1.Состояние проблемы. Цели и задачи исследования

1.1. Анализ технического состояния устройств СЦБ на железных дорогах Украины

Выбор развития систем сигнализации, централизации, блокировки на железных дорогах Украины был определен еще во время СССР. Темпы обновления и внедрения новых систем были достаточно высоки. С начала 90-х годов тенденция модернизации систем автоматики значительно снизилась. На сегодняшний день темпы обновления физически изношенных и морально устарелых устройств СЦБ недостаточны, общий износ которых составляет приблизительно 79%. Прогрессирующее старение устройств СЦБ наблюдается на Приднепровской, Одесской и Львовской железных дорогах.

С равнительная динамика износа технических средств хозяйств “Ш” железных дорог показана на диаграмме (рис. 1.1).

Рис.1.1. Диаграмма состояния устройств СЦБ по дорогам на 2010 г.

Динамика износа устройств СЦБ на железных дорогах Украины в процентном измерении (2005 - 2010 годы) показана в табл. I.

Таблица I. Динамика износа устройств СЦБ на железных дорогах Украины

ЖД / года	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Донецкая	74	72	77	81	76	75,4
Львовская	53	54	56	56	63	65
Одесская	75	72	75	72	54	78
Южная	63	59	57	68	85	82
Юго-Зап.	76	66	57	59	98,6	97,9
Приднепр.	74	70	72	75	96	97

Кроме того, если провести анализ транспортных событий на железных дорогах Украины за 2010 год, то по причине старения устройств, приходится почти треть всех транспортных событий (рис.1.2).

Рис.1.2. Диаграмма распределения транспортных событий по причинам.

Причем, если сравнивать данные за 2010 г. с даными 2009 г., то количество транспортных событий, вызванных по этой причине, значительно выросло (табл. II).

Таблица II. Распределение транспортных событий по причинам

Причина транспортного события	Количество 2010/2009г.
1 Нарушение технологии выполнения работ	8/5
2 Неоперативное устранение отказа	-/4
3 Несовершенствотехнологи	-/1
4 Конструктивный не достаток	-/1
5 Неправильные действия персонала	3/4
6 Старение устройств	5/-
7 Вмешательство сторонних лиц	2/-
ВМЕСТЕ:	18/15

Многолетняя практика показывает, что на долю устройств ЭЦ приходится менее половины маршрутного брака станции, большая часть нарушений и аварий происходит по вине эксплуатационного персонала. Основные причины этого: усталость, рассеянность, низкая дисциплина, спешка, неверная информация, отсутствие опыта. Нужно особо подчеркнуть, что брак в работе ДСП, как правило, происходит в тех случаях, когда ЭЦ частично или полностью прекращает функционировать. Например, при приеме или отправлении поезда по пригласительному сигналу, выключении устройств СЦБ из зависимости. Очень много ошибок эксплуатационный персонал допускает при операциях с негабаритными, опасными грузами, закреплении грузов, выдачи предупреждений работникам на путях. Во всех этих и других ситуациях релейные системы централизации реально ничем помочь дежурному и его помощникам не могут. Дальнейшее расширение их функций очень усложняет технические средства, снижает надежность, усложняет обслуживание. Итак, мы сталкиваемся с таким понятием, как “человеческий фактор”, который при данных технических условиях техники оказывает огромное влияние на безопасность. Если проанализировать статистику за последние 6 лет, то на железных дорогах Украины ежегодно из 100% всех транспортных событий примерно 80% происходят по причине “человеческого фактора” (рис.1.3). Конечно, не все они связаны с работой ДСП. Но тот факт, что все же именно от действий Дежурного по станции зависит очень много в поездной и маневровой работе, дает нам уверенность полагать, что эта статистика наиболее подходит к характеристике данной такой напряженной и ответственной работе, что наглядно нам демонстрирует диаграмма транспортных событий по профессиям (рис.1.4).

Рис.1.3. Диаграмма транспортных событий, совершенных на железных дорогах Украины.

Рис.1.4. Диаграмма транспортных событий по профессиям.

Кроме того, такая причина, отрицательно влияющая на безопасность, как отсутствие опыта также наглядно отображена на диаграмме транспортных событий по стажу работы (рис.1.5).

Рис.3.6. Диаграмма распределения транспортных событий по стажу работы.

