Автоматы - друзья

Растут скорости движения на железных дорогах. Пассажирские поезда уже перешагнули 150-километровый рубеж, а отдельные экспрессы проходят за час 200 - 250 километров. И это не предел. Во Франции поезд новой конструкции развил скорость, равную 380 километрам в час.

Даже при существующих скоростях водить поезд нелегко. Эта работа требует от машиниста большого напряжения сил, непрестанного внимания и отличного знания своего дела. Он все время должен быть начеку, чтобы не пропустить показания сигнала, вовремя уменьшить скорость и остановить поезд. Чем быстрее движутся поезда, тем сложнее выполнить эти операции. Чтобы облегчить труд машинистов, конструкторы создали автостопы и автоматическую локомотивную сигнализацию. Эти устройства не только облегчают работу машинистов, но и значительно повышают безопасность движения поездов, позволяют лучше использовать пропускную способность участков.

Автостоп, получив в определенной точке пути сигнал, автоматически останавливает поезд, если машинист не заметит запрещающего показания светофора. Для передачи этого сигнала с наружной стороны колеи устанавливают путевой индуктор. Посылаемые им сигналы принимает другой индуктор, установленный на локомотиве. Работа автостопа основана на взаимодействии магнитных потоков, возникающих в катушках локомотивного и путевого индукторов и приводящих в действие тормоза поезда.

В проливной дождь, туман и метель идут грузовые и пассажирские поезда. Днем и ночью, в любую погоду внимательно вглядываются вдаль глаза машинистов, отыскивая показания сигналов. Но как быть в тех случаях, когда природа оказывается сильнее человека, когда из-за тумана или вьюги, как говорится, не видно ни зги, и сигналы можно различить всего лишь за несколько метров?

Очень трудно приходилось машинисту, пока не было у него надежного помощника - автоматической локомотивной сигнализации. Теперь в кабине перед машинистом расположен миниатюрный светофор, который безошибочно повторяет показания всех своих старших собратьев -путевых светофоров, встречающихся на пути поезда. Благодаря этому можно в любую погоду спокойно вести состав.

На локомотивном сигнале горит зеленый огонь, и машинист знает: впереди свободно не менее двух блок-участков. Но вот на локомотивном светофоре загорелся желтый огонь, он говорит: "Внимание, впереди свободен только один блок-участок". Когда локомотив приближается к путевому светофору с красным огнем, на локомотивном светофоре загорается красно-желтый огонь и раздается предупредительный свисток: надо быть готовым остановить поезд.

Рис. 69. Миниатюрный светофор повторяет показания путевых светофоров

Если, услышав предупредительный свисток, машинист в течение 6 - 7 секунд не нажмет специальную рукоятку бдительности, как бы "говоря" тем самым: "Спасибо, вижу, сейчас решу, что делать", - поезд остановится автоматически. Это объясняется тем, что устройства автоматической локомотивной сигнализации всегда дополняются автостопом.

Система автоматической локомотивной сигнализации, о которой мы только что рассказали, применяется на участках, оборудованных автоблокировкой. Ее электрические рельсовые цепи используются в качестве передатчиков сигналов с пути на локомотив: сигналы поступают непрерывно независимо от того, где поезд находится. Отсюда и название системы - автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа с автостопом.

Но ведь не все железнодорожные линии оборудованы автоблокировкой. Как передать сигнал с пути на локомотив на том участке, где нет рельсовых цепей? На участках, оборудованных электрожезловой системой и полуавтоматической блокировкой, применяется автоматическая локомотивная сигнализация точечного типа. Точечной она называется потому, что сигналы об остановке поезда передаются на локомотив только в определенных местах.

В последнее время устройства автоматической локомотивной сигнализации стали дополняться механизмом, позволяющим контролировать скорость движения и в случае превышения установленного предела автоматически останавливать поезд. Для этого на локомотиве устанавливают скоростемер с контактной системой и электрической аппаратурой, а на локомотивном светофоре добавляется синяя лампочка.

