Цифровые технологии для бортового оборудования
Обзор современных систем мониторинга состояния подвижного состава
И.М. МИШИН, ведущий инженер ЦНТИБ ОАО «РЖД»
Для контроля параметров работы оборудования и эксплуатации парка подвижного состава за рубежом широко применяют системы мониторинга, создаваемые на основе цифровых технологий. Системы наделяются самыми разнообразными функциями.
Комплекс цифровых технологий «RailConnect 360» компании «GE Transportation» позволяет управлять результатами мониторинга для реализации стратегических коммерческих задач в железнодорожной отрасли. Применительно к подвижному составу комплекс содержит автоматизированные системы:
x GoLINC™ — сетевая связь и платформа управления, которые взаимодействуют как с бортовыми, так и с внешними системами для оптимального ведения поезда;
г «Trip Optimizer» (ТО) — «Оптимизатор маршрута», представляющий собой разновидность системы автоматического управления движением грузового поезда (рис. 1). Система помогла клиентам сэкономить свыше 340 млн. л топлива, получить около 10 % топливной эффективности и превысить рекордные 241 млн. км пробега в режиме автоматического управления.
Комплекс «RailConnect 360» также включает решения по оптимизации работ, которые уменьшают потребление электроэнергии, повышают производительность подвижного состава, снижают эксплуатационные расходы и потребление топлива, а также сокращают вредные выбросы в окружающую среду.
Бортовая система мониторинга взаимодействия подвижного состава и пути «ENSCO Rail» (V/TI) — автоматическая система, устанавливаемая на локомотивах для непрерывного анализа технического состояния подвижного состава и пути. Система V/TI использует акселерометры, располагаемые на кузове вагона и тележках, для постоянного контроля и передачи данных в реальном времени на удаленный сервер.
В первую очередь система V/TI определяет потенциально опасное состояние рельсового пути, например: излом рельса, сбитые его концы в стыках, лыски, нарушение геометрии пути и проблемы, возникающие в балластном или подбалластном основании. Кроме того, система V/TI определяет неисправности узлов и деталей тележки локомотива, которые вызывают ухудшение плавности хода и виляние.
Совместно с системой контроля V/TI используется вебприложение TrackIT® компании «ENSCO Rail» для ознакомления с отчетными данными. Веб-приложение автоматически передает информацию в базу данных железнодорожной компании или по электронной почте непосредственно персоналу по эксплуатации подвижного состава или рельсового пути.
Система управления расходом дизельного топлива LEADER компании «New York Air Brake» (NYAB) позволяет экономить его расход около 6 %. В составе системы LEADER имеются:
- Auto Control® — система торможения и динамики с бортовым дисплеем, используемым машинистом для мониторинга поездной работы;
- система мониторинга параметров работы подвижного состава в реальном времени, а также данных GPS по скорости и местоположению поезда для выполнения прогнозных расчетов и выбора оптимального режима ведения поезда;
- система мониторинга изменения выходной мощности силового оборудования;
- система мониторинга погодных условий.
Компания «Railhead Corp» производит бортовые дистанционные системы мониторинга и видеосистемы для локомотивов, вагонов с кабиной управления и путевых машин. Системы устанавливают на железных дорогах первого класса (США) и подъездных путях.
Система обрабатывает массив данных с бортового записывающего устройства об имеющихся неисправностях и передает их в ремонтный цех для проведения технического обслуживания и дальнейшей эксплуатации. Это позволяет железным дорогам отслеживать местоположение подвижного состава и оценивать состояние оборудования.
«Railhead Corp» предлагает высококачественную IP-систему, которая поддерживает 16 HD-видеокамер. Данные, полученные от системы LDVR, совместно с данными бортовых устройств поступают в центр управления. Сочетание дистанционного управления и диагностических решений предоставляет полную картину состояния подвижного состава в службы тяги и экстренной помощи, инженерам и рабочим для улучшения технического обслуживания и эксплуатации подвижного состава.
На локомотивах «Leaf» (рис. 2) компании «Railserve» применяют цифровую технологию OAR (Обнаружение — Анализ — Реагирование), разработанную компанией «Alternative Motive Power Systems». Эта технология позволяет дистанционно отслеживать различные эксплуатационные данные. Информация, полученная от системы управления локомотивом (LCU), обрабатывается по технологии OAR, а затем передается по Wi-Fi или сотовой связи в ремонтные мастерские.
Система регистрирует: сообщения о внезапной неисправности, скоростной режим, «жесткую» сцепку, положения штурвала контроллера и реверсивной рукоятки, местоположение подвижного состава по маршруту следования. Дополнительные данные OAR могут быть использованы для повышения эффективности эксплуатации локомотива, например, повышения производительности маневровых работ, предотвращения боксования и чрезмерной продолжительности работы на холостом ходу.
Аналитическая платформа EMD Uptime компании «Progress Rail» позволяет железнодорожным компаниям принимать решения, основываясь на прогнозной оценке возникновения аварийной ситуации; сокращать простои, вызванные неисправностями. В ремонтных мастерских система EMD Uptime помогает диагностировать неисправности локомотива сразу по прибытии, что позволяет сокращать время на техническое обслуживание до минимума. По аналитическим данным, полученным с EMD Uptime, ремонтные работы проводятся конкретно в месте возникновения неисправности, что уменьшает время пребывания подвижного состава в ремонтном цехе.
