Как мы изучали систему-автомашинист

(рассказ сотрудника Московского института инженеров транспорта РУТ (МИИТ))

В ноябре прошлого года наша кафедра, "Электропоезда и локомотивы", получила в помощь учебному процессу оборудование от списанного электровоза серии ЧС7. Среди прочего оборудования, нами была получена система автоматического ведения поезда, она же автомашинист.

Что это за система? АВТОМАШИНИСТ - это система, которая может автоматически вести поезд с минимальным участием машиниста либо вообще без его участия. Сама идея появилась ещё в начале ХХ века. Первые опыты с автомашинистами стартовали в нашей стране и за рубежом в 1950-е гг. Как и в случае с первыми ЭВМ, авиационной и космической техникой, первые такие системы были основаны на реле и электронных лампах. По мере развития электроники системы автоведения тоже совершенствовались. Но только в 1990-2000-е гг были созданы системы автоведения, которые стали массово устанавливать на электровозы, тепловозы и электрички. Так, в нашей стране была разработана Унифицированная система автоматического ведения поезда - УСАВП. На отечественных железных дорогах её используют с 2000-х гг.

Система УСАВП - это, по сути, специальный бортовой компьютер для автоматического управления поездом под контролем машиниста. Как и все современные компьютеры, он основан на МИКРОПРОЦЕССОРАХ - электронных элементах, в которые записана управляющая программа и масса других данных. От различных систем и датчиков по локальным сетям УСАВП получает информацию о состоянии оборудования локомотива и параметрах его движения. Выводит эту информацию на дисплей - для машиниста. В зависимости от заданных машинистом настроек УСАВП работает в том или другом режиме. Так, в режиме автоведения эта система автоматически включает необходимые аппараты локомотива.

Система УСАВП может работать в двух режимах. В режиме "СОВЕТЧИК" (он же режим подсказки) система информирует машиниста о параметрах движения поезда. Для этого она выводит на дисплей скорость, время, расписание и массу других данных. Также система делает объявления голосом машинисту и пассажирам. В электричках именно она объявляет названия остановок и конечно же, заботливо предупреждает "Осторожно, двери закрываются!"(с). А машинисту может скомандовать что-нибудь в духе "Внимание, переезд!" или "Взбодритесь! Автоведение в режиме подсказки!"(с).

Другой режим работы - "Автоведение". Машинист готовит поезд к движению, задаёт системе определённые настройки, вносит в неё данные. Когда всё готово и наступило время отправления поезда, он нажатием кнопки ПУСК включает систему в режим автоведения. Система ведёт поезд согласно расписанию до следующей остановки, автоматически разгоняет и тормозит его. Машинист лишь контролирует работу системы и в любой момент может взять управление на себя. Если что-то не так (например, пассажиры сорвали стоп-кран), система автоматически переключит управление на машиниста.

Какой режим используется чаще всего? Не Автоведение, а... Советчик. Режим автоведения на наших железных дорогах используется редко. Во-первых, система не всегда работает исправно и может ошибиться (например, остановиться позже и проехать платформу). Во-вторых, система не всегда экономит электроэнергию или топливо, а за это отвечать придётся машинисту. В-третьих, не все машинисты доверяют автоведению (по привычке, проще вести поезд самим). Так что существующие системы автоведения нуждаются в доработке:) И на нашей кафедре было принято решение самим изучить такую систему в лабораториях (если получится). А может, и даже доработать.

В общем, в ноябре 2021 года нам повезло получить такую систему с электровоза, который в РЖД решили списать. На него эту систему установили лет 10 назад при модернизации. Отлично, значит, она ещё не успела отработать своё. Для нас даже хорошо, если ей поменьше пользовались. Новый цветной дисплей? Отлично, лишь бы был исправен) У него были все шансы уйти в металлолом, но теперь у него есть шансы продолжить работу - на благо обучения студентов новой технике.

Мало просто получить систему, пройдя ряд бюрократических проволочек и получив официальное разрешение. Её блоки и кабели надо было снять с электровоза. Поскольку работники депо нам не помогали, пришлось привлечь к работе друзей, знакомых студентов и аспирантов, готовых чисто за интерес повозиться с техникой. У системы было не так много блоков (дисплей, клавиатура и ещё 2-3), их мы сняли быстро.

А вот с кабелями промучились целый день. Дело в том, что все кабели шли в труднодоступных местах (например, в полу), а некоторые ещё и тянулись через весь электровоз. Двое слесарей из депо вызвались нам помочь, но трудности возникли и у них. Мы услышали целый ряд нецензурных синонимов к понятию "длинный труднодоступный кабель, который кому-то нужен". Например, кабели сравнили с представителями пресмыкающихся и чуть ли не ...червей! Будь они живыми, кабели точно обиделись бы. Особенно после того, как работники депо предложили нам их срезать. Но я решил брать кабели в целом виде и в итоге мы вытаскивали эти кабели сами. В конце концов основные кабели всё же сняли целиком, перерезали минимум. К счастью, не перерезали ничего важного и сняли всё, что нужно. Сняли даже панель с выводами, к которой шли около 100 проводов от системы автоведения.
 
Затем всё это хозяйство в два этапа было доставлено автомобильным транспортом в МИИТ. Хорошо, хоть блоки и кабели весили немного и везти их пришлось в пределах Москвы. Охранник на входе покачал головой, посмотрел на разрешение, на наш усталый и немного запылённый вид, на наш груз с кучей кабелей и попросил открыть один из блоков. На всякий случай, он же бдительно охраняет главный транспортный вуз) Но наконец блоки и кабели УСАВП были доставлены в нашу лабораторию, а мы пили чай. Уфф... Спасибо моим друзьям, студентам и вообще всем, кто помог! Мы тогда ещё не знали, что из этого получится и получится ли вообще.

При первом взгляде на насыщенные электроникой блоки системы сразу стало ясно, что общей информации об этой системе нам явно мало. Эта информация предназначалась для машиниста, не влезающего в устройство системы. Через связи кафедры постепенно удалось достать более подробную информацию, хотя и не самую полную. Сначала не было даже точных схем электрических кабелей системы. Многое всё равно приходилось определять визуально, методом "прозвонки" или просто здравым смыслом. Главной задачей было не включить систему неправильно, не "сжечь".

Работы стартовали вечером 24 ноября, когда мы с очередным добровольным помощником - студенткой Катей стали изучать массу проводов, ведущих от различных цепей электровоза в систему автоведения. От вида десятков проводов и кабелей вид у нас обоих был довольно озадаченный. Тем не менее, мы отключили те провода, которые нам точно не были нужны. Катя удивлялась сложности автомашиниста и тому, как я вообще понимаю, что надо отключать. А я благодарил себя за то, что мы взяли вместе с проводами панель, к которой они подключались. Номера проводов на панели нам очень помогли.

Затем я оценил, какие блоки системы и как надо соединить между собой для того, чтобы система включилась. Куда подать электропитание, какой величины и т.д. Не было понятно, включится ли система при отсутствии сигналов от других систем и датчиков. Момент важный, поэтому испытания проводились мною в одиночку, "за закрытыми дверями". Сначала попробовал подключить один блок к электропитанию. Отлично, ничего не дымит, горит индикатор питания. Подключаю к блоку монитор системы, к монитору - клавиатуру. Включаю! Показалось, что ничего не происходит, но при внимательном рассмотрении на дисплее системы появилась картинка...система загрузилась! (при первом взгляде картинку было сложно разглядеть, потому что монитор был выставлен на минимальную яркость).

Это был первый серьёзный успех: система успешно включается! Причём для этого не требуется связь с другими датчиками и системами. С этого дня началось изучение обозначений и цифр на экране системы. Что-то было понятно сразу, что-то узнали из литературы для машиниста. "Методом проб и ошибок" началась проверка функций клавиш на клавиатуре. Почти сразу стало понятно, как вводить в систему исходные данные: номер машиниста, номер поезда, начальную станцию, число вагонов в поезде и т.д. После ввода этих данных на дисплее высветились: номер поезда, координата поезда на пути, расстояние до ближайшего светофора, разрешённая скорость, расписание. Появилась даже величина нашего отклонения от графика на текущий момент. Оказывается, опаздываем!

Выяснилось, что нажатием кнопок на клавиатуре можно выводить на дисплей различные "меню" с настройками системы автоведения. В настройках можно было изменить время и дату (это было первое, что мы настроили), координату поезда на пути, режимы разгона и торможения поезда и многое другое. Основных меню с настройками около 20. Почитав литературу, мы узнали, что  у системы есть и СЛУЖЕБНЫЕ меню, которые машинист не использует. Они нужны для обслуживающего персонала. Что ж, нажимаем на клавиатуре нужную комбинацию клавиш. Открылось меню "Цифровые входы". В нём автоведение показывает, какие сигналы оно принимает из системы управления электровозом. Все по нулям? Неудивительно, мы пока никаких сигналов и не подавали. Идём дальше, в следующее меню... Всего служебных меню было около 30! Некоторые из них тоже оказались очень полезными.

Продолжение следует)