Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения

Общим требованием к техническим средствам железнодорожной автоматики и телемеханики является обеспечение необходимых интервалов между попутными поездами на перегонах, а также безопасного прохождения маршрутов на станциях. Выполнению этой задачи в современных системах способствует решение вопросов электромагнитной совместимости и защиты, наличие цифрового радиоканала, применение технологии поверхностного монтажа, а также использование новейших процессоров цифровой обработки сигналов. Для взаимодействия отдельных устройств СЦБ предназначены современные интеллектуальные интерфейсы (например, типа CAN) и модульное построение систем.

Перечисленные подходы реализуются при построении напольных устройств и функционирующих на железных дорогах России систем автоблокировки. Последней инновацией здесь стала микропроцессорная автоблокировка с рельсовыми цепями тональной частоты и централизованным размещением аппаратуры АБТЦ-М.

Положено начало комплексной автоматизации станций, основой которой стали, в частности, горочная автоматическая локомотивная сигнализация с передачей информации по радиоканалу (ГАЛС Р) и микропроцессорная горочная автоматическая централизация (ГАЦ М).

Наряду с перегонными и станционными системами последние технические веяния распространяются и на сферу диспетчерского управления, организуемого по принципам интеграции и централизации. Внедряемые здесь системы автоблокировки и диспетчерской централизации также выполнены микропроцессорными и релейно-процессорными.

Наконец, в бортовой аппаратуре последние годы отмечены все более широким замещением прежней элементной базы микропроцессорными устройствами.

Микропроцессорные локомотивные устройства отличаются относительной простотой установки и встраивания в рабочие системы, долговечностью и надежностью работы на фоне незначительного количества отказов. При этом все возможные отказы управляющего процессора принято считать опасными. Характерными чертами современных микропроцессорных устройств следует назвать также их специальную направленность и многоступенчатость базовых алгоритмов.

ЕКС – единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе

В создании этой системы приняли участие ведущие разработчики современных локомотивных микропроцессорных систем: ЗАО «ОЦВ», ВНИИЖТ, ВНИИАС, НПО «САУТ», ЗАО «Нейроком» и другие.

ЕКС предназначена для энергооптимального ведения поезда по участку с соблюдением расписания и обеспечения безопасного интервала следования поездов, предупреждения проездов запрещающих сигналов, превышения до­пустимых скоростей, в том числе выполнения постоянных и временных ограничений скорости, контроля бодрствования машиниста, исключения несанкционированного движения, контроля режимов работы тягового оборудования, исправного состояния тормозной системы, выявления грубых отступлений в содержании железнодорожного пути, регистрации параметров движения поезда и действий локомотивной бригады по управлению поездом, обеспечения безопасного приема поезда на станцию.

ЕКС обеспечивает автоматизированное управление движением поезда, выявление и передачу информации о недопустимых режимах ведения поезда, передачу на локомотив сигнала по цифровому радиоканалу о немедленной остановке поезда на станции, передачу на локомотив маршрута приема поезда, определение координаты местонахождения поезда, определение фактической и допускаемой скорости движения, автоматическое тестирование ЕКС и ее подсистем, использование служебного торможения взамен необоснованного экстренного, автоматическую регистрацию всех измеряемых системой параметров движения, возможность наращивания ЕКС новыми аппаратно-программными блоками.

Локомотивное устройство КЛУБ-У

Комплексное локомотивное устройство безопасности КЛУБ предназначено для повышения безопасности движения в поездной и маневровой работе за счет приема сигналов от путевых устройств АЛСН и отображения их машинисту. Аппаратура КЛУБ серийно внедряется на Российских железных дорогах с 1994 г. Она выполнена на микропроцессорной базе и имеет 100 %-ное активное резервирование функциональных модулей для повышения надежности.

В состав устройства входят блоки электроники БЭЛ2М2, индикации БИЛ2М, ввода и диагностики БВДМ, коммутации БК, а также датчик пути и скорости ДПС-САУТ-МП и комплект кабелей.

