[01-2016] Локомотивный комплекс регистрации параметров АЛС

[Admin]

Локомотивный комплекс регистрации параметров АЛС

С.А. МУРИН, главный специалист ОАО «НИИАС»
С.В. РУМЯНЦЕВ, заместитель начальника отдела
Е.Е. ШУХИНА, заместитель руководителя НТК - начальник отделения

Ключевые слова: автоматическая локомотивная сигнализация, регистратор, СЦБ, КЛУБ, БЛОК

На сети дорог уже более пяти лет успешно эксплуатируется регистратор сигналов автоматической локомотивной сигнализации БРС-АЛС, разработанный специалистами ОАО «НИИАС». Он полностью подтвердил свою эффективность как при установке на грузовых и пассажирских локомотивах, так и на поездах типа «Сапсан», «Ласточка» и «Аллегро» при движении со скоростью до 200 км/ч на участках, оборудованных системой АЛСН и АЛС-ЕН.

Основными направлениями развития железнодорожного транспорта являются повышение безопасности движения поездов, объемов перевозок и маршрутной скорости, а также увеличение провозной способности линий. Большая роль в решении этих задач отводится устройствам автоматической локомотивной сигнализации, которые позволяют сократить интервалы попутного следования и тем самым значительно увеличить пропускную способность линий.
В связи с тем что кодовые сигналы АЛС рельсовых цепей передаются на локомотивные устройства безопасности посредством индуктивной связи, обеспечение точности передачи и восприятия этих сигналов на локомотиве является достаточно сложной задачей. Проблема сбоев кодов АЛС многогранна и носит комплексный характер. Их причиной чаще всего является воздействие электромагнитных
помех, а также нестабильность характеристик стационарных и бортовых устройств и каналов передачи информации. Очевидно, что для повышения надежности работы системы АЛС необходимо в первую очередь определить истинные причины сбоев кодов, а затем разработать и реализовать меры по их устранению.
Как показывает анализ, причины сбоев кодов АЛС можно примерно поровну распределить между путевыми и локомотивными устройствами. В 2014 г. на долю первых из них пришлось 54 % случаев. Возникать неисправности путевых устройств могут по самым разным причинам, поэтому нужно тщательно расследовать каждое событие.

Необходимо отметить, что надежность работы системы АЛС зависит не только от устройств СЦБ, но и от типа локомотива, особенностей его конструкции, потребляемой мощности, индивидуальных параметров аппа
ратуры АЛСН, силовых цепей и др. Асимметрия тягового тока и другие источники помех на пути одинаковы для всех локомотивов. Тем не менее, часть электровозов с типовой аппаратурой АЛСН имеет не более одного-двух сбоев в год, в то время как на других их число возрастает в разы. Следует отметить, что для уменьшения количества сбоев кодов АЛС в системах безопасности КЛУБ-У и БЛОК реализованы уникальные механизмы интерпретации аналогового сигнала из рельсовой цепи в цифровое значение.
Кардинально изменить ситуацию со сбоями кодов не удается еще и потому, что далеко не всегда есть возможность выяснить их истинные причины. С помощью основного средства контроля состояния технических средств -вагона-лаборатории - практически полностью выявляются причины сбоев кодов только в тех местах, где они происходят постоянно. При этом сбои, возникающие периодически только при сочетании ряда условий, отследить крайне сложно, поскольку при движении вагона-лаборатории такая ситуация может и не возникнуть.

С учетом сказанного, технология расследования сбоев кодов АЛСН и их классификация являются одной из самых проблемных задач. С целью ее решения, в первую очередь на участках высокоскоростного движения, специалистами ОАО «НИИАС» был разработан регистратор сигналов автоматической локомотивной сигнализации БРС-АЛС, использующийся в составе бортовых систем безопасности локомотивов.
В 2011 г. опытный образец БРС-АЛС с успехом прошел испытания на Октябрьской дороге в составе скоростного поезда «Сапсан» и был введен в постоянную эксплуатацию. Это техническое устройство позволяет получить всю необходимую информацию для расследования случаев сбоев кодов АЛС.
Регистратор состоит собственно из блока БРС-АЛС и программного обеспечения расшифровки записанной информации, которое может быть использовано как отдельно, так и в составе программно-аппаратного комплекса системы дешифрации СУД-У, что дает возможность просмотреть параметры сбоя с привязкой к электронной карте и параметрам движения локомотива в момент сбоя. Это позволяет постоянно отслеживать как состояние локомотивных систем безопасности, так и напольного оборудования АЛС при непрерывной записи всего обрабатываемого информационного потока. Благодаря небольшому размеру и весу (127x148x34 мм, не более 500 г), а также низкому энергопотреблению (напряжение питания 18-75 В, ток не более 60 мА) и возможности программной интеграции в существующие системы дешифрации, БРС-АЛС является высокоэффективным техническим средством.

Регистратор может устанавливаться как внутри системного шкафа устройств безопасности, так и в любом другом удобном месте на локомотиве, где есть доступ к линиям приемных катушек и CAN шине. В качестве носителя памяти блока используется карта SDHC, что позволяет оперативно считать или заменить носитель в случае необходимости. Запитывается блок от внутренней линии питания CAN шины.
При разработке регистратора были решены принципиальные вопросы выбора частоты фиксирования параметров кодов и носителя для их сохранения в базе регистрации данных. Кроме того, реализованные технические решения оказывают минимальное влияние на локомотивные устройства безопасности с обеспечением информационного взаимодействия в режиме реального времени.
Частота выборки сигналов АЛС диктуется теоремой Котельникова. Основной смысл теоремы заключается в том, что любой аналоговый сигнал можно представить в дискретном виде и впоследствии восстановить без потерь при условии, что частота его выборки не менее чем в два раза превышает максимальную частоту его спектра.
Частота записи сигнала локомотивной сигнализации лежит в пределах до 200 Гц. Согласно теореме зафиксировать сигнал можно уже при частоте более 400 Гц. Частота, выбранная в регистраторе, составляет 8 кГц. Ее величина, конечно, избыточна, но это позволяет проследить помехи частотой до 4 кГц, наведенные на сигнал АЛС. Дальнейшее повышение частоты, увеличивая объем записываемой информации, не несет принципиального улучшения качества записи.
Защита от искажения входного сигнала при параллельном подключении к катушкам реализуется большим входным импедансом у схемы АЦП регистратора, составляющим не менее 64 кОм во всем рабочем диапазоне частот. Это обеспечивает минимальное воздействие на поступающий на вход локомотивного устройства безопасности сигнал.

Следует отметить, что необходимо не просто записать сигнал, но и «привязать» его к конкретному месту пути. Это требует информационного сопряжения регистратора с системой, отслеживающей передвижение локомотива, и регистрации необходимых данных (координаты и времени) одновременно с записью самого сигнала. Общий принцип и организация процесса снятия и расшифровки сигнала показаны на рисунке.
Созданный с учетом этих требований перспективный программно-аппаратный комплекс (ПАК) содержит регистратор, который устанавливается на локомотиве, и стационарное устройство дешифрации данных с программой LOADER.
Программа LOADER дает возможность получить и обработать сигналы АЛС, поступившие непосредственно в момент сбоя, что существенно сокращает время его анализа. В ней также имеется функция фильтрации сигнала и возможность проведения спектрального анализа. Благодаря этому можно дифференцировать исходный сигнал по частоте и контролировать работу отдельных модулей системы безопасности. После автоматической обработки информации, снятой с БРС- АЛС, можно оценить вид сигналов АЛС (помехи, всплески помех от намагниченности, качество самого сигнала), длительность импульсов и интервалов, уровень сигнала АЛС, наведенного на приемных катушках, тип КПТШ.
Программный комплекс регистратора обеспечивает определение вида сигнала АЛС после фильтрации (25, 50, 75 или 175 Гц), а также номера кодовой комбинации, синхрогруппы и паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) для АЛС-ЕН. При помощи программного обработчика можно также определить длительность сбоя и его протяженность, тональную частоту конкретной рельсовой цепи, вырезать необходимый участок поездки и сохранить его.

Программа LOADER дает возможность не только просматривать данные на сменном носителе, но и сохранять их для дальнейшей работы в форматах «Файл сигналов АЛС», WAVE, JPEG. Первый из них позволит хранить исходный код для дальнейшей обработки. Второй обеспечивает перенос данных в другие редакторы, которые имеют более широкий инструментарий для обработки сигналов. С помощью третьего информация хранится в виде изображения, которое можно использовать в отчетной документации.
С момента организации скоростного движения на участке Санкт-Петербург - Москва и начала эксплуатации скоростного электропоезда «Сапсан» на Горьковской дороге возникла проблема с определением точного места сбоя АЛС и его характера, что влияло на оперативность определения и устранения причины. Ее суть заключалась в том, что при скорости движения поезда 200 км/ч локомотив за 10 с проходит 560 м, что сопоставимо с длиной двух тональных рельсовых цепей.

Информация, полученная регистратором с помощью встроенного в СУД-У модуля, позволяет автоматически синхронизировать сигнал БРС-АЛС с данными сбоя на кассете регистрации. Это дает возможность с точностью до метров определить место сбоя, его характер и предполагаемую причину. Таким образом, совмещение работы АРМ БРС-АЛС и СУД-У существенно упрощает анализ сбойной ситуации.
Использование на локомотивах регистраторов БРС-АЛС обеспечивает получение максимального объема информации о работе системы АЛС на всем пути следования в реальном режиме времени. Это техническое решение позволяет иметь при каждой поездке с БРС-АЛС свой «вагон-лабораторию» в составе поезда и выводить на более высокий уровень процесс поиска причин сбоев кодов и их устранения.