Актуальной проблемой технического развития метрополитенов является разработка и внедрение систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП). К ним относятся системы управления: движением поездов, эскалаторами, устройствами энергоснабжения и др.
Наибольший эффект дают автоматизированные системы управления движением поездов, которые повышают точность и интенсивность движения, освобождают машиниста от большого числа операций по управлению поездом, используют оптимальные режимы движения поездов и сокращают эксплуатационные расходы.
В настоящее время на Ленинградском метрополитене эксплуатируется комплексная система автоматического управления поездами (КСАУП), а на Московском — комплексная система автоматического управления движением поездов (КСАУДП). Каждая из этих систем функционально подразделяется на подсистему безопасности, состоящую из устройств автоматического регулирования скорости (А PC), и подсистему автоматического управления поездами (АУП).
Устройства А PC обеспечивают движение поездов по перегонам и станциям с допустимыми скоростями, а также ограничение скорости и автоматическую остановку состава. Выработку команд всем поездам линии на отправление со станций в зависимости от складывающейся ситуации и точности выполнения графика движения, а также расчет времени дополнительного режима тяги при ликвидации опоздания выполняют устройства АУП.
Рассмотрим построение, характеристики и основные особенности комплексной системы автоматического управления поездами (КСАУП) В целом система КСАУП осуществляет: выполнение графика движения, регулируя время движения поездов по перегонам и время стоянки поездов на станциях; включение двигателей в тяговый режим «Ход-2» и «Ход-3»; автоматическую остановку поездов на станциях с необходимой точностью и открытие вагонных дверей; автоматическое отправление поездов со станций с закрытием дверей вагонов при соблюдении безопасности для пассажиров; отключение двигателей из тяговых режимов в соответствии с режимом ведения и сближения поездов; автоматический оборот поездов по тупикам линии; контроль исполнения графика движения поездов по станциям с выдачей результатов на видеотерминал и печатающее устройство.
Основным управляющим и контролирующим звеном системы КСАУП является центральный пост управления (ЦПУ КСАУП), построенный на базе управляющего вычислительного комплекса АСВТ М-6000. Он предназначен для восприятия сигналов прибытия и отправления поездов со станции, обработки полученной информации по определенному алгоритму, выработки команд отправления всем поездам в зависимости от складывающейся поездной ситуации и выполнения графика движения, а также для выдачи команд на дополнительное включение двигателей для ликвидации опоздания.
ЦПУ КСАУП состоит из двух вычислительных комплексов ВК1 и ВК2, линейного устройства, устройства переключения и пульта — имитатора линии метрополитена. Один из вычислительных комплексов ВК является основным, а другой — резервным. Информация о прибытии поездов поступает в ВК1, ВК2 и на пульт-имитатор параллельно, а управляющие сигналы выдаются в линейное устройство только от того ВК, который является в данный момент основным.
При остановке основного комплекса или зацикливании управляющей программы осуществляется переключение на резервный комплекс автоматически специальным переключающим устройством или вручную оператором. Имитатор позволяет контролировать сигналы отправления и дополнительного включения тяговых двигателей, а также создавать различные поездные ситуации при отладке программного обеспечения.
Структурная схема вычислительного комплекса и устройства связи с объектом приведена на рис. 1. Логическая и арифметическая обработка 16-разрядных параллельных двоичных слов осуществляется процессором. Каждое оперативное запоминающее устройство ОЗУ имеет емкость 4096 слов; цикл чтения или записи составляет 2,5 мкс Устройство ввода с перфоленты используется для ввода рабочей программы КСАУП и исходной информации, записанной на пяти-восьмидорожечной перфоленте. На базе перфоратора ПЛ-150 построено устройство вывода на перфоленту, которое используется для размножения носителей рабочих программ КСАУП.
Распечатка параметров исполненного графика движения поездов осуществляется устройством печати с клавиатурой на базе Консул-260. Устройство связи с объектом используется для связи ЭВМ с путевыми и станционными устройствами через линейное устройство ЦПУ.
Информация от датчиков станционной контрольной точки прибытия, отправления и устройств контроля положения стрелок на платформах ввода-вывода поступает на модули ввода инициативных сигналов.
Бесконтактный модуль кодового управления предназначен для приема, запоминания информации, поступающей от ЭВМ, и выдачи управляющих воздействий на путевые и станционные устройства через линейное устройство ЦПУ.
Поездные устройства системы КСАУП устанавливаются на каждом поезде и обеспечивают прием, обработку и исполнение управляющих команд ЦПУ от путевых и станционных устройств.
