История развития железных дорог

     В настоящее время в России сложилась  и в целом устойчиво функционирует  современная транспортная система, которая обеспечивает потребности  национальной экономики и населения  в транспортных услугах и является важным фактором территориальной целостности  и безопасности страны. Транспорт объединяет в единый комплекс все отрасли экономики, обеспечивает подвижность граждан страны и гарантирует товарооборот.

      На  протяжении  всей  истории  развития  отечественных  железных  дорог  происходят  серьезные  изменения  методов  эксплуатации локомотивов, их  технического  обслуживания  и  организации  труда локомотивных  бригад.

      В кабинах этих локомотивов работают разнообразные системы, функциональная направленность которых ориентируется  на повышение эксплуатационной надёжности электровоза при обеспечении безусловной безопасности движения.

      Системы САУТ; КЛУБ; КПД; ТСКБМ и другие выполняют  свои функциональные назначения, внося  свой вклад в повышение эксплуатационной надежности, однако, не охватывая всего  круга вопросов по повышению безопасности движения.

      Быстроизменяющаяся  поездная обстановка и увеличение потока поездов предъявляет всё более  повышающиеся требования к локомотивной бригаде и надёжности бортовых систем.

           29 июня 2005 года прошло  совещание в локомотивном депо Москва-3, на котором председательствовал главный инженер Департамента локомотивного хозяйства В.А.Петрунин. На совещании было отмечено, что система автоведения совместно с регистратором параметров движения показала в процессе опытных поездок на всех железных дорогах, где она внедряется, свои преимущества в части соблюдения графика движения поездов и обеспечения энергоэкономичного режима их ведения, возможности уменьшения психофизиологической нагрузки на машиниста, а также совершенствования системы технического нормирования расхода электроэнергии на тягу поездов. При этом РПДА обеспечивает сбор информации о поездной обстановке в объеме, достаточном для анализа поездки по всем основным факторам использования электроподвижного состава и его энергоэффективности.

      "Автомашинист" и РПДА внедряются на сети  отечественных дорог в соответствии  с программами ресурсосбережения  и повышения безопасности движения  МПС России.

      В системах "Автомашинист" впервые  использован мощный бортовой компьютер, функциональные возможности которого достаточны для безопасного и энергооптимального вождения поездов.

           В настоящее время  системами "Автомашинист" на Московской, Южно-Уральской, Северной, Куйбышевской и Западно-Сибирской железных дорогах  оборудовано 475 электровозов (ЧС7, ЧС2 и  ВЛ10).

Регистраторами  параметров движения и автоведения  оснащено более 700 электропоездов и 500 электровозов постоянного тока.

           Системы "Автомашинист" представляют собой микропроцессорный  комплекс с унифицированными аппаратными  средствами и базовым составом программного обеспечения. Такой комплекс, подключенный к органам управления локомотива, образует дополнительный контур управления его движением: машинист и "Автомашинист" могут действовать совместно, однако приоритет остается за машинистом, контролирующим движение в целом. При этом оптимально сочетаются неформализуемые в алгоритмах навыки и творческие возможности машиниста, а также расчетные и информационные возможности "Автомашиниста", работа которого не зависит от психофизиологических факторов и окружающей среды, воздействующих на человека.

     Функциональными блоками "Автомашиниста" являются: центральный процессор, блок коммутации и сопряжения, блок индикации, клавиатуры, датчики пути и скорости, датчики  давления, комплекты кабелей. Это  позволяет управлять электропоездом и локомотивом в режимах тяги и торможения.

Программное обеспечение "Автомашиниста" включает универсальную управляющую бортовую программу автоведения и базу данных, разрабатываемую для конкретного  депо. Бортовая программа осуществляет расчет оптимальной траектории движения, исполнение которой минимизирует потребляемую энергию при точном выполнении графика движения.

      Эксплуатация  систем "Автомашинист" в более  чем в 70 депо показала возможность  снижения расхода электроэнергии до 12%, в зависимости от особенностей плеч обслуживания различных депо. По результатам контрольных поездок, проведенных с участием машинистов - инструкторов депо и специалистов ОЦВ, подтвержденных актами и протоколами, получен средний показатель экономии электроэнергии - 7% . Кроме показателя экономии электроэнергии на тягу, используя данные расшифровки поездок с РПДА, можно сократить расходы локомотивных депо на проведение плановых ремонтов ЭПС и на этом основании перейти к принципу своевременного (до планового) устранения неисправностей, сокращения поломок в пути. Основная часть функций "Автомашиниста" непосредственно связана с обеспечением безопасности движения.

