Глава 20. Перегінні системи автоматики і телемеханіки

20.1. Колійне напівавтоматичне блокування

На двоколійних і одноколійних дільницях залізниці з невеликими розмірами руху поїздів застосовують напівавтоматичне блокування релейного типу (РПБ).

МП

КД КД

▼ ▼

Напрям руху

Вих Вх

Рис. 20.1.1. Структурна схема напівавтоматичного блокування

Правом на відправлення поїзда зі станції при напівавтоматичному блокуванні є зелений вогонь на вихідному світлофорі (рис. 20.1.1), який черговий по станції має включити тільки при вільному стані міжстанційного перегону (МП). Після відправлення потяга зі станції в результаті його впливу на колійний датчик (КД) світлофор закривається і блокується замикаючим пристроєм (ЗП) до одержання інформації по лінії зв’язку про прибуття потяга на станцію у повному складі.

Система напівавтоматичного блокування дозволяє дати наказ на відправлення потяга зі станції в разі обумовленого стану всіх її входів.

Двійковими входами системи РПБ на одноколійній діляниці можливо вважати:

x₁ – фактичне прибуття потяга на станцію і звільнення перегону; стан цього входу змінюється автоматично з допомогою колійних датчиків, які встановлені перед станцією прийому;

x₂ – прибуття потяга у повному складі і дійсному вільному міжстанційному перегоні; у більшості випадках ця інформація поступає у систему неавтоматичну. Для її вводу черговий по станції попереду сам або через посередника повинен переконатися у наявності на останньому вагоні знака, який означає хвіст потяга;

x₃ – згода сусідній станції на відправлення потягу з даною станції; стан цього входу змінює вручну ДСП суміжній станції після телефонного запиту ДСП станції відправлення;

x₄ – приготування і замкнення маршруту відправлення;

x₅– відкриття вихідного світлофора, яке виконує ДСП станції відправлення. Закриття вихідного світлофора при його проходження потягом здійснюється автоматично.

Всі вхідні величини регіструються в проміжнії пам’яті системи у виді обумовленого стану її елементів y₀, y₁, y₂, …, y_n.

Кожному стану входу x_n+1 повинно обов’язково іти попереду подія x₁ Λ... Λ x_n = y_n. Так, зміні стану входу x₅ – відкриття вихідного світлофора – повинні іти попереду події x₁ Λ x₂ Λ x₃ Λ x₄ = y₄. В виразах, що наведені, присутній знак операції кон’юнкції (Λ), або логічного множення (І), тобто в стан y₄ система перейде при наявності усіх подій x₁ – x₄.

На рис. 20.1.2 зображений загальний алгоритм роботи напівавтоматичного блокування одноколійної ділянки залізниці.

Для двоколійній дільниці завдяки спеціалізації колій перегону алгоритм функціонування декілька спрощується за рахунок відсутності входу x₃, якій

При необхідності відправлення потяга на двоколійної дільниці ДСП підготовлює маршрут (подія x₄), і система з стану y₃ переходить в стан y₄.

Технічна реалізація наведених алгоритмів можлива різними способами, у тому числі з застосуванням мікропроцесорною техніки.

20.2. Колійне автоматичне блокування

Колійним автоматичним блокуванням, або просто автоблокуванням(АБ), називається такий спосіб інтервального регулювання руху поїздів на перегонах за допомогою прохідних світлофорів, свідчення яких змінюються автоматично під дією самих рухомих поїздів.

При автоблокуванні міжстанційний перегін розбивається на окремі ділянки дороги, які називаються блок-ділянками (БД) (рис. 20.2.1). Кожна блок-ділянка захищається своїм прохідним світлофором (3, 1). Правом на заняття окремої блок- ділянки служить вирішуюче показання світлофора (зелений або жовтий вогонь).

При занятті блоку-ділянки поїздом на світлофорі включається червоний вогонь, що забороняє поїзду, що йде услід, займати цю ділянку. Включення червоного вогню на світлофорі відбувається автоматично в результаті дії поїзда на рейкове коло (РК), який виконує функції колійного датчика і задаючого елементу. Прохідний світлофор в закритому стані блокується (замикається) автоматичним замикаючим пристроєм (АЗП) до здобуття інформації від колійного датчика про звільнення поїздом блоку-ділянки, що захищається.

			Приказ на закриття вихідного сигналу

	y1

да

ні

		Вихідний сигнал закритий і заблокований

да

ні

да

		Вихідний сигнал закритий

да

ні

да

Рис. 20.1.2. Алгоритм функціонування напівавтоматичного блокування

МП

БД БД БД

РК РК РК РК

3 1 Вх

Вих

АЗП АЗП

Напрям руху

Рис. 20.2.1. Структурна схема автоматичного блокування

Станційні світлофори (вхідний і вихідні), як і в системі ПАБ, – напівавтоматичної дії. Їх відкриття пов'язане з розблокуванням замикаючого пристрою (ЗП), який залежить перш за все від стану станційних рейкових кіл, а для вихідних світлофорів і від стану першої ділянки видалення, що захищається прохідним світлофором 3.

Ділення перегону на блок-ділянки дозволяє здійснити одночасний рух по перегону декількох попутно наступних поїздів, що підвищує його пропускну спроможність. Крім того, при АБ підвищується дільнична швидкість руху поїздів, оскільки скорочується час їх стоянок на станціях в очікуванні обгону іншими поїздами. Це об’ясняєтся тим, що відстань зближення поїздів між тим, що обганяється і обганяє скорочується.

.

20.2.1. Класифікація систем автоматичного блокування

Будь-яка система АБ повинна задовільняти певним експлуатаційним вимогам. Основними з них є: обгороджування поїзда колійними сигналами з хвоста (з боку ззаду попутних поїздів, що йдуть) при однобічному русі і, крім того, з голови (з боку поїздів зустрічного напряму) при двосторонньому русі; забезпечення необхідної пропускної спроможності при прийнятій організації руху поїздів.

Всі сучасні системи автоблокування можна класифікувати лише умовно на основі тих або інших експлуатаційних або технічних чинників, які впливають на структуру і дію системи: характер колійного розвитку перегонів і організація руху поїздів по ним; інтенсивність руху і наявність поїздів різних категорій (приміські, пасажирські далекого дотримання, вантажні); рід тяги поїздів і умови електропостачання ділянок.

По характеру колійного розвитку на перегонах (одно-, двох- або багатоколійні) і способам організації руху по перегонах (однобічне або двостороннє) розрізняють однобічні або двосторонні системи АБ.

Міра інтенсивності руху поїздів і наявність в обігу поїздів різних категорій і їх кількісне співвідношення визначають вживання систем АБ з різними системами сигналізації (рис. 20.2.2).

Залежно від числа сигнальних свідчень світлофора автоблокування може бути двозначним, тризначним і чотиризначним.

При двозначній АБ (рис. 20.2.2, а) використовують два сигнальні свідчення – червоне і зелене. Машиніст про червоний вогонь не запобігає. Тому для своєчасної зупинки поїзда, проїжджаючи світлофор із зеленим вогнем, він відразу повинен бачити свідчення наступного світлофора на відстані l_б2 ≥ l_вс + l_{т max}, где l_{т max} – гальмівна дорога, при швидкості, що максимально реалізовується; l_вс – дорога поїзда за час сприйняття (0,1 мін) сигналу машиністом.

а)

L₂ = 2l_б2 + l_п

1 2

l_п/2 l_б2 l_б2 ≥ l_вс + l_{т max} l_п/2

б)

L₃ = 3l_б3 + l_п

1 2

l_п/2 l_б3 l_б3 l_б3 ≥ l_{т max} l_п/2

в)

L₄ = 4l_б4 + l_п

1 2

l_п/2 l_б4 l_б4 2l_б4 ≥ l_{т max} l_п/2

Рис. 20.2.2. Схеми сигналізації автоблокування

В умовах поганої видимості світлофора ця система забезпечує безпеку руху лише при недопустимо низьких швидкостях руху поїздів. Тому на магістральних залізницях двозначну систему АБ не застосовують.

Для упевненого ведення поїзда зі встановленою швидкістю при АБ машиніст, проїхавши світлофор із зеленим вогнем повинен бачити зелений вогонь на наступному світлофорі. При двозначній АБ досить розмежувати поїзди двома блоком-ділянками. Міжпоїздова відстань між центрами тяжіння поїздів L₂ = 2l_б2 + l_п, де l_п – довжина поїзда. Таке розмежування дозволяє отримати високу пропускну спроможність. Тому двозначну АБ використовують лише на деяких лініях метро (за наявності точкових автостопів), де довжини гальмівних доріг невеликі і практично немає впливу погодніх умов. На ділянках з поганою видимістю світлофорів і на станціях в метро використовують складнішу систему сигналізації.

При тризначній АБ (рис. 20.2.2, б) використовують три сигнальні свідчення – червоний, жовтий і зелений вогні. Жовтий вогонь запобігає машиністові про червоний за одну блок-ділянку. У несприятливих погодніх умовах видимість жовтого вогню може складати декілька метрів. Тому для зупинки поїзда перед червоним вогнем довжина кожної блоку-ділянки має бути не менше довжини гальмівної дороги повного службового гальмування (0,8 повної гальмівної сили) і гальмування (повна гальмівна сила) автостопи при швидкості, що максимально реалізовується, але не більше 120 км/ч для пасажирських і 80 км/ч для вантажних поїздів.

Рух на зелені вогні світлофорів (см. рис. 20.2.2, б) забезпечується при розмежуванні поїздів трьома блок-ділянками. Тому мінімальна міжпоїздова відстань L₃ = 3l_б3 + l_п. Скорочення цієї відстані до двох блок-ділянок приводить до того, що після світлофора із зеленим вогнем машиніст бачить жовтий вогонь наступного світлофора і вимушений знижувати швидкість. Проте двохблокове розмежування допустиме, наприклад, при наближенні поїзда до станції із закритим вхідним світлофором.

Простота пристроїв і вказані переваги зумовили найбільше поширення тризначної системи на магістральних залізницях.

Чотиризначна системи автоматичного блокування (рис. 20.2.2, в) застосовується на ділянках з великими розмірами руху, де звертаються поїзди з різко різними швидкостями і довжинами гальмівних доріг. Такі умови створюються, наприклад, на приміських ділянках, де поряд з приміськими поїздами (легковагими) поїздами, що мають короткі гальмівні дороги, звертаються також далекі пасажирські (або вантажні) поїзди з високими швидкостями руху і довшими гальмівними дорогами.

В цьому випадку виникають дві суперечливі експлуатаційні вимоги: з одного боку, для здійснення інтенсивного руху необхідно, щоб попутні поїзди слідували з найбільшим зближенням, тобто, довжина блок-ділянки повинна бути мінімальною, з іншого боку, вона має бути не менше довжини гальмівної дороги швидкісного або вантажного поїзда. Це протиріччя до довжин блок-ділянок усувається введенням четвертого сигнального свідчення – жовтого і зеленого вогнів світлофора, що одночасно горять.

Таке свідчення світлофора оповіщають машиніста про червоний вогонь за дві блок-ділянки (2l_б4). Машиніст повинен вибрати такий режим ведення поїзда, при якому наступний попереду світлофора, що стоїть, з жовтим вогнем поїзд повинен проїхати зі встановленою для цього вогню швидкістю, щоб зупинитися перед наступним світлофором із заборонним показанням.

