Автоматизированной, в отличие от автоматической, принято называть систему управления с участием человека. Таким образом, устройство регулирования скорости движения отцепов в замедлителе включает:

· измеритель (скоростемер);

· устройство адаптивного управления, включающее блок обработки сигналов и вычислитель;

· управляющее устройство (регулятор замедлителя);

· замедлитель.

Одной из самых сложных задач построения эффективных систем управления является знание параметров объекта управления - отцепа, как в динамике его свободного скатывания, так и в процессе торможения замедлителями тормозных позиций. Учет этих факторов реализован в современной системе управления прицельным торможением (УУПТ).

4.4 Прицельное торможение отцепов на базе адаптивных алгоритмов

Критериями прицельного торможения, согласно ЭТТ к системам горочной автоматизации, являются два показателя: допустимая скорость соударения отцепов в зоне автоматизации на сортировочных путях (до 450 м) не должна превышать V_соуд?5 км/ч и длина окон должна быть не более 3 м в расчете на один вагон.

Рассмотрим алгоритмы прицельного торможения отцепов с последней тормозной позиции, реализуемые в современных системах УУПТ, АРС. В качестве прицельной ТП может выступать либо парковая (IIТП), либо, в ее отсутствие, пучковая (IIТП).

Согласно кривой, если вагон затормозить в IIТП до скорости V_вых.р, то он, подчиняясь законам движения, через какое-то время окажется в координате l_x, в которой его скорость будет равна нулю, т. е. вагон остановится в соответствии с известным уравнением [5]:

V_вых =v V²_кон +2 al_х (4.4)

l_х= V²_вых - V²_кон/ 2a, при V_кон =0.

При этом необходимо отметить, что траектория движения отцепа на участке до l_х может быть хорошо (гарантированно) прогнозируемой только при обеспечении такого режима торможения, когда его ускорение движения сравняется с ускорением свободного скатывания на этом участке. Это условие обеспечивает динамически установившийся режим движения отцепа после действия импульсных сил торможения в замедлителе.

Основополагающими положениями в реализации алгоритмов прицельного торможения служат:

· определение координаты точки прицеливания l_х;

· вычисление требуемой (расчетной) скорости отцепа V_вых.р на выходе тормозной позиции;

· реализация заданного режима торможения, обеспечивающего минимизацию последствий действия инерционных сил отцепов;

· корректировка расчетной скорости выхода;

· адаптивное оттормаживание замедлителей;

· контроль исполненного режима управления.

Определение координаты прицеливания

В соответствии с уравнением 4.4 координата прицеливания l_x определяется при условии, что известна скорость выхода отцепа из ТП - V_вых и ускорение движения отцепа на участке пути l_x , т.е. если i-й отцеп выехал из ТП и его скорость зафиксирована, то дождавшись, когда он остановится на СП (V_кон = 0), определяется l_x либо ускорение а, с которым он двигался на рассматриваемом участке l_x.

Однако скорость выхода отцепа из ТП должна быть известна по меньшей мере, когда отцеп находится в зоне действия тормозных замедлителей, т.е. задолго до того, как он проедет по участку пути l_x. Более того, чаще всего имеет место, в момент подъезда очередного i+1 отцепа, i-й находится в движении и его координата l_x (координата прицеливания i+1 отцепа) неизвестна. Единственный путь решения этой задачи состоит в реализации прогнозирования координаты l_{x .} Причем гарантированность (уверенная предсказуемость) прогнозирования при отслеживании динамики движения i-го отцепа при движении по участку l_x будет тем выше, чем больше точек отсчета скорости (V₁,V_{2, ...}) через равные интервалы ?l будут реализованы. На самом деле в пределе при отсчете скорости V_кон в точке, где эта скорость равно нулю, однозначно определяется l_x. таким образом, по мере продвижения i-го отцепа после торможения в замедлителе на каждом шаге измерения реальной скорости его движения вычисляется реальное ускорение движения (а_1, а_{2, ...}) и прогнозная координата L_пр:

L_пр = V_к - V_к+1/ 2а_к (4.5)

По мере продвижения отцепа накапливаются текущие значения вычисленных ускорений а_к и по ним находится усредненное значение а_к, так называемая оценка ускорения, значение которого в пределе должно быть равно истинному значению ускорения, с которым отцеп движется по участку l_x:

а_r = а_к-1 + 1/к(а_к - а_к-1)

Аналогично, по мере продвижения отцепа по участку пути через мерные интервалы ?l пройденного пути уточняется прогнозная координата L_пр, приближения к своему действительному значению l_x.

Вычисляемые значения ускорения движения i-го отцепа отражают его реальные динамические качества, учитывающие все факторы, влияющие на удельное сопротивление движению w_о, фактические условия движения, включая уклон пути и внешние климатические факторы.

При этом нет необходимости пользоваться ориентировочным экстраполированием ускорения движения отцепа, получаемого на измерительном участке.

К моменту подъезда i+1 отцепа к ТП для расчета его скорости выхода _Vвых.i+1, становится известной координата прицеливания L_пр?l_x. Следует заметить, что координата l_x необязательно должна соответствовать точке остановки хвоста i-го отцепа. Достаточно в качестве конечной скорости V_кон принять допустимую скорость соударения V_соуд?5 км/ч или меньшую, определяемую координатой, в которой i+1 отцеп нагонит i-й со скоростью, меньшей чем допустимая.

Немаловажен и тот фактор, что прицеливание и соответственно управление i+1 отцепом осуществляется по переднему - i-му. Управление как бы ведется с ориентацией на «хвост» предыдущего. При этом очевидно, что внешние воздействующие факторы, как и состояние пути движения, за столь короткий интервал попутного следования можно считать практически не меняющимися.

