Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
алс.docx
Скачиваний:
51
Добавлен:
04.06.2015
Размер:
150.03 Кб
Скачать

3.2. Системы автоматической локомотивной сигнализации в технологическом процессе регулирования движения поездов

3.2.1. Общие принципы построения систем автоматической локомотивной сигнализации

    Задачей устройств железнодорожной автоматики и телемеханики по обеспечению безопасности движения поездов является создание условий, при которых исключается возможность столкновения поездов с препятствием, либо сход поезда с пути при повышении заданной скорости, либо нарушении целостности рельсовых нитей.

    В первом случае необходимо, чтобы скорость в каждой точке соответствовала необходимому тормозному пути до препятствия, которым может быть впереди идущий поезд, светофор с запрещающим показанием, открытый переезд и т.п.

    Во втором случае необходимо, чтобы скорость данного поезда в каждой точке пути была равна или меньше максимально разрешенной на данном участке скорости в соответствии с конструкционной скоростью входящих в состав вагонов, с видом перевозок, а также с учетом постоянного или временного ограничения путевой скорости.

    Для выполнения этих условий требуется передать на поезд информацию, обеспечивающую безопасность движения. В зависимости от места зарождения и времени возникновения информация подразделяется на:  1) информацию, соответствующую определенному месту и изменяющуюся во времени. Эта информация фиксируется показаниями путевых светофоров, которые определяют положение по отношению к фиксированным границам блок-участков; 2) информацию, соответствующую определенному месту, но не зависящую от времени. Эта информация фиксируется предупредительными щитами и указателями скорости, переносными сигналами начала и конца уменьшения скорости и т.д.

    Помимо указанной информации, обеспечивающей безопасность движения поездов, машинисту передается большое количество эксплуатационной информации: приказы об обслуживании токоприемника локомотива на электрифицированных участках, приказы о необходимости подачи звуковых сигналов и др.

    Идея о передаче на локомотив основных сигналов и о создании системы контроля за деятельностью машиниста возникла уже в начальный период создания основных систем автоматики и телемеханики.

    Устройства автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), осуществляющие интервальное регулирование движения поездов, предназначены для обеспечения безопасности движения, увеличения пропускной способности железнодорожных линий и улучшения условий труда локомотивных бригад. Выполнение этих функций обеспечивается передачей сигнальных показаний и значений контролируемых скоростей в кабину машиниста. Устройства АЛС, как правило, дополняются устройствами контроля бдительности, контроля скорости, а в наиболее совершенных системах – устройствами автоматического регулирования скорости (АРС). Эти дополняющие АЛС устройства позволяют контролировать действия машиниста по управлению поездом, автоматически или с участием машиниста приводить в действие тормоза для снижения скорости до контролируемой величины. Устройства АЛС дополняются также автостопом, обеспечивающим автостопное торможение при превышении допустимой скорости, при не подтверждении машинистом бдительности, а также при неисправности устройств.

    АЛС включает в себя путевые и локомотивные (поездные) устройства. Посредством путевых устройств осуществляется контроль свободности блок-участков и передача электрических сигналов в рельсы, в зависимости от состояний пути и показаний путевых светофоров. Локомотивные устройства осуществляют прием, усиление и дешифрирование сигналов, управляют огнями локомотивного светофора, устройствами контроля бдительности, контроля скорости или автоматического регулирования скорости.

    В системах АЛС непрерывного действия прием сигналов, передаваемых с пути, осуществляется непрерывно, в любой точке пути. Применение непрерывного канала связи придает системе АЛС одно из основных эксплуатационных качеств, присущих системам безопасности, – автоматическое приведение устройств в более запрещающее состояние и к торможению поезда при различного рода неисправностях. При повреждениях в электрических схемах отдельных приборов и узлов, в линиях передачи, в локомотивных приемных устройствах, при выключениях источников питания и при других неисправностях исключаются положения, опасные для движения поездов.

    Благодаря непрерывности связи путевых устройств с локомотивными в любом месте каждого блок-участка системы непрерывного действия являются наиболее совершенными системами интервального регулирования. Любой перерыв в приеме кодовых сигналов на время больше заданного равнозначен получению сигнала, запрещающего движение. Это дает непрерывный контроль исправного состояния устройств и обеспечивает высокую безопасность движения.

