Systém řízení vlakových souprav

Standard se týká komunikace mezi vozy vlakové soupravy i uvnitř vozů soupravy a specifikuje požadavky na síť Train Communication Network (TCN). Respektování zmíněného standardu je pro ČD i výrobce dopravní techniky podmínkou kompatibility s evropskou dopravní sítí.

Prvními tuzemskými aplikacemi vyhovujícími standardu Train Communication Network jsou inovované vozy pražského metra a příměstská vlaková jednotka EMJ 471, využívající mobilní řídicí systém UniTrack.

UniTrack je otevřený počítačový systém určený pro řízení vlakových souprav různých typů. Je charakterizován velkou odolností proti elektrickým, mechanickým i teplotním vlivům okolního prostředí. Řešení vychází z úspěšného vývoje palubního počítače pro civilní letadlo.

Základem vozového počítačového systému UniTrack je modulární víceprocesorový průmyslový počítač s 32bitovou architekturou. Procesorové moduly jsou realizovány čipy Motorola 68030, resp. 68302. Systém dále disponuje sdílenou dvoubránovou pamětí RAM, VME sběrnicí, I/O moduly pro přímé připojení vstupů a výstupů, komunikačním rozhraním pro RS 485, RS 422, CAN bus, MVB a specializovaným komunikačním modulem (MAU) s rozhraním dle IEC 9/332 pro napojení vozového počítače ke sběrnici vlakové komunikace WTB. Systém UniTrack má horizontální architekturu.

Distribuované inteligentní I/O moduly, komunikující s počítačem přes sběrnici CAN, umožní rozšířit počet I/O sběrů dat a povelování technologie v prostoru vozu s výraznou úsporou kabeláže.

Síť TCN umožňuje přímou komunikaci mezi zařízeními připojenými k vozovým sběrnicím různých vozů, vozy vybavené rozhraním pro napojení standardizované vlakové sběrnice mohou být nezávisle na zemi původu zařazeny na libovolné místo soupravy.

Vlaková sběrnice WTB (Wire Train Bus) je vyšší úrovní v hierarchické struktuře sítě TCN. Je realizována stíněným krouceným párem. Jeden z uzlů sítě pracuje jako "master uzel", řídí komunikaci a jeho aplikační software řídí celou soupravu. Ve funkci master uzlu může pracovat libovolný uzel soupravy.

Zálohování sběrnice je prováděno na fyzické úrovni (připojený hardware a přenosové médium) a funkčně, kde funkce master uzlu může na povel strojvedoucího nebo automaticky převzít jiný uzel.

Vozidlová sběrnice MVB (Multifunction Vehicle Bus) je nižší úrovní v hierarchické struktuře sítě TCN. Je optimalizována pro připojení čidel a ovládacích prvků. Je realizována stíněným krouceným kabelem nebo optickým kabelem.

Zařízení připojená na vozidlovou sběrnici realizují řízení pohybu, tj. povely a měření potřebné pro řízení pohonu a brzd, dále odemykání dveří, napájení, klimatizaci, vytápění, osvětlení, diagnostické zprávy při jízdě a pro údržbu/opravy. Součástí jsou také informace cestujícím o průběhu jízdy - stanice, zpoždění, návazné spoje apod. Výhledově se uvažuje o standardizaci přenosu dat pro vlakovou obrazovou komunikaci, pro pozemní komunikace (rádiové spojení) a pro komunikační služby cestujícím (telefon, fax, počítačová síť).

Pomocí počítače systému UniTrack lze realizovat komunikační most, umožňující např. funkce cílového brzdění, resp. automatického vedení vlaku apod. Tento komunikační most umožňuje rovněž napojit technologii vozu k vozové sběrnici MVB, užívané také u vysokorychlostních souprav.

V systému UniTrack může být ve funkci vozové sběrnice s výhodou implementována místo MVB sběrnice CAN bus. Sběrnice CAN splňuje v podmínkách konkrétní aplikace požadavky na rychlost přenosu procesních dat po vozové sběrnici a je možné ji zálohovat. Rozhraním CAN jsou opatřeny důležité komponenty výbavy vozu; z produkce firmy Unicontrols se jedná především o klávesnici strojvůdce a zobrazovací jednotku strojvedoucího, které jsou v rámci systému též dodávány.

Klávesnice strojvůdce je určena pro řízení vlakových souprav řady 943, 471 a pražského metra. S řídicím počítačem komunikuje pomocí CAN nebo RS 422. Klávesnice je velmi odolná vůči vnějším vlivům, skladovací i provozní teplota se pohybuje v rozmezí -30 až + 70 °C.

Zobrazovací jednotka strojvedoucího je tvořena dvoubarevným 10,4" plazmovým displejem s počtem zobrazovaných bodů 640 x 480 (VGA). Je řešena jako "touch screen" obrazovka s maximálně 121 dotykovými zónami. Řídicí modul displeje tvoří jednodeskový PC 104, který umožňuje volit sériovou komunikaci buď RS-422, nebo RS-485 . Skladovací teplota zobrazovací jednotky je -40 až +75 °C, provozní teplota pak -40 až +65 °C.

Rozhraním CAN, kompatibilním se systémem UniTrack, je rovněž vybaven kontejner s řízením trakčního pohonu vozů metra i příměstské jednotky EMJ 471.

Systémový SW obsahuje operační systém reálného času, komunikační subsystém pro vlakovou i vozovou sběrnici a subsystém obsluhy I/O a lokálních komunikačních sběrnic typu bod-bod. Dále je UniTrack vybaven uživatelským SW, který zpracovává algoritmy řízení, diagnostiku, obsluhu periferií, změny konfigurace soupravy apod.

Pracovní podmínky systému UniTrack odpovídají jeho nasazení - pracovní teplota -25 °C až +40 (70) °C, skladovací teplota -55 °C až +75 °C, relativní vlhkost vzduchu max. 90 % bez orosení, napájecí napětí 24 V s tolerancemi -30 %, +10 %. Uzemněn je záporný pól zdroje.

UniTrack je použit jako řídicí systém příměstské vlakové soupravy řady EMJ 471. Příměstská jednotka řady 471 je určena pro provoz na tratích ČD. Jedná se o drážní vozidla se dvěma podlažími, která jsou určena pro provozovny v pražském dopravním uzlu. Vozidla bez problémů dosahují rychlosti 160 km/h. Elektrická příměstská jednotka může být složena ze 3 typů vozů: motorového, řídicího a vloženého.

V běžném provozu se předpokládá skládání pětivozové a třívozové jednotky. Trakční a pomocné elektromotory jsou asynchronní s minimálními nároky na údržbu. Mikroprocesorové řízení hlavních a pomocných pohonů s informovaností strojvedoucího displejem na pultu zajišťuje rychlou a bezpečnou regulaci jízdy. Moderní diagnostika umožňuje hledání a odstraňování závad.

Elektrický vůz je vybaven elektrodynamickou brzdou s rekuperací do vlastní sítě a do trolejového vedení. Přítlak pneumatické brzdy je regulován podle obsazení vozu. U všech podvozků je brzda kotoučová, u el. vozu jsou brzdové kotouče umístěny v kolech. U vloženého a řídicího vozu jsou tři kotouče umístěny na nápravách. Na každém voze je jeden podvozek vybaven kolejnicovou magnetickou brzdou.

První souprava byla uvedena do zkušebního provozu počátkem roku 1998. V současné době je tato souprava začleněna do normálního provozu s cestujícími na lince Praha - Kolín.

Řídicí systém všech typů vozů je tvořen systémem UniTrack. Počítače systému zabezpečují následující základní funkce vozidla:

* řízení pohonů;

* nadřazené/automatické vedení vlaku, cílové brzdění;

* vlakovou komunikaci;

* řízení technologie vozu pomocí vozové komunikace i přímé ovládání přes I/O;

* komunikaci s informačním systémem strojvedoucího;

* komunikaci s informačním systémem cestujících;

* součinnost jednotlivých technologických zařízení vozidla, jako např. elektroniky automatického vedení vozidla či elektroniky řízení rychlosti.

V soupravě je aplikována komunikace po sběrnici WTB. Kromě komunikace je zajištěna identifikace vozů soupravy při spojování a rozpojování, poloha a orientace vozu a všech zařízení v něm vzhledem ke směru jízdy a k umístění aktivního stanoviště.

Po vozové komunikaci se přenášejí informace o stavu jednotlivých hnacích jednotek pro možnost rovnoměrného rozdělení tažných a brzdných sil na jednotlivá vozidla. Vozová komunikace je převážně tvořena redundantní (zdvojenou) sběrnicí CAN. Na každém vozidle se nacházejí 4 samostatné sběrnice CAN, které obsluhují až 33 zařízení připojených na tuto sběrnici. Většina binárních i analogových vstupů a výstupů je připojena do lokálně umístěných CAN modulů čtyř typů. Tím je docíleno minimalizace délek vodičů s redukcí počtu galvanicky propojených zařízení vozidla.

Koordinaci všech programových modulů v rámci 3 spolupracujících procesorů provádí operační systém OS9.

Veškeré provozní poruchy diagnostikované systémem vozových počítačů jsou zobrazovány na aktivním displeji, který je umístěn na stanovišti strojvedoucího, a současně zaznamenávány do paměťového média. Součástí systému jsou i diagnostické snímky pohonů, systému automatického vedení vlaku a silové části vozidla.

Tato elektrická souprava se vyznačuje množstvím moderních prvků. Jedná se např. o střídače s kapalinovým chlazením pro řízení asynchronních motorů, komplexní procesorové řízení převážné většiny funkcí, systém vozové komunikace s redundantní sběrnicí CAN, přičemž systém vlakové komunikace je plně dle standardu IEC9/332TCN. Dalšími moderními prvky jsou optický a akustický informační systém, diagnostický systém vlakové soupravy a patrové provedení vozidla v hliníkové integrální skříni. Vybavení soupravy představuje špičkové řešení nejen v rámci ČR. Jednotlivé uzly a prvky mohou být projektovány i do značně odlišných kolejových vozidel s dosažením unifikace drážních zařízení po celé ČR.