Вычисление скорости выхода отцепа из ТП

По аналогии (4.4) скорость выхода i+1 отцепа вычисляется:

V_выхi+1 =v V²_конi+1 +2a _i+1 L_пр (4.6)

где a _{i +1} <0.

Вопрос возникает в корректности решения уравнения 4.6, где присутствует величина ускорения _i+1 отцепа, который еще не проехал участок пути до координаты прицеливания. Однако всегда можно принять, что ускорение движения _i-го и _i+1 отцепов отличаются некоторым коэффициентом k, т.е. a _i+1 = kа₁.

Тогда выражение (4.6) становится вполне корректным:

V_выхi+1 =v V²_конi+1 +2k a _iL_пр. (4.7)

Величина коэффициента k отражает различие в динамике движения следующих друг за другом двух отцепов.

Коэффициент k, определяется на том основании, что в соответствии со вторым законом Ньютона, если внешние силы F, действующие на вагоны, одинаковы, то:

т _i a _i = т _i+1 a _i+1.

Отсюда

т_I / т_i+1 = a_i+1/a_i = k (4.8)

Очевидно, что различие в динамике движения может быть определено по относительному соотношению масс движущихся отцепов либо по отношению их ускорений движения в одинаковых условиях. В первом случае коэффициент k определяется на измерительном участке, где определяется весовая категория отцепов. При этом условия движения отцепов должны быть одинаковыми.

Таковым может быть выбрано торможение отцепа замедлителем при одном и том же начальном тормозящем усилии (ступени торможения). Более подробно об этом алгоритме будет сказано ниже, при рассмотрении этапа управления торможением.

Уместно напомнить, что вычисление коэффициента k по отношению масс требует измерения веса вагонов с той же погрешностью, с которой допускается прицельное торможение. Так к примеру, если погрешность скорости соударения допускается ±10 %, то ориентировочно и массы вагонов должны определяться с небольшой погрешностью. Эксплуатируемые весомеры пружинного действия, позволяющие оценивать лишь весовую категорию отцепов для реализации прицельного торможения, мало пригодны.

Различие в динамике движения вагонов для исключения множества влияющих факторов целесообразно определять непосредственно на участках, где производится прицельное торможение.

Алгоритмы прицельного торможения, как известно, предполагают определение координат точки прицеливания, которые вычисляются в виде прогнозных величин L_x. Такие алгоритмы базируются на фильтрации параметров движения отцепа по сортировочному пути с целью определения относительных различий в динамике движения двух следующих друг за другом отцепов. Базовым уравнением, реализованным в системах УУПТ, является следующее:

V_{вых. расч.i} =v V²_кон +2ka_{сп. i-1}L_{0х i-1}

где L_{0х i-1} - прогнозируемая координата прицеливания очередного i-го отцепа.

Управление торможением отцепов в замедлителях

На рис. 4.19 показаны различные траектории движения отцепов как в режиме торможения на ТП, так и после нее в режиме свободного скатывания.

На ТП происходит быстрое импульсное воздействие тормозящей силы на отцеп, в результате чего резко изменяется динамика его движения вследствие действия инерционных сил. Последствия такого торможения трудно предсказуемы до момента перехода отцепа в режим динамически установившегося движения свободного скатывания и существенно снижают точность прогнозирования движения. Так, кривая 1 характеризует движение отцепа с расчетной скоростью V_вых.р без торможения на ТП в режиме установившегося движения, хорошо описываемого



Рис. 4.19. Траектории движения отцепов

уравнением 4.7. Кривые 2, 3, 4 характеризуют разные режимы торможения и, как следствие, различные траектории движения вагонов после торможения. Следует обратить внимание на тот факт, что. в момент оттормаживания замедлителя во всех случаях обеспечивалась одна и та же выходная скорость для одного и того же вагона. Различные траектории движения отцепов после торможения вызваны последствиями действия инерционных сил, о которых было сказано ранее.

Для уменьшения влияния инерционных сил, управление торможением отцепов в замедлителях должно быть плавным (мягким), обеспечивающим плавное сопряжение кривых (см. рис. 4.19) в момент оттормаживания. Это обеспечивается при условии равенства величин ускорения в момент оттормаживания отцепа и ускорения свободного скатывания его по участку пути (сортировочному пути). Таким образом, критериями прицельного торможения являются два параметра, определяющие динамику движения отцепов: скорость выхода У_вых и ускорение в момент растормаживания (а = я_св), равное ускорению свободного скатывания отцепа.

На рис. 4.20 показана траектория изменения скорости отцепа, поясняющая реализацию плавного режима торможения (ПРТ). Алгоритм, реализующий его, состоит в следующем.



Отцеп въезжает на заторможенный замедлитель, установленный на одну из низших ступеней торможения (I или II). Через равные интервалы пройденного пути ?h (?h??l) измеряется скорость движения отцепа:V₁, V₂, ...

По измеренным значениям скорости вычисляются текущие ускорения a_h и их оценка:

Далее вычисляется на текущей ступени торможения координата L_{np к}, в которой скорость станет равной расчетной У_вых; если на текущей ступени торможения окажется, что L _{“np к} > L_{np к},

то необходимо увеличивать тормозящее усилие, т.е. увеличивать ступень торможения. И так до тех пор, пока не будет выполнено неравенство

Минимальная тормозящая сила, обеспечивающая торможение отцепа до расчетной скорости V_BblХ, называется достаточной, а соответствующая ступень торможения--достаточной ступенью торможения. На этой ступени продолжается торможение отцепа до достижения им фактической скорости К_факт = К_вых.р в точке L_{пред .} Эта точка, называемая предельной, определяется координатой, в которой должна находиться «голова» отцепа в момент выезда последней колесной пары его из тормозящих балок замедлителя:

Для вычисления коэффициента к_а достаточно после измерения ускорений

а _i = а_{зам i} и а_i+1 = а_замi+1

на начальной, одинаковой ступени торможения, после въезда первой колесной пары отцепа на замедлитель, определить величину:

Таким образом, реализация МРТ при заторможенном замедлителе на одной из низших ступеней торможения позволяет уточнить разницу в ходовых свойствах попутно следующих отцепов.

