Интервальное регулирование движения поездов с применением систем спутниковой навигации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Главной задачей, решаемой работниками хозяйства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) является обеспечение нормального (штатного), непрерывного протекания основного технологического процесса перевозок. Движение поездов - это совокупный технологический процесс, состоящий из огромного ряда частных технологических процессов, каждый из которых ответственен.

ОАО «Российские Железные Дороги» возлагает на хозяйство СЦБ и его работников следующие задачи:

- реализация необходимого уровня пропускной способности;

- обеспечение безопасности движения поездов.

В настоящих условиях работы повышение интенсивности движения и скоростей поездов требуют все большей автоматизации управления процессом перевозок. Модернизация существующих и разработка новых систем интервального регулирования движением поездов основывается на том, что перспективные системы должны обладать значительно большими и качественно новыми функциональными возможностями по сравнению с уже существующими, соответствовать всем технико-эксплуатационным требованиям и повышать уровень безопасности движения поездов. Именно поэтому к системам СЦБ были повышены требования.

К основным из них относятся:

- достаточная емкость и быстродействие каналов;

- надежность действий, исключающая возникновение опасных отказов;

- малое время восстановления рабочего состояния после отказов;

- универсальность (применимость систем в различных условиях и при любом виде тяги);

- надежная защита от воздействий различных помех;

- возможность проведения мониторинга и диагностики технического состояния (ТС) устройств СЦБ в режиме реального времени;

- минимальный расход времени и материалов при строительстве, производстве и эксплуатации.

В соответствии с программой развития и обновления средств железнодорожной автоматики на 2010-2015 годы на железной дороге РФ предусмотрено применение перспективных систем автоблокировки (АБ) с рельсовыми цепями тональной частоты (ТРЦ) и систем регулирования движением поездов с использованием систем спутниковой навигации.

Применение систем АБ на основе ТРЦ и, конкретно, АБТЦ-М, рассматриваемую в данном дипломном проекте, позволит производить укладку бесстыкового пути на протяжении целого перегона, уйдя от использования изолирующих стыков (ИС), что приведет к сокращению значительного количества дроссель-трансформаторов (ДТ) и снижению потерь электроэнергии на тягу поездов. Такой тип автоблокировки отвечает условиям электромагнитной совместимости не только с эксплуатируемым, но и перспективным подвижным составом.

Применение систем спутниковой навигации позволит также сократить количество используемой аппаратуры и штат работников, уйдя от использования путевых светофоров.

Рассматриваемая в данной работе система АБТЦ-М в совокупности со спутниковой системой, обладая новыми интерфейсами с устройствами соседних станций, переездов и других, позволит в дальнейшем беспрепятственно наращивать функциональные возможности системы.



1. Эксплуатационная часть

1.1 Спутниковые технологии в инновационной стратегии ОАО «РЖД»

Программой стратегического развития ОАО «РЖД», рассчитанной до 2030 года, предусмотрено внедрение инноваций, нацеленных на достижение лидирующего положения компании на мировом и отечественном рынках железнодорожных транспортных услуг.

Осуществление намеченного целевого состояния компании требует значительного повышения эффективности перевозочного процесса, обеспечения за счет реинжиниринга безопасности движения поездов, реализации перехода от автоматизации выполнения отдельных трудоемких функций к автоматизации интеллектуальных функций: выбору оптимального решения, анализу ситуации и проведение расчетов с использованием динамических моделей сложных систем.

Приоритетным направлением ОАО «РЖД» было выбрано определение места дислокации и управления движением подвижного состава с использованием координатно-временной информации через глобальные спутниковые навигационные системы - ГЛОНАСС, GPS.

В настоящее время определение дислокации и состояния подвижных объектов производится с помощью систем диспетчерского контроля (ДК) и ручного сбора информации (телефонограммы, телеграммы и устные доклады). Фактические данные об эффективности работы реального объекта и его состоянии имеют очень низкую достоверность, т.к. не контролируются автоматическими средствами и имеет место быть «человеческий фактор». Именно поэтому были поставлены задачи: автоматизировать данные процессы, обеспечить максимальный уровень достоверности информации, получаемой от спутниковых навигационных систем и систем подвижной цифровой связи.

В качестве системы связи было принято использовать доступную открытую систему стандарта GSM, GPRS, операторы которых на участках железных дорог гарантированно могут обеспечить возможность подключения и доставки сообщений. Эти возможности уже реализованы на Южно-уральской, Куйбышевской и Московской железных дорогах.

В центрах управления перевозками и структуре дорожных диспетчерских центров формируются специальные аппаратно-программные комплексы обработки и сбора спутниковых данных, серверы которых обеспечивают хранение, прием, обработку и представление на автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей, поступающих с локомотивов и систем слежения за подвижным составом (ССПС).

Развернутые на серверах специальные программные средства позволяют определить местоположение объекта по трехмерным географическим координатам, создавая привязку их к цифровым моделям пути и специальным электронным картам, работающим в рамках геоинформационной системы (ГИС).

По плану развития спутниковых технологий в ОАО «РЖД» первостепенное место занимают следующие работы:

Создание систем интервального регулирования движения поездов и координатного управления с подвижными блок-участками. В них данные ГЛОНАСС, GPS о скорости движения, местоположении, длине состава и математической модели поездной ситуации открывают путь к безопасным методам обеспечения попутного сближения поездов без использования путевых светофоров. В перспективе, это приведет к созданию «интеллектуальных поездов» с интегрированной системой автоведения и самодиагностики.

Разработка системы спутникового мониторинга перевозок ценных и опасных грузов, контейнерных перевозок с использованием аппаратуры ГЛОНАСС, GPS, систем подвижной цифровой связи, мобильные системы стандарта GSM, GPRS.

Создание нормативно-технической документации, правовой базы, регулирующей порядок пользования глобальной навигационной спутниковой системой ГЛОНАСС, GPS с учетом требований безопасности на железнодорожном транспорте.

