Содержание
Введение
1 Обзор эксплуатируемых систем автоблокировки
1.1 Числовая кодовая автоматическая блокировка (КАБ)
1.2 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе КЭБ-1
1.3 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе (КЭБ-2)
1.4 Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями (АБТ)
1.5 Автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры (ЦАБ)
2 Особенности и структурная схема системы АБТЦ
3 Путевой план перегона
3.1 Оборудование блок-участков рельсовыми цепями
3.1.1 Генератор путевой ГП3С
3.1.2 Путевой фильтр ФПМ
3.1.3 Путевой приёмник ПП3С
3.2 Разработка магистрали и кабельной сети перегона
4 Разработка схем АБТЦ
4.1 Разработка принципиальных схем рельсовых цепей
4.2 Схема управления огнями проходного светофора
4.3 Разработка схем кодирования АЛСН
4.4 Контроль потери шунта в системе АБТЦ
4.4.1 Схема контроля потери шунта
4.4.2 Схема контроля последовательного освобождения рельсовых цепей
4.4.3 Схема линейных цепей
Заключение
Список использованных источников
Введение
Ведущую роль в единой транспортной системе Российской Федерации играет железнодорожный транспорт. Это объясняется географическим положением страны, распределением предприятий добывающей и обрабатывающей промышленности и природных ресурсов. Основным преимуществом железных дорог перед другими видами транспорта является низкая стоимость перевозок, осуществление работы в любое время года и безопасность доставки грузов и пассажиров.
Непрерывный рост объема перевозок на железных дорогах РФ сопровождается повышением скорости, веса и интенсивности движения поездов. В связи с этим, большое значение имеет комплексная автоматизация и механизация процессов перевозок.
Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта невозможно без оборудования железных дорог современными и надёжными техническими средствами. В том числе, важная роль принадлежит средствам автоматики и связи. Устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) обеспечивают безопасность движения поездов, пропускную способность железнодорожных линий и автоматизацию перевозочного процесса.
Для реализации высокой пропускной способности, безопасности движения поездов на материальных линиях, а также увеличения производительности и улучшения условий труда железнодорожников используют системы железнодорожной автоматики телемеханики (СЖАТ).
Одно из таких решений является проектирование автоблокировки. Перегоны делят на оборудованные рельсовыми цепями блок-участки. Занятие рельсовых цепей подвижным составом вызывает автоматическое изменение сигнальных показаний проходных и локомотивных светофоров. Это позволяет отправлять попутные поезда через небольшие интервалы времени и обеспечивает высокую пропускную способность.
Одна из проектированных ранее систем АБ — кодовая автоблокировка (КАБ) вполне удовлетворяла требованиям перевозочного процесса на момент разработки. Но на данный момент состояние науки и техники, а также современные требования к системам автоблокировки выявили ряд недостатков КАБ как в отношении отдельных технических решений, так и в отношении принципов построения системы в целом. [1]
Недостатки КАБ:
- Неполный объем информации об условиях движения.
- Невозможность применения на участках с низким сопротивлением изоляции рельсовой линии.
- Сложная и длительная процедура перехода на двухстороннее движение на двухпутных участках.
- Низкое быстродействие.
- Недостаточная надежность системы, по причине присутствия элементов с низкой надежностью и работы устройств в критических условиях.
- Планово-профилактический метод технического обслуживания.
- Отсутствует контроль потери шунта.
Из перечисленного выше, возникает необходимость совершенствования систем автоблокировки, как в плане расширения функциональных возможностей, так и в плане повышения безопасности функционирования, надежности, долговечности и совершенствования процесса технического обслуживания. Моральный и технический износ большого объема оборудования, находящегося в эксплуатации в настоящее время требует незамедлительной модернизации.
В настоящее время проектируются системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. Тональные рельсовые цепи обладают рядом эксплуатационных, технических и экономических преимуществ.
В данной работе рассматриваются вопросы проектирования современной системы АБ типа АБТЦ.
