24

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
• 1.1 Анализ технического состояния устройств СЦБ на железных дорогах Украины
• 1.2 Перспективы развития железнодорожного транспорта Украины, цели и задачи на сегодняшний день
• 1.3 Вклад телематических функций МПЦ в развитие международных транспортных коридоров через территорию Украины
• 1.4 Выводы, постановка цели и задач исследования
• 2. ЕДИНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
• 2.1 Предпосылки создания
• 2.2 Цели проекта и структура системы ERTMS/ETCS
• 2.3 Приемоотвечик EUROBALISE
• 2.4 Шлейф EUROLOOP
• 2.5 Система радиосвязи EURORADIO
• 2.6 Локомотивное оборудование EUROCAB
• 2.7 Первая ступень оснащения ETCS (LEVEL 1)
• 2.8 Вторая ступень оснащения ETCS (LEVEL 2)
• 2.9 Третья ступень оснащения ETCS (LEVEL 3)

2.10 Различные режимы ведения поезда

3. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗАЦИИEBILOCK-950

• 3.1 Эксплутационно-технические характеристики системы

3.2 Структура системы

3.3 Процессорный модуль централизации

• 3.3.1 Аппаратные средства

3.3.2 Структура аппаратных средств

• 3.4 Методы обеспечения безопасности
• 4. УВЯЗКА ERTMS/ETCS И МПЦ EBILOCK-9500
• 4.1 Опыт внедрение зарубежных железных дорог
• 4.2 Совместное использование МПЦ Ebilock-950 и ERTMS/ETCS на железных дорогах Украины

5. ОТКАЗЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

5.1 Влияние отказов устройств систем железнодорожной автоматики на поездную работу станций

• 5.2 Применения точечных путевых датчиков в области железнодорожной автоматики
• 5.2.1Типы датчиков. Емкостные датчики
• 5.2.2 Индуктивные датчики
• 5.2.3 Датчики пути и скорости
• 5.2.4 Датчики контроля проследования поезда
• 5.2.5 Принцип действия и основные параметры точечных путевых датчиков счета осей
• 5.2.6 Принцип действия магнитоиндукционного путевого датчика

5.2.7 Принцип действия индукционного электромагнитного путевого датчика

• 5.2.8 Потенциометрические датчики
• 5.2.9 Гальванический преобразователь
• 5.2.10 Термоэлектрические преобразователи
• 5.2.11 Оптические датчики
• 5.2.12Пьезоэлектрические преобразователи
• 5.2.13 Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)

5.3 Повышение показателей надежности (безопасности и безотказности) МПЦ путем резервирования. Анализ эффективности систем резервирования