    Непрерывность передачи и приема электрических сигналов позволяет быстро получить информацию об изменении состояния пути и показаний путевых светофоров. Это повышает безопасность движения при внезапно возникших препятствиях и обеспечивает более высокую пропускную способность железнодорожных линий.

    Вместе с тем необходимость непрерывной связи путевых устройств с локомотивными предъявляет высокие требования к безотказности действия устройств АЛС, так как любой отказ в системе приводит к выдаче информации, запрещающей движение.

    В условиях эксплуатации при движении поезда возможны кратковременные перерывы в приеме информации, например, при переходе через изолирующие стыки с одной рельсовой цепи на другую, при воздействии тягового тока, при смене кодового сигнала в рельсах и в ряде других случаев. Эти обстоятельства неизбежно приводят к необходимости увеличения инерционности системы с целью получения устойчивости ее работы. Время смены сигнальных показаний (инерционность системы) определяется прежде всего способом шифрования сигнальных показаний. Так, в числовой системе АЛС инерционность составляет 5,0-6,0 с, а в современных частотных системах – 1,0-2,0 с. Снижение инерционности (увеличение быстродействия) позволяет уменьшить расчетные тормозные пути и повысить пропускную способность железнодорожных линий.

    У низкочастотных систем АЛСН в качестве линии связи используются чаще всего рельсовые нити, по которым проходит сигнальный ток низкой частоты (25-2000 Гц), образующий около рельсов магнитное поле. Перед первой колесной парой П1 на локомотиве установлены приемные катушки ПК (рис. 3.3), кодовый трансмиттер Т в зависимости от показания путевого светофора модулирует питающий источник ПИ (передатчик-модулятор). Последний присоединен к рельсовой линии так, чтобы сигнальный ток протекал навстречу приближающемуся поезду.

Рис. 3.3. Структурная схема низкочастотной АЛСН

    Напряжение, индуктированное на приемных катушках, пропорционально силе тока, протекающего по рельсам. К последовательно подключенным приемным катушкам присоединен локомотивный приемник ЛП, который таким образом непрерывно связан с передатчиком ПИ зашифрованной информации независимо от положения поезда на рельсовой цепи. Возможное изменение показания светофора сразу будет предано на локомотив. Информация на локомотив может передаваться в том случае, если есть часть рельсовой цепи между передатчиком ПИ и локомотивом свободна от подвижного состава. Если эта часть рельсовой цепи занята впереди идущим поездом, сигнальный ток замкнется преимущественно через колесные пары этого поезда и передача информации на следующий поезд не произойдет. Этим обеспечивается передача информации одному поезду, вне зависимости от количества поездов на рельсовой цепи. При определенных обстоятельствах, однако, может произойти прохождение сигнала под колесными парами первого поезда и его ошибочный прием на последующем.

    Устройства АЛС в зависимости от конкретных условий эксплуатации линий, на которых они применяются, обеспечивают сигнализацию о разрешаемой скорости движения условным цветом огней локомотивного светофора или цифровыми знаками индикатора контролируемой скорости движения, или сочетанием показаний локомотивного светофора и цифровыми знаками индикатора контролируемой скорости.

    В эксплуатируемой в настоящее время на дорогах России числовой системе АЛС локомотивный светофор дает четыре сигнальных показания (рис. 3.4): зеленый З при приближении к путевому светофору с зеленым огнем и получении кодового сигнала З с тремя импульсами в кодовом цикле; желтый Ж при приближении к путевому светофору с желтым огнем и получении кодового сигнала Ж с двумя импульсами в кодовом цикле; красный с желтым КЖ при приближении к закрытому путевому светофору и получении кодового сигнала КЖ с одним импульсом в кодовом цикле; красный К после проезда путевого светофора с запрещающим показанием, а также во всех случаях после прекращения приема кодовых сигналов КЖ. Кроме этих показаний, локомотивный светофор сигнализирует также белым огнем о прекращении действия АЛС при движении по путям, не оборудованным устройствами для передачи сигналов АЛС. Белый огонь зажигается при отсутствии кодовых сигналов, если перед прекращением приема сигналов передавался кодовый сигнал З или Ж.

