[02-2020] Система АВ-РТ: курс на беспилотные технологии

[Admin]

Система АВ-РТ: курс на беспилотные технологии

М.В. ХУДОРОЖКО, канд. техн, наук, заведующий лабораторией АО «ВНИИЖТ»,
И.А. ЕЛИСЕЕВ, канд. техн, наук, старший научный сотрудник,
С.А. МУРОВ, А.В. СТЕЛЬМАШЕНКО, А.П. ЛАНЦОВ, инженеры

В настоящее время одной из приоритетных задач ОАО «РЖД» является увеличение провозной способности железных дорог. Частично данную проблему позволяет решить организация движения сдвоенных поездов. Особенно актуальной является организация движения в период проведения окон, ремонтных и строительных работ.

Вождение соединенных поездов (СП) часто применяется на Урало-Сибирском и Восточном полигонах (особенно в летний период времени, когда происходит существенное увеличение ремонтных работ на сети). Для того чтобы не снижать пропускную способность линии, два поезда длиной до 71 условного вагона каждый сцепляют вместе. Длина такого СП может достигать 2 км. Локомотив второго поезда оказывается при этом в середине состава. При вождении СП серьезной задачей является распределение нагрузки между локомотивами и синхронизация их работы.
Управление сдвоенным поездом является довольно сложной задачей, поскольку при этом возникает необходимость в синхронизации работы двух локомотивов посредством радиосвязи. В таких случаях необходима четкая координация действий машинистов локомотивов. Вождение соединенных поездов без систем автоматического управления локомотивами не рекомендуется. На локомотивную бригаду при этом влияет огромное количество раздражающих факторов. Для управления соединенными поездами применяют системы автоведения с функцией распределенного управления, которые позволяют значительно снизить психофизиологическую нагрузку на машиниста и обеспечивают требуемый уровень безопасности движения.
Для вождения соединенных поездов до 2018 г. использовалась система ИСАВП-РТ. В 2018 г. были проведены приемочные испытания новой системы АВ-PT, предназначенной для автоведения электровозов серий 2ЭС6, 2ЭС10. Система АВ-PT разработки АО «ВНИИЖТ» (г. Москва) предназначена для автоматизированного вождения грузовых поездов повышенной массы и длины (ПМД) с блоком хвостового вагона (БХВ) и соединенных поездов с объединенной тормозной магистралью. Данная система была создана на базе системы управления локомотивом 2ЭС6 (разработчик — ООО «НПО САУТ», г. Екатеринбург) и системы распределенного управления торможением поезда РУТП.130, предназначенной для вождения поездов с БХВ (разработчик — АО МТЗ ТРАНСМАШ, г. Москва).
Для реализации функций системы АВ-PT подсистема автоведения, входящая в микропроцессорную систему управления и диагностики (МПСУиД) локомотивов серий 2ЭС6,2ЭС10, была доработана в части взаимодействия с системой РУТП.130.
Учитывая, что система АВ-PT реализована программно и предусматривает максимальное использование информационных и аппаратных средств МПСУиД, при этом значительно повышается надежность локомотива, уменьшается стоимость как самой системы АВ-РТ, так и стоимости ее обслуживания.
Испытания новой системы проводились на Западно-Сибирской дороге в 2017 — 2018 гг. на электровозах 2ЭС6 № 366, 388.

Заложенные в систему АВ-РТ технические решения позволили обеспечить устойчивую работу по каналам радиосвязи, повысить точность синхронизации работы локомотивов (в том числе в условиях нестабильного электроснабжения). Система АВ-РТ обладает функцией регулирования тяги в зависимости от напряжения в контактной сети и в случае его снижения соразмерно снижает тягу локомотивов в соединенном поезде для предотвращения срабатывания устройств защиты. Алгоритмы работы системы АВ-РТ позволяют осуществлять адаптивное к условиям движения энергорациональное управление поездами ПМД и СП на основе уточняемого в процессе движения сопротивления движению и коэффициента сцепления, контролируя на допустимом уровне значения квазистатических сил сжатия и растяжения, возникающих в автосцепных устройствах подвижного состава.
Для обмена информацией между удаленными локомотивами в составе поезда необходимо наличие устойчивой связи. Для управления соединенным поездом или поездом повышенной массы и длины с блоком хвостового вагона используются аппаратные средства системы РУТП.130, которая позволяет осуществлять обмен информацией между локомотивами, используя диапазоны метровых и гектометровых волн, резервируя каналы связи.
Концепция реализации системы АВ-РТ на базе штатной системы МПСУиД без установки собственных блоков, а также при наличии систем управления торможением поезда РУТП или СУТП на локомотивах позволит использовать ее на любой серии тягового подвижного состава (ТПС) производства ООО «Уральские локомотивы» с необходимыми доработками на уровне протокольного взаимодействия с МПСУиД.