Питание КЛУБ обеспечивает бортовая сеть локомотива номинальным напряжением 50/75/110 В. Диапазон рабочих температур системы варьируется от –40 до +50 °С, средний срок службы составляет не менее 15 лет.

Аппаратурой КЛУБ оборудовано около 1400 локомотивов и единиц моторвагонного подвижного состава.

В 1998 г. на Московской железной дороге начались эксплуатационные испытания нового варианта унифицированного комплексного локомотивного устройства безопасности КЛУБ-У. Через год разработка и полный цикл испытаний системы были завершены, после чего было принято решение о ее серийном производстве.

Устройство предназначено для работы на локомотивах и моторвагонном подвижном составе всех типов на участках железных дорог с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока с учетом требований, предъявляемых в техническом задании на КЛУБ-У. Локомотивные системы КЛУБ-У должны обеспечивать безопасность движения поездов путем предотвращения предаварийных и аварийных ситуаций за счет применения принудительного торможения или остановки поезда.

Функциями КЛУБ-У являются:

1) автоматическое включение экстренного торможения при возникновении опасных ситуаций;

2) обеспечение экстренного торможения по приказу дежурного по станции независимо от действий машиниста;

3) исключение прохождения участка с запрещающим сигналом светофора без передаваемого по радиоканалу разрешения дежурного по станции;

4) исключение самопроизвольного движения локомотива (скатывания);

5) исключение несанкционированного выключения ЭПК;

6) прием и дешифрация сигналов АЛСН, АЛС-ЕН;

7) непрерывный контроль состояния тормозной системы;

8) регулярный контроль бдительности машиниста;

9) контроль совместных действий машиниста и помощника машиниста при трогании поезда и движении к запрещающему сигналу светофора;

10) учет категории поезда, типа тяги, длины блок- участков;

11) регистрация параметров движения в электронной памяти кассеты регистрации.

12) формирование сигналов достижения фактической скорости: 2, 10, 20 и 60 км/ч;

13) информирование машиниста о показаниях светофоров, числе свободных блок-участков, фактической скорости с точностью до 1 км/ч и допустимой на данном участке пути скорости движения, кривой торможения, а также о текущем времени с корректировкой по астрономическому времени, координатах местоположения локомотива с точностью до 30 м при помощи спутниковой навигации, соблюдении графика движения поезда, названиях станций, номерах стрелок, светофоров, перегонов и т. п., расстояниях до контрольных точек (станции, переезда, моста, тоннеля, стрелки, светофора, токораздела, опасного места и др.), хранящихся в электронной карте блока электроники БЭЛ.

В состав аппаратуры КЛУБ-У входят: блок электроники БЭЛ-У; блок индикации БИЛ-УВ, БИЛ-В (рис. 1, 2), БИЛ-ПОМ; блок коммутации и регистрации БКР-У-1М (БКР-У-2М); антенна спутниковой навигации; приемопередающее устройство цифровой радиосвязи; блок питания ИП-ЛЭ; блок ввода и диагностики БВД-У; датчики пути и скорости ДПС-У; блок согласования интерфейсов БСИ; комплект кабелей; стационарное устройство дешифрации регистрируемых параметров СУД (в депо с использованием компьютера).

	Рис. 1. Блок индикации и ввода параметров БИЛ-В
	Рис. 2. Блок индикации БИЛ-У

Система автоматического управления поездами (САУТ)

САУТ предназначена для исключения проездов запрещающих сигналов и превышения допустимых скоростей в поездной работе. На сегодняшний момент путевыми устройствами САУТ оборудовано 26 800 км двухпутных участков автоблокировки, оборудовано и эксплуатируется около 4 600 локомотивов. Завершена разработка новой станционной аппаратуры для задания маршрутов следования по станции САУТ-НСП, которая обеспечивает через путевые устройства САУТ, установленные у входных и маршрутных светофоров, передачу на локомотив номера маршрута движения поезда по станции. Эксплуатационные испытания САУТ-НПС прошли на станциях Баженово и Пушкино и доказали безопасность, надежность и отказоустойчивость системы в реальных условиях.