Швидкість того, що проїхало світлофора з жовтим вогнем при чотиризначній сигналізації визначається розрахунком для поїзда, що має найбільшу гальмівну дорогу, і оголошується наказом по дорозі. Тому зупинка будь-якого поїзда перед світлофором з червоним вогнем гарантується за умови 2l_б4 ≥ l_{т max}.

Рух поїздів на зелені вогні світлофорів забезпечується при мінімальній міжпоїздовій відстані L₄ = 4l_б4 + l_п. В порівнянні з тризначною системою АБ чотиризначне автоблокування дозволяє довести міжпоїздовий інтервал до 2 – 3 хв.

Від роду тяги, як правило, залежить рід сигнального струму, що живить рейкові кола.

Системи АБ можуть відрізнятися одна від одної також типами світлофорів і режимами горіння світлофорних ламп: з прожекторними або лінзовими світлофорами, з лампами світлофорів, що нормально горять або нормально не горять. У останніх системах автоблокування використовуються лише лінзові світлофори без попереднього запалення.

20.2.2. Логічні зв'язки в автоблокуванні

По технічних ознаках і виконуваних функціях АБ відноситься до систем телекерування з прямим зв'язком. Керованим об'єктом є сигнальний прилад – світлофор, який передає в закодованому вигляді (кольором і станом сигнальних вогнів) інформацію про стан попереду лежачих путніх (блокувальних) ділянок. За допомогою цієї інформації досягається автоматичне інтервальне регулювання руху поїздів.

Основу АБ складають однобічні автоматичні зв'язки між суміжними попутними прохідними світлофорами. Їх структура і технічні засоби визначаються наступними специфічними особливостями автоблокування:

пристрої АБ в загальному випадку просторово повторюються впродовж всього перегону. Це означає, що апаратура автоблокування (реле, трансмітери, дешифратори, різного роду перетворювачі), які розміщені в релейних шафах, встановлених безпосередньо в прохідних світлофорах, однакове практично для всіх сигнальних точок;

кількість передаваною колійним світлофором інформації невелика;

датчиком інформації про стан колійних ділянок і задаючим елементом автоматичної системи є рейкові кола;

всі повідомлення, передані світлофорами, розділені в часі, тому по каналу зв'язку між прохідними світлофорами може передаватися лише одне повідомлення, якому на виході системи відповідає певне свідчення світлофора автоблокування;

у всіх системах АБ забезпечується контроль справності нитки лампи червоного вогню. В разі перегорання лампи червоного вогню на даному світлофорі автоматично включається червоний вогонь на попередньому світлофорі (рис. 20.2.3).

5п 3п 1п

3 1

Перенос червоного вогню

Рис. 20.2.3. Режим роботи АБ з контролем червоного вогню

При тризначній АБ з контролем червоного вогню кожна блок - ділянка перегону має два двійкові входи (рис. 20.2.4): x_i або x_i – i-й (блок-ділянка вільна і справна або зайнята, несправна) і y_i або y_i (лампа червоного вогню світлофора i-го блоку-ділянки справна або несправна). Також є три двійкові виходи, які відповідають наступним дискретним швидкісним значенням: з_i – вирішується максимально допустима швидкість; ж_i – швидкість обмежується встановленою межею; к_i – швидкість має бути понижена до нуля.

1 i i+1 n

1 i i+1 . n

x_n з_n

y_n ж_n

к_n

x_i+1 з_{i +1}

y_{i +1} ж_{i +1}

к_{i +1}

x_i з_i

y_i ж_i

к_i

x₁ з₁

y₁ ж₁

к₁

Рис. 20.2.4. Загальна функціональна схема АБ

Зв'язок між відповідними входами і виходами системи на мові алгебри логіки можна записати так:

з_i = x_i Λ x_i+1;

ж_i = x_i Λ x_i+1 Λ y_i+1;

к_i = x_{i ٧ (}x_i Λ х_i+1 Λ y_i+1),

де Λ – знак операції кон'юнкції, або логічного множення (І);

_٧ – знак операції дез'юнкції, або логічного складання (АБО);

– – знак операції інверсії, логічне НІ.

