Глава 22. Додаткові системи автоматики і телемеханіки

22.1. Автоматична локомотивна сигналізація

22.1.1. Призначення та класифікація систем автоматичної локомотивної сигналізації

Автоматична локомотивна сигналізація (АЛС) призначена дня підвищення безпеки руху поїздів, збільшення пропускної спроможності залізничних ліній і поліпшення умов праці локомотивних бригад. Пристрої АЛС здійснюють передачу сигнальних показань колійних світлофорів в кабіну машиніста. Систему АЛС доповнюють пристроями перевірки пильності машиніста й контролю швидкості поїзда, а в найбільш досконалих системах пристроями автоматичного регулювання швидкості. Автоматична локомотивна сигналізація з автостопом здійснює гальмування поїзда у випадках підвищення допустимої швидкості руху або не підтвердження машиністом пильності.

Сигнальні показання на локомотив можуть передаватися в певні моменти при русі поїзда (точково) або безперервно на всьому шляху прямування. В точкових системах (АЛСТ) можуть бути використані механічний, оптичний, індуктивний та інші способи передачі інформації. В безперервних системах (АЛСН) як каналу зв’язку між колійними та локомотивними пристроями використовують рейкові кола і шлейфи, прокладені між рейками.

Точкові канали зв’язку застосовуються головним чином для регулювання руху поїздів на ділянках без АБ, де немає можливості мати безперервний зв’язок з рейковим колом. Разом з тим ці канали зв’язку можуть використовуватися спільно з безперервними каналами для розширення обсягу переданої на локомотив інформації, що особливо важливо при проектуванні швидкісного і надшвидкісного руху. Наприклад, для передачі повідомлення про входження поїзда в криву або вихід з неї.

У безперервних системах АЛС з використанням для кодування інформації числовий код або фазо-модульовані сигнали (система АЛС-ЕН) зв’язок між колійними пристроями підтримується в будь-якій точці шляху. Приймальні пристрої локомотива зв’язуються індуктивно з колійними передавальними пристроями за допомогою магнітного поля, утвореного навколо рейок змінним сигнальним струмом, що протікає по ним. Тому безперервний канал зв’язку найзручніше утворюється при АБ з РК. У деяких випадках для індуктивного зв’язку локомотивних приймальних пристроїв з колійними передавальними пристроями використовуються спеціальні хвилеводи, покладені вздовж рейок, як це зроблено на надшвидкісних ділянках залізниць в Японії.

22.1.2. Технологічні алгоритми безперервних систем алсн

Система АЛСН представляє сукупність колійних і локомотивних пристроїв (рис. 22.1.1). Колійні пристрої забезпечують формування та передачу кодованого струму (кодів) в рейкове коло назустріч руху поїзда. До них відносяться: датчик колії (ДК), що включає аппаратуру кодування рейкового кола, шифратор Ш, який формує кодові сигнали в залежності від числа вільних блок-ділянок та колійний передавач КП, який посилає закодовані електричні сигнали в рейкове коло.

РБ

ЛИ

(ЛС)

ЛП

КП

УЛИ

Е

АС

ПК

КЧ

СК

ПШ

Д

v_доп

ВКС

ГМ

ЗР

ДК

v_доп

Р Б v_ф

КЛ ПК

код З, Ж або КЖ

КП

Ш

Рис. 22.1.1. Структурна схема АЛСН з контролем пильності машиниста і швидкості потягу

В провідних системах автоблокування і системах електричної централізації кодування рейкових кіл починається з заняттям ділянки потягом. У кодових системах АБ апаратура кодування є спільною як для автоблокування, так і для АЛСН.

Локомотивні пристрої забезпечують прийом і дешифрування сигналів, а також включення на локомотивному світлофорі сигнальних показань.

