Зарубежные системы автоматизации сортировочных горок
А.Н. ШАБЕЛЬНИКОВ, заместитель генерального директора ОАО «НИИАС» -директор Ростовского филиала, профессор, д-р техн. наук
В.Н. ИВАНЧЕНКО, профессор РГУПС, д-р техн. наук
Создание эффективных систем автоматизации сортировочных процессов стало возможным благодаря бурному развитию микроэлектронной техники и широкому использованию микропроцессоров, мини- и микроЭВМ. Рассмотрим несколько вариантов систем автоматизации горок, которые нашли широкое применение на зарубежных железных дорогах.
Система автоматизации процесса роспуска составов ВУАПИ, разработанная обществом СО-ДЕТЕГ-ТАИ (Франция), предназначена для автоматического регулирования скоростей скатывания отцепов и управления маршрутами их движения на сортировочной горке с высотой горба 4 м и уклоном 50 %. Горка на сортировочной станции, где внедрена система ВУАПИ, оборудована двумя тормозными позициями, на которых установлены так называемые первичный и вторичный тормоза (замедлители). Система обеспечивает функционирование в полуавтоматическом режиме (оператор задает скорости выхода отцепов из тормозной позиции с пульта) и полностью автоматическом.
Для контроля прохождения отцепов и измерения необходимых параметров, а также управления замедлителями, кроме двух ЭВМ MITRA 15/35, используется следующее оборудование (рис. 1): электронные педали P01, P02, P0З и P1-P11, выполняющие роль датчиков контроля прохождения осей и измеряющие скорости скатывания отцепов; датчик веса (давления осей) емкостного действия; датчик обнаружения отрыва отцепа с помощью индуктивного контура в зоне педалей P01, P02 и P03; датчик КЗП, измеряющий полное сопротивление замкнутого контура, который состоит из рельсов и скатов ближайшего вагона; радиолокационные измерители скорости (радары) ИС1, ИС2; устройства управления замедлителями У1, У2; датчик направления и силы ветра.
Рассмотрим принцип «стрельбы в цель», на основе которого работает система. С помощью датчика обнаружения отрыва, педалей P01, P02, P0З и датчика давления в ЭВМ определяется количество осей и средний вес отцепа. Когда первая его ось проходит педали P1, P2, PЗ, P4, регистрируется время прохода участков P1-P2, P2-PЗ и на основе этих данных вычисляются скорости СК1 и СК2.
Используя значения этих скоростей, параметры, характеризующие направление и силу ветра, длину пробега отцепа и величины коэффициентов А и В (показательные характеристики пути), в реальном масштабе времени рассчитываются заданная скорость выхода отцепа С1 из первой тормозной позиции и требуемая скорость входа С4Т на вторую тормозную позицию. По результатам сравнения заданной и фактической скоростей с помощью устройства У1 поступают команды на торможение (растормаживание) отцепа, движущегося по первой тормозной позиции.
После выхода отцепа из нее и при проходе педалей P5, P6 регистрируется скорость СКЗ движения отцепа на этом контрольном участке.
Когда первая ось отцепа достигнет педали P9, вычисляются показатель оценки ходовых свойств (показатель качения) и скорость выхода С2 из второй тормозной позиции. Для расчета C2 используются: значение скорости СК4, определяемое при проходе участков P7-P8 и P8-P9;
количество осей в отцепе; характеристики ветра; длина пробега и показательный коэффициент пути, полученный опытным путем. В момент вступления отцепа на замедлитель второй тормозной позиции с помощью устройства У2 происходит торможение.
При проходе отцепом педалей Р10 и Р11 вычисляется скорость движения СК5 в контрольной зоне, значения которой используются для проверки работоспособности замедлителя второй тормозной позиции.
Значения скоростей СК1-СК4 вводятся в запоминающее устройство и периодически рассчитываются для каждого участка коэффициенты А и В, которые изменяются незначительно. Благодаря вычислению этих коэффициентов система ВУАПИ способна адаптироваться к изменениям внешних условий и может корректировать свою работу.
Кроме автоматизации регулирования скоростей скатывания отцепов, система контролирует правильность устанавливаемых маршрутов.
Команды на перевод стрелок поступают по-разному в зависимости от взаимного расположения смежных отцепов (рис. 2). При заблаговременном режиме i-я стрелка переведется, если она свободна, а первая ось скатывающегося отцепа пересекла педаль В
i-1. В режиме возможного возникновения дефицита времени i-я стрелка переведется, если она только освободилась от последней оси предыдущего отцепа (после прохода им педали B
i или C
i), а последующий отцеп еще не пересек своей первой осью педаль А
i. Если во втором случае последующий отцеп вступает на занятую стрелку, то происходит нагон. Это приводит к отклонению от заданного маршрута.
Для удобства обслуживания системы ВУАПИ в ее состав входят диалоговые средства контроля, печатающие устройства и различная сервисная аппаратура.
Наиболее перспективной по сравнению с системой ВУАПИ является система автоматизации горок «MICOR» (Германия). Система, являясь многомашинным комплексом, состоит из нескольких микроЭВМ MES-80.
Рассмотрим напольные устройства системы и алгоритм управления парковыми замедлителями. Структура управления парковыми замедлителями представлена на рис. 3. Датчик веса и электромагнитный клапан обозначены на рисунке соответственно ДВ и ЭМК. Датчик направления ветра (анемометр) не показан.
