[Статья] Инновации в управлении технологическим процессом железнодорожной станции

[Admin]

Инновации в управлении технологическим процессом железнодорожной станции

ВОпросы необходимости интеграции системы Маневровой автоматической локомотивной сигнализации (МАЛС) в управление технологическим процессом железнодорожной станции с подробной информацией о задачах, решаемых данной системой, рассматривают в своей статье ее авторы: генеральный директор ОАО «НИИАС» д.т.н. С.Е. Ададуров, первый заместитель генерального директора ОАО «НИИАС» д.т.н. Е.Н. Розенберг, заместитель начальника отделения комплексной оптимизации управления станционными процессами ОАО «НИИАС» к.т.н. А.Г. Савицкий.

Управление технологическим процессом железнодорожной станции в настоящее время характеризуется значительным разнообразием автономно функционирующих систем, ориентированных преимущественно на информационное обеспечение оперативных работников, связанных между собой проводными или беспроводными каналами технологической связи для передачи речевых сообщений.

Последовательность выполнения технологических операций, формирование и исполнение команд управления обеспечивается должностными цепочками, включающими 3–4-х исполнителей.

Например, в управлении маневровой работой, как правило, участвуют 4 человека: ДСЦ – маневровый диспетчер, ДСП – дежурный по станции, составитель и машинист маневрового локомотива. Достаточно длинная цепочка управления, объединенная речевыми каналами связи, приводит к негативным последствиям, включая снижение уровня безопасности по сравнению, например, с поездной работой, и низкую эффективность использования маневровых локомотивов, что выражается в суммарном времени их простоя и малой скорости движения.

Анализ аварийных ситуаций, возникающих на станциях при выполнении маневровой работы, указывает на «человеческий фактор» как причину возникновения практически всех нарушений. Неправильное восприятие команды, перепутывание машинистом сигнала, разрешающего движение, или направления движения, субъективная оценка составителем расстояния до стоящих вагонов – вот неполный перечень причин, приводящих к повреждению вагонов, локомотивов, грузов, взрезу стрелок, боковым ударам и т.п. происшествиям.

Решение многих из перечисленных вОпросов лежит в области формализации и автоматизации управления маневровым локомотивом, минимизации влияния «человеческого фактора», т.е. совпадает с задачами решаемыми системой Маневровой АЛС, главные из которых:

– обеспечение безопасности маневровой работы, выполняемой маневровыми локомотивами в горизонтальных парках станции и на сортировочной горке;

– повышение эффективности использования маневровых локомотивов;

– создание информационной платформы для оптимизации управления технологическим процессом на станции.

Поставленные задачи реализуются путем:

– управления маневровыми локомотивами по радиоканалу передачи данных с использованием средств спутниковой навигации;

– организации контроля за перемещением локомотивов и вагонов по станции;

– мониторингом функционирования устройств системы, приборов СЦБ, действий маневровых бригад и дежурных по станции.

Технические средства системы МАЛС включают в себя станционные устройства и бортовую аппаратуру, а также пульт составителя.

Оперативно-диспетчерский уровень станционных устройств МАЛС представлен автоматизированными рабочими местами дежурного по станции (ДСП) и сортировочной горки (ДСПГ), маневрового диспетчера (ДСЦ), начальника станции (ДС), а также контрольно-диагностическими рабочими местами электромеханика дистанции сигнализации, централизации и блокировки (АРМ ШН) и техника-расшифровщика скоростемерных лент локомотивного депо.

Взаимодействие системы МАЛС с устройствами маршрутно-релейной централизации осуществляется путем матричного съема информации с «сухих» тройников приборов ЭЦ. Взаимодействие с микропроцессорными или релейно-процессорными централизациями осуществляется циклически по дублированным каналам связи посредством согласованных протоколов. Кроме того, АРМ ДСП МАЛС при интеграции с МПЦ заменяется объединенным информационным табло, на котором одновременно отображается информация МПЦ и МАЛС.

Станционные устройства МАЛС функционируют следующим образом. Опрос устройств ЭЦ организован циклическим с периодичностью для МРЦ не более 300 мс и МПЦ (РПЦ) не более 1 с.