Алгоритм МРТ относится к категории адаптивных алгоритмов определения реальных ходовых свойств отцепов. При этом, что весьма важно, не требуется априорно определять массы отцепов. Немаловажно и то, что заторможенное состояние замедлителя на низшей ступени торможения практически исключает выдавливание отцепов тормозными балками замедлителя и уменьшает время на выполнение команды торможения, связанное с инерционностью замедлителя.

Инерционность работы тормозных средств дает предпосылки к появлению погрешностей в реализации скорости выхода F_BbIX отцепа из ТП. Очевидно, как это показано на рис. 4.20, чем плавнее кривая торможения, тем меньше возможная погрешность реализации скорости У_вых.

Ускорение торможения а_к может быть вычислено иначе:

где ф -- интервал измерения текущих значений скорости, может быть принят численно равным т_отг Тогда получим:

положив V_k = Кф_факт, определяется скорость V_k-1, численно равная скорости, при которой необходимо сформировать команду оттормаживания замедлителя V_0TT:

Алгоритм адаптивного управления II ТП, базирующийся на фильтрации параметров движения и статистической экстраполяции, позволяет реализовать МРТ вагонов, повышает эффективность прицельного торможения.

Рассмотренный алгоритм распространяется и на управление торможением отцепов не только на II ТП, но и на один ТП и два ТП.

4.5 Принципы и алгоритмы построения подсистем контроля заполнения путей

Системы контроля заполнения путей сортировочного парка (КЗП) призваны решать несколько задач: находить координату точки прицеливания отцепов, тормозимых в замедлителях; определять степень заполнения сортировочных путей в реальном масштабе времени. То есть они являются элементом обратной вязи в системе автоматического регулирования скорости скатывания отцепов, позволяющим оценить результат управления. Основное назначение систем КЗП состоит в определении координат отцепов на сортировочном пути. В процессе роспуска эта информация постоянно используется для коррекции режимов торможения, а перед его началом - для определения координаты прицеливания тормозимых отцепов.

Системы КЗП подразделяются на статические и динамические. Каждая из них обладает характерными свойствами.

Алгоритм работы статических КЗП независимо от типа используемых датчиков (рельсовые цепи, РТД, ИПД, счетчики осей) основан на фиксации прохода отцепа через границы участков, на которые разбита зона действия КЗП (~400-500 м).

Длина этого участка составляет 25 м (согласно требованиям ЭТТ по обеспечению точности допустимые отклонения при определении координаты отцепа составляют ±15 м). Исходя из этих данных, можно вычислить время, требуемое для анализа параметров скатывания отцепа в статистических КЗП, приняв их среднюю скорость движения по сортировочному пути = 2,5 м/с:

t_ан = L_уч/ V_ср ?10 с.

При интенсивном роспуске интервал между скатывающимися отцепами составляет t_инт ? 2-3 с, который меньше, чем время, выделяемое для анализа параметров в статистических КЗП. Отсюда вытекает, что для работы статистического КЗП: t_ан ? t_инт.

Таким образом, информация от статистических КЗП не позволяет эффективно управлять торможением отцепов, так как данные о параметрах движения впереди идущего отцепа будут известны позже, чем очередной отцеп вступит или проследует тормозную позицию.

Из-за большой дискретности измерения расстояния точка прицеливания очередного отцепа может выбираться как в начале, так и в конце участка разбиения. При выборе точки прицеливания в начале участка расчетная скорость соударения, так как отцеп на таком достаточно коротком расстоянии не успеет набрать скорость. При выборе точки прицеливания в конце участка расчетная скорость в этой точке должна быть несколько меньше, чтобы исключить бой вагонов.

Алгоритм работы динамических КЗП основан на периодическом измерении скорости движущегося отцепа радиолокационными измерителями скорости через небольшие интервалы пути L_уч = 5-6 м. Тогда время анализа при средней скорости скатывания отцепа:

V_ср = 2,5 м/с,

t_ан = L_уч/ V_ср ?2 с.

Таким образом для динамических КЗП выполняется следующее условие:

t_ан? t_инт.

Видно, что данные о скорости движения отцепа, измеренные динамическим КЗП, позволяют эффективно управлять торможением отцепов в реальном масштабе времени, так как прогнозная координата прицеливания очередного отцепа будет известна до его поступления на парковую тормозную позицию.

Бесстыковой контроль заполнения путей системы АРС ЦНИИ

Принцип действия бесстыкового КЗП базируется на сравнении напряжения, снимаемых с двух смежных контрольных участков пути [4]. В начале контролируемого пути оба рельса запитываются от генератора переменного тока частотой 1 кГц с амплитудой 6 А. Амплитуда тока, питающего РЦ, постоянна и не зависит от состояния балласта, свободности или занятости пути. В конце контролируемого пути устанавливают перемычку (рис 4.21).