Функциями путевых и станционных устройств автоведения являются: передача сигналов автоведения от ЦПУ на поезд формирование и передача в ЭВМ сигналов прибытия поезда на станцию, отправления его со станции и проследования контрольных точек пути на перегонах.
Путевые устройства передачи сигналов автоведения на поезд состоят из ряда путевых программ.
Программа торможения обеспечивает сбор схемы торможения, выбор позиции реостатного контроллера и автоматическое торможение, что достигается ее конструктивным построением. Программа выполнена в виде двухпроводного шлейфа, конфигурация которого изменяется от начала к концу с целью необходимости передачи на поезд указанных выше сигналов. Тормозная программа запитывается частотой 42 кГц.
Первый участок программы используется для передачи сигнала «сбор схемы торможения» и выполнен в виде двух уложенных параллельно проводников, расстояние между которыми исключает их взаимное влияние.
Второй участок предназначен для выбора позиции реостатного контроллера и представляет два параллельных проводника, уложенных рядом В этой части программы магнитные поля пооводников взаимно компенсируются и в гриемной катушке поезда ЭДС наводиться не будет.
Длины обоих участков выбираются из соображений времени срабатывания исполнительных устройств поезда и скорости его движения. Выбор количества позиций реостатного контроллера зависит от необходимой степени снижения скорости поезда перед началом автоматического торможения.
Необходимая точность остановки поезда обеспечивается двухступенчатым торможением. Момент начала торможения на каждой ступени определяется на основании результатов сравнения фактической и заданной скоростей движения поезда. Для этого сравниваются фактическое и заранее рассчитанное время проследования между фиксированными отрезками пути. Участки программ предварительного и прицельного торможения выполнены в виде перекрещенного шлейфа. Места перекрещивания проводников являются фиксированными точками пути Каждая точка рассчитана на определенную скорость начала торможения, и расстояние между ней и точкой остановки равно тормозному пути при этой скорости. Дискретность расстановки перекрещиваний и закон изменения расстояний между ними обусловлены точностью остановки поезда в заданной точке.
Программа торможения устанавливается с левой или правой стороны вдоль железнодорожной колеи и запитывается постоянно от блока генератора, расположенного на стативе CLUPMA.
Путевые программы хода и автооборота предназначены для передачи на поезд сигналов включения двигателей в режим «Ход-2» частотой 20 кГц, «Ход-3» частотой 32 кГц и автооборота частотой 25 кГц. Они выполнены в виде двухпроводных шлейфов. Длина шлейфов определяется временем срабатывания поездных устройств и временем разгона поезда до скорости 15—20 км/ч с моменте трогания. При этом начало программы включения двигателей в тяговый режим должно быть в зоне остановки поезда.
Программа хода нормально отключена и подключается в стативе CLUPMA к блоку генератора для передачи на поезд сигнала включения двигателей в режим тяги при отправлении поезда со станции.
Путевая программа дверей используется для передачи на поезд сигнала открытия левых и правых дверей. Нормально программа подключена в стативе CLUPMA к блоку генератора и отключается при передаче на поезд сигнала закрытия дверей.
Путевая программа отключения двигателей обеспечивает передачу на поезд сигнала отключения двигателей из режима тяги как в заранее обусловленной точке пути, так и при регулировании общего времени движения поезда по перегону введением дополнительного режима тяги. В последнем случае программа состоит из двух частей. Первая часть программы устанавливается в зоне регулирования времени движения, а вторая — в точке обязательного отключения двигателей по условиям максимально допустимой скорости движения.
Первая часть программы нормально отключена и подключается к блоку генератора, устанавливаемому в шкафу автоведения (LUA) при передаче на поезд сигнала отключения двигателей. Вторая часть программы подключена постоянно.
Путевые устройства контроля прибытия поезда на станцию и отправления его со станции, а также устройства контроля проследования поездом контрольных точек пути предназначены для передачи информации на центральный пост управления. Каждое из названных устройств содержит два путевых датчика (ДИП), блок усилителя (СУ) и исполнительное реле. Датчики устанавливаются под подошвой одного из рельсов в зоне контроля проследования поезда.
При автоматическом управлении поезд следует на станцию, как правило, с соответствующей режиму ведения скоростью. В этом случае от запитанной программы торможения (см. рис. 2) выдаются такие сигналы: сбор схемы поезда 8 тормозной режим, выбор необходимого количества позиций реостатного контроллера и при достижении определенной точки пути в зависимости от скорости двухступенчатое автоматическое торможение.