           «Автомашинист» органично  дополняется регистратором параметров движения и автоведения (РПДА), который  обеспечивает измерение и регистрацию в реальном масштабе времени в течение всей поездки до 39 основных параметров работы локомотива. Эта система с помощью АРМа расшифровки данных РПДА позволяет анализировать результаты каждой поездки, состояние тягового электропривода для дальнейшего использования руководством депо, эксплуатационным и ремонтным персоналом. Можно детально проанализировать режимы ведения каждого электропоезда и электровоза, выполнение расписания движения с контролем времени хода и стоянок, сигналов АЛСН, ограничений скорости и других факторов, вызывающих задержку поезда. Кроме того, РПДА фиксирует соблюдение установленных скоростей, в том числе по постоянным и временным ограничениям.

     Большое значение имеет анализ выполнения бригадой требований безопасности движения, прежде всего, режимов ведения поезда на желтый и желтый с красным огни локомотивного светофора, а также белый огонь АЛСН. Кроме того, проверяется соблюдение машинистом установленных скоростей, в том числе по постоянным и временным ограничениям.

     Регистрация расхода электроэнергии каждой секции электровоза одновременно со скоростью  движения в функции пути или времени  дает возможность оценить, насколько  экономично вели поезд в целом  и на отдельных перегонах, участках или элементах профиля.

     Регистрация напряжения в контактной сети и графическое отображение токов моторных вагонов или секций электровоза позволяет ремонтному персоналу депо оценить работу силового оборудования, а также своевременно проводить профилактические работы и регулировку аппаратуры.

     Регистратор параметров движения и автоведения  электропоездов переменного тока (РПДА-ПТ) является системой автоматизированного  сбора, регистрации и обработки  информации о параметрах движения и  автоведения. Она позволяет контролировать, учитывать и анализировать расход электроэнергии на тягу поездов. РПДА-ПТ – это дальнейшее развитие подобных систем, используемых на ЭПС постоянного тока.

      По  сравнению с ними в РПДА-ПТ расширены  функциональные возможности, которые  позволяют:

      - диагностировать техническое состояние силового оборудования электропоезда (синхронность работы силовых контроллеров, наличие резисторов ослабления поля);

     - оценивать величину токов в  каждой из параллельных ветвей  тяговых двигателей;

     - оценить общий расход активной  электроэнергии переменного тока каждой секции при различных режимах ведения поезда, а также расход электроэнергии постоянного тока, потребляемый тяговыми двигателями.

     РПДА-ПТ представляет собой распределенную систему, состоящую из наборов устройств, установленных в моторных и головных вагонах электропоезда. Система  РПДА-ПТ выпускается в двух исполнениях.  В исполнении 1 комплект головного вагона (рис.2.1) состоит из следующих блоков: блока регистрации БР-1 с картриджем БНИ-9, системного блока БС-51, двух блоков ввода дискретных сигналов БДВ-1 и БДВ-2, двух блоков ввода аналоговых сигналов БАВ-2 и БАВ-4. В исполнении 2 блоки БАВ-4, БДВ-1, БДВ-2 и БС-51 конструктивно объединены в один блок БПОС-1.

     В обоих исполнениях на каждом моторном вагоне устанавливается электронный  счетчик для измерения активной и реактивной энергии типа СЭТ-1М:01, блок управления БУ-6 и высоковольтный блок измерения БИВ-42. На электропоездах ЭР9Т(М, Е и П) для измерения токов в параллельных ветвях тяговых двигателей дополнительно устанавливают измерительные шунты типа ШС 75-750.

     Системный блок БС-51 обеспечивает гальванически  развязанным питанием блоки РПДА-ПТ головного вагона от бортовой сети;

     - блок БАВ-2 принимает сигналы от датчиков давления в тормозной магистрали и тормозных цилиндрах;

     - блок БАВ-4 принимает информацию от системы автоведения, сигналы датчика пути и скорости (ДПС) и обеспечивает связь с блоками управления моторных вагонов по каналу FSK для получения информации от высоковольтных блоков измерения напряжения и токов тяговых двигателей, счетчиков электроэнергии;

     - блоки БДВ-1 и БДВ-2 принимают сигналы АЛСН и дискретные сигналы головного вагона (позиции ЭПК, позиции тяги и торможения, СОТ, выходные цепи УСАВП, включение отопления и др.);

     - блок БПОС-1 в исполнении2 выполняет функции блоков БС-51, БАВ-4, БДВ-1 и БДВ-2;

     - блок БР служит для сбора информации, поступающей от всех блоков РПДА-ПТ и регистрации полученной информации в съемном картридже БНИ-9 с объемом памяти 64 М6.