С элементарных участков с длиной примерно 30 м, что эквивалентно двум длинам четырехосных вагонов, на которые поделен один рельс контролируемого пути, снимается падение напряжения, подводимое к запирающему и отпирающему входам электронных путевых реле (ЭП). На выходах ЭП включены путевые реле П типа НМШ1-2000, которые находятся под током при свободности контрольных участков (напряжение на реле не менее 16 В).

Рис. 4.21. Бесстыковой КЗП АРС ЦНИИ

При нахождении отцепа на одном из таких участков вследствие шунтирующего действия колесных пар напряжение на нем и на путевом реле уменьшается до напряжения отпускания. Причем напряжение запирания снимаемого со следующего, свободного участка. Соответствующее путевое реле обесточивается (если напряжение на его обмотке ниже 6 В).

Для преобразования длины свободной части пути в электрический сигнал служат измерительные понижающие трансформаторы (ИТр), подключенные к сетевому напряжению 220 В. Количество измерительных трансформаторов соответствует числу реле П.

Во вторичных обмотках каждого трансформатора Итр наводится напряжение, равное 6 В. Эти обмотки подключены последовательно с контактами путевых реле и создают в первичной обмотке выходного трансформатора (ВТр) суммарное напряжение.

Выходной трансформатор также понижающий, с коэффициентом трансформации п=6. таким образом, если, например, занят третий участок пути, то контакт ЗП путевого реле размыкает цепь вторичных обмоток ИТр, начиная с четвертой и далее по ходу движения отцепа. На выходе измерительной цепи возникает напряжение, пропорциональное длине: будет наводиться напряжение амплитудой 2 В (каждому свободному участку соответствует напряжение 1 В).

Важным преимуществом такого КЗП следует считать простоту построения. К числу недостатков относятся: зависимость напряжения на путевых реле от контактного сопротивления рельс-колесная пара; возможность ложной фиксации свободности участка при нахождении отцепа на данной части контролируемого участка и вообще зависимость напряжения на путевом реле от перемещения отцепа. Очевидно, что при неблагоприятных условиях и сильном загрязнении балласта возможны ложные фиксация занятости.

Бесстыковой контроль заполнения путей системы ЛРС ГТСС

Принцип действия этого КЗП состоит в использовании индуктивных датчиков ДИП типа ДИП-72 (рис. 4.22), [5]. Два соседних пути соединяются перемычкой в конце контролируемой зоны. На противоположных рельсовых нитях на расстоянии друг от друга, равном длине контрольного участка, устанавливают индуктивные

датчики, если нет на пути вагонов, рельсовой нити не протекает и ЭДС в датчиках не наводится. При вступлении отцепа на путь ток протекает через колесные пары и по внутренней рельсовой нити. Во всех датчиках 1 ДИП-пДИП в зоне протекания тока наводится ЭДС и путевые реле П1-Пп оказываются под током.

Контроль заполнения путей на базе индуктивных путевых датчиков

рассматриваемое устройство КЗП является еще одной попыткой расширить вопрос создания надежного комплекта КЗП, с использованием РЦ лишь в качестве линии передачи питающего напряжения.

Устройство КЗП, разработанное институтом Гипротранссигналсвязь [4] включает: индуктивные путевые датчики (ИД_i); регулируемый источник питания (ИПР); сравнивающие устройства (СУ) и регистрирующий блок (РБ).

ИД устанавливаются вдоль сортировочного пути и присоединяются к рельсовой линии. Выходы каждого ИД соединяются попарно с двухвходовыми схемами сравнения. Регистрирующее устройство соединено с каждым СУ.

Рельсовая цепь в начале контролируемого сортировочного пути записывается от регулируемого источника питания, в конце контролируемого участка устанавливается перемычка.

Управляемый вход ИПР подключается к выходам СУ. Индуктивные датчики делят рельсовую цепь на элементарные участки, определяющие элемент разрешения КЗП.

При свободном контролируемом участке СП или нахождении колесной пары отцепа на последнем участке п, регулируемый источник питания обеспечивает работу в режиме максимального тока, причем начальное значение этого тока выбирается достаточным для питания самых дальних ИД, что соответствует техническим условиям датчика. При появлении скатов отцепа на первом участке, в зоне действия датчиков ИД1, ИД2, сигналы с их выходов поступают в СУ и РБ. Одновременно по цепи обратной связи с выходов, соответствующих СУ, управляющий сигнал о местонахождении отцепа поступает на управляемый блок питания, последний уменьшает ток питания РЦ до номинальной величины, требуемой для запитки ИД1 и ИД2.

Основным преимуществом такого варианта построения КЗП по сравнению с аналогичными, использующими комбинированный контроль с помощью РЦ и индуктивных датчиков, является более низкое потребление электроэнергии, обусловленное наличием цепи регулирования источника питания.

Однако в такой схеме сохраняются известные недостатки устройств КЗП на РЦ. Очевидно, что на эффективности деятельности этой цепи будут сказываться и состояние балласта, и контактное сопротивление рельс-колесо.

4.6 Автоматическое регулирование скорости скатывания отцепов

Решение сложных задач автоматизации регулирования скорости скатывания отцепов было реализовано в ряде систем: АСУ РСГ, АРС ЦНИИ, АРС ГТСС, КГМ. В первых системах широко использовалась релейная техника, затем стали шире применять электронные схемы, а последняя система КГМ реализовывалась на базе микропроцессорной техники. Ниже приведены примеры реализации систем АРС первых поколений. Система КГМ не рассматривается отдельно, поскольку сохранив базовые принципы децентрализованного управления, она существенно модифицирована как в алгоритмическом, так и системном плане. Алгоритмы управления торможением отцепов, реализуемые системой, описаны ранее в пункте 4.4.4, а принципы построения современной модификации микропроцессорной системы регулирования скорости отцепов УУПТ изложены ниже.

