Системы обеспечения безопасности движения поездов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системы обеспечения безопасности движения поездов

1. Отечественный опыт

поезд автоматический клуб движение

До 1993г. обеспечение безопасности движения поездов базировалось на совместном использовании систем автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛCH). Однако низкая информативность системы АЛCH (возможность передачи на локомотив только 3-4 команд) и ограниченность функциональных возможностей локомотивного дешифратора команд АЛСН привели к необходимости использования на борту локомотива, кроме дешифратора команд АЛСН, дополнительных устройств обеспечения безопасности, таких как устройство дополнительного контроля бдительности машиниста (регистратор 3СЛ2М, устройство контроля торможения «Дозор» (Л132), устройство контроля бдительности машиниста УКБМ (Л77, Л159, Л116) и др.

В 1994г. для замены локомотивного дешифратора команд АЛСН и перечисленных выше дополнительных устройств обеспечения безопасности во ВНИИАС МПС России было создано комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ). В 1999г. было завершено создание и проведены приемочные испытания унифицированного комплексного локомотивного устройства безопасности (КЛУБ-У), которое является усовершенствованным вариантом КЛУБ по числу и качеству выполняемых функций.

КЛУБ-У с 2002 г. используется как основное бортовое устройство обеспечения безопасности движения поездов на сети Российских железных дорог (РЖД). Оно входит также в единую комплексную систему (ЕКС) управления и обеспечения безопасности движения поездов. Аппаратурой этой системы в настоящее время начинает оснащаться локомотивный парк РЖД. В состав ЕКС, кроме КЛУБ-У, входит также унифицированная система автоведения поездов (УСАВП), система автоматического управления торможением (САУТ-ЦМ/485) и телемеханическая система контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ).

УСАВП осуществляет энергооптимальное управление движением поезда в соответствии с заданным графиком или расписанием. САУТ-ЦМ/485 обеспечивает прицельное служебное торможение поездов (с учетом эффективности их тормозных средств) у светофоров с запрещающим показанием. ТСКБМ производит непрерывный контроль уровня бодрствования машиниста по электрическому сопротивлению кожи. Сигналы от датчиков, размещаемых в браслете, который одевается на запястье руки машиниста, поступают с помощью микропередатчика в блок обработки и индикации.

Отличительными особенностями КЛУБ-У являются: модульная архитектура, реализованная в виде открытой локальной сети, позволяющей бесконфликтно производить реконфигурацию устройства (увеличивать или уменьшать количество модулей и соответственно выполняемых функций); использование дополнительного канала цифровой радиосвязи для обмена информацией со стационарными устройствами управления и интервального регулирования; применение аппаратуры спутниковой навигационной системы (СНС) в качестве дополнительного средства для определения точного астрономического времени и координаты поезда; использование регистратора с кассетой регистрации (КР) для непрерывной записи параметров локомотивного оборудования и аппаратуры КЛУБ-У во время движения поезда по заданному маршруту. Локальная сеть КЛУБ-У позволяет также обеспечить взаимодействие КЛУБ-У с УСАВП, САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ и другими внешними устройствами. Аппаратура КЛУБ-У соответствует требованиям функциональной безопасности и сертифицирована в России.

Для оперативной расшифровки и анализа регистрируемой КЛУБ-У на КР информации применяется стационарное устройство дешифрации (СУД), а для обеспечения надежности функционирования КЛУБ-У используется комплекс средств его предрейсового контроля.

СУД предназначено для автоматизированного выявления нарушений в выполнении режимов движения локомотивов (подвижных единиц), а также предаварийных и аварийных ситуаций во время поездки и их причин, создания отчетных документов и архивов о поездках составов (подвижных единиц) по заданным маршрутам.

КЛУБ-У позволяет устранить основные причины столкновений подвижного состава за счет выполнения заданных функций по обеспечению безопасности движения поездов. При использовании КЛУБ-У существенно снижается уровень риска от причинения ущерба пассажирам, обслуживающему персоналу, перевозимым грузам и подвижному составу вследствие значительного уменьшения числа случаев превышения скорости, самопроизвольного ухода поездов и потери бдительности машинистов.

Применение КЛУБ-У позволяет:

1. Повысить уровень эффективности эксплуатационной работы на участках железных дорог за счет:

- повышения участковой скорости и снижения потерь поездочасов;

получения дополнительной информации о местоположении поездов и их скорости;

формирования дополнительной информации, передаваемой машинисту (о числе свободных блок-участков на впереди лежащем пути и др.);

оперативной передачи информации об ограничениях скоростей движения;

2. Повысить безопасность движения поездов.

3. Обеспечить регистрацию информации о режимах движения поезда, действиях машиниста и исправности локомотивных технических средств.

Экономия эксплуатационных расходов при использовании КЛУБ-У обеспечивается за счет:

- повышения эффективности эксплуатационной работы на участках железных дорог путем снижения интенсивности отказов бортовой аппаратуры, повышения участковых скоростей и снижения потерь поездочасов, сокращения эксплуатационных расходов на содержание и обслуживание технических средств КЛУБ-У;

сокращения убытков железных дорог вследствие повышения уровня безопасности движения поездов.