Система может управлять блоком хвостового вагона системы РУТП.130 и полностью быть интегрированной с системами безопасности современных грузовых локомотивов. Предусмотрена также возможность ее работы как в автоматическом режиме, так и в режиме кнопочного контроллера.
Применение системы АВ-РТ позволит повысить безопасность движения и энергоэффективность тяги при вождении соединенных поездов, обеспечить выполнение графика движения при минимизации расхода электроэнергии и исключении недопустимых продольно-динамических реакций в составе поезда.
Вся необходимая информация о режимах работы системы АВ-РТ, режимах работы оборудования электровозов, а также маршруте движения поезда отображается на экране системы информирования машиниста (СИМ).
Взаимодействие системы АВ-РТ с системой БЛОК (САУТ и КЛУБ), радиомодемами системы РУТП осуществляется через аппаратуру МПСУиД по интерфейсу CAN-2.0B.
Система АВ-РТ получает от системы безопасности:
> показания локомотивного светофора;
> информацию о срабатывании приборов системы безопасности;
> величину тормозного коэффициента.
Информацию для своих расчетов система АВ-РТ получает из баз данных САУТ и от системы МПСУиД.
Режимы работы системы АВ-РТ записываются в регистратор параметров работы МПСУиД (РПМ) на единую кассету регистрации данных комплекса БЛОК (БС-СН) ведущего и ведомого локомотивов. Просмотр результатов работы системы АВ-РТ осуществляется при помощи штатной программы просмотра РПМ.
Начиная с 2018 г., решением приемочной комиссии система АВ-РТ была рекомендована к опытной установке на 40 электровозах производства ООО «Уральские локомотивы», оборудованных системой РУТП.
Программное обеспечение (ПО) системы АВ-РТ входит в состав версии ПО блока «Монитор № 1».
Команды управления удаленным локомотивом и БХВ от системы АВ-РТ передаются как по основному каналу связи посредством блока модема ВЭБР, так и по резервному посредством блока модема РУТП.
Контур радиоуправления обеспечивает прием и передачу данных посредством модемов с CAN-интерфейсом. Для стыковки контура радиоуправления с информационно-управляющей шиной локомотива по интерфейсу CAN-2.0B используется преобразователь физического и логического разделения типа ШЛЮ3.230 Д.
Для ведения поезда в системе АВ-PT предусмотрены следующие режимы управления.

- «Автоведение» — автоматизированное управление одиночным электровозом, электровозом и БХВ-РУТП или электровозами с поста управления ведущего локомотива, осуществляемое системой АВ-PT. В данном режиме система АВ-PT осуществляет автоматическое управление силовой схемой электровоза (электровозов при ведении соединенного поезда).

- «Советчик» — управление одиночным электровозом, электровозом и БХВ или электровозами осуществляется машинистом (машинистами). Система АВ-PT выдает локомотивной бригаде рекомендательную информацию о ведении поезда с учетом профиля пути и положения состава в плане пути и не оказывает управляющих воздействий на электровоз (электровозы) или БХВ. В данном режиме управление электровозом и БХВ или электровозами осуществляется в ручном режиме. При этом система АВ-PT выдает локомотивной бригаде рекомендательную информацию о ведении поезда и не оказывает управляющее воздействие на локомотив (локомотивы).

- «Синхронное управление» — ведущий локомотив управляется локомотивной бригадой, а ведомый — синхронно с поста ведущего локомотива по радиоканалу с выводом информации по управлению на экран СИМ ведущего и ведомого локомотивов. Управление осуществляется посредством джойстиков тяги и задания возбуждения с поста управления ведущего локомотива синхронно двумя локомотивами в составе СП.

- «Кнопочный контроллер» — ведущий локомотив управляется локомотивной бригадой, а ведомый — с поста ведущего локомотива через меню кнопочного контроллера машиниста системы АВ-РТ.
Взаимодействие ведущего и ведомого электровозов с системой АВ-РТ происходит следующим образом. Ведущий электровоз по радиоканалу передает на ведомый режим работы силовой схемы и расчетное значение силы тяги (электродинамического торможения), а для электровозов с асинхронными тяговыми электродвигателями — только расчетное значение силы тяги (электродинамического торможения). Полученные значения силы тяги (электродинамического торможения) и режим работы силовой схемы используются в системе АВ-РТ ведомого электровоза для формирования и выдачи в систему МПСУиД команд управления.
Необходимая позиция и сила тяги определяются системой АВ-РТ с учетом КПД электровоза для минимизации потерь электроэнергии. Сила тяги (ЭДТ), рассчитанная в системе АВ-РТ, распределяется между ведущим и ведомым электровозами, а моменты смены режимов (Тяга-Выбег, Выбег-Тяга, Торможение-Выбег, Выбег-Торможение, Тяга-Выбег-Торможение) определяются системой АВ-РТ в зависимости от поездной обстановки, профиля пути, фактической скорости движения, параметров работы тягового и тормозного оборудования, массы поездов, скоростных ограничений и воздействия продольных динамических сил. Данные установки действуют для всего поезда.
Для поддержания расчетной скорости и выполнения ограничений система АВ-РТ в режиме «Автоведение» использует электродинамическое торможение. Торможение начинается с предварительного сжатия поезда с последующим плавным увеличением тормозной силы. Усилия в режиме ЭДТ и их распределение между ведущим и ведомым электровозами, а также использование схем замещения на пневматический тормоз при использовании системы АВ-РТ рассчитываются исходя из характеристик поезда, его положения на профиле и в плане пути, а также требований безопасности и ограничений скоростей движения по участку.

