Начало нового столетия сопровождается урбанизацией населения, ростом требований к мобильности и сокращению сроков поездок в пределах городов. Улицы и проспекты, предназначенные для общественного и индивидуального автомобильного транспорта, уже не справляются с потоком машин, превращая в часы пик городские районы в огромные пробки. В этих условиях метрополитен становится единственным спасением для многих тысяч пассажиров каждый день. Следовательно, встает вопрос, каким образом обеспечить комфортное, скоростное, а главное, безопасное, передвижение на линиях метрополитена. Системы обеспечения безопасности движения давно стали обязательными для электроподвижного состава метрополитена и предназначены для обеспечения безопасной эксплуатации поездов.

Основой этих систем является устройство автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости АЛС-АРС. В системе АЛС-АРС поезд получает значение допустимой скорости от рельсовой цепи в виде частотного кода. Данное значение действует в качестве скоростного ограничения на протяжении всего блок-участка. Выключение тяги и воздействие на тормоза электропоезда при получении менее разрешающего кода допустимой скорости должны обеспечить безопасность движения и интервальное регулирование движения поездов. Таким образом, АЛС-АРС обеспечивает следующие основные функции безопасности:

• прием и дешифрирование кодированных сигналов АЛС и формирование индикации о предельно допустимой скорости движения;

• непрерывный контроль предельно допустимой скорости движения и автоматическое торможение электропоезда при ее превышении фактической скоростью.

В настоящее время, современные достижения в науке и технике позволяют расширить функциональные возможности систем обеспечения безопасности движения электропоездов, обеспечить их более надежную работу и, как следствие, сделать эксплуатацию подвижного состава более безопасной.

В качестве примера расширения функциональных возможностей систем безопасности можно указать:

• введение функции самодиагностики устройств безопасности. В сочетании с резервированием устройств безопасности обеспечивается более высокая надежность их работы и безопасность движения;

• обеспечение функциональной безопасности устройств. Под функциональной безопасностью устройств надо понимать отсутствие возможности опасного отказа устройств, в результате которого может происходить нарушение безопасности движения. Для этого все модули, формирующие данные, непосредственно влияющие на безопасность движения, должны иметь в своем составе независимые каналы, осуществляющие параллельную обработку информации;

• выполнение функции определения местоположения подвижного состава на линии и, на ее основе, обеспечение прицельной остановки электропоезда у сигнального знака «Остановка первого вагона» (знак ОПВ);

• организация управления подвижным составом в автоматическом режиме без участия машиниста (локомотивной бригады) – режим автоведения;

• регистрация параметров движения поезда и контроль работоспособности оборудования, действий локомотивных бригад и ремонтного персонала.

Объединение и реализация перечисленных выше функций в одной системе придает ей свойство комплексности и определяет ее как комплексную систему безопасности движения поезда (КСБДП). Безопасное функционирование КСБДП основывается на дублировании работы структурных элементов системы. Конструктивно это обеспечивается наличием независимых каналов параллельного приема и обработки информации и формирования управляющих команд.

Таким образом, комплексная система безопасности должна состоять из следующих основных функциональных подсистем:

- АЛС-АРС на основе рельсовых цепей;

- измерения скорости минимум двумя независимыми устройствами;

- определения местоположения поезда и автоведения;

- технической диагностики и регистрации параметров движения.

В настоящее время существует большое количество масштабируемых систем автоматического управления движением поездов. Они различаются по принципам и техническим решениям, используемым при их разработке, а также по степени автоматизации – от автоматизированного движения поезда с информационной поддержкой машиниста (режим подсказки) до полностью автоматического управления движением с максимальной эксплуатационной гибкостью.

В Московском метрополитене используется система управления, безопасности и технической диагностики «Витязь», построенная как многопроцессорная локальная вычислительная сеть. Система «Витязь» предназначена для установки на вагонах метро моделей 81-740/741, 81-760/761 и их модификаций.

Система «Витязь» выполняет следующие основные функции:

• обеспечение управления поездом и вагонным оборудованием в режиме ручного управления;

• автоматическое ограничение скорости поезда по сигналам с рельсовой линии (автоматическое регулирование скорости – АРС);

• сигнализацию о допустимой, предупредительной и текущей скоростях (автоматическая локомотивная сигнализация – АЛС);

• обеспечение технической диагностики и сигнализации о неисправностях вагонного оборудования и самой системы;

• обеспечение управления климатическими установками салонов вагона, переключение режимов работы кондиционеров (зима/лето);

• обеспечение обмена информации между блоками системы «Витязь»;

• ввод информации с устройства первоначального ввода и вывод информации на устройство отображения информации;

• выдачу рекомендаций машинисту по оптимальному управлению электропоездом.

Система «Витязь» состоит из следующих основных блоков:

1. Блок управления поездом

Блок управления поездом (БУП) - центральный микропроцессорный блок, устанавливается в головных вагонах поезда, является специализированным блоком логической обработки информации, выполняет функции диспетчеризации и обеспечивает:

• ведение поезда в ручном режиме (под управлением машиниста);

• централизованное управление вспомогательными устройствами и оборудованием вагонов;

• диагностирование аппаратов и устройств оборудования вагонов;

• прием управляющих сигналов от пультов управления и контроллера машиниста и вывод сигнализации о состоянии основного вагонного оборудования;

• обмен информацией по поездной магистрали (основной и резервной) с блоком управления вагоном и хвостовым (головным) блоком управления поездом, а также обмен информацией с блоком автоматической регулировки скорости;

• решение задач оперативного изменения конфигурации системы управления «Витязь» при наличии сигналов о неисправностях блоков, входящих в систему;

2. Блок управления вагоном.

Блок управления вагоном (БУВ) размещается в каждом вагоне поезда и является специализированным микропроцессорным вычислительным блоком логической обработки информации и предназначен для управления и технической диагностики оборудования отдельного вагона состава.

Блок БУВ выполняет следующие основные функции:

• обмен информации с БУП;

• опрос датчиков вагонного оборудования и техническую диагностику вагонного оборудования;

• выработку управляющих воздействий для блока управления тяговым приводом (БУТП) и тормозной системы с учетом информации датчиков вагонного оборудования;

• управление вагонным оборудованием (освещение салона, открытие и закрытие дверей и т.д.).

3. Блок автоматической регулировки скорости

Блок автоматической регулировки скорости (БАРС-М) располагается в головных вагонах поезда и предназначен для обеспечения безопасности движения поезда.

БАРС-М выполняет следующие основные функции:

• обеспечивает прием с рельсовой линии сигналов о допустимой и предупредительной скорости и направлении движения электропоезда;

• обеспечивает непрерывный контроль за соответствием фактической и допустимой скоростей;

• обеспечивает контроль о готовности машиниста к принятию мер по снижению скорости или остановки поезда;

• передает информацию о значениях допустимой, фактической и рекомендуемой скоростей движения на индикатор скорости (ИС);

вырабатывает команды «Разрешение хода», «Требование тормозного режима» с указанием вида тормоза (подтормаживание, удержание, полное служебное торможение, экстренное торможение).

Все перечисленные команды от блока БАРС поступают в блок БУП, где обрабатываются с наивысшим приоритетом и передаются для выполнения в блоки БУВ.

Команда на включение тормоза безопасности исполняется выходными ключами блока БАРС.

4. Блок тормоза безопасности.

Блок тормоза безопасности (БТБ) располагается в головных вагонах поезда и предназначен для обеспечения управления и контроля состояния петли безопасности электроподвижного состава метрополитена. БТБ управляет тормозом безопасности, для чего подает напряжение, изолированное от входного напряжения питания, на тормоза безопасности, расположенные на каждом вагоне, тем самым отключая их. Включение БТБ производится с пульта машиниста. Тормоза безопасности включаются при снятии питания с БТБ (петля безопасности разомкнута).