MXPA06006844A - Sistema y metodo de optimizacion de operaciones de ferrocarril de niveles multiples. - Google Patents
Sistema y metodo de optimizacion de operaciones de ferrocarril de niveles multiples.Info
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Classifications
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Abstract
Un sistema de niveles multiples para el manejo de un sistema de ferrocarril (50) y sus componentes operacionales, en los cuales el sistema de ferrocarril (50) tiene un primer nivel configurado para optimizar una operacion dentro del primer nivel que incluye parametros operacionales de primer nivel que definen caracteristicas operacionales y datos del primer nivel, y un segundo nivel configurado para optimizar una operacion dentro del segundo nivel que incluye parametros operacionales de segundo nivel que definen la caracteristica y datos operacionales el segundo nivel. El primer nivel proporciona al segundo nivel parametros operacionales de primer nivel, y el segundo nivel proporciona al primer nivel parametros operacionales de segundo nivel, para optimizar la operacion dentro del primer nivel y optimizar la operacion dentro del segundo nivel para que sea una funcion para optimizar un parametro de optimizacion de sistema. Los niveles pueden incluir un nivel infraestructura de vias de ferrocarril (100), un nivel de red de rastro (200), un nivel de tren (300), un nivel de consistencia (400) y un nivel de locomotora (500).
Description
SISTEMA Y MÉTODO DE OPTIMIZACION DE OPERACIONES DE FERROCARRIL DE NIVELES MÚLTIPLES
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
Ninguna
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a optimizar operaciones de ferrocarril, y más particularmente a un sistema y método para optimizar operaciones de ferrocarril que utilizan un aspecto de niveles múltiples, de sistema amplio.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los ferrocarriles son sistemas complejos, con cada componente siendo interdependiente en otros componentes dentro del sistema. Se han hecho intentos en el pasado para optimizar la operación de un componente particular o grupos de componentes del sistema de ferrocarril, tal como para la locomotora, para una característica de operación particular tal como consumo de combustible, que es un componente mayor del costo de operación de un sistema de ferrocarril. Algunas estimaciones indican que el consumo de combustible es el segundo costo operativo del sistema de ferrocarril más grande, seguido sólo a los costos laborales. Por ejemplo, la Patente d.e E.U.A. No. 6,144,901 propone optimizar la operación de un tren para un número de parámetros operativos, que incluyen el consumo de combustible. Sin embargo, optimizar el desempeño de un tren particular, que es sólo un componente de un sistema mucho más grande; que incluye, por ejemplo, la red de ferrocarril de rastro, otros trenes, tripulaciones, yardas de riel, puntos de partida, y puntos de destino, puede no generar una optimización amplia del sistema total. Optimizar el desempeño de sólo un componente del sistema (incluso aunque puede ser un componente importante tal como un tren) realmente puede resultar en costos amplios de sistema aumentados, debido a que este acercamiento de la técnica anterior no considera las interrelaciones e impacta en otros componentes y en la eficacia del sistema de ferrocarril total. Como un ejemplo, la optimización en el tren ignora las eficiencias potenciales para una locomotora dentro del tren individual, cuyas eficacias se pueden estar disponibles si las locomotoras estuvieran libres para optimizar su propio desempeño. Un sistema y método de planeación en el sistema de red de rastro de ferrocarril se describe en la Patente de E.U.A. No. 5,794,172. Los planeadores de movimiento tal como éstos se enfocan principalmente en el movimiento de los trenes a través de ia red basándose en funciones objetivas de negocio (BOF) definidas por la compañía de vías de ferrocarril, y no necesariamente en la base de optimizar el desempeño o un parámetro de desempeño particular tal como consumo de combustible. Además, el planeador de movimiento no extiende la optimización hacia abajo del tren (mucho menos la consistencia o locomotoras), ni el servicio de vías de ferrocarril y las operaciones de mantenimiento que se planean para el servicio de los trenes o locomotoras. De esa forma, en la técnica anterior, no hay reconocimiento que la optimización de operaciones para un sistema de ferrocarril requiera un acercamiento de niveles múltiples, con la recolección de datos clave en cada nivel y comunicar datos con otros niveles en el sistema.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
Un aspecto de la presente invención es la provisión de un sistema de niveles múltiples para el manejo de un sistema de ferrocarril y sus componentes operacionales en los que el sistema de ferrocarril comprende un primer nivel configurado para optimizar una operación dentro del primer nivel que incluye parámetros operacionales de primer nivel que definen características operacionales y datos del primer nivel, y un segundo nivel configurado para optimizar una operación dentro de segundo nivel que incluye parámetros operacionales de segundo nivel que definen la característica operacional y datos del segundo nivel. El primer nivel proporciona al segundo nivel los parámetros operacionales de primer nivel, y el segundo nivel proporciona al primer nivel parámetros operacíonales de segundo nivel, para que la optimización de operación dentro del primer nivel y la optimización del operación dentro del segundo nivel sean cada una función de optimizar un parámetro de optimización de sistema. Otro aspecto de la presente invención incluye la provisión de un método para optimizar una operación de un sistema de ferrocarril que tiene primer y segundo niveles que comprende comunicar del primer nivel al segundo nivel un parámetro operacional de primer nivel que define una característica operacional del primer nivel, comunicar del segundo nivel al primer nivel un parámetro operacional de segundo nivel que define una característica operacional del segundo nivel, optimizar una operación de sistema a través de una combinación del primer nivel y el segundo nivel basándose en un parámetros de optimización de sistema, optimizar una operación dentro del primer nivel basándose en parte en el parámetro de optimización de sistema, y optimizar una operación dentro del segundo nivel basándose en un parámetros de optimización de segundo nivel y basándose en parte en el parámetro de optimización de sistema. Otro aspecto de la presente invención es la provisión de un método y sistema para optimización de operaciones de ferrocarril de niveles múltiples para un sistema de vías de ferrocarril complejo que identifica restricciones operativas clave y datos en cada nivel, y comunica estas restricciones y datos a niveles adyacentes y optimiza el desempeño en cada nivel basándose en los datos y restricciones de niveles adyacentes. Los aspectos de la presente invención además incluyen establecer y comunicar planes actualizados y monitorear y comunicar el acatamiento con los planos en niveles múltiples del sistema. Los aspectos de la invención además incluyen optimizar el desempeño en el nivel de infraestructura de vías de ferrocarril, el nivel de red de rastro de ferrocarril, nivel de tren individual dentro de la red, nivel de consistencia dentro del tren, y el nivel de locomotora individual dentro de la consistencia. Los aspectos del invención además incluyen optimizar el desempeño en el nivel de infraestructura de vías de ferrocarril para permitir el servicio a base de condición, más que a base de programación de locomotoras, que incluye tanto requerimientos de servicios temporales (o corto plazo) tal como abastecimiento de combustible y llenando de otros materiales consumibles a bordo de la locomotora, y requerimientos de servicio de largo plazo tal como reemplazo y reparación de componentes operativos de locomotora críticos, tal como motores de tracción y motores. Los aspectos del invención incluyen optimizar el desempeño de los varios niveles en vista de las funciones objetivas de negocio de la compañía operativa de ferrocarril, tal como entregas a tiempo, utilización de propiedad, uso de combustible mínimo, emisiones reducidas, costos de tripulación optimizados, tiempo de residencia, tiempo de mantenimiento y costos, y costos de sistema total reducidos.
Estos aspectos de la invención proporcionan beneficios tal como variabilidad de uso de combustible de jornada a jornada reducida, ahorros de combustible para cada locomotora que opera dentro del sistema, recuperación de gracia del sistema a .partir de alteraciones, eliminación de fallas de misión fuera de combustible, logísticas de control de inventario de combustible mejoradas y autonomía disminuida de tripulaciones en decisiones de conducción.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una ilustración gráfica del origen de niveles múltiples de optimización de operaciones de ferrocarril de esta invención, con infraestructura de vías de ferrocarril, red de rastro de vías de ferrocarril, tren, consistencia de locomotora y niveles de locomotora individual siendo ilustrados en sus relaciones respectivas uno con otro. La Figura 2 es una ilustración gráfica del nivel de infraestructura de vías de ferrocarril que ilustran las entradas y salidas al procesador de infraestructura en este nivel. La Figura 3 es un esquema que ilustra detalles de operaciones de servicio optimizadas en el nivel infraestructura. La Figura 4 es un esquema que ilustra detalles de operaciones de reabastecimiento de combustible optimizadas en el nivel de infraestructura. La Figura 5 es un esquema del nivel de red de rastro de vías de ferrocarril que ¡lustra sus relaciones con infraestructura de vías de ferrocarril sobre este y el tren bajo este. La Figura 6 es un esquema que ilustra detalles del nivel de red de rastro de vías de ferrocarril, con entradas y salidas del procesador en este nivel. La Figura 7 es un esquema que ¡lustra entradas a y salidas de un planeador de movimiento existente en el nivel de tren. La Figura 8 es un esquema de un procesador de red de vías de ferrocarril revisado que tiene un procesador de administrador de combustible de red para optimización de parámetros de uso de combustible adicionales. La Figura 9 es un par de diagramas de línea de fila, con el primer diagrama siendo un plano de movimiento inicial hecho sin consideración de optimización operacional y el segundo diagrama siendo un plano modificado como optimizado para consumo de combustible reducido. La Figura 10 es un esquema de nivel de tren que utiliza su relación con sus niveles relacionados. La Figura 11 es un esquema que ilustra detalles de las entradas y salidas del procesador de nivel de tren. La Figura 12 es un esquema del nivel de consistencia que ilustra su relación con sus niveles relacionados. La Figura 13 es un esquema que ilustra detalles de las entradas y salidas del procesador de nivel de consistencia. La Figura 14 es una gráfica que ¡lustra el uso de combustible como una función de tiempo planeado para varios modos operación en el nivel de consistencia. La Figura 15 es un esquema de nivel de locomotora que ilustra sus relaciones con el nivel de consistencia. La Figura 16 es un esquema que ilustra detalles de las entradas y salidas del procesador de nivel de locomotora. La Figura 17 es un gráfico que ilustra el uso de combustible como una función de tiempo planeado de operación para varios modos operación en el nivel de locomotora. La Figura 18 es una gráfica que ilustra eficacia de combustible de nivel de locomotora como medida en uso de combustible por unidad de energía como una función de la cantidad de energía generada en el nivel de locomotora para varios modos de operación.
La Figura 19 es una gráfica que ilustra varias pérdidas de sistema eléctrico como una función de voltaje de enlace DC en el nivel de locomotora. La Figura 20 es una gráfica que ilustra consumo de energía como una función de velocidad de motor en el nivel de locomotora. La Figura 21 es un esquema de un subsistema de manejo de energía de una locomotora de energía dividida que tiene una regeneración de energía a bordo y capacidad de almacenamiento como configurada y operada para optimización de combustible.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA
Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra el origen de niveles múltiples de un sistema de ferrocarril 50. Como se muestra, el sistema comprende del nivel más alto al nivel más bajo: un nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100, un nivel de red de rastro 200, un nivel de tren 300, un nivel de consistencia 400, nivel de locomotora 500. Como se describe aquí más adelante, cada nivel tiene sus propias características operativas únicas, restricciones, parámetros operativos clave y lógica de optimización. Además, cada nivel interactúa en una forma única con niveles relacionados, con datos diferentes siendo intercambiados en cada interfase entre los niveles para que los niveles podrán cooperar para optimizar el sistema de ferrocarril total 50. El método para optimización del sistema de ferrocarril 50 es el mismo si se considera del nivel de locomotora 50 hacia arriba, o el sistema de infraestructura de vías de ferrocarril 100 hacia abajo. Para facilitar el entendimiento, se presentará el acercamiento posterior, una perspectiva de arriba hacia abajo.
