только для вождения сдвоенных поездов, например кнопка экстренного торможения, команда от которой отрабатывается на своем и на удаленном локомотиве.

Алгоритм ведения соединенного поезда обобщенно можно представить в следующем виде (рис. 3). На основе показаний датчиков пути и скорости определяется местоположение и скорость локомотива. В соответствии с сигналами АЛСН, допустимой максимальной скоростью, параметрами состава, профилем и планом пути определяется траектория движения поезда в виде зависимостей скорости и режима ведения от пути. Этот режим кодируется в обобщенную команду ведения типа «трогание», «разгон», «поддержание скорости», «минимальное ускорение» и т.п.

Обобщенный режим ведения одинаков как для ведущего локомотива, так и для ведомых. Отработка обобщенных режимов ведения производится регуляторами тяги и торможения, которые подбирают позицию управления (тяга) в зависимости от состояния тягового привода на конкретном электровозе (по датчикам токов якоря и возбуждения ТЭД и напряжению в контактной сети), а также в соответствии с профилем и планом пути под собственной частью состава.

За счет использования на всех локомотивах состава систем автоведения, обменивающихся командами и диагностической информацией по радиоканалу, удалось уйти от непосредственного управления удаленными локомотивами в терминах позиции контроллера. Такой подход обеспечивает более адекватное управление каждым локомотивом и существенно снижает нагрузку на радиоканал за счет уменьшения потока информации. Кроме того, в отличие от систем типа СМЕТ-Р нет ограничений на использование в одном поезде локомотивов разных серий.

Данные по расходу энергии при поездках ИСАВП-РТ
на участке Рыбное - Орехово - Рыбное
Дата Вес поезда, т Работа, т.км Фактический
расход, кВт.ч
Фактический
к норме, %
23.04.03 9910 1496,41 9700 6,5
23.04.03 8324 1290,22 8100 9,9
29.04.03 9764 1474,36 9300 9,4
29.04.03 7167 1110,88 6900 11,1
16.05.03 6820 1482,82 8800 16,2
16.05.03 10103 1565,96 8900 21,5

Система ИСАВП-РТ начала разрабатываться менее четырех лет назад. Первоначально ею были оборудованы два электровоза ВЛ10. Первые испытания прошли на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа в Щербинке. В июле-сентябре 2002 г. испытания продолжались в депо Бекасово, а в мае-июне 2003 г. (14 поездок) в депо Рыбное Московской дороги. С помощью системы были проведены три поездки на участке Барабинск - Московка, которые показали ее работоспособность.

Положительно оценили ее работу и машинисты, принимавшие участие в эксплуатации. Вместе с тем были высказаны и ряд замечаний. Данные по расходу энергии и эффективности применения системы для поездок на участке Рыбное - Орехово - Рыбное приведены в таблице.

В сентябре 2004 г. с помощью системы ИСАВП-РТ было проведено два сдвоенных поезда весом 12 тыс. т по маршруту Инская – Омск – Свердловск-Сортировочный. При продолжительности поездки около 48 ч время управления поездами в автоматическом режиме составило более 40 ч для каждого поезда. По результатам поездок был существенно скорректирован алгоритм ведения сдвоенного поезда. Кроме того, для обеспечения управления поездом в условиях отсутствия базы данных (объезды станций, движение по неправильному пути) программу ведения дополнили режимом синхронного управления тягой и торможением с помощью клавиатуры системы.

20 июня 2005 г. двумя электровозами ВЛ10У, оборудованными системой ИСАВП-РТ, был проведен сдвоенный поезд весом 12 тыс. тонн по маршруту Бабаево – Волховстрой - Санкт-Петербург-Сортировочный. Система ИСАВП-РТ использовалась для ведения поезда практически на 100%.

Расшифровка картриджа РПДА приведена на рис. 4. На нем представлен фрагмент поездки. Графики привязаны к расстоянию, откладываемому по оси х. По оси у отображены скорость локомотива, предельно допустимые скорости движения, токи якоря тяговых двигателей, профиль пути, режим ведения поезда. Кроме картриджа РПДА данные фиксировались также динамометрическим вагоном-лабораторией и тормозным вагоном. Помимо параметров, регистрируемых в картридже, фиксировались и уровни продольных сил в составе поезда, а также параметры тормозной системы в хвосте состава. За время поездки не было зафиксировано ни одного случая возникновения значительных (более 10тс) динамических усилий в составе. Работа автотормозов соответствовала норме, что зафиксировано в соответствующих протоколах испытаний.

На сегодняшний день систему ИСАВП-РТ можно рассматривать как один из инструментов для повышения веса поезда на ключевых направлениях грузопотоков. Для расширения внедрения системы предусмотрено проведение повторных поездок на участке Инская – Московка – Свердловск-Сортировочный, создание системы для электровозов переменного тока (ВЛ80С, ВЛ80Т) с испытаниями на Горьковской дороге, внедрение системы для электровозов ВЛ10 в депо Московка и Ярославль. Предусматривается обучение локомотивных бригад и сопровождение применения системы специалистами ОЦВ, а также проведение совместно со специалистами по связи мероприятий по повышению надежности радиоканала.

В рамках Программы ресурсосбережения в 2005 г. должно быть внедрено 134 комплекта системы ИСАВП-РТ на Западно-Сибирской, Октябрьской, Северной, Московской и Южно-Уральской дорогах.