5.4 Обеспечение надежного электропитания МПЦ

• ВЫВОДЫ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫВВЕДЕНИЕ
• Сегодня украинские железные дороги непосредственно граничат и взаимодействуют с железными дорогами России, Беларуси, Молдовы, Польши, Румынии, Словакии, Венгрии, обеспечивают работу по 40 международным железнодорожным переходам, а также обслуживают 18 украинских морских портов Черноморско-Азовского бассейна. В Украине один из самых высоких коэффициентов транзитности в Европе. Приоритетное задание для Украины сегодня - это реализация своего транзитного потенциала как сухопутного моста между Европой и Азией.
• Что же касается технических характеристик соседних государств, то они такие: Латвия, Литва, Эстония (государства ЕС) имеют колею 1520 мм, Финляндия - колею 1524 мм, Польша и Словакия - 1435 мм и отдельные железнодорожные линии с колеей 1520 мм. По сухопутным переходам ЕС граничит с четырьмя государствами, которые не являются ее членами. Это Беларусь, Молдова, Россия и Украина. Они имеют колею 1520 мм. Страны ЕС и СНГ взяли курс на сотрудничество в сфере транспортной политики с целью унифицировать свои железнодорожные сети, сделать их способными взаимодействовать между собой. Украина также работает в этом направлении. Конечно, выбранный путь очень тяжелый и долгий, предстоит решить, кроме технических вопросов, правовые, экономические, вопросы безопасности и т.д. Изменения коснутся всех отраслей Укрзализныци, в том числе и систем СЦБ.
• Одним из первых шагов к интероперабельности отечественных систем автоматики есть внедрение микропроцессорных систем, которые легче интегрируются или стыкуются с другими, чем релейные. Кроме того, существуют еще причины, по которым необходимо внедрять микропроцессорные централизации на станциях железных дорог Украины. Первая причина заключается в том, что огромное число релейных систем ЭЦ, построенных в прошлом столетии, работают уже очень долго. И поэтому необходимо достичь того, чтобы темпы внедрения новых систем опережали темпы старения аппаратуры.
• Вместе с физическим, имеет место и моральное старение релейных систем ЭЦ. При широком внедрении на сегодняшний день информационных технологий в процесс перевозоки управления железнодорожным транспортом релейные системи тяжело интегрируются в соответственные информационные и вычислительные структуры. Для этой интеграции являются недостаточными функциональные и информационные возможности релейных систем, их быстродействие, кроме того, требуются дополнительные переходные устройства и преобразователи электрических сигналов. В этом отношении микропроцессорные централизации полностью удовлетворяют современным требованиям. Рассмотрим преимущества, которые дает использование микропроцессорной и компьютерной техники при построении ЭЦ.
• Расширение функциональных возможностей ЭЦ. К новым функциям могут относится накопление маршрутов, автоматизация установки маршрутов, усиление замыкания секций, интеграция с системами автоблокировки, диспетчерской централизации и др.
• Протоколирование действий оперативного персонала и поездных ситуаций и сохранение данных. Микропроцессорные и компьютерные системы ЭЦ имеют "черный ящик". Это качество невозможно получить в релейных системах. Простота адаптации системы реконфигурации путевого развития станции.
• Введение в эксплуатацию новых микропроцессорных централизаций сопровождается не только рядом преимуществ, но и рядом недостатков, которые нужно решить при последующем внедрении этих новых систем.
• При разработке микропроцессорных систем централизации необходимо четко представлять функции отдельных схемных узлов релейной ЭЦ. Нужно иметь в виду, что, модернизируя технические средства, мы не меняем их функциональное назначение.
• 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
• 1.1 Анализ технического состояния устройств СЦБ на железных дорогах Украины
• сигнализация централизация блокировка микропроцессорный
• Выбор развития систем сигнализации, централизации, блокировки на железных дорогах Украины был определен еще во время СССР. Темпы обновления и внедрения новых систем были достаточно высоки. С начала 90-х годов тенденция модернизации систем автоматики значительно снизилась. На сегодняшний день темпы обновления физически изношенных и морально устарелых устройств СЦБ недостаточны, общий износ которых составляет приблизительно 79%. Прогрессирующее старение устройств СЦБ наблюдается на Приднепровской, Одесской и Львовской железных дорогах.
• Сравнительная динамика износа технических средств хозяйств “Ш” железных дорог показана на диаграмме (рис. 1.1).
• Рис.1.1. Диаграмма состояния устройств СЦБ по дорогам на 2010 г.
• Динамика износа устройств СЦБ на железных дорогах Украины в процентном измерении (2005 - 2010 годы) показана в табл. I.
• Таблица I. Динамика износа устройств СЦБ на железных дорогах Украины

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

• Кроме того, если провести анализ транспортных событий на железных дорогах Украины за 2010 год, то по причине старения устройств, приходится почти треть всех транспортных событий (рис.1.2).
• Рис.1.2. Диаграмма распределения транспортных событий по причинам.
• Причем, если сравнивать данные за 2010 г. с даными 2009 г., то количество транспортных событий, вызванных по этой причине, значительно выросло (табл. II).
• Таблица II. Распределение транспортных событий по причинам