NIVEL DE INFRAESTRUCTURA DE FERROCARRIL
Se ilustra la optimización del sistema de ferrocarril 50 en el nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100 en las Figuras 1-4. Como se indicó en la Figura 1, los niveles de sistemas de operaciones de ferrocarril de niveles múltiples 50 y el método incluyen de arriba hacia abajo, el nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100, el nivel del red de rastro 200, el nivel de tren 300, el nivel de consistencia 400 y el nivel de locomotora 500. El nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100 incluye los niveles inferiores de la red de rastro 200, tren 300, consistencia 400 y nivel de locomotora 500. Además, el nivel de infraestructura 100 contiene otras características y funciones internas que no se muestran, tal como instalaciones de servicio, desvíos de servicio, depósitos de combustible, equipo de borde de camino, yardas de riel, operaciones de tripulaciones de tren, destinos, equipo de carga (frecuentemente referido como recuperaciones), equipo de descarga (frecuentemente denominado como partidas), y acceso a datos que impacta la infraestructura, tal como: reglas operativas de vías de ferrocarril, condiciones de clima, condiciones de riel, funciones objetivas de negocio (que incluye costos, tal como penalizaciones por retrasos y enrutamiento de daños, y advertencias por entregar a tiempo), desastres naturales, y requerimientos reguladores gubernamentales. Estas son características y funciones que están contenidas en el nivel infraestructura de vías de ferrocarril 100. La mayoría de nivel infraestructura de ferrocarril 100 es de una base permanente (o al menos de una base de término más largo). Los componentes de infraestructura tal como la ubicación de equipo de borde de camino, depósitos de combustible e instalaciones de servicio no están sujetas a cambio durante el curso de cualquier viaje de tren dado.
Sin embargo, la disponibilidad en tiempo real de estos componentes puede variar dependiendo en la disponibilidad, momento del día, y uso por otros sistemas. Estas características de nivel infraestructura de vías de ferrocarril 100 actúan como oportunidades o recursos y obligaciones en la operación del sistema de ferrocarril 50 en los otros niveles. Sin embargo, otros aspectos del nivel infraestructura de ferrocarril 100 son operables para servir otros niveles del sistema de ferrocarril 50 tal como redes de rastro, trenes, obligaciones o locomotoras, cada una puede ser utilizada como una función de un criterio de optimización de niveles múltiples tal como combustible total, reabastecimiento de combustible, salida de emisiones, manejo de recursos, etc. La Figura 2 proporciona un esquema de la optimización del nivel infraestructura de vías de ferrocarril 100. Ilustra el nivel de infraestructura 100 y el procesador de nivel infraestructura 202 que interactúa con el nivel de rastro 200 y el nivel de tren 300 para recibir datos de entrada de estos niveles, así como desde el interior del nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100, para generar comandos a y/o proporcionar datos al nivel desde red de rastro 200 y el nivel de tren 300, y optimizar operación dentro del nivel infraestructura de vías de ferrocarril 100. Como se ilustró en la Figura 3, el procesador de infraestructura 202 puede ser una computadora, que incluye memoria 302, instrucciones de computadora 304 que incluye un algoritmo de optimización, etc. El nivel de infraestructura 100 incluye, por ejemplo, el servicio de trenes y locomotoras tal como en instalaciones de mantenimiento y desvíos de servicio para optimizar estas operaciones de servicio, el nivel de infraestructura 100 recibe datos de infraestructura 206 tal como ubicación de instalación, capacidades de instalación (tanto características estáticas tal como el número de compartimentos de servicio, así como características dinámicas, tal como la disponibilidad de compartimentos, tripulaciones de servicio, inventario de partes de reserva), costos de instalación (tal como velocidades por hora, requerimientos de disminución de tiempo), y los datos notados más recientemente tal como condiciones de clima, desastre natural y funciones objetivas de negocio. El nivel de infraestructura también recibe datos de nivel de red de rastro 208, tal como el programa de sistema de tren actual para la llegada y partida planeada del equipo de vías de tren en instalaciones servicio, la disponibilidad de energía substituto (es decir, locomotoras de reemplazo) en la instalación y servicio programado. Además, el nivel de infraestructura recibe datos de nivel de tren 210, tal como la capacidad actual de trenes en los sistemas, particularmente aquellos con asuntos de salud que pueden requerir servicio a base de condición adicional (como puesto a base programada), la ubicación actual, velocidad y rumbo de trenes, y los requerimientos de servicio anticipados cuando el tren llega. El procesador de infraestructura 202 analiza estos datos de entrada y optimiza la operación del nivel de infraestructura de vías de ferrocarril 100 al emitir órdenes de trabajo u otras instrucciones a las instalaciones de servicio para que sirvan a los trenes particulares, como se indicó en el bloque 226, que incluye instrucciones para preparar el trabajo que se va hacer tal como compartimentos de trabajo de programación, tripulaciones de trabajo, herramientas, y ordenar partes de reserva. El nivel infraestructura 100 también proporciona instrucciones que se utilizan por los sistemas de nivel inferior. Por ejemplo, se emiten comandos de rastro 228 para proporcionar datos para revisar el plano de movimiento de tren en vista de un plano de servicio, anunciar la yarda de riel del plano de servicio tal como para reconfigurar el tren, y proporcionar energía substituto de una locomotora de reemplazo. Se emiten los comandos de tren 230 al nivel de tren 300 para que los trenes particulares que se van a servir puedan tener operación restringida o proporcionar instrucciones de servicio en sitio que son una función del plano de servicio. Como un ejemplo de las operaciones del nivel infraestructura 100, la Figura 4 muestra un reabastecimiento optimizado del nivel de infraestructura 400. Este es un caso particular de servicio optimizado en el nivel infraestructura 100. La entrada de datos de infraestructura 406 al nivel infraestructura 400 para optimizar el reabastecimiento de combustible se relacionan a parámetros de combustible. Estos incluye ubicaciones de sitios de reabastecimiento de combustible (que incluye las instalaciones de servicio grandes así como depósitos de combustible, e incluso desvíos en los cuales se despachan camiones de combustible) y costos de combustible totales, que incluye no sólo el precio directo por galón del combustible, sino también valoración y disminución de tiempo de tripulación, costos de transporte de inventario, impuestos, requerimientos de gastos generales y ambientales. Los datos de entrada de nivel de red de rastro de 408 incluye los costos de cambiar la programación de tren en el plano de movimiento total para acomodar el reabastecimiento de combustible o velocidades reducidas si no se hace el abastecimiento de combustible, así como la topografía del rastro hacia delante de los trenes ya que tiene un impacto mayor en el uso de combustible. Los datos de entrada del nivel de tren 410 incluyen ubicación y velocidad actual, nivel de combustible y datos de velocidad de uso de combustible (que se puede utilizar para determinar el rango de locomotora de viaje) así como configuración de consistencia para que se puedan considerar modos de generación de energía de locomotora alternativos. La programación de tren así como el peso de tren, carga y longitud son relevantes para la velocidad de uso de combustible anticipada. La salidas para el nivel infraestructura de reabastecimiento de combustible óptimo 400 incluye optimización del sitio de abastecimiento de combustible tanto en términos de las instrucciones de abastecimiento de combustible para cada tren particular pero también como anticipados sobre algún período de tiempo para propósitos de inventario de combustible.. Otras salidas incluyen datos de comando 428 para el nivel de red de rastro 200 para revisar el plano de movimiento, y comandos de nivel de tren 430 para instrucciones de abastecimiento de combustible en el sitio de instalación, que incluye programaciones, así como limitaciones operacionales en el tren tal como la velocidad máxima de uso de combustible mientras el tren se enruta a la ubicación de combustible. La optimización de la operación infraestructura de vías de ferrocarril no es un procedimiento estático, más que eso es un procedimiento dinámico que está sujeto a revisión en intervalos programados regulares (tal como cada 30 minutos) o mientras ocurren eventos significativos y se reportan al nivel infraestructura 100 (tal como fallas en los frenos de tren y problemas de instalaciones servicio). La comunicación entre nivel de infraestructura 100 y con los otros niveles se puede hacer en una base de tiempo real o casi en tiempo real para permitir el flujo de información clave necesaria para mantener los planos de servicio actuales y distribuidos a otros niveles. Adicionalmente, la información se puede almacenar para análisis posterior de tendencias o la identificación o análisis de características de nivel particular, desempeño, interacciones con otros niveles o la identificación de problemas de equipo particular.
