Разработка алгоритма и устройства плавного непрерывного управления тормозными средствами

Разработана процедура управления скоростью роспуска составов на сортировочных горках с учетом обеспечения требований живучести, безопасности и экономической эффективности роспуска. В частности: — Показано, что целесообразнее оперировать не понятием экономической безопасности, а более широким понятием экономической эффективности. — Уточнен вид критерия экономической эффективности (ранее экономической безопасности) за счет учета потерь от простоя сортировочной системы. — Расширена иллюстрация выбора оптимального варианта функционирования СГ при учете интегрального критерия. Данное развитие позволяет структурировать систему используемых критериев и уточнить получаемые решения (скорость скатывания по различным участкам горки, ступень торможения, время торможения и т. д.), что позволит сократить интервалы между отцепами на спускной части горки, предотвратить нагонные ситуации и увеличить эффективность использования тормозных средств.

Ключевые слова: контактный регулятор давления (РДК), сигнализации централизации блокировка (СЦБ), автоматики и телемеханики (АТ),тормозных позициях (ТП).

A procedure has been developed to control the speed of dissolution of trains on marshalling humps, taking into account the requirements for survivability, safety and economic efficiency of dissolution. In particular: — It is shown that it is more expedient to operate not with the concept of economic security, but with a broader concept of economic efficiency. — The type of criterion of economic efficiency (previously economic security) has been specified by taking into account losses from the downtime of the sorting system. — The illustration of the choice of the optimal variant of the functioning of the SG has been expanded, taking into account the integral criterion. This development makes it possible to structure the system of criteria used and refine the solutions obtained (rolling speed along different sections of the hill, braking stage, braking time, etc.), which will reduce the intervals between cuts on the downhill part of the hill, prevent surge situations and increase the efficiency of using braking funds.

Keywords: contact pressure regulator (CPR), interlocking signaling (IS), automation and telemechanics (AT), brake positions (BP).

В настоящее время повсеместно используются алгоритмы импульсного торможения. Это следствие недостатков имеющихся на горках исполнительных устройств:

— малое число градаций управляющего воздействия замедлителя (4 ступени управления ТП);

— низкая точность, большая инерционность управляющей аппаратуры замедлителей (контактный регулятор давления РДК, управляющая аппаратура ВУПЗ-72, ВУПЗ-05М). Вследствие этого требуется продолжительный период автоматической адаптации системы КСАУ СП к конкретным замедлителям на каждом объекте внедрения [3]. В зависимости от интенсивности роспусков до выхода на заданные показатели качества автоматизированного торможения этот процесс может длиться недели, а иногда и месяцы [6]. Инновационные пневматические вагонные замедлители типа ВУПЗ05Э (8-ем ступеней) позволили разработать и внедрить универсальный алгоритм плавного непрерывного управления тормозными средствами. В настоящее время он показывает успешную работу уже на девяти сортировочных горках страны.

Многоступенчатость управляющей аппаратуры позволила создать алгоритм непрерывного торможения при скатывании отцепа с превышением расчетной скорости (общая блок-схема приведена на рис. 1) [4]. Изменение текущей ступени управления происходит прямо в процессе торможения на ближайшую ступень без растормаживания замедлителя, чем экономятся и время, и энергия, затрачиваемые на управление. В этой связи новые замедлители, работающие под управлением разработанного алгоритма, дают существенный экономический эффект.

Расчет необходимой ступени торможения ведется на основе учета скорости и длины отцепа, длины замедлителя, энергетических характеристик доступных ступеней управления. Общий алгоритм плавного непрерывного управления ТП содержит обратные связи, которые обеспечивают, как непрерывную корректировку управления, так и адаптацию параметров управления [5]. На рисунке 2 приведена частная блок-схема (составная часть общего алгоритма).

Рис. 2. Блок-схема выбора ступени управления в каждый момент времени нахождения подвижной единицы в пределах тормозной позиции

Она расшифровывает процедуру выбора ступени управления в каждый момент времени [9]. Доступное для торможения время рассчитывается по формуле [1],

(1)

где — активная длина тормозной позиции (шины замедлителя),

Время рассчитываем как отношение требуемой к погашению энергии отцепа и расчетной энергии , погашаемой замедлителем при торможении данной ступенью в единицу времени:

(2)

где — расчетная энергия, погашаемая замедлителем при торможении данной ступенью в единицу времени,

(3)

где — коэффициент запаса, применяемый для обеспечения безопасности в случаях резкого изменения внешних условий. К ним относятся: неисправность замедлителей, замазученность колесных пар и т. д.