1 Обзор эксплуатируемых систем автоблокировки
Для повышения надежности и обеспечения более высокого уровня безопасности движения поездов были спроектированы и внедрены различные системы автоматической блокировки. Современные системы АБ можно классифицировать по следующим параметрам:
- По способу размещения аппаратуры на перегоне,
- По применяемой элементной базе,
- По применению изолирующих стыков на перегоне
Рисунок 1.1 — Классификация систем автоматической блокировки
В зависимости от места расположения устройств контроля свободности блок-участка и управления огнями светофоров системы автоматической блокировки подразделяют на децентрализованные и централизованные.
Аппаратура децентрализованных АБ устанавливается вблизи сигнальных точек в релейных шкафах. В централизованных системах АБ аппаратура, помимо проходных светофоров, располагается на станциях в постах электрической централизации (ЭЦ) и соединяется с рельсовыми линиями с помощью специальных кабельных линий связи.
В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить релейные, микропроцессорные и комбинированные системы АБ.
Каждый блок-участок на перегоне оборудуется рельсовой цепью. Для разделения смежных блок-участков применяются изолирующие стыки, которые из-за своей низкой надежности часто становятся причиной сбоев нормальной работы устройств автоблокировки. Сейчас все большее распространение получают системы автоматической блокировки с использованием рельсовых цепей тональной частоты, особенностью которых является отсутствие изолирующих стыков на перегоне. Эти системы являются наиболее совершенными и эффективными и в настоящее время чаще применяются при новом строительстве или при реконструкции участков с автоблокировкой числового кода.
Далее я приведу примеры различных систем автоматической блокировки, отличающиеся друг от друга по способу размещения аппаратуры, по построению элементной базы логических связей в системах и по использованию в них рельсовых цепей.
1.1 Числовая кодовая автоматическая блокировка (КАБ)
Числовая кодовая автоблокировка проектируется на участках с электрической тягой на постоянном и переменном токе. При электрической тяге постоянного тока используют рельсовые цепи, работающие на сигнальной частоте 50 Гц, при электрической тяге переменного тока – на сигнальной частоте 25 Гц, а при автономной тяге возможно применение частоты 50 или 25 Гц. [2]
В числовой кодовой автоблокировке информация между сигнальными точками передается по рельсовым нитям кодовыми сигналами КЖ, Ж, З с числовыми признаками. Этими же кодовыми сигналами на локомотив транслируется информация о показании впереди стоящего светофора. При свободном состоянии блок-участка кодовые сигналы воспринимают импульсные путевые реле, а при вступлении на блок-участок поезда локомотивные катушки. Кодовые сигналы посылаются всегда навстречу поезду.
В системе КАБ предусмотрены меры защиты от появления на путевом светофоре более разрешающих показаний при коротком замыкании изолирующих стыков.
В рельсовых цепях у каждой сигнальной установки на входном конце устанавливается импульсное путевое реле, а на выходном — трансформатор типа ПОБС-3А. Питание ламп светофоров производится переменным током от сигнального трансформатора типа СОБС-2А.
Переключение ламп светофоров на режим двойного снижения напряжения осуществляется посредством реле ДСН, включенного в линейную цепь ДСН. Схемы разработаны с применением двухнитевых красных ламп.
Рассмотрим назначение основных узлов КАБ на примере оборудования 6-й сигнальной установки (см. рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 — Структурная схема кодовой автоблокировки
Приёмник Пр принимает кодовый сигналы от впередистоящей 4СУ по рельсовой линии, что позволяет судить о состоянии блок-участков 6П и 4П. Дешифратор Д расшифровывает эту информацию и воздействует на схему управления огнями светофора СУ. В соответствии с этим СУ включает требуемое сигнальное показание светофора 6. Кроме того, дешифратор воздействует на шифратор Ш, который кодирует информацию для передачи к предыдущей СУ и на локомотив. Передатчик П непрерывно передаёт сформированное сообщение в рельсовую линию 8П.
