W nowoczesnych
pojazdach trakcyjnych używane są powszechnie elektroniczne
wielofunkcyjne wyświetlacze wykonane w technologii
. Zastąpiły one szereg mało
czytelnych i nieporęcznych wskaźników, przycisków i zegarów.
Dzięki wprowadzeniu wyświetlaczy stanowisko pracy maszynisty stało się
dużo bardziej ergonomiczne. Ma on możliwość łatwiejszego kontrolowania
tego, co dzieje się podczas jazdy, jednocześnie nie musząc skupiać
swojej uwagi na wielu wskaźnikach na raz. Zadaniem aplikacji
zainstalowanej w ekranie LCD jest pokazanie maszyniście takiej
informacji, jakiej w danej chwili potrzebuje.
Pulpity są produkowane przez kilka firm, np. chińską
firmę Pixy. W zasadzie są to normalne komputery, posiadające system
operacyjny i oprogramowanie. Systemem operacyjnym może być specjalna,
okrojona wersja systemu Windows (tzw. wersja Embedded - ang.
wbudowany). Często spotykany jest system Linux, który łatwo jest
dostosować do pracy w danym urządzeniu przemysłowym ze względu na
otwarty kod, lub system czasu rzeczywistego QNX. System zainstalowany
jest fabrycznie w pamięci flash komputera pulpitu.
Model pulpitu sterowania zespołem trakcyjnym produkcji IPS
TABOR
wystawiony na targach w czerwcu 2007
Programowanie
pulpitu polega na napisaniu programu, którego zadaniem będzie
wyświetlanie informacji na ekranie i zbieranie informacji od
maszynisty. Program taki może być tworzony w dowolnym języku
programowania (np. Delphi, C++) bezpośrednio na komputerze pulpitu lub
na osobnym komputerze i następnie przesłany do pamięci pulpitu na
którym ma być uruchomiony.
Pulpity posiadają w tylnej ściance obudowy wiele wejść i wyjść,
umożliwiając komunikację magistralą informatyczną CAN pojazdu. Można do
nich także podłączyć mysz i klawiaturę ułatwiającą pisanie programów.
Program operacyjny pulpitu może być dostarczany na zamówienie klienta
lub wykonywany samodzielnie do danego pojazdu. W Polsce pulpity
programuje np. IPS Tabor w Poznaniu.
Obecnie pulpity w postaci
komputerów z ekranem LCD wprowadzane są też w tramwajach.

Pulpit tramwaju 118N
Ogólnie pulpity można podzielić na urządzenia z ekranem dotykowym i z
wydzielonymi przyciskami na ramce ekranu. Rozwiązanie dotykowe jest
lepsze - umożliwia swobodniejsze rozplanowanie obszarów aktywnych
aplikacji, ułatwia i przyspiesza wybieranie odpowiednich opcji na
ekranie przez maszynistę. Jego wadą jest dużo wyższa cena.

Wyświetlacz LCD w zbliżeniu
Pulpity są wyposażone w specjalny
komputer przemysłowy i ekran umożliwiający pracę w zakresie temperatur
-40 do +80 °C. Muszą być odporne na silne drgania i bardzo niezawodne.
Z tego powodu nie posiadają częsci ruchomych - nie ma w nich np.
twardego dysku. Chłodzenie jest radiatorowe. Używane są najczęsciej
specjalne procesory, niezdyt szybkie, ale bardzo niezawodne.
Z powodu specyficznych wymagań pulpity kolejowe są drogie. Ich cena
wynosi od około 20 do 60 tyś. zł.
Przetworniki i czujniki
Przetwornik to urządzenie
zamieniające jedną wielkość fizyczną na inną. Obecnie prawie wszystkie
przetworniki są urządzeniami elektronicznymi. Na wyjściu otrzymuje się
sygnał elektryczny (najczęściej napięciowy) cyfrowy lub analogowy,
proporcjonalny do wartości wielkości wejściowej. Wielkością wejściową
może być np. natężenie światła, siła, ciśnienie, temperatura itd.