Система автоматического регулирования скорости АРС ЦНИИ

Чтобы решить задачи интервального и прицельного регулирования скоростей скатывания в системе АРС ЦНИИ, необходимо определять весовую категорию, длину отцепа и его пробег; измерять ускорение движения отцепа (ходовые свойства) и сопротивление его движению на кривых участках пути; учитывать внешние факторы, обусловленные средой; вычислять скорости выхода отцепов из ТП и на этой основе осуществлять автоматическое управление замедлителем.

Для автоматического регулирования скорости скатывания отцепов предусматриваются три ТП: I (верхняя), II(пучковая), III (парковая), устанавливаемые на подгорочных путях (рис. 4.24)

Позиция I обеспечивает поддержание интервалов между отцепами на разделительных стрелках между 1ТП и II ТП, а также непосредственно на самой II ТП (интервальное регулирование). II ТП реализует интервально-прицельное регулирование скоростей скатывания отцепов. Парковая ТП осуществляет необходимую дальность пробега до стоящих на путях вагонов и соударение со скоростью не более 1,5 м/с (прицельное торможение).

Рис. 4.24. Схема АРС ЦНИИ

Расчет скорости выхода отцепов из верхней ТП и выбор ступени торможения основаны на использовании среднего значения весовой категории отцепа g_ср и его длины L₀, определяемых при помощи весомера В, конструкция и принцип действия которого выделяют пять весовых категорий g_ср: легкую (Л), среднелегкую (СЛ), среднюю (С), среднетяжелую (СТ), тяжелую (Т). Значение L₀ формируется путем подсчета осей отцепа.

Чтобы обеспечить прицельное регулирование, важным измеряемым параметром является значение ускорения а_х движения отцепов (ходовых свойств), которое вычисляется с помощью трех педалей на измерительном участке в момент прохождения отцепа. Измерение сопротивления движению отцепов на кривых участках пути между 1ТП и II ТП выполняется также с помощью педалей на основе данных о разности квадратов скоростей движения. Результат измерения используется при расчете скорости выхода отцепов со II ТП (V_ВЫХ.2) Необходимая длина пробега отцепа требует вычисления свободной части подгорочного пути L_п, начиная от паркового замедлителя. Эта величина определяется путевыми датчиками контроля заполнения путей (КЗП).

Информация о g_ср поступает в устройство управления верхней ТП (У1), которое задает скорость выхода V _вых1. В У1 сравнивается заданная V_вых.1 и фактическая скорость V_ф. После этого осуществляется соответствующее воздействие на исполнительный блок (ИС1). Когда V_ф =V_вых.1, замедлитель с учетом необходимого опережения растормаживается, выпуская отцеп с заданной скоростью. Предусмотрена возможность управления замедлителями с пульта управления (ПУ).

Выявление интервалов между отцепами, определение стрелок разделения и скоростей выхода из ТП, исходя из условий интервального регулирования, осуществляется блоками интервального регулирования в зоне 1ТП -- ИР1 и ИР2 -- в зоне пучковой ТП. Блок ИР1 связан с блоками ГАЦ ЦНИИ и соответствующими рельсовыми цепями. Команда на обеспечение интервального регулирования в зоне 1ТП и IIТП поступает соответственно в блоки управления У1 и У2.

С вычислителя ускорения данные об а_х, а также g_ср и L_o попадают в накопитель 1 и транслируются по маршрутам следования отцепов. Скорости выхода отцепов с IIТП и ШТП определяются вычислителем на основании данных q_cp , a_х, L₀ и L_П. Предусмотрено девять градаций скоростей выхода с II ТП и пятнадцать -- с IIIТП.

Вычисленное значение У_ВЬ1Х.3 поступает в свою очередь в накопитель 2 и блок УЗ, где сравнивается с фактической скоростью, измеренной скоростемером СК. Характер работы тормозных позиций в маршруте в системе АРС ЦНИИ отображен на рис. 4.25.



Рис. 4.25 Траектории движения отцепов в системе АРС ЦНИИ

Система автоматического регулирования скорости АРСГТСС

Система АРС ГТСС разработана коллективом «Гипротранссиг-налсвязь». В идеологию построения системы АРС ГТСС положены два основных принципа управления скоростью скатывания отцепов:

самонастройка режимов управления ТП и автоматическая корректировка программ за счет статистической обработки (накопления опыта) данных о фактических скоростях движения отцепов по замедлителям (отдельно по каждой средней весовой категории);

использование в расчетах режимов управления замедлителя ми весового эквивалента удельного ходового сопротивления и вы явление тенденции отклонения принятого значения от истинного.

Структурная схема системы АРС ГТСС представлена на рис. 4.26. Система включает в себя следующие устройства и оборудование:

ДИС -- допплеровский измеритель скорости; УО -- устройство определения точки отрыва; СР -- устройство расчета скорости роспуска; ВК -- блок вычисления весовой категории и длины отцепа; М -- манипулятор; ПИ -- преобразователь информации; УП -- устройство памяти; ЭПМ -- электроуправляемая пишущая машинка; РПУ -- устройство расчета переменного упреждения; СУ -- следящее и управляющее устройство; 3 -- блок задания; П -- устройство выбора программы; СОД -- устройство статистической обработки данных; PC -- устройство расчета скоростей выхода отцепа в парк; УПИ -- устройство передачи информации; Д -- датчик контроля свободности пути.