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

• Многолетняя практика показывает, что на долю устройств ЭЦ приходится менее половины маршрутного брака станции, большая часть нарушений и аварий происходит по вине эксплуатационного персонала. Основные причины этого: усталость, рассеянность, низкая дисциплина, спешка, неверная информация, отсутствие опыта. Нужно особо подчеркнуть, что брак в работе ДСП, как правило, происходит в тех случаях, когда ЭЦ частично или полностью прекращает функционировать. Например, при приеме или отправлении поезда по пригласительному сигналу, выключении устройств СЦБ из зависимости. Очень много ошибок эксплуатационный персонал допускает при операциях с негабаритными, опасными грузами, закреплении грузов, выдачи предупреждений работникам на путях. Во всех этих и других ситуациях релейные системы централизации реально ничем помочь дежурному и его помощникам не могут. Дальнейшее расширение их функций очень усложняет технические средства, снижает надежность, усложняет обслуживание. Итак, мы сталкиваемся с таким понятием, как “человеческий фактор”, который при данных технических условиях техники оказывает огромное влияние на безопасность. Если проанализировать статистику за последние 6 лет, то на железных дорогах Украины ежегодно из 100% всех транспортных событий примерно 80% происходят по причине “человеческого фактора” (рис.1.3). Конечно, не все они связаны с работой ДСП. Но тот факт, что все же именно от действий Дежурного по станции зависит очень много в поездной и маневровой работе, дает нам уверенность полагать, что эта статистика наиболее подходит к характеристике данной такой напряженной и ответственной работе, что наглядно нам демонстрирует диаграмма транспортных событий по профессиям (рис.1.4).
• Кроме того, такая причина, отрицательно влияющая на безопасность, как отсутствие опыта также наглядно отображена на диаграмме транспортных событий по стажу работы (рис.1.5).
• Рис.1.3. Диаграмма транспортных событий, совершенных на железных дорогах Украины.
• Рис.1.4. Диаграмма транспортных событий по профессиям
• Рис.3.6. Диаграмма распределения транспортных событий по стажу работы

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

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

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

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

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

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

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

· сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

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

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

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

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

· значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

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

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

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

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

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

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

Контрольные функции:

* контроль правильности установки маршрутов;

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

* контроль состояния устройств СЦБ с фиксацией повреждений;

* контроль работы электромеханика;

* техническая диагностика устройств централизации, особенно напольного оборудования.

Управляющие функции:

* установление маршрутов любой сложности, протяженности и категории;

* накопление маршрутов невраждебных и враждебных;

* замыкание маршрута без открытия светофора;

* замыкания отдельных секций и стрелок;

* автоматическое размыкание секций маршрута;

* пользование пригласительными сигналами;

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

* автовозвращение стрелки из среднего положения, повторный перевод;

* исключение перекрытия сигнала при ошибочных действиях ДСП;

* автоматическая установка маршрутов;

* отмена маршрута и набора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 3.13.Международные транспортные коридоры через Украину

Для повышения эффективности транспортных систем требуется развитие телематики.

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

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

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

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

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

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

* выдача рекомендаций по закреплению грузов;

* автоматическая выдача предупреждений дорожным бригадам;

* учет местных грузов, вагонов, местной работы;

* ведение необходимой для ДСП документации.

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

1.4 Выводы, постановка цели и задач исследования

Проведенный аналитический обзор позволяет сделать следующие выводы:

1) Системы управления движением поездов на украинских железных дорогах, в большей части, морально и физически устарели, степень изношенности основных технических средств на дорогах составляет более 80%. Такое состояние вызывает необходимость их замены на новые микроэлектронные и компьютерные системы управления с использованием современных информационно-управляющих технологий.

2) 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.

3) Реорганизация украинских железных дорог должна проходить с учетом обязательных директив и технических спецификаций интероперабельности в области железнодорожного транспорта, принятых в Евросоюзе.

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

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

6) Применение микроэлектронных и компьютерных систем управления движением поездов увеличивает актуальность проблемы обеспечения их функциональной безопасности, что особенно важно на первой стадии внедрения, поскольку при поэтапном вводе в эксплуатацию новых систем, они будут функционировать параллельно со старыми устройствами СЦБ.

7) Внедряемые в Украине в последние годы устройства МПЦ разработаны без учета их увязки с европейскими системами. Внедрение данных систем носит точечных и хаотический характер.

8) Функциональная безопасность систем управления движением поездов в соответствии с европейскими нормативными документами (Директивами, ТСИ) и национальными нормативными документами должна обеспечиваться на всем жизненном цикле системы от разработки коннцепции и проектирования до вывода из эксплуатации и утилизации.