NIVEL DE RED DE RASTRO DE VÍAS DE FERROCARRIL
Dentro de los planos operacionales de infraestructura de vías de ferrocarril, se realiza la optimización del nivel de red de rastro de ferrocarril 200 como se ilustra en las Figuras 5 y 6. El nivel de red de rastro de vías de ferrocarril 200 incluye no sólo en el diseño de rastro, sino también planos para movimiento de los varios trenes sobre el diseño de rastro. La Figura 5 muestra la interacción del nivel de red de rastro 200 con el nivel infraestructura de vías de ferrocarril 100 sobre ei mismo y los trenes individuales bajo este. Como se ilustró, el nivel de red de rastro 200 recibe datos de entrada del nivel infraestructura 100 y el nivel de tren 300, así como datos (o retroalimentación) desde el interior del nivel de red de vías de ferrocarril 200. Como se ilustró en la Figura 6, el procesador de red de rastro 502 puede ser una computadora, que incluye memoria 602, instrucciones de computadora 604 que incluye un algoritmo de optimización, etcétera. Como se muestra en la Figuras 6, los actos de nivel infraestructura 506 incluyen información con respecto a la condición del clima, yarda de riel, energía substituto, instalaciones y planos de servicio, orígenes y destinos. Los datos de red de rastro 508 incluyen información con respecto a la programación de movimiento de tren existente, funciones de objeto de negocios y obligaciones de red (tal como limitaciones en la operación de ciertas secciones de rastro). Los datos de entrada del nivel de tren 510 incluyen información con respecto a ubicación y velocidad de locomotora, capacidad actual (salud), servicio requerido, limitaciones operativas, configuraciones de consistencia, carga de tren y longitud. La Figura 6 también muestra la salida del nivel de red de rastro 200 que incluye datos 526 enviados al nivel infraestructura, comandos 530 a los trenes e instrucciones de optimización 528 para el nivel de red de rastro 200. Los datos 526 enviados al nivel de infraestructura 100 incluyen requerimientos de equipo de borde de camino, demandas de yarda de riel, necesidades de instalación de servicio, y origen anticipado y actividades de destino. Los comandos de tren 530 incluyen la programación para cada tren y enrutamiento de limitaciones operacionales, y la optimización de red de rastro 528 incluye revisar la programación de sistema de tren. Como con el nivel de infraestructura 100, la programación de red de rastro de vías de ferrocarril 200 (o plan de movimiento) se revisa en intervalos periódicos o mientras ocurren los eventos materiales. La comunicación de la entrada y salida de datos críticos y comandos se puede hacer en una base en tiempo real para mantener los planos respectivos actuales. Un ejemplo de un planeador de movimiento existente se describe en la Patente de E.U.A. No. 5,794,172. Tal sistema incluye un sistema de abastecimiento ayudado por computadora (CAD) de la técnica anterior que tiene un planeador de movimiento de sistemas de abastecimiento de energía para establecer un plano de movimiento detallado para cada locomotora y comunicarlo a la locomotora. Más particularmente, tal planeador de movimiento planea el movimiento de trenes sobre una red de rastro con un horizonte de planeación definido tal como 8 horas. El planeador de movimiento intenta optimizar una Función Objetiva de Negocios de nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (BOF) que es la suma e las BOFs para trenes individuales en los niveles de tren del nivel de red de rastro de vías de ferrocarril. La BOF para cada tren se relacionan con el punto de término de tren. También puede estar unido a cualquier punto en el viaje del tren individual. En la técnica anterior, cada tren tiene una BOF individual para cada ciclo de planeación en un territorio de planeación. Adicionalmente, cada sistema de red de rastro puede tener un número separado de territorios de planeación. Por ejemplo, un sistema de red de rastro puede tener 7 territorios de planeación. Como tal, un tren que atravesará N territorios tendrá N BOF en cualquier caso en el tiempo. La BOF proporciona un medio de comparar la calidad de dos planos de movimiento. En el curso del cálculo cada plano de movimiento de tren cada hora, el planeador de movimiento compara miles de planos alternativos. El problema de nivel de red de rastro está altamente obligado por el diseño físico de rastro, restricciones operativas de rastro de tren, las capacidades de trenes, y requerimientos de conflicto para los recursos. El tiempo requerido para calcular un plano de movimiento con el fin de soportar el origen dinámico de las operaciones de vías de ferrocarril es una obligación mayor. Por esta razón, se asume que los datos de desempeño de tren, basándose en datos precalculados y almacenados basados en la consistencia de tren, condiciones de rastro, y programación de tren. El procedimiento utilizado por el planeador de movimiento calcula el tiempo de funcionamiento mínimo para una programación de tren al simular el movimiento no opuesto del tren sobre el rastro, con altos y residencia para actividades de trabajo. Este procedimiento captura el tiempo de funcionamiento a través de cada segmento de rastro y alterna el segmento de rastro en la ruta del tren. Un cojín de planeación, tal como un porcentaje de tiempo de funcionamiento, después se agrega al tiempo de funcionamiento predicho del tren y el tiempo acojinado se utiliza para generar el plano de movimiento. Uno de tal planeador de movimiento de la técnica anterior se ilustra en la Figuras 20, en donde el tren (y de esa forma formar el nivel de tren, nivel de consistencia, nivel/motor de locomotora) está en una velocidad óptima F-) a lo largo de la curva de consumo de velocidad/combustible 2002 que resulta en consumo de combustible reducido en la parte inferior 2004 de la curva 2002. Las velocidades de tren típicas exceden la velocidad de tren óptima F^ para que reducir las velocidades de tren promedio resulte usualmente en consumo de combustible reducido. Las Figuras 7 y 8 ilustran detalles de una modalidad de la invención y sus beneficios para planeación de movimiento de nivel de red de rastro 200. La Figura 7 ilustra un ejemplo de un planeador de movimiento 700 para analizar parámetros operativos para optimizar el plano de movimiento de tren para optimizar uso de combustible. El planeador de movimiento 702 recibe entrada del nivel de tren 300. La modalidad de la Figura 7 del planeador de movimiento 702 recibe y analiza mensajes para el planeador de movimiento 702 de fuentes externas 712 con respecto a puntos de reabastecimiento de combustible de las Funciones Objetivo De Negocio (BOF) 710 que incluye un cojín de planeación como se mencionó anteriormente. Un enlace de comunicación 706 para los optimizadores de combustible 704 en trenes en los niveles de tren 300 se proporciona con el fin de transmitir el plano de movimiento más reciente a cada uno de los trenes en el nivel de tren 300. En la técnica anterior, el planeador de movimiento intentó minimizar los retrasos de reuniones y pases. En contraste, el sistema de acuerdo con una modalidad de la presente invención utiliza estos retrasos como una oportunidad para optimización de combustible en los varios niveles. La Figura 8 ilustra un planeador de movimiento para analizar parámetros operativos adicionales más allá de aquellos ilustrados en la Figuras 7 para optimizar la optimización de combustible. El administrador de combustible de red 802 proporciona el nivel de red de rastro 200 con funcionalidad para optimizar el uso de combustible dentro del nivel de red de rastro 200 basándose en la Función Objetivo de Negocio (BOF) 810 de cada uno de los trenes en el nivel de tren 300, el desempeño de motor 812 de los trenes y locomotoras que comprenden aquellos trenes, datos de congestión 804 y factores de peso de combustible 808. El planeador de movimiento en el nivel de red de rastro recibe entrada 708 del optimizador del nivel de tren 704 y del administrador de combustible de red 802. Por ejemplo, el nivel de tren 200 proporciona al planeador de movimiento 702 la falla de motor y datos de reducción de caballos de fuerza 708. El planeador de movimiento 702 proporciona un plano de movimiento 706 al nivel de tren 200 y datos de congestión hasta 804 al administrador de combustible de red 802. El nivel de tren 200 proporciona datos el desempeño de motor 812 al administrador de combustible de red 802. El planeador de movimiento 712, en ei nivel de red de rastro 200 utiliza la Función Objetivo de Negocio (BOF) para cada tren, el cojín de planeación y puntos de reabastecimiento de combustible 806 y la falla de motor y datos de reducción de caballos de fuerza 708, para desarrollar y modificar el plano de movimiento para un tren particular en el nivel de tren 200. Como se mencionó anteriormente, la modalidad de la Figura 8 del planeador de movimiento 702 incorpora un módulo administrador de combustible de red 802 u optimizador de combustible que monitorea los otros desempeños para trenes individuales y proporciona entradas al planeador de movimiento para incorporar información de optimización de combustible en el plano de movimiento. Este modelo 802 determina las publicaciones de reabastecimiento de combustible basadas en el uso de combustible estimado y también costos de combustible. Un factor de peso de costo de combustible representa el balance paramétrico de costos de combustible (tanto directo como indirecto) contra acatamiento de programación. Este balance se considere conjunto con la congestión anticipada en la ruta del tren. Disminuir un tren de la optimización de combustible del nivel de tren puede aumentar la congestión en el nivel de red de rastro al retrasar otros trenes especialmente en áreas altamente transitadas. El módulo administrador de combustible de red 802 se interpone al planeador de movimiento 702 dentro del nivel de red de rastro 200 para establecer el cojín de planeación (cantidad de tiempos de poca tensión en el plano antes de afectar de forma apreciable otros movimientos de tren) para cada tren y modifica el plano de movimiento 706 para permitir que se establezcan cojines de planeación de tren individual, con cojines de planeación más largos y juntas y pases más cortos que los típicos para proporcionar optimización de combustible mejorada. Otra mejora especifica un cojín de planeación superior para trenes que están equipados con un optimizador de combustible 704 y aquellas programaciones no son críticas. Esto proporciona ahorros a trenes locales y trenes que corren en rieles ligeramente transitados. Esto involucra una interfase al planeador de movimiento 702 para establecer el cojín de planeación para el tren y una modificación al plano de movimiento 706 para permitir que se establezca el cojín de planeación para trenes individuales. La Figura 9 ilustra un grupo representativo de gráficas de línea de fila para el movimiento planeado (plano de movimiento 706) de los trenes (es decir, trenes A y B) que se mueven en direcciones opuestas en un rastro individual, con ello requieren que los trenes se encuentren y pasen en un desvío 906. La línea de fila muestra la ubicación de tren como una función de tiempos de viaje para los trenes, con la línea A que ilustra el viaje del tren A mientras se mueve de su ubicación inicial 902 cerca de la parte superior del cuadro a su ubicación final 904 cerca de la parte inferior del cuadro, y el viaje del tren B de su ubicación inicial 908 a la parte inferior del cuadro a su ubicación final 910 en la parte superior del cuadro. El "plano original" 900 como se muestra en la primera línea de fila de la Figura 9 se genera únicamente para el propósito de minimizar el tiempo requerido para presentar los movimientos de tren. Esta línea de fila muestra que el tren A ingresar al desvío 906 representado por el segmento de línea horizontal 906 en el tiempo t-,, para permitir que pase el tren B. El tren A se detiene y desperdicia tiempo en el desvío 906 de t-i a t2. El tren B, como se muestra por la línea 908-910, mantiene una velocidad constante de 908 a 910. La línea curvada superior 909 y extensión de línea punteada cubierta 911 representa el movimiento más rápido que el tren A es capaz de realizar. El "plano modificado" 950 como se muestra en la línea de fila a la derecha de la Figura 9 se generó con consideración para optimización de combustible. Requiere que el tren A viaje más rápido (inclinación más empinada de la línea 918-912 de ^ a t4), para alcanzar un segundo desvío más instante 912, aunque de alguna forma el tiempo posterior t4, por ejemplo, t4 es después que t^ El plano modificado también requiere que el tren B disminuya su velocidad de viaje en tiempo t3 para pasar al segundo desvío 912. El plano modificado reduce el tiempo de desperdicio de tiempo del tren A a t5-t4 de t2-t1 previo y reduce la velocidad del tren B que comienza en t3 para crear la oportunidad de optimización de combustible en el nivel de tren 300 como reflejado por la combinación de los dos trenes particulares, mientras mantiene el plano de movimiento de nivel de red de rastro en o cerca de su primer nivel de desempeño. Las entradas al planeador de movimiento de nivel de red de rastro 702 también incluye ubicaciones de depósitos de combustible, costo de combustible ($/galón por depósito y costo de tiempo para combustible o así llamado "castigo de costo"), la eficacia de motor como se representó por la inclinación del cambio en el uso de combustible sobre el cambio en energía en los caballos de fuerza (por ejemplo, inclinación de ? uso de combustible/ ? HP), la eficacia de combustible como se representó por la inclinación del cambio en el uso de combustible sobre el cambio de velocidad o tiempo, desaceleración de energía para locomotoras con bajo o sin combustible, factores de adhesión (nieve, lluvia, areneros, limpiadores, lubricantes), nivel de combustible para locomotoras en trenes, y rango protegido para combustible del tren. La funcionalidad de nivel de red de rastro de vías de ferrocarril establecida por el planeador de movimiento 702 incluye determinación de energía de consistencia requerida como una función de velocidad bajo condiciones operativas actuales o proyectadas, y determinación de consumo de combustible como una función energía, tipo de locomotora, y rastro de red. Las determinaciones de planeador de movimiento 702 pueden ser para locomotoras, para la consistencia o el tren que incluirían la carga asignada. La determinación puede ser una función de la sensibilidad del cambio de combustible sobre el' cambio de energía (? combustible / ? HP) y/o cambiar los caballos de fuerza sobre la velocidad (? HP / ? velocidad). El planeador de movimiento 702 además determina la compensación dinámica de la velocidad de combustible (como se proporcionó anteriormente) para contar los transientes térmicos (túneles, etc.), y limitaciones de adhesión, tal como esfuerzo o grado de tracción de velocidad baja, que pueden deteriorar predicciones de movimiento, por ejemplo, velocidad esperada. El planeador de movimiento 702 puede predecir el rango fuera de combustible actual basado en la suposición operativa tal como la energía continúa en el nivel actual o una suposición con respecto al rastro futuro. Finalmente, la detección de parámetros que cambio significativamente se puede comunicar al planeador de movimiento 702, y como resultado, se puede requerir una acción tal como un cambio en el plano de movimiento. Estas acciones pueden ser funciones automáticas que se comunican continuamente, periódicamente, o sea hacen en base de excepción tal como para detección de transientes o condiciones fuera de combustible predichas. Los beneficios de esta operación de nivel de red de rastro 200 incluye permitir al planeador de movimiento 702 considerar el uso de combustible al optimizar el plano de movimiento sin considerar los detalles en el nivel de consistencia, predecir la velocidad de combustible como una función de energía y velocidad, y por integración, para determinar el combustible total esperado requerido para el plano de movimiento. Adicionalmente, el planeador de movimiento 702 puede predecir la velocidad de la deterioración de programación y hacer ajustes correctivos al plano de movimiento si es necesario. Esto puede incluir retrasar el abastecimiento de trenes de una yarda o reenrutamiento de trenes con el fin de aligerar la congestión en la línea principal El nivel de red de rastro 200 también será capaz de dividir el estado de combustible de consistencia dinámico en determinación de reabastecimiento de combustible en la primera oportunidad, que incluye la consideración de perdida de energía, tal como cuando una locomotora dentro de una consistencia cierra o es forzada a operar en energía reducida. El nivel de red de rastro 200 también permitirá la determinación (en el nivel de locomotora o nivel de consistencia) de actualizaciones óptimas al plano de movimiento. Estos datos de optimización agregados reducen el monitoreo y procesamiento de señal requerido en el plano de movimiento o procedimientos de distribución ayudada por computadora. La salida de plano de movimiento del nivel de red de rastro 200 especifica en donde y cuando detenerse por combustible, cantidad de combustible a cargar, limites de velocidad inferiores y superiores para el tren, tiempo/velocidad en destino, y tiempo distribuido para abastecimiento de combustible.