Комплекс КТСМ-01

Прибор КТСМ-01 предназначен для автоматизации контроля исправности буксовых узлов вагонов и локомотивов в поездах, с целью предотвращения изломов шеек осей колёсных пар, слежением нагрева буксового узла на ранней стадии, отцепок вагонов на участке безостановочного движения, а также при правильных действий, лиц получающих информацию, для повышения безопасности движения поездов и увеличения пропускной способности на этом участке.

Комплекс технических средств предназначен для модернизации находящейся в эксплуатации аппаратуры обнаружения перегретых букс ПОНАБ-3 путем замены части перегонного оборудования ПОНАБ-3 на технические средства КТСМ-01 и полной замены станционного оборудования на средства автоматизированной системы контроля подвижного состава (концентратор информации КИ-6М, автоматизированное рабочее место оператора линейного поста контроля АРМ ЛПК).

Принцип действия аппаратуры КТСМ-01 основан на восприятии чувствительными элементами импульсов инфракрасного излучения от задних по ходу движения поезда стенок корпусов букс с последующим преобразованием этих импульсов в электрические сигналы, в КТСМ-01 применены более совершенные алгоритмы обработки тепловых сигналов букс, программное устранение ошибок при счёте осей и вагонов, передача данных с перегона на станцию в цифровом виде, предусмотрена автоматическая диагностика оборудования, возможностью использования в качестве регистратора стандартной ПЭВМ. Включение аппаратуры КТСМ-01 осуществляется прямо в канал без дополнительного оборудования в централизацию АСК-ПС.

Работы по техническому обслуживанию КТСМ-01 и оборудования ПОНАБ-3 выполняется с использованием пульта технологического ПТ, позволяющего управлять режимами работы ПК-02, а также контролировать результаты работы ПК-02 при прохождении поезда по участку контроля и результаты работы ПК-02 в каждом режиме проверки КТСМ-01 и оборудования ПОНАБ-3.

Контролер периферийный ПК-02 является базовым устройством комплекса КТСМ-01 и обеспечивает работу в следующих режимах:

1) режим автодиагностики при отсутствии поезда на участке контроля;

2) режим контроля поезда;

3) регулировочные режимы, обеспечивающие непрерывное (циклическое) считывание и отображение на индикаторе ПТ состояние устройств комплекса при проведении регулировочных и проверочных работ в процессе технического обслуживания;

4) проверочные режимы, предназначенные для отображения диагностической информации, и включаемые однократно вводом соответствующей команды с клавиатуры пульта;

5) режимы имитации прохода поезда.

Система информационного обеспечения по управлению движением поездов

Система предназначена для:

- полномасштабного информационного обеспечения всех технических служб станции, связанных с управлением движением поездов, техническим обслуживанием устройств СЦБ и регулированием пассажиропотоков;

- автоматизации ряда функций на рабочих местах дежурных по станции и операторов поста БМРЦ;

- компьютерного ведения журналов движения поездов ф. ДУ-2;

- автоматического вывода предупреждений по охране труда по парковой ГГС и портативной р/связи;

- автоматического обмена информации между постом БМРЦ и дикторской;

- выдачи команд и приказов в виде речевого сообщения с компьютера машинисту поездного локомотива по КВ радиосвязи с автоматической регистрацией приказов в журнале движения поездов;

- практически полной автоматизации работы диктора по приему/отправлению поездов (звуковое оповещение + вывод информации на табло ВИЗИНФОРМ);

- ведения анализа работы станции в форме удобной для просмотра и документирования на принтере руководством станции;

- архивации поездной обстановки (в графическом виде) и действий оперативного персонала за 12 месяцев.