2.Зарубежный опыт

В настоящее время наиболее совершенные системы обеспечения безопасности движения поездов (системы интервального регулирования движения поездов - СИРДП) применяют на линиях скоростного движения. В качестве СИРДП на них используются системы автоматической локомотивной сигнализации точечного (АЛСТ) или непрерывного (АЛСН) типа с автоматическим контролем скорости, которые состоят из стационарных и поездных (бортовых) устройств. Ниже рассматриваются СИРДП, используемые на железных дорогах различных стран.

Франция. В 80-е годы на сети железных дорог Франции (SNCF) появились высокоскоростные линии, где поезда развивали скорость до 300 км/ч, и допускался минимальный интервал попутного следования - 4 мин. Основным средством сигнализации на этих линиях является система АЛС непрерывного типа TVM 300. Так, на линии «Париж - Лион» (протяженность 390 км, максимальная скорость 270 км/ч) отсутствуют напольные светофоры. Сигналы АЛС передаются на поезд от рельсовых цепей. В качестве несущих для четного пути использованы частоты 1700 и 2300 Гц, для нечетного -2000 и 2600 Гц. Несущие частоты модулируются низкими в диапазоне 10,3-29 Гц. При шаге 1,1 Гц может быть получено 18 частотно-модулированных сигналов, соответствующих различным допустимым значениям скорости движения.

В связи со строительством "Северной" высокоскоростной линии (максимальная скорость движения поездов 320 км/ч, минимальный интервал попутного следования 3 мин.) было решено создать для этой линии более совершенную систему сигнализации типа TVM 430. Системы TVM 300 и TVM 430 имеют следующие особенности:

- управление движением поездов на высокоскоростной линии осуществляется из единого центра, в функции которого входит: контроль за движением поездов; дистанционное переключение стрелок и сигналов; дистанционное управление тяговыми подстанциями;

- на пути через каждые 20 км устанавливаются блоки контроля скорости;

- машинисту постоянно выводится на локомотивное табло значение допустимой скорости движения, которое передается посредством частотно- модулированных сигналов, посылаемых в бесстыковые рельсовые цепи типа VM 71;

- машинисту позволяется осуществлять самостоятельное управление поездом, когда фактическая скорость движения поезда меньше допустимой.

Более жесткие требования, предъявляемые к системе сигнализации на «Северной» высокоскоростной линии, обусловили и некоторые ее особенности. Так, сокращение минимального интервала попутного следования поездов до 3 мин привело к уменьшению длины рельсовых цепей до 1500 м. Кроме того, в TVM 430 предусмотрено большее количество градаций значений допустимых скоростей (320, 300, 270, 230, 170, 0 км/ч). Поезда, попадающие на такую высокоскоростную магистраль с обычных линий, где установлены градации допустимых скоростей 160 и 200 км/ч, могут двигаться, используя градации TVM 430 соответственно 170 и 230 км/ч.

С целью уменьшения влияния инерционности системы, проявляющейся при смене сигнальных показаний, в TVM 430 предусмотрено, что немигающая индикация значения допустимой скорости информирует машиниста о том, что и на следующем блок-участке не ожидается снижения скорости. При мигающей индикации машинист должен приготовиться к возможному предстоящему снижению скорости на следующем блок-участке. В системе TVM 430 применяется более жесткий контроль скорости движения поезда, чем в TVM 300. Непрерывно производится сравнение фактической скорости поезда (с привязкой к местоположению поезда на участке) со значением скорости, заложенным в бортовом компьютере. Если допустимое значение оказывается превышенным, то происходит экстренное торможение. В TVM 430 предусмотрена возможность увеличения количества информации, передаваемой с пути на поезд. Это достигается за счет того, что информация на поезд передается 27-битными телеграммами. Наличие "1" или "О" в каждом разряде телеграммы определяется по наличию или отсутствию модулирующей частоты в соответствующем такте принимаемого сигнала. Каждая телеграмма передает бортовому компьютеру информацию о железнодорожном адресе (координате на линии) и скорости, что позволяет бортовому компьютеру определить:

- индицируемое на дисплее машиниста значение допустимой скорости;

- режим индикации (немигающий/мигающий);

- максимальное значение допустимой скорости на данном блок-участке;

Стационарный компьютер, формирующий телеграммы, обеспечивает ежесекундно посылку нескольких телеграмм в каждую рельсовую цепь. С такой же периодичностью происходит обработка принимаемых бортовым компьютером телеграмм. Центральное стационарное устройство состоит из двух специализированных компьютеров. Один формирует и передает информацию в рельсовые цепи линии, другой находится в горячем резерве. Каждый из специализированных компьютеров имеет по два процессора, работающих параллельно. Если информация на выходах обоих процессоров основного компьютера не идентична, то управление передается резервному компьютеру.

Бортовое оборудование системы TVM 430 включает две приемные катушки, установленные над рельсами перед первой осью локомотива. Сигналы, принимаемые катушками из рельсов, поступают на два независимых входа сигнального процессора. Блок сравнения процессора сопоставляет результаты на выходах двух независимых каналов аналого-цифровой обработки. В случае совпадения результатов принятое сообщение поступает для дальнейшего исполнения и выдается на дисплей машиниста. Надежность и безопасность работы TVM 430 основываются на применении помехоустойчивого кодирования информации, повторной передаче телеграмм и дублировании аппаратуры. Система TVM 430 прошла сертификацию на безопасность.