NIVEL DE TREN
Las Figuras 10 y 11 ilustran la operación de nivel de tren y relaciones entre el nivel de tren 300 y los otros niveles. El procesador de tren 1002 puede incluir una memoria 1102 e instrucciones de computadora 1104 que influyen un algoritmo de optimización, etc. Mientras el nivel de tren 300 puede comprender un tren largo con consistencias distribuidas, cada consistencia con varias locomotoras y con numerosos automóviles entre las consistencias, el nivel de tren 300 puede ser de cualquier configuración que incluye configuraciones más complejas o significativamente más simples. Por ejemplo, el tren puede estar formado por una consistencia de locomotora individual o una consistencia individual con múltiples locomotoras en la cabeza del tren cuyas configuraciones simplifican los niveles, interacciones y cantidad de datos comunicados de nivel de tren 300 a nivel de consistencia 400 y al nivel de locomotora 500. En ei caso más simple, una locomotora individual sin ningún automóvil puede constituir un tren. En este caso, el nivel de tren 300, nivel de consistencia 400 y nivel de locomotora 500 son los mismos. En tal caso, el procesador de nivel de tren, el procesador de nivel de consistencia y el procesador de nivel de locomotora pueden estar compuestos de uno, dos o tres procesadores. Para propósitos de discusión se asume una configuración de tren más compleja, después los datos de entrada en el nivel de tren 300, como se muestra en la Figuras 10 y 11, incluye datos de infraestructura 1006, datos de red de rastro de ferrocarril 1008, datos de tren 1010, que incluyen retroalimentación del tren, y datos de nivel de consistencia 1012. La salida del nivel de tren incluye datos enviados a nivel de infraestructura 1026 y al nivel de red de rastro 1028, optimización dentro del nivel de tren 1030 y comandos para el nivel de consistencia 1032. Los datos entrada de nivel infraestructura de vías de ferrocarril 1006 incluyen condiciones de clima, equipo de borde de camino, instalaciones de servicio e información de origen/destino. La entrada de datos de nivel de red de rastro 1008 incluye programación de sistema de tren, obligaciones de red y topografía de rastro. Entrada de datos de tren 1010 ¡ncluye carga, longitud, capacidad actual para frenado y energía, salud de tren, y obligaciones operativas de tren. La entrada de datos de consistencia 1012 incluye el número y ubicaciones de las consistencias dentro del tren, el número de locomotoras en la consistencia y la capacidad para control de energía distribuida dentro de la consistencia. Las entradas a nivel de tren 300 de fuentes diferentes a nivel de consistencia de locomotora 400 incluyen lo siguiente: extremo de cabeza y ubicaciones de extremo de tren (EOT), topografía de rastro entrante anticipado y equipo de borde de camino, plano de movimiento, clima (viento, humedad, nieve), y administración de adhesión (fricción). Las entradas de nivel de tren 300 de nivel de consistencia 400 es típicamente la agregación información obtenida de las locomotoras y potencialmente de los automóviles de carga. Estos incluyen condiciones operativas actuales, estado de equipo actual, capacidad de equipo, estado de combustible, estado consumible, salud de consistencia, información de optimización para el plano actual, información de optimización para ia optimización de plano. Las condiciones operativas actuales de la consistencia pueden incluir el esfuerzo de tracción total presente (TE), esfuerzo de frenado dinámico, esfuerzo de freno de aire, energía total, velocidad, y velocidad de consumo de combustible. Esto se puede obtener al consolidar toda la información de las consistencias en el nivel de consistencia 400, que incluye las locomotoras en el nivel de locomotora 500 dentro de la consistencia, y otro equipo en la consistencia. El estado de equipo actual incluye las velocidades de locomotoras, la posición de las locomotoras y carga dentro de la consistencia. Las velocidades de unidades se pueden obtener de cada nivel de consistencia 400 y cada nivel de locomotora 500 que ¡ncluye deterioraciones debido a condiciones de adhesión/ambientales. Esto se puede obtener de nivel de consistencia 400 o directamente de nivel de locomotora 500. La posición de las locomotoras se puede terminar en parte por la información de línea de tren, sensibilidad de posición de GPS, y presión de freno de aire que se percibe por retraso de tiempo. La carrera se puede terminar por el esfuerzo de tracción (TE), esfuerzo de frenado (BE), perfil de velocidad y rastro. La capacidad de equipo puede incluir las velocidades de las locomotoras en la consistencia que incluye el esfuerzo de tracción máximo (TEmax), esfuerzo de frenado máximo (BEmax), Caballos de fuerza (HP), HP de freno dinámico, y capacidad de adhesión. El estado de combustible, tal como la cantidad actual y proyectada de combustible en cada locomotora, se calcula por cada locomotora basada en el nivel de combustible actual y consumo de combustible proyectado para el plano operativo. El nivel de consistencia 400 agrega esta información por locomotoras y envía el rango total y niveles/estado de combustible posible en puntos de abastecimiento de combustible conocidos. También pueden enviar la información en donde el artículo se hace crítico. Por ejemplo, una locomotora dentro de la consistencia puede acabar el combustible incluso el tren pueden ir a la siguiente estación de abastecimiento de combustible, si hay suficiente energía disponible en la consistencia para llegar a ese punto. Similarmente, el estado de otros consumibles diferentes al combustible, arena, modificadores de fricción, etc., se reportan y agregan al nivel de consistencia 400. Estos también se calculan basándose en el nivel actual y consumo proyectado basado en clima, condiciones de rastro, la carga y plano actual. El nivel de tren agrega esta información y envía el rango total posiblemente niveles/estado de consumible en puntos de servicio conocidos. También puede enviar la información en donde el artículo se hace crítico. Por ejemplo, si la operación limitada de adhesión que requiere arena no se espera durante la operación, puede no ser crítico que se sirva el equipo de arena. La salud de la consistencia se puede reportar y puede incluir información de falla, desempeño degradado y requerimientos de mantenimiento. La información de optimización para el plano actual se puede reportar. Por ejemplo, esto puede incluir optimización de combustible en el nivel de consistencia 400 o nivel de locomotora 500. Para optimización de combustible, como se muestra en la Figura 14, los datos e información para la optimización de combustible de nivel de consistencia se representa por la inclinación y forma de la línea entre los puntos operativos 1408 y 1410. Además, la información de optimización para la optimización de plano puede incluir los datos e información como se lustro entre los puntos operativos 1408 y 1412, como se muestra en la Figura 14, para nivel de consistencia 400. También como se muestra en la Figura 11, los datos de salida
1026 enviados por el nivel de tren 300 a nivel infraestructura 100 incluyen información con respecto a la ubicación, dirección y velocidad del tren, la salud del tren, disminución de velocidad operacional del desempeño de tren en vista de las condiciones de salud, necesidades de servicio, necesidades de corto plazo tal como relacionadas con consumibles así como necesidades de largo plazo tal como requerimientos de reparación de sistema de equipo. Los datos 1028 enviados del nivel de tren 300 al nivel de red de rastro de vías de ferrocarril 200 incluye ubicación de tren, rumbo de velocidad, niveles de combustible, rango y uso y capacidades de tren tal como energía, frenado dinámico, y manejo de fricción. El desempeño de optimización dentro de el nivel de tren 300 incluye distribuir energía a las consistencias dentro del nivel de tren, distribuir cargas de frenado dinámico a los niveles de consistencias dentro del nivel de tren y frenado neumático a los automóviles dentro de nivel de tren, y adhesión de ruedas de las consistencias y automóviles de vías de ferrocarril. Los comandos de salida a nivel de consistencia 400 incluyen velocidad de motor y generación de energía, frenado dinámico y adhesión de rueda/riel para cada consistencia. Los comandos de salida de nivel de tren 300 a nivel de consistencia 400 incluyen energía para cada consistencia, frenado dinámico, frenado neumático para consistencia total, esfuerzo de tracción (TE) total, manejo de adhesión de rastro tal como aplicación de arena/lubricante, plano de enfriamiento de motor, y plano de motor híbrido. Un ejemplo de tal plano de motor híbrido se muestra en mayor detalle en la Figura 21.
NIVEL DE CONSISTENCIA
Las Figuras 12 y 13 ilustran las relaciones de nivel de consistencia e intercambio de datos con otros niveles. El procesador de nivel de consistencia 1202 incluye una memoria 1302 e instrucciones de procesador 1304 que incluyen algoritmos de optimización, etc. Como se muestra en la Figura 12, las entradas a nivel de consistencia, como se ilustran el nivel de consistencia 400 con algoritmos de optimización, incluyen datos 1210 de nivel de tren 300, datos 1214 del nivel de locomotora 500 y datos 1212 del nivel de consistencia 400. Las salidas incluyen datos 1230 al nivel de tren 300, comandos 1234 al nivel de locomotora 500, y optimización 1232 dentro el nivel de consistencia 400.
Como una entrada, el nivel de tren 300 proporciona datos 1210 asociados con carga de tren, longitud de tren, capacidad de trena actual, obligaciones operativas, y datos de una o más consistencias dentro del nivel de tren 300. La información 1210 enviada del nivel de locomotora 500 al nivel de consistencia 400 puede incluir condiciones operativas actuales y estado de equipo actual. Las condiciones operativas de locomotora actuales incluyen datos que se pasan al nivel de consistencia para determinar el desempeño total de la consistencia. Esto se puede utilizar para retroalimentación al operador o al sistema de control de vías de ferrocarril. También se pueden utilizar para optimización de consistencia. Estos datos pueden incluir: 1.- Esfuerzo de tracción (TE) (monitoreo y frenado dinámico)-esto se calcula basándose en corriente/voltaje, características de motor, porción de engranaje, diámetro del rueda, etc. Alternativamente, se puede calcular de trazar instrumentación de barra o dinámicas de tren que conocen la información de tren y rastro. 2.- Caballos de fuerza (HP)-esto se calcula basándose en las características de alternador de corriente/voltaje. También se puede calcular basándose en la información de corriente/voltaje de motor de tracción o de otros medios tal como esfuerzo de tracción y velocidad de locomotora o velocidad de motor y velocidad de flujo de combustible. 3.- Establecimiento de nivel de válvula de estrangulación.
4.- Niveles de freno de aire. 5.- Aplicación de modificador de fricción, tal como cronometraje, tipo/cantidad/ubicación de modificadores de fricción, por ejemplo, arena y agua. El estado de equipo de locomotora actual puede incluir datos, además de uno de los artículos anteriores de a hasta e, y para retroalimentación a nivel de tren y respaldo al nivel de red de rastro de vías de ferrocarril. Esto incluye: Temperatura de equipo tal como el motor, motor de tracción, inversor, rejilla de frenado dinámico, etc. Una medida de la capacidad de reserva del equipo en un punto particular en el tiempo y se puede utilizar para determinar cuándo transferir energía de una locomotora a otra. La capacidad de equipo tal como una medida de la capacidad de reserva. Esto puede incluir caballos de fuerza de motor disponibles (considerando condiciones ambientales, capacida.d de motor y enfriamiento), esfuerzo de tracción/esfuerzo de frenado disponible (considerando condiciones de rastro/riel, parámetros operativos de equipo, capacidad de equipo), y capacidad de manejo de fricción (tanto mejoradores de fricción como reductor de fricción).
Nivel de combustible/velocidad de flujo de combustible-la cantidad de combustible restante se puede utilizar para determinar cuándo transferir energía de una locomotora a otra. La capacidad de tanque de combustible junto con la cantidad de combustible restante se puede utilizar por el nivel de tren y recuperar al nivel de red de rastro de vías de ferrocarril para decidir la estrategia de reabastecimiento de combustible. Este información también se puede utilizar para manejo de esfuerzo de tracción (TE) imitados de adhesión. Por ejemplo, si hay una región limitada de adhesión crítica de la operación hacia delante, el llenado del tanque de combustible se puede planear para permitir el llenado antes de la entrada de consistencia a la región. La otra optimización es para mantener más combustible en locomotoras que pueden convertir ese peso en esfuerzo de tracción útil. Por ejemplo, una locomotora de remolque típicamente tiene un mejor riel y puede convertir más efectivamente peso a esfuerzo de tracción proporcionado a los aparatos electrónicos de eje/motor/energía que no están imitados (del nivel de capacidad de equipo antes mencionado). La velocidad de flujo de combustible se puede utilizar para la optimización de viaje total. Existen muchos tipos de sensores de nivel de combustible disponibles. Los sensores de flujo de combustible también están disponibles actualmente. Sin embargo, es posible estimar la velocidad de flujo de combustible de parámetros conocidos/percibidos anteriormente a bordo de la locomotora. En un ejemplo, el combustible inyectado por carrera de motor (mm3/carrera) se puede multiplicar por el número de golpes/segundos (función de rpm) y el número de cilindros, para determinar la velocidad de flujo de combustible. Esto además se puede compensar para regresar la velocidad de combustible, que es una función de motor rpm, y condiciones ambientales. Otra forma de estimar la velocidad de flujo de combustible está basada en modelos que utilizan HP de tracción, HP auxiliar y estimaciones de pérdidas/eficiencia. El combustible disponible y/o velocidad de flujo se puede utilizar para el balance de uso de locomotora total (con peso apropiado si es necesario). También se puede utilizar para dirigir más uso de la locomotora eficiente de mayor combustible en preferencia a las locomotoras menos eficientes (dentro de la obligación de disponibilidad de combustible). Rango de combustible/consumible-rango de combustible disponible (o cualquier otro consumible) es otra a pieza de información. Esto se calcula basándose en el estado de combustible actual y el consumo de combustible proyectado basándose en el plano y la información de eficacia de combustible disponible aborto. Alternativamente, esto se puede inferir de modelos para cada equipo o de desempeño pasado con corrección para condiciones ambientales o basándose en la combinación de estos dos factores. Nivel de modificador de fricción - La información con respecto a la cantidad y capacidad de modificadores de fricción se puede utilizar para distribuir optimización de estrategia (transferencia de una locomotora a otra). Este información también se puede utilizar para la red de rastro de vías de ferrocarril y niveles de infraestructura para determinar la estrategia de rellenado. Degradación/uso de equipo - La información de uso de locomotora acumulativa se puede utilizar para asegurar que una locomotora no se use excesivamente. Ejemplos de estos pueden incluir la energía total producida por el motor, perfil de temperatura de cuadrícula de frenado dinámico, etc. Esto también puede permitir la operación de locomotora que resulta en más uso a algunos componentes si están programados para revisión/reemplazo de cualquier forma. Posición de locomotora-la posición y/o dirección de enfrentamiento de la locomotora se puede utilizar para consideración de distribución de energía basándose en factores como adhesión, control de tren, ruido, y liberación. Salud de locomotora-la salud de la locomotora incluye la condición actual de la locomotora y sus subsistemas clave. Este información se puede utilizar para optimización de nivel de consistencia y a través de la red de rastro y niveles infraestructura para mantenimiento/servicios de programación. La salud incluye información de falla de componente para fallas que no degradan la operación de locomotora actual tal como componentes de eje individuales en una locomotora de electro-movimiento AC que no reduce la velocidad de caballos de fuerza de la locomotora, información de degradación de subsistema, tal y como condición ambiental caliente, y agua de motor no calentada completamente, información de mantenimiento tal como información de falta de concordancia del diámetro de rueda y reducciones de velocidad potenciales como filtros obstaculizados parcialmente. Parámetro operativo o información de relación de condición- se puede definir una relación a uno o más parámetros o condiciones operativas. Por ejemplo, la Figura 17 es ilustrativa del tipo de información de relación en el nivel de locomotora que se puede desarrollar la cual ilustra y/o definen la relación entre el uso de combustible y tiempo para un plano de movimiento particular cómo se muestra por la línea 1402. Esta información de relación se puede enviar del nivel de locomotora 500 al nivel de consistencia 400. Esto puede incluir lo siguiente: La inclinación 1704 en el tiempo de plano operativo actual
(reducción de consumo de combustible por tiempo de unidad que aumenta por ejemplo en galones/segundos). Este parámetro proporciona la cantidad de reducción de combustible para cada unidad de aumento de tiempo de viaje. El aumento de combustible entre el plano más rápido 1710 y el plano actual 1706. Este valor corresponde a la diferencia en el consumo de combustible entre los puntos F3 y F,, como se muestra en la Figura 17. Reducción de combustible entre el plano óptimo 1712 y el plano actual 706. Este valor corresponde a la diferencia en consumo de combustible entre los puntos F1 y F4 Figura 17. La reducción de combustible entre el plano distribuido el plano actual. Este valor corresponde a la diferencia en el consumo de combustible entre los puntos F-i y F2 de la Figura 17. El combustible completo como una función de perfil de tiempo
(que incluye rango). Cualquier otra información consumible.
Para optimizaciones en el nivel de consistencia 400, se pueden hacer múltiples estimaciones de giro cerrado a través del nivel de consistencia y cada una de las locomotoras o el nivel de locomotora. Entre las entradas del nivel de consistencia desde el ¡nterior del nivel de consistencia están entradas de operador, entradas de demanda anticipada, y optimización de locomotora e información de retroalimentación. El flujo de información y fuentes de información entre nivel de consistencia incluyen: 6.- Entradas de operador, 7.- Entradas de plano de movimiento, 8.- Información de rastro, 9.- Entradas de sensor/modelo, 10.- Entradas de las locomotoras/automóviles de carga, 11.- Optimización de consistencia, 12.- Comandos e información para cada una de las locomotoras en la consistencia, 13.- Flujo de información de optimización de tren y movimiento, y 14.- Estado/salud general y otra información sobre la consistencia y las locomotoras en la consistencia. El nivel de consistencia 400 utiliza la información de/sobre cada uno de las locomotoras en la consistencia para optimizar las operaciones de nivel de consistencia, para proporcionar retroalimentación al nivel de tren 300, y para proporcionar instrucciones al nivel de locomotora 500. Esto ¡ncluye las condiciones operativas actuales, mejoras de eficacia de combustible potencial posibles para el punto actual de operación, cambios operacionales potenciales basados en el perfil, estado de salud de la locomotora. Existen tres categorías de funciones realizadas por el nivel de consistencia 400 y el procesador de nivel de consistencia asociado 1202 para optimizar desempeño de consistencia. La optimización de consistencia interna, optimización de movimiento de consistencia, y monitoreo y control de consistencia. Las funciones/algoritmos de optimización internos optimizan el consumo de combustible de consistencia al controlar operaciones de varios equipos internos a la consistencia como comandos de válvula de estrangulamiento de locomotora, comandos de freno, comandos de modificador de fricción, comandos de anticipación. Esto se puede hacer basándose en la demanda actual y al tomar en cuenta demanda futura. La optimización del desempeño de nivel de consistencia incluye energía y distribución de frenado dinámico entre las locomotoras entre la consistencia, así como la aplicación de mejora de fricción y reductores en puntos a lo largo de la consistencia para manejo de fricción. Las funciones de optimización de movimiento de consistencia y algoritmos ayunando optimizar la operación del tren y/o la operación del plano de movimiento. Las funciones de control/monitoreo de consistencia ayudan a los controladores de vías de ferrocarril con datos con respecto al operación actual y estado de la consistencia y las locomotoras/cargas en la consistencia, el estado de los consumibles, y otra información para ayudar a las vías de ferrocarril con mantenimiento de consistencia/locomotora/rastro.
La optimización de nivel de consistencia 400 proporciona la optimización de operaciones de consistencia actuales. Para la optimización de consistencia, además de la información listada anteriormente se puede también enviar otra información de la locomotora. Por ejemplo, para optimizar combustible, la relación entre combustible/HP (medida de eficacia de combustible) y caballos de fuerza (HP) como se muestra en la Figura 18 por la línea 1802 puede pasar de cada locomotora al controlador de nivel de consistencia 1202. Un ejemplo de esta relación se muestra en la Figura 18. Haciendo referencia a la Figura 18, los datos también pueden incluir uno o más de los siguientes artículos: Inclinación 1804 de Combustible/HP como una función de HP en los presentes caballos de fuerza operativos. Este parámetro proporciona una medida de aumento de velocidad de combustible por aumento de caballos de fuerza. Los caballos de fuerza máximos 1808 y el aumento de velocidad de combustible que corresponde a estos caballos de fuerza. La información de punto operativo más eficiente 1812. Esto incluye los caballos de fuerza y el cambio de velocidad de combustible para operar en este punto. Velocidad de flujo de combustible completa como una función de caballos de fuerza.