Рис. 4.26. Схема АРС ГТСС

Здесь каждая ТП имеет свой комплект управляющей аппаратуры, основу которой составляют блоки СУ и РПУ. Информацию о скорости движения отцепов СУ получает от ДИС. Величина заданной скорости движения V₃ по замедлителям поступает в СУ от устройств 3 в зависимости от информации, полученной при подходе отцепа к ТП из УПИ. Блок СУ непрерывно следит за несоответствием междуV_ф и V₃ и выдает необходимые команды на замедлители.

В случае совпадения на IТП V_ф и V₃ отцепы свободно движутся в соответствии с маршрутами к IIТП. При подходе к средней ТП проверяется соответствие входной скорости отцепов V_{3 ,} а результат запоминается в блоке СОД, где на основании сопоставления подобных данных для группы отцепов определенной весовой категории принимается решение о необходимости сохранить или изменить режим работы 1ТП. При этом производится корректировка заданной выходной скорости из замедлителей 1ТП. Таким образом, выявляется тенденция (по разным причинам) отклонения принятого среднего значения весового эквивалента ходового сопротивления для конкретных весовых категорий отцепов от фактических параметров, т.е. имеет место накопление опыта работы системы в данных условиях.

Информация о соответствии скоростей подхода отцепов к ШТП заданной величине используется аналогично, и корректировка весового эквивалента ходового сопротивления теперь производится при расчете V_вых.3 . Расчетная величина V_вых.3 поступает в СУ из PC в зависимости от удельного ходового сопротивления (весового эквивалента), свободности подгорочного пути, длины отцепа, уклона пути и расчетного значения скорости соударения. Данные о свободной длине пути выдают устройства КЗП. выполненные с применением индуктивных датчиков. Динамический контроль заполнения учитывает длину пробега отцепов во время их движения до полной остановки.

Микропроцессорная система управления прицельным торможением УУПТ

Система прицельного торможения отцепов УУПТ входит в состав системы комплексной автоматизации процессов сортировочных горок. Она предназначена для автоматизации технологических процессов управления скоростью скатывания отцепов на сортировочных горках различной мощности и степени механизации, оборудованных дистанционным управлением вагонными замедлителями. Основой ее структурного построения является первая комплексная микропроцессорная децентрализованная система управления КГМ. Эта система заложила основы структурного и функционального построения децентрализованных комплексных микропроцессорных систем горочной автоматизации.

Согласно системе, сортировочная горка разбивается на ряд зон (контуров) автоматизации. В пределах каждой зоны решается законченная задача по контролю и управлению технологическим процессом, например, контроль отрыва отцепа от состава, подсчет осей и вагонов в отцепе, управление стрелкой, управление замедлителем и т.д.

Каждая из зон оборудуется определенным комплектом датчиков в соответствии с требованиями алгоритмов функционирования системы, а на горочном посту размещаются вычислительные и управляющие устройства, средства передачи и приема, преобразования, отображения и регистрации информации.

Ранее подробно была описана микропроцессорная система горочной автоматической централизации ГАЦ МН. Рассматриваемая система УУПТ, предназначенная для управления скоростью движения отцепов на тормозных позициях, на аппаратном и программном уровнях тесно увязана с ней. Несмотря на то, что зоной действия УУПТ являются тормозные позиции и участки сортировочных путей, оборудованные средствами КЗП, в системе постоянно используется информация, получаемая от напольных датчиков системы ГАЦ для отслеживания адреса и координаты конкретного отцепа.

На рис. 4.27 показан фрагмент (модуль) управления одной тормозной позицией функциональной схемы УУПТ, являющийся общим

и для других тормозных позиций. Такая модульность реализации системы УУПТ создает универсальность ее использования для автоматизации горок с различным числом тормозных позиций.

В состав оборудования, размещаемого на горочном посту, входят: управляющий вычислительный комплекс УВК УУПТ, являющийся основным интеллектуальным устройством системы; блоки индикации БИ, дополняющие пульт горочный универсальный ПГУ-65; АРМ ШНС. В состав комплексной системы входит пульт оперативно-диспетчерского управления КТС-ОДУ-СГ сортировочной горки, включающий АРМы операторов горки и АРМ ДСПГ. В его отсутствие система увязывается с ПГУ-65 и БИ, заменяющими современный пульт.

УВК УУПТ включает процессорный блок, жесткий диск (HDD) памяти с записанным программным обеспечением, ориентированным на конкретный объект управления, гибкий диск, встроенный источник питания, источник бесперебойного питания, модули ввода-вывода сигналов.

Блоки индикации представляют собой специализированный компьютер с дисплеем, системным блоком и программируемой клавиатурой с кнопками. Они имеют клавиши управления каждым замедлителем.

В состав напольного оборудования системы входят:

* вагонные замедлители тормозных позиций с управляющей аппаратурой ВУПЗ-72, путевые участки ПУ1 и ПУ2, на которых установлены замедлители, оборудованные рельсовыми цепями с приемниками ПП;

* точечные датчики счета осей ПД, помещенные перед первым по направлению роспуска замедлителем;

* радиолокационные индикаторы скорости РИС-ВЗМ, устанавливаемые перед каждым замедлителем, и соответствующим образом юстированные. На измерительном участке скоростного уклона в районе вершины горки устанавливается тензометрический весомер, а пути сортировочного парка оборудуются устройствами КЗП.

УВК УУПТ имеет функциональную связь с УВК ГАЦ МН и через него с АСУ СС для использования предварительной информации о каждом распускаемом отцепе, а в процессе роспуска для отслеживания координаты перемещения их по маршруту. Следует заметить, что в микропроцессорных системах управления часто сложно разделить некоторые функции, одновременно реализуемые в одной системе и используемые в другой. В частности в системах ГАЦ МН и УУПТ используется общая память, информационные сигналы.

