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.
