Интероперабельность и безопасность совместного использования европейской системы управления движением поездов ERTMS с микропроцессорной централизацией Еbilock-950 на украинских железных дорогах

Процессорный модуль централизации состоит из модулей, установленных в 19-дюймовый корпус, содержащий пассивную объединительную плату для межмодульной связи и распределения питания. ПМЦ занимает как левую, так и правую половины корпуса. Модули устанавливаются парами, что соответствует основному и резервному комплекту.

В состав процессорного блока входят следующие модули:

-питания (PSM);

-дисковый и сетевой (DEM);

-центрального процессора (СРМ);

-ввода-вывода (IOМ).

Модуль питания формирует напряжения для функционирования ПМЦ: +5 В/10 А;+12 В/30 А; -12 В/0,5 А, а также обеспечивает защиту от короткого замыкания, индикацию пропадания выходного напряжения, сохранение в течение 30 мс выходного напряжения при пропадании входного.

Дисковый и сетевой модуль состоит из двух отдельных подсистем: сетевого интерфейса и жесткого диска. Подсистема сетевого интерфейса предназначена для подключения ПМЦ к различным внешним устройствам, например к АРМ ШH, а на этапе разработки--к общей сети предприятия. Разъем может также использоваться для подключения к системе АРМ ДСП.

Подсистема жесткого диска содержит SCSI-контроллер, внутренний жесткий диск и внешний SCSI-разъем, к которому можно подключить до пяти различных SCSI- совместимых устройств, например жесткие диски, CD-устройства и ленточные накопители.

Модуль центрального процессора состоит из трех одинаковых процессоров Motorola68030 с тактовой частотой 32 МГц с межмодульной шиной и двух интерфейсов двойного канала.

Три процессора, размещенных на плате СРМ, называются соответственно безопасным процессором A (FSPA), безопасным процессором В (FSPA) и сервисным процессором (SPU). Два первых выполняют все правила централизации, а последний отвечает за операции ввода-вывода и управления.

Модуль ввода-вывода обеспечивает связь с объектными контроллерами. Для этого в состав каждой платы входят

- COS порт (RS232);

- два возможных типа портов, для связи с концентраторами. Оба типа могут устанавливаться на одном модуле IOМ в любой комбинации и конфигурируются в проектных данных; внутреннее соединение для чтения (записи) данных в (из) модуля СРМ.

В каждом модуле может быть максимально четыре порта, а в каждой половине IPU950--по три модуля IOМ, в зависимости отколичества напольного оборудования. Платы IOМ работают парами, так что в системе должно быть необходимое количество плат, т.е. количество плат IOМ в левой половине IPU950 должно соответствовать количеству IOМ, установленных в правой половине.

3.3.2 Структура аппаратных средств

Структура аппаратных средств процессорного модуля состоит из следующих элементов. Процессорный модуль централизации Interlocking Processing Unit (IPU) содержит два синхронно работающих процессорных блока централизации: один функционирует в рабочем режиме (on - line), а другой - в резервном (stand - by). Резервный процессор не влияет на функционирование рабочего, но к нему непрерывно поступает информация со стороны системного программного обеспечения о состоянии рабочего процессора. В случае сбоя рабочего процессора резервный берет на себя всю обработку информации.

Сервисное или связное процессорное устройство - Service Processing Unit (SPU) - выполняет все асинхронные функции, например, операции по вводу / выводу данных и команд. Работа устройства происходит под управлением UNIX - совместимой операционной системы реального времени DNIX.

Внутри каждого процессорного модуля находятся по два обособленных друг от друга безопасных процессорных модуля Fail - Safe Processing Unit FSPU (FSPA, FSPB), выполняющих параллельно собственные программы (А и В соответственно) по проверке всех зависимостей централизации. Каждый блок имеет собственный микропроцессор, память и высокоскоростной двунаправленный канал, позволяющий посылать обработанные данные в резервный комплект системы. Различные версии алгоритма работы обеспечивают корректность выполнения зависимостей в системе централизации.

В случае выявления неисправностей в работе основного модуля ПМЦ по каналу происходит переключение на резервный процессорный блок.

Каждый блок IPU использует собственную коммуникационную подсистему (COU), присоединенную к общему интерфейсного адаптера Common Interface Adapter (CIA) и служащую для связи с концентраторами и АРМ ДСП.