Германия и Австрия. На линиях железных дорог Германии и Австрии для обеспечения безопасности движения поездов при скоростях движения выше 160 км/ч с начала 80-х гг. было начато внедрение системы АЛС непрерывного типа (АЛСН), в которой для передачи информации на локомотивы используются укладываемые вдоль пути индуктивные шлейфы. Система АЛСН, получившая название LZB (рис.1.1), обеспечивает: непрерывный контроль скорости движения поезда; автоматическое снижение скорости поезда на участках ее ограничения; автоматическую остановку поезда перед сигналом, запрещающим движение; возможность движения каждого поезда с оптимальной скоростью; поддержание безопасного расстояния между поездами; возможность двустороннего обмена информацией между локомотивом и центром управления. В системе LZB информация на поезд передается по шлейфу на рабочей частоте 36 кГц, а в обратном направлении - на рабочей частоте 56 кГц. Длина кодового слова постоянна и составляет 83,5 бит; скорость передачи кода - 1200 Бод.

В начале 80-х годов фирма Siemens разработала для железных дорог Германии и Западной Европы новое семейство систем интервального регулирования - ZUB-100 (рис.1.2) на базе процессора 8085. Замена аналоговой техники цифровой позволила уменьшить размеры аппаратуры, сократить ее энергопотребление и снизить себестоимость изделий. Ряд модификаций семейства (ZUB-1H, ZUB-121, ZUB-122, ZUB-123) предназначен для магистральных железных дорог, а другие (ZUB-40, ZUB-122) - для городских железных дорог и метрополитенов.

Системы интервального регулирования модификаций ZUB-110 и ZUB-111 могут использоваться на магистральных участках, где из-за наличия длинных перегонов резко возрастают затраты на кабели, связывающие напольную аппаратуру с постами электрической централизации. В связи с этим построение напольной аппаратуры здесь имеет свои особенности. В выбранных точках пути устанавливают передающие индукторы. Для их функционирования не требуется подводить по кабелям питающее напряжение. Поездные антенны ZUB-110 и ZUB-111 излучают сигналы на частоте 100 кГц, которые принимаются путевыми индукторами и используются как накопители энергии для передачи информационных посылок на поезд. Последние формируются путем амплитудной модуляции несущей частоты 100 кГц тональными частотами диапазона 2,7 - 7,6 кГц. Используется система кодирования «2 из 7», позволяющая передавать на поезд до двадцати различных сообщений. При этом возможно обнаружение ошибок, возникающих под воздействием помех в канале передачи информации. Напольная аппаратура ZUB-110 и ZUB-111 определяет состояние блок-участков непосредственно по величине сигнальных токов в рельсовых цепях. Поэтому отпадает необходимость в кабельных линиях для связи постов электрической централизации с аппаратурой рельсовых цепей.

В конце 90-х гг. фирма Siemens приступила к созданию нового семейства систем ZUB-200, обладающего расширенными функциональными возможностями и удовлетворяющего более высоким требованиям по безопасности. Бортовое устройство ZUB-200 построено по двухканальной схеме. Ядро каждого канала включает вычислительный блок SIMIS-3116 с процесссором 80486. Кроме того, в состав ядра входят: блок обработки прерываний, блок памяти и схемы сопряжения (оптоэлектрические и релейные). Все устройства вычислительного блока объединены общей параллельной шиной MES80. Для связи вычислительного канала с датчиками пути и скорости (осевыми датчиками и радарами) применяется последовательная передача информации по многофункциональной транспортной шине MVB, либо с помощью бортовой информационной системы IBIS, либо по последовательным интерфейсам RS232 и RS485.

Обмен информацией между бортовым устройством ZUB-200 и путевым оборудованием может осуществляться как в диапазоне тональных частот (ZUB-212), так и при помощи телеграмм, передаваемых по частотному каналу 850 кГц (ZUB-222), либо по частотному каналу Евробализ (ZUB-242). Для этой цели бортовые устройства, кроме стандартной аппаратуры ZUB-200 фирмы Siemens, включают приемо-передающие блоки для работы по каналу Евробализ или на частоте 850 кГц. ZUB-222 допускает движение со скоростями до 230 км/ч, a ZUB-242 - со скоростями до 350 км/ч.

В состав бортовой аппаратуры ZUB-212 входит канал индуктивной связи IMU. На несущей частоте 67,4 кГц на поезд передается информация, связанная с безопасностью движения. В состав бортового устройства входят два параллельных канала с цифровыми сигнальными процессорами, осуществляющими процесс фильтрации входных сигналов. Только после проверки идентичности информации в обоих каналах она принимается к исполнению. Известительная информация передается с поезда на путь на несущей частоте 91 кГц.

В ZUB-242 и ZUB-262 обмен информацией между путем и поездом обеспечивается по стандарту ETCS. Путевые Евробализы устанавливаются в середине междупутья. Различают автономные бализы, передающие постоянную информацию, и бализы, передающие оперативную сигнальную информацию. Последние получают ее от напольных управляющих устройств. В автономных бализах информация запрограммирована жестко и передается в виде телеграмм длиной 341 или 1023 бита. Причем, полезная информация содержится там соответственно в 210 или 850 битах.

