Перспективы развития отечественных систем железнодорожной автоматики и телемеханики

Системам железнодорожной автоматики и телемеханики принадлежит особая роль в обеспечении безопасности движения поездов. На сети железных дорог ОАО «РЖД» в основном эксплуатируются релейные системы электрической централизации и маршрутно-релейные системы централизации различных модификаций, введенные в действие в основном в период 1965—1985 гг и построенные на основе реле первого класса надежности для малых и крупных станций. Внедрение микропроцессорных устройств осуществляется в недостаточных объемах — из более чем 5 тыс. станций системами микропроцессорной электрической централизацией оборудовано около 60, из 128 тыс. стрелок ЭЦ только 1,6 тыс. — управляются МПУ

Как показывает мировая практика, перспективным решением для повьппения безопасности движения поездов и увеличения пропускной способности дороги является применение современных микропроцессорных систем централизации и автоблокировки, в первую очередь — на основных транспортных направлениях. К основным преимуществам микропроцессорных систем централизации, по сравнению с релейными системами, относятся более высокий уровень надежности, наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля, сокращение капитальных вложений и эксплуатационных затрат, ощутимые улучшения условий труда эксплуатационного персонала. Кроме того, возможность микропроцессорных систем протоколировать и архивировать информацию позволяют определять виновного и способствуют повышению производственной дисциплины и ответственности работников. Аналогичные выводы можно сделать и при рассмотрении систем интервального регулирования движения поездов на перегонах.

Применение систем автоблокировки с централизованньш расположением аппаратуры в свое время было прогрессивным решением, так как предполагало сокращение затрат времени и средств на обслуживание и восстановление аппаратуры после ее отказа по сравнению с системами, основанными на децентрализованном (на границах блок-участ-ков) расположении аппаратуры. При этом значительное увеличение стоимости системы за счет применения кабельных цепей, низкая их надежность, подверженность воздействию человеческого фактора (вандализма), да и необходимость обслуживать элементы рельсовых цепей, находящиеся на перегонах (дроссель-трансформаторы, соединители, переездные устройства), не останавливало сторонников централизованных систем АБ. Необходимо учесть также, что преимущества централизованной АБ получались при ее сравнении с системами устаревших типов (числового кода, АБТ), имеющих низкую надежность, а следовательно, недостаточную эксплуатационную готовность, что и приводило к большим затратам на их эксплуатацию.

Единственное преимущество систем АБ с централизованным размещением аппаратуры — простота обслуживания устройств, размещенных в помещениях на станциях. Но это преимущество практически сводится к нулю из-за высокой стоимости строительства системы, отказами кабельных линий, элементов рельсовых цепей, ламп светофоров, что требует постоянного обслуживания устройств, измерения и регулирования их параметров, а, следовательно, частого присутствия обслуживающего персонала на перегоне. Кроме того, при отказах устройств движение прекращается на всем перегоне, а не на отдельном блок-участке, что ведет к значительным задержкам поездов.
Необходимо отметить, что в ETCS первого и второго уровней не используются системы интервального регулирования движения поездов на перегонах с централизованным размещением аппаратуры из-за их высокой стоимости и низкой эксплуатационной надежности.
Современные микропроцессорные системы АБ с децентрализованным расположением аппаратуры решают эти проблемы. Они имеют резервированную аппаратуру расположенную в непосредственной близости от контролируемых элементов пути и проходных светофоров, содержат встроенные устройства диагностики и контроля состояния, не требуют кабельных линий для рельсовых цепей и светофоров, соединяющих их со станционной аппаратурой, позволяют осуществлять как децентрализованное, так и централизованное, увязанное с графиком и скоростью движения поездов и системами автоведения, управление. Появляется реальная возможность применения светодиодной оптики в проходных светофорах, что исключено в централизованных системах без установки дополнительного оборудования на самих светофорах.

Существуют другие способы определения координаты поездов (сво-бодности или занятости участков пути). В первую очередь необходимо говорить об устройствах счета осей, нашедших широкое применение на зарубежных железных дорогах и показавших положительные результаты их применения. Такие устройства, пока ограниченно, применяются и на отечественных железных дорогах. Достоинствами метода счета осей являются:

• — сравнительно низкая стоимость аппаратуры и линий передачи информации (сравнимая со стоимостью одного комплекта аппаратуры рельсовой цепи);
• — возможность резервирования аппаратуры, включая датчики прохода осей;
• — возможность определения направления движения поезда, а в некоторых типах устройств — и скорости его движения;
• — возможность применения на участках с различной интенсивностью и скоростью движения поездов.

Однако, при сохранении принципов организации движения поездов, принятых на железных дорогах России, эффективность устройств счета осей снижается из-за отсутствия контроля целостности рельсового пути (контрольного режима рельсовых цепей), невозможности реализации канала АЛС без дополнительных средств, повышения стоимости оборудования участка при интенсивном движении. Поэтому метод счета осей может быть рекомендован для малодеятельных участков, причем как дня контроля состояния перегонов, так и для контроля отдельных элементов станционного путевого развития, с обязательным добавлением к ним каналов передачи сигналов АЛС (природа их может быть любой: рельсовые или другие индуктивные каналы, точечные датчики, радиоканал и др.). Не исключается и применение метода счета осей в качестве резервной системы дня высокоскоростных линий при соответствующем техническом и экономическом обосновании. Могут счетчики осей применяться для идентификации поездов, в устройствах контроля технического состояния подвижного состава, для извещения о приближении поезда к местам опасности (например, к переезду), и в других аналогичных случаях при решении локальных задач.

Второй способ определения координаты поезда — это использование методов и средств спутниковой навигации. При всех соблазнительных качествах необходимо иметь в виду что в настоящее время полное их использование сомнительно по следующим причинам:

• — точность определения координаты места расположения приемника сигналов спутниковой навигации недостаточна для решения всех задач интервального регулирования движения поездов на перегонах и управления движением на станциях;
• — требования безопасности движения поездов, предъявляемые к устройствам определения свободности и занятости участков пути, не выполняются и не могут выполняться устройствами спутниковой навигации, в том числе и по экономическим причинам;
• — применение методов спутниковой навигации позволяют определить координату расположения приемника, т.е. одной точки поезда, например его головы, для определения координаты поезда с учетом его длины (и контроля целостности состава поезда) необходимо иметь как минимум две точки определения координаты на поезде — в его голове и хвосте, что усложняет систему навигации и алгоритмы обработки навигационной информации;
• — для построения системы управления движением поездов на перегонах и станциях необходимо концентрировать навигационную информацию, получаемую на поездах, в центрах управления для определения допустимых интервалов между поездами. Это требует развитой системы двухсторонней связи между поездами и центрами управления. Тогда в направлении поезд — центр управления поступает навигационная информация о местах расположения поездов, а в обратном направлении — команды, определяющие скорость каждого поезда, маршруты движения по станциям, разрешение или запрещение движения И Т.Д.

В то же время устройства спутниковой навигации могут и должны найти применение на железнодорожном транспорте, в первую очередь, в составе информационных систем, обеспечивающих слежение за движением (местом расположения) поездов, специального подвижного состава, средств механизации, автотранспорта и т.д., для информирования пассажиров, контроля работы и других целей. Могут они найти применение и на малодеятельных участках, где из-за малой интенсивности движения поездов требования к точности определения координаты могут быть снижены. Полезно также применение спутниковой навигации на высокоскоростных линиях, где они позволяют с достаточной точностью позиционировать поезда в пределах блок-участков, что дает возможность повышения точности и оперативности систем автоведения.
Применяемые на сети железных дорог системы МПЦ при всех их достоинствах не эффективны для станций, их ресурсы используются на 10—20 %, а затраты неоправданно высоки. На самом деле, сегодняшние МПЦ по своим функциям и тактическим характеристикам практически не отличаются от первых систем, разработанных в начале 80-х годов прошлого века, а функциональные возможности элементной базы за прошедшее время значительно увеличились (разрядность микропроцессоров выросла от 8 до 32—64 бит, тактовая частота от десятков килогерц до сотен мегагерц, объем памяти практически неограничен и т.д.)- Кроме того, на каждой станции приходится устанавливать дополнительную аппаратуру линейных устройств ДЦ и ДК, что увеличивает затраты на строительство и эксплуатацию устройств.
Системы ДЦ, применяемые на сети железных дороц обладают достаточно высокими тактико-техническими показателями. В них решены вопросы обеспечения фунщиональной безопасности, высокой надежности (в компьютерных системах ДЦ изначально закладывалось резервирование аппаратуры центральных и линейных устройств, каналов передачи информации, питающих устройств и т.д.)5 логического контроля работы станционных устройств и персонала и т.д. Именно современные системы ДЦ должны быть положены в основу комплексной системы управления движением поездов, тем более что существуют системы ДЦ, унифицированные и совместимые по аппаратуре, алгоритмическому и программному обеспечению с системами МПЦ и РПЦ. Централизация управления (именно управления, а не аппаратуры) позволит оптимизировать все режимы движения поездов по перегонам и станциям при минимальных затратах на строительство и содержание аппаратуры.
Таким образом, комплексный системный подход к выбору структуры системы управления позволит обеспечить эффективность и надежность ее аппаратуры, в том числе и за счет рационального резервирования отдельных компонентов системы.

Рассмотрение систем и устройств ЖАТ позволяет сделать вывод, что на железнодорожных линиях должно предусматриваться централизованное выполнение логических функций по взаимозависимостям при установке маршрутов, пропуске поездов и проведении маневровой работы. Должна быть «умной» вся система управления, в которой распределение этого «ума» по уровням управления (центр—станция—перегон-поезд) должно быть оптимальным по критериям затрат на внедрение и эксплуатацию, потерь при отказах, интенсивности и скорости движения поездов, надежности и безопасности перевозочного процесса и других. Именно централизация выполнения основных функций по управлению движением поездов с оптимальным (минимально необходимым) резервированием этих функций на нижних уровнях управления (станция—перегон—локомотив) обеспечивают высокие значения показателей надежности, безопасности и живучести всего перевозочного процесса.
Участок железной дороги должен оборудоваться системой автоматизированного диспетчерского управления, отвечающей требованиям безопасности движения поездов. При этом необходимо централизовать функции локальных систем ЖАТ Это позволит устанавливать на малых станциях только исполнительные и контролирующие устройства, управляемые станционными контроллерами (СК), а логические устройства взаимозависимостей, замыкания и контроля проследования поездов на станциях и перегонах реализовать в одном центральном управляющем вычислительном комплексе (ЦУВК) для всего участка. Установка на станциях локальных СК, выполняющих функции линейных устройств ДЦ, непосредственного управления станционными объектами и контроля их состояния позволяет отказаться от строительства постов ЭЦ, размещая аппаратуру в специальных модулях непосредственно вблизи управляемых и контролируемых объектов в горловинах станции. Такое решение позволяет сократить до минимума станционные кабельные сети, уменьшить энергопотребление устройствами, повысить их надежность.
Как некоторый промежуточный вариант, станции, оборудованные релейными системами ЭЦ, замена которых нецелесообразна по экономическим соображениям, должны оборудоваться системами РПЦ, интегрированными с линейными устройствами ДЦ.

Взаимоувязка устройств управления между станциями должна осуществляться через центр диспетчерского управления по цифровым каналам передачи информации, обязательно резервированным. При таком подходе достигается и сокращение объема аппаратуры на центральном посту управления. Так, установка вычислительного комплекса для каждого диспетчерского круга позволяет возложить на него функции рабочих станций связи системы ДЦ. Кроме этого, учитывая, что длина диспетчерского круга определяется не техническими параметрами средств управления, а психофизиологическими возможностями человека-оператора (поездного диспетчера) и соображениями оптимизации движения поездов, появляется возможность устанавливать вычислительный комплекс на участок, дайна которого определяется возможностями аппаратно-программных средств и пропускной способностью каналов передачи информации. С помощью локальной вычислительной сети вся информация, необходимая для обмена с АРМ ДНЦ, концентрируется в сервере, одновременно выполняющем функции «шлюза» для связи с информационными системами верхнего уровня (ГИД «У^)ал» и др.). Количество АРМ ДНЦ определяется необходимым числом диспетчерских кругов в соответствии с существующими требованиями по загрузке поездных диспетчеров и организации диспетчерского управления.

Важной и обязательной частью управляющего комплекса должен стать радиоканал для обмена информацией с локомотивами (поездными и маневровыми). В ряде ситуаций это является единственньш способом обеспечения безопасности движения и исключения трагических последствий его нарушения.
Отдельным важным вопросом является распределение функций безопасности по уровням системы.

Системы автоматики на станциях являются средствами обеспечения безопасности. Они содержат функции логики для реализации необходимых зависимостей, работа которой базируется на совокупности данных о дислокации всех поездов и другого подвижного состава в контролируемой зоне и о состоянии путевых устройств, определяющих направление и скорость движения поездов. При концентрации управления движением поездов в ЦУВК возникает возможность распределения логических функций взаимозависимостей, замыкания и контроля проследования поездов на участке между станционными устройствами (будем называть их доя краткости ЭЦ) и ЦУВК.
Распределение ответственности между ЭЦ и ЦУВК должно ориентироваться на выполнение требуемых функций: определение точек начала и конца маршрута, выбор его трассы, проверка состояния элементов маршрута, установка элементов маршрута в необходимое состояние и его проверка, замыкание и разрешение использования маршрута, отслеживание реализации маршрута и приведение его элементов в состояние готовности к установке следующего маршрута. В настоящее время эти задачи решают ДСП и ДНЦ и устройства ЭЦ на станциях. В то же время наличие в системах ДЦ логического контроля работы станционных устройств дублирует эти функции. Полная реализация логических функций в ЦУВК дает предпосылки сокращения аппаратных и программных средств на их реализацию на станционном уровне.
При разработке структуры управляющего комплекса определяющим фактором безопасности его функционирования становится распределение (и, при необходимости, дублирование) функций на разных уровнях —на уровнях ЦУВК и СК, перегонных устройств автоблокировки и систем безопасности на подвижном составе. Оптимизация этого распределения по критериям безопасности, живучести и стоимости является важной задачей, решение которой определяет выбор структуры и технических средств всего управляющего комплекса, качество его работы и затраты на его внедрение.