9) Переход от старых систем автоматики к более новым, не проверенным достаточно на практике, является очень долгим и трудным, во время которого уровень безопасности очень снижается. Эта особенность должна быть обязательно учтена при проектировании и внедрении новых устройств управления движения поездов.

10) Текущее состояние экономики не всегда способствует принятию решений по приобретению или модернизации железнодорожных систем автоматики. Идеальным решением было бы приобретение систем, которые соответствуют в целом или по большей части требованиям, указанных в целевых спецификациях ТСИ. Выполнение этих требований открывает возможности неограниченного сотрудничества отечественной железнодорожной сети с европейской.

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

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

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

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

3) Рассмотреть методы оценки безопасности микропроцессорных систем управления движением поездов.

2. ЕДИНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

2.1 Предпосылки создания

В странах Западной Европы различные частные железнодорожные компании создавали свои железнодорожные сети, границы которых соответствуют государственным границам. Особенно, на образование данных сетей сильно повлияли процессы разорения, слияния, покупки, национализации, а также экономические кризисы. Объединить железные дороги в одну сеть и наладить взаимодействие с железными дорогами стран Восточной Европы, которые являются выходом в Азию - вот главные цели Европейского Сообщества. Поэтому приоритетным делом стало объединить железнодорожные сети, фактором, который ускорял этот процесс, стала - экономика.

Экономическая интеграция европейских стран содействует развитию международных железнодорожных перевозок. Однако для беспрепятственного пересечения поездом государственных границ требуется параллельное оснащение локомотива несколькими системами АЛС. Из-за обилия новых систем обеспечения безопасности движения поездов и стремительного развития электроники положение на железнодорожном транспорте становится сложнее. Ситуация усугубляется конкуренцией автомобильного и воздушного транспорта в скоростной доставке пассажиров и грузов. Различия в инфраструктуре железных дорог европейских стран вызывают значительные задержки в международном сообщении, вследствие чего скорость движения невысока.

Для снижения затрат на различные системы локомотивной сигнализации и повышения скорости движения поездов в международном сообщении было выдвинуто предложение о создании единого стандарта на развитие систем АЛСН в Европе. Проект создания европейской системы управления перевозочным процессом на железных дорогах (ERTMS) инициирован в 1995 г. Европейской комиссией. Основой проекта является система управления и обеспечения безопасности движения поездов ERTMS/ETCS (ERTMS- European Rail Traffic Management System - Европейская система управления движением поездов; ETCS - European Train Control System - Европейская система контроля за следованием поездов).

Для разработки спецификаций и проведения испытаний в августе 1995г. была образована так называемая группа пользователей ERTMS, куда вошли железные дороги Германии (DBAG), Италии (FS) и Франции (SNCF). Эта группа приступила к работе в декабре 1995 г. в Брюсселе. В ноябре 1997 г. к ней присоединились железные дороги Нидерландов (NS) и Испании (RENFE), а в начале 1998 г. также и компания Railtrack (Великобритания). В 2000 г. Европейским союзом была утверждена единая система управления движением поездов, обеспечения безопасности и сигнализации на трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной сети.

Первой крупной задачей группы стало составление технической спецификации, рассчитанной на действие в европейском масштабе. При этом опирались преимущественно на результаты проекта ETCS, который выполняется в рамках МСЖД. Для того чтобы добиться гарантий одобрения спецификаций группы пользователей ERTMS другими европейскими железными дорогами, на завершающем этапе создания этот документ подвергся переработке группой независимых экспертов Европейского института исследований железнодорожного транспорта (ERRI).

2.2 Цели проекта и структура системы ERTMS/ETCS

При создании системы ERTMS/ETCS преследовались следующие цели:

· обеспечение эксплуатационной совместимости на национальных железнодорожных сетях в Европе, где сегодня эксплуатируется большое число различных систем сигнализации, несовместимых между собой;

· увеличение пропускной и провозной способности за счет повышения скорости движения и сокращения интервала попутного следования поездов;

· уменьшение капитальных вложений в инфраструктуру благодаря отказу от напольных сигналов и устройств контроля свободности пути;

· улучшение условий конкуренции на европейском транспортном рынке за счет применения общих европейских норм.

