Проектирование современной системы автоматической блокировки

1 2

---

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 Анализ систем автоблокировки на железных дорогах России с целью выбора системы для проектирования
1.1 Классификация автоблокировки
1.2 Особенности построения автоблокировки
1.3 Выводы по главе
2 Техническая часть
2.1 Характеристика участка железной дороги
2.2 Путевой план перегона для ограничивающего перегона
2.3 Размещение путевой аппаратуры рельсовых цепей
2.4 Составление кабельного плана
2.5 Выводы по главе
3 Принципиальные схемы устройств АБТЦ
3.1 Общие сведения
3.2 Электрические принципиальные схемы основных устройств АБТЦ
3.3 Устройства замыкания, размыкания и подключения сигналов АЛСН к рельсовым линиям
3.4 Системы светодиодные светооптические
3.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

По статистике, самой частой причиной отказов на железнодорожной линии является-изолирующий стык, что говорит о наименьшей надежности этого элемента. Примерно половина отказов случается по причине выхода из строя изолирующего стыка (ИС). Поломки ИС отнимают большое количество времени для их обнаружения и ремонта, что вызывает задержку поездов, а следовательно-отклонения от графика.

С 1985 года на сети железных дорог Российской Федерации внедряются системы автоблокировки (АБ) на базе тональных рельсовых цепей (ТРЦ).

Особенностью тональных рельсовых цепей (ТРЦ) является возможность исключить использование малонадежных изолирующих стыков.

В системе АБТЦ устройства имеют высокую надежность работы, малые эксплуатационные затраты, а также для поиска неисправности требуется значительно меньше временных ресурсов.

Целью моей аттестационной работы является проектирование автоблокировки с централизованным размещением оборудования на двухпутном участке железной дороги с электротягой переменного тока.

В аттестационной работе для начала выполняется анализ систем автоблокировки на железных дорогах России с целью выбора системы для проектирования.

Особое внимание в аттестационной работе при разработке проекта системы АБТЦ уделено применению тональных рельсовых цепей (ТРЦ-3) на проектируемом перегоне и светодиодным светооптическим системам типа НКМР.

1 Анализ систем автоблокировки на железных дорогах России с целью выбора системы для проектирования

1.1 Классификация автоблокировки

Для начала проектирования необходимо рассмотреть современные системы автоблокировки (АБ). Это позволит выполнить анализ возможности применения системы АБ, которая позволит с минимальными затратами ресурсов использовать наибольшую пропускную способность участков железных дорог, соблюдая при этом условия, обеспечивающие безопасность движения поездов.

Система автоблокировки классифицируются по следующим признакам, представленные  на рисунке 1.

Представленная классификация составлена на основе следующих признаков:

— характер путевого развития;

— способ организации движения;

— система сигнализации;

— род тяги;

— способ размещения аппаратуры;

— вид каналов обмена информацией между С/У;

— основные типы отечественных АБ;

— каналы передачи информации в кабину поездного локомотива.

Рисунок 1 — Классификация систем автоблокировки

 

Признак «характер путевого развития» раскрывает три варианта путевого развития: однопутные, двухпутные и многопутные.
«Способ организации движения» — разделяет по направлению движения на: одностороннюю, двустороннюю.

Двузначная автоблокировка применяется на дорогах метрополитена. В качестве основных огней применяются: красный огонь, указывающий, что блок-участок и перекрывающий участок заняты, и требующий остановки поезда; зеленый огонь, указывающий, что впереди свободны блок-участок и перекрывающий участок. Наибольшее распространение на наземных дорогах России получила трехзначная система автоблокировки, при которой светофоры сигнализируют тремя огнями: красным, зеленым и желтым. Четырехзначная система автоблокировки применяется на пригородных участках с интенсивным движением поездов, при которой красным огнем требуется остановка; желтым — указывается свободность одного блок-участка и требуется уменьшение скорости движения; одновременно горящими желтым и зеленым — указывается на свободность двух блок-участков и требуется уменьшение скорости движения тяжеловесных и скоростных поездов, остальным поездам этот сигнал разрешает следование с установленной скоростью. Зеленый огонь указывает на свободность трех и более блок-участков.

