Доклад (Автосохраненный)

Темой моей магистерской работы является:

Интероперабельность и безопасность совместного использования европейской системы управления движением поездов ERTMS с микропроцессорной централизацией Еbilock – 950 на украинских железных дорогах. (1 слайд)

Выбор развития систем СЦБ на железных дорогах Украины был определен еще во время СССР. Темпы обновления и внедрения новых систем на то время были достаточно высоки. С начала 90-х годов тенденция модернизации систем автоматики значительно снизилась. Конечно, внедрение новых систем ведется, но оно носит точечный и хаотический характер. Точной, конкретной стратегии развития будущих систем автоматики нет. Вопрос о взаимодействии, увязке наших систем в случаи их интеграции с европейскими системами практически не рассматривается. Даная проблема должна быть решена в первую очередь, так как дальнейшее существующее разнонаправленное развитие отечественных систем приведет к значительному снижению уровня безопасности и большим экономическим потерям. Эта проблема и стала предпосылкой для создания моей работы.

Итак, 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 (слайд 2).

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 (слайд 3).

Рис.1.2. Диаграмма распределения транспортных событий по причинам.

Теперь непосредственно перейдем к станционным системам автоматики. 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. 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 устройств 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” (слайд 4).

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

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 такой напряженной и ответственной работе, как работа ДСП. Что наглядно нам демонстрирует диаграмма транспортных событий по профессиям (слайд 5).

Кроме того, такая причина, отрицательно влияющая на безопасность, как отсутствие опыта также наглядно отображена на диаграмме транспортных событий по стажу работы (слайд 6).

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.

Проведенный аналитический обзор позволяет сделать следующие выводы.

1)Степень изношенности основных технических средств систем управления движением поездов на украинских железных дорогах составляет более 80%. Такое состояние вызывает необходимость замены устаревших систем на новые микроэлектронные и компьютерные системы управления с использованием современных информационно-управляющих технологий.

2)Внедряемые в Украине в последние годы устройства МПЦ разработаны без учета их увязки с европейскими системами.

3) Интеграция украинских железных дорог в общеевропейскую транспортную систему выдвигает требования гармонизации организационных мероприятий и технических решений для беспрепятственного быстрого и безопасного перемещения грузов и пассажиров к пункту назначения на межгосударственном пространстве.

В соответствии с выше изложенным, в работе поставлена цель разработки схемных решений увязки европейской системы управления движением поездов ERTMS с микропроцессорной централизацией Еbilock - 950, а также оценки безопасности системы в соответвтвие с техническими спецификациями интероперабельности для совместного использования на Украинских железных дорогах .

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Рассмотреть принципы построения и функционирования европейской системы управления движением поездов ERTMS и микропроцессорной централизацией Еbilock - 950.

Разработать схемные решения увязки европейской системы управления движением поездов ERTMS и МПЦ

Рассмотреть методы оценки безопасности микропроцессорных систем управления движением поездов.

Теперь непосредственно перейдем к вопросам безопасности Европейской системы уп­равления движением поездов ERTMS

В системе ERTMS/ETCS предусмотрены три уровня.

Система уровня 1 обеспечивает регулирование скорости поезда в зависимости от передаваемых с пути на поезд данных, сформированных на основе показаний напольных сигналов.

В ней к традиционным средствам кон­троля местоположения поезда (рельсовым цепям или счетчикам осей) добавляются два управляе­мых сигналом приемоответчика Eurobalise третьего типа: один - не­посредственно у светофора, а вто­рой - на расстоянии тормозного пути до него. Они управляются установ­ленным у сигнала специальным ус­тройством LEU.

Рис.2.3. Первая ступень оснащения ETCS (LEVEL 1)

Система уровня 2 представляет собой законченную систему без использования напольных сигналов, но с сохранением жесткого разделения линии на блок-участки.

На этой ступени сведения о поез­дной ситуации передаются на локо­мотив непрерывно по радиосисте­ме GSM-R. Приемоответчики третьего типа, шлейфы точечной АЛС и блоки LEU могут быть де­монтированы. Поезда фиксируют свое местоположение с помощью приемоответчиков первого типа.. На второй ступени ETCS со­храняются традиционные устрой­ства контроля местоположения по­езда (рельсовые цепи и системы счета осей. В то же время поступающие по ра­диоканалу команды АЛСН сообща­ют на поезд основную информа­цию о разрешенной скорости движения. Сохраняемые на этом этапе напольные светофоры пре­дусмотрены в качестве резерва.

Рис.2.4.Вторая ступень оснащения ETCS (LEVEL 2)

Система уровня 3 - это законченная система управления и обеспечения безопасности движения поездов без использования напольных сигналов и с подвижными блок-участками. Определение местоположения поезда и контроль его полносоставности осуществляются бортовыми средствами.

Интервальное регулирование дви­жения поездов на третьей ступени осуществляется исключительно по радиоканалу. Традиционные устрой­ства контроля местоположения под­вижного состава больше не приме­няются. Напольные сигналы использовать не будут из-за отсут­ствия фиксированных блок-участков (рис.2.5). Уровень 3 находится в настоящее время под развитием.

Рис.2.5. Третья ступень оснащения ETCS (LEVEL 3)

Предпосылками создания единой европейской системы управления движением поездов явились:

• стремление создать единую систему управления на локомотивах, не зависящую от особенностей ранее применявшихся национальных систем автоматики;

• стремление сократить затраты на дорогостоящую напольную структуру систем автоматики.

Как уже отмечалось ранее, отечественные железные дороги положили курс на интеграцию в общую европейскую сеть. Одним из шагов для достижения данной цели является внедрение микропроцессорных систем автоматики, в частности МПЦ Еbilock 950, которая имеет следующие преимущества:

• более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов.

• расширенный набор технологических функций.

• предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ.

• сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

• возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала.

• значительно меньшие габариты оборудования

• значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

• использование в качестве среды передачи информации волоконно-оптических кабелей.

Система Еbilock 950 пригодна для применения на железных дорогах России, стран СНГ и Балтии, так как все эксплуатируемые на них средства СЦБ соответствуют утвержденным (еще МПС СССР) техническим требованиям или отличаются от них лишь незначительно.

И в случаи европейского выбора, переход на ERTMS/ETCS будет представлять определенные трудности. Внедрение системы возможно по двум основным причинам только поэтапно:

• Первая связана с невозможностью заменить сразу весь тяговый подвижной состав, работающий на одной линии.

• Вторая связана с невозможностью заменить все оборудование на всей протяженности линии.

Как уже отмечалось ранее, система ETCS 1 и 2 уровней используют либо рельсовые цепи, либо счетчики осей. При внедрении европейской системы на железных дорогах Украины соответственно существующие рельсовые цепи остаются. Кроме того, на первом уровне применяется АЛС точечного типа. На украинских железных дорогах применяется АЛС непрерывного типа, а переоборудовать на АЛСТ не целесообразно. В этом случаи более перспективным для внедрения есть 2 уровень ETCS.

На этой ступени ETCS со­храняются традиционные устрой­ства контроля местоположения по­езда (рельсовые цепи и системы счета осей). В случаи внедрения, функцию АЛСН будет выполнять радиосистема GSM-R.Так как рельсовые цепи остаются, поэтому именно их необходимо увязывать с МПЦ Еbilock – 950. В большей степени такая увязка будет касаться кодовых рельсовых цепей.

Как уже отмечалось ранее, на российских железных дорогах активно эксплуатируется МПЦ Еbilock – 950. Естественно, что были разработаны технические решения по увязкам с различными видами устройств.

Необходимо отметить, что данные решения разрабатывались для существующих устройств СЦБ. Естественно, данными решениями можно воспользоваться. С учетом внедрения ETCS, и в них следует сделать соответствующие изменения.

На сегодняшний день подавляющее число рельсовых цепей на перегоне – это числовые кодовые. Поэтому естественно технические изменения должны коснуться именно увязки Еbilock – 950 с кодовой АБ (однопутной, двухпутной). На рис. 4.5 представлена часть схемы увязки МПЦ с однопутной кодовой АБ.

Рис. 4.5 Часть схемы увязка Еbilock – 950 с кодовой АБ.

Данная схема взята из типовых альбомов для проектирования. Изменения в данных схемах должны коснуться аппаратуры для передачи кодов АЛСН, так как в данных схемах предусмотрено использование КПТШ.

Однако, кодовые рельсовые цепи были введены в эксплуатацию уже давно и в большей степени исчерпывают свой ресурс. В связи с этим их переоборудование является нецелесообразно.

С учетом того, что на втором уровне ETCS можно обойтись без напольных светофоров, то возникает возможность внедрения тональных рельсовых цепей, которые являются перспективными для железных дорог Украины, основные достоинства которых связаны с возможностью их работы без изолирующих стыков. Типовые решения по увязке ТРЦ с МПЦ Еbilock – 950 есть, но здесь, как и прежде, необходимо изменять схеху кодирования рельсовых цепей (рис.4.6).

Современные системы, с использованием идентификации подвижного состава, построены на основе точечных путевых датчиков (ТПД), которые в развитых странах во многом определяют общую эффективность автоматических систем управления движением поездов. Актуальность новых разработок и широкого внедрения современных точечных путевых датчиков в странах СНГ в настоящее время также вызвано созданием международных транспортных коридоров, в которых применяются системы идентификации подвижного состава. Такие наиболее известные датчики обнаружения транспортных средств, как рельсовые цепи, фотоэлектрические устройства, шлейфы не решают задачи высокой точности позиционирования оси колесной пары, надежного счета осей, что необходимо для современных систем управления движением поездов. Кроме того, при внедрении новых систем напольные устройства остаються без изменений. А получение достоверной информации от них является очень ответственным процессом. Например, в МПЦ Еbilock – 950 одним из уязвимых звеньев в передачи информации от напольных устройств к посту централизации есть объектные контроллеры.

Чтобы повысить степень надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики необходимо дублировать одни датчики информации о состоянии путевых участков другими, т.е. возникает потребность в резервировании аппаратуры.

Резервирование может иметь разную структуру и принцип функционирования. Каждая резервируемая структура имеет свои собственные показатели безопасности, безотказности, надежности и потому применения той или другой конфигурации, определяется необходимыми уровнями этих показателей для данной системы.

При построении безопасных структур в настоящее время больше всего применяют двухканальные и трехканальные (мажоритарные) структуры. В работе был проведем анализ этих структур по показателям безопасности и безотказности. В итоге были получены следующие результаты.

Рис.5.15 График зависимости вероятности безотказности от интенсивности отказов

Где кривая №1 - зависимость вероятности безотказности от интенсивности отказов систем “ два из трех ” и “ два из трех ” с реконфигурацией; кривая № 2 - система “ два из двух ” , кривая №3 - “ три из трех ” и кривая №4 - “ один из одного ”.

Рис.5.16 График зависимости вероятности безопасности от интенсивности отказов

Где кривая №1 - зависимость вероятности безопасности от интенсивности отказов системы “ один из одного ”; кривая № 2 - система “ два из двух ” , кривая №3 - “ два из трех ” и кривая №4 - “ два из трех ” с реконфигурацией и “ три из трех ” . Проанализировав график, изображенный на рис.3.22, можно сделать 100% вывод, что наиболее безопасной системой является “ два из трех ” с реконфигурацией. Но применение той или другой структуры зависит от условий эксплуатации, нормативных требований безопасности, назначения системы, за функционированием, экономичности применения но др..

Подводя общий итог, делаем следующие выводы:

1)Реорганизация украинских железных дорог должна проходить с учетом директив и технических спецификаций интероперабельности в области железнодорожного транспорта, которые являются обязательными в странах Евросоюза. Кроме этого, разработаны нормативные документы и ТСИ, которые носят информационный рекомендательный характер.

2)Системы управления движением поездов должны строиться в соответствии с разработанной в Европе системой ERTMS/ETCS на перегоне и микропроцессорных систем управления движением на станциях.

3)Системы ERTMS и МПЦ на первых стадиях внедрения планируются для использования с национальными напольными устройства СЦБ: рельсовыми цепями, стрелочными переводами, светофорами.

4) Надежность функционирования новых микропроцессорных систем должны повышаться за счет резервирования и применения надежных устройств бесперебойного питания.