Рассматривать работу компьютера централизации лучше всего на взаимодействии трех основных составляющих блока IPU: SPU, FSPA. FSPB. Обработка логики централизации в FSPU происходит циклически. На каждый цикл отводится примерно 0,3 с, в течение которого осуществляется: - сбор информации, отражающей состояние всех станционных объектов; - обработка информации; - формирование приказов на объектные контроллеры; - передача информации о состоянии объектов централизации на дисплей очередного для индикации.

Для обеспечения достоверности в вычислительных каналах ПМЦ использованы диверситетные версии программного обеспечения в каналах А и В, а в каждом цикле делается: 52 - перекрестное сравнение входных, промежуточных и выходных данных - контроль версии используемого ПО и его целостности; - контроль динамики и актуальности обрабатываемой информации - контроль временных параметров программы и последовательности выполнения программных модулей; - контроль памяти программ и оперативной памяти.

3.4 Методы обеспечения безопасности

Передача данных между системой централизации и контроллером устройств СЦБ. Одной из предпосылок безопасного функционирования системы является то, что любое искажение в потоке данных между ПМЦ и контроллерами должно диагностироваться, а его влияние - немедленно исключаться.

Такая способность системы обеспечивается использованием помехозащитного кодирования содержательной части телеграммы, которое предохраняет информационное сообщение, или команду от искажений в канале связи.

Организация передачи данных по кольцу основана на очень ограниченном наборе команд протокола HDLC соответствии с ISO 4335. Организация передачи данных по кольцу основана на очень ограниченном наборе команд протокола HDLC соответствии с ISO 4335. Команда (а также информационное сообщение) передается в виде двух копий А и В. Обе копии включают, кроме содержательной части, такое количество дополнительных битов, обеспечивающих помехозащищенность (код Хемминга), при котором расстояние Хэмминга равно 4. Это означает, что ложное сообщение может быть принято заистинное, если в 127 его информационных битах при передаче по каналу связи окажется не более 4 ошибочных битов, причем порядок их следования не позволит выявить ошибки проверкой на избыточность (CRC - 8).

Более того, команды и информационные сообщения дублируются, и для каждой копии используется собственный порядок кодирования. Копии А и В упаковываются каждая в свой пакет, включающий,: Хэмминга равно 4. Это означает, что ложное сообщение может быть принято заистинное, если в 127 его информационных битах при передаче по каналу связи окажется не более 4 ошибочных битов, причем порядок их следования не позволит выявить ошибки проверкой на избыточность (CRC - 8).

Более того, команды и информационные сообщения дублируются, и для каждой копии используется собственный порядок кодирования. Копии А и В упаковываются каждая в свой пакет, включающий,: уникальный адрес, вид сообщения и метку длины; метку времени для исключения использования в системе устаревшей информации; содержательную информацию; биты кодирования.

Контролер проверяет идентичность и синхронность копий А и В команды, переданной ПМЦ. Эта проверка выполняется независимо двумя разными программами А и В. Если при этом какая-либо из программ обнаруживает различие в содержании принятых копий, то обработка и выполнение этой телеграммы прекращаются.

Безопасность процесса управления. Для соблюдения требований по безопасности при реализации процесса управления опираются на принцип диверситета (вариабельный) программирование, согласно которому одна и та же функция системы программируется двумя разными коллективами программистов. Способы программной реализации в обоих случаях полностью разные. Окончательное изделие имеет в себе разработки обеих групп программистов, определяемые как программы А и В, которые согласно своим спецификаций принимают участие в процессах управления и контроля.

Определение состояния контактов реле. Перевод напольных устройств из одного состояния в другое осуществляется с помощью переключения механических контактов с помощью реле, которые используются в аппаратуре рельсовых цепей или схемах соединения с устройствами автоблокировки. Для исключения каких-либо ошибок при переключении контактов их положение постоянно контролируется. Положение контактной группы определяется путем посылки на нее знакопеременной случайной последовательности прямоугольных импульсов. Такая последовательность выбрана, чтобы исключить слияния внешних воздействий, которые могли бы привести к опасным корреляций в чей самой.

