Obecně se ví, že vozidla řady 843, 943 a 043 jsou vybavena mikroprocesorovým řídicím systémem (uPŘS). Jedná se o první sériové nasazení uPŘS u našich drah.
Připomeňme, že první nasazení uPŘS bylo v roce 1991 na lokomotivě 163.034 a jednalo se o regulátor cílového brzdění a optimalizátor jízdy. V letech 1993 a 1994 byly vybaveny jednotky ř. 470 číslicovou regulací od úrovně centrálního řídicího členu přes regulátor rychlosti až po optimalizaci jízdy a v roce 1995 poprvé vyjel prototypový vůz 843.001 s plně číslicovým řízením. Výše uvedené systémy byly vytvořeny autory tohoto článku a jejich kolegy.
Mikroprocesorový řídicí systém vozidel 843, 943 a 043 se skládá z centrálního regulátoru vozidla (CRV, mají řady 843 a 943), diagnostického počítače vozu (DPV, všechny řady) a mikroprocesorového regulátoru trakčního agregátu (RTr, 843).
Vstupme na stanoviště strojvedoucího motorového vozu a zasedněme na strojvůdcovu sedačku. První letmý pohled na řídicí pult přinese i první překvapení: nikde zde není vidět "pařez" k ovládání brzdy, tedy ovladač brzdiče, dnes obvykle DAKO OBE 1. Nenalezneme zde ani klasický přímočinný brzdič DAKO BP. Pozornost však jistě upoutá nový rychloměr METRA LTE a na místě, kde u vozů 842 jsou měřicí přístroje, uvidíme (zatím potemnělý) displej.
Přímo před strojvedoucím se nachází tlačítková volba rychlosti (stejná se bude montovat i do jednotek řady 471 a 680, proto je rozsah rychlostí do 160 km/h a též jsou začleněna tlačítka pro ovládání systému AVV - Automatické vedení vlaku), vlevo pak klasická směrová páka a vpravo nová "jednotná" hlavní jízdní páka (HJP). Vlevo od směrové páky jsou ovladače osvětlení a trakce, ty jsou navrženy tak, že umožňují i řízení případného elektrického vozu. Vpravo a pod pravým oknem jsou ovladače pomocných obvodů (dveře, houkačky, radiostanice, režim řízení atd.).
Zapněme baterie a otočme klíčem řízení do polohy 1. Po proběhnutí vnitřních testů se na displeji vykreslí základní obrázek. Uprostřed je zobrazen velký kruhový měřicí přístroj pro indikaci poměrného tahu s doplňkovou indikací omezení tahu a zobrazením odměřované délky vlaku. V režimu regulace rychlosti se v něm též číslicově indikuje požadovaná rychlost. Vlevo od měřiče poměrného tahu jsou otáčkoměr a ampérmetr, vpravo teploměry oleje, vody a tlakoměr oleje (zobrazeny opět jako klasické měřicí přístroje).
Pod měřicími přístroji je tzv. poruchový řádek. Na něm se zobrazují nastalé poruchy či nesprávné manipulace. Nejsou-li žádné nepotvrzené poruchy, může zde být zobrazena část jízdního řádu.
Spodní část displeje je vyhrazena pro tzv. butonky - dotykové plošky sloužící jako tlačítka. Zde je nutno prozradit další novotu: dotykový displej, tedy displej reagující na dotyk v naprogramovaných místech. Ačkoliv samotný displej byl pro účely řízení u Č(S)D několikrát použit (viz výše), dotykový displej je u našich vozidel novinkou.