Признак «вид АБ» указывает на зависимость от рода тяги: с импульсными рц постоянного тока или рц переменного тока.

Аппаратура децентрализованных АБ размещается вблизи сигнальных точек в релейных шкафах. В централизованных системах АБ аппаратура, кроме проходных светофоров, располагается на станциях в постах электрической централизации (ЭЦ) и соединяется с рельсовыми линиями при помощи специальных кабельных линий связи. На участках, где применяется цельносварной рельсовые линии (РЛ) применяют централизованное размещение аппаратуры.

В качестве линии связи применяются воздушные, кабельные и РЛ.

 

1.2 Особенности построения автоблокировки

1.2.1 АБ с децентрализованным размещением аппаратуры

1.2.1.1 Кодовые системы АБ

Начиная с 40-х годов Децентрализованная система автоблокировки числового кодирования (АБ-ЧК) применяется на участках, где рельсовые линии одного блок-участка отделяются от рельсовой линии соседнего блок-участка с помощью изолирующих стыков. В системе этого типа информация о показаниях напольного светофора передается в виде числового кода. Частота несущего сигнала при электротяге постоянного тока -25 и 50 Гц. При электротяге с переменным током- 25 и 75. В этих целях используются три кодовых комбинации: код З, состоящий из трех импульсов, передается в рельсовую цепь от светофора с зеленым огнем, код Ж, состоящий из двух импульсов, – от светофора с желтым огнем и код КЖ, из одного импульса, – от светофора с красным огнем. При получении кода Ж или З на этом светофоре загорится зеленый огонь, при получении кода КЖ – желтый, ну и в том случае, если блок-участок занят, кодовые импульсы шунтируются колесными парами поезда, на светофоре загорится красный огонь.

АБ с гетеродинными РЦ (АБТ-Г) была разработана в 60-х годах. Она получила своё практическое применение в метрополитенах. В этой системе информация кодируется различными несущими частотами сигнального тока: применяются шесть диапазонов рабочих частот  в спектре от 100 до 400 Гц, которые расположены между гармониками, кратными частоте промышленного тока (125, 175, 225, 275, 325, 375 Гц). Каждый диапазон подразделен на четыре поддиапазона. Каждый диапазон несет строго определенную информацию. Поэтому в этой системе электромагнитная совместимость (ЭМС) смежных и параллельно расположенных РЦ осуществляется за счет применения приемников, которые фиксируют разность частот поддиапазонов в параллельно и смежено расположенных РЦ. Четыре частоты одного диапазона чередуются в АБ без ИС и только две частоты используются в АБ с ИС. Исключение опасных влияний при соединении между собой смежных  РЦ через изолирующие стыки достигается, как было отмечено выше, с помощью гетеродинных приемников, причем гетеродином для них является генератор, вырабатывающий кодовые сигналы для соседней РЦ. В результате обработки  сигналов, поступающих из РЦ и гетеродина, в приемнике образуется промежуточная частота. Наличие промежуточной частоты, выделенной узкополосным фильтром, является условием для возбуждения путевого реле. Это возможно только при приеме сигналов от источника собственной РЦ.

В конце 80-х годов в МИИТе. для повышения надежности функционирования рельсовой цепи, аппаратуры была разработана микропроцессорная система числовой кодовой автоблокировки (АБ-ЧКЕ). система АБ-ЧКЕ предназначена для контроля исправности и свободности блок-участков перегона, передачи информации между сигнальными точками о состоянии рельсовых линий (об их целостности и свободности), управления огнями проходных светофоров по условиям безопасности движения, а также для передачи информации на станции о поездном положении на перегоне и об исправности аппаратуры сигнальных точек. Основные преимущества данной системы является ее повышенная защищенность от помех  тягового тока, при колебаниях и в условиях пониженного сопротивления балласта и нестабильности питающего напряжения . Современная микроэлементная база повышает надежность. Система АБ-ЧКЕ функционально и электромагнитно совместима с релейной автоблокировкой. дешифратор АБ-ЧКЕ различает кодовые комбинации желтого и зеленого огней и имеет сигнальные реле Ж, ЖЗ и 3. Это позволяет реализовать четырехзначную сигнализацию без дополнительных пар кабеля и аппаратуры. Путевой приемник МПП-ЧКЕ состоит из двух каналов обработки информации и интерфейсного модуля. производят демодуляцию и декодирование принятых сигналов числового кода, а также формирование кодовых сигналов для передачи к предыдущей сигнальной установке. Оба канала находятся в рабочем состоянии, но для работы АБ используются выходы только одного (ведущего) канала.

