5 Устройства автоматической локомотивной сигнализации на железных дорогах Западной Европы

Повышение скоростей движения и развитие микропроцессорнойтехники способствуют постоянному совершенству локомотивныхустройств по выполнению функций автоматизации процессов движения поездов. Выполнение условий безопасности движения является одной из наиважнейших задач и поэтому локомотивы большинства европейских железных дорог обязательно оборудуются устройствами АЛСТ или АЛСН, а в ряде случаев и комплексом этих устройств. В разных странах эти устройства хотя и выполняют одинаковые функции, но имеют свои отличительные особенности.

Локомотивы железнодорожных линий с невысокими скоростями движения Национального общества железных дорог Франции (SNCF) первоначально оборудовались устройствами АЛСТ контактного действия. Эти устройства, получившие название "Crocodile", включают в себя контактные щетки на первой по ходу тележке локомотива, акустические приборы на пульте машиниста, импульсный колесный датчик, релейный блок и регистрирующий прибор. Для передачи сигнальной информации напольное устройство размещается в середине междурельсового пространства за 15 м перед каждым проходным светофором (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Напольный механизм электромеханической АЛСТ "Crocodile"

При проследовании локомотивом напольного устройства контактными щетками воспринимается электрический сигнал, полярность которого зависит от сигнального показания впереди расположенного светофора. В случаях разрешающего показания светофора в кабине машиниста срабатывает электрический звонок, сигнал которого указывает на возможность дальнейшего движения с установленной скоростью. Если на светофоре горит запрещающее показание, то в кабине машиниста звучит свисток, указывающий на необходимость снижения скорости движения поезда. Машинист после получения такой информации обязан в течение 2,5 с подтвердить свою бдительность нажатием соответствующей кнопки, так как в противном случае произойдет принудительная остановка поезда.

Аналогичные устройства АЛСТ длительное время эксплуатировались и на железных дорогах Люксембурга.

Недостатки таких устройств и особенно связанные со щеточной группой способствовали разработке устройств АЛСТ индуктивного принципа действия.

Путевые приемопередатчики представляют собой индукторы двух типов. Первый из них с постоянной резонансной частотой колебательного контура предназначен для передачи только информации о профиле пути, координате и т. д. При помощи второго индуктора с переменной резонансной частотой колебательного контура на локомотив передается сигнальная информация о показании напольного светофора.

В этих устройствах используются частоты: 64, 67,5, 78, 81,5 и 98 кГц. Частота 67,5 кГц является резервной, а 98 кГц служит для сигнализации о неисправности путевых устройств.

Опыт эксплуатации устройств АЛСТ индуктивного принципа действия свидетельствует, что они могут надежно функционировать при скоростях движения поездов до 160 км/ч.

В 80-е годы прошлого столетия на сети железных дорог SNCF организовано движение поездов со скоростью до 300 км/ч и допустимым интервалом попутного следования около 4 мин. Основным средством локомотивной сигнализации на этих линиях являются устройства АЛС непрерывного принципа действия типа TVM 300.

Так, на линии Париж–Лион, протяженностью 390 км без напольных перегонных светофоров, максимальная скорость движения поездов достигает 270 км/ч. Вся сигнальная информация на локомотив поступает по рельсовым нитям на несущих частотах (fн) 1700 и 2300 Гц для четного пути и 2000 и 2600 Гц для нечетного. Эти сигналы модулируются частотами (fм) 10,3 – 29 Гц, что позволяет при шаге модуляции в 1,1 Гц получить 18 частотных диапазонов в зависимости от допустимой скорости движения поездов.

На Северной железнодорожной линии с максимальной скоростью движения поездов 320 км/ч и минимальным интервалом попутного следования 3 мин. применяются усовершенствованные устройства АЛС типа TVM 430.

Управление движением поездов на указанных высокоскоростных линиях осуществляется из единого центра управления, основными функциями которого являются:

а) контроль за движения поездов;

б) дистанционное управление объектами СЦБ – перевод стрелок, приготовление маршрутов, включение огней светофоров и переключение тяговых подстанций.