Система позволяет:

- повысить эффективность управления работой станции за счет полномасштабного информационного обеспечения и контроля;

- повысить безопасность движения поездов за счет освобождения дежурных по станции от ряда функций, выполнение которых автоматизированы;

- повысить эффективность управления движением поездов за счет отображения на экране монитора поездной обстановки в режиме реального времени с автоматической привязкой к №№ обслуживаемых поездов и другой необходимой оперативной информации;

- повысить эффективность регулирования пассажиропотоков на ж/д вокзале за счет высокой оперативности и исключения ошибок при информационном (звуковом и визуальном) обеспечении пассажиров;

- улучшить качество охраны труда путевых рабочих и работников ПТО за счет своевременного звукового оповещения в виде речевого сообщения по парковой ГГС и портативной р/связи;

- улучшить условия труда дежурных по станции, операторов постов МРЦ и дикторов вокзала за счет большого количества звуковых подсказок, возможности выдавать команды, приказы и объявления при помощи компьютера.

Данная Система позволяет автоматизировать рабочие места дежурного по станции, оператора поста БМРЦ и диктора и представляет собой комплекс программно - аппаратных средств, который обеспечивает:

1. Автоматический контроль за состоянием постового и напольного оборудования ж/д станции (режим работы блока контроля автоматический, необслуживаемый).

2. На рабочем месте ДСП:

- Воспроизведение на экране дисплея компьютера схемы станционных путей с символами обслуживаемых поездов (поездной обстановки) в динамике с привязкой к реальному времени.

- Просмотр на экране дисплея компьютера в динамике поездной обстановки с заданного момента времени.

- Воспроизведение на экране дисплея компьютера расписания прибытия и отправления поездов на текущие сутки.

- Выдача с компьютера команд и приказов в виде речевого сообщения машинисту поездного локомотива по КВ радиосвязи, с регистрацией в журнале движения поездов. При необходимости, прямое подключение микрофона к входу радиостанции в обход компьютерной системы. Ответ машиниста о правильности получения приказа контролируется ДСП на слух.

- Выдача звуковых подсказок для дежурного по станции в ходе его работы.

- Автоматическая передача по некоммутируемой телефонной линии через модемы в ИС ДИКТОР информации по обслуживаемым поездам.

- Передача карты путей с символами обслуживаемых поездов с привязкой к реальному времени.

- Сообщение номера прибывающего поезда и номера пути приема для формирования в ИС "ДИКТОР" автоматического объявления о пребывании поезда.

- Сообщения о производстве на привокзальных путях различных маневровых работ для формирования в ИС "ДИКТОР" автоматического объявления для предупреждения пассажиров.

- Автоматический прием по некоммутируемой телефонной линии через модемы от ИС ДИКТОР информации по обслуживаемым поездам.

- Сообщения о выполненных объявлениях по конкретному поезду (начинается посадки, продолжается посадка, 5 минут до отправления, отправление, прибывание, прибыл) с цветовой индикацией на карте путей.

- Сообщение о времени опоздания поездов, после выдачи диктором объявления об опоздании поезда.

- Индикация на экране дисплея и звуковое сопровождение передаваемых и принимаемых сообщений.

- Автоматическое ведение архива работы ДСП.

3. На рабочем месте оператора:

- Компьютерное ведение журнала движения поездов (формы ДУ-2) с элементами анализа работы по приему и отправлению поездов.

- Автоматическая выдача через компьютер по парковой ГГС предупреждений в виде речевого сообщения путевым рабочим. При необходимости, прямое подключение микрофона ко входу усилителя в обход компьютерной системы.

- Автоматическая выдача через компьютер по УКВ радиосвязи предупреждений в виде речевого сообщения работникам ПТО.

- Воспроизведение на экране дисплея компьютера расписания прибытия и отправления поездов.