     По  желанию машиниста на дисплее  БР могут отображаться текущее значение токов  тяговых двигателей и напряжение на них,  электроэнергия, потребляемая каждым моторным вагоном и суммарная активная на весь состав, номера вагонов в составе. Кроме того, на лицевой панели блока БР расположена клавиатура, которая позволяет машинисту выводить на индикатор необходимую информацию;

     - счетчик электроэнергии СЭТ измеряет потребляемую электроэнергию (активную и реактивную). Напряжение на него подается со вторичной обмотки тягового трансформатора (220В, 50Гц), ток - со штатного трансформатора тока, включенного в первичную обмотку тягового трансформатора. Класс точности счетчика при измерении активной энергии – 0,5, реактивной – 1. Прибор имеет канал связи RS-485 с блоком управления БУ-6;

     - блок измерения БИВ-42 измеряет токи в параллельных ветвях тяговых двигателей и напряжение на них. Блок БИВ-42 имеет канал связи с блоком управления;

     - блок управления БУ-6 принимает и обрабатывает сигналы срабатывания аппаратов защиты и передает информацию от блока измерения БИВ и счетчика СЭТ в линию связи с головным вагоном для записи на картридж.

     Устройства, расположенные в разных вагонах, объединены высокочастотным каналом  связи (двухчастотное кодирование  FSK). В качестве линии связи используются штатные межвагонные провода цепей управления электропоезда.

           АРМ расшифровщика  данных РПДА-ПТ позволяет анализировать  записанную информацию и выдавать результаты как в графическом виде, так  и в виде отчетов о поездке. С их помощью ремонтные и эксплуатационные службы депо принимают решения о  ремонте подвижного состава, а также оптимизации режимов ведения поезда и расписания.

     Так, анализ кривых токов в каждой секции электропоезда и срабатываний аппаратов  защиты позволяет:

     - ремонтным службам – диагностировать  техническое состояние электропоезда  для проведения ремонта по фактическому состоянию подвижного состава;

     - службе эксплуатации – оценить  результаты поездки (выполнение  расписания, соблюдение времен хода  и стоянок, скоростные режимы, проследование на сигналы «Ж»,  «КЖ» и др.), контролировать выполнение  правил безопасности движения локомотивной бригадой;

     - теплотехнику депо – оценить  общий расход активной электроэнергии  переменного тока каждой секции  при различных режимах ведения  поезда, а также объем электроэнергии  постоянного тока, потребляемый  тяговыми двигателями; оценить расход электроэнергии на каждом участке пути при различных режимах ведения поезда; делать выборки по базе данных поездок за любой период и формировать отчетные формы по поездам, машинистам, сериям МВПС, в том числе ТХО-5 и др.

      Регистратор параметров движения и автоведения грузового электровоза  переменного (РПДА-ГПТ) тока способен заменить существующие средства измерения и регистрации параметров движения (например, скоростемер), кроме того, измеряемые параметры движения, необходимы для выполнения алгоритма автоматизированного ведения поезда, который реализует система автоведения грузового электровоза.

     В РПДА-ГПТ реализован дополнительный информационно-передающий канал, который  может использоваться для подключения  дополнительных средств измерения и диагностики с целью расширения функций бортовой диагностики и контроля работы основных узлов электровоза.

                Для записи и хранения зарегистрированной  информации используется переносной  картридж, объем памяти которого, рассчитан на запись данных нескольких маршрутов (не менее 7000 км пробега).

     Экономический эффект от внедрения РПДА-ГПТ грузовых электровозов  переменного тока достигается за счет:

     - сокращения расходов железной  дороги (локомотивного депо), на расшифровку  скоростемерных лент;

     - повышения точности планирования и учета расхода электроэнергии;

     - совершенствования диагностики  локомотивов, уменьшения затрат на поиск неисправностей и ремонт электровозов;

     - ликвидации фактов и последствий  неисправностей в пути, повышения  качества технического обслуживания локомотивов и надежности электровозов.