Czujnik to urządzenie,
które nie pozwala na pomiar danej wielkości, lecz reaguje w określony
sposób na pewną jej wartość, np. włączając alarm lub przełączając obwód
elektryczny.
W pojazdach szynowych zainstalowanych jest wiele czujników i
przetworników. Mają one odbierać sygnały o tym, co w danej chwili się
dzieje i po wzmocnieniu i filtrowaniu wyświetlić odpowiednią informację
na pulpicie w kabinie maszynisty.
Najważniejsze przetworniki w pojeździe szynowym to:
- przetwornik prędkości obrotowej (używany między innymi do wykrywania
i przeciwdziałania poślizgowi kół)
- mierniki elektryczne (amperomierze na silnikach, ważniejszych
obwodach WN iNN, woltomierze)
- przetworniki ciśnienia (informacja o ciśnieniu w cylindrach,
przewodzie głównym, zbiornikach, miechach
pneumatycznych itd.)
- czujniki i przetworniki temperatury (pomiar temp. silnika,
przetwornic, tarcz hamulcowych itd.)
Oprócz powyższych stosuje się wiele innych czujników, jak np. czujnik
dymu, czujnik wody w zbiorniku WC.
Sygnały elektryczne z przetworników przesyłane są magistralą
informatyczną pojazdu do sterowników elektronicznych - zaopatrzonych w
mikroprocesory i odpowiednio zaprogramowanych. Reakcję na sygnał z
przetwornika podejmuje sterownik pojazdu (sterowanie automatyczne) lub
obsługa. W drugim przypadku odpowiednio obrobiony sygnał trafia do
pulpitu maszynisty i pozwala na reakcję kierującego pojazdem.
Magistrala informatyczna
Magistrala
informatyczna to przewód lub zespół przewodów, którymi informacje o
wielkościach mierzonych przez przetworniki trafiają do sterownika i
dalej do pulpitu. Najczęściej informacja ma postać binarną, co pozwala
na bezpośrednią obróbkę przez komputer. Sygnał cyfrowy w postaci
binarnej (napięciowej) jest wytwarzany w przetworniku
analogowo-cyfrowym lub uzyskiwany na wyjściu cyfrowych przetworników.
Magistrala pozwala też na transmisję zwrotną sygnałów sterujących, np.
z kabiny maszynisty do sterownika i dalej do konkretnych urządzeń.
Obecnie standardem staje się magistrala wykonana w technologii CAN (Controller Area Network). Jest
to szeregowa magistrala komunikacyjna stworzona pierwotnie dla
przemysłu samochodowego. Cechuje się bardzo dużą niezawodnością i
odpornością na zakłócenia elektryczne i elektromagnetyczne, co jest
niezwykle istotne w pojeździe szynowym.
Medium transmisyjnym jest kabel - tzw. skrętka. Pozwala on na transfer
do 1Mb/s. transfer jest tym wolniejszy, im dłuższą odległość ma do
pokonania sygnał. Jest to magistrala 32 bitowa.
Sterowniki elektroniczne
Sterownik to urządzenie
elektroniczne (a raczej zespół urządzeń) które służy do sterowania
określonym układem pojazdu. Najczęściej sterowniki stosuje się w celu
automatycznego sterowania układem hamulcowym. Sterownik umożliwia wtedy
odpowiednie zadawanie siły hamującej w zależności od ustawienia
manipulatora przez maszynistę. Maszynista nie musi włączać
poszczególnych hamulców pojazdu - wystarczy że przesunie dźwignię
hamulca, a program sterownika wykona wszystkie niezbędne czynności by z
zadaną siłą wyhamoać pojazd.
Sterownik współpracuje z czujnikami i przetwornikami. Są one dla niego
źródłem informacji np. o ciśnieniu w układzie hamulcowym czy prędkości
jazdy. W zależności od tych informacji program podejmuje właściwe
decyzje.
Sterowniki zwykle zasilane są z baterii akumulatorów prądem 24VDC.
Sterownik zbudowany jest w postaci połączonych ze sobą elektronicznych
puszek z mikroprocesorem i pamięcią. Programowanie tych puszek odbywa
się przez specjalny język programowania niskiego poziomu.
Moduły sterownika automatyki kolejowej firmy Neel
Elektroniczne zadajniki prędkości i siły trakcyjnej
W nowoczesnych
pojazdach trakcyjnych nie są już używane tradycyjne nastawniki jazdy
(zazwyczaj można je spotkać w postaci charakterystycznej "kierownicy")
i nastawniki kierunku jazdy. Zamiast nich używane są wmontowane w
pulpit zadajniki prędkości jazdy i zadajniki siły trakcyjnej.
Zadajnik prędkości jazdy pozwala na ustawienie
prędkości do której ma się rozpędzić pociąg. Resztę czynności wykonuje
już elektroniczny układ sterownika. Ma on też utrzymać ustawioną
prędkość jazdy odpowiednio sterując siłą hamowania i pracą silników.
Zadajnik siły trakcyjnej pozwala na regulację czsu, w jakim pojazd
osiągnie ustaloną drugim manipulatorem prędkość. Za jego pomocą
reguluje się więc przyspieszenie pojazdu.
W praktyce jazda może być sterowana przez maszynistę także w sposób
ręczny. Użycie manipulatorów jest jednak bardzo wskazane, gdyż
otrzymuje się oszczędność energii i płynniejszą jazdę.
Manipulatory dają na wyjściu binarny sygnał napięciowy, zazwyczaj
110VDC i 0V. Każdej pozycji odpowiada kod binarny, który jest
rozpoznawany przez sterownik, który odpowiednio reaguje na ten sygnał.
Manipulatory hamulców
W pojazdach
szynowych montuje się wiele rodzajów hamulców. Na jednym pojeździe mogą
więc być zainstalowane wszystkie lub część z poniższych:
- hamulec postojowy sprężynowy
- hamulec pneumatyczny
- hamulec elektropneumatyczny
- hamulec elektrodynamiczny
- hamulec szynowy elektromagnetyczny
- spowalniacz hydrauliczny
- inne
Aby sterować wszystkimi tymi hamulcami w sposób tradycyjny należałoby
zainstalować w kabinie maszynisty wiele przełączników, wskaźników i
dźwigni. Aby tego uniknąć, montuje się jeden manipulator dający na
wyjściu kod binarny, podobnie jak opisane wyżej zadajniki prędkości i
siły trakcyjnej. Kod z manipulatora kabinowego trafia do sterownika
hamulców, który odpowiednio, zgodnie z zainstalowanym programem,
steruje pracą hamulców. Maszynista właściwie nie musi nawet wiedzieć
jaki hamulec w danej chwili działa. Za całość procesu hamowania
odpowiada program znajdujący się w pamięci flash sterownika hamulców.
Dwa rodzaje manipulatorów hamowania: proporcjonalny (z
lewej) i impulsowy (z prawej)
Istnieją dwa
rodzaje elektronicznych manipulatorów hamulcowych. Pierwszy z nich
nazywa się manipulatorem
proporcjonalnym, tzn. siła hamująca jest proporcjonalna do
położenia dźwigni. Manipulator taki ma kilka pozycji skokowych: pozycję
jazdy (J), kilka pozycji hamowania służbowego (im więcej tym lepiej,
zwykle od 6 do 8) i pozycję hamowania nagłego (N). Hamowanie nagłe
powoduje połączenie przewodu głównego z atmosferą i tym samym
zadziałanie wszystkich hamulców pneumatycznych w pociągu.
Drugim rodzajem są dźwignie impulsowe.
Są tu tylko 3 położenia w stanie hamowania służbowego: trwałe położenie
0, sprężynujące położenie + i -. Wyhylając dźwignię w położenie "+"
zwiększa się siłę hamującą, a w położenie "-" zmniejsza się ją. Po
zdjęciu ręki z dźwigni powraca ona do stanu "0". Jest też położenie
hamowania nagłego i może być położenie jazdy (pełne odhamowanie).
Oczywiście lepszym rozwiązaniem jest manipulator proporcjonalny. Jego
wadą jest natomiast trochę wyższy koszt i trudniejsze zaprogramowanie
sterownika.