Развитие станционных систем централизаций

[Admin]

Развитие станционных систем централизаций

C.B. ВЛАСЕНКО, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ОмГУПС, канд. техн. наук
А.А. ЛЫКОВ, заместитель заведующего кафедрой «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС, канд. техн. наук
А.Б. НИКИТИН, заместитель заведующего кафедрой, доктор техн. наук
О.А. НАСЕДКИН, заведующий испытательным центром, канд. техн. наук

ИСТОРИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ ПОСТОВ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ

Принятая на железных дорогах России аббревиатура СЦБ как нельзя лучше поясняет принципы работы систем, обеспечивающих безопасность движения поездов. Три категории-сигнализация, централизация и блокировка, воспринимаемые сегодня как неразрывная общность, первоначально развивались своими путями, и лишь необходимость оптимизации управления на железнодорожном транспорте свела их во второй половине позапрошлого столетия в единое целое.

Развитие средств ЖАТ происходило следующим образом. Первый семафор был установлен в 1841 г. на станции Нью Кросс Юго-Восточной железной дороги Англии Теперь уже не человек с флажком, а установленный на высокой опоре (и потому хорошо видимый издалека) сигналь ный знак давал разрешение на прибытие или отправление поезда. Однако вначале такие семафоры открывались после визуальной проверки необходимых условий безопасности работниками на путях, неверные действия которых контролировать техника не могла. За каждым стрелочным районом, а на интенсивных участках даже за каждой стрелкой, закреплялся один работник, ответственный за приготовление маршрута с использованием вверенных ему напольных устройств. Из-за этого на станциях была большая потребность в персонале, который к тому же часто совершал ошибки. Это приводило порой к тяжелым последствиям. Для сокращения количества рабочей силы и обеспечения более высокого уровня безопасности, а также ускорения подготовки маршрутов в середине позапрошлого столетия возникла идея управлять напольными устройствами с одного поста, т. е. создать централизацию стрелок и сигналов.

С сороковых годов XIX века стали использовать различные средства, чтобы сократить количество работников на станции, обслуживающих стрелки и сигналы Наиболее интересным было предложение английского инженера Грегори о создании «сигнальных башен», где были сконцентрированы стрелочные и сигнальные рукоятки, соединенные тросами с напольными устройствами. Однако идея совместить в этих башнях централизацию и взаимозависимости, именуемые тогда термином «блокировка», пришла лишь в следующем десятилетии.
При создании систем блокировки на стене вывешивали панель с таблицей зависимостей, в которой указано положение стрелок. Стрелки переводились только при наличии двух ключей: плюсового и минусового положения. После перевода в необходимое положение стрелки запирали, соответствующий ключ изымали и доставляли на пост. Там его вывешивали на панели для контроля правильности подготовленного маршрута (рис. 1). Только после проверки дежурный по станции давал команду на движение поезда. Впервые такой способ проверки маршрута с единого поста был применен в 1843 г. на Юго-Восточной железной дороге в Англии. Его преимуществом было сосредоточение функций обеспечения безопасности движения в руках одного человека, а недостатком, как и прежде - отсутствие контроля над его действиями со стороны технических устройств.

Указанный недостаток уже через несколько лет был устранен системой ключевой зависимости, при которой для открытия сигнала также требовался ключ, механически связанный с положением стрелочных ключей на специальном стативе (рис. 2). После подготовки маршрута и установки в аппарат необходимых стрелочных ключей становилось возможным изъятие сигнального ключа. Запирание стрелочных ключей на период отсутствия сигнального исключало разблокирование маршрута до закрытия семафора.

Примером станционной блокировки с нецентрализованным управлением стрелками является ключевая зависимость Мелентьева, впервые примененная в 1909 г. на станции Павловск II и долгое время повсеместно использовавшаяся на железных дорогах СССР. Маршрут готовился стрелочником по указанию дежурного по станции. После ручного перевода и запирания стрелок (рис. 3 и 4) ключи, фиксировавшие их положение, доставляли в аппарат стрелочного поста, расположенный в горловине станции. Получив информацию о подготовленном маршруте по телефону, дежурный по станции коммутировал цепи механизмов распорядительного и стрелочного постов. При этом блокировался перевод стрелок этого и враждебных маршрутов и освобождалась сигнальная рукоятка. Поворот этой рукоятки позволял стрелочнику изъять ключ от сигнальной лебедки семафора и открыть сигнал.