Информационное взаимодействие бортовых и станционных устройств в системах передачи данных, на базе радиомодемов УКВ диапазона организовано также циклически с периодичностью не более 2-х секунд.

В начале каждого цикла станционные устройства посылают широковещательную телеграмму, которая содержит информацию для всех локомотивов, зарегистрированных в системе управления. Затем каждое бортовое устройство в выделенном интервале времени передает на станцию контрольную информацию в порядке, соответствующем порядковому номеру команды для него в телеграмме станционных устройств.

При появлении в зоне контроля и управления Маневровой АЛС нового, оборудованного БА МАЛС локомотива, он по запросу станционных устройств вводится в систему с присвоением порядкового номера. Позиционируется с учетом данных ЭЦ и спутниковой навигации и после этого включается в контур управления системы.

На мониторе у машиниста отображается маршрутное задание, допустимое и фактическое значение скорости и текущая длина маршрута, а на мониторах станционных АРМов системы индицируется местоположение данного локомотива и параметры его движения.

Телеграмма маршрутного задания, поступающая от станционных устройств в бортовой контроллер по радиоканалу, содержит наименование элементов, определяющих границы маршрута (литер Светофора или номер пути) и описание всех элементов маршрута: изолированных секций, стрелок, светофоров, включая длины секций, уклоны и допустимые скорости на секциях согласно ТРА станции. На основании полученной информации бортовой контроллер определяет параметры движения:

– назначение – литер светофора или номер пути в конце маршрута;

– длину маршрута как суммарную длину входящих в него участков в метрах с учетом координаты светофора с запрещающим показанием, количество свободных участков и допустимую скорость движения.

Таким образом, база данных для формирования и реализации маршрутных заданий поддерживается только станционными устройствами, что автоматически обеспечивает идентичность информации на станции и локомотиве. При обслуживании одним локомотивом нескольких станций гарантировано получение маршрутного задания от станции, в зоне управления которой находится локомотив, без процедуры адаптации бортовых устройств с участием человека.

Для горочных маршрутов дополнительно определяется режим движения: основной, предварительный или попутный надвиг или роспуск.

Допустимая скорость движения на маршруте приравнивается к меньшему значению технологических скоростей изолированных секций, занимаемых в текущий момент маневровым составом. Дополнительные ограничения на скорость движения могут вводиться дежурным по станции со своего АРМа или определяться порядком движения маневрового состава:

– 40 км/ч – движение локомотивом вперед;

– 25 км/ч – движение вагонами вперед.

Порядок движения маневрового состава может устанавливаться машинистом путем ручного ввода с клавиатуры блока вычислительного или системой – в момент занятия составом изолированной секции. Сравнение координаты пересекаемого изолированного стыка с координатой локомотива, определяемой устройствами спутниковой навигации, позволяют уточнить местоположение локомотива впереди или сзади состава.

До решения этого Вопроса, при отсутствии директивы машиниста, задается меньшее, из допустимых значений скорости, например 25 км/ч.

В ряде случаев, например, при надвиге состава первоначальная координата головы состава неизвестна, поэтому длина маршрута вычисляется как суммарная длина свободных участков и отсчет текущей длины начинается с занятия первого свободного по маршруту участка.

Таким образом, безопасность реализации маневрового маршрута до сигнала или в тупик обеспечивается контролем текущей длины маршрута и допустимой скорости движения.

В режиме «ручного управления», когда состав ведет машинист, на бортовой монитор дополнительно выводится информация о следующем допустимом значении скорости и расстояние до его изменения. А само изменение значения допустимой скорости сопровождается звуковым сигналом. Угроза превышения допустимой скорости более чем на 2 км/ч приводит к автоматическому включению системой вспомогательного прямодействующего тормоза по ступеням давления, с разбором тяги. После достижения допустимой скорости тормоза отпускаются автоматически и разрешается набор тяги. Если после включения прямодействующего тормоза скорость продолжает расти, то включается приставка ПЭКМ 485, которая осуществляет полное служебное торможение до остановки состава. При необходимости блок вычислительный МАЛС формирует команду на обесточивание катушки ЭПК, приводя в действия устройства экстренного торможения.