Перечисленные выше направления по внедрению спутниковых технологий, систем цифровой связи должны обеспечить возможность реализации системы комплексной безопасности, получения механизмов синхронизации крупномасштабных бизнес-процессов, реализуемых на сети Российских железных дорог и в сопредельных странах. Этот механизм значительно повысит эффективность управления логистическими операциями, улучшит организацию перевозки особо важных и опасных грузов.

Решение именно этих вопросов позволит ОАО «РЖД», используя намеченные наиболее конструктивные пути развития и опираясь на передовой отечественный и международный опыт, повысить эффективность своей работы.

1.2 Эксплуатационные возможности спутниковой навигации на железнодорожном транспорте

Основными эксплуатационными возможностями систем спутниковой навигации являются:

- определение местоположения подвижного состава, используемого для грузовых (в том числе опасных и специальных) и пассажирских перевозок;

- определение местоположения подвижного состава и единиц для ввода координат в бортовые локомотивные устройства безопасности (КЛУБ) в режиме реального времени;

- формирование электронных карт пути и объектов инфраструктуры на основе определений координат для использования в бортовых КЛУБ.

Наличие высокоточного координатно-временного программного обеспечения и средств надежной доставки информации с использованием систем связи данных навигационных цифровых карт путей позволяет создать:

- систему координатного управления и интервального регулирования движения на основе координатно-временных данных, получаемых от Глобально-навигационных спутниковых систем (ГНСС), математических моделей поездной ситуации, использования безопасных методов обеспечения сближения поездов попутного следования без применения путевых светофоров;

- систему управления маневровой и поездной работой на основе спутникового определения местоположения и использования широкополосного цифрового радиоканала. Это также позволит значительно сократить количество напольного оборудования.

Интеграция возможностей спутниковых технологий дает возможность расширения функций систем безопасности на основе централизованного ведения управления диагностикой и маршрутами. Это позволяет значительно сократить количество дорогостоящего перегонного оборудования за счет переноса функций обеспечения безопасности на локомотив и станции.

Средства ГИС позволяют интегрировать в единую информационную среду абсолютно разнородную информацию со множеством вариантов визуализации. Например, это отображение траектории движения подвижного состава поверх цифровой картографической подложки, совмещение векторных карт с космическими и аэроснимками.

Эффективным направлением использования спутниковых координат и каналов связи является создание систем интервального регулирования на малодеятельных участках. Это решение позволяет уйти от использования воздушных линий связи и сократить расходы, связанные с содержанием большого штата работников.

В целом, совершенствование систем безопасности заключается в создании многоуровневых систем интервального регулирования, автоведения подвижного состава и его самодиагностики, которые неразрывно связаны со стационарными системами автоматики и телемеханики.

1.3 Обоснование необходимости внедрения спутниковой навигации

Ключевым преимуществом спутниковой навигации в системе интеллектуального регулирования движения поездов на базе радиоканала (СИРДП-Е) является использование принципа подвижных блок-участков для повышения пропускной способности линий. Между поездами интервал попутного следования регулируется, исходя из фактической скорости относительно друг друга и скорости каждого из них. В отличие от традиционной системы АБ, принципом подвижных бок-участков предусмотрено регулирование в расчете на координаты хвоста впередиидущего поезда с учетом минимально необходимого защитного участка. Переход к такой технологии осуществляет входящая в состав системы СИРДП-Е система контроля целостности поезда (СКЦП), которая осуществляет непрерывный контроль и передачу информации о целостности тормозной магистрали в процессе движения и на стоянках.

В системе СИРДП-Е используется минимальное количество напольного оборудования - устройства контроля свободности пути (счетчики осей или рельсовые цепи) на станциях, на перегонах - реперные датчики, а также станции системы радиосвязи.

По сравнению с традиционными способами регулирования движения поездов, система СИРДП-Е имеет такие преимущества, как:

- повышение безопасности маневровой работ и движения поездов за счет ограничения скорости и места маневров;

- повышение пропускной способности участков за счет реализации подвижных блок-участков;

- возможность снятия и установки временных ограничения по скорости движения поездов;

- существенной снижение затрат инфраструктуры - нет необходимости в установке на перегонах путевых светофоров, счетчиков осей и рельсовых цепей;

- снижение инвестиций и быстрая окупаемость их при новом строительстве и модернизации линий;

- сокращение эксплуатационных расходов;

- непрерывный контроль целостности поезда;

- улучшений условий труда машинистов за счет непрерывного контроля ситуации и оказания помощи в принятии решений, отображая на дисплее необходимые данные.

1.4 Путевой план перегона Трубная-Заплавное, технические решения при модернизации участка железной дороги

Путевой план перегона является основным документом проекта автоблокировки. Путевой план разработан на основе системы АБТЦ-М в соответствии с техническими решениями 41571-00-00-37ТР и представляет собой немасштабный чертеж, на котором показано основное путевое, линейное и сигнальное оборудование АБ, а также ординаты их расположения и длины рельсовых цепей.

На путевом плане перегона Трубная-Заплавное показаны:

- рельсовые цепи с указанием длин;

- сигнальные точки и ординаты их установки;

- кабельная сеть;

- переезд и его ордината, устройства переездной сигнализации с указанием времени подачи извещения на переезд, расчетной скорости движения поезда для каждого направления, расчетной длины подачи извещения на переезд, мест подачи извещения и фактической длины подачи извещения на переезд.

В пределах каждого блок-участка реализуется, в зависимости от его длины, 2-4 рельсовых цепи.

Для исключения перекрытия сигнала приближающимся поездом точка подключения аппаратуры РЦ на 40 метров по направлению движения выносится светофор.

Для связи устройств на постах ЭЦ станций Трубная и Заплавое с перегонными устройствами проложен магистральный кабель СЦБ типа СБП3АцБпШп, имеющий защиту. На перегоне произведена укладка двух кабелей, что обусловлено необходимостью прокладки питающих и релейных концов ТРЦ в разных кабелях для исключения их объединения.