Система ERTMS/ETCS основана на непрерывной и точечной передаче данных между напольными устройствами и поездом, модульной архитектуре бортового компьютера и интеллектуальных датчиках, которые позволяют поезду определять свое местоположение на линии с высокой точностью.

ETCS является частью ERTMS, в которую входят также компоненты управления поездной работой, пассажирских информационных систем, формирования составов, энергетически оптимального ведения поезда и др. Целью разработки ETCS является унификация систем обмена информацией между поездом и путевыми устройствами. Эта система состоит из приемоответчика Eurobalise, шлейфа Euroloop, средств радиосвязи Euroradio, локомотивного оборудования Eurocab.

В таблице III приведены основные ТСИ, определяющие функции, структуру, безопасность систем управления движением поездов, которые являются обязательными в странах Евросоюза. Кроме этого, разработаны нормативные документы и ТСИ, которые носят информационный рекомендательный характер.

Таблица III. Список обязательных для выполнения ТСИ, определяющих функции, структуру, безопасность систем управления движением поездов

Index N	Reference	Document Name	Version
1	ERA/ERTMS/003204	ERTMS/ETCS Functional Requirement Specification	5.0
2		Intentionally deleted
3	UNISIG SUBSET-023	Glossary of Terms and Abbreviations	2.0.0
4	UNISIG SUBSET-026	System Requirement Specification	2.3.0
5	UNISIG SUBSET-027	FFFIS Juridical Recorder-Downloading Tool	2.3.0
6	UNISIG SUBSET-033	FIS for Man-Machine Interface	2.0.0
7	UNISIG SUBSET-034	FIS for the Train Interface	2.0.0
8	UNISIG SUBSET-035	Specific Transmission Module FFFIS	2.1.1
9	UNISIG SUBSET-036	FFFIS for Eurobalise	2.4.1
10	UNISIG SUBSET-037	Euroradio FIS	2.3.0
11	Reserved 05E537	Off line key management FIS
12	UNISIG SUBSET-039	FIS for the RBC/RBC Handover	2.3.0
13	UNISIG SUBSET-040	Dimensioning and Engineering rules	2.3.0
14	UNISIG SUBSET-041	Performance Requirements for Interoperability	2.1.0
15	ERA SUBSET-108	Interoperability-related consolidation on TSI annex A documents	1.2.0
16	UNISIG SUBSET-044	FFFIS for Euroloop sub-system	2.3.0
17		Intentionally Deleted
18	UNISIG SUBSET-046	Radio In-fill FFFS	2.0.0
19	UNISIG SUBSET-047	Track-side-Trainborne FIS for Radio In-Fill	2.0.0
20	UNISIG SUBSET-048	Trainborne FFFIS for Radio In-Fill	2.0.0
21	UNISIG SUBSET-049	Radio In-fill FIS with LEU/Interlocking	2.0.0
22		Intentionally deleted
23	UNISIG SUBSET-054	Assignment of Values to ETCS variables	2.0.0
24		Intentionally deleted
25	UNISIG SUBSET-056	STM FFFIS Safe Time Layer	2.2.0
26	UNISIG SUBSET-057	STM FFFIS Safe Link Layer	2.2.0
27	UNISIG SUBSET-091	Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 & 2	2.5.0
28	Reserved	Reliability - Availability Requirements
29	UNISIG SUBSET-102	Test specification for Interface “k”	1.0.0
30		Intentionally deleted
31	UNISIG SUBSET-094	UNISIG Functional Requirements for an On-board Reference Test Facility	2.0.2
32	EIRENE FRS	GSM-R Functional Requirements Specification	7
33	EIRENE SRS	GSM-R System Requirements Specification	15
34	A11T6001 12	(MORANE) Radio Transmission FFFIS for EuroRadio	12
35	ECC/DC(02)05	ECC Decision of 5 July 2002 on the designation and availability of frequency bands for railway purposes in the 876-880 and 921-925 MHz bands.
Index N	Reference	Document Name	Version
36c	UNISIG SUBSET-074- 2	FFFIS STM Test cases document	1.0.0
37a		Intentionally deleted
37b	UNISIG SUBSET-076- 5-2	Test cases related to features	2.3.1
37c	UNISIG SUBSET-076- 6-3	Test sequences	2.3.1
37d	UNISIG SUBSET-076- 7	Scope of the test specifications	1.0.2
37e		Intentionally deleted
38	06E068	ETCS marker board definition	1.0
39	UNISIG SUBSET-092- 1	ERTMS EuroRadio Conformance Requirements	2.3.0
40	UNISIG SUBSET-092- 2	ERTMS EuroRadio Test cases Safety Layer	2.3.0
41	Reserved UNISIG SUBSET 028	JRU Test Specification
42		Intentionally deleted
43	UNISIG SUBSET 085	Test Specification for Eurobalise FFFIS	2.2.2
44	Reserved	Odometry FIS
45	UNISIG SUBSET-101	Interface “K” Specification	1.0.0
46	UNISIG SUBSET-100	Interface “G” specification	1.0.1
47	Reserved	Safety Requirements and Requirements to Safety Analysis for Interoperability for the Control- Command and Signalling Sub-System
48	Reserved	Test specification for mobile equipment GSM-R
49	UNISIG SUBSET-059	Performance requirements for STM	2.1.1
50	UNISIG SUBSET-103	Test specification for EUROLOOP	1.0.0
51	Reserved	Ergonomic aspects of the DMI
52	UNISIG SUBSET-058	FFFIS STM Application Layer	2.1.1
53	Reserved AEIF-ETCS-Variables- Manual	AEIF-ETCS-Variables-Manual
54		Intentionally deleted
55	Reserved	Juridical recorder baseline requirements
56	Reserved 05E538	ERTMS Key Management Conformance Requirements
57	Reserved UNISIG SUBSET-107	Requirements on pre-fitting of ERTMS on-board equipment
58	UNISIG SUBSET-097	Requirements for RBC-RBC Safe Communication Interface	1.1.0
59	Reserved UNISIG SUBSET-105	Requirements on pre-fitting of ERTMS track side equipment
60	Reserved UNISIG SUBSET-104	ETCS version management
61	Reserved	GSM-R version management
62	Reserved UNISIG SUBSET-099	RBC-RBC Test specification for Safe Communication Interface
63	UNISIG SUBSET-098	RBC-RBC Safe Communication Interface	1.0.0