Возможность выбора ограничения соединения тяговых двигателей и максимального усилия ЭДТ предусмотрена в системе МПСУиД на каждом электровозе отдельно.
Система АВ-РТ рассчитывает координаты начала торможения и отпуска автотормозов. Информация о необходимости применения пневматического торможения и отпуска автотормозов отображается на экране СИМ в виде пиктограммы с координатами начала торможения и отпуска. На основе расчетных значений координат система АВ-РТ обеспечивает при необходимости автоматизированное регулировочное торможение поезда или остановку поезда согласно принятому расписанию движения и требованию сигналов светофоров. Управление автоматическими тормозами может осуществляться при помощи «горячих» клавиш блока «Монитор I».
В случае необходимости остановки поезда в системе АВ-РТ предусмотрен режим полного служебного торможения до остановки посредством его активации кнопкой «Полное служебное торможение» (ПСТ).
Система АВ-РТ обеспечивает автоматизированное управление тормозной системой СП или поезда ПМД с БХВ посредством задания величины ступеней торможения в унифицированный комплекс тормозного оборудования локомотивов (УКТОЛ). Команды на торможение выполняются на ведущем электровозе, а также передаются на реализацию в УКТОЛ на удаленный электровоз или БХВ.
В случае отказа системы АВ-РТ в части управления автоматическими тормозами или в случаях, требующих применения экстренного торможения, для торможения используется контроллер крана машиниста. При возникновении нештатных ситуаций в системе АВ-РТ предусмотрена выдача локомотивной бригаде соответствующего диагностического сообщения с рекомендациями по устранению неисправностей и дальнейшим действиям.

Работы по внедрению соединенных поездов ведутся не только у нас в стране, но и за рубежом. Так, в Австралии компания ВНР Billiton уже давно использует продукт «Locotrol» компании General Electric, который представляет собой систему, предназначенную для управления ведомым локомотивом посредством передачи управляющего радиосигнала от ведущего. Данная система предусматривает несколько режимов работы — синхронный и независимый. В большинстве данных систем используются головные (ведущие) и средние локомотивы составов. С ведущего локомотива возможно управление до четырех составов.

Также данной компанией была разработана система беспилотного управления соединенным грузовым поездом. Соединенные поезда курсируют по железной дороге Маунт — Ньюман и обеспечивают перевозку руды. Несмотря на благоприятные условия эксплуатации, в 2018 г. беспилотный соединенный поезд компании ВНР Billiton длиной 2 км на скорости 110 км/ч сошел с рельсов.

Компания Rio Tinto в декабре 2018 г. успешно запустила автономный соединенный поезд-робот с системой управления «AutoHaul» для дальних тяжеловесных перевозок в западной части Австралии. На данный проект было потрачено 940 млн долларов. Общая протяженность маршрута составляет 800 км. Общее время в пути (с учетом погрузки и выгрузки) занимает около 40 ч. Локомотивы с программным обеспечением «AutoHaul» оснащены бортовыми камерами, позволяющими осуществлять постоянный мониторинг из центра управления, системой предотвращения столкновений (CDS), системой автоматической защиты поезда (АТР), контролирующей его скорость, электронной системой контроля пневматической системы (ЕСР), блоком управления радиосистемой (RBC). Общий пробег таких поездов составляет более 4,5 млн км. Над данным проектом работали специалисты из Австралии, США и Японии.
Опыт эксплуатации, внедрение микропроцессорной техники и средств автоматизации на железнодорожном транспорте позволяют сделать вывод о том, что дальнейшее развитие тяжеловесного движения будет обусловлено все большей автоматизацией процессов управления в нем. Объем работ в данном направлении достаточно велик. Отдельной проработки требуют вопросы безопасности и автоматизации движения, а также повышения надежности и качества обслуживания инфраструктуры. Отечественные разработчики при поддержке ОАО «РЖД» продолжают развивать это направление железнодорожных перевозок, опираясь как на собственный опыт, так и на опыт иностранных коллег.

Учитывая географические особенности, климатические условия, грузонапряженность и многие другие факторы, присущие отечественным железным дорогам, в настоящее время ведутся исследования по созданию системы, обеспечивающей вождение соединенных поездов с одного поста управления одной локомотивной бригадой. Использование такой системы позволит повысить производительность труда в рамках реализации Долгосрочной программы развития ОАО «РЖД» до 2025 года. Правильность заложенных технических решений в систему АВ-PT позволит уже в скором будущем на ее основе разработать применительно к серии электровозов 2ЭС6 опытный образец такой системы.