Впоследствии, с развитием систем автоматики, понятие «блокировка» стало больше тяготеть к перегонным системам, а при описании работы станционных устройств стали чаще использовать термин «замыкание».

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СТАНЦИОННЫХ СИСТЕМ

В 1856 г. англичанин Саксби совместил на посту сигнализации, централизации и блокировки удаленное

управление объектами с зависимостью между положениями стрелок и показаниями сигналов. Через четыре года инженеры Саксби и Фармер основали фирму «Saxby & Farmer», которая производила и поставляла посты механической централизации для железных дорог Англии, а затем и Европы. Первая механическая централизация в Германии была выпущена по ее лицензии и установлена в 1868 г. на станции Бёрсум возле Брауншвейга. Участвующие в ее отладке и пуске в эксплуатацию немецкие инженеры Шнабель и Хенниг стали впоследствии создателями нового поколения устройств централизации. Внешний вид систем управления механическими централизациями представлен на рис. 5. В царской России применялись механические централизации как с жесткими, так и гибкими тягами. В1884 г. на станции Саблино была введена в эксплуатацию первая российская система, автором которой являлся профессор Я.Н. Гордеенко.

Преимущество таких систем заключается в простоте и долговечности оборудования. Например, на железных дорогах Германии каждый четвертый из ныне действующих постов является механическим, многим из которых уже более ста лет. Не меньше их используется до сих пор и в США. Однако в СССР они не получили широкого распространения, и преобладавшие тогда нецентрализованные устройства быстро заменили на более современные электромеханические, а затем и реле' rel='nofollow' class='nuwiki_new_link'>релейные системы централизации (рис. 6). На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - ручное управление, 2 - механическая централизация, 3 - релейная, 4 -микропроцессорная централизация.

Механические централизации требовали приложения значительной физической силы к управлению стрелками и сигналами и имели ограничения по управлению удаленными объектами от поста централизации: до 800 м для стрелок и до 1500 м для сигналов. Поэтому стали разрабатывать новые типы централизации, в которых зависимости сохранялись, а для управления объектами использовались вспомогательные источники энергии. Вначале был предложен гидравлический пост централизации фирмы «Schnabel & Henning», экспонировавшийся в 1873 г. на Всемирной выставке в Вене. Уже через несколько лет такие посты централизации получили широкое распространение в Европе.

С 1883 г. на железных дорогах США стали устанавливать пневматические системы централизации американской фирмы «Westing-house». Впоследствии они получили широкое распространение и в Европе. Главной проблемой при их внедрении в странах Старого света были более высокие требования безопасности, соответствующие европейским критериям. Первый пневматический пост централизации был установлен в 1898 г. на Большой Восточной железной дороге в Англии, а два года спустя - в Германии, недалеко от Дюссельдорфа.

Электромеханический пост системы Тейлора появился в 1891 г. в США. В этом же году на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне фирма «Siemens & Halske» экспонировала разработанный для европейских железных дорог пост электромеханической централизации. В следующем году электрические стрелочные приводы для такого поста были испытаны на Венском железнодорожном узле, а в 1894 г. первый в Европе пост электромеханической централизации, с которого осуществлялось управление 25 стрелками и 11 сигналами, был принят в эксплуатацию на одной из станций в Чехии. В течение нескольких лет такие посты были установлены на крупных узловых станциях. В Англии первый пост электромеханической централизации был пущен в эксплуатацию в 1900 г.