El tiempo de actualización y la cantidad de información se puede determinar basándose en el tipo de complejidad de la optimización. Por ejemplo, la actualización se puede hacer basándose en cambio significantes. Esto incluye cambio de nivel, cambio de velocidad más grande o cambios de estado de equipo que incluyen fallas o cambios de modo operativo o cambios de combustible/HP significante, por ejemplo, una variación de 5%. Las formas de optimizar incluyen enviar sólo le inclinación (artículo a superior) en el punto operativo actuales se puede hacer en una velocidad de datos lenta, por ejemplo, una vez por segundo. Otra forma es enviar artículos a, d, y c una vez y después enviar las actualizaciones sólo cuando hay un cambio. Otra opción es enviar el artículo d sólo una vez y sólo actualizar los puntos que cambian periódicamente tal como una vez por segundo. La optimización dentro de la consistencia considera factores tal como eficacia de combustible, disponibilidad consumible y estado de equipo/subsistema. Por ejemplo, si la demanda actual es por 50% caballos de fuerza para la consistencia total (las consistencia de la técnica anterior todas tienen las locomotoras en la misma energía, aquí en 50% de caballos de energía para cada uno), puede ser más eficiente operar algunas locomotoras a menos de un 50% de velocidad de caballos de fuerza y otras locomotoras a más de un 50% de velocidad de caballos de fuerza para que la energía total generada por la consistencia iguale la demanda de operador. En este caso, las locomotoras más altamente eficaces operarán a caballos de fuerza superiores que las locomotoras de eficiencia más baja. Esta distribución de caballos de fuerza se puede obtener por varias técnicas de optimización basadas en los caballos de fuerza como una función de información de velocidad de combustible obtenida para cada locomotora. Por ejemplo, para cambios de distribución de caballos de fuerza más pequeños, se puede utilizar la inclinación de la función de los caballos de fuerza como una función de la velocidad de combustible. Esta distribución de caballos de fuerza puede modificarse para lograr otras funciones objetivas o para considerar otras obligaciones, tal como fuerzas de control/desventaja de tren basándose en otra retroalimentación de las locomotoras. Por ejemplo, si una de las locomotoras está baja en combustible, puede ser necesario reducir su carga para conservar combustible si se requiere que está locomotora produzca una cantidad más grande de energía (caballos de fuerza/hora) antes del reabastecimiento de combustible, incluso si esta locomotora es la más eficiente. Otra información de entrada para cada locomotora en el nivel de locomotora 500 se puede proporcionar al nivel de consistencia 400. Esta otra información de nivel de locomotora incluye: Costo de mantenimiento. Esto incluye el costo de mantenimiento de rutina/programado debido al uso y desgaste que depende en los caballos de fuerza (ex.$/kwhr) o aumento de esfuerzo de tracción. Capacidad de transistente. Esto se puede expresar en términos de la capacidad operativa continua de la locomotora, capacidad máxima de la locomotora y la constante y ganancia de tiempo de transistente. Eficacia de combustible en cada punto de operación. Inclinación en cada punto de operación. Este parámetro proporciona una cantidad de aumento de velocidad de combustible por aumento de caballos de fuerza. Los caballos de fuerza máximos en cada punto de operación y el aumento de velocidad de combustible que corresponde a estos caballos de fuerza. La información de punto operativo más eficiente en cada punto de operación. Esto incluye los caballos de fuerza y el cambio de velocidad de combustible para operar en este punto. Velocidad de flujo de combustible completa contra curva de caballos de fuerza en cada punto de operación. Rango de combustible (y otro consumibles), basándose en el nivel de combustible actual y el plano y la velocidad de consumo de combustible proyectada. Si se conoce la información de perfil completa, la optimización de consistencia total considera el combustible total y consumibles gastados. Otros factores de peso que se pueden considerar incluyen costo de mantenimiento de locomotora, capacidad de transistente y asuntos como control de tren, y operación limitada de adhesión. Adicionalmente, si la forma de uso de combustible de nivel de consistencia como una función de tiempo como se ilustró en la Figura 14 cambia significativamente debido a su origen de transistente (por ejemplo, la temperatura de los equipos eléctricos tal como motores de tracción, alternadores o elementos de almacenamiento), después esta curva necesita regenerarse para varias distribuciones de energía potencial para el plano actual. Similar a la sección previa, los datos se puede enviar periódicamente o una vez al inicio y las actualizaciones se envían sólo cuando hay un cambio significante. Como entrada a los planos de movimiento, se puede desarrollar información de optimización en el nivel de consistencia 400. La información se puede enviar de nivel de locomotora 500 para que se combine con el nivel de consistencia con otra información o agregado con otros datos de nivel de locomotora para utilizarse por el nivel de red de vías de ferrocarril 200. Por ejemplo, para optimizar combustible, información de consumo de combustible como una función de tiempo de plano, por ejemplo, el tiempo para alcanzar el destino o un punto intermedio como junta o pase, se puede pasar de cada locomotora al controlador de consistencia 1202. Para ilustrar una modalidad de la operación de optimización en el nivel de consistencia 400, la Figura 14 ilustra el nivel de consistencia como una función de uso de combustible contra tiempo. Una línea denotada como 1402 representa uso de combustible contra tiempo en el nivel de consistencia para una consistencia programada para ir del punto A al punto B (no ilustrado). La Figura 14 muestra el consumo de combustible como una función de tiempo como derivado por el tren. La inclinación de la línea 1404 es el consumo de combustible contra tiempo en el plano actual. El punto 1406 corresponde a la operación actual, 1408 para el tiempo máximo distribuido, 1410 corresponde al mejor tiempo que puede hacer y 1412 corresponde a la operación más eficiente de combustible. Bajo el plano actual, consumirá una cierta cantidad de combustible y llegará ahí después de que haya transcurrido cierto tiempo t^ También se asume que entre los puntos A y B, el tren en el nivel de consistencia asume operar sin considerar otros trenes en el sistema mientras pueda alcanzar su destino dentro del tiempo distribuido actualmente al mismo, por ejemplo, t2. La optimización se corre a autónomamente en el tren para alcanzar el punto B. Como se notó anteriormente, las salidas del nivel de consistencia 400 incluyen datos para el nivel de tren 300, comandos y controles para el nivel de locomotora 500 así como la optimización del nivel de consistencia interna 400. Las salidas de nivel de consistencia 1230 a nivel de tren incluyen datos asociados con la salud de la consistencia, requerimientos de servicio de la consistencia, la energía de la consistencia, el esfuerzo de frenado de consistencia, el nivel de combustible, y uso de combustible de la consistencia. En una modalidad, el nivel de consistencia envía los siguientes tipos de información adicional para utilizarse en el nivel de tren 300 para optimización del nivel de tren. Para optimizar sólo el combustible, la información de consumo de combustible como una función de tiempo de plano (tiempo para alcanzar el destino o un punto intermedio como junta o pase) se puede pasar de cada uno de las consistencias al controlador de tren/vías de ferrocarril. La Figura 14 describe una modalidad de la invención para optimización de combustible e identifique el tipo de información y relación entre el uso de combustible y el tiempo que se puede enviar por el nivel de consistencia al nivel de tren. Haciendo referencia a la Figura 14, éste incluye uno o más de los artículos enlistados más adelante. La inclinación 1404 en el tiempo de plano operativo actual (aumento de tiempo por unidad de reducción de consumo de combustible: galones/segundo). Este parámetro de la cantidad de reducción de combustible para cada unidad de aumento de tiempo. El aumento de combustible entre el plano más rápido y el plano actual. Este valor corresponde a la diferencia en consumo de combustible entre los puntos 1410 y 1406. Reducción de combustible entre el mejor plano y el actual. Este valor corresponde a la diferencia en consumo de combustible entre los puntos 1406 y 1412 de la Figura 14. La reducción de combustible entre el plano distribuido y el plano actual. Este valor corresponde a la diferencia en consumo de combustible entre los puntos 1406 y 1408 de la Figura 14. El combustible completo como una función de perfil de tiempo como se ilustró en la Figura 14 por la línea 1402. Como se notó en la Figura 13, el nivel de consistencia 400 proporciona comandos de salida al nivel de locomotora 500 cerca de la velocidad de motor actual y generación de energía y demandas anticipadas. El frenado dinámico y requerimientos de caballos de fuerza también se proporcionan al nivel de locomotora. Las señales/comandos del nivel de consistencia al nivel de locomotora o la locomotora dentro del nivel de consistencia incluyen comandos operativos, comandos de modificación de adhesión, y controles de anticipación. Los comandos operativos pueden incluir establecimientos de válvulas de estrangulación para cada una de las locomotoras, esfuerzo de tracción/esfuerzo de frenado dinámico para que se genere para cada una de las locomotoras, niveles de freno de aire de tren (que se puede expandir a frenos de aire de automóvil individual en el caso que se utilicen frenos de aire electrónicos y cuando se seleccionan automóviles individuales/grupo de automóviles), y niveles de freno de aire independientes en cada una de las locomotoras. Los comandos de modificación de adhesión se envían al nivel de locomotora o automóviles (por ejemplo, en la parte trasera de la locomotora) para distribuir material de aumento de fricción (arena, agua, o impulso de nieve) para mejorar la adhesión de esa locomotora o las locomotoras de remolque o para utilizarse por otra consistencia que utiliza el mismo rastro. Similarmente, también se envían comandos de distribución de material de disminución de ficción. Los comandos incluyen, el tipo y cantidad de material para distribuirse junto con la ubicación y duración de distribución de material. Los controles de anticipación incluyen acciones para tomarse por las locomotoras individuales dentro del nivel de locomotora para optimizar el viaje total. Este incluye pre-enfriar el motor y/o equipo eléctrico para mejorar la velocidad de corto plazo o atravesar directamente las condiciones ambientales superiores. Incluso se puede realizar el precalentamiento (por ejemplo, agua/aceite puede necesitar estar en cierta temperatura para cargar completamente el motor). Se pueden enviar comandos similares al nivel de locomotora y/o servidores de almacenamiento de una locomotora híbrida, como se ilustró en la Figura 21, para ajustar la cantidad de almacenamiento de energía antes de un ciclo de demanda directo. El tiempo de las actualizaciones enviado hacia y desde el nivel de consistencia y la cantidad de información se puede determinar basándose en el tipo y complejidad de la optimización. Por ejemplo, la actualización puede ocurrir en un punto predeterminado en el tiempo, en tiempos programados regularmente o cuando ocurren cambios significantes. Esto último puede incluir: cambios de estado de equipo significantes (por ejemplo la falla de una locomotora) o cambios de modo operativo tal como la operación degradada debido a límites de adhesión, o combustible significante, caballos de fuerza, o cambios de programación tal como un cambio en los caballos de fuerza por 5 por ciento. Puede haber muchas formas de optimizar basándose en estos parámetros y funciones. Por ejemplo, sólo la inclinación (artículo a anterior) del uso de combustible como una función del tiempo en el punto operativo actual se puede enviar y esto se puede hacer a una velocidad lenta, tal como una vez cada 5 minutos. Otra forma es enviar artículos a, b, y c una vez y sólo enviar actualizaciones cuando hay un cambio. Incluso otra opción es enviar sólo el artículo d una vez y sólo actualizar puntos que cambian periódicamente, tal como una vez cada 5 minutos. Como se indicó en la discusión anterior, con versiones simplificadas de configuraciones de tren, tal como consistencias de locomotora individual y/o trenes de locomotora individual, la relación y extensión de comunicación entre el nivel de tren 300, nivel de consistencia 400 y nivel de locomotora 500 se hace menos complejo, y en algunas modalidades, se colapsa en menos de tres niveles de funcionamiento separado o procesadores, posiblemente con todos los tres niveles que operan dentro de un nivel o procesador de funcionamiento individual.