Перегонные устройства (переезды, светофоры и т.д.) при АБТЦ-М управляются со станций, ограничивающих перегон.

Техническим решением при модернизации перегона является демонтаж путевых светофоров - с применением систем ГНСС их надобность отпадает. Автоматически кабельная сеть сигнальных точек теряет актуальность - больше нет необходимости в ней и ее обслуживании.

Использование принципа подвижных блок-участков также ведет к ряду мер - демонтажу релейных и питающих концов рельсовых цепей.

Таким образом, на участке Трубная-Заплавное будет расположено минимум напольного оборудования, при этом эффективность интервального регулирования и безопасность движения поездов значительно повысится.



2. Техническая часть

2.1 Классификация и сравнительная характеристика систем спутниковой навигации на российских и зарубежных железных дорогах

спутниковый навигация железнодорожный транспорт

Используемые системы спутниковой навигации на железнодорожном транспорте являются дифференциальными. Такой режим реализуется за счет контрольно-навигационного приемника - базовой станции. Она устанавливается в точке с известными географическими координатами. Базовый навигационный приемник, сравнивая измеренные координаты с известными, формирует поправки, передавая их потребителям по каналу связи. При решении навигационной связи приемник учитывает принятые от базовой станции поправки. Это позволяет с точностью до одного метра определять координаты объекта задачи.

По структуре навигационные системы подразделяются на:

- объектовые (бортовые и персональные);

- распределенные - имеющие в составе один навигационно-информационный центр.

По виду решаемых задач навигационно-информационные системы подразделяются на:

- навигационно-мониторинговые - для контроля состояний и перемещений объектов навигации;

- точной навигации;

- навигационно-управляющие - для формирования (выработки) навигационно-временных решений для управления движением, перевода в отдельные режимы управления работы;

- диспетчерские - для использования в системах диспетчерского управления;

- поддержки принятий решений.

Современными системами ГНСС, отвечающими всем требованиям концепции развития ОАО «РЖД», являются - ГЛОНАСС (Россия), Галлилео (Евросоюз) и GPS (США).

В таблице 1 представлены сравнительные характеристики систем ГЛОНАС, Галлилео и GPS.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики систем ГЛОНАС, Галлилео и GPS.

Показатель	Система
	ГЛОНАСС	GPS	ГАЛЛИЛЕО
Число спутников в полной орбитальной группировке	24	24	30
Число орбитальных плоскостей	3	6	3
Число спутников в каждой плоскости	8	4	9
Наклон орбиты	64,8	55	56
Период обращения спутника	11 ч 15 мин 44 с	11 ч 58 мин 00 с	14 ч
Число спутников, выводимых за один запуск	3	1	1
Космодром	Байконур (Казахстан)	Мыс Канаверал	Байконур

По данным сравнительной характеристики таблицы видно, что отечественная система ГЛОНАСС имеет целый ряд преимуществ перед зарубежными.

ГЛОНАСС является системой беззапросной - именно поэтому количество потребителей системы неограниченно. Помимо основной функции системы, ГЛОНАСС позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов времени и частоты на удаленных наземных объектах, взаимную геодезическую привязку, что недоступно зарубежным аналогам.

В целом, использование отечественной системы позволит не только максимально эффективно управлять движением поездов, но также и быть независимыми от зарубежных аналогов, ограниченных в своих возможностях.

2.2 Спутниковая навигационная система в КЛУБ-У

Комплексное локомотивное устройство безопасности на базе радиоканала (КЛУБ-У) предназначено для работы на всех типах локомотивов и мотор-вагонных поездов, в том числе на скоростных участках железных дорог со всеми видами тяги. С помощью аппаратуры КЛУБ-У на локомотивах распознаются сигналы светофоров, превышения допустимых скоростей движения, определяется путь торможения, непрерывно контролируется система торможения, автоматически включается экстренное торможение, определяется положение состава с использованием спутниковых навигационных систем, выполняется слежение за состоянием машиниста. Внешний вид аппаратуры КЛУБ-У, устанавливаемой в кабине машиниста, показан на рисунке 1.

Рисунок 1 - Внешний вид аппаратуры КЛУБ-У



Передача информации со станционных устройств на локомотивные в системе КЛУБ-У частотой 460 МГц производится по цифровому радиоканалу (РК). Приказом дежурного по станции или поездного диспетчера с помощью данных по РК обеспечивается экстренная остановка поезда независимо от действий машиниста, после чего исключается его движение без специального разрешения дежурного по станции или диспетчера.

Аппаратура КЛУБ-У состоит из блоков электроники БЭЛ-У, ввода и индикации БИЛ-УВ, коммутации и регистрации БКР-У, питания ИП-ЛЭ; антенны спутниковой навигационной системы СНС; приемо-передающего устройства цифровой радиосвязи; датчиков пути и скорости ДПС-У; датчика угла поворота поезда. Структурная схема аппаратуры КЛУБ-У показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема аппаратуры КЛУБ-У

Блок электроники БЭЛ-У предназначен для приема сигналов автоматической сигнализации (АЛС) от приемных катушек (КПУ), антенн точечного канала связи ТКС, приемо-передатчика радиоканала, антенны СНС, датчиков ДПС-У, давления, цепей локомотива, рукояток бдительности, кнопок БИЛ-УВ.

Блок БВЛ-У выполняет функции переключения режимов индикации, ввода и контроля локомотивных характеристик, контроля кодов и тестов. С помощью этого блока вводят предрейсовую информацию и управляют режимом работы системы безопасности.

Блок коммутации и регистрации БКР-У служит для обработки сигналов, поступающих от датчиков давления КРТ-1, и подключения к блоку БЭЛ-У периферийных устройств, а также для их переключения при изменении кабины управления локомотива. Источники питания ИП-ЛЭ обеспечивают электронную аппаратуру постоянным питающим напряжением 50±5 В. Для приема сигналов от спутников систем GPS и ГЛОНАСС, по которым приемник определяет значения географической широты и долготы, текущего времени по Гринвичу и скорость движения поезда, предназначена антенна.