На постах электромеханической централизации дежурный переводом рукояток, управляющих стрелочными приводами, задавал направление движения по станции. После завершения перевода стрелок (информа-

ция об их положении передавалась на пост посредством электрических сигналов) и механической проверки установленных зависимостей дежурный устанавливал маршрут и открывал сигнал (рис. 7). Для перевода стрелок нужно было механически повернуть рукоятку, которая блокировалась, если стрелка участвовала в маршруте.

На железных дорогах Франции применяли также посты электромеханической маршрутной централизации, в которых стрелки переводились в соответствии с маршрутом поворотом одной рукоятки. Такое техническое решение было прообразом современных устройств маршрутного набора и значительно сокращало время установки маршрута.

Разновидностью таких централизаций в СССР являлась система электрозащелочной централизации (рис. 8). На станции Харьков была смонтирована одна из крупнейших установок, позволившая маршрутизировать все маневровые передвижения и управлять 156 стрелками и 147 светофорами с одного поста. Эта система была удостоена в 1937 г. медали на выставке в Париже.

В США с 1920-х годов, а в СССР со следующего десятилетия получили распространение централизации, заменившие механические зависимости реле' rel='nofollow' class='nuwiki_new_link'>релейными. Первый релейный пост централизации в Советском Союзе был установлен в 1934 г. на станции Гудермес. Развитие релейных систем в Европе отставало. Так, полностью релейный пост централизации в Германии был пущен в эксплуатацию только в 1949 г. Развитие таких централизаций шло двумя путями. В СССР стали применяться реле первого класса надежности, с высокой степенью вероятности (1e10^-10~12) исключавшие залипание общего и фронтового контактов. Это позволяло без дополнительных проверок коммутировать ими ответственные цепи. Во многих европейских странах использовали более дешевые реле, а для фиксации отказов создавали сложные цепи проверок, невыполнение которых приводило релейные схемы в защитное состояние.

При создании электронных централизаций использовали полупроводниковую технику. Такие системы были распространены в СССР, ГДР и Японии. В нашей стране централизации с бесконтактным маршрутным набором вводились в эксплуатацию с 1964 г. В 1970-х годах часть реле' rel='nofollow' class='nuwiki_new_link'>релейных схем исполнительной группы пытались перевести на электронную элементную базу, но широко такие системы не применялись.

Совмещение современной микропроцессорной техники на уровнях управления поездной работой (где не существует понятие опасного отказа) с высоконадежными и безопасными релейными схемами в логике централизации и блоках управления напольными устройствами позволило создать гибридные релейно-процессорные централизации. Они расширили функциональные возможности систем электрической централизации и упростили передачу поездной информации на диспетчерский уровень. Такие централизации были распространены во Франции и России. В странах, где безопасность обеспечивали с помощью реле низших классов надежности, переходили от релейных систем сразу к микропроцессорным.

Применение компьютерной техники в конце прошлого столетия инициировало создание микропроцессорных централизаций (МПЦ), которые за последние годы стали приоритетными при внедрении на железных дорогах мира. В ряде стран ЕС доля управляемых этими системами напольных устройств уже превысила четверть их общего числа и с каждым годом увеличивается. Среди крупных стран только в СССР и США использовали диспетчерскую централизацию, управлявшую работой релейных постов станций. В большинстве стран Европы диспетчерское управление осуществлялось главным образом устными распоряжениями оператора, без средств технической поддержки. Внедрение МПЦ, позволяющей обмениваться информацией между станциями и диспетчерским центром по цифровому каналу, дало возможность перейти к полноценному диспетчерскому управлению линиями.

В настоящее время десятки фирм разных стран мира работают над созданием и развитием микропроцессорных централизации. Рассмотрим их общую структуру, а также основные проблемы при создании МПЦ и варианты решений, предложенные различными фирмами.

СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ

Функционально любая МПЦ делится на три уровня (рис. 9):

интерфейс с рабочими местами дежурного по станции, диспетчера и электромеханика СЦБ;

центральный процессор, исполняющий команды и осуществляющий необходимые зависимости и замыкания;

интерфейс с напольными устройствами СЦБ.