В настоящее время очень многие стороны деятельности ДСП, связанных с безопасностью, вообще не проверяются электрическими зависимостями. В этих ситуациях безопасность обеспечивается субъективными факторами: памятью человека, степени его добросовестности, физиологическим состоянием. Как видим, существующие релейные системы морально устаревшие и не позволяют снизить влияние “человеческого фактора” на общую картину безопасности. Микропроцессорные системы, обладая памятью, позволяют некоторое время продолжать функционировать без информации от датчиков. Так, например, при повреждении схем рельсовых цепей или стрелок, микропроцессорная система может частично функционировать, основываясь на информации, которая была до отказа напольных объектов. Микропроцессорная система будет “помнить” о локомотиве в тупике, не оборудованном изоляцией, или о дорожной бригаде на участке как угодно долго. МПЦ имеют более широкий спектр функциональных возможностей, чем релейные. К преимуществам МПЦ по сравнению с релейными системами централизации, в частности, относятся:

• более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов, включая центральный процессор — ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);

• возможность управления объектами многих станций и перегонов с одного рабочего места;

• возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве;

• расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, запрещающих показаний светофоров, изолированных секций для исключения задания маршрута и др.;

• предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками;

• возможность централизованного и децентрализованного размещения объектных контроллеров для управления станционными и перегонными объектами. Децентрализованное размещение объектных контроллеров позволяет значительно снизить удельный расход кабеля на одну централизуемую стрелку;

• сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

• возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах;

• наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля;

• возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также всех отказов объектов управления;

• значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие, в 3 – 4 раза меньший объем помещений для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации без строительства новых постов;

• значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

• удобная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования специализированных отладочных средств;

• сокращение срока исключения из работы станционных и перегонных устройств в случаях изменения путевого развития станции и связанных с этим зависимостей между стрелками и сигналами;

• использование в качестве среды передачи информации между устройствами управления и управляемыми объектами не только кабелей с медными жилами, но и волоконно-оптических кабелей;

• возможность получения из архива параметров работы напольных устройств СЦБ для последующего прогнозирования их состояния или планирования проведения ремонта и регулировки, не допуская полных отказов этих устройств;

• снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения энергоемкости системы, сокращения примерно на порядок количества электромагнитных реле и длины внутрипостовых кабелей, применения современных необслуживаемых источников питания, исключения из эксплуатации громоздких пультов управления и манипуляторов с большим числом рукояток и кнопок механического действия.

В тоже время весь перечень основных функций микропроцессорной централизации делится на три группы управляющие, контрольные и сервисные. Две первые непосредственно отвечают за безопасность.

Контрольные функции:

• контроль правильности установки маршрутов;

• контроль за работой ДСП, особенно в ситуациях частичного или полного выключения устройств СЦБ,

• контроль состояния устройств СЦБ с фиксацией повреждений;

• контроль работы электромеханика;

• техническая диагностика устройств централизации, особенно напольного оборудования.

Управляющие функции:

• установление маршрутов любой сложности, протяженности и категории;

• накопление маршрутов невраждебных и враждебных;

• замыкание маршрута без открытия светофора;

• замыкания отдельных секций и стрелок;

• автоматическое размыкание секций маршрута;

• пользование пригласительными сигналами;

• раздельное управление стрелками, установка маршрута в режиме вспомогательного управления;

• автовозвращение стрелки из среднего положения, повторный перевод;

• исключение перекрытия сигнала при ошибочных действиях ДСП;

• автоматическая установка маршрутов;

• отмена маршрута и набора.

Также следует подчеркнуть важность применения волоконно-оптических кабелей. Тенденция современного развития технологий в большинстве случаев имеет цель использовать новые нестандартные материалы для построения аппаратуры, альтернитивные существующим, которые имеют меньшую стоимость. Отсюда возникает потребность внедрения волоконно-оптических линий вместо медных. Наиболее распространенным типом кабельной системы является витая пара. Различают системы для приложений с частотой: до 16 МГц - категории 3, до 20 МГц - категории 4, до 100 МГц - категории 5. Все системы работают с кабелями длиной до 100 м. При сходных ценах оптический кабель может быть использован для приложений с частотами в несколько сотен мегагерц на расстояниях более 2000 м. А если учесть издержки жизненного цикла системы, включающие возможное старение и выход из строя компонентов, то оптической кабельной системе можно отдать предпочтение перед медной. Итак, к преимуществам волоконно-оптическим кабелям относятся следующие характеристики:

1. Информационная емкость. Полоса пропускания оптоволокна превышает все потребности сегодняшних сетевых применений. Оптоволоконный кабель 62.5/125 мкм, рекомендованный для использования в зданиях, имеет полосу пропускания 160 МГц-км (при длине волны 850 нм) или 500 МГц- км (при 1300 нм). Полоса пропускания зависит от частоты и расстояния, поэтому при длине оптического кабеля 100 м ее ширина превышает 1 ГГц. (Для сравнения: медный кабель категории 5 при той же длине имеет полосу пропускания 100 МГц.)

2. Низкие потери. Благодаря низким потерям можно работать на значительных расстояниях. Для оптоволокна максимальное рекомендованное расстояние составляет 2000 м. (Если сравнить с медью, это расстояние равно 100 м.) Принципиальный недостаток медного кабеля - потери растут с увеличением частоты сигнала. Иными словами, с увеличением скорости передачи данных растут потери и уменьшаются расстояния. Оптоволокно не имеет этого недостатка.

3. Устойчивость к электромагнитным воздействиям. По некоторым оценкам, более 60% сбоев в сетях на основе меди связаны с кабельными системами. Перекрестные искажения, рассогласование, электромагнитная восприимчивость являются основными источниками шума и сбоев в медных системах. Более того, эти проблемы усиливаются при неправильной установке кабельной системы, в особенности это касается систем категории 5.

Оптоволокно является диэлектриком и обладает иммунитетом к электромагнитным воздействиям. Здесь невозможны перекрестные искажения. Оптоволокно может быть использовано в условиях сильных электромагнитных полей. На него не влияют такие источники шума, как линии электропитания, люминесцентные лампы.

4. Небольшой вес. Оптоволоконный кабель легче медного. Двухжильный оптический кабель на 20-50% легче 4-парного кабеля категории 5. Меньший вес облегчает процесс установки.

5. Меньший размер. Оптоволоконный кабель занимает меньшее пространство. Оптическому кабелю в 2 жилы нужно на 15% меньше места, чем кабелю 5-й категории.

6. Безопасность. Оптоволокно не искрит. С точки зрения возгорания и выделения газа, оптоволоконные кабели и кабели витой пары имеют одинаковые параметры.

7. Секретность. К оптическим кабелям крайне сложно подключиться, и незамеченным такое подключение быть не может. А так как оптические кабели не излучают, передачи по ним перехватить невозможно.

Эти преимущества известны со времени появления оптоволокна.Они терялись в сравнении с неудобствами при работе с оптоволокном.

С учетом проведенного выше анализа делаем вывод, что необходима полная модернизация устройств СЦБ. В каком направлении будет осуществляться модернизация точно неизвестно, но если учесть курс интеграции Украины в ЕС, то соответственно не трудно предположить и курс развития систем СЦБ.

1.2.Перспективы развития железнодорожного транспорта Украины, цели и задачи на сегодняшний день

Украина расположена на перекрестке важных транспортных путей между государствами. Выгодное экономико-географическое положение Украины относительно государств Западной Европы, Прибалтики, Росийской Федерации, Белорусии, Молдовы, стран Ближнего и Среднего Востока, Северной и Восточной Африки при благоприятных условиях может быть широко использовано для транзитных перевозок грузов и пассажиров железнодорожным транспортом. В этом заинтересована не только Украина, но и государства, которые будут использовать самый короткий путь через ее территорию.

Экспорт транспортных услуг является очень выгодным делом, так как продаются не сырьевые и не материальные ресурсы, а услуги. Но в тоже время транзитные перевозки требуют дополнительных капиталовложений на соответствующее обслуживание, эксплуатацию. Однако, железнодорожный транспорт является наиболее экологически чистым по сравнению с другими, особенно это проявляется на фоне с автомобильным в плане загрязнения воздуха. Кроме того, железная дорога при одинаковой пропускной способности занимает меньшие земляные площади, чем автодорога. В связи с этим, переориентация транзитных перевозок с автомобильных на железнодорожные должна быть одной из главных целей общегосударственных задач на ближайшее будущее.

Украина как другие страны СНГ унаследовала сильную железнодорожную систему, способную хорошо взаимодействовать с другими системами на этом территориальном пространстве. Это стало результатом исторических, политических, географических факторов. Распад СССР привел к тому, что каждая страна самостоятельно развивает свою транспортную систему, поэтому железные дороги данных стран начинают приобретать новые особенности отличные друг от друга. Однако даже на сегодняшний день есть ряд факторов, которые заставляют взаимодействовать железные дороги для реализации совместных проектов.

Развитие экономики Украины без использования ресурсов железнодорожного транспорта немыслимо. В свою очередь железная дорога может развиваться только тогда, когда есть потребность эффективного ее использования. Данная логическая цепочка – это стратегическая задача нашего государства, целью которого является развитие страны экономически при поддержании высоких экологических стандартов на перевозки.

В связи с этим, главной проблемой, которую необходимо решить является интеграция железнодорожного транспорта Украины в международную транспортную сеть, повышение интероперабельности и безопасности железнодорожного транспорта.

Для построения транспортных коридоров необходимо качественное взаимодействовие с соседними странами. В этом плане, как уже отмечалось ранее, железнодорожная сеть Украины не имеет проблем с сетями государств, которые ранее входили в СССР. А вот чтобы наладить интероперабельную связь с железнодорожной сетью западных государств, таких как Польша, Словакия, необходимо решить ряд технических, правовых, экономических вопросов, то есть унифицировать свои национальные железные дороги в одну общую сеть.

Процесс унификации, иными словами процесс перехода от одной структуры к другой, является очень долгим и трудным, во время которого уровень безопасности значительно снижается, что должно быть учтено. Для решения данной задачи необходимо задействовать весь научно-технический потенциал, а также тщательно изучить все достоинства и недостатки процессов объединения железнодорожных сетей Западной и Центральной Европы.

1.3. Вклад телематических функций МПЦ в развитие международных транспортных коридоров через территорию Украины

По территории Украины проходят три панъевропейских коридора (№ 3, 5 и 9). Через украинские порты Измаил и Рени Укрзализныця взаимодействует с панъевропейским коридором № 7, который проходит по Дунаю. Активно развиваются перевозки по международным транспортным коридорам ТРАСЕКА Европа – Кавказ – Азия и Черное море – Балтийское море (рис.3.13).

Рис. 3.13.Международные транспортные коридоры через Украину.

Прохождение огромного числа транзитных поездов через территорию Украины сопровождается большими объемами информации (о грузах, сроках доставки, мест погрузки-разгрузки и т.д.). С учетом растущей транзитности естественно, что и объемы информации также будут расти. В связи с этим оптимизации даной транспортной мегасистемы должна осуществлятся за счет использования новых коммуникационных и информационных технологий.

Вклад телематических услуг в устойчивость транспортной системы состоит в том, что, как правило, типичный профиль концепции телематики направлен на - 1) развитие экономики; 2) безопасности; 3) окружающей среды.

Для повышения эффективности транспортных систем требуется развитие телематики.

Возможные выгоды телематики ясны. Она позволит обеспечить равномерный поток движения по дорогам и железнодорожным путям, чтобы свести к минимуму время поставки, чтобы более адаптировать процессы обмена информацией по габаритам, фактические расходы, графики, использования опасных материалов, управление рисками и деградирующими режимами. Задачи: улучшение доступа к железнодорожным терминалам, портам, индустриальным зонам и карьерам. Объекты, доступные для железной дороги или для железнодорожного транспорта, получат приоритет при разработке земляных работ и экономического развития. Партнерские отношения должны рассматриваться как перевозчиками, так и производителями.

Обеспечение достаточного внимания грузовым перевозкам, а именно поиску малоиспользуемых коридоров или второстепенных путей, не требующих большого переустройства и в то же время позволяющих увеличить пропускную способность, скорость и гибкость перевозок. Согласованное и совместимое (интероперабельное) использование телематики, такое, как отслеживание грузов, может повысить качество и стоимость дополнительных услуг и улучшить эффективность и надежность всей перевозки.

Повышение конкурентоспособности железнодорожного транспорта при перевозках на большие расстояния, что предусматривает включение в европейские инициативы (трансрегиональные взаимосвязи, интероперабельность, создание транснациональных временных периодов выполнения перевозки).

Социальная цель телематики: повышение производительности железнодорожного сообщения в рамках мультимодальных грузовых перевозок для частных операторов, обеспечение безопасности и надежности при перевозке опасных грузов путем создания эффективной системы отслеживания и интероперабельности, что гарантирует отчетность и ответственность. Предоставить для погрузчиков и перевозчиков (особенно для портовых перевозчиков) возможность выбора железнодорожных или cмeшанных решений до и после доставки груза.

Как видим, что развитие телематических и информационных технологий может осуществлятся только за счет новой современной компьютерной техники. На этом этапе преимущества микропроцессорных централизаций по сравнению с релейными очевидны. Так, МПЦ обладают рядом сервисных функций, таких как:

• выдача рекомендаций ДСП при установке маршрутов, в зависимости от длины состава, характера груза, степени его габаритности;

• выдача рекомендаций по закреплению грузов;

• автоматическая выдача предупреждений дорожным бригадам;

• учет местных грузов, вагонов, местной работы;

• ведение необходимой для ДСП документации.

В заключение важно сказать, что применение телематики может сыграть решающую роль в освобождении железнодорожных грузоперевозок от сдерживающих их факторов, чтобы обеспечить более высокую транзитность, повысить уровень безопасности перевозок опасных грузов, развитие других перспективных услуг доступа к информационным ресурсам.