В процессе эксплуатации поезда есть вероятность его схода с рельсов, что может быть вызвано неисправностью как локомотива или вагонов, так и инфраструктуры. Главная проблема схода подвижного состава с рельсов заключается в том, что локомотивная бригада может не сразу это заметить. Состав продолжает двигаться, тем самым вызывая вероятность столкновения со встречными поездами или элементами инфраструктуры.
Учитывая серьезные последствия, возникающие в результате схода поезда с рельсов, а затем возможного опрокидывания и столкновения, специалистами компании «Japan Transport Engineering Company» были разработаны алгоритмы детектора обнаружения схода с рельсов (DDAs). Затем был создан детектор DRC («Derailment — Rollover — Crash» — «Сход поезда с рельсов — Опрокидывание — Крушение») для автоматического приведения в действие системы «Train Protection Radios» (TPRs) с помощью радиосигнала.
Причиной создания детектора DRC стали два крупных крушения. Одно из них произошло в 2000 г. Тогда локомотивная бригада не сумела вовремя распознать сход состава с рельсов, и он столкнулся со встречным поездом. В результате погибли 5 человек, 63 были серьезно травмированы. Второе крушение с опрокидыванием поезда произошло в 2005 г. В результате крушения погибли 107 человек и 562 были тяжело ранены.
Чтобы своевременно выявить сход поезда с рельсов, детектор DRC устанавливают в кабине машиниста. Прибор габаритом 203x380x68 мм и весом 4,5 кг включает: процессор, записывающее устройство и акселерометры, измеряющие вертикальную составляющую ускорения. Момент схода подвижного состава с рельсов фиксируется детектором DRC. При этом последовательно выполняются следующие действия:
в каждую кабину машиниста система TPRs передает сообщение о сходе поезда с рельсов;
Ъ информация выводится на монитор в кабине машиниста; сообщение записывается и сохраняется.
После получения сигнала о сходе поезда с рельсов машинист применяет экстренное торможение. Когда вагоны сходят с рельсов или опрокидываются, а встречный поезд оборудован детектором DRC, машинист последнего также будет автоматически информирован об этом посредством системы TPRs.
Первый детектор DRC в регулярном пассажирском поезде был установлен в 2008 г. К 2016 г. 90 % электропоездов японской компании-оператора VWF были оборудованы детекторами DRC. Всего поставлено 2 тыс. детекторов, из которых более 1 тыс. установлены в электропоездах.
Компания «Alstom» разработала бортовую систему диагностики подвижного состава дистанционного действия TrainTracer, которая в реальном масштабе времени контролирует положение поезда на линии, техническое состояние его оборудования, возникающие потенциально опасные ситуации. Поступающие из системы диагностики данные направляются в центр мониторинга и позволяют в короткие сроки выполнить необходимые работы по техобслуживанию и ремонту подвижного состава. Эта информация предоставляется также машинистам поездов для регулирования управляющего оборудования, устранения небольших эксплуатационных дефектов и продолжения движения.
Система диагностики TrainTracer используется для контроля технического состояния электропоездов класса 390 «Pendolino» со скоростью движения 200 км/ч британской железнодорожной компании-оператора «Virgin Trains». Компания «Alstom» в соответствии с заключенным контрактом по поддержке системы TrainTracer обеспечивает снабжение запчастями пунктов техобслуживания и отстоя поездов.
Благодаря использованию системы диагностики повысилась надежность эксплуатации поездов типа «Pendolino» и точность выдерживания графика движения. Посредством увеличения удельного показателя пробега поезда до первого отказа (км/дефект) удалось уменьшить эксплуатируемый парк и тем самым снизить затраты.
Важная особенность системы диагностики TrainTracer — наличие в ней устройства позиционирования подвижного состава на линии по сигналам спутниковой связи, позволяющего легко связываться с ближайшими ремонтными предприятиями при обнаружении дефектов поездного оборудования. Средства обработки и передачи информации системы диагностики позволяют расширить ее возможности, например, регистрировать степень загрузки вагонов пассажирами и энергопотребление поезда.
Специалисты компании «Alstom» разработали дополнительный модуль системы диагностики TrainTracer для монтажа на старом подвижном составе. Этот модуль непрерывно принимает аналоговые и цифровые сигналы бортовых датчиков контроля и направляет их в микропроцессор оценки технического состояния поездного оборудования. Полученная информация направляется в центр мониторинга.
Электропоезда «Minuetto» итальянской компании-оператора «Trenitalia» также оборудованы системой TrainTracer. В итальянском городе Сесто-Сан-Джованни компания «Alstom» создала центр мониторинга (рис. 3), в котором отслеживается состояние парка поездов, оборудованного системой TrainTracer. Аналогичный центр мониторинга в августе 2016 г. был открыт в другом итальянском городе Болонья. Внедрение современных систем мониторинга состояния подвижного состава, в которых используются цифровые технологии, способствует повышению безопасности движения. Кроме того, возможность на ранней стадии выявлять неисправность узла или детали позволяет сокращать затраты на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава.
По материалам журналов «Progressive Railroading», «Japanese Railway Engineering», «International Railway Journal», компаний «GE Transportation», «Railserve», «Alstom»