Блок-схема алготитму, який реалізує ці логічні зв’язки, наведена на рис.20.2.5, з якої випливає:

зелений вогонь на прохідному світлофорі повинен загоратись в разі вільності блок-ділянки і вільному стані наступної по ходу руху блок-ділянки;

жовтий вогонь на світлофорі повинен загоратись при вільному стані свого блок-участка, який він захищає, і зайнятій наступній ділянці. При цьому повинна дотримуватися умова – цілісність лампи червоного вогню на попереду світлофорі, що стоїть;

червоний вогонь на світлофорі повинен включатися при занятті блок-ділянки, яку він захищає, або перегоранні нитки червоного вогню на попередньому світлофорі, що стоїть.

Світлофор i

да

ні

да

ні

да

ні

Рис. 20.2.5. Блок-схема алгоритму роботи трьохзначної АБ

Схема на рис. 20.2.4 і приведені логічні зв’язки прийняті як початкові для побудови конкретнх систем АБ.

У будь-якій системі автоблокування застосовують ланцюгову структуру зв’язку, в якій кожна подальша установка пов’язана з попередньою одним фізичним каналом, пристосованим для однобічної передачі інформації. Інформація завжди передається в напрямі, протилежному до руху поїздів. Каналом зв’язку між прохідними світлофорами можуть бути повітряні або кабельні лінії зв'язку, а також рейкові кола.

При послідовної структурі зв'язку кожна перегінна сигнальна установка є виконавчо-розпорядчимпунктом (ВРП): виконавчим– по стосунки до подальшої і розпорядчим – по відношенню до попередньої установки.

Наприклад, на рис.20.2.6, а виконавчо- розпорядчий пункт ІРП3

а)

Напрям руху поїздів

РК5 = КД5 РК3 = КД5 РК1 = КД1

5 (ОУ5) 3 (ОУ3) 1 (ОУ1)

ВРП 5 ВРП 3 ВРП 1

б)

Напрям руху поїздів

РК5= КД5+ЛЗ5 РК3= КД3+ЛЗ3 РК1= КД1+ЛЗ1

5 (ОУ5) 3 (ОУ3) 1 (ОУ1)

ВРП 5 ВРП 3 ВРП 1

Рис. 20.2.6. Структури зв’язку між прохідними світлофорами при АБ

у світлофора 3 (об’єкт управління ОУ3) містить виконавчу частину ІЧ3, пов'язану лінією зв'язку ЛС3 з наступним пунктом ВРП1, і розпорядчу частину РЧ3, пов'язану другою лінією зв'язку ЛС5 з попереднім пунктом ВРП5. Колійні датчики КД1, КД3 і КД5 (рейкові кола РК1, РК3 і РК5) впливають на розпорядчі частини тракту передачі сполучення РЧ1, РЧ3 і РЧ5. На кожному ВРП установлюють зв’язок між виконавчою та розпорядчою частинами, внаслідок чого в структурній схемі автоблокування, як в автоматичній телемеханічній системі, створюється безперервний одостороній зв’язок між всіма ВРП одного перегону.

В наданому прикладі зв’язок між суміжними ВРП виконаний з допомогою лінії зв’язку. В цьому разі рейкове коло виконує одну функцію – колійного датчику (КД).

При відносно невеликий довжини лінії зв’язку між виконавчо-розпорядчимипунктами (1,5 – 3 км) можливо використання взамін провідної лінії зв’язку рейкової лінії (рис. 20.2.6, б). В цьому разі рейкові кола будуть виконувати дві функції: колійних датчиків і телемеханічних каналів зв'язку між світлофорами.

20.2.3. Технічна реа