Одновременно с торможением отцепа происходит анализ эффективности управляющего воздействия на предмет соответствия реального тормозного эффекта расчетным значениям и адаптация параметров. Адаптация основывается на сравнении расчетной и фактической энергии, погашаемой текущей ступенью управления в единицу времени и стремится к уменьшению их разницы [8],

(4)

где - фактически рассчитанная энергия, погашенная замедлителем при торможении данной ступенью на данном отцепе в единицу времени. В данном методе для автоматической настройки параметров управления до требуемых качественных показателей достаточно прохода одного-двух отцепов, состоящих из нескольких вагонов. Общая блок-схема алгоритма автоматической адаптации управления к физическим параметрам управляемого устройства (замедлителя с управляющей аппаратурой) приведена на рисунке 3 [8].

Рис. 3. Блок-схема адаптации управления к физическим параметрам замедлителя

Достоинствами разработанного алгоритма являются:

1. Универсальность алгоритма. Работает на любой горке (без ограничений на конструкцию и параметры вагон потока), с любой многоступенчатой управляющей аппаратурой (обеспечивающей 8 и более ступеней управления).
2. Плавность торможения. Отсутствие динамических ударов вследствие равномерного воздействия тормозных шин замедлителя по всей протяженности отцепа.
3. Снижение эксплуатационных расходов за счет снижения средней и максимальной величины динамической нагрузки на замедлитель и подвижной состав.
4. Повышение прогнозируемости динамических характеристик подвижных единиц. Это повышает надежность и качество торможения в автоматическом режиме.
5. Повышение качества регулирования скорости отцепов за счет наличия большого количества градаций управляющих воздействий (ступеней).
6. Повышение энергоэффективности работы замедлителя. Достигается за счет отсутствия потерь сжатого воздуха на многократные растормаживание замедлителя, что также ведет к снижению эксплуатационных расходов (см. п. 3).

Одно растормаживание вагонного замедлителя приводит к выбросу в атмосферу примерно 1 м ³ сжатого воздуха. И при торможении традиционными импульсными алгоритмами, например одиночного (состоящего из одного вагона) отцепа, применяется в среднем 3 импульса, то есть три раза происходит затормаживание и растормаживание замедлителя. При торможении же методом плавного непрерывного торможения фактически растормаживание происходит только один раз [7]. Это приводит примерно к 50 %-ной экономии сжатого воздуха.

7. В перспективе полностью автоматическая подстройка ступеней управления (без вмешательства обслуживающего персонала). Это можно реализовать при внедрении электронного блока управления клапанами БУКЭ/М10–5 (проходит в настоящее время заводские испытания).

Усовершенствован автомат-советчик по реализации заданной скорости роспуска отцепов с горки. Предложенный математический аппарат автомата-советчика обеспечивает настройку параметров модуля расчёта скоростей выхода отцепов из тормозных позиций на основе опыта и знаний специалиста. Для осуществления последующей адаптации к меняющимся условиям внешней среды роспуска — погода, профиль и т. п., разработаны: — механизм оценки результатов накопления вагонов на путях сортировочного парка; — мера необходимой степени подстройки математического аппарата для обеспечения соответствия весовых коэффициентов модели реальным условиям роспуска. То есть, функционирование этого автомата-советчика опирается на предположение о наличии у оператора устойчивого опыта управления ТП [2]. В условиях «глубокой» автоматизации системы такого опыта может и не быть.