Каждый канал путевого приемника содержит два узла центрального процессора и схему контроля, которая непрерывно сравнивает состояния контрольных точек этих процессоров.

Система АБ-Е1 была создана в 90-х годах. Состав аппаратуры состоит из: блоков приемопередатчиков непрерывного канала связи (БПП-НКС) и системы передачи информации по проводной линии связи (БПП-СПИ); микропроцессорный путевой приемник (МПП) контролирующий состояние рельсовой линии; устройства защиты и согласования с рельсовой линией (УЗС) и проводной линией связи (УЗСЛ). В системе АБ-Е1 использован один непрерывный частотный канал с несущей частотой 174,38 Гц. Передача информации осуществляется в результате двукратной фазоразностной манипуляции и кодирования сообщений модифицированным кодом Бауэра.

В микроэлектронной системе автоблокировки АБ-Е2 приемопередатчик кодирует не только сигналы АЛС-ЕН, как в системе АБ-Е1, но и сигналы АЛСН. При этом контролируются временные параметры передаваемого сигнала АЛСН. В АБ-Е2 применяются частоты: 1953, 2170, 2441 и 2790 Гц, где частоты 1953 и 2241 Гц применяются для питания смежных рельсовых цепей одного направления, а 2170 и 2790 Гц – применяются для другого направления.

 

1.2.1.2 Проводные системы

Системы автоблокировки, осуществляющие передачу сообщения по кабельным или воздушным линиям называются проводными системами.

В системах автоблокировки с применением трехзначной системы сигнализации передается только три сигнала. Полярные признаки сигналов, которые используются в таких системах автоблокировки отличаются легким кодированием и декодированием сигнала, а также имеют сравнительно неплохую помехозащищенность. Декодированием сигналов занимается трехпозиционный приемник сигналов. Он реагирует на наличие или отсутвие  и амплитуду сигнала. Эта функция отвечает за аварийное включение запрещающих сигналов на светофоре.

Первая проводная АБ на территории России — это система АБ с импульсными рельсовыми цепями (РЦ) постоянного тока. Зачастую на участках с автономной тягой (паровая, тепловозная) используется РЦ постоянного тока. Они проще по устройству и потребляют меньшую мощность. Имеют возможность питания от резервных аккумуляторов, это необходимо для линий с малонадежным электроснабжением. Показания попутных сигналов увязываются по линейным цепям, как правило, подвешенным на опорах высоковольтное-сигнальных линий. На двухпутных участках предусмотрена возможность организации временного двустороннего движения по одному из путей перегона при капитальном ремонте другого пути. В правильном направлении поезда движутся по сигналам АБ и АЛС, а в неправильном – только по сигналам АЛС. Устройства АБ переключаются с одного направления на другое с использованием двухпроводной схемы смены направления движения.

Под конец 80-х годов на железной дороге России началось внедрение системы Автоматическая блокировка с тональными рельсовыми цепями (АБТ). Разработка дает возможность организовывать двустороннее движения по обоим путям. Движение по правильному пути предусмотрено по светофорам АБ, а по неправильному пути – по сигналам АЛС. Передача сигналов АЛС в РЛ осуществляется жилам питающего и релейного кабеля РЦ по наличию их занятия поездом. Нахождение поезда на блок-участке контролируется приемником Б1П сигнальной установки.

Построение тональных рельсовых цепей таково, что от одного генератора, как правило, осуществляется питание двух рельсовых цепей. Две смежных рельсовых цепи на перегоне имеют один общий питающий конец. Для их питания использована одна пара жил сигнального кабеля. Два приемника смежных ТРЦ также подключаются к одной паре, по этим же парам передают кодовые сигналы числовой АЛС.