В схеме управления огнями предусмотрен контроль целости нитей ламп светофоров. Опасность перегорания лампы красного огня закрытого светофора заключается в том, что в условиях плохой видимости машинист может допустить проезд погасшего светофора. Поэтому в случае неисправности лампы красного огня или цепи ее питания при занятом блок-участке схема управления огнями воздействует на шифратор Ш. Это приводит к изменению передаваемого сообщения и включению на предыдущем светофоре красного огня вместо желтого («перенос красного огня»). Одновременно с этим изменяется кодовый сигнал АЛС. Информация о неисправности любой контролируемой лампы передается на ближайшую станцию, что позволяет оперативно заменить ее, не допуская сбоя в движении поездов.
Несмотря на достоинства системы КАБ, нынешнее состояние науки и техники и современные требования к системам АБ выявили ряд недостатков КАБ как в отношении отдельных технических решений, так и в отношении принципов построения системы в целом.
1) Неполный объем информации об условиях движения.
В кодовой автоблокировке контроль состояния двух впередилежащих блок-участков недостаточен для высокоскоростного движения всвязи с резко увеличившейся длины тормозного пути поездов. Также отсутствует информация о длине блок-участка (больше или меньше длины тормозного пути подвижного состава), что становится особенно существенным в современных условиях при сравнительно коротких БУ и высоких скоростях и весах поездов. Отсутствует информация об ограничениях скорости по состоянию верхнего строения пути и искусственных сооружений.
2) Невозможность применения на участках с низким сопротивлением изоляции рельсовой линии.
Норма величины минимального удельного сопротивления изоляции рельсовой линии (РЛ) составляет величина 1 Ом·км. Однако большие объемы перевозок железной руды, минеральных удобрений и солей, а также скорость движения поездов привели к загрязнению балласта. При этом сопротивление шпал из-за концентрации в них электролита уменьшилось в еще большей степени, чем сопротивление самого балласта.
Технически, рельсовые цепи КАБ при уменьшении их длины могут работать и при пониженном сопротивлении балласта, но тогда придется оборудовать большое число разрезных установок, что является экономически затратным.
3) Сложная и длительная процедура перехода на двухстороннее движение на двухпутных участках.
В кодовой АБ предусмотрена возможность временной организации двухстороннего движения по одному из путей двухпутного перегона.
Но для этого требуются большие подготовительные работы и такая мера рассматривается как особая (например, при закрытии другого пути). Современные же потребности перевозочного процесса приводят к необходимости организации двухстороннего движения поездов по каждому пути двухпутного перегона без проведения предварительной настройки АБ.
4) Низкое быстродействие.
В кодовой АБ для передачи информации между светофорами и для передачи информации на локомотив используется общий сигнал. Здесь стоит учитывать, что увеличение числа передаваемых сообщений приведет к недопустимому удлинению кодовой посылки и увеличению времени ее расшифровки, поэтому применяемый числовой код является бесперспективным.
5) Недостаточная надежность системы, что объясняется следующими факторами:
5.1) наличие элементов с низкой надежностью (изолирующие стыки, электролитические конденсаторы большой емкости и др.);
5.2) работа большого числа контактных электромагнитных реле в динамическом режиме при коммутации цепей с индуктивной нагрузкой (импульсное путевое реле, все реле дешифратора) и большой коммутируемой мощностью (трансмиттерное реле).
5.3) работа устройств в тяжелых условиях (вибрация, пыль, влажность, температура).
6) Планово-профилактический метод технического обслуживания.
Такой метод обслуживания принят в связи с недостаточной надежностью устройств АБ и их большим влиянием на безопасность и бесперебойность движения поездов. Профилактическое обслуживание с целью предупреждения отказов проводится в соответствии с Инструкцией по техническому обслуживанию устройств СЦБ с периодичностью и в сроки, установленные графиком технологического процесса обслуживания. При этом проводится наружный осмотр и чистка приборов на местах установки, осмотр элементов и измерение параметров рельсовых цепей и дешифратора, проверка алгоритма работы схемы, а также ряд других проверок и измерений. Кроме того, много времени и средств расходуется на периодическую замену приборов с последующей их проверкой, ремонтом и регулировкой в ремонтно-технологических участках. Все эти мероприятия оправданы с точки зрения обеспечения бесперебойности работы КАБ и безопасности движения поездов, но указывают на необходимость дальнейшего совершенствования систем АБ в плане повышения надежности.