2.3 Приемоотвечик EUROBALISE

Конструктивно приемоответчик выполнен в плоском корпусе желтого цвета и размещают его на шпале между рельсами. Он работает без источников питания и предназначен для передачи данных с пути на поезд. При проезде над приемоответчиком поезд регистрирует настроенный на частоту 27,1 МГц пассивный LC-контур и передает ему от локомотивной антенны энергию в виде электромагнитного излучения. Эту энергию приемоответчик использует для кодирования информации и посылке ее на частоте 4,2 МГц на поезд. С помощью антенны сигналы принимаются и передаются для расшифровки на локомотив. В зависимости от вариантов кодирования и направлений передачи информации разработаны четыре вида приемоответчиков.

Тип 1 - кодирование приемоответчика осуществляется изготовителем и не может быть изменено в процессе эксплуатации. Эти приемоответчики используют для определения поездом его местоположения. Они выполняют функцию «электронных километровых столбов» и передают на локомотив данные о координате, а также расстоянии до следующего аналогичного прибора. Информация в таких устройствах передается только с пути на поезд.

Тип 2 - приемоответчик кодирует потребитель при использовании специальных устройств. Это кодирование можно изменить, но для этого необходимо прибор доставить в лабораторию. Данный приемоответчик используют в качестве «электронного километрового столба» и для других целей при передаче информации с пути на подвижной состав (рис. 2.1).

Тип 3 - информация, передаваемая приемоответчиком на транспортные средства, зависит от получаемых им данных от других путевых устройств. Такой приемоответчик (рис.2.2) имеет вход и кодируется в процессе эксплуатации изменением сигнала на нем. Транспарентный приемоответчик используют для передачи постоянной информации и меняющихся данных, например, показаний светофора. В этом случае между сигналом и приемоответчиком устанавливают специальное устройство LEU (Lineside Electronic Unit - Электронная напольная группа объектов), осуществляющее необходимое кодирование.

