Лекция 10. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ    СИГНАЛИЗАЦИИ

10.1. Назначение и принцип действия АЛС

 Согласно ПТЭ на  станциях, расположенных на участках, оборудованных АБ или АЛС, главные пути, пути приёма и отправления пассажирских поездов, а также приёмо-отправочные пути для безостановочного пропуска поездов должны быть оборудованы путевыми устройствами АЛС.

Тяговый подвижной состав (ТПС) является одним из ключевых элементов системы безопасности. Соблюдение скоростного режима ведения поезда и следование показаниям напольных светофоров в значительной степени определяют безопасность движения. Для этого на ТПС создается единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе – ЕКС (рис. 10.1).

ЕКС создается на базе [37] трех объединенных на программно-интерфейсном уровне систем: автоведения поезда (УСАВП), автоматического управления тормозами (САУТ-ЦМ), комплексного управления безопасностью (КЛУБ-У).

Рис.10.1 Структурная схема обеспечения безопасности на локомотиве

 

Кроме указанных на рис.10.1 приведены следующие обозначения: ТС КБМ – телемеханическая система контроля бодрствования машиниста; РПАД – регистратор параметров движения автоматический; УККНП – устройство корректировки координаты нахождения поезда; ЛИРУ – локомотивный индикатор и регистратор ускорений; КСД-Б – бортовая система диагностики; МАЛС – маневровая АЛС; ГАЛС – горочная АЛС.

Для обеспечения безопасности поезда в ЕКС должна быть передана информация о показании ближайшего напольного светофора, ограничении скорости, разрешении на отправление, в том числе при запрещающем показании светофора. Кроме того, в ЕКС следует передавать временные ограничения скоростей, другие предупреждения, требование немедленной остановки или остановки на станции, запрет управления и др. В перспективе в ЕКС следует передавать и график движения поезда, расстояние до ближайшего впереди идущего поезда, массу поезда и его длину и другую необходимую для ЕКС и машиниста информацию.

Локомотивные светофоры (ЛС) устанавливаются в кабине управления локомотива, мотор-вагонного поезда, специального самоходного подвижного состава  и дают сигнальные показания непосредственно машинисту и его помощнику или водителю дрезины и его помощнику. Согласно ПТЭ ЛС  должны давать показания, соответствующие показаниям путевых светофоров, к которым приближается поезд. При движении только по показаниям локомотивных светофоров, эти светофоры должны давать показания в зависимости от занятости или свободности впереди лежащих блок–участков (БУ).

Сигналы ЛС  имеют следующие сигнальные значения:

−    зеленый огонь - «Разрешается движение; на путевом светофоре, к которому приближается поезд, горит зеленый огонь»;

−    желтый огонь - «Разрешается движение; на путевом светофоре, к которому приближается поезд, горит один желтый огонь»;

−    желтый огонь с красным - «Разрешается движение с готовно­стью остановиться; на путевом светофоре, к которому приближается поезд, горит красный огонь»;

−    красный огонь загорается в случае проезда путевого светофора с красным огнем. При четырехзначной автоблокировке перед пред входным или другим станционным светофором с желтым мигающим огнем локо­мотивным светофором подается желтый огонь, чтобы поезд мог снизить заблаговременно скорость на двух блок-участках к светофо­ру с двумя желтыми огнями, или зеленый огонь (по соображениям ускорения пропуска пригородных поездов), если отклонение на боковой путь происходит далеко за светофором с двумя огнями.

−    белый огонь локомотивного светофора указывает, что хотя локомотивные устройства включены, но нет сигналов от путевых светофо­ров.

АЛС дополнятся устройствами безопасности, обеспечивающими контроль: установленных скоростей движения, самопроизвольного ухода поезда и периодической проверки бдительности машиниста [37]. В случаях потери машинистом способности управления локомотивом, указанные устройства должны обеспечивать автоматическую остановку поезда перед путевым светофором с запрещающим показанием.

Структурная схема АЛС приведена на рис.10.2. Система АЛС состоит из путевых устройств, служащих для формирования и передачи числовых кодов, и локомотивных устройств, принимающих и дешифрирующих кодовые сигналы и включающих огни ЛС.