Pokud bychom v tomto okamžiku nastartovali motory a pokusili se rozjet, počítač nám v poruchovém řádku oznámí hned několik příčin, proč to nejde: texty "není tlak v hlavním potrubí", "není navolen směr", "zabrzděno ruční brzdou" a další budou postupně oznamovat jednotlivé překážky rozjezdu. Nejzávažnější porucha je vypsána celým vysvětlujícím textem a další až tři poruchy jsou vypsány zkráceným zápisem, tzv. kódem. Tlačítkem kvitování poruch můžeme poruchové zprávy postupně ze základního obrázku odstraňovat (a zároveň však zobrazovat méně důležité poruchy). Všechny poruchy lze kdykoliv sledovat v tzv. servisním zobrazení poruch. Dotykem na příslušný butonek se můžeme podívat, které poruchy stále trvají a které už pominuly (např. kompresor už stačil naplnit hlavní potrubí) a můžeme si je nechat vysvětlit rozsáhlejším textem. Dále je možno si vyvolat časovou posloupnost poruch či (ze zálohované paměti) přehled všech poruch s udáním počtu výskytů a časovými údaji.
V současnosti diagnostický systém detekuje na motorových vozech asi 150 různých poruch ze všech možných obvodů vozidla - od trakčního agregátu přes vlastní počítače a jejich periferie až po dveře, topení a (doopravdy) sledování stavu WC. Na řídicích vozech se jich detekuje asi polovina a na vložených vozech asi pětina. Poruchové signály se vyhodnocují vzhledem k tzv. podmínkám (např. vyhodnocení poruchy "Porucha dobíjení baterie" je kromě přítomnosti signálu "Nedobíjí baterie" podmíněno chodem alespoň jednoho motoru, podmínky mohou být i kombinované) a též se přihlíží k době, po kterou poruchový signál trvá (např. protismykový regulátor vždy po svém zapnutí hlásí po dobu trvání vnitřních testů - cca 2 sekundy - svou poruchu. Jako skutečná porucha se všemi dopady se tedy vyhodnocuje až po 2 sekundách). Kromě obvyklých poruchových signálů se detekuje zhruba 10 chybných manipulací strojvedoucího, které na běžných vozidlech způsobují stresové situace a někdy i menší či větší zpoždění vlaku, např. pokus o rozjezd při nenavolené požadované rychlosti, zapnutý režim zkoušení apod. Poruchy se zjišťují i na připojených vozidlech a strojvedoucí je tak informován i o poruchových stavech všech vozidel ve vlaku (samozřejmě jen pokud komunikují po vlakové sběrnici).
Když už jsme v přepínání servisních obrázků, prohlédněme si i ostatní. Servisní zobrazení CRV, DPV a RTr jsou určeny převážně pro servisní činnost, nicméně i strojvedoucímu jsou k užitku. Jsou na nich zobrazeny vstupní, výstupní a vnitřní signály jednotlivých regulátorů, komunikační stavy a hodnoty měřených analogových veličin. S jejich pomocí lze objevit příčiny různých závad či poruchových stavů.
Servisní zobrazení požární ústředny informuje o požáru ve vybraných zónách motorového vozu a kromě ručního přepnutí se do něj automaticky přechází při požáru, kdy též informuje o nutných zásazích obsluhy (např. "Hasit ručně").
Servisní zobrazení dveří zobrazuje informace přebírané z počítačů pro řízení vnějších dveří (843: 5 počítačů, 943/043: 2 počítače), z každého počítače se zobrazuje téměř 50 údajů (např. stavy výkonových spínačů, mechanické problémy pohonu dveří, stavy místních ovladačů atd.). Opět se jedná převážně o údaje pro servis, ale jsou zde zobrazovány i údaje o zavření jednotlivých křídel (a každý, kdo o půlnoci v dešti obíhal soupravu a hledal dveře, které hlásí nezavření, mi jistě dá za pravdu, že to je údaj velice potřebný). Dále je v tomto obrázku informace o stavu vodního hospodářství. Vozy 943 a 043 zde zobrazují i obdobné informace z topného agregátu a údaje z počítačů ovládajících vnitřní posuvné oddílové dveře.