Поэтому в работе развивается методика уточнения этого опыта на основе итерационной процедуры работы машины с оператором. То есть появляется возможность обучения человека принятию решений в сложных ситуациях на СГ. Обучение автомата-советчика (соответственно и человека) осуществляется отдельно по каждому пути сортировочного парка, и обучающая выборка параметров постоянно обновляется в процессе роспуска составов. Автомат советчик решает задачу трансляции опыта и интуиции (интеллекта) оператора машине, и в то же время усовершенствованный автомат советчик позволяет обучать оперативно диспетчерский персонал и поддерживать его профессиональный уровень. 3. Предложен метод объединения механизма расчета скорости выхода из ТП (автомата-советчика) и алгоритма реализации расчетной скорости на ТП в один управляющий комплекс. Данный комплекс обеспечивает бесшовное управление сортировочным процессом, что снижает вероятность появления ошибок, что в свою очередь улучшает показатели безопасности и эффективности роспуска.

Таким образом, предложен вероятностный метод управления отцепом на ТП, то есть управления «в среднем». При этом в качестве критериев использованы требования: — обеспечения наилучшего сцепления скатывающихся отцепов с составами ПФ; — минимизации размеров «окон» на путях ПФ; — минимизации потерь от боя вагонов и грузов. Данный метод реализует в системе предшествующий опыт управления сортировочной работой: учитываются возможные сбои, наблюденные в предшествующие моменты времени. Разработаны алгоритм и устройство плавного непрерывного управления тормозными средствами. Предложенные методы управления тормозными средствами сортировочных горок, синтезированы на базе новых технических средств (электронная многоступенчатая управляющая аппаратура пневматическими вагонными замедлителями типа ВУПЗ-05Э).

Литература:

1. Saitov A. et al. Improvement of control devices for road sections of railway automation and telemechanics //E3S Web of Conferences. — EDP Sciences, 2021. — Т. 264. — С. 05031.

2. Boltayev S. et al. A block model development for intelligent control of the switches operating apparatus position in the electrical interlocking system //E3S Web of Conferences. — EDP Sciences, 2021. — Т. 264. — С. 05043.
3. Bakhron o‘gli T. Z. et al. SORTING HILLS CURRENT PROBLEMS IN AUTOMATION AND TELEMECHANICS SYSTEMS //Open Access Repository. — 2022. — Т. 9. — №. 02. — С. 1–4.
4. Talat G., Zokhid T. TO THE QUESTION OF RESEARCH OF NONLINEAR IDENTIFICATIONS OF COMPLEX OBJECTS //Universum: технические науки. — 2022. — №. 11–7 (104). — С. 59–63.
5. Курбанов Ж. Ф., Тошбоев З. Б. Ў. ТЕМИР ЙЎЛ САРАЛАШ ТЕПАЛИГИ АВТОМАТИКА ВА ТЕЛЕМЕХАНИКА НАЗОРАТ ҚУРИЛМАЛАРИНИ МИКРОПРОЦЕССОР БОШҚАРУВ АСОСИДА ТАКОМИЛЛАШТИРИШ //Scientific progress. — 2021. — Т. 2. — №. 5. — С. 425–431.
6. Курбанов Ж. Ф., Тошбоев З. Б. Ў. САРАЛАШ ТЕПАЛИГИДАГИ АВТОМАТЛАШТИРИЛГАН БОШҚАРУВ ТИЗИМИ ЖАРАЁНЛАРИНИ РИВОЖЛАНТИРИШНИ АСОСИЙ ТАМОЙИЛЛАРИ //Scientific progress. — 2021. — Т. 2. — №. 5. — С. 432–435.
7. Bahron o’g’li T. Z. IMPROVEMENT OF MICROPROCESSOR CONTROL OF RAILWAY DECELERATION WAGON DECELERATION DEVICES. 2021.
8. Zokhid T., Ulugbek A. METHODS FOR INCREASING THE CAPACITY OF SORTING PROCESSES ON RAILWAY SORTING HILLS //Universum: технические науки. — 2022. — №. 12–7 (105). — С. 17–21.
9. Janibek K., Aziz S., Zokhid T. CALCULATION OF THE LENGTH OF CABLE LINES USED AT STATIONS //Universum: технические науки. — 2022. — №. 12–7 (105). — С. 22–25.
10. Talat G., Zokhid T. TO THE QUESTION OF RESEARCH OF NONLINEAR IDENTIFICATIONS OF COMPLEX OBJECTS //Universum: технические науки. — 2022. — №. 11–7 (104). — С. 59–63.