Оба типа бализ получают энергию от антенн проходящего поезда, которые посылают сигнал мощностью около 20 Вт на частоте 27,115 МГц. Заряжаясь этой энергией, путевая бализа посылает на поезд телеграмму на частоте 4,24 мГц в виде FSK-модулированного сигнала. Скорость передачи составляет около 565 кбит/с. Для повышения помехозащищенности передаваемой информации используется ВСН-код (Bose-Chandhuri-Hocquengem) длиной 750 бит.

Бортовые антенны связаны коаксильным кабелем с поездными устройствами приема и обработки информации, которые одновременно выполняют функции контроля и диагностики всего канала передачи. Геометрия и расположение путевых бализ и бортовых антенн позволяет обеспечить надежную передачу информации при скоростях движения до 350 км/ч (при длинных телеграммах) и до 500 км/ч (при коротких телеграммах). Система передачи информации на базе Евробализ удовлетворяет требованиям для скоростных международных магистралей.

В настоящее время Германские железные дороги форсируют разработку новой системы АЛС с расширенными функциональными возможностями с использованием для обмена информацией канала радиосвязи (системы FZB). Система FZB включает (рис.1.3): центральный пост FZB, бортовые устройства FZB, базовую систему радиосвязи и бализы.

На центральном посту FZB непрерывно поддерживается динамическая модель текущей поездной ситуации на контролируемом участке. Постоянная составляющая информации берется из путевого атласа участка. Переменная составляющая информации поступает с постов ЭЦ (данные о положении стрелок и сигналов) и от поездов (данные об их местонахождении). На основе оценки текущей поездной ситуации центральный пост FZB формирует для каждого конкретного поезда команду, разрешающую дальнейшее движение. Команда передается на поезда по каналам радиосвязи через базовую систему радиосвязи (GSM-R, ISDN). Эта команда не только разрешает движение, но и предоставляет машинисту информацию о координатах ближайшей цели (например, станции) и времени се достижения.

Бортовое устройство сопоставляет эти данные с информацией от бортовых устройств измерения пути и скорости, а также - с информацией, получаемой от путевых бализ. Последние позволяют уточнить координату пути и получить значение допустимой скорости. В результате бортовой компьютер строит скоростную кривую, отрабатывая которую поезд прибудет в намеченный пункт в назначенное время.

Непрерывное измерение пути, времени и фактической скорости позволяет машинисту контролировать движение поезда и своевременно компенсировать его отклонение от программной кривой. Если при этом фактическая скорость поезда начинает превышать допустимую, то формируются предупредительные световой и звуковой сигналы. Если машинист не снижает скорость поезда после формирования этих предупреждений, то бортовое устройство FZB выдает команду автоматического принудительного торможения, воздействующую на исполнительные цепи поезда.

При приближении поезда к цели на заданное расстояние программно вырабатывается извещение о «приближении», которое по каналам радиосвязи передается на центральный пост FZB. Получив это извещение, центральный пост FZB формирует необходимый запрос посту ЭЦ, например, на установку маршрута приема поезда на станцию. Каждая из частей системы FZB выполняет, кроме управляющих, также диагностические функции, что позволяет своевременно обнаруживать ошибки и локализовать места их появления.

В телеграммах, которыми обмениваются центральный пост и бортовые устройства системы FZB, наряду с основной (перечисленной выше) информацией может передаваться большой объем вспомогательной информации. Так, в телеграмме, передаваемой с центрального поста на поезд, среди прочих данных, может содержаться информация о допустимой скорости, длине, особенностях плана и профиля впереди лежащего участка, а также указания о режимах движения поезда, вплоть до команд подъема или опускания пантографов. В обратной телеграмме, передаваемой с локомотива на центральный пост FZB, наряду с данными о координатах поезда, указывается длина поезда, его тормозные характеристики и др.

Италия. На скоростной линии «Рим-Флоренция» (протяженность 260 км, максимальная скорость 260 км/ч) увеличено до 9 число команд существующей системы АЛСН за счет использования второй несущей частоты - 178 Гц (табл.2.1).

При движении по скоростной линии локомотива, оборудованного 4х-кодовыми приемными устройствами АЛСН (частота 178 Гц не воспринимается), на локомотивном светофоре воспроизводятся сигналы, соответствующие только этой системе. Любая неисправность, приводящая к исчезновению частоты 178 Гц, вызывает переход с 9-кодового режима на 4х-кодовый. Исчезновение частоты 50 Гц приводит к отсутствию кода как при 9ти-кодовом, так и при 4х-кодовом режимах. На поезде осуществляется сравнение допустимой скорости и фактической. При превышении допустимой скорости включается принудительное торможение, которое можно отключить кнопкой «Отмена торможения» после того, как фактическая скорость станет меньше допустимой.

Таблица 1.1 Кодирование команд АЛСН

*, ** - модификация соответствующих кодов.