Servisní zobrazení vlaku dává přehled o všech vozidlech ve vlaku (jejich řady a inventární čísla), spočítá délku, hmotnost, brzdicí váhu a brzdicí procenta vlaku a umožňuje korigovat délku vlaku, pokud jsou v soupravě vozidla nezapojená na vlakovou linku. Dále informuje o poruchových stavech jednotlivých vozidel a konečně umožňuje vyvolat jakýkoliv servisní obrázek kteréhokoliv vozidla zapojeného na vlakovou linku.
Servisní zobrazení jízdního řádu umožňuje vybrat z nabídky vlaků jízdní řád patřičného vlaku a v něm případně krokovat.
Vraťme se zpět do základního obrázku, i v něm lze dotykem měnit zobrazení. Např. na otáčkoměru jsou běžně 2 ručičky (minimum a maximum až ze 4 agregátů). Chceme-li zjistit přesnou hodnotu, dotkneme se prstem otáčkoměru, který se okamžitě změní na číslicový zobrazovač 4 údajů (vlastní vůz a první řízený, resp. u vozu 943 nejbližší dva motorové vozy). Dalším dotykem se zobrazení vrátí k analogové formě.
Řízení vlaku je stejné z motorového i řídicího vozu. Řídicí vůz navíc může řídit i starší vozy ř. 842 a samozřejmě všechna (i budoucí vozidla) komunikující stejným způsobem jako vozy 843, např. vozy ř. 854. Spolupráce s vozy 842 byla prověřována v květnu 1997, kdy se v prostorách továrny a na zkušební trati MSV ve Studénce zkoušel řídicí vůz 943.001 s motorovým vozem 842.031. Kromě obvyklých funkcí byl (a to úspěšně) zkoušen i režim regulace rychlosti, což je ve spojení s vozem ř. 842 dost neobvyklé.
Jízda se řídí hlavní jízdní pákou. Vzhledem k tomu, že základní režim řízení vozidel 843 a 943 je řízení volbou rychlosti (což je technicky přesný název pro to, čemu se obyčejně říká regulace rychlosti nebo automatika), je v jízdních polohách HJP popsána podle režimů činnosti regulátoru rychlosti "S (souhlas) - J (jízda) - V (výběh)" a v brzdových polohách pak "BE (brzda elektrická) - BP (brzda pneumatická) - R (rychlobrzda)". Z tohoto popisu je již vidět, že průběžná brzda se ovládá přímo hlavní jízdní pákou: v poloze "BE" narůstá požadavek na EDB, v poloze "BP" se snižuje tlak v hlavním potrubí. Polohy "V" a "BE" odpovídají jízdní poloze ovladače brzdy, polohy "J" a "S" odbrzďovací poloze. Zbylé funkce (závěr, přebití, švih) jsou ovládány samostatnými ovladači.
Logika ovládání brzd je taková, že umožňuje jak preferovat EDB a po dosažení 100% účinku dále přibrzďovat vlak brzdou vzduchovou, tak i stejnoměrné využívání všech brzd vlaku, přičemž na motorových vozech se účinek realizuje pokud možno EDB.
V "ručním řízení", t.j. v režimu řízení volbou poměrného tahu, v poloze "S" poměrný tah narůstá, v poloze "J" zůstává a v poloze "V" klesá k nule. Brzdové polohy jsou stejné.
Po rozjezdu se automaticky zaklapnou zrcátka a začnou se prověřovat signály, které mají být aktivní za jízdy vozidla (např. chod nabíjecích generátorů, chod protismyku apod.). U zvyšovacího rychlostníku může strojvedoucí využít odměřování délky vlaku: zmáčkne tlačítko KPJ (konec pomalé jízdy) a navolí vyšší rychlost. V zobrazovači poměrného tahu se objeví "housenka" znázorňující vlak (přibližně i s jeho jednotlivými vozy) a s ujetou dráhou se postupně zkracuje, až v okamžiku, kdy poslední vůz mine rychlostník, zmizí docela. Zároveň se uplatní vyšší navolená rychlost. Odměřovací "housenku" je možno s výhodou využít i např. při zastavování u nástupiště či pro hlídání, zda-li konec vlaku uvolnil izolovaný úsek, námezník apod.
Při brzdění dá strojvedoucí hlavní páku do polohy BE. Brzdná síla EDB narůstá, po puštění HJP (a jejím návratu do Výběhu) zůstává brzdná síla konstantní. Pokud nebude účinek EDB stačit, přitáhne strojvedoucí páku ještě o 1 polohu blíže k sobě, do polohy "BP". Motorové vozy pak brzdí plným účinkem EDB, vložené vozy brzdí brzdou průběžnou, a to účinkem úměrným době, po kterou byla HJP v poloze BP. Jsou-li však špatné adhezní podmínky, není vhodné využívat plný účinek EDB na úkor účinku průběžné brzdy, ale je vhodné, aby brzdná síla byla rovnoměrně rozložena na všechna vozidla vlaku. Strojvedoucí proto přeloží HJP z Výběhu přímo do BP (tzn. bez delšího setrvání v BE). Brzdný účinek EDB se v tomto případě nepožaduje "přímo" (přes poměrný tah), ale "nepřímo", přes tlak za rozváděčem průběžné brzdy. Všechna vozidla pak brzdí stejně a na motorových vozech se brzdný účinek realizuje pokud možno dynamicky.
Začne-li v nižších rychlostech účinek EDB klesat, je samočinně vyrovnáván doplňkovou vzduchovou brzdou.
Po zastavení se automaticky zaparkuje, čímž se vozidlo zajistí proti ujetí.
V závěrečné části článku popíšeme technické zázemí řídicího systému.
CRV a DPV jsou hardwarově velmi podobné, jejich základem jsou šestnáctibitové jednočipové procesory SIEMENS 80C166 pracující s krystalem 20 MHz. Hardware těchto počítačů pochází z MSV Studénka (kooperace s firmami AMIT Praha a MESIT Uherské Hradiště). Počítače obsahují procesorovou kartu, kartu sériových komunikací, 2 - 3 jednotky logických vstupů, 3 jednotky výkonových spínačů, jednotky budičů vlakové sběrnice a další speciální jednotky. Dále je ve vaně počítače dvojřádkový alfanumerický displej s tlačítky, který je možno využívat pro styk s údržbou. U vložených vozů je možné připojit i přenosné PC a na něm zobrazovat některé servisní obrázky podobně jako na dotykovém displeji.
Napájení CRV a DPV je z vozové baterie přes společný měnič 48/24 V. Během propadu napětí baterie při startu dieselů jsou CRV a DPV napájeny z pomocné bezúdržbové baterie.
Software CRV byl vytvořen částečně ve Výzkumném ústavu železničním Praha a částečně (týmiž autory) ve společnosti AŽD Praha s.r.o. CRV snímá signály z pultu strojvedoucího, z pohonu a z obvodů brzdy. Na jejich základě dává povely do regulátoru pohonu, do trakční a brzdové výzbroje a řídí součinnost elektrodynamické a vzduchové brzdy (včetně řízení záskoku výpadku dynamické brzdy brzdou vzduchovou).
Kromě řízení vlastního vozu CRV umožňuje násobné řízení prakticky neomezeného počtu vozidel, k čemuž využívá 2 vodiče kabelu UIC (tzv. vlaková řídicí linka). Řízená vozidla mohou být i navzájem různých typů, např. elektrický vůz a motorový vůz zároveň. Řídicí systém rozlišuje prvních 7 vozidel, 8. a další se pak jeví jako 1 vozidlo.
Dále CRV umožňuje on-line záznam provozních údajů (např. otáčky, poměrný tah, rychlost, proud, zrychlení atd.) a následné vyhodnocení na přenosném PC. Při periodě snímání 100 ms a snímání 6 provozních veličin je délka záznamu téměř 20 minut.