Загрузка программного пакета УУПТ регистрируется на мониторах АРМов индикацией о готовности системы к работе. В процессе работы в окне сообщений на мониторах АРМов постоянно в реальном масштабе времени обновляется и отображается информация о текущих процессах, связанных с управлением торможения отцепов.

Система УУПТ в процессе автоматического управления торможением отцепов реализует следующие функции:

управление с центрального поста вагонными замедлителями, расположенными на I, II и III ТП, с целью обеспечения интервального и прицельного регулирования скоростями движения отцепов;

регулирование скорости движения отцепов с помощью ТП с автоматической адаптацией к изменению внешних условий (температура воздуха, скорость и направление ветра, осадки и т.д.), а также характеристик замедлителей (мощность и инерционность);

прогнозный расчет интервала допустимых скоростей выхода отцепа из ТП, задаваемый нижней и верхней границей, которые определяются технологическими ситуациями, возникающими в ходе роспуска и не допускающими нагонов и боя вагонов;

непрерывное в процессе роспуска отслеживание пространственно-временной модели (текущие координаты отцепов) состояния подгорочного парка с выдачей на пульты оперативно-диспетчерского персонала информации о расположении отцепов на путях подгорочного парка, наличии межвагонных промежутков (окон) и текущем перемещении отцепов по каждому пути;

контроль за изменением профиля каждого пути подгорочного парка в зоне действия системы КЗП;

диагностирование устройств УВК и напольных горочных устройств;

ведение протоколов роспуска по управлению вагонными замедлителями, а также, ручных вмешательств эксплуатационного персонала в ходе роспуска и их документирование;

отображение всего технологического процесса, обеспечивающего возможность роспуска составов независимо от условий видимости отцепов.

Из сферы действия автоматического управления исключаются следующие типы подвижного состава: отцепы с разрядными грузами, отцепы с признаком «с горки не спускать», отцепы, требующие особой осторожности пропуска через горку в соответствии с перечнем, устанавливаемым ОАО «РЖД».

Все перечисленные функции выполняются согласно программному описанию каждой задачи. В основе реализации задач управления торможением заложены следующие положения. В УВК формируется банк нормативно-справочной информации о путевом развитии данной горки, включая план и профиль путей; параметрах вагонов, распускаемых с горки, включая их геометрию, осность вес (без груза); характеристиках тормозных средств (замедлителей); границах и координатах участков путей, где размещены путевые датчики, рельсовые цепи, и т.п.

Реальные данные о распускаемом составе, получаемые из сортировочного листка АСУ СС в автоматическом режиме, либо вводимые вручную оператором горки, поступают в банк данных системы, уточняются и служат для расчета массива прогнозируемых траекторий (моделей) скатывания каждого отцепа. При этом построение прогностических моделей, т.е. обоснованно ожидаемых, ориентировано как на участки свободного скатывания, так и на участки управляемого в тормозных позициях движения каждого отцепа по своему маршруту. На этом этапе внутрисистемного моделирования учитывается и последовательность попутно скатывающихся отцепов по качествам бегунов (хорошие, плохие).

Использование предварительных расчетов режимов движения отцепов с последующей их корректировкой в системе предусмотрено с целью оперативного выбора решений в процессе управления быстротекущими процессами при скатывании вагонов.

Непосредственно перед приближением отцепов к тормозным позициям УВК системы адресно, т.е. для конкретного отцепа решает несколько главных задач.

1. На базе банка справочных и оперативных данных решается задача расчета скоростей выхода каждого отцепа для каждой тормозной позиции.

Эта задача включает в себя подбор в банке данных системы исходной информации по отцепу для предварительного расчета траектории его скатывания. С появлением уточненных данных по результатам его скатывания по измерительному участку другим участкам пути до первой ТП данные об отцепе уточняются, а прогнозируемая траектория его движения корректируется.

На их основании при подходе отцепа к ТП рассчитывается скорость, до которой он должен быть заторможен, по алгоритмам, изложенным в пункте 4.4.4.

Основными критериями при расчете скоростей выхода от цепов из I и II ТП является минимизация времени его движения между ТП и исключение нагонов отцепов на стрелочных участках и последующих ТП.

Отличие задачи расчета скорости выхода отцепа из парковой позиции состоит лишь в определении координаты прицеливания и не допущении превышения скорости соударения отцепов. Алгоритм, т.е. последовательность выполняемых операций расчета скорости выхода отцепов из ТП описан в пункте.4.4.

2. Вторая, главная задача, решаемая УВК УУПТ, связана с выбором решений по управлению замедлителями ТП. Здесь реализуются алгоритмы плавного торможения отцепов до заданной, расчетной скорости. Последовательность действий программных и аппаратных средств системы, рассчитывающих и реализующих такой режим торможения также изложен в пункте 4.4. Этот процесс включает как операции торможения, так и адаптивного торможения.

3. После проведенных операций по торможению на системном уровне контролируются их последствия. В частности, для парковой ТП при получении информации от системы контроля заполнения путей о координате остановки отцепа (доехал ли он до назначенной точки или нет) вносятся коррективы в управление на последующих шагах управления.

Попутно в процессе управления скоростью движения отцепов, информация от напольных датчиков и исполнительных устройств поступает в УВК системы, протоколируется и диагностируется на предмет выявления предотказных состояний.