Бесстыковой путь линий оборудован РЦ типа VM 71 и через каждые 20  км в междупутье – блоками контроля скорости. Это позволяет передавать по рельсовым нитям на локомотив информацию о допустимой скорости движения поезда, а машинисту постоянно сравнивать ее значение с фактической. В точках пути с блоками контроля скорости локомотивным компьютером автоматически проверяется условие превышения значения допустимой скорости над фактической. Если это условие выполняется, то управленческие функции машиниста не ограничиваются и наоборот, если указанное условие не выполняется, то автоматически осуществляется снижение скорости движения поезда вплоть до его остановки.

Основным отличием устройств TVM 430 от TVM 300 является то, что они могут воспринимать увеличенное число градаций допустимых скоростей движения поездов 170, 230, 270, 300 и 320 км/ч. Это вызвано сокращением минимального интервала попутного следования поездов до 3 мин и уменьшением длины РЦ до 1500 м.

При движении по высокоскоростной магистрали локомотивов, не оборудованных устройствами TVM 430, устройствами АЛСТ воспринимаются градации скорости только 170 и 230 км/ч.

С целью уменьшения влияния инерционности системы при смене сигнальных показаний в TVM 430 предусмотрено два вида индикации. Немигающая индикация значения допустимой скорости информирует машиниста о возможности движения поезда по следующему блок-участку без снижения скорости, а мигающая – со снижением скорости.

Надежность и безопасность работы устройств TVM 430 основываются на информационной, временной и аппаратной избыточности.

На железных дорогах Германии и Австрии практически повсеместно внедрена система АЛСТ – "Indusi" (рис. 5.2). Вблизи каждого светофора устанавливается путевой индуктор с резонансными контурами, управляемыми сигнальными реле.

Рис. 5.2. Путевой датчик индуктивной АЛСТ системы "Indusi"

На каждом блок-участке, оборудованном системой счета осей, установлены три пассивных точечных датчика, настроенных на частоты 1000 Гц (на расстоянии тормозного пути до светофора), 500 Гц (за 200 м до светофора) и 2000 Гц (непосредственно у светофора). На локомотиве предусмотрено три активных контура, настроенные на соответствующие частоты. При красном огне светофора в путевых индукторах замыкаются резонансные контуры, настроенных соответственно на частоты 500 и 2000 Гц. На первой точке проверяется бдительность машиниста и снижение им скорости до 60 км/ч, на второй – до 40 км/ч. При скорости движения поезда более 65 км/ч и приеме локомотивными устройствами АЛС сигналов на указанных частотах автоматически включаются тормозные средства поезда для его полной остановки в режиме экстренного торможения.

При желтом огне светофора замыкается контур путевого индуктора, настроенного на частоту 1000 Гц. Когда над ним проходит локомотив, его приемный блок воспринимает эту частоту, и в кабине машиниста раздается звуковой сигнал, требующий подтверждения бдительности. После нажатия кнопки подтверждения бдительности машинист обязан снизить скорость движения поезда до безопасного уровня. В противном случае локомотивными устройствами автоматически выполнится режим принудительного торможения.

Современный вариант системы Indusi, сохранивший ее идеологию, но реализованный на современной элементной базе, получил название PZB90.

На железных дорогах Испании применяется индуктивная система АЛСТ "ASFA". Датчик в этой системе (рис. 5.3) установлен перед светофором и в зависимости от его показаний настраивается на одну из девяти частот в диапазоне от 55 до 115 Гц, соответствующих контролируемым ступеням скорости движения поезда.

Рис. 5.3. Путевой датчик индуктивной АЛСТ системы "ASFA"

Для обеспечения безопасности движения при скоростях движения выше 160 км/ч с начала 80-х годов была начата разработка и поэтапное внедрение устройств АЛСН индуктивного принципа действия с использованием укладываемых вдоль пути путевых шлейфов. Устройства АЛСН, получившие название LZB, обеспечивают непрерывный контроль скорости движения поезда, автоматическое снижение скорости поезда на участках ее ограничения и автоматическую остановку перед запрещающим сигналом. В системе LZB сигнальная информация на локомотив передается в полосе частот 36 кГц, а с локомотива – в полосе 56 кГц. Длина кодового слова составляет около 83,5 бит, а скорость его передачи составляет 1200 бод.

Опыт эксплуатации устройств LZB свидетельствует о их надежной работе при скоростях движения поездов до 250 км/ч.

Отдельные модификации этих устройств, например LZB-702, предназначены для работы на линиях городского рельсового транспорта. Они, помимо обеспечения интервального регулирования движения рельсового транспорта, также позволяют выполнять автоматическое торможение его и остановку на остановочных платформах с точностью ±0,2 м и самостоятельный оборот составов из тупика на соседнюю платформу. В этих устройствах используется индуктивный канал передачи сообщений (IMU), позволяющий обеспечивать одновременную передачу сигнальной информации с пути на поезд и с поезда на путь с использованием двух несущих частот 67,4 и 91 кГц и тридцати модулирующих тонального диапазона от 300 до 6300 Гц.

В начале 80-х годов прошлого столетия специалистами фирмы Siemens разработаны для железных дорог Германии и Западной Европы устройства АЛСТ индуктивного способа действия типа ZUB-100 на базе микропроцессора 8085. Модификации этих устройств ZUB-111, ZUB-121, ZUB-122, ZUB-123 предназначены для магистральных железных дорог, а ZUB-110, ZUB-122 – для городского рельсового транспорта и метрополитенов.

В строго установленных точках пути устанавливаются пассивные приемопередающие индукторы, которые используются для организации передачи сигнальной информации на локомотив с амплитудной модуляции несущей частоты 100 кГц тональными частотами диапазона 2,7 – 7,6 кГц. Электропитание индукторов осуществляется от энергии, излучаемой локомотивной антенной на частоте 100 кГц. Используемая система кодирования "2 из 7" позволяет в зависимости от состояния впереди расположенных рельсовых участков передавать на локомотив до двадцати различных сообщений.

В устройствах используются независимые РЦ частотой 50 Гц с постоянным формированием дополнительного частотного сигнала. По характеристикам этого сигнала напольной аппаратурой релейного конца ZUB-110 и ZUB-111 автоматически определяется состояние блок-участков.

Вследствие повышения скоростей движения поездов, необходимости передачи информации о расстоянии между локомотивом и светофором с запрещающим показанием, профиле пути и ограничениях скорости, появились устройства АЛСТ, обеспечивающие расширенный обмен информацией между путевым и локомотивным оборудованием. Некоторые из них являются дополнениями к существующим устройствам АЛСН и применяются в основном на высокоскоростных участках железных дорог. На городских железных дорогах также требуется точное отслеживание скоростной и тормозной характеристик движения поездов. По этой причине необходим постоянный обмен сигнальной информацией между напольными устройствами и локомотивами.

Для таких железных дорог в начале 80-х годов была разработана система ИРДП ZUB-122, а позднее ее усовершенствованные модификации ZUB-121и ZUB-123. В этих устройствах сигнальная информация передается в виде телеграмм на частоте 850 кГц, а для повышения помехозащищенности используется не амплитудная, а FSK-модуляция, при которой информация накладывается на несущую частоту в виде дискретных сигналов.

Напольное оборудование в таких системах имеет пассивные приемоответчики (рис. 5.4), получающие энергию от локомотива по каналу 2 (20 - 100 кГц) при обнаружении локомотивными устройствами путевого приемоответчика по каналу 1 (50 кГц). После подачи на путевой приемоответчик питания информация от него передается на локомотив в виде телеграмм объемом до 96 бит. При необходимости к приемоответчику можно подключить шлейф до 600 м. Системы, предусматривающие более одного приемоответчика на светофор (KVB – от 2 до 9, RSDD – 2, EBICAB – от 2 до 5), не имеют шлейфов, а каждый приемоответчик предназначен для передачи определенной информации (рис. 5.5).

Рис. 5.4. Структурная схема пассивного приемопередатчика системы ZUB