Специалисты Акционерного общества «Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова» длительное время занимаются разработками в области локомотивного хозяйства, в частности комплексной автоматической системой управления, диагностики электропоездов.
Одна из недавних новинок института, которую можно отнести к интеллектуальным системам, — унифицированный комплекс управления и диагностики в составе двух пультов и нескольких вагонных специализированных систем, предназначенных для управления электропоездом ЭГ2Тв Тверского вагоностроительного завода в ручном режиме управления или в режиме автоведения. Он предоставляет машинисту оптимальную информацию на многофункциональном дисплее. Предлагаем вниманию читателей статью, в которой рассказывается о начальном этапе внедрения интеллектуальных систем управления на моторвагонном подвижном составе.
Основные требования к унифицированному пульту управления (УПУ) перечислены в техническом задании «Совершенствование электропоезда ЭД4М в части установки унифицированного пульта управления». Их главная направленность — взаимодействие вычислительной системы УПУ с другим его оборудованием, поездным оборудованием, независимыми системами (безопасности, пожарно-охранной сигнализации, тягового и тормозного оборудования, оповещения пассажиров и т.д.).
Наиболее важным является требование комплексирования полученной информации и представления результатов на полноцветном многофункциональном дисплее в удобной для восприятия форме. Необходимое условие — использование машинистом бесконтактного контроллера, установленного на столешнице пульта. Сравнительный анализ УПУ с унифицированным пультом машиниста проекта «EUDDplus» показал, что уровень разработки и технические характеристики нового унифицированного пульта не уступают характеристикам пульта проекта «EUDDplus».
Наша справка. EUDDplus — проект создания стандартизированной кабины машиниста и пульта управления, финансируемый Европейским союзом в рамках программы исследований и технологических разработок. В нем участвовали 17 компаний, научно-исследовательских институтов, изготовителей тягового подвижного состава. Проект был основан на результатах унификации оборудования локомотивов «Modtrain» и кабины машиниста «EUcab».
При модификации УПУ применительно к электропоезду ЭГ2Тв состав основного оборудования пульта (дисплей пульта и центральный процессор) принципиально не меняется. Изменяется и увеличивается перечень подключаемого оборудования. Преемственность в разработке модификаций УПУ не нарушает общей концепции функционирования аппаратуры, входящей в состав пульта.
Основные принципы функционирования комплекса УПУ ЭГ2Тв. Унифицированный пульт для современного электропоезда городского сообщения ЭГ2Тв становится информационным и интеллектуальным центром аппаратно-программного комплекса. Последний позволяет решать следующие задачи:
- управление движением электропоезда как в ручном режиме управления, так и в режиме автоведения;
- взаимодействие составных частей комплекса (УПУ ЭГ2Тв, ПОС, СВН, БУВ, СИТ, поездной коммуникационной сети) для создания единого технологического процесса ведения поезда;
- управление устройствами электропоезда по командам от УПУ с учетом сигналов от датчиков, предусмотренных схемой электропоезда;
- управление системами электропоезда — тяговым и тормозным приводами, аппаратами цепей управления;
- диагностика основного оборудования и самодиагностика;
- регистрация информации о характеристиках поездки в электронную память с последующей передачей информации по радиоканалу причастным службам.
Блок управления вагоном (БУВ) обеспечивает передачу в УПУ бортового номера вагона и контролируемых параметров согласно протоколу обмена, подключение оборудования по командам УПУ в соответствии с протоколом обмена, передачу по шине «CAN open» информации от датчиков или сигналов управления.
Серийно выпускаемая пожарно-охранная система (ПОС) наряду с выполнением своих основных функций обеспечивает передачу в УПУ ЭГ2Тв порядкового номера вагонного контроллера, порядкового номера шлейфа/зоны сигнализации и сообщений в соответствии с протоколом обмена для регистрации и вывода на дисплей пульта. ПОС обеспечивает автоматическую синхронизацию даты и времени с УПУ поезда ЭГ2Тв.
Современная система видеонаблюдения (СВН) позволяет хранить в основном регистраторе головного вагона информацию со всех камер поезда не менее 10 суток, в дублирующем регистраторе информации со всех камер поезда — не менее 3 суток, с записью по кругу, время съема информации — не более 15 мин.
Система видеонаблюдения осуществляет автоматическую синхронизацию даты и времени с УПУ электропоезда. Для автоматического включения изображения соответствующих камер вагона из УПУ в СВН поступают данные о срабатывании ПОС, об активации связи «пассажир — машинист», о незакрытых дверях.
Система информационная транспорта (СИТ) обеспечивает функционирование следующего оборудования вагона:
- табло светодиодное со встроенной видеокамерой;
- табло информационное с громкоговорителями;
- блок устройства переговорного для экстренной связи «пассажир — машинист».