        

Рис. 3.4. Увязка между показаниями путевых и локомотивных светофоров при числовой системе АЛС: а – при трехзначной АБ; б – при четырехзначной АБ

    Технологический алгоритм системы АЛСН зависит от ее совершенства и объема передаваемой информации.

    В соответствии со скоростными принципами на линиях с автоблокировкой устройства АЛС должны давать информацию о разрешаемой скорости движения, соответствующей показаниям путевых светофоров, к которым приближается поезд.

    Технологический алгоритм числовой системы АЛСН на железнодорожных линиях с трехзначной автоблокировкой (рис. 3.5) следующий. При зеленом огне локомотивного светофора устройства АЛСН не воздействуют на тормозную систему поезда. Допустимая по условию запаса прочности подвижного состава скорость V1 не контролируется, т.е. поезд может набрать любую скорость и система автоматически не включит его торможение. При вступлении на блок-участок перед путевым светофором с желтым огнем (смена сигнала АЛС с З на Ж) с помощью блока КБ обеспечивается требование однократного нажатия рукоятки бдительности независимо от фактической скорости поезда. В дальнейшем при движении по блок-участку и желтом огне на локомотивном светофоре блоком КС осуществляется сравнение фактической и допустимой скоростей движения поезда. Если VФ < VЖ машинист ведет поезд без использования устройств АЛСН. Если VФ > VЖ, то блок КС обеспечивает периодический контроль бдительности машиниста, который должен нажимать рукоятку бдительности через 20-30 с. В противном случае после предупредительного акустического сигнала включается экстренное торможение. Скорость контроля бдительности VЖ = 50 км/ч для грузовых поездов, VЖ = 80 км/ч – для пассажирских.

    Подтверждая бдительность, машинист должен принять меры по снижению скорости с таким расчетом, чтобы проследовать путевой светофор с желтым огнем со скоростью не более VЖ. Если фактическая скорость не будет снижена до этого значения, то после проследования путевого светофора с желтым огнем и появления на локомотивном светофоре желтого огня с красным (КЖ) наступает абсолютное действие устройств контроля скорости.

    Это приводит к автоматическому экстренному торможению с использованием ЭПК, предотвратить которое нажатием рукоятки бдительности невозможно. Если же к моменту вступления на блок-участок перед запрещающим путевым светофором фактическая скорость поезда не превышает VЖ, то машинист должен подтвердить бдительность нажатием РБ и продолжать дальнейшее движение со скоростью не более VЖ. Блок КС при этом обеспечивает действие периодического контроля бдительности и абсолютный контроль выполнения условия VФ < VЖ. Скорость VЖ определяет ступень абсолютного контроля скорости и ее называют контролируемой.

    Машинист должен остановить поезд перед запрещающим сигналом. Если поезд проследует светофор с красным огнем со скоростью более 20 км/ч, то в данном случае действует абсолютный контроль скорости, обеспечивающий автоматическое экстренное торможение с использованием ЭПК. Проследование светофора с красным огнем (смена сигнала АЛС с КЖ на К) разрешается только после остановки. Без остановки около напольного светофора с красным огнем на перегоне разрешается проследование тяжеловесных поездов. Во всех случаях движение после проезда светофора с красным огнем допускается со скоростью не более 20 км/ч. Блок КС обеспечивает действие периодического контроля бдительности машиниста и абсолютный контроль выполнения условия  VФ < VЖ, при этом машинист, периодически через 20-30 с, нажимая РБ, должен вести поезд с особой бдительностью и готовностью остановиться, если встретится препятствие для дальнейшего движения.

    В числовой системе АЛСН осуществляется непрерывный абсолютный контроль двух ступеней скорости (20 и 50 км/ч для грузовых поездов и 80 км/ч – для пассажирских), поэтому алгоритм получил название алгоритм с двухступенчатым абсолютным контролем скорости.