Датчик угла поворота Л178/1 предназначен для измерения скорости движения поезда и содержит два канала формирования импульсов, сдвинутых между собой на 90°. Для записи информации о параметрах движения поезда, состоянии системы КЛУБ-У и последующего воспроизведения предназначена кассета регистрации КР. Параметры движения поезда записываются на кассету КР, которая после поездки сдается машинистом для последующей автоматической дешифрации на стационарном устройстве дешифрации СУД-У. Отчеты распечатываются на принтере, архивируются результаты на магнитном носителе. По требованию оператора в депо можно производить расшифровку определенного участка поездки.[1]



2.3 Система автоблокировки с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры и дублирующими каналами передачи информации микропроцессорной АБТЦ-М

АБТЦ-М представляет собой систему интервального регулирования и обеспечения безопасности движения поездов на перегонах скоростных, магистральных и малодеятельных участков железных дорог. Движение поездов осуществляется как по сигналам проходных светофоров с дублированием их показаний сигналами систем локомотивной сигнализации (АЛСН или АЛС-ЕН), так и с использованием АЛСН и АЛС-ЕН как основного средства интервального регулирования (АЛСО).

Система предназначена для однопутных, двухпутных и многопутных участков железных дорог, оборудованных электротягой постоянного или переменного тока, с автономной тягой; участков с централизованным электроснабжением пассажирских вагонов; участков обращения локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава с импульсным регулированием тяговых двигателей; линий высокоскоростного движения; вновь строящихся и модернизируемых линий.

АБТЦ-М обеспечивает автоматическое блокирование и деблокирование запрещающего показания проходных светофоров, выбор показаний проходных светофоров, контроль последовательного занятия и освобождения рельсовых цепей перегона, кодирование рельсовых цепей перегона, смену направления движения поездов на перегоне, управление и контроль автоматической переездной сигнализации.

Аппаратура системы располагается централизованно на постах электрической централизации (ЭЦ) станций, ограничивающих перегон, и децентрализовано на перегоне в шкафах, путевых и трансформаторных ящиках. При расстоянии между постами электрической централизации станций, ограничивающих перегон, свыше 24 км, аппаратура системы размещается, кроме того, в специальных транспортабельных контейнерных модулях.

Система поставляется с программным обеспечением, адаптированным под конкретный проект оборудования перегона.

Электропитание системы, в соответствии с её комплектацией, осуществляется от следующих источников электроснабжения:

- типовых панелей питания с номинальными значениями выходного напряжения 220 В переменного тока частотой 50 Гц и 24 В постоянного тока с резервированием от аккумуляторов с номинальным напряжением 24 В постоянного тока - электропитание составных частей системы, расположенных на станции и в модулях;

- централизовано со станций, ограничивающих перегон и/или от местных источников питания - электропитание переездных устройств неохраняемых переездов;

- централизовано со станций, ограничивающих перегон или из пунктов концентрации аппаратуры на перегоне - электропитание устройств управления огнями светофоров.

АБТЦ-М представляет собой комплект составных частей, позволяющий создавать любые конфигурации системы в соответствии с конкретным проектом участка железной дороги для оптимального решения задач интервального регулирования и обеспечения безопасности движения поездов на перегоне.

Являясь иерархической системой интервального регулирования движения поездов на перегоне, система условно включает в себя три уровня аппаратуры, которые связаны между собой последовательными каналами передачи данных. Первый уровень взаимодействует со вторым уровнем, второй уровень, в свою очередь, взаимодействует с третьим уровнем. Интерфейсы между уровнями физически разделены (изолированы) друг от друга по причине различных выполняемых задач и требований обеспечения безопасности функционирования.

Первый (верхний) уровень предназначен для обеспечения взаимодействия системы с другими системами управления и организации движения (диспетчерская централизация (ДЦ), диспетчерский контроль (ДК)), отображения информации о состоянии перегона и режимов работы системы, а также для получения управляющих команд от оператора движения (Дежурный по станции (ДСП), Поездной диспетчер (ДНЦ)). В состав первого уровня входят - АРМ ДСП-АБ, устройства сопряжения с ДЦ, ДК, устройства диагностики - ПМИ-РЦ.

Аппаратура первого уровня устанавливается в помещении ДСП, релейном помещении, в транспортабельном контейнерном модуле (пункте концентрации на перегоне), если он предусмотрен проектом.

Второй (средний) уровень системы предназначен для выполнения логических зависимостей на основании информации о состоянии устройств перегона и других систем, получаемой от нижнего уровня, и управляющих команд, получаемых от верхнего уровня системы, формирования управляющих команд для устройств нижнего уровня и информационных данных для аппаратуры верхнего уровня. В состав второго уровня входит один или несколько блоков БУ.

Аппаратура второго уровня устанавливается в релейном помещении поста ЭЦ станции, ограничивающей перегон, в транспортабельном контейнерном модуле (пункте концентрации на перегоне), если он предусмотрен проектом.

Третий (нижний) уровень системы предназначен для сбора, обработки информации от устройств, находящихся на перегоне (рельсовые цепи, счетчики осей и др.), светофоров и ее передачи на второй уровень и исполнения или трансляции управляющих команд, получаемых от аппаратуры второго уровня. В состав третьего уровня входят следующие блоки АБТЦ-М: БИЭЦ, БИСС, БУСС, БУСС-АПС, БУСП, БУСП-АПС, УМ, ИПУМ, БКРЦ, БТР.