Основным функциональным узлом системы АБТ является линейная цепь с линейными реле, они выполняют контроль сигнальных показаний светофоров и подбор кода АЛС, а также управление линейными реле предыдущего блок-участка. Реализация кодирования на системе ТРЦ сигнала АЛС начинается, когда поезд вступает на данную рельсовую цепь.

Для того, чтобы исключить у локомотивных устройств поезда, который находится перед запрещающим светофором, восприятие неправильных кодовых сигналов используется схема контроля последовательного занятия РЦ.

Кодирование всех рц на одном блок-участке происходит с помощью одного кодового путевого трансмиттера, исключением является граничная рельсовая цепь в неправильном направление движения.

Исключение взаимного влияния ТРЦ этого же пути осуществляется чередованием комбинаций несущих и модулирующих частот. Использование сигнального тока тональной частоты позволяет значительно снизить потребляемую мощность, применить для построения аппаратуры наиболее современную в сравнении с ранее разработанными системами элементную базу и методы обработки сигналов.

Система автоблокировки с тональными рельсовыми цепями и изолирующими стыками на сигнальных точках (АБТс) применяется на однопутных и на двухпутных линиях железных дорог с любым видом тяги поездов. Применение АБТс возможно с участками низких (не менее 0,04 Ом/км.) и нормативны (не менее 1 Ом/км) удельных сопротивлений балласта. На участках где низкое сопротивление балласта все блок-участки оборудуются несколькими РЦ тональной частоты без применения дополнительных ИС.

Унифицированная система автоблокировки (УСАБ)  создана в 80-ых годах XX века. Она может быть применена на участках железных дорог с любым видом тяги, как на однопутных, так и на двухпутных. Главными целями при разработке системы было увеличение надежности

Контроль состояния БУ проводится через фазочувствительные РЦ с непрерывным питанием переменного тока частоты 25 Гц, что способствует увеличению надежности АБ. Когда колесная пара вступает на БУ рельсовая цепь начинается процесс кодировки. (Числовой кодовой АЛС)

Унифицированная система автоблокировки относительно остальных систем имеет следующие преимущества: заметно повышенный уровень защищенности от помех. Высокую электромагнитную совместимость. Расширенные функциональные возможности системы. В частности, изменение показания светофора с запрещающего на разрешающее, во время передвижения поезда, выполняется контролем дополнительных условий. Если поезд занимает следующий по расположению блок-участок, то следующий проходной светофор передает показания запрещающего сигнала.

 

1.2.2 Централизованное размещение аппаратуры

1.2.2.1 Система ЦАБ

Во время начала создания в РФ Байкало-Амурской железной дороги была создана АБ, которая имела централизованное распределение автоблокировки (ЦАБ). В данной системе используется рельсовая цепь без изолирующих стыков, аппаратура устройства размещается на станциях, которые прилегают. Путевые трансформаторы располагают напрямую у путей для состыковки электрических данных рельсовых линий и сигнального кабеля.

Главным сигнализирующим способом и методом связи при перемещении транспорта во время перегона обозначается АЛС, проходные светофоры не используются. Так расположение устройств на станции облегчает организацию ДК и связанные с этим решения по передвижению транспорта от одной станции к другой, управления двухстороннего передвижения на участке двухпутного движения, изменения в направлении. При этом питание централизованной системы выполняется как и в случае с ЭЦ.