 

 

Рис. 10.2. Структурная схема кодовой АБ и АЛСН

 

Контроль скорости может быть двух видов: плавный и ступенчатый. При плавном контроле непрерывно в каждый данный момент проверяется соответствие фактической скорости – заданной. Превышение скорости вызывает принудительную остановку поезда во избежание проезда закрытого светофора или светофора, требующего проследования с ограниченной скоростью [7, 30].

При ступенчатом контроле скорости допускаемая скорость сохра­няет на протяжении всего БУ одно значение, соответству­ющее сигналу светофора (рис.10.3). Приведение машинистом фактиче­ской скорости поезда в соответствие с допустимой скоростью на БУ может предусматриваться предварительно на предыду­щем БУ или на самом БУ после проследования путевого светофора и появления сигнала, требующего снижения скорости. В последнем случае, если фактическая скорость превыша­ет допустимую, то, чтобы не наступило из-за этого экстренное торможение, машинист должен привести в действие тормоза с требуемой интенсивностью торможения и с правом отпуска тормо­зов, когда фактическая скорость будет доведена до допустимой.

Рис. 10.3. Ступенчатый контроль скорости:

а – с предварительным снижением скорости; б – с контролем торможения; А – свободная зона с приведением скорости к допускаемой на следующем БУ; Б- зона превышения скорости

 

В случае отказа устройств на локомотиве машинист может вести поезд лишь со скоростью до 20 км/ч, наблюдая за свободностью пути в пределах прямой видимости, до ближайшей станции и далее отправляться только на свободные от поездов межстанционные перегоны.

Электрические сигналы локомотивной сигнализации, относящиеся к известным системам, строятся с применением различных методов селекции.

Для более ранних систем локомотивной сигнализации характерно применение электрических сигналов с одной несущей частотой, обычно промышленной, что объясняется ограниченными в период их создания возможностями элементной базы для местного генерирова­ния различных частот. К таким кодам относится числовой код (рис.10.4, а), применяемый в кодовой АБ и АЛС. Сигналы этого кода различаются между собой числом импульсов в кодовой комбинации, которая всей совокупностью импульсов и интервалов определяет соответствующее ей сообщение. Такое же использование одной несущей частоты характерно для импульсно-частотного кода (рис. 10.4, б).

Рис. 10.4. Виды кодов АЛС:

а – числовой; б – импульсно-частотный; в- частотный; г – комбинационно-качественный

Импульсно-частотный код характерен тем, что его электрические сигналы различаются частотой следования импульсов переменного тока несущей частоты. Частота следования импульсов составляет 75, 120, 180 и 270 имп/мин, и сигналы декодируются как имеющие частоту 1,5; 2,0; 3,0 и 4,5 Гц. Современные кодирующие и деко­дирующие элементы системы выполняются на бесконтактных эле­ментах.

В обеих системах электрические сигналы являются общими для РЦ и АЛС. Системы АЛС могут отличаться способом разделения электрических сигналов (кодовое, ча­стотное), видом модуляции (амплитудная, частотная, фазовая) или манипуляции и другими признаками.

10.2.  Путевые устройства АЛС

Путевые устройства АЛС [17, 19, 35] состоят из кодирующих устройств и рельсовой линии, по которой передаются электрические сигналы на локомотив. При этом имеется в виду, что РЦ - это датчик, с помощью которого непрерывно проверяется свободность от подвижного состава любой части контролируемого участка пути. При совмещении передача сообщений с пути на локомотив осуще­ствляется одним из следующих способов:

- теми же токами, которыми питаются непрерывные РЦ переменного тока;

- теми же токами, которые служат для передачи сообщений между сигнальными установками (кодовые РЦ);

- токами с частотой, отличной от частоты самой РЦ.

Подлежащие передаче сообщения о сигналах путевого светофора или о свободных впереди БУ формируются совместно с устройствами АБ и АЛС. Такое преобразование выполняют кодирующие устройства, в функции которых входят: выбор сообщения, соответствующего передаваемой информации; преобразование (кодирование) выбранно­го сообщения в кодовую комбинацию; преобразование кодовой комбинации в электрический сигнал, предназначенный для непосредственной передачи сведений по рельсовой линии на локомотив; автоматический запуск и передача электрических сигна­лов в рельсы во время прохода поезда.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к передаче сигна­лов на локомотив, состоят в следующем: сигналы, подаваемые ЛС, должны находиться в установленном соответствии с сигналами путевых светофоров. Посылка электриче­ских сигналов во входные, выходные стрелочные и путевые участки допускается лишь при условии, что поезд принимается или отправляется при открытом входном, маршрутном или выходном светофоре; движение по пригласительному сигналу соответствует проследованию закрытого светофора; посылка сигналов в приёмо-отправочные пути, оборудованные путевыми устройствами, производится незави­симо от установки маршрута.