Рис.2.1. Приемоответчик (Тип 2) Рис.2.2. Приемоответчик (Тип 3)

Тип 4 - дополнительно к функциям приемоответчика третьего типа может также принимать информацию от подвижного состава и передавать ее (например, через устройство LEU) в системы контроля и управления движения поездов. Такой приемоответчик разработанконцептуально, но пока не изготавливается.

Для всех типов приемоответчиков имеются единые требования к объему сообщений и числу их повторений. Зона действия приемоответчика - примерно 50 см, и за время прохождения поезда на высокой скорости возможна передача не более десятка коротких (341 бит с 210 битами полезной информации) или пары длинных (1023 бита с 829 битами полезной информации) сообщений. Исходя из этих расчетов длинные сообщения допускается передавать лишь на скоростях до 300 км/ч, короткие -при более высоких скоростях движения поездов (до 500 км/ч).

2.4 Шлейф EUROLOOP

Укладываемый на путь электрический шлейф имеет длину до 1000 м. С помощью него информация непрерывно передается от путевых устройств на подвижной состав. Этот шлейф предназначен для участков, оборудованных автоматической локомотивной сигнализацией точечного типа, без задержек передает на поезд информацию об изменениях сигнальных показаний. Так, при открытии светофора уже после прохода поездом места установки напольного устройства АЛСТ, удаленного от сигнала на расстояние тормозного пути, локомотивное устройство получает актуальную информацию от шлейфа и отменяет принятую ранее команду остановки.

Применяемый в качестве шлейфа одножильный кабель с размещенным под изолированной внешней оболочкой обратным проводом укладывают на подошву одного из рельсов. Хотя шлейф находится на некотором удалении от оси пути, принимающая информацию от приемоответчиков локомотивная антенна в состоянии регистрировать его сигналы. Информация от путевых устройств на шлейф и приемоответчики передается от устройства LEU. По этой причине приемоответчики имеют одинаковую частоту передачи сигнала 4,2 МГц. Регистрация шлейфа и передача на него энергии от локомотивной антенны осуществляются также на частоте приемоответчика 27,1 МГц.

2.5 Система радиосвязи EURORADIO

На сети европейских железных дорог внедряется специализирован ная система цифровой радиосвязи GSM-R (Global System for Mobile Communication Railway - Глобальная система мобильной связи дляжелезнодорожного транспорта). Она предназначена для обеспечения переговоров между работниками железной дороги (например, для обеспечения маневровой, туннельной, поездной и ремонтно-технологической связи), а также в коммерческой эксплуатации для абонентов сети. GSM-R- стандарт для 30 европейских железнодорожных компаний, который должен заменить различные ж/д радио-системы единой цифровой системой. Он также является основой для унифицированной электронной системы защиты поездов ETCS и ERTMS. Созданный на основе компонента Euroradio системы GSM-R безопасный метод передачи информации позволяет обмен ответственными командами между диспетчерським пунктом и подвижным составом. Исключение опасных отказов при этом гарантируется избыточным кодированием сигнала.

Есть и другие системы для дальнейшего расширения возможностей связи земля-кабина.

2.6 Локомотивное оборудование EUROCAB

Это оборудование представляетсобой гибкую построенную на модульном принципе систему обработки поступающих с внешних устройств (антенны приемоответчика,измерителя пройденного пути, датчика скорости и локомотивной антенны GSM-R) данных. Ее важнейшим компонентом является безопасный локомотивный компьютер EVC (European Vital Computer)
и удобный для пользователя интерфейс MMI (Man Machine Interface).

При проезде над приемоответчиком локомотив получает информацию о своем местоположении, с помощью компьютера EVC кодирует и передает ее по каналу GSM-R на центральный пост. В получаемом с центрального поста ответе содержится информация о максимально допустимой скорости движения поезда, которая декодируется и сопоставляется с текущей скоростью. При ее превышении компьютер EVC выдает управляющее воздействие на систему тяги и торможения.