Перед замедлителем на участках У1 и У2 для измерения скорости V
вх и сопротивления движению отцепов устанавливаются рельсовые педали РП1, РП2, РПЗ и радиолокационный измеритель скорости РИС. Размещенные после замедлителя рельсовые педали образуют контрольные участки РП4-РП10 заполнения путей для измерения длины пробега отцепов.
Чтобы фиксировать скорость выхода отцепа V
вых из замедлителя и дополнительно проверять сопротивление движению, используются педали РП4, РП5 и РП6. Они образуют на выходе из тормозной позиции измерительные участки УЗ и У4.
МикроЭВМ воспринимает сигналы и выдает управляющие команды на замедлитель через согласующие устройства: усилители, преобразователи, элементы согласования сигналов и др. В состав микроЭВМ входят: два процессора, запоминающие устройства, блоки управления прерываниями, счетчики,устройства ввода-вывода, объединенные общей системной шиной.
Рассмотрим алгоритм управления замедлителем парковой тормозной позиции. При подходе отцепа к замедлителю на измерительном участке определяется сопротивление движению. Эта информация и данные о входной скорости V
вх, направлении ветра, длине пробега, сопротивлении в кривых, среднем весе, длине отцепа, его поперечном сечении и допустимой скорости соударения поступают в микроЭВМ для расчета выходной скорости V
вых. Затем в зависимости от веса отцепа и разности между V
вх и вычисленной V
вых определяется величина кинетической энергии, которую надо погасить. После этого рассчитывается заданная ступень торможения. Если заданная и фактическая скорости отличаются, то в соответствующую сторону изменяется выбор ступени торможения.
Когда отцеп выходит из замедлителя, это фиксируется педалью РП4, с помощью радиолокационного измерителя скорости РИС измеряется скорость V
вых, которая протоколируется для последующей статистической обработки. Если при занятом ещё замедлителе приближается следующий отцеп, происходит растормаживание.
При расчете скорости V
вых из замедлителя учитываются ходовые свойства впереди идущего отцепа. Критической ситуацией считается сочетание бегунов «плохой-хороший». В этом случае скорость V
вых хорошего бегуна корректируется в меньшую сторону.
Для частично заполненных жидкостью цистерн, а также очень длинных отцепов определить реальное сопротивление движению невозможно. Поэтому это делают косвенным методом, вводя в микроЭВМ дополнительные данные.
Ориентиром в развитии отечественных систем автоматизации горок на современном этапе может служить более чем 25-летний опыт эксплуатации микропроцессорных систем управления за рубежом.
Широко эксплуатируется на сортировочных горках Европы (во Франции, Бельгии, Люксембурге, Испании, Болгарии, Финляндии), Африки и Азии система горочной автоматизации, разработанная фирмой «Saxbi» (Франция). Она реализует функции управления стрелками, компрессорной станцией и регулирования скоростей скатывания отцепов на двух тормозных позициях. Структурная схема этой системы приведена на рис. 4.
Система управления роспуском вагонов имеет следующую конфигурацию: 1 - управление первой тормозной позицией; 2 - контроль скорости в нижней части второй тормозной позиции; 3 - управление замедлителями второй тормозной позиции; 4 - измерение сопротивления качения отцепа; 5 - контроль скорости его выхода; 6 - измерение длины пробега; 7 - идентификация отцепа в момент отрыва; 8 - счет осей; 9 - измерение начальной скорости V1; 10 - слежение за прохождением отцепа на каждой стрелке; 11 - измерение скорости V2; 12 - контроль V
вых1; 13 - контроль состояния рельсовых цепей; 14 - управление компрессорной станцией; 15 - управление стрелками; 16 - контроль V
вх1.
На горочном посту функционирует управляющий вычислительный комплекс, который содержит: микроЭВМ UC1 и UC2 с устройствами коммутации, устройства слежения УС1 на первой тормозной позиции и УС2 на второй тормозной позиции, модули контроля и управления стрелками МКУ; модули коммутации измерения занятости МКИ; пульт-табло ПТ; печатающие устройства протоколирования результатов роспуска ПУ1 и состояния работы микропроцессоров ПУ2; рабочую консоль РК.
В основу функционирования системы положен принцип «стрельбы в цель». В процессе скатывания параметры отцепов и их движения фиксируются в пяти зонах: на участке отрыва, входе и выходе из тормозной позиции с помощью датчиков веса (D) и скорости (R), электронных счетчиков осей (Р). Ходовые свойства отцепов определяются по результатам измерения их времени движения между счетчиками осей. Дальность пробега отцепа в подсистеме контроля заполнения путей рассчитывается на основании циклических измерений с помощью генератора полного сопротивления рельсовых цепей на каждом сортировочном пути. Генератор подключается после нижней тормозной позиции и контролирует размещение последней оси стоящих на пути вагонов.
Система фирмы «Saxbi» имеет модификацию, в которой вместо нижней позиции на всех путях подгорочного парка используются гидравлические винтовые замедлители фирмы ASEA (Швеция). Это требует создания непрерывного ускоряющего уклона в парке формирования. Двухпозиционное вытормаживание характерно для сортировочной горки малой и средней мощности.