Включение заградительного светофора перед переездом сопровождается прекращением передачи сигналов на локомотив. Перего­рание лампы на путевом светофоре, если предусмотрена смена сигнала на нем на более запрещающий, должна сопровождаться приведением электрического сигнала в рельсах в соответствие со сменой сигнала.

Совмещение путевых устройств АЛС с РЦ предусматривает:

−    защиту путевых реле от опасного и мешающего воздействия электрических сигналов локомотивной сигнализации;

−    согласование уровней токов АЛС с режимом работы РЦ;

−    возможность посылки сигналов АЛС с питающего или релейного или обоих концов РЦ, трансляции сигналов из одной РЦ в другую;

−    автоматическое восстановление действия кодированной РЦ по основному назначению после освобождения ее поездом, в том числе путей с двусторонним действием сигнализации, при случайном шунтировании или кратковременных перерывах питания во время перехода с основного на резервное и обратно;

−    необходимую и допустимую защиту от электрического износа контактов, которые коммутируют токи электрических сигналов АЛС;

−    средства против времен­ных и числовых искажений параметров комбинации сигналов при передаче.

10.3. Локомотивные устройства АЛС

К локомотивным устройствам относят локомотивные фильтр и усилитель. Фильтр настроен на частоту сигнального тока и не пропускает в усилитель токи других частот, а так же подавляет помехи от тягового тока. Усовершенствованный усилитель типа УК25/50 на полупроводниковых элементах, усиливает сигналы на частотах 25, 50 и 75 Гц. Основной элемент локомотивных устройств АЛСН – это дешифратор типа ДКСВ. С помощью дешифратора осуществляется: расшифровка числовых кодовых сигналов, принятых из РЦ; включение огней ЛС; смена огней ЛС  при поступлении кода другого огня с выдержкой времени 5 – 7 с; включение белого огня с выдержкой времени 15 с (при перерыве приёма кодовых сигналов продолжительностью не более 1,5 с показания на локомотивном светофоре не меняются); включение белого огня на локомотивном светофоре при прекращении приёма кода зелёного или жёлтого огня; включение на локомотивном светофоре красного огня при прекра­щении приема кода желтого огня с красным; включение на локомотивном светофоре белого огня вместо зеленого или желтого огня, или красного вместо желтого огня с красным при поступлении импуль­сов кодового сигнала без длинных интервалов, или непрерывного тока; контроль бдительности машиниста при однократном и многократном нажатии рукоятки бдительности для предотвращения действия автостопа; контроль скорости проезда путевого светофора с желтым или красным огнем с последующим включением автоторможения при превышении допустимой скорости проезда светофора.

В кабине машиниста установлены две рукоятки бдительности: основная и дополнительная. Расположение дополнительной рукоятки выбрано так, чтобы для её нажатия машинист вставал со своего рабочего места, это исключает возможность рефлекторного нажатия существующей основной рукоятки бдительности. В качестве дополнительной рукоятки бдительности используют кнопку ВК. Кнопка ВК используется для контроля бдительности при движении на запрещающие сигналы. Для выполнения автоторможения поезда используется электропневматический клапан ЭПК (рис. 10.2).

Так же к локомотивным устройствам относится скоростемер. Локомотивный скоростемер является измерительно-регистриру­ющим устройством, предназначенным для выполнения следующих функций: показание скорости движения, пройденного пути и суточного вре­мени; регистрация скорости движения, пройденного пути, суточного времени движения и стоянок, направления движения, сигнальных огней ЛС , положения устройств АЛС непрерывного действия, давления воздуха в тормозной системе (режима торможения) и состояния сис­темы автоматического управления тормозами; сигнализация о контролируемых скоростях.