NIVEL DE LOCOMOTORA
Las Figuras 15 y 16 ilustran la relación del nivel de locomotora 300 con el nivel de consistencia 400 y optimización de la operación interna de locomotora a través de comandos para varios subsistemas de locomotora. El nivel de locomotora incluye un procesador 1502 con algoritmos de optimización, los cuales pueden estar en la forma de una memoria 1602 e instrucciones de procesamiento 1604, etc. Los datos de entrada al nivel de la locomotora incluyen datos de nivel de consistencia 1512 y datos 1514 del nivel de la locomotora (incluyendo realimentación de la locomotora). La salida del nivel de locomotora incluye datos 1532 al nivel de consistencia y optimización de los datos de desempeño 1534 al nivel de la locomotora. Como se muestra en la Figura 16, los datos de entrada 1512 del nivel de consistencia incluyen un comando de esfuerzo de tracción, velocidad de motor de locomotora y generación de caballos de fuerza, frenado dinámico, parámetros de manejo de fricción, y demandas anticipadas en el motor y sistema de propulsión. Los datos de entrada 1514 del nivel de locomotora incluyen salud de la locomotora, caballos de fuerza medidos, nivel de combustible, uso de combustible, esfuerzo de tracción medido y energía eléctrica almacenada. Esto último es aplicable a modalidades que utilizan tecnología de vehículo híbrido como se muestra y describe anteriormente con relación al vehículo híbrido de la Figura 21. La salida de datos 1532 al nivel de consistencia incluye salud de locomotora, manejo de fricción, establecimiento de válvula de estrangulación, y uso de combustible, nivel y escala. Los comandos de optimización de locomotora 1534 para los sub-sistemas de locomotora incluyen velocidad de motor para el motor, enfriamiento del motor para el sistema de enfriamiento para el motor, voltaje de enlace DC para los inversores, comandos de par de torsión para los motores de tracción, y carga y uso de energía eléctrica del sistema de almacenamiento de energía eléctrica de locomotoras híbridas. Otros dos tipos de entradas incluyen entradas de operador y entradas de demanda anticipadas. El flujo de información y fuentes de información al nivel de locomotora 500 incluye: a. Entradas de operación, b. Entradas de plano de movimiento, c. Información de rastro d. Entradas de sensor/modelo, e. Optimización a bordo, f. Flujo de información para optimización de consistencia y movimiento, y g.- Estado/salud general y otra información para consolidación de consistencia y para optimización/programación de vías de ferrocarril. Tres categorías de funciones realizadas por el nivel de locomotora incluyen funciones/algoritmos de optimización internos, funciones/algoritmos de optimización de movimiento de locomotora, y control/monitoreo de locomotora. Las funciones/algoritmos de optimización internos optimizan el consumo de combustible de locomotora al controlar operaciones de varios equipos internos para la locomotora, por ejemplo, motor, alternador, y motor de tracción. Esto se puede hacer basándose en la demanda actual y al tomar en cuenta la demanda futura. Las funciones de optimización de movimiento de locomotora y/o algoritmos ayudan a optimizar la operación de la consistencia y/o la operación del plano de movimiento. Las funciones de control/monitoreo de locomotora ayudan a la consistencia y a los controladores de vías de ferrocarril con datos con respecto a la operación y estado actual de la locomotora, el estado de los consumibles y otra información para ayudar a las vías de ferrocarril con mantenimiento de locomotora y rastro. Basándose en las obligaciones impuestas en el nivel de locomotora, los parámetros de operación que se pueden optimizar incluyen velocidad de motor, voltaje de enlace de DC, distribución de torsión y fuente de energía. Para un comando de caballos de fuerza dado, existe una velocidad de motor específica que produce la eficacia de combustible óptima. Hay una velocidad mínima bajo la cual el motor de diesel no puede soportar la demanda de energía. En esta velocidad de motor la combustión de combustible no sucede en la forma más eficiente. Mientras la velocidad de motor aumenta la eficacia de combustible mejora. Sin embargo, las pérdidas como fricción y aumento de resistencia y por lo tanto se puede obtener una velocidad óptima en donde las pérdidas de motor totales son las mínimas. Este consumo de combustible contra velocidad de motor se ilustra en la Figura 20 en donde la curva 2002 es el rango de desempeño total de la locomotora y el punto 2004 es el desempeño óptimo para uso de combustible contra velocidad. El voltaje de enlace DC en una locomotora AC determina la corriente de enlace DC para un nivel de energía dado. El voltaje típicamente determina las pérdidas magnéticas en el alternador y los motores de tracción. Algunas de estas pérdidas se ilustran en la Figura 19. El voltaje también determina las pérdidas de cambio en los dispositivos electrónicos de energía y amortiguadores. También determina las pérdidas en los dispositivos utilizados para producir la excitación de campo de alternador. Por otro lado, la corriente determina las pérdidas i2r en el alternador, motores de tracción y los cables energía. La corriente también determina las pérdidas de conducción en los dispositivos de semiconductor de energía. El voltaje de enlace DC se puede variar para que la suma de todas las pérdidas sea un mínimo. Como se muestra en la Figura 19, por ejemplo, las pérdidas de corriente de alternador contra voltaje de enlace DC se trazan como una línea 1902 las pérdidas de núcleo magnético de alternador contra voltaje de enlace DC se trazan como línea 1906 y las pérdidas de corriente de motor contra voltaje de enlace DC se trazan como línea 1904 que se optimiza sustancialmente en la línea 1908 en el voltaje de enlace DC Vi. Para una demanda de caballos de fuerza específicos, la distribución de energía (distribución de torsión) para los seis ejes de extracción de una modalidad de una locomotora se puede optimizar para la eficacia de combustible. Las pérdidas en cada motor de tracción, incluso si produce la misma torsión o mismos caballos de fuerza, puede ser diferente debido al deslizamiento de rueda, diferencias de diámetro de rueda, las diferencias de temperatura operativas y las diferencias de características de motor. Por lo tanto, la distribución de la energía entre cada uno de los ejes se puede utilizar para minimizar las pérdidas. Algunos de los ejes incluso se pueden apagar para eliminar las pérdidas eléctricas en aquellos motores de tracción y los dispositivos electrónicos de energía asociados. En locomotoras con fuentes de energía adicionales, por ejemplo, locomotora híbridas tal como se muestren la Figura 21, la selección de fuente de energía óptima y la cantidad apropiada de energía dibujada para cada uno de las fuentes (para que la suma del energía entregada sea lo que está demandando el operador), determina la eficacia de combustible. A partir de allí la operación de locomotora se puede controlar para obtener el mejor punto eficiente de combustible de operación en cualquier momento. Para consistencias o locomotoras equipadas con sistemas de manejo de ficción, la cantidad de fricción vista por automóviles de carga (especialmente en velocidades superiores) se puede reducir al aplicar material de reducción de fricción en el riel detrás de la locomotora. Esto reduce el consumo de combustible ya que el esfuerzo de tracción requerido para jalar la carga se ha reducido. Esta cantidad y tiempo de distribución además se puede utilizar basándose en el conocimiento del riel y características de carga. Una combinación de dos o más de las variables anteriores (velocidad de motor, voltaje de enlace DC y distribución de torsión) junto con auxiliares como motor y enfriamiento de equipo se puede optimizar. Por ejemplo, el voltaje de enlace DC máximo disponible se determina por la velocidad de motor y a partir de allí es posible aumentar la velocidad de motor más allá de lo óptimo (basándose en consideración solamente de motor) para obtener un voltaje superior que resulte en un punto operativo óptimo.
Existen otras consideraciones para optimización una vez que se conoce el perfil operativo total. Por ejemplo, los parámetros y operaciones tal como enfriamiento de locomotora, almacenamiento de energía para vehículos híbridos, y materiales de manejo de fricción se pueden utilizar. La cantidad de enfriamiento requerido se puede ajustar basándose en demanda anticipada. Por ejemplo, si hay una gran demanda para esfuerzo de tracción hacia delante debido al alto grado, los motores de tracción se pueden enfriar directamente a tiempo para aumentar su velocidad de corto plazo (técnico) que se requerirá para producir esfuerzos de tracción superior. Similarmente si existe un túnel hacia adelante si el motor y otros componentes se pueden pre-enfriar para permitir la operación a través de un túnel para que sea mejorado. De forma opuesta, si hay una demanda baja hacia delante, entonces se debe cerrar el enfriamiento (o reducir) para tomar ventaja de la masa térmica presente en el enfriamiento de motor y del equipo eléctrico tal como alternadores, motores de tracción, componentes electrónicos de energía. En un vehículo híbrido, la cantidad de energía en un Vehículo Híbrido que se debe transferir dentro y fuera del sistema de almacenamiento de energía se puede optimizar basándose en la demanda que se requerirá en el futuro. Por ejemplo, si hay un gran periodo de región de freno dinámico hacia delante, después toda la energía en el sistema de almacenamiento se puede consumir ahora (en vez del motor) para no tener energía almacenada desde el inicio de la región de freno dinámico (para que se pueda volver a capturar la energía máxima durante la región de freno dinámico de operación). Similarmente si hay una demanda de energía pesada esperada en el futuro, la energía almacenada se puede aumentar para uso hacia delante. La cantidad y duración de distribución de material de aumento de fricción (arena) se puede reducir si no se necesita más adelante la velocidad de equipo. Se puede aumentar la energía de eje de remolque/velocidad esfuerzo de tracción para obtener la adhesión disponible máxima sin expandir éstos recursos de aumento de fricción. Existen otras consideraciones para optimización diferentes al combustible. Por ejemplo, las emisiones pueden ser otra consideración especialmente en ciudades o regiones altamente reguladas. En esas regiones es posible reducir emisiones (humo, oxido de nitrógeno, etc.) y desechar otros parámetros como eficacia de combustible. Ruido audible puede ser otra consideración. La conservación consumible bajo ciertas obligaciones es otra consideración. Por ejemplo, distribución de arena u otros modificadores de fricción en ciertas ubicaciones se puede disminuir. Estas consideraciones de optimización específicas de ubicación pueden estar basadas en información de ubicación actual (obtenida de entradas de operador, entradas de rastro, información de GPS/rastro junto con información de guía terrestre). Todos estos factores se consideran tanto para demanda actual como para optimizaciones para el plano operativo total.
LOCOMOTORA HÍBRIDA
Haciendo referencia al la Figura 21, se muestra un nivel de locomotora híbrida 2100 que tiene un subsistema de almacenamiento de energía 2116. El subsistema de manejo de energía 2112 controlar el subsistema de almacenamiento de energía 2116 y los varios componentes de locomotora, tal como motor de diesel 2102, alternador 2104, rectificador 2106, cargas auxiliares mecánicamente conocidas 2108, y cargas auxiliares eléctricas 2110 que generan y/o utilizan energía eléctrica. Este subsistema de manejo 2112 operas para dirigir energía eléctrica disponible tal como esa generada por los motores de tracción durante frenado dinámico o energía en exceso del motor y alternador, al subsistema de almacenamiento de energía 2116, y para liberar ésta energía eléctrica almacenada dentro de la consistencia para ayudar en la propulsión de la locomotora durante operaciones de monitoreo. Para hacer eso, el subsistema de manejo de energía 2112 se comunica con el motor de diesel 2102, alternador 2104, convertidores y controladores 2120 y 2140 para los motores de tracción 2122 y 2142 y la interfase de subsistema de almacenamiento de energía 2126. Como se describió anteriormente, una locomotora híbrida proporciona capacidades adicionales para optimizar el desempeño de nivel de locomotora 500 (y de esa forma nivel de consistencia y tren). En algunos aspectos, permite que el desempeño de motor actual se desacople de las demandas de energía de locomotora actuales para monitoreo, para permitir la operación del motor para que se optimicen no sólo para las condiciones operativas actuales, sino también antes de la llegada de los requerimientos de topografía y operacionales. Como se muestra en la Figura 21, los datos de locomotora 2114, tal como demanda anticipada, oportunidades de almacenamiento de energía anticipada, velocidad y ubicación, se ingresan en el subsistema de manejo de energía 2112 del diseño de locomotora. El subsistema de manejo de energía 2112 recibe datos de y proporciona instrucciones a los controles y sistema de motor de diesel 2102, y el control y sistemas de alternador y rectificador 2104 y 2106, respectivamente. El subsistema de manejo de energía 2112 proporciona control al sistema de almacenamiento de energía 2128, los convertidores y controladores de los motores de tracción 2120 y 2140, y las resistencias de cuadrícula de frenado 2124. Cuando se introducen los elementos de la presente invención o la modalidad (es) por lo tanto, los artículos "un", "uno", "el", y "dicho" pretenden significar que hay uno o más de los elementos. El término "que comprende", "que incluye", y "que tiene" pretenden ser inclusivos y significar que puede haber elementos adicionales diferentes a los elementos enlistados. Aquellos expertos en la técnica notarán que el orden de ejecución o desempeño de los métodos ilustrados y descritos aquí no es esencial, a menos que se especifique de otra forma. Eso significa, se contempla que los aspectos o pasos de los métodos se pueden realizar en cualquier orden, a menos que se especifique de otra forma, y que los métodos pueden incluir más o menos aspectos o pasos que aquellos escritos aquí. Mientras se ilustran y describen varias modalidades de la presente invención, se apreciara por aquellos expertos en la técnica que se pueden hacer muchos cambios y modificaciones a los mismos sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Mientras se pueden hacer varios cambios en las interpretaciones anteriores sin apartarse del alcance de la invención, se pretende que todo el asunto contenido en la descripción anterior o mostrado en los dibujos acompañantes se interprete como ilustrativo y no en un sentido limitante.
Claims (13)
- REIVINDICACIONES 1.- Un sistema de niveles múltiples para manejo de un sistema de ferrocarril (50) y sus componentes operacionales, el sistema de ferrocarril (50) comprende: un primer procesador (202) asociado con un nivel de infraestructura de vías de ferrocarril (100) configurado para controlar un operación de una infraestructura de vías de ferrocarril que opera dentro del nivel de infraestructura de vías de ferrocarril (100), un segundo procesador (502) asociado con un nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (200) configurado para controlar un operación de una red de rastro de vías de ferrocarril dentro del nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (200), dicho nivel de infraestructura de vías de ferrocarril (100) contiene uno o más niveles de la red de rastro de vías de ferrocarril (200); un tercer procesador (1002) asociado con un nivel de tren (300) configurado para controlar un operación de un tren que opera dentro del nivel de tren (300), dicho nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (200) contiene uno o más niveles de tren (300); un cuarto procesador (1202) asociado con un nivel de consistencia (400) configurado para controlar un operación de una consistencia de un tren dentro del nivel de consistencia (400), dicho nivel de tren contiene uno o más niveles de consistencia (400); y un quinto procesador (1502) asociado con un nivel de locomotora (500) configurado para controlar un operación de una locomotora dentro de nivel de locomotora (500), dicho nivel de consistencia (400) contiene uno o más niveles de locomotora (500); cada procesador (202, 502, 1002, 1202, y 1502) asociado con cada nivel (100, 200, 300, 400, 500) estando configurado para proporcionar al procesador asociado al menos otros parámetros operacionales de nivel que definan características operacionales y datos relacionados con el nivel con el cual están asociados, y cada procesador (202, 502, 1002, 1202, y 1502) optimiza la operación dentro de su nivel asociado (100, 200, 300, 400, 500) y para cooperar con procesadores asociados con al menos otro nivel para optimizar una operación del sistema de ferrocarril (50) a través de los niveles (100, 200, 300, 400, 500) del sistema de ferrocarril (50) basándose en un parámetro de optimización.
- 2.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer procesador (202) asociado con el nivel de infraestructura de vías de ferrocarril (100) recibe uno o más de: datos de infraestructura de vías de ferrocarril (206); datos de red de rastro de vías de ferrocarril (208); y datos de tren (210); y controla un operación de una infraestructura de vías de ferrocarril dentro del nivel de infraestructura de vías de ferrocarril (100) basándose al menos en parte en los mismos; el segundo procesador (502) asociado con un nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (200) recibe uno o más de: datos de infraestructura de vías de ferrocarril (506); datos de red de rastro de vías de ferrocarril (508); y datos de tren (510); y controla un operación de una red de rastro de vías de ferrocarril dentro de un nivel de red de rastro de vías de ferrocarril (200) basándose al menos en parte en los mismos; el tercer procesador (1002) asociado con un nivel de tren (300) recibe uno o más de: datos de infraestructura de vías de ferrocarril (1006); datos de red de rastro de vías de ferrocarril (1008); datos de tren (1010); y datos de consistencia (1012); y controla un operación de un tren dentro de nivel de tren (300) basándose al menos en parte en el mismo; el cuarto procesador (1202) asociado con un nivel de consistencia (400) recibe uno o más de: datos de tren (1210); datos de consistencia (1212); y datos de locomotora (1214); y controla un operación de una consistencia dentro de nivel de consistencia (400) basado al menos en parte en los mismos; el quinto procesador (1502) asociado con un nivel de locomotora (500) recibe uno o más de: datos de nivel de consistencia (1512); y datos de locomotora (1514); y controla un operación de una locomotora dentro del nivel de locomotora (500) basado al menos en parte en el mismo.
- 3.- Un sistema de niveles múltiples para la administración de un sistema de ferrocarril (50) y sus componentes operacionales, el sistema de ferrocarril (50) comprende: un primer nivel configurado para optimizar una operación dentro el primer nivel, dicho primer nivel incluye parámetros operacionales de primer nivel que definen características y datos operacionales del primer nivel; y un segundo nivel configurado para optimizar un operación dentro del segundo nivel, dicho segundo nivel incluye parámetros operacionales de segundo nivel que definen la característica y datos operacionales del segundo nivel; dicho primer nivel que proporciona al segundo nivel los parámetros operacionales de primer nivel, y el segundo nivel proporciona al primer nivel con los parámetros operacionales de segundo nivel; y dicha optimización de la operación dentro del primer nivel y dicha optimización de operación dentro el segundo nivel cada una siendo una función para optimizar un parámetro de optimización de sistema.
- 4.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el parámetro de optimización de sistema es indicativo de uno o más de: uso de combustible; una valoración económica del tiempo de entrega del cargamento transportado en el sistema de ferrocarril; cambios predeterminados en condiciones; una velocidad de cambio en condiciones; y una velocidad de cambio en una condición con respecto a otra.
- 5.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el optimizar la operación dentro del primer nivel y optimizar la operación dentro del segundo nivel incluye identificar obligaciones operativas clave y datos en uno del primer y segundo nivel y comunicar estas obligaciones y datos a otros del primer y segundo nivel para optimizar el desempeño en el otro nivel.
- 6.- Un método para optimizar una operación del sistema de ferrocarril (50), dicho sistema de ferrocarril tiene un primer nivel y un segundo nivel, el método comprende: comunicar del primer nivel al segundo nivel un parámetro operacional de primer nivel que define una característica operacional del primer nivel; comunicar del segundo nivel al primer nivel un segundo parámetro operacional que define una característica operacional del segundo nivel optimizar una operación de sistema a través de una combinación del primer nivel y el segundo nivel basándose en un parámetro de optimización de sistema; optimizar una operación dentro del primer nivel basándose en un parámetro de optimización de primer nivel y basándose en parte en el parámetro de optimización de sistema; y optimizar una operación dentro del segundo nivel basándose en un parámetro de optimización de segundo nivel y basándose en parte en el parámetro de optimización del sistema.
- 7.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el parámetro de optimización de primer nivel, el parámetro de optimización de segundo nivel y el parámetro de optimización de sistema son un parámetro de optimización común.
- 8.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el parámetro de optimización común es indicativo de uno o más de: uso de combustible; una valoración económica del tiempo de entrega del cargamento transportado en el sistema de ferrocarril; cambios predeterminados en condiciones; una velocidad de cambio en condiciones; y una velocidad de cambio en una condición con respecto a otra.
- 9.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los parámetros operacionales se proporcionan de un nivel al otro en intervalos predeterminados.
- 10.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el paso de optimizar una operación de sistema a través de una combinación del primer nivel y segundo nivel basándose en un parámetro de optimización de sistema incluye identificar obligaciones operativas clave y datos en uno del primer y segundo nivel y comunicar estas obligaciones y datos a otro del primer y segundo nivel para optimizar el desempeño en el otro nivel.
- 11.- Un sistema de niveles múltiples para manejar el sistema de ferrocarril y sus componentes operacionales, el sistema de ferrocarril comprende: un primer nivel que incluye parámetros operacionales de primer nivel que definen características operacionales y datos del primer nivel; y un segundo nivel que incluye parámetros operacionales de segundo nivel configurados para optimizar una operación dentro del segundo nivel y en donde los parámetros operacionales de segundo nivel son indicativos de cambios en características y datos operacionales del segundo nivel; y dicho segundo nivel proporciona al primer nivel parámetros operaclonales de segundo nivel.
- 12.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dicha optimización de operación dentro del segundo nivel es una función para optimizar un parámetro de optimización de sistema de ferrocarril.
- 13.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el parámetro de optimización de sistema es indicativo de uno o más de: un cambio en uso de combustible; un cambio en una valoración económica del tiempo de entrega de cargamento transportado en el sistema de ferrocarril; una velocidad de cambio en parámetros operacionales de segundo nivel; una velocidad de cambio con respecto al tiempo; y una velocidad de cambio en una condición con respecto a otra.
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