     Внедрение ЦВС на подвижной состав ВСЖД в  значительной степени облегчит расследование  крушений, аварий и браков на железнодорожном  транспорте, а также приведет к  усилению трудовой дисциплины локомотивных бригад, что увеличит безопасность движения поездов.

      Назначение:

      - постоянная запись контролируемых  параметров электровоза;

      - видеозапись действий локомотивной  бригады при следовании поезда  по станции и на запрещающее  показание светофора;

      - постоянная видеозапись состояния пути во время движения локомотива;

      - постоянная аудио запись регламента  переговоров локомотивной бригады.

     В обеих кабинах локомотива устанавливаются  две камеры и два микрофона  для записи действий локомотивной бригады, и две телекамеры, направленные на пути. Запись осуществляется на жесткий диск, в течение нескольких месяцев.

     Цифровой  видео сервер должен содержать информацию о серии и номере локомотива, номере кабины и депо приписки локомотива.

     В целях исключения вывода из строя, порчи или кражи ЦВС необходимо обеспечить надежную установку в кабинах локомотива, исключающую возможность порчи цифрового видео сервера.

Таким образом, при анализе форматов для  архивирования цифровой информации, оптимальным форматом является протокол ITP.

     Для определения видео составляющих компонентов сервера, необходимо произвести также выбор и пояснение минимального объема аппаратного и программного обеспечения системы источник-потребитель (накопитель) цифровой информации.

      Современные видеокамеры работают, как правило, под управлением микропроцессорного устройства, имеющего свое программное обеспечение.

     Производители видеоаппаратуры как бытовой, так  и промышленной разрабатывают специальные  драйверы и утилиты, обеспечивающие поддержку общепринятых форматов передачи цифровых данных.

     Производители видеоаппаратуры как бытовой, так  и промышленной разрабатывают специальные  драйверы и утилиты, обеспечивающие поддержку общепринятых форматов передачи цифровых данных. Набор спецификаций, разработанный корпорацией Intel, позволяющий компьютерам автоматически обнаруживать и настраивать устройства, устанавливаемые на компьютер, и устанавливать соответствующие драйверы носит название Plug and Play.

     которым в данном случае является цифровая WEB-камера требует работы драйвера – программного устройства под управлением Windows, которое, как правило, необходимо. Windows автоматически сохраняет изображения в указанной подпапке папки «Мои рисунки».

передачи  цифрового потока от WEB-камеры промежуточному накопителю, которым является ОЗУ бортового компьютера, наиболее целесообразно применение ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – асимметричная цифровая абонентская линия). Технология высокоскоростной цифровой передачи данных, использующая существующие телефонные линии и допускающая передачу голосовых данных по тем же линиям. Большая часть трафика является входящей; скорость передачи обычно колеблется от 512 Кбит/ кодек. Оборудование для преобразования звуковых и видеосигналов в аналоговую или цифровую форму; аппаратное или программное обеспечение для сжатия и распаковки звуковых и видеоданных; а также сочетание этих компонентов.

           а) Терминальные модули системы сбора данных и управления: Терминальные модули серии МИМ-1100

     Модули  предназначены для организации  интерактивного взаимодействия с оператором. Могут использоваться как в периферийном оборудовании, так и в качестве центрального компьютера системы сбора данных и управления (ведущий или ведомый в сети RS-485). Вывод информации осуществляется на четырёх строчный дисплей, 20 символов в строке. Управление оператором производится четырьмя кнопками, с помощью которых осуществляется выбор соответствующего пункта меню.

     Структура и названия пунктов меню формируются  на любом персональном компьютере и загружаются в ЭППЗУ (EEPROM) модуля по интерфейсу RS-485 с помощью поставляемого программного обеспечения. Простота создания меню в визуальной среде разработки обеспечивает высокую гибкость и скорость создания приложений. Модули используются в бортовых системах контроля. Питание модулей осуществляется от бортовой сети локомотива. Предусмотрена возможность установки дополнительных плат, обеспечивающих выполнение функций, указанных заказчиком (см. номенклатуру контроллеров серии МИМ 1200 и модулей расширения ввода/вывода МИМ 1300).

     Продолжительность записи в накопитель не менее 12 часов.