В условиях присутствия на станции надежных ресурсов электроснабжения отсутствует потребность в продольных высоковольтных линиях АБ, во время перемещения не используются источники электропитания. Таким образом используемая мощность рельсовых цепей уменьшается в 5-10 раз, в сравнении с используемыми на обычных рельсовых цепях. НА линиях ЦАБ довольно использование на поездах числовой системы АЛСН с резервацией или без резервации, относительно от величины передвижения, габаритов и других обстоятельств в использовании. Амплитудно-модулированные импульсы с частотой 425, 475 и 575 Гц и частотами модуляции 8 или 12 Гц применяют в работе бесстыковых рельсовых цепей. В качестве главного ресурса энергопитания используется ЛЭП, запасными — ЛЭП или ДПР- в зависимости от типа тяги и присутствия местных сетей. Так же при использовании электротяги переменного тока используют ДГА, аккумуляторы в совокупности с воссоздающими приборами. Во время начала создания в РФ Байкало-Амурской железной дороги была создана АБ, которая имела централизованное распределение автоблокировки (ЦАБ). В данной системе используется рельсовая цепь без изолирующих стыков, аппаратура устройства размещается на станциях, которые прилегают. Путевые трансформаторы располагают напрямую у путей для состыковки электрических данных рельсовых линий и сигнального кабеля.

Главным сигнализирующим способом и методом связи при перемещении транспорта во время перегона обозначается АЛС, проходные светофоры не используются. Так расположение устройств на станции облегчает организацию ДК и связанные с этим решения по передвижению транспорта от одной станции к другой, управления двухстороннего передвижения на участке двухпутного движения, изменения в направлении. При этом питание централизованной системы выполняется, как и в случае с ЭЦ.

В условиях присутствия на станции надежных ресурсов электроснабжения отсутствует потребность в продольных высоковольтных линиях АБ, во время перемещения не используются источники электропитания. Таким образом используемая мощность рельсовых цепей уменьшается в 5-10 раз, в сравнении с используемыми на обычных рельсовых цепях. НА линиях ЦАБ довольно использование на поездах числовой системы АЛСН с резервацией или без резервации, относительно от величины передвижения, габаритов и других обстоятельств в использовании. Амплитудно-модулированные импульсы с частотой 425, 475 и 575 Гц и частотами модуляции 8 или 12 Гц применяют в работе бесстыковых рельсовых цепей. В качестве главного ресурса энергопитания используется ЛЭП, запасными — ЛЭП или ДПР- в зависимости от типа тяги и присутствия местных сетей. Так же при использовании электротяги переменного тока используют ДГА, аккумуляторы в совокупности с воссоздающими приборами.

 

1.2.2.2 Система ЦАБс

Особенностью ЦАБс от ЦАБ является наличие изолирующих стыков в начале и конце каждого блок-участка также наличие проходных светофоров. Используется только на однопутном участке устройства, т.к. требуют существенного расхода кабеля, а это обязано быть обоснованным. Для любого вида тяги и нормативном удельном сопротивлении изоляции РЛ (10м∙км). Все блок-участки имеют по две тональные рельсовые цепи, в случае, если расстояние участка больше 1300 м, если меньше- оборудуются одной.

В ЦАБс вся аппаратура РЦ, путевые устройства Автоматической локомотивной сигнализации находятся централизованно на станции. Логические схемы включают цепи управления путевыми светофорами, с которыми их связывают кабелем. подключение каждого путевого приемника осуществляется по отдельной паре жил кабеля . Для работы РЦ используют две несущие частоты сигнального тока.

Контроль состояния исправности ламп светофоров обеспечивает предохранитель, установленный в цепь питания, который не позволяет жилам кабеля перемкнуться, а значит — обеспечивает надежность от ложного контроля.

 

1.2.2.3 Система ЦАБ ФЧ

В этой системе АБ основном инструментом служащий для регулирования движения поездов является РЦ. В системе с централизованным размещением аппаратуры питание всех РЦ осуществляется от единого станционного питающего устройства. Применение надежной РЦ выполняется более полно при использовании сигнальной частоты 25 Гц и фазового контроля ЭМС смежных и параллельно расположенных РЦ. В смежных РЦ фаза сигнала изменена на 180°, а в параллельно расположенных – на 90°. Вся аппаратура системы ЦАБ ФЧ размещена на посту ЭЦ и связана с расположенными на перегоне согласующими элементами, кабельными линиями связи. РЦ питаются по двухфазовой системе.

