Система управления, безопасности и технической диагностики электроподвижного состава метрополитена – система «Витязь-М», компоненты которой установлены на вагонах метрополитена моделей 81-765, 81-766 и 81-767, предназначена для безопасного управления состава метро, обеспечения управления и диагностики оборудования вагонов в реальном масштабе времени.

Элементы и блоки микропроцессорной системы управления обеспечивают:

• управление составом в ходовом режиме;
• управление составом в тормозных режимах;
• управление электропневматическим тормозом в режиме замещения и по резервным цепям управления;
• управление режимом экстренного торможения;
• управление вспомогательным вагонным оборудованием (ПСН, климатические установки, мотор-компрессор и т.д.);
• травмобезопасное открытие/закрытие дверей;
• повагонное управление вагонным оборудованием с возможностью дистанционного отключения неисправного оборудования;
• обеспечение обмена информацией между устройствами системы по поездной, головной и вагонной линиям связи;
• прием информации с пульта машиниста и вывод информации на устройство отображения (монитор машиниста) и звуковую сигнализацию;
• обмен информацией со стационарными устройствами системы централизации;
• определение местоположения состава на линии;
• противоюзную защиту колесных пар при пневматическом торможении;
• блокирование в закрытом состоянии дверей кабины управления во время движения в головном и хвостовом вагонах и запрет включения резервного открытия дверей в нерабочей (хвостовой кабине);
• решение задач переконфигурации системы управления при наличии сигналов о неисправностях блоков, входящих в систему.

Состав системы и функциональная схема

Система управления состоит из следующих функциональных подсистем, обеспечивающих основные функции по управлению и контролю движения состава:

• подсистема управления движением, работой тягового привода, электропневматическим тормозом;
• подсистема управления работой вспомогательного оборудования.

Состав аппаратуры системы «Витязь-М» представлен в таблице №2.

Таблица №2. Состав оборудования системы «Витязь-М»

Наименование устройства	Кол., шт.
Головные вагоны модели 81-765
Блок АТС	1
Бортовой компьютер вагонного управления БКВУ-Д	1
Многофункциональный дисплей управления МФДУ	1
Блок тормоза безопасности БТБ	1
Контроллер машиниста КМ	1
Адаптер диагностики и управления вагоном АДУВ	2
Адаптер диагностики и управления тормозами АДУТ-М	1
Устройство приема информации УПИ-1	1
Устройство приема информации УПИ-2	1
Регистратор параметров движения поезда РПДП	1
Термодатчик контроля перегрева букс ДПБ 005 МАЭ	8
Антенна системы определения местоположения AR900-2	1
Промежуточные и прицепные вагоны модели 81-766/767
Бортовой компьютер вагонного управления БКВУ-Д	1
Адаптер диагностики и управления вагоном АДУ В	1
Адаптер диагностики и управления тормозами АДУТ-М	2
Термодатчик контроля перегрева букс ДПБ 005 МАЭ	8

Внутренние связи системы управления осуществляются по головной управляющей магистрали, поездной управляющей магистрали, вагонной управляющей магистрали. В качестве линий связи используется шина CAN-2.0В с резервированием. Система управления является открытой для наращивания функций и обеспечивает возможность интеграции с отдельными новыми устройствами, узлами и компонентами.

Для увеличения надежности управления центральный процессор управления выполнен на двух разнотипных микропроцессорах, в которых параллельно реализованы функции диагностики и управления движением и вспомогательным оборудованием. Для управления составом выбираются более безопасные команды управления.

Описание и принцип работы

Формирование команд управления движением состава и вагонным оборудованием осуществляется на двух уровнях.

Первый уровень (указан в соответствие с убыванием приоритета выполнения) – поездной формирует команды на основании:

• команд от системы АЛС-АРС (разрешение тягового режима, запрет тягового режима, требование торможения, вид тормоза);
• признаков, формируемых системой функциональной диагностики (“Двери открыты”, “Экстренное торможение”, “Стояночный тормоз”, “Срабатывание датчика противозажатия”);
• команд управления, поступающих от основного и вспомогательного пультов управления;
• команд управления, поступающих от системы автоматизированного ведения состава.

Второй уровень – вагонный формирует команды управления на основании:

• команд управления от поездного блока управления;
• признаков, формируемых алгоритмом функциональной диагностики по информации от датчиков вагонного оборудования.

К выполнению принимается наиболее безопасная команда управления на основании приоритета всех полученных признаков и команд.