Для удобства машиниста информация о скорости, предстоящем ее ограничении и расстоянии до него через интерфейс локомотивного компьютера MMI поступает на дисплей.

Интерфейс MMI - этосамый заметный элемент модуля EUROCAB.

Это тинтерфейс является результатом эргономического исследования, проведенного МСЖД и Европейским Институтом Железнодорожных Исследований и подходит любому машинисту.

Он состоит из экрана 640 X 480 пикселей, разделенного на 6 зон:

- зона A размером 54 X 300 DPI, вверху слева выводит информацию, связанную с торможением. Она также указывает целевую дистанцию и время до автоматического вмешательства.

- зона B 280 X 300 DPI, рядом с зоной A указывает :

o в виде круглого циферблата с тремя стрелками 3 скорости: предельно допустимая скорость, реальная скорость поезда и целевая скорость

o информацию о режиме ведения поезда (нормальный ход, маневренный ход, ход в пределах видимости…)

o точечные приказы (Опустить токоприемник, Открыть сцепку…)

- зона C 334 X 50 DPI, подзонами A et B выводит индикацию:

o уровень ERTMS

o В этой зоне указывается, что задействовано аварийное торможение

- Зона D, 246 X 300 DPI, справа от зоны B показывает характеристики инфраструктуры: профиль, скорость, ключевые точки, инженерные сооружения, переезды, плоскость пути. Эта зона не используется систематически, выбор индикации остается за оператором, например, эта зона не используется в SNCF.

- зона E, 334 X 80 DPI , под зоной C предназначена для текстовых сообщений, сгенерированных системой (указания, системные ошибки…)

- зона G ниже зоны D, 246 X 150 DPI, выводит информацию о состоянии локомотива и состава.

- зона F позволяет ввод данных, она расположена справа на экране (9 функциональных клавиш) и под зоной E (клавиатура телефонного типа для набора цифр и букв).

2.7. Первая ступень оснащения ETCS (LEVEL 1)

В системе ERTMS/ETCS предусмотрены три уровня, позволяющие реализовать различные эксплуатационные программы в зависимости от степени оснащенности линии напольным оборудованием.

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

Первая ступень ETCS актуальна для участков, не имеющих современных устройств автоматической локомотивной сигнализации. 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. Для повышения безопасности системы, а также снижения энергозатрат на ведение поезда приемоответчики дополняют подключенным к LEU шлейфом Euroloop(рис. 2.3).

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

Оснащать таким оборудованием необязательно участки, имеющие аналогичные или более совершенные системы безопасности. В Германии первую ступень ETCS применяют на участках пригородного сообщения Берлинского узла, оснащенных устаревшей системой механической АЛС точечного типа.

Системы первого уровня уже работают на опытных участках в Болгарии, Австрии, Румынии, Испании, Италии, Греции, Словении и Венгрии, а также внедряются на магистральных линиях в Турции. На железных дорогах Люксембурга уже переходят на систему этого уровня, многие другие железные дороги планируют переход на ETCS по мере исчерпания срока службы действующих систем АЛС.

В процессе внедрения в эксплуатацию данного оборудования серьезных проблем не возникало, так как передача сигналов на поезд от приемоответчиков и шлейфов уже длительное время практиковалась на железных дорогах многих стран мира.

2.8 Вторая ступень оснащения ETCS (LEVEL 2)

Система уровня 2 представляет собой законченную систему управления и обеспечения безопасности движения поездов без использования напольных сигналов, но с сохранением жесткого разделения линии на блок-участки. Напольные устройства определяют местоположение поездов и контролируют их полносоставность.

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, установленных на пути через определенное расстояние (рис.2.4). В промежутках между ними поезд определяет свою позицию по показаниям датчика пути. Информация о местоположении поезда после проезда приемоответчика передается по радиоканалу на центральный пост. На второй ступени ETCS сохраняются традиционные устройства контроля местоположения поезда (рельсовые цепи и системы счета осей), а передача на пост ординаты локомотива используется пока только в качестве дополнительного источника информации. 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. Управление движением поездов на этой ступени, как и прежде, осуществляется с помощью фиксированных блок-участков.