Финляндия и Норвегия. В связи с повышением скоростей до 220 км/ч на Финских Государственных железных дорогах было принято решение об увеличении числа показаний (до 21), передаваемых с пути на поезд. Всего на поезд передаются четыре типа сигналов. Два типа этих сигналов (показания основных и предупредительных светофоров) жестко привязаны к координате пути. Третий тип сигналов - показания об удаленности цели (остановочного пункта), позволяет машинисту формировать стратегию ведения поезда, зная о предполагаемой остановке уже на расстоянии до 6000м, то есть пяти стандартных (по 1200 м) межсветофорных интервалов от соответствующего остановочного пункта. 4-й тип сигналов - указания о снижении скорости, сообщает машинисту информацию об ожидаемом кратковременном снижении скорости при прохождении поездом стрелочного перевода.

Первичная информация для системы АЛС поступает от электронных постов ЭЦ. Сама система представляет собой АЛС точечного типа ЕВ1САВ-900 разработки Шведской фирмы ABB.

В состав ЕВ1САВ-900 входит (рис.1.4) центральный компьютер EBILOOP (LC), связанный с аппаратурой ЭЦ, а также путевые блоки, состоящие из концентраторов (КС), объектных контроллеров (ОС) и блоков обмена информацией с бализами (BIS).

Когда центральный компьютер LC получает известительную информацию от постов ЭЦ, он организует сеанс связи с устройствами сопряжения. Связь осуществляется по протоколу HDLC, скорость передачи информации - 19,2 кбит/с. Сначала LC посылает циклическую телеграмму для проверки линии связи. После получения информации о целостности линии LC посылает телеграмму опроса состояния на КС. После получения от КС ответов, подтверждающих их состояние, LC посылает им соответствующие установочные телеграммы, содержащие информацию, которую нужно передать на поезд.

Для повышения безопасности в системе предусмотрена передача двух видов телеграмм (А и В). Телеграммы А и В одна за другой поступают в выбранный объектный контроллер (ОС), где они обрабатываются соответственно программами А и В. Только после подтверждения идентичности информации, содержащейся в обеих телеграммах, соответствующий сигнал будет передан в путевые датчики. Данная система АЛС функционирует на Финских Государственных железных дорогах и на железных дорогах Норвегии.

Испания. На скоростной железнодорожной магистрали Мадрид-Севилья безопасность движения обеспечивается системой АЛСН типа LZB. Напольная часть этой системы LZB L72 имеет девять связанных между собой центров, каждый из которых получает необходимую информацию от соответствующего поста микропроцессорной централизации (МПЦ). Эта информация позволяет сформировать необходимые команды, которые передаются в виде телеграмм на поезда. Для передачи используются индуктивные шлейфы, уложенные между рельсами. Бортовая антенна поезда принимает сигнал из шлейфа и передает его в бортовое логическое устройство LZB 80. Система индуктивной связи с поездом позволяет обеспечивать надежный обмен информацией с поездом при скоростях движения более 300 км/ч.

Бортовое логическое устройство выдает машинисту на дисплей информацию о показаниях напольных светофоров, а также о ситуации на участке пути длиной 10 км впереди поезда. Сюда относятся: значения допустимых скоростей, название ближайших целей (станций) и расстояния до них, координаты мест с ограничениями скорости, характеристика пути в плане и профиле и другая информация. Выводится на дисплей также и значение фактической скорости поезда, полученной от осевых датчиков. Если фактическая скорость начинает превышать допустимую, то вырабатывается сигнал предупреждения для машиниста. При отсутствии реакции со стороны машиниста бортовая аппаратура LZB 80 воздействует на цепи управления поездом, вызывая его автоматическое торможение.

Для обеспечения высокой безопасности и надежности работы системы LZB ее решающие блоки (как на пути, так и на локомотиве) принимают решение по схеме «два из трех». Каждый из блоков обрабатывает входную информацию независимо в асинхронном режиме и затем передает ее в решающее устройство. Последнее вырабатывает команду лишь в том случае, если выходные сигналы двух из трех контроллеров совпали.

В системе LZB предусмотрена также передача информации через шлейф в направлении «поезд-путь», которая включает сведения о фактической скорости поезда и его координате. Эта информация поступает в ближайший напольный центр LZB, а от него - в ближайшие центры LZB для организации движения. Информация передается также в центр управления линией для контроля за движением поездов, своевременного выявления отклонений от графика и прогнозирования ожидаемой поездной ситуации.

Общеевропейская система. На Европейских железных дорогах уже имеются участки, оборудованные аппаратурой Европейской системы управления поездами ETCS, в которой передача сигнальной информации на поезд осуществляется при помощи Евробализ. В то же время для обеспечения возможности беспрепятственного движения поездов, оборудованных системой ETCS, по разным Европейским железным дорогам, где еще имеются национальные системы АЛС, в состав бортовой аппаратуры введено устройство ЕВ1САВ2000, разработанное фирмой Bombardier Transportation.

Ядро устройства ЕВ1САВ2000, входящего в бортовую аппаратуру ETCS, выполняет следующие функции: управление торможением; измерение пути и скорости; передача информации на пульт управления машиниста; регистрация режимов движения. Кроме того, в состав бортового оборудования входят связанные с ядром системы по универсальной транспортной шине (MVB) специальные передающие модули (STM). Каждый из STM-модулей преобразует сигналы одной из национальных систем локомотивной сигнализации в стандартные телеграммы, принятого в системе ETCS формата. Эти телеграммы поступают затем в ядро системы, где на основании информации о фактической скорости поезда, его координатах, плане и профиле пути формируется программная кривая скорости, выполнение которой затем контролируется бортовой системой.