Зависимости от положения контактной группы последовательность импульсов или инвертируется, или нет, и на основе сравнения последовательности импульсов до и после контактной группы делается заключение о ее положения. Сравнение выполняется программой контроллера устройств СЦБ, которая позволяет также учесть время переходного процесса при замыкании или размыкании контакта. Для этого временные параметры измерения выбираются так, чтобы время переходного процесса, зависящий от возложенных функций и типа контактного устройства перекрывался продолжительностью временной задержки между измерениями.

Принципы идентификации. Согласно требованиям по безопасности для каждого контроллера должны быть идентифицированы: система связи с контроллером - телеграммы, которые он способен принимать и передавать; функция контроллера - тип сигнала, тип стрелки, которыми он управляет. Идентификационная метка каждого контроллера встроенная в разъем, который вставляется в разъем конструкции напольного шкафу.

За время эксплуатации МПЦ Еbilock 950 не было зарегистрировано ни одного системного отказа. Наблюдались отказы отдельных печатных плат стрелочных и сигнальных объектных контроллеров из-за повреждений кабеля или других причин, а также перезапуска объектных контроллеров вследствие слишком высокой чувствительности к изменениям параметров напольных устройств СЦБ. На малых станциях были случаи сбоев в системе передачи информации. Все эти недостатки учтены в новой версии прикладного программного обеспечения для центрального процессора.

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

Итак, делаем вывод, что МПЦ - являются системами нового поколения, которые на порядок лучше предыдущих и имеют возможность выполнять большее количество функций и большую экономическую эффективность (так как релейная аппаратура отсутствует), а минимизация аппаратуры приводит к сокращению средств на строительство постов ЭЦ.

4. УВЯЗКА ERTMS/ETCS И МПЦ EBILOCK-950

4.1 Опыт внедрение зарубежных железных дорог

Как уже отмечалось выше, в странах ЕС применяются системы ERTMS/ETCS. Как правило, система ETCS отвечает за интервальное регулирование движением поездом на перегоне, а ERTMS является надсистемой, аналогом отечественной диспетчерской централизации. Что же касается станций, то здесь же присутствует большое разнообразие систем, однако они, как правило, являются микропроцессорными.

В отношении МПЦ Ebilock-950, то данная система уже в какой-то мере является интероперабельной. Она уже проявила себя в качестве интероперабельной при внедрении новой железнодорожной линии между Швецией и Данией. Для управления движением поездов на ней выбрана единая система микропроцессорной централизации, разработанная на базе системы Ebilock 850 компании Adtranz Signal. С учетом имеющихся различий система была соответствующим образом адаптирована, и со стороны Дании применяется в версии DSB 1990, со стороны Швеции- STLV 85, причем полная унификация не достигнута из-за того, что для этого требуются слишком существенные изменения. Так, в Дании предусмотрена защита индикации на дисплеях операторов системы управления от отказов, в Швеции - нет. В пункте стыкования две системы объединяются с помощью релейного интерфейса, также разработанного Adtranz Signal.

МПЦ Ebilock-950, которая является шведской продукцией, отлично применяется на российских железных дорогах, инфраструктура которых такая же, как и на железных дорогах Украины. МПЦ Ebilock-950 работает на 16 малых, средних и крупных станциях участков с автономной тягой и электрифицированных на постоянном и переменном токе девяти железных дорог России. Ведется подготовка к вводу в эксплуатацию МПЦ на станции Рига (120 стрелок) железных дорог Латвии. Как видим, система Еbilock 950 пригодна для применения на железных дорогах России, стран СНГ и Балтии, так как все эксплуатируемые на них средства СЦБ соответствуют утвержденным (еще МПС СССР) техническим требованиям или отличаются от них лишь незначительно.

Рис.4.1 . Линия Ютербог -- Галле/Лейпциг

Как правило, из опыта уже существующих систем взаимосвязи, взаимодействие ETCS с МПЦ осуществляется через RBC (центр радиоблокировки). Эту особенность можна проследить на жд линии Ютербог -- Галле/Лейпциг, которая находится к югу от Берлина и является частью сообщения Берлин -- Мюнхен (рис.4.1) . Электрифицированная двухпутная линия длиной 154 км рассчитана на движение поездов со скоростью 200 км/ч. После ввода в эксплуатацию системы ETCS на линии сохранены светофоры (с комбинированными сигналами) и счетчики осей, поскольку на первом этапе ETCS уровня 2 работает совместно с традиционной системой сигнализации (рис.4.2).