Все подсистемы управления составом синхронизированы с единым астрономическим временем Российской Федерации, время поддерживаться автономно с точностью не хуже 0,1 мс/ч.

Органы управления и связь с ними

Сигналы от органов управления (контроллер машиниста, реверсор, кнопки на основном и вспомогательном пульте машиниста) поступают на устройства гальванически развязки УПИ-1, УПИ-2, где после обработки по головной линии связи поступают в систему. Передача состояний органов управления защищена прямым, инверсным и циклическим избыточным кодом.

Связь с системой АЛС-АРС

Управление движением (режимы разгона, выбега и торможения) осуществляется с учетом ограничений от АЛС-АРС. При этом команды от системы АЛС-АРС обабатываются с наивысшим приоритетом. Для управления движением система управления получает от АЛС-АРС следующие команды:

• разрешение/запрет тягового режима;
• требование торможения;
• вид тормоза (электродинамический соответствующей уставки, электропневматический соответствующей уставки).

При наличии различных команд от каналов системы АЛС-АРС формирование команд управления осуществляется с выбором наиболее безопасной команды.

При отсутствии обмена с каким-либо каналом АЛС-АРС в течение заданного времени формируется команда на тормозной режим. Дальнейшее движение возможно только при блокировании соответствующего канала Блокиратором БАРС.

При отказе основной и резервной системы АЛС-АРС или их отключении для возможного движения состава реализован режим «УОС» обеспечивающий движение состава на скорости не более 20(35) км/ч при нажатой Педали безопасности.

Связь с системой диагностики

Система диагностики выполняет контроль состояния и параметров вагонного оборудования состава (механического, электрического, пневматического), включая самоконтроль системы управления, обеспечивает возможность тестирования схемы состава, его узлов на стоянке перед отправлением состава. При наличии неисправностей формируется запрет на включение тяги или требование тормозного режима. Учитывая, что реализация подсистем управления и диагностики осуществляется на поездном и вагонном уровне на одних и тех же вычислительных средствах, связь систем выполнена алгоритмическим способом.

Система диагностики предназначена для выполнения следующих функций в процессе эксплуатации состава (совместно с системой управления и системой регистрации):

1. Анализ работы оборудования системы управления и вагонного оборудования в режиме online и формирование информации о зафиксированных отклонениях контролируемых параметров от допустимых значений.
2. Анализ работы действий машиниста в режиме on-line и формирование информации о некорректных действиях машиниста.
3. Формирование в автоматическом режиме на экране МФДУ рекомендаций машинисту по дальнейшим действиям при обнаружении отклонений по п.п. 1,2.
4. Сохранение информации о зафиксированных отказах в работе оборудования системы управления и вагонного оборудования в оперативной памяти процессора управления.
5. Отображение в специальных экранах МФДУ информации о состоянии обору- дования системы управления и вагонного оборудования.

Интерфейс «человек-машина»

Интерфейс «человек-машина» реализует отображение информации на мониторе машиниста о режиме управления составом, диагностической информации о состоянии вагонного оборудования вагонов состава и самой системы, выдачу сообщений машинисту о неисправностях с рекомендациями по действиям.

Информация для машиниста представляется в визуальном и звуковом виде. Визуализация информации обеспечивается применением графического информационного монитора. Звуковая информация представлена в виде речевых сообщений и звуковых сигналов. Для отдельных сигналов применяются точечные световые инди- каторы, располагаемые в кабине управления (двери, наличие КС).

Интерфейс «человек-машина» используется также для управления отдельными функциями (повагонное управление, тестирование вспомогательного оборудования).

Виды экранов монитора машиниста делятся на четыре группы:

• основные экраны;
• вспомогательные экраны;
• экраны помощи машинисту;
• «Теневые» или диагностические экраны, для обслуживающего персонала.

Основной (штатный) экран монитора машиниста, для удобства визуального восприятия, условно разделен на несколько зон:

1. Сигналы систем управления и безопасности
2. Отображение состояние основного вагонного оборудования, влияющего на безопасность движения и его организацию с разделением по каждому вагону.
3. Состояние автоматизированных и вспомогательных режимов.
4. Информация о скоростях.
5. Информация о режимах и датчиках местоположения.
6. Информация о давлениях в тормозных цилиндрах и напряжении бортовой сети.
7. Поле вывода сообщений машинисту.
8. Зона переключаемых страниц.
9. Поле рекуперации. При включенном режиме рекуперации в поле выводится надпись «Рекуп.» зеленого цвета.
10. Режим работы климатических установок (Зима/Лето).

В нижней строке экрана отображаются текущие функции клавиш нижней группы клавиатуры монитора машиниста.

Страницы вагонного и поездного оборудования отображаются в зоне переключаемых страниц штатного экрана монитора машиниста, и выполняют следующие функции:

• отображение состояния вагонного оборудования;
• отображение состояния дверей;
• отображение состояния тяговых приводов;
• отображение значений токов и напряжений состава;
• отображение значений давлений состава;
• отображение состояния систем кондиционирования и температур внутри и снаружи состава;
• отображение состояния автоматов защиты;
• отображение и управление повагонным отключением оборудования;
• запуск и отображение состояния тестов вагонного оборудования.

Информация автоматических режимов управления составом отображается в зоне переключаемых страниц штатного экрана монитора машиниста, и позволяет просмотреть информацию о работе автоматических режимов управления составом, а также произвести их настройку.

Описание функций управления и управление тяговым приводом

Команды управления движением формируются на поездном уровне, на основании положения КМ, команд от автоматического ведения, функциональной диагностики и ограничений от системы АЛС-АРС. Вагонный блок, получив управление по поездной магистрали, на основе диагностики от тягового привода, состояния тормозного оборудования вырабатывает управление движением. Команды «Подъем», «Откл. БВ», «Вкл. БВ» «Откл. рекуперации» формируются на основании информации от пульта управления машиниста. Загрузка вагона определяется как среднее значение четырех датчиков авторежима, расположенных в каждой рессоре. Команды управления в блок управления тяговым приводом передаются по вагонной магистрали.

Система управления обеспечивает формирование команд направления движения в блок управления тяговым приводом в зависимости от ориентации вагона:

• включение режима «Вперед»;
• включение режима «Назад».

Система обеспечивает формирование следующих команд управления тяговым приводом:

• «Тяга» – при движении вперед в ходовом и «Тормоз» – в тормозном режиме с различными уставками. Количество уставок тягового и тормозного режимов определяется на этапе проектирования. Возможна реализация до 8 уставок тягово-тормозного режимов.
• «Тяга» – при движении назад в ходовом режиме с различными уставками;
• включение / отключение рекуперации;
• тормоз АРС;
• величина загрузки вагона;
• признак работы в режиме «Подъем»;
• отключение/включение БВ.

Система на поездном уровне обеспечивает запрет формирования команд управления ходовым режимом на всем составе в следующих случаях:

• при наличии давления в тормозных цилиндрах и признака «Экстренное торможение»;
• при открытых дверях;
• при прижатом стояночном тормозе;
• при отсутствии ориентации вагонов.

Система управления на каждом вагоне обеспечивает формирование команды «Выбег» и снятие команд управления ТП «Тяга» / «Тормоз»:

• при срабатывании БВ (защиты ТП);
• при неисправности ТП;
• при наличии соответствующего давления в тормозных цилиндрах.

Система управления обеспечивает замещение режима электроторможения пневмоторможением при истощении, отказе, неэффективности электроторможения и при неисправности тягового привода.

Для обеспечения трогания на подъеме применяется логика задержки отпуска тормоза удержания при переводе КМ в положение ХОД.

Управление электропневматическим торможением

Команды на включение электропневмотормоза формируются как на поездном уровне (включение электропневмотормоза по требованию системы АЛС-АРС), так и вагонном уровне при получении режима «Тормоз» на основании диагностики тягового привода, наличия команды от автоматизированного режима ведения состава.

Уставка электропневматического тормоза зависит от уставки управления тягового привода в режиме торможения. Возможна реализация до 8 уставок пневмоторможения.

Управление электропневмотормозом осуществляется с учетом загрузки вагона.

На вагонном уровне обеспечивается включение режима противоюза потележечно при обнаружении заклинивания колесных пар.

Признак юза формируется при условии исправности датчиков скорости по следующему алгоритму:

• разность скоростей каждой колёсной пары в предыдущем и текущем тактах превышает заданную величину в течение установленного времени;
• скорости колёсных пар отличаются друг от друга на заданную величину в течение установленного времени.

В условиях депо предусмотрено проведение теста работы системы противоюза.

Управление резервным электропневматическим торможением

Переключение на цепь резервного управления осуществляется нажатием кнопки Тормоз резервный на пульте машиниста. В режиме резервного торможения отключается цепь управления электротормозом от блока вагонного управления. Машинист в данном режиме осуществляет управление составом самостоятельно кнопками тормоз-отпуск.

Резервным тормозом можно осуществить торможение состава с тремя уставками пневмоторможения (вентиль тормоза 1, вентиль тормоза 2, петля безопасности). Величина давления в ТЦ при включении соответствующей уставки определяется с учетом загрузки вагона.

Повагонное управление вагонным оборудованием

Система управления обеспечивает формирование команд управления в асинхронном режиме (отдельным вагоном состава):

• отключение БВ;
• закрытие и блокировку открытия дверей;
• отключение МК;
• отключение (отжатие) токоприемников;
• отключение освещения;
• отключение ПСН;
• отключение ТП.

Под отключением тягового привода понимается отсутствие задания режима «Ход».

Команды отключения оборудования из повагонного управления имеют более высокий приоритет при формировании команд управления.

Вспомогательные режимы управления

Для повышения функциональной привлекательности состава в систему введен режим определения местоположения, на основе которого реализуются следующие режимы:

• режим прицельной остановки на станции;
• режим блокировки открытия дверей.

Режим определения местоположения обеспечивает определение координат головного и хвостового вагонов состава с привязкой к конкретной точке на пути с точностью ± 0,05 м от контрольной точки на пути. Для работы режима путь должен оборудоваться путевыми датчиками определения местоположения.

Режим автоматической прицельной остановки на станции обеспечивает автоматическую остановку состава у контрольной точки на пути с погрешностью не более ±0,3м от контрольной точки.

Режим блокировки дверей состава блокирует открытие дверей при остановке состава вне платформы на перегоне и с неправильной стороны на станции.

Автоматизированное управление

Система управления обеспечивает выполнение следующих автоматизированных и автоматических режимов управления составом:

• режим автономного автоматизированного управления;
• режим централизованного автоматизированного управления;
• режим регулирования скорости по радиоканалу;
• режим централизованного автоматического управления.

Режим автономного автоматизированного управления обеспечивает ведение состава в автоматическом режиме от станции отправления до остановки на станции прибытия. Поездная система управления при этом обеспечивает:

• соблюдение абсолютного приоритета ограничений, задаваемых системой обеспечения безопасности;
• выполнение выбранных энергооптимальных режимов движения с целью реализации выбранного времени хода по перегону с погрешностью не более ±5с.

Режим централизованного автоматизированного управления реализует графико- интервальное регулирование движения составов на линии метрополитена. Режим централизованного автоматизированного управления реализует все функции режима автономного автоматизированного управления. Дополнительно от диспетчерского центра в поездную систему управления поступает информация о значениях времен хода по перегонам и стоянки на станциях.

Режим регулирования скорости по радиоканалу осуществляет контроль скорости движения состава на основе информации о координатах хвостового вагона впереди идущего состава. Для функционирования режима линия метро должна оборудоваться системой подвижной радиосвязи для организации обмена информацией между составами и диспетчерским центром. Поездная система управления дополнительно комплектуется радиомодемами для обмена информацией со впереди идущим составом.

Режим централизованного автоматического управления предназначен для обеспечения работы состава в автоматическом режиме по командам диспетчерского центра.

Система безопасности АРС-АЛС

Система автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости (система АЛС-АРС) системы управления, обеспечения безопасности и технической диагностики «Витязь» вагонов метрополитена предназначена для обеспечения безопасности движения составов на всех линиях Московского метрополитена в соответствии с ПТЭ метрополитенов Российской Федерации.

Функциональная схема системы безопасности АРС-АЛС представлена на рисунке:

Автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости (система АЛС-АРС) системы «Витязь» должна обеспечивать:

• приём поездными устройствами из рельсовых цепей сигнальных команд о предельно допустимой и предупредительной скорости движения в зависимости от занятости или свободности впереди лежащих участков пути с учетом расчетного тормозного пути для данной допустимой скорости, готовности или неготовности маршрута;
• сигнальное показание в кабине управления составом о предельно допустимой и предупредительной скорости или запрещающее движение и требующее остановки;
• непрерывный контроль над соблюдением допустимой скорости и автоматическое торможение при превышении поездом (составом) этой скорости;
• автоматическое прекращение торможения поезда (состава) после снижения скорости до предельно допустимой и при подтверждении машинистом бдительности;
• автоматическое торможение поезда (состава) до полной его остановки: перед занятым участком пути, перед участком пути, на котором нарушена целостность рельсовой цепи, при нарушении приема сигнальных команд поездом (составом), перед светофором с красным огнем, при превышении скорости и неподтверждении машинистом восприятия торможения от устройств АЛС-АРС, при проезде станции;
• формирование разрешения на открытие дверей только со стороны платформы при остановке состава на станции в допустимых пределах от знака «Остановка первого вагона».