В Европе реализуются десятки проектов с использованием единой системы ETCS. Так, например, компания Alstom включилась в работы в рамках проекта ERTMS/ETCS в начале 1990-х годов. Компания Alstom разработала семейство систем ATLAS, ориентированных на применение на различных железнодорожных линиях. При этом система ATLAS 100 отвечает спецификации ETCS уровня 1, ATLAS 200 -- спецификации ETCS уровня 2, ATLAS 300 - спецификации ETCS уровня 3.

ATLAS 100 (и, соответственно, ETCS уровня 1) -- это система обеспечения безопасности движения поездов (АТР-Automatic Train Protection), которая накладывается на существующую систему сигнализации и напрямую с ней связана. Таким образом, ATLAS 100 дополняет имеющуюся национальную систему со средствами контроля свободности пути (рельсовыми цепями и счетчиками осей), светофорами, постами централизации, средствами связи и центрами диспетчерского управления.

В системе ATLAS 100 электронные напольные модули (LEU), соединенные со светофорами или системами централизации, передают сигнальные показания в напольные приемоответчики. Информация из приемоответчиков считывается бортовыми антеннами, которыми оборудован каждый поезд, оснащенный устройствами ETCS. Система дополнена средствами сигнализации в кабине машиниста. Машинист непрерывно получает информацию о допустимых скоростях движения, постоянных или временных ограничениях скорости, впереди расположенных остановочных пунктах, уклонах и т. д. При использовании на новых линиях системы ATLAS 200 перестали применяться напольные сигналы. Это стало возможным благодаря использованию рельсовых цепей (или счетчиков осей) и передаче функций регулирования движения поездов и обеспечения безопасности маршрутов постам централизации. Теперь системы централизации оснащаются аппаратурой радиосвязи с поездами и образуют центр блокировки на базе радиосвязи (Radio Blok Centre -- RBC), в котором сосредоточены функции управления всей линией или группой линий. RBC преобразует полученную от систем централизации информацию в команды разрешения на движение, которые регулярно по радио передаются на все поезда, находящиеся в зоне действия RBC.

В качестве бортового оборудования фирма Alstom поставляет так называемый европейский компьютер для выполнения ответственных функций (European Vital Computer, EVC) и все его интерфейсы с поездными устройствами, такие, как интерфейс пользователя, регистрирующий прибор, антенну для считывания информации от напольных приемопередатчиков, систему измерения скорости (устройства измерения пройденного пути и доплеровский радар), средства радиосвязи стандарта GSM-R.

Система ATLAS 400 дополняет семейство ATLAS для применения на малодеятельных линиях, которые нуждаются в простых и экономичных средствах, способных окупить вложенные инвестиции. ATLAS 400 имеет модульную архитектуру, обеспечивающую возможность наращивания. Каждый поезд оборудован бортовым компьютером типа EVC системы ETCS и обменивается информацией по радио с центром управления или станцией на линии. На каждой станции установлен компьютер (Radio Object Controller, ROC) - объектный контроллер с выходом в канал радиосвязи, который обменивается данными по радио преимущественно с устройствами управления стрелками в своей зоне действия. Центр управления линией построен на базе центра RBC системы ETCS. Система ATLAS 400 выдает только электронный жезл (разрешение на движение) для каждого участка пути, а также для каждого крайнего положения стрелки.

В ATLAS 400 используются модули из других систем этого семейства, отвечающие спецификациям ETCS уровней 1 и 2. Так, в бортовом компьютере установлены идентичные или адаптированные компоненты и пакеты программ. Для определения местоположения поездов служит спутниковая система глобального позиционирования GPS. В основу ATLAS 400 положена система управления и обмена электронными жезлами, обеспечивающая безопасность движения поездов. Пока жезлы не выданы, они хранятся в соответствующем RBC. Поезд получает разрешение на движение, если его компьютер получил по радио все необходимые жезлы. Протяженность участка действия разрешения на движение зависит от расположения на линии других поездов. Соответственно по пути следования поезда происходит возврат ненужных более жезлов одного за другим в центр RBC. Благодаря этому становятся возможными передвижения других поездов. Местоположение поездов определяется на основе сигналов от спутников, причем для получения безопасной, информации о местоположении служит система LOCOPROL. Вместе с тем система ATLAS 400 способна работать и без средств спутникового позиционирования. Выразили намерения использовать систему ETCS железные дороги Китая и Индии. Система ETCS является радикальным шагом вперед по сравнению с существующими системами.

Разработанная компанией Alstom концепция развития ETCS исходит из того, что во всех существующих системах сигнализации поезд останавливается, когда нельзя с достаточной достоверностью сказать, с какой скоростью он двигался. Это - единственная причина, по которой нельзя было использовать информацию о скорости для сокращения расстояния между двумя движущимися поездами. Однако в системе ETCS имеется достаточно надежная информация о скорости движения каждого поезда. Поэтому становится возможным сократить расстояние между двумя попутными поездами на величину тормозного пути, требуемого (при известной скорости движения) впереди идущему поезду до полной остановки. При этом может использоваться допуск, величина которого достаточна для безопасного выполнения требуемых функций.