Обработка кода в системе ЦАБ начинается в момент вхождения железнодорожного транспорта на РЦ, если до этого была занята предыдущая РЦ по ходу движения, в условии, что на данной рельсовой цепи нет поезда, и она исправно функционирует. Завершается в момент, когда колесная пара поезда вступает на следующую РЛ, по ходу движения. Основным источником питания устройств этой системы является ЛЭП, а резервный зависит от вида тяги и наличия местных цепей, – ДГА, аккумуляторные батареи, ЛЭП на опорах контактной сети, местные источники электроснабжения.

Достоинства данной системы -это унифицированность ее элементов и высокая устойчивость от помех РЦ.

 

1.2.2.4 АБТЦ-03

При АБТЦ основная часть аппаратуры, выполняющая все зависимости автоблоки­ровки, увязки с ЭЦ, схемы смены направления и т. д., размещается централизованно в помещениях постов ЭЦ станций, ограничивающих перегон. Напольными устройствами являются: светофоры, путевые ящики и дроссель-трансформаторы, при наличии переездов — релейные шкафы управления устройствами автоматической переездной сигнализации. Постовая и напольная аппаратура соединя­ются между собой магистральными кабелем, также по кабелю выполняется взаимная увязка комплектов аппаратуры АБТЦ, расположенных на сосед­них станциях, ограничивающих перегон. На перегонах, протяженностью более 15 км, на основании расчета кабельных линий для размещения оборудования используются транспортабельные модули ЭЦ-ТМ.

Максимальная дальность управления светофором по кабелю составляет 9 км, мак­симальная дальность управления рельсовой цепью по кабелю составляет 10 км при любой электротяге.

При организации модуля ЭЦ-ТМ целесообразно размещать его по возможности на середине перегона, что позволит сократить жильность применяемого кабеля. Количе­ство ЭЦ-ТМ определяется протяженностью перегона.

Структура построения рельсовых цепей такова (рисунок 2), что от одного генератора осущест­вляется питание двух рельсовых цепей, за исключением случаев подключения гене­ратора у изолирующего стыка на границе со станцией. Подключение путевых прием­ников смежных рельсовых цепей к согласующему трансформатору в путевом ящике осуществляется одной парой жил кабеля. Кроме согласующих трансформаторов в пу­тевых ящиках устанавливаются приборы грозозащиты, резисто­ры и автоматические выключатели многоразового дей­ствия (АВМ).

Рисунок 2 – Структурная схема АБТЦ-03

Проектируемая система АБТЦ имеет следующие достоинства:

-увеличение пропускной способности однопутных, двухпутных, многопутных перегонов;

— повышенная защищенность от воздействий помех от тягового тока;

-сокращение затрат на капитальное строительство, монтаж и техническое обслуживание

-повышенная помехоустойчивость

Система АБТЦ значительно увеличивает продуктивность обслуживающего персонала, сокращает время требуемое для выявления причины отказов в устройствах. Централизованное размещение аппаратуры на станциях в отапливаемых помещениях повышает надежность работы устройств и создает возможность для наиболее удобного резервирования. Все это дает возможность проектировать и внедрять систему АБТЦ.

1.3 Выводы по главе

 

Проведенный обзор и анализ особенностей проектирования современных систем АБ дает возможность приступить к следующим выводам:

– применение кодовых РЦ ощутимо утрудняет задачу конструирования АБ, но позволяет исключить из эксплуатации проводные линии связи;

– разработка микропроцессорных систем АБ и увеличение несущих частот позволило повысить помехоустойчивость систем;

– применение тонального диапазона частот для несущей сигнала РЦ позволяет повысить защищенность РЦ от воздействия сосредоточенных помех тягового тока и снизить потребляемую мощность. Однако, реализовать системы АБ с тональными рельсовыми цепями, возможно только на микроэлектронной пазе;

– системы с тональными рельсовыми цепями позволяют исключить малонадежные ИС;

– анализ особенности построения и функционирования показывает, что несмотря на то, что кодовые системы АБ являются наиболее совершенствованными в смысле качества функционирования, АБ с ТРЦ обладают достаточной устойчивостью к различным дестабилизирующим факторам.

На основании изложенного считаю, что для проектирования в данной аттестационной работе следует принять систему АБТЦ, которая обладает практически всеми положительными качествами современных систем АБ.

---

1 2