Вычислительная система УПУ тверского электропоезда передает в СИТ сообщения для голосового оповещения пассажиров и сведения для вывода на информационные табло. В УПУ ЗГ2Тв фиксируются и регистрируются сообщения машинисту о факте активации связи «пассажир — машинист».
Информация ПОС поступает в УПУ ЭГ2Тв от головного контроллера ПОС. Связь УПУ с БУВ отдельного вагона осуществляется посредством поездной магистрали CAN Open, с вагонными комплектами СИТ и СВН — по поездной шине «Ethernet». Взаимодействие УПУ, СИТ и СВН реализуется с помощью вагонных адаптеров, входящих в состав БУВ.
Структура сопряжения пульта с вагонными системами комплекса УПУ ЭГ2Тв приведена на рис. 1. Вычислительная система комплекса, состоящая из вычислительных средств УПУ, вагонных вычислителей и поездной коммуникационной сети, представляет собой сложноподчиненную иерархическую систему. Структурная схема программного обеспечения (ПО) всех вычислителей комплекса представлена на рис. 2.
Вычислителем верхнего уровня иерархии является центральный процессор УПУ (ЦП УПУ). Поездная коммуникационная сеть представлена вагонными и поездными промышленными шинами «CAN open» или «Ethernet». Программное обеспечение вычислителей нижнего уровня иерархии
— унифицированного пульта (БУСО, дисплея, АБКМ, УИ, БРУ) и вагонных вычислителей (BAi, коммутатора i) — соответствует требованиям протоколов обмена вычислительного средства с ЦП УПУ. Основная направленность всех протоколов обмена — обеспечение центрального процессора УПУ информацией, полученной от оборудования комплекса, от внешних систем (БЛОК, БУ тяги, БУторм., вагонного оборудования и вагонных датчиков) или передача сигналов управления от ЦП УПУ к соответствующему оборудованию.
Интеллектуализация системы управления комплекса. Создание аппаратно-программного комплекса, включающего в себя систему управления движением электропоезда, систему информационного обеспечения пассажиров и системы технической безопасности СВН, ПОС, потребовало от разработчиков оптимизировать обслуживание разных по своей сути систем, каждая из которых имеет своего разработчика.
Так, в центральном процессоре УПУ собирается вся имеющаяся информация о состоянии аппаратуры, входящей в состав комплекса, и внешних систем. В ЦП УПУ решается задача представления полученной информации на многофункциональном дисплее пульта в форме рисунков, пиктограмм и текста на основе экспертных оценок специалистов-железнодорожников для сведения машинисту или диагностирования оборудования.
В ЦП УПУ реализуется алгоритм автоматизированного управления движением электропоезда, позволяющий машинисту по своему усмотрению переключать режим управления с ручного ведения на автоведение. Даже частичная интеллектуализация систем управления, как показывает имеющийся опыт, ускоряет принятие решений и экономит ресурсы, в том числе энергетические.
Примером элемента интеллектуализации в комплексе унифицированного пульта является реализованный в нем режим автоведения. На каждом перегоне он отрабатывает все требуемые ограничения скорости движения поезда, устойчиво обеспечивает точное выдерживание графика движения и энергооптимальное ведение поезда. Автоведение строится на основании данных безопасного локомотивного объединенного комплекса БЛОК, призванного заменить локомотивные системы КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485 и ТСКБМ, БЛОК, а также штатного расписания движения электропоездов.
Дальнейшая интеллектуализация системы управления комплексом заключается в поиске управляющих решений, вырабатываемых в автоматическом режиме, которые должны быть лучше решений, принимаемых в аналогичных условиях человеком. Человек учитывает, нередко на подсознательном уровне, большое число параметров. Предпринятые меры по передаче в ЦП УПУ максимально возможного объема информации позволяют учесть все существенно влияющие факторы, а также условия принятия управляющих решений. По сути — это существенный фактор получения качественных управляющих решений.
В заключение следует отметить, что унифицированный пульт для электропоезда ЭГ2Тв представляет собой модификацию серийно изготавливаемого УПУ, в котором остается неизменным состав основного оборудования пульта. Изменяется (увеличивается) перечень подключаемого оборудования. Ввод в состав комплекса УПУ поездной коммуникационной сети совместно с БУВ и специализированными вагонными системами СИТ, СВН, ПОС существенно увеличивает число требований к комплексу и расширяет возможности для их выполнения.
С увеличением количества и качества сопрягаемого с УПУ оборудования возрастает объем диагностических параметров. Это приводит к перегрузке машиниста (оператора) при визуальной диагностике и, как следствие, к необходимости автоматизировать процессы принятия управленческих решений. Поэтому создание интеллектуальной системы управления для применения на моторвагонном подвижном составе должно основываться на четко определенных критериях качества принимаемых решений и согласованном перечне задач.
Канд. техн. наук Л.И. ШЕВЧУК, главный конструктор В.В. СВИРИДОВ,