Рис. 4.2. Структура системы ETCS уровня 2

Основой ETCS являются два центра автоблокировки на базе радиосвязи (RBC) в Биттерфельде и Виттенберге. Оба RBC соединены локальной сетью с аппаратурой микропроцессорной централизации (МПЦ) типа ESTW L90 компании Alcatel. МПЦ передает в соответствующую RBC информацию о состоянии стрелок и сигналов для формирования команды на движение. При этом данные о свободности или занятости пути не требуются. Двусторонний обмен данными между центром RBC и поездом осуществляется по сети радиосвязи GSM-R. Для этого оба центра RBC подключены к центру коммутации в Лейпциге.

4.2 Совместное использование МПЦ Ebilock-950 и ERTMS/ETCS на железных дорогах Украины

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

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

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

Как уже отмечалось ранее, система ETCS 1 и 2 уровней используют либо рельсовые цепи, либо счетчики осей. При внедрении европейской системы на железных дорогах Украины соответственно существующие рельсовые цепи остаются без каких-либо изменений. Первая же ступень ETCS актуальна для участков, не имеющих современных устройств автоматической локомотивной сигнализации. Оснащать таким оборудованием необязательно участки, имеющие аналогичные или более совершенные системы безопасности. Кроме того, на первом уровне применяется АЛС точечного типа. На украинских железных дорогах применяется АЛС непрерывного типа, а переоборудовать на АЛСТ не целесообразно. В этом случаи более перспективным для внедрения есть 2 уровень ETCS.

На второй ступени сведения о поездной ситуации передаются на локомотив непрерывно по радиосистеме GSM-R. Напольные устройства определяют местоположение поездов и контролируют их полносоставность. Приемоответчики третьего типа, шлейфы точечной АЛС могут быть демонтированы. На этой ступени ETCS сохраняются традиционные устройства контроля местоположения поезда (рельсовые цепи и системы счета осей). В случаи внедрения, функцию АЛСН будет выполнять радиосистема GSM-R.Так как рельсовые цепи остаются, поэтому именно их необходимо увязывать с МПЦ Еbilock - 950. В большей степени такая увязка будет касаться кодовых рельсовых цепей. С учетом того, что на втором уровне ETCS можно обойтись без напольных светофоров, то возникает возможность внедрения тоналных рельсовых цепей, которые являются перспективными для железных дорог Украины.

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

1) с однопутной кодовой АБ.

2) с двухпутной кодовой АБ.

3) с однопутной КЭБ.

4) с двухпутной КЭБ.

5) с двухпутной релейной АБТЦ.

6) с однопутной ПАБ.

7) с релейной ЭЦ при отсутствии перегона.

8) с релейной ЭЦ при разграничении зон управления по приемо-отправочным путям.

9) с релейной ЭЦ при разграничении зон управления по участку пути.

10) с устройствами горочной автоматики.

11) с однопутной 4-х значной релейной АБТЦ.

12) с оборудованием неохраняемого переезда на станции.

13) с оборудованием охраняемого переезда на станции.

Необходимо отметить, что данные решения разрабатывались для существующих устройств СЦБ. Естественно, данными решениями можно воспользоваться, но с учетом внедрения ETCS, и в них следует сделать соответствующие изменения. Эти изменения будут касаться передачи кодов АЛСН, так как в данных схемах предусмотрено использование КПТШ (рис.4.3).

Рис.4.3. Автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа

Для работы АЛСН кодовые сигналы, несущие информацию о показаниях путевых светофоров, передаются на локомотив при помощи рельсовых цепей. Формирование, включение и выключение кодовых сигналов числового кода осуществляется схемами кодирования. Для образования этих схем у каждого путевого светофора устанавливают кодовый путевой трансмиттер КПТШ и трансмиттерное реле Т. Кодовой путевой трансмиттер вырабатывает сигнальные коды, необходимые для передачи всех сигнальных показаний путевого локомотива на светофор (рис.4.4).

В ETCS 2 уровня коды АЛСН с центрального диспетческого пункта передаются на локомотив с помощью GSM-R канала. 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.

Рис.4.4. Числовые коды, вырабатываемые трансмиттерами КПТШ-5 и КПТШ-7.