Проверка бдительности машиниста с точки зрения выполнения требований разграничения необходима при приближении поезда к закрытому светофору и наиболее эффективна, как показала практи­ка, когда производится периодически, вступая в действие возможно реже лишь в случаях прямой в этом необходимости. Проверка бдительности производится однократно или периодиче­ски. Если рукоятка бдительности не будет нажата в течение 7 с начала предупреждения свистком, то это устройствами расценивается как потеря машинистом способности вести поезд, и устройства, воздействуя на тормозную систему поезда, автоматически останавливают поезд.

Периодическая проверка бдительности машиниста при локомотив­ной сигнализации производится через каждые 30 - 40 с в течение времени ее действия. При желтом огне с красным и красном огне периодическая проверка бдительности действует независимо от скорости движущегося поезда. Желтый огонь ЛС  вводит в действие периодическую проверку бдительности не всегда, а только тогда, когда скорость у поезда выше скорости V_ж, обычно равной скорости, установленной на данном участке для проезда всех проходных светофоров АБ с одним желтым огнем.

 

10.4. Система автоматического управления торможением поездов

Система автоматического управления торможением поездов с централизованным размещением аппаратуры (САУТ-Ц) предназначена для повышения безопасности движения и исключения проезда светофоров с запрещающими показаниями.

Система САУТ-Ц обеспечивает: контроль допустимой скорости с индикацией машинисту резерва скорости при движении по зеленому огню АЛСН, а в случае превышения этой скорости производить отключение тяги и служебное торможение до заданной скорости; контроль и регулирование скорости поезда служебным торможением при следовании на желтый сигнал путевого светофора в зависимости от длины и уклона БУ с учетом фактической эффективности тормоза поезда; проследовать путевой светофор с желтым показанием со скоростью определяемой в зависимости от длины и уклона следующего блок - участка на перегоне, а на станциях в зависимости от допускаемых скоростей движения по станционным путям; после проследования входного светофора станции и движении на закрытый выходной светофор система обеспечивает контроль и снижение скорости по входным станционным переводам, контроль и регулирование скорости по станционным путям и автоматическую остановку поезда служебным торможением перед запрещающим светофором на расстоянии 50 м с точностью 40 м.

Реализация перечисленных функций возможна при наличии информации на локомотиве о показаниях впереди лежащего, по ходу движения поезда, светофора, длине первого блок - участка, информации о втором блок - участке. Информация о показаниях светофора поступает от локомотивных устройств АЛСН, а о характеристиках блок - участков от путевых устройств САУТ. Система САУТ содержит комплекс путевых и локомотивных устройств.

Локомотивная аппаратура САУТ-Ц содержит две бортовые ЭВМ, пульт управления, табло с индикацией, датчики для измерения пройденного пути, скорости и направления движения, блок памяти путевых параметров всех участков перегонов, синтезатор речи, антенну для приема сигналов от путевых устройств.

При входе локомотива с приемной антенной САУТ в зону действия шлейфа на ее выходе появляется напряжение с частотой питающего генератора. Принятый сигнал будет присутствовать на выходе антенны в течение всего времени нахождения ее над шлейфом, что позволяет локомотивным устройствам САУТ рассчитать его длину а следовательно и длину БУ. С помощью длины шлейфа можно закодировать и другую необходимую для работы САУТ информацию. Конструктивно шлейф может иметь различные длины и перестраиваться с помощью устройств ЖАТ [19].

На рис.10.5 приведена схема расположения путевых устройств у предвходного светофора САУТ-Ц. Первый шлейф L_шл1 подключен к путевому генератору, работающему на частоте 19,6 кГц, и расположенному в релейном шкафу. Подключение генераторов к шлейфам выполнено с помощью кабельной линии, кабельных муфт (КМ) или трансформаторных ящиков (ТЯ) и путевых перемычек 1 – 4 из стального троса диаметром 5,5 мм. Крепление троса  осуществляется с помощью штепселя, забиваемого в отверстие шейки рельса. Первый шлейф передает информацию на локомотив о длине первого БУ.

Второй шлейф L_шл2  подключается к путевому генератору, работающему на частоте 27 кГц, и передает информацию о длине тормозного пути служебного торможения от входного светофора до места остановки локомотива. Длина отрезка L_I  информацию о спрямленном профиле  первого блок участка.