- Воспроизведение на экране дисплея компьютера схемы станционных путей с символами обслуживаемых поездов.

- Выдача звуковых подсказок для оператора в ходе его работы.

- Документирование на принтере журнала движения поездов.

- Автоматическое ведение архива работы оператора.

4. На рабочем месте дежурного электромеханика:

- Отображение укрупненного плана станции в виде мнемосхемы и подробных планов выделенных участков станции.

- Фиксация и отображение на мнемосхеме занятости станционных путей подвижным составом или единицей.

- Фиксация и отображение на мнемосхеме занятости станционных путей маршрутом.

- Фиксация и отображение на мнемосхеме состояния светофоров и их перекрытия подвижным составом или единицей.

- Фиксация занятия приближений и удалений подвижным составом или единицей.

- Автоматическая выдача предупреждений дежурному электромеханику о неисправностях контролируемого оборудования по УКВ радиосвязи в виде речевого сообщения.

- Ведение архива аварий и неисправностей.

5. На Сервере поста БМРЦ:

- Автоматическое ведение базы данных по результатам анализа работы станции по приему и отправлению поездов.

- Автоматическая передача по некоммутируемой линии связи на сервер административного корпуса информации по анализу работы станции.

6. На рабочем месте диктора, где устанавливается модифицированная программа ИС ДИКТОР :

- Автоматический прием данных от компьютера дежурного по станции о прибытии и отправлении поездов и ввод в действующую систему дикторского вещания и систему отображения информации на табло.

- Автоматическое выполнение объявлений по мере поступления данных от компьютера дежурного по станции.

- Автоматическая передача в компьютер дежурного по станции информации о выполненных объявлениях и о времени опоздания поездов.

- Воспроизведение на экране дисплея компьютера схемы привокзальных путей с символами обслуживаемых поездов.

- Индикация на экране дисплея и звуковое дублирование в виде речевых сообщений данных, принимаемых с поста БМРЦ.

- Автоматическое ведение архива работы диктора.

7. В Административном корпусе:

- Автоматический прием по некоммутируемой линии связи на сервер административного корпуса информации по анализу работы станции.

- Установка на рабочих местах руководства станции (ДС, ДСГ, ДСЗ) программного обеспечения для просмотра результатов анализа работы станции и для контроля текущей работы.

- Установка на рабочем месте ДСИ программного обеспечения для оперативного ввода изменений в расписание и передачи его в локальную сеть поста БМРЦ.

Информационно-командная система по управлению движением поездов введена в эксплуатацию на станции Санкт-Петербург - Главный (с декабря 1996 г.), на станции Ростов-Главный (с ноября 1998 г.). Срок ввода в эксплуатацию - 12 месяцев.

3 Расчет допустимой скорости движения поезда на спусках

Условие задачи

Серия локомотива – ВЛ8, длина поезда 787 м, масса поезда 4350 т, профиль пути участка приведен в таблице 2, тормозной путь – 1200м. Рассчитать начальную скорость торможения.

Таблица 2 – Профиль пути участка

2.1 Начальные условия

Начальная километровая отметка участка S_о , км

S_о = 520 + 100N, (1)

S_о = 520 + 100*16 = 2120, км.

Cкорость движения поезда в начале участка V_о , км/ч

V_о = 5 + N, (2)

V_о = 5 + 16 = 21, км/ч.

Начальное значение времени движения поезда t_o , мин

t_o = 0,3N, (3)

t_o = 0,3*16 = 4,8, мин.

Определение основных технических данных локомотива

Основные технические данные локомотива серии ВЛ8:

- сила тяги при трогании с места F_{к тр} = 607 кН;

- расчетная сила тяги F_{к р} = 465 кН;

- расчетная скорость движения V_р = 43,3 км/ч;

- конструкционная скорость движения V_к = 80 км/ч;

- масса локомотива m_л = 184 т;

- длина локомотива l_л = 28 м.

Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению F_сц , кН:

F_сц = 9,81* m_л *ψ_к , (4)

где m_л – масса локомотива, т;

ψ_к – расчетный коэффициент сцепления:

ψ_к = 0,25 + 8/(100+20*V) (5)

V_p = 43,3 км/ч: ψ_к = 0,25 + 8/(100+20*43,3) = 0,258,

F_сц = 9,81* 184*0,258 = 466,0 кН;

Таблица 3 – Ограничение тяговой характеристики локомотива серии ВЛ8 по сцеплению

Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках

Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках производится с целью недопущения проследования поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам поезда. Такая задача называется тормозной задачей и решается путем расчета режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути S_т , профиля пути i_с и тормозным средствам поезда b_т определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения V_нт .

Тормозной путь S_т , м, имеет две составляющие

S_т = S_п + S_д , (6)

где S_п – подготовительный тормозной путь, м;

S_д – действительный тормозной путь, м.

Путь S_п , пройденный поездом за время подготовки тормозов к действию, находится по формуле

S_п = 0,278* V_нт *t_п , (7)

где V_нт – скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;

t_п – время подготовки тормозов к действию, с.

В зависимости от количества осей в грузовом составе находят время. Количество осей в составе определяется по формуле

N_o = 4n₄ + 8n₈ , (8)

N_o = 4*28 + 8*17 = 248;

t_п = 10 – 15*i_с / b_т , (9)

При V= 10 км/ч t_п = 10 – 15*(-11) / 65,34 = 12,5, с;

S_п = 0,278* 10*12,5 = 35, м.

Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения S_д (V_нт ) определяют путем решения графическим методом основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда f_экст.т равна

f_экст.т = - b_т – w_ox . (10)

При V= 10 км/ч f_экст.т = - 65,34 – 1,09 = - 66,42, Н/кН.

Учитывая, что зависимость S_п (V_нт ) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимость заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть решение тормозной задачи (приложение 6).

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены организационные и технические мероприятия, проводимые на сети железных дорог РФ для обеспечения безопасного движения поездов.

Отмечены недостатки и нарушения, допускаемые в работе обслуживающего персонала в настоящее время и такие меры борьбы с этим, как проверки, обучение, медосмотры, мотивация сотрудников к улучшению показателей безопасности перевозочного процесса.

Рассмотрены несколько устройств, применяемых на железной дороге для контроля движения поездов: САУТ, КЛУБ-У, КТСМ -01.

Список использованной литературы

1. Приказ министра путей сообщения РФ от 08.01.94г. «О мерах по обеспечению безопасности движения на железнодорожном транспорте»;

2. Системные меры, направленные на обеспечение высокого уровня управляемости безопасностью движения поездов для филиалов ОАО «РЖД», участвующих в перевозочном процессе от 12.05.05г.;

3. Приказ от 25.12.06г. «Об утверждении Положения о порядке служебного расследования и учета транспортных происшествий в иных, связанных с нарушением правил безопасности движения и эксплуатации железнодорожного транспорта, событий»;

4. Положение о порядке проведения обязательных предварительных, при поступлении на работу, и периодических медицинских осмотров на федеральном железнодорожном транспорте (утв. приказом МПС РФ от 29 марта 1999 г. N 6Ц);

5. Инструкция о порядке организации и проведения предрейсовых медицинских осмотров работников локомотивных бригад от 1.05.98г.

6. К.Б.Кузнецов Безопасность жизнедеятельности, ч.1, М.: Маршрут, 2006г.;

7. В.И. Зорин, Е.Е. Шухина, П.В. Титов Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения, ж-л «Железные дороги мира», №7, 2003г;

8. Материалы с выставки, посвященной 130-летию Свердловской железной дороги, секция НПО «САУТ»;

9. Внутрисетевые сайты ЮУЖД.