Теперь непосредственно переходим к техническим решениям увязки МПЦ Еbilock - 950 с устройствами СЦБ. На сегодняшний день подавляющее число рельсовых цепей на перегоне - это числовые кодовые. Поэтому естественно технические изменения должны коснуться именно увязки Еbilock - 950 с кодовой АБ (однопутной, двухпутной). На рис. 4.5 представлена часть схемы увязки МПЦ с однопутной кодовой АБ.

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

Данная схема взята из типовых альбомов для проектирования, разработанных российским институтом по проектированию сигнализации, централизации, связи и радио на железнодорожном транспорте “Гипротранссигналсвязь”. Изменения в данных схемах должны коснуться аппаратуры для передачи кодов АЛСН: КПТШ, трансмиттерное Т, так как при организации 2 уровня ETCS коды АЛСН передаются по цифровому радиоканалу GSM-R. Таким образом сущность данных кодовых цепей будет сводится к фиксированию места нахождения поезда, т.е. контролю состояния рельсовой цепи: свободна или занята. Кроме того, как сведетельствует официальная статистика за 2009 - 2010 годы количество сбоев АЛСН тоже существенно (табл. IV).

Таблица IV. Статистика сбоев АЛСН железных дорог Украины за 2009/2010

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

Перспективным является использование ТРЦ, основные достоинства которых связаны с возможностью их работы без изолирующих стыков. Исключается самый ненадежный элемент СЖАТ - изолирующие стыки (на долю изолирующих стыков приходится 27% всех отказов устройств систем железнодорожной автоматики). Отпадает необходимость установки дорогостоящих дроссель-трансформаторов для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. При этом уменьшается число отказов по причине обрыва и хищений перемычек и снижаются затраты на обслуживание. Типовые решения по увязке ТРЦ с МПЦ Еbilock - 950, но здесь, как и прежде, необходимо изменять схеху кодирования рельсовых цепей (рис.4.6).

Рис. 4.6. Обобщенная структурная схема ТРЦ

Подводя итог даннаго раздела, делаем вывод, что переход от релейной централизации, кодовых рельсовых к более новым систем (МПЦ, ТРЦ, ETCS) не является данью моде. Это -- объективная необходимость обновления всего технологического процесса управления перевозками и работой структурных подразделений железнодорожного транспорта на основе применения информационных технологий. Здесь сразу проявляются преимущества МПЦ, которая служит удобным связующим звеном между источниками получения первичной информации (подвижной состав, объекты СЦБ и др.) и системами управления перевозочным процессом более высокого уровня, позволяя обойтись без дополнительных надстроек, которые были бы нужны при использовании электрической централизации на базе реле.

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

5.1 Влияние отказов устройств систем железнодорожной автоматики на поездную работу станций

Отказы станционных устройств ЖАТ снижают пропускную и перерабатывающую способность станций. Например, по данным статистики на двухпутном участке длиной в 200 км отказ ЭЦ в течение двух часов снижает пропускную способность на 1.8 поезда на сутки при среднем показателе потока отказов и на 11 поездов при максимальном значении этого параметра.

При отказах устройств ЭЦ увеличивается протяжность трех операций : времени приготовление маршрута, времени открытия сигнала и времени проследования поездом маршрута приема и отправления. Увеличение последней составляющей станционного интервала определяется тем, что пригласительный огонь на входном или выходном светофоре, разрешение на бланке зеленого цвета или приказ дежурного по станции, который передается по радиосвязи, дает право машинисту проследовать закрытый светофор и вести поезд к моменту остановки по пути или к первому проходному светофору со скоростью на выше 20 км/ч с особенной бдительностью и готовностью остановится, если встретится препятствие для следующего движения.

Первая составляющая увеличивается в силу того, что при организации движения поездов по станции в течение времени возобновления работоспособности устройств ЭЦ дежурный по станции и рабочие движения, которые помогают ему, должны выполнять ряд операций по установлению и розделению маршрутов, которые требуют дополнительного времени. Кроме того, в данных условиях от момента выявления отказа дежурным по станции и к моменту начала установления первого маршрута проходить определенный отрезок времени, которое в сущности является “окном”.

Вторая составляющая растет, так как перед приемом или отправлением поезду при запрещающем показании светофора дежурный по станции должен выполнить ряд дополнительных операций, чтобы лично удостовериться в готовности маршрута для его следующего использования.