 

3.2.2. Анализ отечественных систем автоматической локомотивной сигнализации

    Действующая система АЛСН построена на электромагнитных реле и, несмотря на ряд модернизаций, обладает существенными недостатками. В первую очередь это относится к недостаточной информативности системы. На перегонах показания проходных светофоров содержат информацию о числе свободных блок-участков перед движущимся поездом и о допустимой скорости проследования этого светофора в зависимости от их числа. Однако эта информация дается без учета длин блок-участков и наличия ограничения скорости движения по ним, а также без учета профиля пути. Показания локомотивного светофора однозначно приведены к показаниям путевого светофора и также не учитывают необходимость изменения режима движения поезда в зависимости от указанных условий. На участках с четырехзначной автоблокировкой не предусмотрена возможность передачи более полной информации о показаниях светофоров и использования в полной мере имеющейся в устройствах АБ другой информации. Это приводит к несоответствию между показаниями локомотивного и путевого светофоров.

    Станционные светофоры (входные, маршрутные, выходные) в своих показаниях содержат информацию не только об установленном маршруте и числе свободных впереди поезда участках, но и о постоянных ограничениях скорости движения поезда в горловинах, обусловливаемых типами стрелочных переводов. На локомотивном индикаторе при этом сохраняется лишь информация, аналогичная движению по перегону, т.е. соответствующая только наличию установленного маршрута и числу свободных участков. Кроме того, устройства системы АЛСН не контролируют движение поезда на станциях по пригласительным сигналам путевых светофоров, что может привести к опасной ситуации.

    Режимы проследования светофоров на перегонах и на станциях различны, что также не учитывается этой системой. Так, если на перегоне светофор с красным сигналом, то можно проследовать с ограниченной скоростью после остановки, а для ряда поездов (например, тяжеловесных) разрешается даже безостановочное проследование такого светофора. Светофор с таким же показанием на станции требует безусловной остановки поезда до тех пор, пока показание светофора не изменится на разрешающее или не будет включен пригласительный сигнал.

    В системе АЛСН машинист учитывает необходимые условия движения без достаточно точной оптимизации режима движения поезда, что приводит к снижению пропускной способности участков, а часто и к нарушению безопасности движения поездов.

    Значения допустимой по условиям безопасности движения поезда скорости, получаемые на выходе дешифратора локомотивного приемного устройства, имеют постоянные для данного локомотива градации. Они не привязываются к конкретному блок-участку на перегоне или маршруту следования по станции, так как этого не позволяет ограниченная значность системы АЛСН. Поэтому на всем участке выбираются одинаковые наименьшие по значению градации допустимой скорости, что снижает пропускную способность всего участка.

    В подсистеме автостопа фактическая скорость движения поезда сравнивается с допустимой, причем значения фактической скорости определяются механическим скоростемером. Если фактическая скорость превышает значение допустимой, то вырабатывается сигнал автоматического включения тормозной системы поезда для экстренного торможения.

    Недостаточное число градаций контролируемых скоростей (фактической и допустимой) и алгоритм выбора допустимой скорости в существующих системах приводят к нарушению нормального движения поезда при неординарных режимах. Так, если при движении на желтый сигнал проходного светофора машинист по какой-либо причине не снизит скорость до значения VЖ, то в момент вступления поезда на следующий блок-участок, т.е. при приеме сигнала КЖ, включается экстренное торможение, хотя необходимости в этом еще может не быть. Положение ухудшается низкой точностью показаний скоростемера, его значительной инерционностью и невысокой надежностью.

    Необходимо также отметить, что существующие системы АЛСН не фиксируют изменения направления движения локомотива, что приводит к опасным ситуациям при так называемом скатывании поезда.

    Для проверки способности машиниста обеспечить безопасность движения поезда используется специальное устройство контроля бдительности машиниста. При его срабатывании включается свисток клапана экстренного торможения, после чего машинист должен нажать специальную рукоятку (педаль) бдительности. Контроль бдительности выполняется однократно при смене показания на локомотивном индикаторе на более запрещающее и периодически – при движении поезда со скоростью, близкой к допустимой. Если машинист теряет бдительность со скоростью близкой к допустимой, автоматически включается экстренное торможение.

    Малое число градаций скоростей, низкая точность их измерений вызывают частое, подчас неоправданное включение устройства контроля бдительности, что отрицательно действует на психофизическое состояние машиниста и приводит иногда к тому, что машинисты выключают устройства АЛС, ссылаясь на их неисправность, что в конечном итоге снижает безопасность движения поезда.