Япония. На высокоскоростных линях (ВСЛ) Японских железных дорог применяются системы АЛС непрерывного типа, использующие рельсовые цепи для передачи на поезд частотных сигналов. Так, базовая система АЛС типа 1А функционирует на первой ВСЛ - линия Токайдо, (протяженность 515 км, скорость движения до 210 км/ч). В этой системе сигнальные показания соответствуют допустимым скоростям 210, 160, 110, 70 и 30 км/ч. Для выделения полезного сигнала используют систему модуляции по одной боковой частоте с синхронизацией от источника сигнала. Каждый блок-участок имеет длину 3 км и состоит из двух стандартных рельсовых цепей. Каждому сигнальному показанию соответствует одна частота. Всего используется четыре несущих частоты, по две для каждого пути двухпутного участка.

На ВСЛ последующих лет постройки системы сигнализации модернизированы. На линиях Сан-Ио (протяженность 554 км, скорость движения до 260 км/ч), Дзеэцу (протяженность 270 км, скорость движения до 260 км/ч), Тохоку (протяженность 496 км, скорость движения до 260 км/ч) эксплуатируются модификации IS, IB и ID системы АЛС. В этих системах значительно повышена достоверность передачи информации и увеличено число сигнальных показаний. Стандартная длина блок-участка уменьшена до 1,2 км. Для повышения надежности блоки напольной и бортовой аппаратуры имеют тройное резервирование.

США. На линиях со скоростями выше 160 км/ч в США используются системы АЛС непрерывного типа, информация в которых передается по рельсовым цепям. Так, на участке Северо-Восточного коридора (Бостон-Нью-Йорк-Вашингтон) внедрена 9-значная система АЛС.

3. Системы автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН и АЛС-ЕН)

На железных дорогах России широкое применение нашла автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа с числовым кодированием (АЛСН). При такой сигнализации в кабину локомотива непрерывно передаются световые показания впередилежащих путевых светофоров. Для передачи на локомотив каждое световое показание путевого светофора преобразуется в кодовые комбинации электрических сигналов, которые посылаются в рельсовую цепь навстречу поезду.

Формирование кодовых комбинаций производится с помощью специальных устройств - кодовых путевых трансмиттеров (КПТ). В настоящее время применяются два типа этих устройств: КПТ-5 и КПТ-7, которые формируют кодовые комбинации одного и того же показания светофора с различной продолжительностью цикла. Для трансмиттера типа КПТ-5 продолжительность одного цикла передачи сигнала светофора составляет 1,6 с., а для КПТ-7-1,9 с. Как правило, в системе АЛСН к соседним блок-участкам подключают КПТ различного типа. Это дает возможность на локомотиве определять момент перехода с одного блок-участка на другой. На некоторых станционных участках с целью исключения влияния сигналов АЛСН главного пути на сигналы бокового пути используется специальный защитный код для передачи сигнала КЖ. Кодовые комбинации, соответствующие определенным показаниям путевых светофоров, показаны на рис.1.5.

Для обеспечения устойчивой работы локомотивной сигнализации в путевые устройства подают сигнальные токи определенной величины. При электрической тяге постоянного тока минимальный ток локомотивной сигнализации с частотой 50 Гц на входном конце рельсовой цепи должен быть не менее 2А. При электрической тяге переменного тока минимальный ток локомотивной сигнализации с частотой 25 и 75Гц на входном конце рельсовой цепи ток должен быть не менее 1,4А. На участках с тепловозной тягой этот ток (с частотой 50 Гц) должен быть не менее 1,2А. В каждой рельсовой цепи на перегоне или станции передача сигналов на локомотив производится в направлении от светофора к локомотиву. Уровень сигнала в рельсах по мере продвижения поезда к светофору непрерывно возрастает и может увеличиваться в 10 … 15 раз.

На Российских железных дорогах (РЖД) внедряется перспективная многозначная система передачи информации на локомотив типа АЛС-ЕН. В этой системе в рельсовые цепи передаются в двух подканалах кодовые сигналы на несущей частоте (174,38 + 0,1 Гц), полученные с использованием двукратной фазоразностной модуляции (табл. 1.2 и рис.1.6). При этом передача соответствующей цифровой информации на локомотив производится в модифицированном коде Бауэра, разрешенные кодовые комбинации которого для передачи информации по подканалам АЛС-ЕН приведены в табл. 1.3. Специальное устройство - формирователь сигналов (ФС), обеспечивает генерирование фазомодулированных сигналов и кодовых серий в соответствии с информацией, поступающей от устройств автоблокировки или электрической сигнализации. Кодовые серии передаются от ФС через устройство защиты и согласования УЗС в рельсовые цепи, при этом обеспечивается величина тока не менее 0,25А. Кодовые значения разрядов информационных посылок в обоих подканалах формируются путем соответствующего изменения фазы сигнала несущей частоты, которое происходит один раз через каждые 16 периодов (рис.1.7).

Таблица 1.2 Кодовые значения сигналов при изменении фазы

Таблица 1.3 Коды Бауэра, разрешенные для передачи информации по подканалам АЛС-ЕН

По каналам АЛСН-ЕН на локомотив может быть передано до 48 сообщений или команд. Одно сообщение может включать в себя различную информацию (показание светофора, движение прямо или с отклонением, допустимая скорость движения, количество свободных блок-участков и др.).