На больших станциях при отказе стрелок или рельсових кругов в маршруте, который задается, есть возможность задания вариантного маршрута, в результате чего протяжность “ окна ” резко сокращается и хранится возможность работы при автоматической проверке условий безопасности движения поездов без использования в маршрутах, которые задаются, поврежденных устройств. В этих условиях отказы имеют меньшее влияние на процесс перевозки,а величина задержек может быть рассчитана с учетом структурной надежности и степени заполнения пропускной способности ее горловины.

В случаи внедрения системы Еbilock - 950 или другой МПЦ не обходимо также учитывать очень важную деталь - это достоверность получения информации от напольных устройств на пост ЭЦ. Работа станционных систем автоматики во многом зависит от надежности работы рельсовых цепей, которые работают в условиях пониженного сопротивления балласта, влияния индустриальных помех, наличия большого количества изолирующих стыков. Любой грубой отказ существующих систем приводит к задержкам поездов, потере множества клиентов и т. д. Рассмотрев статистику отказов электрической централизации поУЗ за период с 1998 по 2003 год, мыполучаем следующие данные:

Рис.5.1. Отказы электрической централизации на всех дорогах УЗ.

На рис.5.1. приведено процентное соотношение отказов устройств электрической централизации за период 6 лет. Где:

1 -Пульты, табло, аппараты управления;

2 - Релейные шкафы, стативы;

3 - Щитовыеэлектропитающие установки;

4 - Релейнаяи бесконтактная аппаратура;

5 -Трансформаторы, преобразователи, випрямители, электрические машины;

6 -Элементы защиты;

7 - Аккумуляторыи первичныеэлементы;

8 -Сигналы;

9 -Электроприводы;

10 -Воздушные линии;

11 - Кабельные линии;

12 - Рельсовыецепи;

13 - Неустановленные объекты;

14 - Другие.

Все выше упомянутые проблемы, влияют на работу релейных, релейно-процессорных, микропроцессорных централизаций в той или другой мере. И это необходимо учитывать при внедрении новых систем. Качественное отличие микропроцессорных ЕЦ от релейных есть в том, что система может принимать участие в принятии решения оператором, или инициировать его сама. Это эффективно, например, после ликвидации отказа, при наличии большого количества работы у дежурного по станции, в случае, когда необходимо пропустить огромное количество поездов через станцию.

Особенно необходимо это тогда, когда к наличию всех проблем добавляется отсутствие определенного опыта у дежурного по станции. В этом случае безопасность движения может быть повышена при реализации новых функций, особенно в ситуацииях, когда управление берет на себя человек. В перспективе количество интеллектуальных функций, которые выполняются микропроцессорными системами централизации, будет увеличиваться, что должно улучшить показатели системы централизации.

Таблица V. Показатели надежности объектов ЭЦ

Если проанализировать статистические данные по отказам в устройствах ЭЦ, то мыувидим, что найбольшее число неисправностей приходится на рельсовые цепи, стрелочные электроприводы, релейную аппаратуру, светофоры и элементы защиты.

Показатели надежности объектов ЭЦ приведены в таблице V. В этой таблице также указано время задержки поезда в связи с отказами электрической централизации, а также середняя длительность отказа.

На первом месте по отказам рельсовые цепи, которые и при переходе на микропроцессорную элементную базу остаються найболее ненадежным элементом. В связи с этим необходимо повышать надежность автоматического управления движением поездов на наиболее напряженных участках железных дорог, что в свою очередь требует достоверной и разнообразной информации от первичных датчиков.

5.2 Применения точечных путевых датчиков в области железнодорожной автоматики

Рис.5.2. Индуктивные преобразователи

Индуктивный преобразователь (рис.5.2,а) с переменной длиной воздушного зазора характеризуется нелинейной (близкой к гиперболической) зависимостью с перемещением 0,01 --10 мм. Преобразователь с изменяющейся площадью воздушного зазора позволяют измерять перемещения до 15--20 мм (рис.5.2,б). Преобразователь с разомкнутой магнитной цепью применяется для измерения перемещений от 1мм до 100 мм (рис.3.8,г). Широкое распространение на практике получилидифференциальные преобразователи, вкоторых перемещение подвижного элемента вызывает увеличение индуктивности одной обмотки иуменьшение индуктивности другой (рис.5.2,д,е.).