С приближением к границе маршрута управление скоростью движения осуществляется по тормозной кривой, рассчитываемой бортовой аппаратурой МАЛС и обеспечивается машинистом при ручном управлении, или, при угрозе нарушения тормозной кривой, автоматическим служебным и экстренным торможением, при этом ЭПК обесточивается с упреждением, учитывающим инерционность работы штатных приборов «автостопа». Инерционность последнего делает его применение для маневровой работы неэффективным. Поэтому, если состав останавливается до начала экстренного торможения, цепь ЭПК автоматически восстанавливается.

В режиме «телеуправления», когда определение скоростного режима движения маневрового состава и его реализация выполняется бортовой аппаратурой системы управления, ее функции дополняются расчетом заданной скорости, значения которой учитывают особенности изменения ее допустимого значения, и возможности управления мощностью дизеля, включая ступенчатое управление позициями контроллера локомотива и плавное управление током независимой обмотки возбуждения генератора.

Для режима роспуска на сортировочной горке заданное значение скорости роспуска рассчитывается контроллером вершины горки КСАУСП по данным сортировочного листка и параметрам спускной части горки и вводятся в станционные устройства МАЛС по согласованному интерфейсу.

Риски проезда светофора с запрещающим показанием, возникающие при реализации функции МАЛС, обусловлены неправильной оценкой: расстояния до конца маршрута, значения скорости движения или несвоевременным получением команды на остановку.

Команда на остановку формируется и реализуется системой автоматически, помимо ранее рассмотренных случаев:

– при скатывании локомотива, т.е. при самопроизвольном движении при разобранной тяге и скорости более 1 км/ч;

– при перекрытии светофора, разрешающего движение;

– при получении команды принудительной остановки от дежурного по станции или составителя.

В двух последних случаях несвоевременность может вызываться сбоями в работе системы передачи данных или бортовых устройств МАЛС. Поэтому в системе предусмотрен ключ безопасности, вызывающий обесточивание катушки ЭПК при программном сбое в работе бортовой аппаратуры или неполучении информации по радиоканалу в течении 3-х циклов подряд.

Оценка скорости и направления движения осуществляется в системе МАЛС с помощью 2-х двухканальных датчиков импульсов, расположенных на разных осях локомотива, и по данным спутниковой навигации. Погрешности боксования и юза учитываются путем выбора меньшего значения при наборе скорости и большего при торможении.

Более сложно решается вопрос с контролем текущей длины маршрута. Первоначально установленная длина корректируется в моменты занятия изолированных секций. Однако эти моменты могут восприниматься с запаздыванием, обусловленным несвоевременным срабатыванием рельсовых цепей (потеря шунта), временем обработки сигнала от путевого приемника в МПЦ или РПЦ, или потерями телеграмм при радиообмене.

Все эти случаи рассмотрены в системе и разработаны методы их парирования. Они основаны на применении точных (до 1,5м) дифференциальных методов спутникового позиционирования локомотива, создании на этапе проектирования цифровой модели путевого развития станции, включающей измеренные с высокой точностью спутниковые координаты изолированных стыков, светофоров и предельных столбиков, остряков и центров стрелочных переводов, а также длин изолированных секций, передаче на станционные устройства графиков пройденного работающими в системе локомотивами пути за последние 10 сек.

Точность отслеживания местоположения маневрового состава на маршруте основана на параллельном функционировании в системе МАЛС трех систем измерения.

Первая измеряет путь, пройденный маневровым составом по показаниям датчиков импульсов системы, установленным на локомотиве.

Вторая оценивает пройденный путь по изменению координаты локомотива на цифровой модели путевого развития станции, измеренной по показаниям дифференциальной системы спутникового позиционирования.

В отличии от первых двух систем, функционирующих на базе бортовых устройств МАЛС, третья система работает на базе станционных устройств МАЛС и оценивает положение границ маневрового состава по моментам занятия и освобождения изолированных секций маршрута. Ее точность пропорциональна времени запаздывания информации, поступающей в систему МАЛС от приемников рельсовых цепей (в случае МРЦ) или устройств МПЦ (РПЦ).

Поэтому считаем целесообразным ограничить время задержки систем МПЦ и РПЦ на восприятие и передачу сигналов занятия и освобождения изолированных секций временем 1 сек.