4. Принципы обеспечения надежности и функциональной безопасности аппаратуры КЛУБ-У

Системы обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте могут быть использованы лишь при условии их безопасной работы и надежного функционирования. Поэтому на всех этапах создания, изготовлении и эксплуатации ведутся целенаправленные мероприятия, обеспечивающие выполнение этих требований. Обеспечение безопасности аппаратуры КЛУБ всех модификаций базируется на следующих принципах:

-приемопередающая аппаратура строится в виде двухканальных устройств, обеспечивающих независимость обработки информации в каналах и сравнение результатов этой обработки безопасной схемой сравнения;

-устройство состоит из самостоятельных блоков и модулей, которые могут заменяться во время эксплуатации без дополнительной настройки;

-для наиболее ответственных базовых модулей предусмотрено «горячее» резервирование;

-реализованы конструктивные способы снижения вероятности опасных отказов;

-схемотехническая реализация локальных вычислительных сетей выполнена таким образом, чтобы отказ отдельных модулей не блокировал функционирование других модулей;

-в блоке электроники (БЭЛ) элементы каналов обработки и узла управления работой электропневматического клапана (ЭПК), обеспечивающего экстренное торможение поезда, топологически разнесены для исключения взаимных связей;

- входные и выходные цепи, высоковольтные и низковольтные цепи, а также высокочастотные цепи разнесены для исключения взаимных влияний;

-схемы устройств сравнения, входных цепей и исполнительных элементов работают с динамическими сигналами для выявления одиночных отказов, при этом применяются преобразователи полярности и гальванические развязки как элементы защиты от ложных подпиток ответственных цепей;

- предусмотрена встроенная диагностика, выявляющая и индицирующая отказы основного и резервного комплекта или отдельных функциональных устройств (например, канала измерения скорости движения);

- в каналообразующей аппаратуре используется накопление информации и мажоритирование для принятия решения (по схеме «два из трех»);

- в каналах передачи данных АЛС-ЕН используются избыточные коды с минимальным кодовым расстоянием по Хэммингу d_min = 4;

- элементы сравнения и исполнительные элементы для реализации ответственных команд строятся на принципах самоконтроля одинаковых отказов по полному перечню элементов с учетом возможности накопления неконтролируемых отказов за периоды времени, определяемые профилактическими осмотрами;

- система запуска при включении аппаратуры КЛУБ-У и ее перезапуска при сбоях содержит временную задержку, исключающую действие выходных сигналов аппаратуры на период перезапуска, достаточный для приведения объекта управления (локомотива) в безопасное состояние (торможения и остановки);

- обрабатывающие устройства КЛУБ-У на базе специализированных контроллеров имеют мягкую синхронизацию каналов обработки информации для исключения одинаковой реакции каналов обработки на внешние помехи и схемы контроля сигналов на базе безопасных элементов сравнения;

- входные сигналы поступают в два обрабатывающих канала и сравниваются по результатам их обработки в фиксированных по длительности циклах. В каждом цикле обработки информации производится тестирование отдельных узлов аппаратуры; независимые каналы обработки информации содержат специальный преобразователь контрольной информации в последовательное сообщение, состоящее из динамических сигналов, с помощью которого обеспечивается связь каналов обработки информации с безопасным элементом сравнения.

Для КЛУБ-У, как устройства безопасности, приняты следующие критерии опасных отказов:

- неприменение торможения при выходе КЛУБ-У из строя;

- формирование значения допустимой скорости движения выше требуемого по условиям безопасности;

- формирование значений фактической скорости ниже реальной;

- индикация более разрешающего показания локомотивного светофора, чем показания путевого светофора.

Качественные показатели безопасности обеспечиваются:

-обработкой информации, ответственной за безопасность движения, двумя независимыми каналами с мягкой синхронизацией;

- периодическим тестированием и аппаратным сравнением работы каналов обработки информации;

- периодическим контролем схемы управления индикацией;

Количественный показатель безопасности - допустимая вероятность опасных отказов, должна быть не выше 10^-11 в час.

Исправное состояние и бесперебойное действие устройств КЛУБ обеспечивается соответствующей организацией технического обслуживания в условиях эксплуатации. Техническое обслуживание КЛУБ производится работками локомотивных депо, конкретный порядок которого устанавливается приказом начальника дороги.

Устанавлены следующие виды технического обслуживания:

- предрейсовый осмотр, производимый локомотивной бригадой;

- техническое обслуживание на контрольном пункте и на пункте технического обслуживания локомотивов;

- техническое обслуживание КЛУБ при проведении текущих и капитальных ремонтов локомотивов, МВПС и ССПС;

- периодические регламентные работы по устройствам КЛУБ в контрольном пункте и цехе автостопов и электроники;

- входной контроль на контрольно-ремонтном пункте и в цехе автостопов и электроники при получении аппаратуры с завода - изготовителя;

- приемка в эксплуатацию локомотивов, МВПС и ССПС, вновь оборудованных устройствами КЛУБ;

- ремонт и внесение изменений в схемы устройств КЛУБ в течение гарантийного срока, ремонт устройств КЛУБ по заявкам работников контрольного пункта в контрольно-ремонтном пункте или цехе автостопов и электроники.

Размещено на Allbest.ru