7) Отсутствует контроль потери шунта.
При сильно загрязненных рельсах или при остановке короткой подвижной единицы (одиночный локомотив, дрезина, группа оторвавшихся от поезда вагонов) на песке после применения торможения с подпесочиванием есть вероятность потери шунта, что в свою очередь приводит к ложной свободности БУ.
1.2 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе КЭБ-1
КЭБ-1 проектируется для реконструкции КАБ путем замены в релейных шкафах (РШ) сигнальных установок электромеханических устройств, работающих в импульсном режиме, на электронные с сохранением существующих кодовых РЦ без изменения расстановки сигналов и другого оборудования [2].
Генератор кодовых сигналов ГК-КЭБ (см. рисунок 1.3) реализован на основе однокристальной микроЭВМ. В отличие от кодового путевого трансмиттера генератор дополнительно формирует кодовые сигналы К, что позволяет организовать защитные участки за хвостом поезда при его движении по неправильному пути.
Приемник-дешифратор принимает сигналы из рельсовой цепи, расшифровывает их и в соответствии с этим управляет сигнальными реле. При дешифрации сигнала учитываются его временные параметры и длительность кодовой посылки. Это позволяет реализовать простую и надежную защиту от пробоя изолирующих стыков путем чередования типов генераторов и дешифраторов. Для обеспечения достоверности результатов расшифровки в приемнике-дешифраторе предусмотрена схема сравнения. Эта схема сравнивает инвертированный сигнал с выхода дешифратора после расшифровки и принятый сигнал с выхода входного устройства.
Рисунок 1.3 — Функциональная схема ГК-КЭБ
Безопасность функционирования электронных устройств обеспечивается применением безопасных схем логического умножения и безопасных схем памяти. Принцип построения этих схем основан на импульсном представлении сигнала, что обеспечивает контроль исправности элементов по факту их импульсной работы. Для развязки входных и выходных цепей применяются оптопары.
Достоинства системы:
- Расширение функциональных возможностей;
- Стыкование с ныне действующими и проектируемыми микропроцессорными ЭЦ;
- Меньшая потребность в кабельных линиях.
- Снижение эксплуатационных расходов.
Недостатки системы:
- Ненадежность взаимодействия микропроцессора и реле.
1.3 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе (КЭБ-2)
Кодовая автоматическая блокировка на электронной элементной базе (далее КЭБ-2), применяется для интервального регулирования движения поездов на участках с автономной тягой, электротягой, постоянного и переменного тока. КЭБ-2 полностью заменяет существующую релейно-контактную аппаратуру автоматической блокировки (АБ) на электронную. КЭБ-2 имеет встроенную диагностику, которая обеспечивает дистанционное измерение уровней сигналов в рельсовых цепях и выдает полную информацию о состояниях всех сигнальных точек, как на станцию, так и на любую сигнальную точку [2].
Автоблокировка типа КЭБ-2 является дальнейшим развитием системы КЭБ-1, реализована на основе микропроцессорной техники и замещает всю релейно-контактную аппаратуру кодовой АБ.
Оборудование КЭБ-2 размещается в малогабаритных шкафах сигнальной точки ШСТ и включает в себя (см. рисунок 1.4):
- блок электронных устройств сигнальной точки БУСТ;
- приборы перегонных рельсовых цепей (трансформаторы, дроссели и др.);
- приборы защиты от грозового разряда или коммутационных перенапряжений.
В блоке БУСТ предусмотрен контроль исправности нитей всех светофорных ламп, наличия основного и резервного питания сигнальной точки, измерение уровня сигнала в РЦ. Эта информация, а также информация о состоянии ограждаемого БУ, установленном направлении движения и виде кодовых сигналов в РЦ отображается в релейном шкафу и передается на станцию в устройства диспетчерского и технологического контроля.
Кроме того, в состав КЭБ-2 входят станционные устройства, размещаемые на стативе:
- электронный блок станционных устройств БСУ;
- приборы перегонных РЦ, примыкающих к станции.
Рисунок 1.4 — Структурная схема подключения устройств КЭБ-2
Блоки БСУ тоже являются универсальными и обеспечивают увязку КЭБ с релейными и микропроцессорными системами электрической централизации. Для организации автоматизированных рабочих мест в системах диспетчерского контроля блок БСУ стыкуется с компьютером по стандартному интерфейсу.
Достоинства системы:
- Безопасность функционирования АБ в соответствии с системой стандартов по безопасности СЖАТ;
- Освобождение площадей на постах ЭЦ, занимаемой аппаратурой АБ;
- Стыкование с ныне действующими и проектируемыми микропроцессорными ЭЦ;
- Снижение эксплуатационных расходов.
Недостатки системы:
- Наличие изолирующих стыков;
- Ненадежность взаимодействия микропроцессора и реле.
1.4 Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями (АБТ)
Основными отличительными особенностями автоблокировки типа АБТ являются [3]:
- децентрализованное размещение аппаратуры;
- наличие проходных светофоров;
- применение тональных РЦ без установки ИС между рельсовыми цепями и на границах БУ;
- использование рельсовых цепей типа ТРЦ4 для более точной фиксации границ БУ;
- передача информации между СУ по линейным цепям;
- наличие защитных участков за проходными светофорами;
- двухстороннее действие автоблокировки по каждому пути двухпутного перегона;
- наличие схемы контроля потери шунта под подвижной единицей.
Структурная схема системы АБТ представлена на рисунке 1.5.
В соответствии со структурной схемой основными узлами АБТ являются:
- аппаратура тональных рельсовых цепей ТРЦ;
- линейная цепь Л-ОЛ с линейным передатчиком ЛП и приемником ЛПр для увязки показаний светофоров (в линейную цепь введено также кодововключающее реле КВ);
- схема управления огнями светофора СУО;
- напольные устройства системы АЛС.
Рисунок 1.5 — Структурная схема системы АБТ
Каждый БУ оборудуется, как правило, четырьмя рельсовыми цепями. Две из них (А2П и Б2П) ‑ рельсовые цепи типа ТРЦ3 с максимальной длиной до 1000 м. На границах блок-участков применяют рельсовые цепи типа ТРЦ4 (А1П и Б1П) длиной 100‑300 м (рекомендуется использовать длину 200 м). Применение рельсовых цепей ТРЦ4 вызвано необходимостью более четкой фиксации границ блок-участков.
От каждой СУ осуществляется питание рельсовых цепей А1П и Б1П, а также рельсовых цепей А2П и Б2П предыдущего блок-участка. При этом на сигнальной установке контролируется состояние двух РЦ перед светофором (А2П и А1П) и двух РЦ за светофором (Б1П и Б2П).
По цепи Л-ОЛ линейный передатчик ЛП передает от 4-го светофора к предыдущему 6-му светофору следующую информацию:
- о состоянии светофора 4 (открыт или закрыт);
- о состоянии рельсовых цепей А1П и А2П блок-участка 6П;
- об исправности нити и цепи питания лампы красного огня светофора 4 при его закрытом состоянии;
- о состоянии защитного участка ЗУ за светофором 4.
Кроме того, в цепи Л-ОЛ на 6-й сигнальной установке проверяется состояние рельсовых цепей Б1П и Б2П блок-участка 6П. Указанная информация поступает на линейный приемник ЛПр, который расшифровывает ее и обеспечивает включение соответствующего огня светофора и выбор кодовых сигналов АЛС для передачи на локомотив.
Достоинства системы:
- Отсутствие изолирующих стыков;
- Использование рельсовых цепей типа ТРЦ;
- Схема контроля потери шунта;
- Двухстороннее движение по каждому пути двухпутного перегона;
- Работа при пониженном сопротивлении балласта.
Недостатки системы:
- Повышенный расход кабеля;
- Наличие некоторых трудно устраняемых недостатков в схемных решениях