Индукционные преобразователи применяются для измерений скорости линейных и угловых перемещений. Наибольшее применение они получили в приборах для измерения угловой скорости (тахометрах) и в приборах для измерения параметров вибраций, т. е. для измерения линейных и угловых перемещений и ускорений (в виброметрах и акселерометрах).

5.2.3 Датчики пути и скорости

Датчик используют, напр., в системы автоматического управления тормозами (САУТ) и устанавливают в корпус скоростемера на буксе колесной пары. Он содержит в качестве основного элемента транзисторный автогенератор с задающим LC-контуром и ротор, выполненный из стальной шестерни, которая имеет 16 импульсов. При введении в зазор между базовой и коллекторными обмотками автогенератора металлической пластины уменьшается коэффициент обратной связи, вызывающий срыв генерации.

Ротор датчика приводится во вращение от шейки оси колесной пары. Каждый зубец при вращении ротора выполняет функцию металлической пластинки. За каждый оборот колесной пары датчик выдает 16 импульсов. Таким образом, число импульсов, выработанных датчиком, пропорционально пройденному пути, а их частота - скорости движения. Коэффициент пропорциональности определяется диаметром колеса.

Другой разновидностью датчика скорости используют в системе автоматического регулирования скорости на метрополитене и высокоскоростном наземном транспорте. Основными частями такого датчика являются два постоянных магнита, сердечник и обмотка. Зубчатый ротор вращается вместе с колесной парой. Датчик устанавливают на специальной крышке буксы подвижного состава. Магнитный поток постоянных магнитов замыкается через зубья ротора и при вращении колеса за счет изменения магнитного потока в сердечнике в обмотке наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости вращения колеса, т.е. скорости движения поезда. Таким образом, датчик скорости преобразует скорость движения поезда в частоту электрических сигналов.

Датчик пути решает задачу измерения скорости вращения оси колесной тележки путём фотоэлектрического преобразования сигнала прерываний светового потока щелевой маски (диском с радиальными прорезями), усиления и порогового формирования электрических сигналов импульсов.

5.2.4 Датчики контроля проследования поезда

В контактных датчиках измеряемому механическому перемещению соответствует замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих электрической цепью. Их применяют в системах автоматического контроля, сортировки деталей по размерам и автоматической сигнализации.

Примером может служить педаль рельсовая, состоящая из корпуса, который крепят на бетонном основании, контактной схемы с выводами, предохранительного кожуха и прихвата на рельсе, соединенном посредством рычага с осью. Когда колесо въезжает в зону действия педали и рельс просаживается на глубину 0,8 мм и более, рычаг поворачивает ось с коромыслом, переключая контакты педали и возвращая их в исходное положение при выходе колеса из этой зоны.

Действие мембранной педали основано на передаче давления от прогиба рельса под подвижным составом через нажимное приспособление на сжимаемую воздушную камеру, расположенную под рельсом, и воздействия вытесняемого из этой камеры воздуха на мембрану, с которой связана контактная схема.

Рассмотренные контактные датчики применяют для счета осей подвижного состава только в ограниченном диапазоне нагрузок на ось и скоростей подвижного состава. Вне этих пределов педали не фиксируют группу проходящих осей или не выделяют отдельные оси.

Магнитоэлектронный датчик применяют в устройствах реверсивного счета осей на пути. Датчик работает в диапазоне скоростей 0-200 км/ч. По принципу действия он близок к рассмотренному выше датчику пути и скорости.

5.2.5 Принцип действия и основные параметры точечных путевых датчиков счета осей

По виду воздействия колеса (колесной пары) на первичный преобразователь датчики подразделяются: на механически взаимодействующие, не требующие наличия связующей энергии (пьезоэлектрические, механические, гидравлические, пневматические, электроконтактные) и взаимодействующие через связующее магнитное или электромагнитное поле.

Надежность механически взаимодействующих датчиков зависит от таких факторов, как скорость движения и нагрузка на ось подвижного состава, климатические условия работы, ударные и вибрационные ускорения, а также наличие значительной инерционности механизма, что ограничивает область их применения.

Структура систем счета осей, несмотря на различие физических принципов действия и конструкций, имеет следующие основные элементы (рис. 3.9):