Další funkcí je zkušební režim CRV. V tomto režimu se simuluje chování řízené soustavy (vlaku) s ohledem na výstupní signály CRV (tedy např. odezva skutečné rychlosti na poměrný tah). Zkušební režim je možno využívat při nastavování konstant, prověřování spolupracujících zařízení (reakce na výstupní signály CRV) či pro výuku strojvedoucích.
Celý program CRV je napsán v assembleru procesoru 80C166 a má asi 12 KB (což je v době mnohamegabajtových, prakticky nic nedělajících programů, vyžadujících procesor Pentium s frekvencí alespoň 100 MHz, malý zázrak).
Software DPV je již celý z "dílny" AŽD a je psán převážně v jazyku C (C66) a částečně též v assembleru. Umožňuje diagnostiku vlastního vozu a dálkovou diagnostiku až 62 vozidel v soupravě, přitom vychází z návrhu normy IEC TC9 CD 332. K diagnostice ostatních vozidel vlaku jsou využívány další 2 vodiče kabelu UIC (tzv. vlaková diagnostická linka). Základní funkcí je zobrazování provozních údajů vlastního a nejbližšího řízeného vozu (v případě vozu 943 dvou nejbližších řízených vozů). Je možno navolit zobrazení provozních údajů libovolného trakčního vozidla vlaku.
Další funkcí je zajišťování tzv. vozových funkcí. Jedná se např. o řízení vnějších dveří, sledování napětí vozové baterie se zásahem při jeho poklesu, signalizaci "Zastávka na znamení", kontrolu vzduchového vypružení, přenos signálů požární ústředny, synchronizaci chodu kompresorů atd.
Kromě trakčních obvodů (včetně regulačních) sleduje DPV i stav tzv. vozových zařízení (dveře vnější i vnitřní - oddílové, topení, vodní hospodářství, vnější osvětlení, obvody dobíjení baterie atd.).
V případě poruchy či mimořádného stavu (ať již trakčních či vozových zařízení) na kterémkoliv vozidle soupravy se na zobrazovači strojvedoucího zobrazí patřičná poruchová zpráva.
Program též umožňuje zobrazit krátkodobou historii poruch či záznam poruch ze zálohované paměti, a to také pro každé vozidlo ve vlaku. Záznam poruch vlastního vozu je možné přenést po sériové lince do běžného PC a dále archivovat.
Další funkcí je automatický výpočet délky vlaku, hmotnosti, brzdné váhy a brzdicích procent vlaku. Ve spolupráci s CRV pak zobrazuje odměřování délky vlaku. Zjištěné hodnoty délky je možno korigovat a tím zajistit správnou funkci odměřování délky vlaku i když jsou ve vlaku vozidla nezapojená na vlakovou linku.
Poslední zmiňovanou funkcí je výpis jízdního řádu. Výběr vlaku provádí strojvedoucí z nabídky, krokování po stanicích je prováděno automaticky a je programově řízeno jednoduchým sekvenčním automatem. V případě rozfázování zobrazovaných údajů se skutečností je možná ruční korekce.
Délka kódu programu DPV je asi 40 KB, zhruba stejný objem mají tabulky a konstanty.
Kompletní RTr je výrobkem ČKD Praha. Hardwarově je postaven na procesorech řady 80196 a obsahuje 2 procesory pro řízení jednotlivých agregátů a 1 pro komunikaci. Jeho hlavní funkcí je na základě požadavku na poměrný tah a s přihlédnutím k dalším vstupním signálům spínat kontaktní prvky trakční výzbroje, nastavit odpovídající polohu stavěče dieselu a patřičně regulovat buzení generátoru.
V případě poruchy řídicího systému je možno motorový vůz přepnout do režimu nouzového řízení a přímým ovládáním stavěčů řídit rychlost vozidla. Systém je též plně připraven pro dosazení systému automatického cílového brzdění (používaného např. u elektrických jednotek řady 470, 471).
V současné době, po více než ročním provozu zhruba 70 vozidel, lze říci, že řídicí systém je jednou z nejspolehlivějších součástí vozidel a že ovládání a diagnostika strojvedoucím plně vyhovuje.