На локомотиві перед першою колісною парою на висоті 150 мм від головки рейки підвішують приймальні котушки ПК. Змінний кодовий струм, що протікає під прийомними котушками локомотива, створює навколо кожного рейки змінне електромагнітне поле, яке охоплює приймальні котушки і наводить в кожній з них електричний сигнал, який поступає на вхід локомотивного приймача ЛП. Дешифратор Д за ознаками прийнятого сигналу виділяє передану інформацію, яка передається в блоки контролю пильності КП, контролю швидкості КШ, управління локомотивним індуктором УЛІ. Блок УЛІ впливає на локомотивний індикатор ЛІ, на якому відображається прийнята інформація для візуального сприйняття машиністом М. В простішому випадку ЛІ є локомотивний світлофор ЛС.

При кожній зміні сигнального показання КП впливає на вимірювач контрольного часу КЧ, що відраховує певний період часу (приблизно 6 с). Протягом цього часу включається акустичний сигнал АС, і машиніст повинен встановленою дією (натисканням рукоятки або кнопки пильності РБ) підтвердити свою пильність, після чого АС вимикається і відновлюється початковий стан пристроїв КП. Підтверджуючи пильність, машиніст бере на себе відповідальність з управління гальмами поїзда. Якщо протягом 6 с після зміни сигнального показання рукоятка пильності не натиснута, спрацьовує зривний клапан СК, що впливає на гальмівну магістраль ГМ. Здійснюється екстрене гальмування потяга, яке не можливо скасувати натисканням РБ або іншим способом.

Зривний клапан СК, що впливає на гальмівну магістраль ГМ, вимірювач контрольного часу КЧ та акустичний сигнал АС складають вузол автоматичного управління гальмами, який називається електропневматичним клапаном ЕПК.

Вимірювач швидкості ВШ працює від датчика, пов’язаного з колесом локомотива КЛ, вимірює фактичну швидкість поїзда v_ф, яка порівнюється з допустимою v_доп блоком контролю швидкості КШ.

Якщо v_ф ≥ v_доп, блок КШ впливає на ЕПК так само, як і блок КП. При цьому контроль пильності здійснюється в залежності від прийнятих зі шляху кодових сигналів АЛС і фактичної швидкості поїзда (ЗР - зрівняльний резервуар).

Технологічний алгоритм системи АЛС залежить від її досконалості та обсягу переданої інформації.

Відповідно до швидкісними принципами на лініях з автоблокуванням пристрої АЛС повинні давати інформацію про дозволеної швидкості руху, відповідну показаннями колійних світлофорів, до яких наближається поїзд.

В експлуатованої на залізницях СНД системі АЛС числового коду використовують ті ж кодові сигнали (КЖ, Ж і 3), що і в числовому кодовому автоблокування. При цьому локомотивний світлофор дає чотири сигнальних показання (рис. 22.1.2): зелений 3 вогонь при наближенні до колійного світлофора із зеленим вогнем; жовтий Ж при наближенні до світлофора з жовтим вогнем; жовтий над червоним КЖ при наближенні до закритого колійного світлофора; червоний вогонь після проїзду колійного світлофора, а також у всіх випадках після припинення прийому кодових сигналів КЖ. Крім цих показань, локомотивний світлофор сигналізує також білим вогнем про припинення дії АЛС при русі поїзда по коліях, не обладнаним пристроями для передачі сигналів АЛС. Білий вогонь загорається при відсутності кодових сигналів, якщо перед припиненням прийому сигналів передавався кодовий сигнал був 3 або Ж, наприклад, при вступу поїзду на колію, що не обладнання пристроями для передачі сигналів АЛС. У цьому разі білий вогонь вказує на те, що сигнальні показання з колії на локомотив не передаються, і машиніст повинний керуватися показаннями колійних світлофорів.

а)

Показання локомотивного світлофора
Кодовий сигнал	З	Ж	КЖ	-

б)

Показання локомотивного світлофора
Кодовий сигнал	З	З	Ж	КЖ	-

Рис. 22.1.2. Ув’язка показань колійних і локомотивних світлофорів:

а) – при трьохзначному автоблокуванні;

б) – при чотирьохзначному автоблокуванні

Технологічний алгоритм числової системи АЛСН на залізничніх дільницях з тризначним автоблокуванням забезпечує двоступінчастий контроль швидкості і контроль пильності машиніста, який полягає в одноразовому натисканні рукоятки пильності при зміні сигнальних показань на локомотивному світлофорі, крім перемикання на зелений вогонь, і періодичному через 20 – 30 с при наближенні поїзда до світлофора з жовтим показанням з перевищенням швидкості руху на жовтий вогонь або при наближенні поїзда до закритого світлофора з допустимою швидкістю проїзду червоного вогню, що перевищує швидкість службового гальмування (10 км/год).

При зеленому вогні локомотивного світлофора пристрої АЛС не впливають на гальмівну систему поїзда, допускається максимальна швидкість руху рухомого складу. При вступі на блок-ділянку перед колійним світлофором з жовтим вогнем (зміна сигналу АЛС з 3 на Ж) за допомогою блоку КП (см. рис. 20.4.1) забезпечується вимога одноразового натискання рукоятки пильності незалежно від фактичної швидкості поїзда. Надалі при русі по блок-ділянці і жовтому вогні на локомотивному світлофорі блоком КШ здійснюється порівняння фактичної v_ф і допустимої v_доп швидкостей руху поїзда. Якщо v_ф < v_доп, машиніст веде поїзд без використання пристроїв АЛСН. Якщо v_ф ≥ v_доп, то блок КШ забезпечує періодичний контроль пильності машиніста, який повинен натискати рукоятку пильності через 20 – 30 с. В іншому випадку після попереджувального акустичного сигналу включається екстрене гальмування. Швидкість контролю пильності v_ж = 50 км/ч для вантажних поїздів, v_ж = 80 км/ч для пасажирських..

Підтверджуючи пильність, машиніст повинен вжити заходів щодо зниження швидкості з таким розрахунком, щоб пройти шляхової світлофор з жовтим вогнем із швидкістю не більше v_ж. Якщо фактична швидкість не буде знижена до цього значення, то після проходження колійного світлофора з жовтим вогнем і появи на локомотивному світлофорі жовтого вогню з червоним (КЖ) настає абсолютна дію пристроїв контролю швидкості. Це призводить до автоматичного екстреного гальмування з використанням ЕПК, запобігти яке натисканням рукоятки пильності неможливо. Якщо ж до моменту вступу на блок-ділянку перед заборонним дорожнім світлофором фактична швидкість поїзда не перевищує v_ж, то машиніст повинен підтвердити пильність натисканням РБ і продовжувати подальший рух зі швидкістю не більше v_ж. Блок КШ при цьому забезпечує дію періодичного контролю пильності і абсолютний контроль виконання умови v_ф < v_ж. Швидкість v_ж визначає перший ступінь абсолютного контролю швидкості.

Машиніст повинен зупинити поїзд перед заборонним сигналом. Якщо поїзд проїде світлофор з червоним вогнем з швидкістю більше 20 км/год, то діє абсолютний контроль швидкості, що забезпечує екстренне автоматичне гальмування з використанням ЕПК. Проходження світлофора з червоним вогнем дозволяється тільки після зупинки. Без зупинки проїхати колійний світлофор з червоним вогнем на перегоні дозволяється тільки великовантажним поїздам. У всіх випадках рух після проїзду світлофора з червоним вогнем допускається швидкість не більше 20 км/год. Блок КШ забезпечує дію періодичного контролю пильності машиніста і абсолютний контроль виконання умови v_ф < 20 км/ч. При цьому машиніст, періодично через 20 - 30 с натискаючи РБ, повинен вести поїзд з особливою пильністю і готовністю зупинитися, якщо зустрінеться перешкода для подальшого руху. Швидкість v_кж = 20 км/год визначає другий ступінь абсолютного контролю швидкості.

Числова система АЛСН має суттєвий експлуатаційний недолік, що полягає в малій значности її сигналізації. Трьох кодових сигналів (3, Ж і КЖ) недостатньо для передачі всього обсягу інформації, що видається колійними світлофорами. Наприклад, при чотиризначною автоблокуванні через обмежений числа кодових сигналів АЛСН передається однаковий сигнал 3 перед колійним світлофором із зеленим і жовтим і зеленим вогнями, що одночасно горять.

У першому випадку дозволяється рух з максимальною допустимою швидкістю всім поїздам, а в другому – тільки приміським. Пасажирські та вантажні поїзди можуть пройти цей світлофор із швидкістю v_ж.

Недостатній обсяг переданої інформації і при наближенні поїзда до предвхідних і вхідних світлофорів станцій. Кодовий сигнал 3 передається при наближенні до зеленого або жовтого миготливих (при тризначному автоблокуванні) вогнів передвхідного світлофора, тобто за сигналами АЛС передвхідні світлофори в даному випадку не відрізняються від прохідних.

Кодовий сигнал Ж передається в разі наближення до вхідного світлофора при наступних сигнальних показаннях: два жовті вогні; два жовті вогні, з них верхній миготливий, два жовті вогні та одна зелена смуга, яка світиться; один жовтий і один зелений миготливий вогні та одна зелена смуга, що світиться; один жовтий і один зелений миготливий вогні і дві зелені смуги, що світяться. Кодовий сигнал Ж передається також перед жовтим миготливим вогнем на дільницях, обладнаних чотиризначним автоблокуванням. У всіх перерахованих випадках світлофора автоблокування з жовтим вогнем.

З підвищенням швидкостей руху гальмівні шляхи збільшуються. Тому при існуючій розстановці колійних світлофорів, яка виконана з урахуванням забезпечення необхідної пропускної спроможності вантажних поїздів, в межах гальмівного шляху високошвидкісного поїзда може виявитися до шести блок-ділянок. Для забезпечення безпеки руху необхідна передача інформації не тільки про вільність колії, а й про допустимі швидкості, яка залежить від технічного стану колії (наявність кривих ділянок колії, недостатної міцністі колії на окремих ділянках, штучних споруд тощо).

Необхідної інформативністю володіє система нового покоління з абсолютним ступінчастим контролем всіх градацій швидкості АЛС-ЕН, в якій передаються повідомлення про кількість вільних блок-ділянок (до шести), про швидкість проходження чергового світлофора (16 градацій в діапазоні від 0 до 200 км/год), про довжину попередньої блок-ділянки (більше або менше гальмівного шляху нормативного поїзда), про рух поїзда по перегону (головна колія на станції або з відхиленням на бокову колію). Також передаються повідомлення про наближення поїзда до закритого світлофора або світлофора з запрошувальним вогнем. На цифровому індикаторі машиніста відображається інформація про швидкість, яка полягає в показаннях колійних вхідних, маршрутних, вихідних і прохідних світлофорів (32 сигнальних показання). Таким чином, має місце повна відповідність показань підлогових світлофорів та локомотивного індикатора. Технічні засоби системи АЛС-ЕН дозволяють при зеленому і жовтому вогнях підлогового світлофора передавати на локомотив, що наближається до цих світлофорів, різні кодові комбінації, що несуть інформацію про градаціях постійного обмеження швидкості, про стан колії та штучних споруд в межах блок-ділянки.

В системі АЛС-ЕН реалізований ступінчастий абсолютний контроль швидкості. Передбачено абсолютний контроль всіх градацій швидкостей, у тому числі автоматичне обмеження максимальної швидкості руху на зелений вогонь підлогового світлофора і при русі по місячно-білому вогню локомотивного світлофора. Максимальні швидкості руху на зелений вогонь вводяться вручну в локомотивний пристрій для різних категорій поїздів перед початком руху. Максимальна швидкість руху по місячно-білому вогню 20 км/год є граничною при виконанні маневрової роботи.

Система АЛС-ЕН відноситься до класу безперервних систем і містить у собі колійні і локомотивні пристрої (рис. 22.1.3).

Колійні пристрої АЛС-ЕН мають формувач сигналів ФС, з виходу якого сигнал поступає на підсилювач потужності УП і далі скрізь пристрої захисту та узгодження УЗС в рейкову лінію РЛ. Формувач сигналів формує сигнали в залежності від стану пристроїв автоблокування або електричної централізації (входи V_к і СГ).

Локомотивні пристрої системи АЛС-ЕН містять у собі приймальні котушки КПУ –2, електронний блок БЕЛ, блок індикації БІЛ і блок комутації ланцюгів локомотива БКЛЛ.

Блок БЕЛ містить приймач сигналів АЛС-ЕН, вимірювач швидкості руху поїзду разом з датчиком колії і швидкості ДКШ, який установлюють на редукторі або буксі локомотива. Блок БЕЛ виконує наступне: декодування сигналів АЛС, логічне оброблення інформації шляхом порівняння фактичної, контролюючої і допустимої швидкостей руху поїзда, контроль функціонування пристроїв і формування сигналу управління клапаном екстреного гальмування.

Блок індикації БІЛ має сигнальні лампи жовтого з червоним, червоним і білого вогнів, призначення яких аналогічно призначенню відповідним лампам на локомотивному світлофорі системи АЛСН. Ці лампи мають повторювальні вогні на бокової стінці блока в зоні видимості помічника машиніста. Лампа білого вогню використовується для індикації роботи локомотивного обладнання при відсутності сигналів в рейкової лінії і для індикації руху поїзда по запрошувальному сигналу. Індикація вільності колії поперед поїзду здійснюється шістьма світлодіодними індикаторами, які дозволяють інформувати машиніста про вільності до шістьох блок-ділянок. Семисегментові світлодіодні індикатори

ЕПК

БЕЛ

БІЛ

ДКШ

АБ або ЕЦ

К

РР

РБ

ВЧ

КПУ -2

= ============-================================== РЛ

= =======-========================================

УЗС

V_к СГ

УП

ФС

Рис. 22.1.3. Структурна схема системи АЛС-ЕН

відроджають показання фактичної швидкості руху потяга і швидкості руху, що контролюється, тобто швидкість, яку потяг повинен мати в кінці даної блок-ділянки. При досягненні потягом дозволеної швидкості руху виникає екстрене гальмування потяга. Для попередження машиніста о цьому в системі передбачена попередня світлова сигналізація, яка вмикається за 3 – 6 с до включення свистка електропневматичного клапана.

Через блок комутації ланцюгів локомотива БКЛЛ з пристроями БЕЛ зв’язані датчики інформації про режими роботи локомотива: контакти контролера машиніста К і рукоятки реверса РР, контакти рукоятки (педалі) пильності і кнопки вимикання червоного вогню ВЧ при руху потяга по некодованої дільниці. Через блок БКЛЛ к пристроям БЕЛ підключений електропневматичний клапан екстреного гальмування ЕПК.

Колійні пристрої АЛС-ЕН виконані автономно від пристроїв автоблокування числового коду, тому вони сумісні. Функції локомотивних пристроїв аналогічних функцій однойменних структурних складових системи АЛС числового коду.

Аппаратні засоби колійних і локомотивних пристроїв виконані на мікроелектронної елементної базі з високим ступенем інтеграції та з програмуючою логікою.

Модернізовані локомотивні пристрої АЛС числового коду та локомотивні пристрої АЛС-ЕН конструктивно виконані як один пристрій в системі КЛУБ (комплексний локомотивний пристрій безпеки).