...От станции к станции, то ускоряя свой бег на спусках, то замедляя его на подъемах, мчатся поезда. Их стремительное движение подчинено линиям, нанесенным на сетке графика. Эти линии показывают, когда, на какую станцию должны приходить поезда для того, чтобы не нарушить общий ритм движения на участке.

Однако расчеты не во всех случаях дают точный ответ на вопрос: с какой скоростью должен двигаться поезд по тому или иному перегону? Сложность расчетов объясняется тем, что сопротивление движению поезда зависит еще и от состояния пути, вагонов и локомотивов, температуры воздуха, силы и направления ветра и других условий. Точно учесть влияние всех многочисленных факторов невозможно.

Машинисты, конечно, не могут во время работы заниматься сложными математическими расчетами, чтобы определить наиболее экономичный режим ведения поезда. Они просто пользуются своим профессиональным опытом и, хорошо зная возможности локомотива, план и профиль пути, стараются вести поезд с наиболее выгодной скоростью, точно соблюдая график.

Машинисты поопытнее водят поезда точно по графику, расходуя при этом меньше энергии или топлива. Но даже самый лучший из них, в совершенстве знающий свое дело, не в силах определить наиболее выгодный режим ведения поезда по отдельным участкам железнодорожной линии. Чтобы решить эту задачу, конструкторы создали специальную машину для управления движением поезда и назвали ее автоматическим машинистом.

"Автомашинист" - это механизм управления, основной частью которого является вычислительная машина. За 2 - 3 секунды она решает уравнение движения поезда с учетом всех существующих в данный момент условий. Кроме того, она безошибочно воспринимает все сигналы автоблокировки и учитывает их при выборе режима вождения поезда.

Рис. 70. Так выглядит 'автомашинист'

Упрощенную схему "автомашиниста" можно представить в виде трех блоков: вычислительного, памяти и сравнения и оперативного. Вычислительный блок - это "мозг автомашиниста". В нем хранится программа движения поезда, полученная в результате тяговых расчетов. В этот же блок от специальных приборов-датчиков поступают сообщения о скорости поезда, пройденном пути и затраченном времени. Блок памяти и сравнения посылает в вычислительный блок сведения о профиле пути и имеющихся предупреждениях. Для учета добавочных условий движения поезда в вычислительный блок поступают сведения о напряжении в контактной сети и температуре обмоток тяговых двигателей.

На основании всех этих данных вычислительный блок решает уравнение движения поезда. Полученный результат передается в блок памяти и сравнения, где происходит "оценка" положения: программные величины сравниваются с полученными в результате решения уравнения движения и на основании сравнения выбирается нужный тяговый режим, при котором поезд подойдет к концу участка в установленное программой время. Полученное решение тотчас передается в оперативный блок, который управляет двигателями электропоезда.

В блок памяти и сравнения из рельсовой колеи через приемную катушку, усилитель и дешифратор поступают в виде электрических кодов показания путевых сигналов автоблокировки. Если впереди лежащий участок занят, в блок памяти и сравнения поступает код красно-желтого огня. Об этом немедленно передается сообщение в оперативный блок, который приводит в действие тормоза и останавливает поезд.

Рис. 71. Так работает 'автомашинист'

Как же работает "автоматический машинист"? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим движение оборудованной "автомашинистом" моторвагонной секции - электропоезда между станциями А и Б. Поезд отправился со станции А. Движение его по 1-му участку начинается на режиме, имеющем наименьшую силу тяги Т₁. При этом режиме поезд не сможет достичь в конце 1-го участка установленной программой скорости. Если же с самого начала вести поезд на режиме, обеспечивающем более сильную тягу Т₂, то скорость его в конце участка превысит заданную. Поэтому часть пути поезд должен идти на тяге Т₁, а в какой-то момент перейти на тягу Т₂. Этот момент и определяет счетно-решающее устройство, мгновенно решающее уравнения движения при различных начальных условиях.

Поиски нужного решения изображены на рисунке тонкими линиями. Машина будет решать уравнения до тех пор, пока результат не окажется равным заданному и линия не пересечет точку установленной программой скорости. Как только будет найден момент переключения тяги, тотчас же блоком памяти и сравнения будут выработаны управляющие сигналы, которые, попав в оперативный блок, заставят его переключить двигатели с тяги Т₁ на тягу Т₂. При движении на тяге Т₂ по 2-му участку скорость в конце участка превысит заданную. Снова принимается за работу счетная машина и определяет момент перехода на тягу Т₁.

На 3-м участке существует ограничение скорости, поэтому машине приходится искать несколько моментов перехода с одной тяги на другую, чтобы скорость не превысила допускаемую и в то же время не упала настолько, что поезд опоздает на станцию назначения. В результате линия скорости поезда на этом участке будет похожа на пилу. Наконец, поезд приближается к станции, где графиком движения ему предусмотрена остановка (4-й участок). Чтобы поезд остановился в точно установленном месте, торможение его надо начинать в определенный момент. Эту задачу опять решает счетная машина.

Тонкие линии - это лишь варианты решения задачи, которые нам не годятся: поезд останавливается, не доезжая станции. Но вот линия торможения опускается в точку, обозначающую место остановки, - момент начала торможения найден. В одно мгновение в блоке памяти и сравнения возникает сигнал торможения, который заставляет оперативный блок привести в действие тормоза и остановить поезд.

"Автомашинист" благодаря "умению" мгновенно решать уравнение движения с учетом беспрерывно меняющихся условий, ведет поезд точно по заданному графику. Это позволяет лучше использовать силу тяги локомотива, повышать скорость движения, а следовательно, и пропускную способность, экономить значительное количество электроэнергии. Такой автомат повышает безопасность движения поездов, значительно облегчает труд машиниста, которому остается лишь наблюдать за дорогой и работой приборов.

Сегодня "автомашинисты" уже водят поезда в метрополитенах, и недалек тот день, когда они появятся в кабинах электровозов и тепловозов.

Как "автомашинист" повышает безопасность движения, покажем на примере двух устройств.

Еще не редки случаи, когда причиной аварии становятся перегревшиеся буксы. Своевременно обнаружить их - значит, предотвратить аварию. Работу эту выполняют специальные приборы автоматического бесконтактного обнаружения перегретых букс, или коротко ПОНАБ. Установленные по обеим сторонам пути, они на расстоянии "найдут" перегревшуюся буксу и передадут на станцию сигнал тревоги, сообщат, в каком вагоне и какая букса нуждается в ремонте.

Пассажирские вагоны оборудуют устройством для контроля нагрева букс с подшипниками качения. В корпусах букс установлены специальные приборы - термодатчики. Они включены в электрическую цепь, а их контакты соединены легкоплавким металлом. Как только температура нагрева буксы превысит допустимую, легкоплавкий металл начинает плавиться, цепь размыкается и обесточивается. В купе проводника звучит сигнал тревоги - звонит звонок и загорается лампочка.

И еще о двух автоматических устройствах - переездной сигнализации и шлагбауме.

Железнодорожная колея очень часто пересекается с автомобильными дорогами в одном уровне, то есть без путепровода. В таких местах сооружают переезды. Особенно оживленные из них оборудуют автоматической сигнализацией и шлагбаумами. Их назначение - обеспечение безопасности движения поездов и автогужевого транспорта. Приводятся в действие эти устройства поездами. Поезд, приблизившись к переезду на установленное расстояние, замыкает электрическую (рельсовую) цепь специального пускового реле. Реле начинает работать: включает переездную световую и звуковую сигнализации. Светофоры, ограждающие переезд, начинают мигать красным светом, тревожно звучит сигнал, предупреждающий о приближении поезда. А спустя 7 - 10 секунд электродвигатель, включенный тем же реле, опускает шлагбаум. Как только поезд проследует переезд, пусковое реле выключит огни светофоров и подаст электродвигателю команду поднять шлагбаум.

Вот так работают автоматы - надежные помощники железнодорожников.

С каждым годом семейство автоматов становится многочисленнее, появляются все новые и новые системы, в том числе и электронные. Только за последние 30 лет число узлов и блоков электронной техники на стальных магистралях нашей страны возросло почти в 1000 раз.

Автоматизация производства качественно изменила труд железнодорожников. Сегодня от многих из них требуется не физическая сила, а смекалка, умение мыслить, решать сложные задачи, находить возможно лучшие технологические процессы и умело управлять ими с помощью ЭВМ.

Но вот незадача! Не всегда экономически выгодна, а порой и технически возможна автоматизация всех производственных процессов. Вот почему и в наши дни сохраняется система "человек - машина", при этом главным звеном в этой системе остается человек. Справедливости ради отметим, что такая система возникла с появлением машинного производства. Но прежде машины были проще, и человек находился рядом с ними. Сегодня же с появлением на железных дорогах автоматизированных систем человек порой удален на многие десятки километров от управляемых объектов. К тому же неизмеримо возросли размеры работы, усложнились задачи, решаемые диспетчерами, дежурными по станциям, горочными операторами. Они должны контролировать не только состояние управляемого объекта, но и сложившуюся на данный момент обстановку, да к тому же еще и руководить людьми. И все это должен делать, один человек, руководствуясь показаниями индикаторов, находящихся на табло диспетчерской, маршрутно-релейной или другой системы.

Таким образом, в процессе работы между человеком и машиной складываются определенные взаимоотношения. И чем лучше они, чем больше "взаимопонимания" между человеком и машиной, тем полнее могут быть использованы возможности и человека и машины. Поэтому так важна сегодня задача "подгонки" машины к человеку, их совместимости.

Одна из наук, занимающаяся решением этой задачи, - эргономика. Юна изучает человека и его деятельность в условиях современного производства с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда.

Эргономика не только изучает, но и дает ответы на такие вопросы: какими качествами должны обладать, к примеру, диспетчеры, операторы, машинисты; какой должна быть их профессиональная подготовка, включая профессиональный отбор, обучение, формирование коллективов и тренировку; как надо организовать рабочее место и спроектировать машину, механизм, рабочий инструктаж, чтобы обеспечить максимум удобств и эффективности работы системы "человек - машина".

Возьмем, к примеру, диспетчерскую централизацию. Сравнительно недавно поездному диспетчеру приходилось иметь дело с самим табло системы, представляющим довольно большую панель, на которой размещались и лампочки-индикаторы и кнопки управления. Трудновато приходилось диспетчеру: надо было держать в поле зрения показания многочисленных сигналов, разбросанных на большой площади, и нажимать кнопки, многие из которых находилась далеко не "под рукой". И, конечно, к концу работы человек уставал. С усталостью приходила возможность ошибиться. Чтобы улучшить "взаимопонимание" человека и машины, рядом с табло установили пульт. На пульт вынесли сигнальные лампочки и кнопки управления. Теперь перед диспетчером - небольшая панель и все перед глазами и "под рукой".

Но сегодня, когда поезда движутся почти друг за другом, и за таким пультом диспетчер устает, ведь поток информации растет, а времени на принятие решений стало меньше. Вот почему ученые и инженеры продолжают работать над тем, чтобы на пульты поступала самая необходимая информация, чтобы эта информация еще и подсказывала человеку решение той или иной задачи.

Думают специалисты и о том, как разместить сигналы-индикаторы, чтобы их лучше было видно, как организовать рабочее место диспетчера, машиниста, горочного оператора, чтобы им было удобно работать, чтобы они меньше утомлялись, не делали лишних движений. Не оставлена без внимания и окраска рабочих помещений, ведь один цвет раздражает, а другой успокаивает. Хорошо бы уменьшить шум и вибрацию в кабинах локомотивов, путевых машин, "ввести" тишину в помещениях вычислительных центров, горочных постов и других рабочих помещениях.

Все это делается для того, чтобы машины как можно больше могли дополнить возможности человека, обеспечить ему наилучшие условия для работы, правильность решений и их выполнения. Именно эти проблемы помогает решать человеку эргономика, название которой происходит от греческих слов: ergon - работа и nomas - закон.