Определенная специфика существует при реализации маршрутов на занятый путь, достаточно часто встречающихся при маневрах. Информация о таком маршруте отображается на мониторе машиниста с указанием номера пути с надписью: «на занятый путь» вместо литеры сигнала.

В этом случае координата стоящих на пути вагонов, как правило, неизвестна, что в значительной мере влияет на длину маршрута и скоростной режим движения маневрового состава.

Из соображений оптимизации соотношения показателей безопасности и эффективности маневровой работы в системе МАЛС принят следующий алгоритм функционирования при маршруте на занятый путь.

На мониторе машиниста появляется комментарий «контроль вагонов» красного цвета. Если машинист не берет на себя ответственность за реализацию такого маршрута, то система ведет его по скоростной кривой с остановкой перед вступлением на занятый путь. А после остановки разрешает движение по нему со скоростью не более 5 км/ч. Такой подход обеспечивает безопасное соударение маневрового состава с вагонами, стоящими на занятом пути, но в случае значительного расстояния до них снижает эффективность маневров.

Поэтому машинист с помощью клавиатуры блока вычислительного может сформировать команду о «контроле вагонов», тогда цвет надписи «контроль вагонов» на мониторе с красного меняется на зеленый и маневровому составу разрешается движение по занятому пути со скоростью не более 20 км/ч без остановки перед вступлением на него.

Недостаточность такого подхода, с точки зрения безопасности маневров и сохранности вагонов, компенсируется разработкой дополнительного алгоритма для случаев, когда вагоны на путь ставит локомотив, оборудованный аппаратурой МАЛС. Тогда в процессе выполнения маневровой работы осуществляется измерение длины маневрового состава как пути, пройденного локомотивом между моментами занятия и освобождения смежных изолированных секций или одной изолированной секции за вычетом ее длины. Как правило, несколько выполненных измерений с одним маневровым составом позволяют определять его длину с точностью до 5–7 м. Далее после остановки состава на пути фиксируют координаты его границ, а после выезда локомотива с этого пути определяют длину выехавшего состава и границы оставленных вагонов. При таком алгоритме функционирования движение на занятый путь может быть приравнено к движению на закрытый сигнал.

Последним видом маршрута, часто встречающимся при маневрах, является движение под запрещающее показание светофора. Информация об этом маршруте также отображается на мониторе машиниста.

Данная команда, разрешающая проехать светофор с указанием его литеры, формируется ДСП с АРМ МАЛС или в случае интеграции с МПЦ станционными устройствами МАЛС с проверкой, что секции за светофором с закрытым показанием замкнуты в маршруте и свободны. (Например на ст. Автово Октябрьской ж.д., оборудованной системами ЭЦ-ЕМ и МАЛС, ДСП для задания такого маршрута применяют команду искусственного замыкания стрелок в маршруте).

На мониторе машиниста локомотива, в этом случае, появляется соответствующая команда «под запрещающий» с указанием литера светофора, который разрешается проехать. Далее состав может ехать по заданному маршруту обычным порядком или будет остановлен у следующего светофора. После вступления состава на последний участок перед закрытым светофором на локомотивном светофоре МАЛС вместо белого огня загорается сигнал КЖ, предупреждая машиниста о скором завершении маршрута.

Непрерывный контроль координаты «головы» состава и скоростного режима позволяет повысить эффективность маневровых операций. Например, реализовать режимы основного, предварительного или попутного надвига составов с переменной скоростью, сокращая время доставки вагонов на вершину горки с соблюдением требований безопасности.

В системе МАЛС предусмотрены технические решения, повышающие безопасность составителя при производстве маневров. Они реализованы на базе интеграции бортовых устройств МАЛС и системы «СПОМ». Для этого изменено назначение кнопки составителя системы «СПОМ», каждое нажатие которой либо разрешает, либо запрещает движение локомотива. Состояния тройника релейного элемента на выходе локомотивных устройств «СПОМ» заведены в бортовой контроллер МАЛС. После стандартной процедуры регистрации, выполняемой машинистом и составителем в начале смены, составитель разрешает или запрещает локомотиву движение, о чем оба получают «речевую команду» по каналам технологической связи. В случае запрещения движения локомотив ставится на тормоза с разбором тяги автоматически. Получение такой команды при движении локомотива приводит к служебному и экстренному торможению.