           Таблица 3.2 - Технические  характеристики модулей серии МИМ-1100

      в) Системы сбора данных и управления: Системы на базе модулей МИМ, СИМ-1000. Бортовая система контроля температурного режима подшипниковых узлов

      Аппаратно-программный  комплекс предназначен для непрерывного контроля и предупреждения машиниста о нагреве подшипниковых узлов выше критического значения. При достижении критической температуры контролируемого узла, производится прогнозирование времени достижения узлом аварийной температуры, путём определения скорости изменения температуры узла. В процессе работы система не требует вмешательства машиниста, при возникновении критической или аварийной ситуации для привлечения внимания машиниста подаётся звуковой сигнал с одновременным выводом на экран соответствующего сообщения.

      БСКТ  позволяет контролировать параметры  интенсивности нагрева подшипниковых узлов с выводом результата на встроенный дисплей, а так же сохранять данные измерений в накопителе системы для дальнейшей обработки. В системе измерения температуры используется метод разности температур, преимуществом которого является независимость контролируемой величины нагрева узла от температуры окружающего воздуха. Поскольку информация с датчиков поступает непосредственно в цифровом виде, то, тем самым, обеспечивается высокая помехозащищённость системы. Монтаж системы может производиться во время ТР-3 без использования специального оборудования. БСКТ может работать в системе многих единиц. Привязка к конкретному типу локомотива производится при заказе.

Требования  к серверу возможно сформулировать следующим образом:

        - произведение непрерывной видео  съемку в двух кабинах локомотива  с 
наложением   аудио   канала  переговоров  с  диспетчером   и   переговоров   в 
кабинах в режиме реального времени и привязкой к текущей дате ( времени );

          - локомотива с первичных датчиков и последующей записью информации 
с привязкой к текущему времени на накопитель;

          -выдача по запросу всех накопленных данных для анализа причин 
аварий ( происшествий ) - оперативный разбор ситуаций.

      Комплекс  должен реализовывать следующие  технические параметры:

     - количество каналов видеоизображения  - 4

     - количество каналов аудиозаписи  - 2

- количество каналов регистрации технологических параметров - 50 
Система ввода видеоизображения состоит из:

     -видеокамеры обзора пути перед локомотивом, по одной для каждой кабины.

     - видеокамеры обзора в кабине  локомотива, для каждой кабины;

     - модуля преобразования и архивирования видеоизображения;

-модуля  записи и сохранения видеоизображения; 
Система должна обеспечивать следующие характеристики:

     разрешающую способность видеокамер - не менее 450 ТВ линий;

     - поле зрения видеокамеры обзора  пути по горизонтали - не менее 16 град;

     - поле зрения видеокамеры обзора  пути по вертикали - не менее  12 град;

видеокамеры обзора кабины локомотива должна обеспечивать просмотр 
всей кабины, при минимальных уровнях освещенности (дежурное освещение);

     - скорость записи видеосигнала с камеры обзора пути перед локомотивом 
должна соответствовать  максимальной  скорости  движения   пассажирского 
высокоскоростного поезда- 120 км/ч;

     -скорость  записи видеосигнала с камеры  в кабине машиниста должна 
меняться в зависимости от интенсивности движения в кабине;

     - качество видео не менее 640x350 точек изображения;

     - модуль   преобразования   видеосигнала   должен   обеспечивать   прием 
видеосигнала    с    четырех    видеокамер    в    режиме    реального    времени, 
нормализацию уровня видеосигнала, преобразования его в цифровую форму, 
архивирование и выдачу на твердотельный накопитель;

     - модуль записи и сохранения  видеоизображения должен обеспечивать 
запись на внутренний накопитель видео и аудио информации полученной в 
процессе   работы   прибора   с   привязкой   к   текущему   времени   и   дате. 
Технологическая информация так же записывается на внутренний накопитель 
с привязкой к времени (дате );

      - модуль записи и сохранения  должен обеспечивать защиту от  вибрации, 
механических    внешних    воздействий    (аварийных    ситуаций),    резких 
перепадов  температуры, давления, воздействия влаги, и электромагнитную 
защиту.    Целесообразна    возможность   реализации    быстрого    извлечения 
накопителя информации для замены или иных целей.

     Подсистема   ввода   технологической   информации   (система   теплового контроля СТК) должна обеспечивать следующие основные положения: