Системы автоматического управления поездами метрополитена и определения ходовых свойств вагонов
И.В. Романчев
Работы по автоматизации управления поездами начались в филиале СКБ-245 в 1956 году, когда в отделе № 4 инженер Геннадий Васильевич Вшивцев начал заниматься аналоговым устройством АТР — автоматом тяговых расчётов. Это устройство служило советчиком машинисту пригородной электрички при выборе оптимального способа ведения поезда в конкретном случае при данной нагрузке, профиле пути, погодных условиях и т. п.
Эта работа закончилась в 1956 году междуведомственными испытаниями аппаратуры АТР-2. Небольшая партия этих изделий была установлена на электричках депо «Безымянка» города Куйбышева и некоторое время там эксплуатировалась при гарантийном обслуживании её персоналом филиала СКБ-245.
Вместе с тем, уже в январе 1956 года в отделе № 4 начались поисковые работы по теме «Система автоматического управления поездной работой локомотива». В следующем 1957 году подготавливается к испытаниям макет цифрового вычислительного устройства для системы автоматического управления, который также до конца года был опробован в депо «Безымянка» города Куйбышева.
Дальнейшие работы по созданию цифровых систем автоматического управления (САУ) движением электрифицированного подвижного состава развивались в филиале СКБ-245 (потом в НИИУВМ и ПНИИММ) в двух направлениях:
- первое — создание САУ для управления пригородными электричками;
- второе — разработка аппаратуры САУ для управления подземным подвижным составом (поездами метрополитена).
Первое направление — автоматическое управление электричкой — развивалось с 1956 по 1965 годы. Работа закончилась проведением испытаний на участке Москва-Клин Октябрьской железной дороги опытного образца САУ-ЭР-2А. Работа не получила продолжения из-за наличия непреодолимых трудностей. Одной из трудностей, например, была неточная километровая разметка железнодорожной колеи на Октябрьской железной дороге, выполненная с большими погрешностями ещё в те времена (в XIX веке), когда жёстких точностных требований к этой разметке не предъявлялось. Оказалось, что эти погрешности дорого исправить и, вместе с тем, сложно учесть в алгоритмах цифровой вычислительной аппаратуры, имеющей в те годы недостаточно высокий объём оперативной и внешней памяти.
Ещё одной трудностью было нестабильное сцепление «приводное колесо-рельс», поскольку трение между ними зависело от погодных условий, времени суток, а также от случайных событий. Например, перед электричкой прошёл грузовой поезд, электровоз которого для улучшения сцепления колес с рельсами «подсыпал» на рельсы песок, а в другом случае такого поезда перед электричкой не было, и песка не было (сдул ветер!). Отсутствие однозначного сцепления, то есть наличие проскальзывания, также как и неточная разметка пикетов не давали точного определения проходимого пути.
Второе направление — создание систем автоматизированного управления поездами метрополитена — началось в 1959 году и завершилось в конце 1970-х годов практическим использованием аппаратуры на кольцевой линии Московского метрополитена, поскольку в метро не было неблагоприятных факторов: состояние железнодорожных путей — стабильное, точность разметки — отличная.
Аппаратура типа САУ-М разрабатывалась с 1959 по 1965 годы. Работа закончилась хорошими результатами при проведении испытаний. После проверок на опытных образцах на Томском заводе вычислительных машин была изготовлена установочная партия изделий САУ-М1, которые и эксплуатировались на кольцевой линии метрополитена в Москве. В дальнейшем, когда отдел Н.С. Николаева выполнял работы по созданию системы управления для поездов монорельсовой дороги, параллельно были найдены пути и для совершенствования системы управления поездами метрополитена. В 1966 году на новой основе и новой элементной базе была разработана более удобная для машиниста аппаратура САУ-М2, которая была изготовлена в двух экземплярах и потом испытывалась на кольцевой линии Московского метро.
САУ-М
Система автоматического управления поездом метрополитена САУ-М п редставляла собой специализированную цифровую вычислительную машину, связанную по входу с датчиками текущих значений пути, скорости и движения поезда, а по выходу — с цепями управления тяговыми и тормозными средствами поезда.
В качестве постоянной программы в накопительном устройстве УВМ заложены значения графика движения, контрольные участки, места постоянных ограничений по скорости, токоразделы «контактного рельса» и т. п.
САУ-М предназначалась для определения и реализации оптимальных режимов движения в конкретных условиях поездной работы на линии. В основу работы системы заложен метод «расчётных проб» путем решения уравнения движения поезда с конкретными значениями текущих начальных условий пути, времени и скорости. В результате «расчётных проб» автоматически определялось длительность движения «под тягой», место начала торможения и программа работы тормозных средств. Имея постоянную информацию о пути, скорости и времени, САУ-М реализовала возможность компенсации возникших по независимым причинам отклонений от графика движения поезда (задержка стоянки, остановка у светофора и т. п.).
САУ-М обеспечивала точность выполнения графика в пределах 5 секунд и точность остановки поезда на станциях в пределах ? 0,5 м . Применение САУ-М позволяло увеличить пропускную способность линий метрополитена при оптимальном использовании тяговых и тормозных средств, а также значительно облегчало труд машинистов.
Установочная партия САУ-М в количестве 12 машин проходила длительные испытания на поездах кольцевой линии Московского метрополитена в постоянной эксплуатации. Проводились исследовательские испытания в реальном графике движения поездов с пассажирами.
САУ-М1
Система автоматического управления поездом метрополитена САУ-М1 являлась модификацией системы САУ-М и была предназначена также для автоматического обеспечения точного выполнения графика движения при условии оптимального использования тяговых и тормозных средств поезда.
В отличие от технической реализации САУ-М, в аппаратуре САУ-М1 были введены логические устройства, обеспечивающие автоматическое открывание дверей на станциях. Вместо фотодиодных датчиков пути и скорости были разработаны и применены индуктивные датчики повышенной надёжности.
Система в режиме управления торможением была задублирована независимым устройством торможения, обеспечивающим остановку поезда в заданном месте пути с точностью ? 0,5 м. Был разработан и применён усовершенствованный вариант блока постоянной программы, обеспечивающего хранение необходимой информации для двух путей кольцевой линии.
САУ-М2
Система автоматического управления поездом САУ-М2 является второй модификацией системы САУ-М, выполнена с целью повышения надёжности работы аппаратуры до пределов, позволяющих обеспечить нормальную эксплуатацию этой аппаратуры в условиях линий и депо метрополитена при большом количестве поездов, оборудованных средствами автоматического управления.
В отличие от САУ-М, в САУ-М2 было введено (тройное) «горячее» резервирование устройства управления торможением поезда, а также изменён принцип работы этого устройства.
Вместо метода «расчётных проб» для нахождения точки ввода тормозных позиций был применён метод непрерывного отслеживания программой кривой торможения. Было усовершенствовано устройство постоянной программы, переработаны логические схемы арифметического устройства с целью уменьшения количества активных элементов, разработаны и введены в комплекс САУ-М2 стабилизированный источник питания для аппаратуры и датчики пути и скорости, обеспечивающие выдачу указанной информации по трём независимым каналам. Был реализован блочный принцип конструкции аппаратуры, позволяющий производить быструю смену дефектных устройств, а также были расширены функциональные возможности САУ-М2 в части автоматического управления поездными устройствами во время остановки и пуска поезда, введены дополнительные органы управления на пульте машиниста, обеспечивающие вмешательство машиниста в управление поездом при непредвиденной ситуации в пути и на платформе.
Участники разработки аппаратуры «САУ-М», «САУ-М1», «САУ-М2» в разные годы:
- руководитель работ — Н.С. Николаев;
- начальник лаборатории — Л.М. Мотавкин;
- руководитель группы разработчиков до 1960 года — С.Г. Лось;
- руководитель группы разработчиков после 1960 года — В.А. Абарин;
- разработчики и наладчики, инженеры и техники разных категорий: О.Г. Алексеев, Н.П. Аллакина, (Мартынова), С.Е. Бару, Т.О. Выдрина, С.В. Громашов, Т.Т. Денисова, Г.П. Илюхин, А.Н. Клюка, В.А. Ключников, Кураев, К.П. Маренникова, В.А. Мельникова, Л.М. Мотин, Г.В. Пыжов, Р.Ф. Прохорова, В.В. Романчев, Г.А. Сюзюмова, Л.Г. Щербакова;
- конструкторская группа: Л.И. Бирюкова, К.Г. Борисов;
- математическая группа: В.П. Денисова, Е.Н. Марыгина (Савкина).
Участвовали также в работе по созданию САУ-М, САУ-М1, САУ-М2 заместитель начальника отдела № 4 О.Е. Кроник и инженер Г.В. Любимова.
В 1961 году один образец САУ-М демонстрировался в выставочных павильонах СССР в Париже и Лондоне. После возвращения этот образец демонстрировался на Выставке достижений народного хозяйства (ВДНХ) в Москве. Выставочный Комитет ВДНХ присудил аппаратуре САУ-М диплом, а сотрудников нашего предприятия наградил медалями ВДНХ:
- Большой Золотой медалью — Вячеслава Алексеевича Абарина;
- серебряными медалями — Николая Сергеевича Николаева и Льва Михайловича Мотавкина;
- бронзовыми медалями — Семена Ефимовича Бару, Виктора Васильевича Романчева, Валентина Александровича Ключникова и Лидию Ивановну Бирюкову.
ОСВ
Система определения ходовых свойств железнодорожных вагонов (шифр ОСВ) разрабатывалась по договору с Московским Центральным НИИ Министерства путей сообщения (ЦНИИМПС). Система предназначалась для регистрации и накопления данных, необходимых для вычисления сопротивления движению одиночных железнодорожных вагонов в процессе экспериментальных исследований. Система позволяла выполнять измерения как на сортировочных горках, так и на вытяжных путях железнодорожных станций. Функциональные блоки системы были выполнены на феррит-диодных элементах, выпускавшихся в то время на Астраханском заводе «Прогресс».
Технология работы на системе ОСВ представляла собой следующее. На нескольких, как правило, на четырёх наиболее загруженных путях сортировочной горки, на которых предполагалось формирование новых составов, устанавливались путевые и поблизости, в удобном месте, метеорологические датчики.
До начала роспуска железнодорожного состава оператор системы с помощью переключателей вручную вводил в систему исходные данные — год, месяц и дату работы, время года (весна, зима, осень, лето), погодные условия (сухо, дождь, снег) и номера формируемых составов. Уже в процессе роспуска состава часть данных также вводилась вручную по информации, получаемой по громкой связи — номера вагонов, их тип, количество осей, тип подшипников и масса вагонов. Входной информацией системы также являлись данные о температуре воздуха, силе и направлении ветра. Эти параметры непрерывно поступали от метеорологических датчиков системы.
Когда происходил роспуск состава, в момент прохода вагона по данному пути в точке установки датчика колесо на первой оси вагона нажимало на датчик, в котором замыкался контакт. Этот контакт, в свою очередь, включал счётчик импульсов, которые поступали с определенной фиксированной частотой. Колесо на следующей оси вагона повторным нажатием на датчик контакт выключало, и режим счёта импульсов прекращался. Накопленное на счётчике число являлось мерой скорости движения вагона. Информация от метеорологических датчиков и значения скоростей автоматически фиксировались в оперативной памяти системы и по окончании оперативной работы после завершения роспуска вместе с постоянными данными выводились на перфорированную ленту, которая потом в вычислительном центре на любой ЭВМ типа «Урал» могла быть обработана для получения требуемых характеристик вагонов.
Разработанная система ОСВ отличалась от ранее применявшихся систем тем, что в ней была повышена точность измерений и расширены эксплуатационные возможности. Новая, полученная с помощью ОСВ информация позволила ЦНИИМПС решить целый ряд задач по совершенствованию вагонного и путевого хозяйства, а также решать ряд задач по формированию железнодорожных составов.
Система ОСВ успешно прошла опытную эксплуатацию на сортировочных горках Москвы, Ленинграда, Пензы; была принята в постоянную эксплуатацию, после чего работала на сортировочных горках многих городов нашей страны, а также в Польше и ГДР.
Идеолог создания системы — научный руководитель работы, сотрудник ЦНИИПМС, кандидат технических наук Анатолий Петрович Орлов. Технический руководитель работ от нашего предприятия — Николай Сергеевич Николаев, разработчики аппаратуры — Петр Яковлевич Пуханов, Иван Васильевич Романчев, Вениамин Гаврилович Погодин, Евгений Борисович Рассказов, Михаил Петрович Князев, Владимир Александрович Коптилин, Евгений Александрович Муравлев, Леонид Давидович Шумский, Лилия Романовна Князева, Константин Григорьевич Борисов. Этот коллектив, вместе с руководителем разработки Н.С. Николаевым, получил на систему ОСВ авторское свидетельство на изобретение.
Система отличалась от известных тем, что у неё были расширены эксплуатационные возможности и повышена точность измерений, что позволило ЦНИИМПС решить стоящие перед ним задачи.
Статья помещена в музей 13.03.2009 с разрешения автора