В процессе функционирования устройств МАЛС его УВК регистрирует и архивирует текущую технологическую ситуацию, протоколы взаимодействия отдельных устройств системы между собой и с внешними устройствами.

Наиболее востребованными являются протоколы взаимодействия с системами МРЦ (опрос матрицы контактов) и МПЦ, работы радиоканала передачи данных) и скоростного режима движения локомотивов.

Технические средства системы МАЛС предусматривают просмотр протоколов с АРМ обслуживающего персонала СУ МАЛС или АРМ удаленного мониторинга в диагностическом центре дороги и в офисе разработчиков, скоростемерных лент с АРМ техника-расшифровщика скоростемерных лент локомотивного депо.

Диагностические протоколы позволяют проанализировать в реальном режиме времени действия станционных и локомотивных устройств, включая работу приборов СЦБ, скорости движения локомотива и действия ДСП и машиниста за выбранный период времени.

Вопросы повышения безопасности являются не единственными преимуществами внедрения системы МАЛС на железнодорожных станциях, в том числе сортировочных.

Система МАЛС способна также существенно повысить эффективность маневровой работы, создать информационную платформу автоматизации решения задач планирования и отчетности работы станции.

Поэлементный анализ маневровых операций позволяет утверждать, что:

– информированность машиниста о текущей длине и допустимой скорости движения маневрового состава способствует повышению скорости реализации маневрового маршрута;

– информированность ДСП о местоположении локомотива и ходе выполнения маневров сокращает время ожидания следующего маршрутного задания;

– визуализация и протоколирования маневровой работы мобилизует машиниста и составителя на улучшение показателей, при этом исключаются непроизводственные расходы времени и дизельного топлива;

– информированность маневрового диспетчера и начальника станции о текущем местоположении локомотивов и выполненных ими операциях стимулирует улучшение организации маневровой работы и эффективности использования локомотива.

Следует также отметить, что интеграция системы МАЛС с широко применяемыми на западе системами радиодистанционного управления локомотивами с носимого пульта машиниста-составителя позволит в ряде случаев сократить маневровую бригаду до одного человека, т.к. решает вопрос автоматического управления локомотивами на маршруте. За машинистом-составителем сохранятся только функции прицепки/отцепки закрепления и снятия закрепления составов.

В 2009 г. система МАЛС была включена в постоянную эксплуатацию на ст. Солнечная Московской ж.д. В 2010 г. системой МАЛС оборудована припортовая ст. Автово Октябрьской ж.д. в интеграции с МПЦ типа ЭЦ-ЕМ, два маневровых района этой станции и 5 работающих там маневровых локомотивов будут оборудованы в 2011 году.

Продолжаются работы по оборудованию системой горочной АЛС, аналогичной по функциональному составу МАЛС, сортировочной станции Орехово-Зуево Московской ж.д.

Ведется проектирование МАЛС на Олимпийских объектах, ст. Отрожка и ст. Елец Юго-Восточной ж.д.

Востребованность МАЛС подтверждена распоряжением ОАО «РЖД» «О тиражировании Маневровой автоматической локомотивной сигнализации» № 1253р от 9.06.2010 г., согласно которому при подготовке инвестиционных заявок строительства и реконструкции станций с маневровой работой железные дороги и причастные департаменты должны в обязательном порядке предусматривать включение в проекты мероприятий и оборудование, необходимое для функционирования системы МАЛС, в том числе для оснащения локомотивов.

Утвержден перечень станций, подлежащих первоочередному оборудованию системой МАЛС, среди которых 9 крупных сортировочных станций, включая ст. Челябинск-Главный и ст. Карталы Южно-Уральской ж.д., ст. Кинель Куйбышевской ж.д., ст. Бекасово-Сортировочное Московской ж.д., ст. Тайшет Восточно-Сибирской ж.д., ст. Свердловск-Сортировочный и ст. Пермь-Сортировочный Свердловской ж.д., ст. Карымская Забайкальской ж.д., ст. им. Горького Приволжской ж.д.