После остановки поезда с необходимой точностью по сигналу программы управления дверями выполняется команда открытия дверей состава с одновременным включением информатора, оповещающего пассажиров о прибытии на станцию. Кроме того, после вступления первой колесной пары между индуктивными датчиками вырабатывается сигнал фактического прибытия, от которого начинается обсчет времени и в ЭВМ центрального поста рассчитывается время отправления данного поезда со станции.
Стоянка поезда продолжается до выработки центральным постом сигнала отправления. По этому сигналу включается программа управления дверями и поездной аппаратурой и вырабатываются следующие команды: включен-е информатора, оповещающего пассажиров об отправлении со станции; включение сигнала, оповещающего машиниста о необходимости отправиться со станции; закрытие вагонных дверей состава.
Одновременно с выключением программы управления дверями поезда запитывается нормально отключенная программа включения двигателей в тяговый режим, которая исполняется только после закрытия вагонных дверей. Если поезд простоял на станции более времени стоянки, то команда на отправление поезда вырабатывается вне зависимости от сигнала центрального поста по сигналу блока максимальной стоянки. Команда на включение двигателя в тяговый режим воспринимается и запоминается поездной аппаратурой до момента получения команды отключения двигателей. Это выполнено с целью сокращения длины путевой программы включения двигателей.
Отправление поезда фиксируется с помощью станционной контрольной точки и передается на центральный пост управления. Если поезд опаздывает, то ЭВМ рассчитывает время дополнительного режима тяги и передает его значение в блок выключения двигателей из тягового режима. После реализации поездом дополнительного времени движения в режиме тяги от генератора запитывается программа отключения двигателей и по этому сигналу в поездной аппаратуре вырабатывается команда выключения двигателей из тягового режима. Далее поезд движется в режиме выбега. При необходимости повторного включения двигателей устанавливается короткая программа хода, а в месте отключения двигателей из тягового режима — программа отключения двигателей
Опыт эксплуатации системы КСАУП показал, что она успешно выполняет возложенные на нее функции по автоматическому управлению движением поездов, а построение ЦПУ на основе управляющих машин является правильным техническим решением. ЭВМ выполняет логическую обработку обширной информации о процессе движения поездов, позволяет оперативно изменять график движения и обеспечивает контроль за ходом его выполнения.
Техническое обслуживание устройств центрального поста управления, а также разработка и сопровождение математического обеспечения вычислительных комплексов АСВТ М-6000 выполняется сотрудниками отдела электронной вычислительной техники ВЦ. Двойное резервирование управляющих комплексов и устройств связи с объектами позволило обеспечить практически бесперебойную работу центрального поста при управлении движением поездов.
Техническое обслуживание станционных и путевых устройств автоведения и автоматического регулирования скорости возложено на службу сигнализации и связи. На все устройства разработана специальная технология обслуживания, предусматривающая сроки и порядок проверки, замены и осмотра аппаратуры. Основная часть работ по содержанию и оперативному устранению нарушений возложена на дежурный персонал дистанций СЦБ. Проверка и ремонт оборудования производятся мастерскими службы. Применение резервирования основных узлов станционной аппаратуры позволило обеспечить наработку на отказ аппаратуры в сумме около 2000 ч.
Техническое обслуживание всех поездных устройств выполняют работники службы подвижного состава. Для этой цели выделены и обучены специальные работники, которые ремонтируют и заменяют блоки авто-ведения и А PC, регулируют поездные устройства, подготавливают и выдают составы на линию.
Система КСАУП позволяет обеспечивать соблюдение графика и оперативно управлять движением поездов. Однако в процессе ее эксплуатации выявились некоторые недоработки. К ним относятся отсутствие информации на центральном посту о номере маршрута и поезда, отсутствие непосредственной связи диспетчера с
ЭВМ, управление тяговыми двигателями только в определенных точках, а не по всему перегону, недостаточная комплектация управляющих ЭВМ и др.
Непрерывно увеличивающийся пассажиропоток и расширение сети метрополитенов предъявляют дополнительные требования к системе автоматизации управления движением поездов. В дальнейшем пульт поездного диспетчера намечено включить в контур управления системой автоведения, а выполнение некоторых функций диспетчера передать электронным вычислительным машинам. Помимо основного назначения по управлению движением поездов, система автоматизации должна осуществлять сбор и формирование информации для других подсистем АСУ-Мет-ро на основании учета пробега подвижного состава, контролировать выполнение графика движения поездов и обеспечивать живучесть системы в реальном масштабе времени при сбоях и нарушениях графика движения.