Для своего функционирования система АЛС-АРС осуществляет прием сигналов с органов управления поездом и состояния вагонного оборудования. Для передачи и приема указанных сигналов используется дублированная головная управляющая магистраль на основе CAN (или аналогичная). Управление режимами движения система осуществляет по поездной управляющей магистрали.

Для обеспечения безопасности движения система АЛС-АРС осуществляет также прямое управление экстренным торможением: блоком тормоза безопасности и вентилем РВТБ.

Система АЛС-АРС расположена в головных вагонах состава метрополитена. При этом система, расположенная в неактивной кабине (хвостовом вагоне), не участвует в управлении составом.

Система АЛС-АРС реализована в бортовом компьютере поездного управления (блок АТС) на двух независимых дублирующих друг друга каналах, реализующих алгоритм функционирования системы. Остальные блоки и устройства, приведенные на схеме, являются вспомогательными и обеспечивают функционирование системы.

Их назначение:

1. Контроллер машиниста (КМ) предназначен для задания машинистом режима движения поезда: тяга, выбег, тормоз с соответствующей уставкой. Выход сигналов КМ гальванически развязан со схемой вагона. КМ расположен на основном пульте управления.
2. Блок коммутации цепей управления (БКЦУ) предназначен для формирования команд направления движения (реверсора) вперед, назад, вперед/назад резервный и сигнала резервного управления тяговым приводом. БКЦУ расположен в аппаратном отсеке головного вагона.
3. Устройство приёма информации УПИ-1 предназначено для приема сигналов с органов управления расположенных на основном пульте управления. УПИ-1 осуществляет прием и преобразование следующих сигналов используемых системой АЛС-АРС:
   • кнопка восприятия торможения КВТ;
   • кнопка бдительности КБ;
   • педаль безопасности ПБ;
   • кнопка включения режима автоматической локомотивной сигнализации АЛС;
   • кнопка включения аварийного хода КАХ.
4. Устройство приема информации УПИ-2 предназначено для приёма сигналов с органов управления расположенных на вспомогательном пульте управления. УПИ-2 осуществляет прием и преобразование следующих сигналов используемых системой АЛС-АРС:
   • сигналы с реверсора (выключен, вперед, назад, вперед/назад резервный);
   • сигналы с тумблеров задания режима кодирования рельсовой линии ПД и ПД1;
   • сигналы с блокиратора каналов системы АЛС-АРС БАРС1, БАРС2 и УОС.
5. Для получения информации о скорости могут использоваться:
   • цифровой измеритель скорости (ЦИС) с датчиками вращения шестерни ДВШ;
   • осевые датчики скорости, обрабатываемые самой системой АЛС-АРС;
   • каналы измерения скорости системы противоюзовой защиты.
     Для отображения информации о фактической, допустимой, предупредительной скоростях движения и ряда признаков АЛС-АРС предназначены многофункциональный монитор скорости МФМС и многофункциональный дисплей управления МФДУ.
6. Блок тормоза безопасности БТБУ и резервный вентиль тормоза безопасности РВТБ являются исполнительными элементами экстренного торможения. При снятии с них системой АЛС-АРС питания включается экстренное торможение.
7. Бортовой компьютер вагонного управления БКВУ по командам, полученным по поездной магистрали от блока АТС, осуществляет управление тяговым приводом БУТП в части задания режимов движения и блоком управления фрикционным тормозом БУФТ в части включения электропневматического торможения. Блок БКВУ также собирает диагностическую информацию о состоянии тягового привода и электропневматического тормоза, датчиков вагонного оборудования, обрабатывает их и передает в АТС.
8. Бортовой компьютер поездного управления предназначен для решения задач обеспечения безопасности движения.

Для решения задач безопасности в блоке реализовано два независимых канала обеспечения безопасности. В состав каждого канала обеспечения безопасности блока АТС входят:

• два процессора безопасности ПЦБ;
• два модуля ключей МКл;
• два источника питания ИП БК.

Модули ключей управления независимых каналов соединены последовательно. Процессор управления ПЦУ реализует функцию управления составом с учетом команд процессоров безопасности по принципу 2 из 2 для режима ХОД.