    Невелика и надежность самих локомотивных устройств АЛСН. Электромагнитные реле, большое количество внешних и внутренних соединений, импульсный режим работы, вибрации и удары, зависимость устойчивости и стабильности работы устройств от напряжения питания – все это приводит к значительному снижению показателей надежности устройств. Эти факторы вызывают справедливые нарекания машинистов.

    Применяемые в системе АЛСН числовой код для кодирования информации и амплитудная манипуляция несущей частоты характеризуются весьма низкой помехозащищенностью, значительными возможными разбросами длительностей импульсов и пауз числового кода. По этим причинам происходят частые сбои в приеме информации на локомотиве.

    Серьезным недостатком системы АЛСН является отсутствие в ней защиты от приема кодовых сигналов с соседних путей и впереди лежащего блок-участка, а также из-под колес впереди идущего поезда.

    Система АЛСН не может быть использована в качестве основного средства регулирования движения на участках без проходных светофоров из-за несоответствия технических решений системы принципам и требованиям обеспечения безопасности, ее низкой надежности. Устройства АЛСН имеют значительные габариты, неэкономичны по питанию, их обслуживание связано с определенными трудностями, так как аппаратура установлена в общем ящике. Высокая инерционность (более 7..12 с.) при изменении показаний локомотивного светофора и включении торможения, малая информативность не позволяют использовать эту систему на высокоскоростных участках.

    Для линий со скоростью движения до 200 км/ч была разработана система автоматической локомотивной сигнализации с частотно-разделительным кодом АЛСЧ. Она имеет увеличенную значность – 10 сигнальных показаний, ее быстродействие составляет 3 с.

    В системе АЛСЧ использованы пять сигнальных частот, при работе в режиме авторегулирования скорости она позволяет измерять фактическую скорость движения в диапазоне от 0 до 200 км/ч и сравнивать ее с допустимой по условиям безопасности скоростью.

    Однако система АЛСЧ имеет ряд недостатков. Она не обеспечивает защиту от сигналов соседних путей на перегонах и станциях, смежных блок-участков и из-под колес впереди идущего поезда, что снижает возможности ее использования как основного или самостоятельного средства регулирования движения поездов. Значность системы, особенно при движении по станциям, оказывается недостаточной. Применение в системе АЛСЧ неманипулированных частотных сигналов, имеющих низкую защищенность от сосредоточенных помех, создаваемых сетью тягового тока; отсутствие полезных сигналов на входах трех из пяти частотных приемников, что делает их открытыми для проникновения помех, существенно снижают устойчивость работы аппаратуры.

    Диапазон рабочих частот в системе АЛСЧ используется нерационально, так как в передаче незначительного объема информации участвуют пять несущих частот. Кроме того, устройства АЛСЧ имеют большие габариты и низкую надежность из-за применения в них электромагнитных реле. Значительные габариты аппаратуры затрудняют ее размещение в кабине локомотива, создают сложности при обслуживании и ремонте устройств.

    Указанные недостатки отечественных систем автоматической локомотивной сигнализации вызвали необходимость разработки новой системы, обладающей повышенными эксплуатационными и техническими характеристиками. Такая система разработана специалистами МИИТ и КБ ЦШ.

    Микроэлектронная система автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ЕН предназначена для передачи следующей информации с пути на локомотив: число свободных блок-участков (до шести) впереди поезда; скорость проследования очередного светофора (16 градаций от 0 до 200 км/ч); длина впереди лежащего блок-участка (два значения – больше или меньше тормозного пути нормативного поезда); путь, по которому движется поезд по перегону (главный путь станции или отклонение на боковой); приближение поезда к закрытому светофору (красно-желтый огонь КЖ); движение поезда по пригласительному сигналу (белый мигающий огонь БМ); номер пути (четный или нечетный) при двухпутной организации движения (защита от подпиток с соседних путей); четный или нечетный блок-участок данного пути (защита от подпиток от смежных блок-участков и из-под колес впереди идущего поезда).

    Для передачи указанного объема информации необходимо иметь 256 разрешенных кодовых комбинаций, что требует минимум восемь бит безызбыточного кода. Однако по условиям безопасности движения поездов требуется высокая помехозащищенность передачи информации и, как следствие, введение контрольных символов в кодовые комбинации, что увеличивает длину кодовой последовательности и время передачи одного сообщения.

    Для уменьшения времени передачи информации и обеспечения высокой помехозащищенности в системе АЛС-ЕН используется двукратная фазоразностная модуляция, позволяющая организовать два независимых фазовых подканала.

    Использование в системе АЛС-ЕН двукратной фазоразностной модуляции и помехозащищенного кодирования позволяет значительно уменьшить мощность передающих устройств, так как необходимый уровень полезного сигнала на входе приемника достигается при сигнальном токе в конце рельсовой линии 0,15 А, что 8-10 раз меньше чем в системе АЛСН, и в 2 раза меньше чем в системе АЛСЧ. Все сообщения в системе АЛС-ЕН передаются с пути на локомотив по рельсовому индуктивному каналу связи, причем используется один частотный канал (присвоенная частота 175 Гц), что по сравнению с АЛСЧ позволяет в пять раз уменьшить диапазон используемых частот и тем самым упростить приемные и передающие устройства. Скорость передачи информации в каждом фазовом подканале 10,9 бит/с.

    Система АЛС-ЕН относится к классу непрерывных систем и содержит в своем составе путевые и локомотивные устройства (рис. 3.6).

         Путевые устройства системы АЛС-ЕН имеют формирователь сигналов ФС, с выхода которого фазоманипулированный сигнал (ФМС) поступает на усилитель мощности УМ и далее через устройство защиты и согласования УЗС в рельсовую линию РЛ. Формирователь сигналов ФС формирует сигналы АЛС по информации, поступающей от устройств автоблокировки АБ или электрической централизации ЭЦ (входы VК и СГ).

    Локомотивные устройства системы АЛС-ЕН содержат приемные катушки КПУ-2, блок электронный локомотивный БЭЛ, блок индикации локомотивный БИЛ и блок коммутации цепей локомотива БКЦЛ.

    В блок БЭЛ входят: приемник сигналов АЛС-ЕН, измеритель скорости движения поезда с датчиком пути и скорости ДПС, устанавливаемым на редукторе или буксе локомотива. Блок БЭЛ осуществляет декодирование сигналов АЛС, логическую обработку информации в результате сравнения с фактической, контролируемой и допустимой скоростей движения поезда, контроль функционирования аппаратуры и формирование сигнала управления клапаном экстренного торможения.

    На блоке индикации БИЛ имеются сигнальные лампы желто-красного, красного и белого огней, назначение которых аналогично назначению соответствующих ламп на локомотивном светофоре системы АЛСН. Эти лампы имеют повторители на боковой стенке блока БИЛ в зоне видимости помощника машиниста.

    Лампа белого огня используется для индикации работы локомотивной аппаратуры при отсутствии сигналов в рельсовой линии и для индикации движения поезда по пригласительному сигналу в мигающем режиме. Индикация свободности пути впереди поезда осуществляется шестью светодиодными индикаторами, позволяющими информировать машиниста о свободности до шести блок-участков. Семисегментные светодиодные индикаторы отражают показания фактической скорости движения поезда и контролируемой скорости движения, т.е. скорости, которую поезд должен иметь в конце данного блок-участка. При достижении поездом допустимой скорости движения происходит экстренное торможение поезда. Для предупреждения машиниста об этом в системе предусмотрена предварительная световая сигнализация контроля бдительности, которая включается за 3-6 с до включения свистка электропневматического клапана.

    Через блок коммутации цепей локомотива БКЦЛ с устройствами БЭЛ связаны датчики информации о режиме работы локомотива: контакты контроллера машиниста К и рукоятки реверса РР (для определения направления движения поезда и предотвращения скатывания), контакты рукоятки (педали) бдительности РБ и кнопки выключения красного огня ВК при движении локомотива по некодируемому участку. Через блок БКЦЛ к устройствам БЭЛ подключен электропневматический клапан экстренного торможения ЭПК. Основное назначение блока БКЦЛ – гальваническая развязка и согласование сигналов управления цепями локомотива.

    Безопасность движения поездов при функционировании системы АЛС-ЕН достигается введением структурной избыточности в аппаратуру. Путевая аппаратура выполнена в виде троированной мажоритарной структуры, а локомотивная – в виде дублированной структуры.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]