На выходе станции к шлейфу подключается программируемый генератор, который передает на локомотив информацию о номере перегона (присвоенном ему коде) и расстоянии от места установки генератора до первого перегонного светофора. По коду перегона локомотивные устройства САУТ выбирают из блока памяти информацию о всех его блок -участках. Границы блок - участков по ходу движения поезда на перегоне определяют устройства АЛСН.

Применение программируемых путевых генераторов на выходе со станций исключает необходимость установки генераторов у проходных светофоров на перегоне, что существенно сокращает расход кабеля и эксплуатационные расходы.

Наличие синтезатора речи на локомотивных устройствах САУТ-Ц позволяет информировать машиниста, в удобной для восприятия форме - голосом, о приближении к станциям, мостам и другим искусственным сооружениям. С помощью синтезатора речи осуществляется также контроль бдительности машиниста при смене показания АЛСН с зеленого на желтый, с желтого на красно-желтый.

10.5. Комплексное локомотивное устройство безопасности

Комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ) серийно внедряется на Российских железных дорогах с 1994 г. Оно выполнено на микропроцессорной базе (рис. 10.6) и имеет резервирование всех функциональных модулей. В состав устройства (рис. 10.7) входят следующие блоки:

−    блок электроники (БЭЛ), предназначенный для приема сигналов от приемных катушек (ПК) и датчиков пути и скорости (ДПС) и для обработки и выдачи информации;

 

Рис.10.6. Внешний вид аппаратуры КЛУБ

 

 

Рис.10.7. Структурная схема аппаратуры КЛУБ

 

−    локомотивный блок индикации (БИЛ), отображающий сигналы АЛС, параметры движения поезда по информации от блока БЭЛ, звуковую и световую индикацию и др.;

−    блок коммутации (БК), служащий для обработки сигналов от датчиков и подключения к БЭЛ периферийных устройств;

−    блок ввода и диагностики БВД, для тестирования аппаратуры перед поездкой с целью выявления скрытых повреждений.

КЛУБ обеспечивает:

−    прием информации из канала АЛСН;

−    измерение и индикацию фактической скорости движения;

−    формирование допустимой скорости движения и ее индикацию;

−    контроль скорости движения и торможение при превышении допустимой скорости;

−    контроль торможения перед светофором с запрещающим сигналом;

−    контроль бдительности машиниста;

−    исключение самопроизвольного  (несанкционированного) движения;

−    регистрация параметров движения в электронной памяти;

−    исключение несанкционированного выключение ЭПК;

−    учет категории поезда, типа тяги и длинны БУ;

−    информирование машиниста о показаниях светофоров, числе свободных БУ, фактической скорости с точностью до 1км/ч и допустимой скорости на данном участке, о текущем времени, координатах местоположения локомотива при помощи спутниковой навигации, соблюдении графика движения поездов и пр.

Клуб имеет модульную структуру, в которой равноправные независимые модули взаимодействуют друг с другом посредством системной шины. Языком программирования для КЛУБ выбран язык С. Программное обеспечение системы представляет собой совокупность независимых последовательному интерфейсу типа CAN.

10.6. Заключение

Благодаря непрерывной передаче сигналов на локомотив, что является эксплуатационным признаком, локомотивная сигнализация облегчает условия труда машиниста и повышает безопасность движения поездов. Сигналы, будучи воспроизведенными, на локомо­тиве, легко и безошибочно воспринимаются и осознаются машини­стом, что дает ему возможность уверенно вести поезд в любых условиях, даже при плохой видимости сигналов, подаваемых путевы­ми светофорами, что, несомненно, повышает безопасность движе­ния.

Поскольку существующие системы получили полное, совместное с АБ распространение на всей сети железных дорог, в дальнейшем на участках с многозначной локомотивной сигнализа­цией будет иметь место действие одновременно и существующей системы (АЛСН, АЛС-ЕН), а также микропроцессорные системы (КЛУБ, САУТ, ТС КБМ). Локомотивы с много­значной сигнализацией в свою очередь, будучи оборудованными обеими системами, способны обращаться и на участках с локомотив­ной сигнализацией числового кода. Кроме того, на участках с многозначной локомотивной сигнализацией при прекращении приема частотных сигналов происходит автоматический переход на прием сигнала числового кода, что особенно важно для участков, где локомотивная сигнализация будет выполнять роль основного сред­ства сигнализации и связи при движении поездов.