В системе предусмотрены алгоритмы управления движением отцепов и для случаев внезапных отказов (аварийные ситуации) каких-либо технических средств. Так, если отказывает скоростемер, основной источник данных о скорости движения вагонов, то в системе предусмотрено использование аналогичной информации от датчиков счета осей, либо рельсовых цепей. При отказе датчика счета осей информацию о местоположении отцепа получают от других датчиков. Эти варианты, предусматривающие так называемые реконфигурированные алгоритмы управления, используются в аварийных ситуациях, когда вагоны уже скатываются с горки и остановить их практически невозможно. Одновременно при возникновении аварийных ситуаций на АРМах операторов горки и дежурного появляется информация об аварийной ситуации и полается звуковая индикация. Оператор либо останавливает роспуск, либо переводит управление в ручной режим с горочного пульта.

По окончании роспуска в АСУ СС передается информация об окончании накопления составов на путях подгорочного парка.

5. Управление компрессорной станцией

Компрессорные станции предназначены главным образом для производства сжатого воздуха, обеспечивающего работу пневматических замедлителей тормозных позиций. Сжатый воздух используется и для обдувки стрелок, а также для работы пневмопочты.

Компрессорные установки, размещенные в помещении компрессорной станции, поставляются в комплекте со встроенной автоматикой, в основном предназначенной для предотвращения аварийных режимов их работы. С целью оптимизации режимов работы компрессоров на станции, а также для экономии электроэнергии они объединяются в одну сеть, на базе которой строится автоматизация управления компрессорными установками.

Релейные системы автоматизации морально устарели, и поэтому автоматизация осуществляется на базе микропроцессорной техники и ПЭВМ. Несмотря на различия в технической реализации и элементной базе, все системы автоматизации в той или иной мере принципиально решают одни и те же задачи.

Система автоматизации обеспечивает экономию расхода энергоресурсов при производстве сжатого воздуха: повышает качество исполнения технологического процесса и безопасность роспуска; увеличивает ресурс срока службы компрессорного оборудования; облегчает работу оператора компрессорной станции.

Она обеспечивает выполнение следующих функций: включение реле запуска двигателя компрессора; включение реле остановки компрессора с разгрузкой; включение реле аварийной остановки электродвигателя компрессора; контроль технологических параметров функционирования агрегатов КС (температура, давление, проток воды); включение аварийной сигнализации; протоколирование технологических параметров функционирования агрегатов компрессоров, включая время их наработки; выбор и очередность включения компрессоров; поддержание номинального давления сжатого воздуха в пневмосети; отображение на экране дисплея компьютерного центра управления текущих технологических параметров.

В состав системы входит:

компьютерный центр управления (КЦУ), включающий промышленный компьютер, монитор, клавиатуру, мышь, принтер, резервный источник питания; устройства ввода--вывода и управления, размещаемые в пультах управления компрессорами; программное обеспечение; соединительные кабели.

Комплектующие устройства системы КСА УКС устанавливаются и монтируются на рабочем месте оператора компрессорной станции и непосредственно в шкафах управления компрессоров.

Для нормального функционирования тормозных средств в пневмосети автоматически поддерживается давление сжатого воздуха Р = 8 кгс/см² при роспуске и не ниже 6,0 кгс/см² в отсутствие роспуска, согласно правилам и нормам проектирования сортировочных устройств на железных дорогах. Соответствующие нормативные величины давления сжатого воздуха в пневмосети обеспечиваются и поддерживаются включением определенного числа компрессоров.

В режиме роспуска вагонов в пневмосети должно поддерживаться давление 8,5 ? Р ? 8,0 кгс/см². Количество одновременно включенных компрессоров зависит от ряда факторов, в числе которых наиболее значимыми являются производительность компрессора и расход сжатого воздуха.

Комплексная автоматизация предполагает полную автоматизацию включения--выключения компрессоров и постоянный контроль за рабочими характеристиками их агрегатов. Кроме того, система обеспечивает защиту по допустимому времени непрерывной работы компрессора (не более 3 ч для 10ЗВП-20/8 и не менее 1 ч отдыха).

Чаще реализуется «регламентное» включение требуемого числа и очередность включения компрессоров с пульта управления по заданию оператора компрессорной станции. Так, по экспертным оценкам, количество одновременно включаемых компрессоров в режиме «роспуск» для горок большой мощности колеблется от 4 до 6.

Если оператором установлен автоматический режим управления компрессорами, но не задано число одновременно работающих компрессоров в режиме «роспуск», алгоритмом программы предусмотрена одновременная работа не более шести компрессоров в этом режиме. Общим критерием очередности включения компрессоров служит минимум выработанного компрессором ресурса.

В случае, если выходной датчик фиксирует давление Р < 7,6 кгс/см², то подключается дополнительно очередной компрессор (вплоть до max = 8).

В случае, если датчик фиксирует давление Р > 8,2 кгс/см², то компрессоры выключаются по очереди, оставляя включенными не более 1--2.

В режиме отсутствия роспуска в пневмосети поддерживается нормативная величина давления не ниже 6 кгс/см. Если давление в пневмосети снижается и становится менее 6 (6,5) кгс/см², программа включает поочередно компрессоры до тех пор, пока давление не достигает минимально контролируемой величины. Решение о включении очередного компрессора принимается по истечении назначенного таймером времени.

Контроль функционирования компрессорной станции производится по каналам ввода дискретных сигналов. Встроенная автоматика современных компрессоров реализуется на микропроцессорной базе, обеспечивает контроль и управление за рабочими параметрами компрессора, в том числе аварийные режимы выключения. Поэтому задачи автоматизации компрессорной станции в основном состоят в реализации системной увязки автономных устройств управления. Эти схемы и алгоритмы практически ничем не отличаются и определяются лишь числом компрессоров. На рис. 4.28 показано одно из окон, отражаемых на дисплее оператора, контролирующее рабочие параметры одного из компрессоров.

...