Если первый и второй уровни реализованы на микропроцессорной элементной базе, то система является микропроцессорной. Но в некоторых странах еще существует требование, чтобы увязка с напольными устройствами была выполнена на электронной основе.

Интерфейс системы с рабочим местом оператора обеспечивает его необходимой информацией о поездной ситуации (положении стрелок, сигналов, состоянии участков путей, переездов, установленных маршрутов) и исправности системы (электропитания, внутренних и внешних коммуникаций, напольных устройств), а также передает команды от оператора на центральный процессор. Территориально интерфейс располагается, как правило, вместе с центральным процессором и может быть его частью или отдельным узлом. Отображение поездной ситуации и передача команд оператора в центральный процессор во многих странах мира не считаются критичными по безопасности, поэтому этот уровень часто выполняется по принципу «1 из 2», т. е. при выходе из строя одного канала интерфейса управление передается на второй канал, находящийся в горячем резерве.

В ряде стран Центральной Европы к отображению поездной ситуации предъявляются более жесткие требования. В этом случае информация должна поступать на мониторы по двум независимым каналам. В МПЦ первых выпусков ответственные (регистрируемые) команды передавались отдельно от этого уровня с использованием специальных пломбируемых кнопок. В настоящее время такие команды передаются через интерфейс так же, как и обычные, однако требуют от оператора одно- или двукратного подтверждения их выбора.

Расстояние от интерфейса до рабочего места оператора может измеряться десятками километров, а при использовании современных волоконно-оптических средств связи оно становится практически неограниченным. Таким образом, без больших затрат реализуется удаленное управление малыми станциями с опорной станции, а также диспетчерское управление. Там, где отсутствуют специализированные линии связи, информация передается через общедоступные сети с применением дополнительной защиты от посторонних вмешательств. По этому принципу организовано диспетчерское управление на ряде региональных железнодорожных линий Германии. При этом основным условием для удаленного управления является наличие резерва линии при ее повреждении. Так, для диспетчерского управления участки линии волоконно-оптической связи могут располагаться в виде петли (рис. 10).

У каждого дежурного по станции и диспетчера устанавливают, как правило, два комплекта (основной и резервный) ПЭВМ со стандартным монитором, клавиатурой и мышью.

Центральный процессор во многих современных МПЦ организован по принципу «(2 из 2) или (2 из 2)», т. е. в работе непрерывно находятся два процессора, как правило, с диверсифицированным программным и аппаратным обеспечением, а также с раздельным питанием, которые при выдаче любой команды должны давать согласованные результаты. При обнаружении любого несоответствия управление незамедлительно переходит к другой паре, находящейся в горячем резерве. В других системах используется принцип «2 из 3», в котором выход из строя одного процессора локализуется исправной работой двух оставшихся.

Подобно реле' rel='nofollow' class='nuwiki_new_link'>релейным централизациям в МПЦ программную логику формируют в соответствии с таблицей маршрутов для малых станций или по географическому принципу для более крупных станций. Различия между принципами формирования в микропроцессорных централизациях не так очевидны, как в релейных. Для обеспечения безопасности движения поездов по перегонам в логике также используют раз-личные подходы. В основном предпочтение отдается традиционным принципам автоматической блокировки. В Центральной Европе на перегонах так же, как и в станционных системах, маршруты замыкаются и размыкаются.

Соседние посты централизации могут увязываться как на уровне центрального процессора, так и через интерфейс системы с напольными устройствами. При большом обмене информацией, например в случае увязки с соседней централизацией крупного транспортного узла, преимущество имеет первый способ, в других случаях проще организовать сопряжение через нижний уровень МПЦ.

Расстояние между центральным процессором и интерфейсом с напольными устройствами может измеряться десятками километров, что позволяет проектировать один пост централизации для нескольких, расположенных поблизости малых станций. Для связи второго и третьего уровней используются специальные модемы, а информация передается по двум независимым каналам. В некоторых системах, например Ebilock-950, связь между модемами организована в виде петли.