Аппаратура третьего уровня устанавливается в релейном помещении поста ЭЦ станции, ограничивающей перегон, в транспортабельном контейнерном модуле (пункте концентрации на перегоне), если он предусмотрен проектом, а также в релейных, трансформаторных шкафах и путевых ящиках на перегоне.[2]

2.4 Блок-схема и назначение инерциального блока

Спутниковые навигационные системы на основе координатно-временной информации ГЛОНАСС, GPS, в особенности при использовании дифференциальных поправок с высокой точностью определяют местоположения объекта. Однако существенным недостатком этих систем является то, что они прекращают работу при их затенении мостами и тоннелями, а также выдают значительные и непредсказуемые ошибки при нахождении вблизи объектов инфраструктуры, отражающих радиосигналы.

Чтобы устранить эти недостатки, применяются инерциальные датчики, которые не требуют взаимодействия с внешней средой и формируют непрерывный поток информации, обеспечивая тем самым предсказуемость данных. Инерциальные системы, в свою очередь, тоже имеют недостаток - постоянно накапливающаяся ошибка не позволяет использовать их как самостоятельные навигационные устройства. Оптимальное решение проблемы заключается в применении интеграции спутниковых и инерциальных навигационных систем, что позволяет в значительной степени взаимно компенсировать их недостатки. Эффективность интеграции двух принципиально разных систем навигации обусловлена различным характером ошибок, присущих каждой из них. К тому же инерциальные датчики способны эффективно и с высокой точностью измерять такие параметры, как угловое положение, угловые скорости и линейное ускорение подвижного объекта. Для повышения достоверности и точности информации о местоположении (дислокации) подвижных единиц разработан бортовой вычислительный комплекс, оснащенный двумя навигационными системами, информация от которых обрабатывается непосредственно в бортовом устройстве. Информация о положении объекта в реальном масштабе времени передается по различным беспроводным каналам: С8М, ТЕТКА, спутниковым, Wi-Fi и др. Комплекс позволяет также собирать с бортовых систем такую информацию, как расход топлива, параметры, характеризующие работоспособность объекта. Для этого предусмотрено несколько типов интерфейсов сопряжения. Базовым элементом инерциального компонента интегрированной навигационной системы является группа датчиков, определяющих линейное и угловое ускорение (гироскопы и акселерометры). В современных комплексах используются в основном не механические, а кольцевые лазерные волоконно-оптические гироскопы, которые вместе с преимуществами имеют и недостатки. В первую очередь это высокая цена и практическая невозможность миниатюризации решений.

Блок-схема инерциального блока показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Блок-схема инерциального блока

В разработанном устройстве применены гироскопы и акселерометры, выполненные по принципам микромеханики. Три гироскопа и три акселерометра собраны в единый миниатюрный блок с цифровым интерфейсом. Обладая достаточной точностью для решения поставленных задач, устройство имеет стоимость существенно ниже, чем у лазерных и традиционных механических приборов. Современные решения на базе новейших комплексов позиционирования подвижных объектов с применением инерциальной навигационной компоненты предоставляют возможность определять местоположение подвижного состава с точностью до пути, контролировать параметры кривых, передавать телеметрические данные по защищенным радиоканалам для систем КЛУБ, системы автоведения пассажирских поездов и тепловозов (САВП), регистраторов параметров (РПДА) и т.д. Блок-схема бортового устройства показана на рисунке 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - Блок-схема бортового устройства.

Плата бортового устройства включает: 1- блок бесперебойного питания на супер-конденсаторах; 2 - последовательные интерфейсы; 3 - микропроцессор блока шлюза; 4 - запоминающие устройства; 5 - навигационный приемник; 6, 7 - радиомодули Wi-Fi, GSM; 8 - SIM-карты модуля GSM; 9 - микропроцессор основного вычислителя; 10 - аудио-интерфейс; 11 - блок инерциальных датчиков; 12 - альтиметр; 13 - часы реального времени; 14, 15 - интерфейсы USB, ЛВС.

Предлагаемое устройство за счет универсальности платформы с набором различных интерфейсов предоставляет техническую возможность взаимодействия с различными бортовыми устройствами. Его программное обеспечение позволяет определять параметры движения объекта, обработанные по следующим направлениям: формирование несущей параметра, снижение мелкой шумовой составляющей, отбрасывание ложных значений, определение промежутков времени «зависания» параметра и экстраполяция параметра при отсутствии спутниковых данных. Комплексирование данных, полученных от спутникового навигационного приемника и инерциального блока, дает возможность получить «сглаженную» траекторию движения объекта даже при кратковременном отсутствии спутникового сигнала (проезд мостов, путепроводов, тоннелей и др.).

Важнейшей частью комплекса является центр обработки информации. В его задачи входит: сбор первичной информации с подвижных объектов, контроль беспроводного канала, предварительная обработка и накопление информации в базе данных, авторизация пользователей и распределение по множественным группам, поддержка интерфейсов и логического взаимодействия с другими автоматизированными комплексами (Геоинформационная система ГИС РЖД, автоматизированная система управления (АСУ) пригородных перевозок и т.д.)

В перспективе, разработанный комплекс с учетом инерциальной навигационной компоненты, кроме контроля дислокации ПС, позволит получить необходимую информацию для систем автоведения, прицельного торможения, экспресс-контроля состояния пути и других систем.[3]



3. Технологическая часть

3.1 Технология обслуживания устройств АБТЦ-М

Техническое обслуживание изделия должно выполняться с соблюдением требований следующих документов:

«Отраслевые правила по охране труда при техническом обслуживании и ремонте устройств сигнализации, централизации и блокировки на федеральном железнодорожном транспорте», ЦШ 877-02;

«Инструкция по технической эксплуатации устройств и систем сигнализации, централизации и блокировки», ЦШ-720-09;

«Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при технической эксплуатации устройств и систем СЦБ», ЦШ-530-11;

«Средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Порядок ввода в эксплуатацию, технического обслуживания и ремонта микропроцессорных устройств сигнализации, централизации и блокировки», СТО РЖД 1.19.001-2005.

Для проведения технического обслуживания изделия в условиях ремонтно-технологического участка (РТУ) назначаются работники РТУ (центра сервисного обслуживания), прошедшие обучение по устройству и порядку технического обслуживания изделия, сдавшие экзамен и получившие свидетельство об аттестации на заводе-изготовителе на право производства этих работ.

Конкретный порядок технического обслуживания (ТО) изделия устанавливается приказом начальника дистанции сигнализации, централизации и блокировки (центра сервисного обслуживания).

Ответственность за обеспечение исправного состояния и бесперебойной работы изделия в период гарантийного срока возлагается на завод-изготовитель.

Техническое обслуживание изделия после окончания гарантийного срока производится РТУ (центром сервисного обслуживания) или центром сервисного обслуживания.

Система технического обслуживания должна обеспечивать работоспособность изделия и предупреждать появление отказов в процессе эксплуатации.

Для фиксации выполняемых работ, а также регистрации сбоев, ошибок, отказов в аппаратных средствах изделия, должны использоваться соответствующие журналы, принятые в хозяйстве СЦБ (ШУ-2, ДУ-46), а также «Журнал учета оборудования» в соответствии с СТО РЖД 1.19.001-2005.

РТУ (центр сервисного обслуживания) должны иметь следующую техническую документацию:

- руководство по эксплуатации системы АБТЦ-М 41571-00-00 РЭ;

- руководство по эксплуатации пульта контроля ПК-АБ ЦВИЯ.421413.096 РЭ;

- журналы учета или паспорта электрических параметров на изделие;

- график проверки изделия.

РТУ (центр сервисного обслуживания) в целях обеспечения замены изделий, снимаемых для проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту, должен иметь эксплуатационный запас не менее 10 % от количества изделий, находящихся в эксплуатации, но не менее одного изделия каждого наименования.

Для БУСС устанавливаются следующие виды технического обслуживания:

- входной контроль;

- восстановительное ТО;

- внесение доработок в течение гарантийного срока эксплуатации.[4]



3.2 Действия при возникновении неисправностей

При устранении отказов необходимо учитывать следующее:

- замена блока управления светофором станционного (БУСС) должна производиться только после изъятия соответствующего изделию предохранителя;

- проверка БУСС с подачей тестовых воздействий и замена его должны производиться по согласованию с дежурным по станции;

- проверка БУСС с подачей тестовых воздействий и замена его должны производиться по возможности в свободное от движения поездов время. Если это невозможно, то должны быть приняты специальные меры по обеспечению безопасности движения поездов в соответствии с действующими инструкциями и руководством по эксплуатации системы ЖАТ, в которую входит БУСС.

После выявления какой-либо неисправности неисправный БУСС меняют на исправный.

При снятии неисправного БУСС на него должна быть оформлена «Справка об отказе блока БУСС» в соответствии с формой. Далее она вместе с БУСС передается изготовителю или в центр по ремонту.

Время, причина замены, тип и номер снятого и устанавливаемого изделий фиксируются в журнале учета оборудования МПУ.

При возникновении пожара, а также в других аварийных условиях, происходящих на пункте управления поездного диспетчера, отключить питание БУСС. Для этого необходимо изъять индивидуальный предохранитель в цепи питания БУСС, устанавливаемый на стативе ЭЦ, если не производится полное отключение электропитания устройств ЭЦ.[4]

3.3 Методы бережливого производства

В целях реализации направлений Функциональной стратегии управления качеством в ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 15 января 2007 г. № 46р, проводится работа по снижению эксплуатационных затрат путем внедрения принципов бережливого производства на опытных полигонах железных дорог с последующим тиражированием опыта на всю сеть. Были утверждены и приняты к действию основные документы, определяющие реализацию проекта по внедрению бережливого производства: Концепция применения технологий бережливого производства в ОАО «РЖД», Программа поэтапного внедрения бережливого производства в ОАО «РЖД», Регламент управления Программой поэтапного внедрения бережливого производства в ОАО «РЖД», показатели эффективности внедрения бережливого производства на пилотных подразделениях.

Бережливое производство предполагает вовлечение в процесс оптимизации каждого сотрудника и максимальную ориентацию на потребителя.

Целью бережливого производства является устранение потерь (потеря - это любая деятельность, которая потребляет ресурсы, но не создает ценности). Например, захламлённое рабочее место, что мешает найти нужный инструмент.[5]

Основой для введения методов бережливого производства является технология создания эффективного рабочего места 5S. Она включает в себя пять взаимосвязанных принципов организации рабочего места:

- сортировка - подразумевает удаление с рабочего места все предметы, которые не нужны для текущей производственной деятельности. Все средства технологического оснащения должны находиться на рабочем месте в том количестве, которое необходимо. Инструменты для обеспечения технологических процессов проверки правильности функционирования аппаратуры рельсовой цепи в процессе эксплуатации систем АБТЦ-М должны находиться отдельно от других измерительных приборов, которые не предназначены для работы с АБТЦ-М (например, прибор ПМИ-РЦ и персональный прибор механика ПК-РЦ (ПК-РЦ-М), который предназначен для измерения тока и напряжения постоянного и переменного тока; измерения параметров тональной рельсовой цепи с частотой модуляции);

- соблюдение порядка (рациональное расположение) - подразумевает такое расположение предметов, при котором их легко будет найти и использовать, то есть, все инструменты и приборы, которые непосредственно связаны с работой или починкой устройств АБТЦ-М, должны быть аккуратно сложены на отдельных стеллажах;

- содержание в чистоте - подразумевает определение объектов для регулярной уборки, установление периодичности уборки, договорённости о правилах, распределение ответственности. Пыль, грязь - это те факторы, которые мешают нормальному функционированию устройства АБТЦ-М и при наличии этих факторов работа этой системы будет со сбоями, что приведёт к технологическим авариям с возможностью человеческих жертв;

- стандартизация - подразумевает составление схемы рабочего процесса и рабочих инструкций, определения каждого рабочего шага и метода работы. Внимательность и точность мыслей - вот что необходимо работнику, который обслуживает систему АБТЦ-М. Ведь это система даёт очень точные данные и если человек будет не собран, он может допустить ошибку при анализе, и это повлечёт неблагоприятные последствия. Чтобы не допускать такие ошибки, человеку нужен отдых и для этого и составляют график работы;

- совершенствование - подразумевает установление закреплённого характера технологии 5S на предприятии, постоянное её совершенствование.

Может быть в дальнейшем, систему АБТЦ-М будут полностью обслуживать электромеханики СЦБ, это приведёт к увеличению оборудования, которое непосредственно связано с обслуживанием этой системы, так же к увеличению бдительности за ней. Это приведёт к увеличению места для хранения оборудования и увеличению смен работников, которые обслуживают его.

Если эти правила будут соблюдаться, увеличится качество обслуживания, уменьшится время на обслуживание и увеличится бдительность за работой системы АБТЦ-М. Благодаря этому, сократится количество отказов, которое приведёт к улучшению работы на участке Трубная-Заплавное.



4. Экономическая часть

4.1 Общие положения

Важнейшими задачами экономической стратегии управления железными дорогами являются обновление технических транспортных средств, создание и ввод в эксплуатацию наиболее совершенных образцов техники, обеспечивающих повышение производительности труда и, главное, безопасности движения поездов. Решение таких задач способствует внедрению новых эффективных технологий и техники, а также совершенных методов организации труда железнодорожников и производства.

До 1992 года на железной дороге обновление новой техники осуществлялось за счет капитальных вложений, направляемых из фонда накопления государства.

В условиях рыночных отношений, к которым экономика перешла с конца 1991 года, принципиально изменилась система финансирования, планирования, кредитования и других рычагов государственного управления и регулирования, капитальные вложения теперь играют значительно меньшую роль в обновлении техники. Их место занимает теперь новый термин - инвестиции. Следует заметить, что инвестиции имеют гораздо более емкое понятие, чем капитальные вложения.

Инвестиционная деятельность включает в себя:

- денежные средства, направляемые на электрификацию, строительство новых участков железных дорог, приобретение нового подвижного состава (ПС) и другой техники;

- инвестиции в форме ценных бумаг - облигаций, акций и др., залоговые документы.

По направлениям инвестиции группируются на:

- создание новых производств;

- повышение эффективности производства.

Инвестиционный проект должен быть обоснован с точки зрения его финансовой и технической выполнимости, экономической эффективности и экологической безопасности.

Под экономической эффективность понимают сопоставление чистого дохода с затратами на осуществление проектного решения. При этом различают показатели эффективности инвестиционного проекта:

- коммерческая эффективность, учитывающая финансовые последствия реализации инвестиционного проекта для его непосредственных участников. Определяется коммерческая эффективность соотношением финансовых затрат и результатов, которые обеспечивают требуемую норму доходности;

- бюджетная эффективность, отражающая финансовые последствия осуществления инвестиционного проекта для федерального, регионального или местного бюджета. Основным показателем такой эффективности является бюджетный эффект, определяемый как превышение доходов соответствующего бюджета над расходами при осуществлении проекта.

- экономическая эффективность, учитывающая результаты и затраты, связанные с реализацией проекта, выходящие за пределы финансовых интересов участников данного проекта. Показатели экономической эффективности отражают степень эффективности проекта с точки зрения интересов всего народного хозяйства в целом.

- энергетическая эффективность - показатель эффективного (рационального) использования энергетических ресурсов. Энергетическая эффективность достигается за счет снижения энергопотребления - при переходе к использованию систем спутниковой навигации происходит ликвидация сигнальных точек, релейных и питающих концов рельсовых цепей - а это потенциальные потребители электроэнергии.

Инвестиционный проект на всех этапах его реализации связан с риском, т.к. в экономике могут действовать факторы, усиливающие неопределенность и, чем длиннее период окупаемости инвестиций, тем рискованнее становится проект. Именно поэтому при принятии решений необходимо учесть фактор времени, т.е. оценить затраты, прибыль и выручку от реализации того или иного проекта с учетом временных изменений.

4.2 Технико-экономическое обоснование модернизации перегона Трубная-Заплавное

Главным экономическим показателем работы железной дороги в условиях рыночных отношений является прибыль, рост которой обеспечивается как улучшением качества перевозок и увеличением объема, так и сокращением эксплуатационных расходов. Это влияет на процесс совершенствования техники и технологии производства, ускорение научно-технического прогресса, являющихся основными путями снижения себестоимости и улучшения качества перевозок железнодорожного транспорта.

Направляемые на развитие железнодорожного транспорта капитальные вложения должны быть использованы так, чтобы обеспечить заданный объем перевозочной работы при наименьших затратах, т.е. с наибольшей эффективностью.

Прибыль от внедрения систем спутниковой навигации на перегоне Трубная-Заплавное может быть получена за счет экономии эксплуатационных расходов. Добиться существенного снижения затрат можно на основе внедрения ресурсосберегающих технологий, расширения функциональных возможностей и улучшения эксплуатационных показателей системы автоблокировки, а также повышения уровня безопасности и надежности работы аппаратуры.

Прежде чем, считать экономию эксплуатационных расходов, обозначим, за счет чего достигается эта экономия.

На перегоне Трубная-Заплавное внедрена микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры с применением рельсовых цепей тональной частоты (АБТЦ-М). Вся перегонная аппаратура располагается на станциях, ограничивающих перегон.

Отличие этой системы от других систем автоблокировки заключается в том, что в АБТЦ-М большая часть гибридных (релейных) схем заменена на микропроцессорные блоки, которые выполняют все логические зависимости.

В данном случае экономия эксплуатационных расходов может быть достигнута за счет повышения безотказности системы (отсутствие гибридных схем), а, следовательно, повышения безопасности движения поездов.

Как говорилось выше, в дипломном проекте произведена модернизация перегона Трубная-Заплавное и демонтированы проходные светофоры на участке. Следовательно, при ликвидации проходных светофоров, экономия достигается за счет:

- экономии электроэнергии для питания светофорных ламп;

- сокращения трудозатрат на техническое обслуживание светофоров;

- сокращения расходов на заработную плату;

- сокращения расходов на приобретение материалов.

Расходы на электроэнергию определяются мощностью лампы линзового комплекта светофора, временем горения головки светофора в год и стоимостью одного кВт/час электроэнергии и, рассчитываются по формуле

(1)

где ЦЭЛ - стоимость одного кВт/час, электроэнергии, 3,08 руб.;

P - потребляемая мощность лампы накаливания, 0,015 кВт;

tгор - время горения светофорной головки в год, (365Ч24), 8760 час;

n - количество светофоров на перегоне.

По формуле (1) определяем текущие расходы на электроэнергию

рублей

Расходы на заработную плату и их экономию рассчитать по формуле

(2)

где ЦШН - стоимость одного человеко-часа работы электромеханика, руб./час;

ЦШЦМ - стоимость одного человеко-часа работы электромонтера, руб./час;

tсм. ламп - затраты времени в год на смену ламп светофоров (согласно Инструкции ЦШ-720-14, смена производится один раз в квартал) и чистку внутренней части светофорных головок (проверка и чистка производится при смене ламп), час;

tрем - затраты времени в год, приходящиеся на ремонт одного светофора, поврежденного в результате случаев вандализма (ежегодно по этой причине на перегоне Трубная-Заплавное приходится менять до 10% линз);

tвид - затраты времени на проверку с пути видимости сигнальных огней ламповых светофоров;

tпроезд - затраты времени на проезд до проходных светофоров;

tокр - затраты времени на окраску светофоров на перегоне.

Затраты на смену ламп светофоров и чистку внутренней части светофорных головок на перегоне Трубная-Заплавное рассчитываются по формуле

(3)

где tc - трудозатраты на выполнение операций связанных заменой светофорных ламп одного трёхзначного светофора чел/час;

n - количество светофоров на перегоне;

Ncм - количество смен ламп светофора в год.

По формуле (3) определяем

час

Затраты времени в год, приходящиеся на ремонт одного светофора, поврежденного в результате случаев вандализма, определяются следующим образом

= час,

где 2,5 - затраты времени на замену линзового комплекта светофора, час;

3 - количество линзовых комплектов в светофоре;

0,1 - 10% светофорных линз, подвергшихся замене из-за случаев вандализма;

14 - количество проходных светофоров на перегоне.

Затраты времени на проверку с пути видимости сигнальных огней ламповых светофоров определяются следующим образом

=час.,

где 0,207 - норма времени на работу согласно Отраслевым нормам времени на техническое обслуживание устройств сигнализации, централизации и блокировки, час.;

4 - число проверок в год;

14 - количество проходных светофоров на перегоне Трубная- Заплавное.

Затраты времени на проезд электромонтера и электромеханика рассчитываются следующим образом

=час.,

где 0,45 - затраты времени на подъезд бригады, час;

4 - количество смены ламп на перегоне за год;

0,1 - 10% поврежденных линзовых комплектов, подлежащих замене;

4 - число проверок видимости в год;

14 - количество проходных светофоров на перегоне.

Определим затраты времени на покраску светофоров электромонтером, его проезд

=час,

= 0,45Ч0,5Ч14=3,15 час,

где 2,229 - норма времени на работу согласно Отраслевым нормам времени на техническое обслуживание устройств сигнализации, централизации и блокировки, час.;

0,5 - количество покрасок линзового светофора в год;

14 - количество проходных светофоров на перегоне.

Определим расходы по заработной плате на обслуживание 14 проходных светофоров перегона Трубная-Заплавное

(120+105)Ч(31,5+10,5+11,6+51,03)+105Ч(15,6+3,15) = 25510,5 руб.

Расходы на материалы и их экономию рассчитать по формуле

(4)

где Сламп - стоимость ламп, устанавливаемых в линзовые светофоры перегона Трубная-Заплавное в течение года;

Слинз - стоимость устанавливаемых в линзовый светофор поврежденных линз, приходящаяся на один год;

Спокраска - стоимость покраски светофоров на перегоне.

Стоимость ламп, устанавливаемых в линзовые светофоры на перегоне Трубная-Заплавное составляет

= руб.

где 50 руб. - стоимость одной лампы;

4 - количество смен ламп за год;

14 - количество проходных светофоров на перегоне.

Стоимость устанавливаемых в линзовый светофор поврежденных линз, приходящаяся на один год рассчитаем следующим образом

=руб.

где 2508 - стоимость линзового комплекта, руб;

3 - количество линзовых комплектов в трехзначном светофоре;

0,1 - 10% поврежденных линзовых комплектов, подлежащих замене в год;

14 - количество светофоров на перегоне.

Стоимость покраски светофоров на перегоне Трубная - Заплавное составит

=руб.

где 257 - прогнозируемая стоимость покрасочных материалов на одну светофорную головку (эмаль чёрная, эмаль серая), руб.;

0,5 - количество покрасок в год;

14 - количество проходных светофоров на перегоне.

По формуле (4) рассчитаем расходы на материалы

руб.

Экономия эксплуатационных расходов в результате модернизации перегона (Трубная-Заплавное) составит

(5)

По формуле (5) определим экономию эксплуатационных расходов в результате модернизации перегона (демонтажа проходных светофоров)

руб.

Так как работы, связанные с техническим обслуживанием устройств СЦБ на перегоне сократятся, возможно предусмотреть сокращение одного электромонтёра СЦБ из эксплуатационного штата обслуживающего автоблокировку перегона Трубная-Заплавное. Средняя заработная плата электромонтёра СЦБ в год составляет 187957 рублей.

Таким образом, общая экономия эксплуатационных расходов с учётом сокращения эксплуатационного штата за год составит

руб.

Внедрение системы спутниковой навигации на участке железной дороги Трубная-Заплавное не только обеспечит снижение эксплуатационных расходов, но также обеспечит повышение безотказности системы автоблокировки на участке и безопасность движения поездов.