Интерфейс системы с напольными устройствами организован следующим образом. В большинстве современных МПЦ имеются как минимум три типовых платы, осуществляющие увязку между центральным процессором и напольными устройствами. В некоторых системах применяют интеллектуальные платы, самостоятельно переключающие управляемые объекты при возникновении каких-либо отклонений, например, при перегорании основной нити лампы светофора переключают на резервную. В других системах команды управления такими коммутациями выдаются центральным процессором.

Плата сопряжения со светофорами управляет включением огней, в том числе мигающих, с программируемыми временными параметрами импульсов и интервалов, контролирует состояние кабеля и ламп переключает режим «день-ночь», а при неисправности лампы переключает на резервную нить или на менее разрешающее сигнальное показание. Одна плата рассчитывается обычно на два светофора и управляет, как правило, шестью-восемью лампами накаливания или светодиодными модулями. Дальность управления светофорами может достигать 6,5 км.

Плата сопряжения со стрелочным приводом обеспечивает перевод стрелки в любое из двух положений, а также автоматический перевод в противоположную сторону (реверсирование), если стрелка за определенное время не достигает конечного положения. Кроме того, непрерывно контролирует положение стрелки и проверяет исправность жил кабеля. Как правило, на каждый стрелочный привод предусматривается отдельная плата. На некоторых железных дорогах, например США и России, спаренные стрелки могут переводиться и контролироваться одной платой. Но на большинстве железных дорог Европы принято использовать отдельный блок для каждой из спаренных стрелок. Таким образом, при неисправности одной из стрелок можно перевести спаренную и установить через нее маршрут, как правило, без открытия сигнала. Максимальное удаление стрелочного привода от платы в большинстве систем не превышает 5 км. В странах, где разрешается дублирование жил стрелочного кабеля, это расстояние может быть увеличено.

Плата сопряжения с реле' rel='nofollow' class='nuwiki_new_link'>реле управляет реле и съемом информации о положении его контактов, например, для увязки с аппаратурой рельсовых цепей или с другими релейными системами. Такая плата может быть организована как по одноканальной (в неответственных схемах), так и по двухканальной структуре (в схемах, отвечающих за безопасность движения поездов). Для контроля и управления реле первого класса надежности эти платы имеют обычно от восьми до двенадцати входов (выходов). Реле, увязанные с системой МПЦ, обычно располагаются в том же помещении, что и платы сопряжения. Кроме того, в некоторых системах применяются дополнительные платы для увязки с системой счета осей, управления переездами и др.

Кроме того, в некоторых системах применяются дополнительные платы для увязки с системой счета осей, управления переездами и др.

Итак, переход систем железнодорожной автоматики и телемеханики с начала нового века на микропроцессорную элементную базу расширяет функциональные возможности по управлению движением поездов, повышает показатели безотказности и безопасности систем. При этом обеспечивается архивирование всей технологической и диагностической информации, значительно снижаются габариты аппаратуры и, тем самым, уменьшается потребность в помещениях, сокращается количество ручных проверок и регулировок, а также улучшаются условия труда и повышается престиж нашей профессии.

ЛИТЕРАТУРА

1. История железнодорожного транспорта России и Советского Союза. Т. 2: 1917-1945 гг. СПб, 1997. -416 с.
2. История железнодорожного транспорта России. Т. I: 1836-1917 гг. СПб, 1994.-336 с.
3. Развитие автоматики, телемеханики и связи на железных дорогах / Б.С. Рязанцев, Д.А. Бунин, Н.З. Шацев, Н.М. Степанов; Под ред. Б.С. Рязанцева. - М.: Транспорт, 1986. - 279 с.
4. Stellwerks- und Blockanlagen. Kurt Uhlig 1954. Fachbuchverlag Leipzig. S. 203
5. Walter Jonas. Elektronische Stellwerke bedienen - der Regel-betrieb. Eisenbahn-Fachverlag, Heidelberg-Mainz, 2001. S. 296
6. Hans Fricke u. Klaus Pierick. Verkehrssicherung. Stuttgart: Teubner, 1990. S. 234.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin