ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Общие положения по функционированию станционных систем автоматики и телемеханики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Структура систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Классификация систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Зависимости и замыкания, выполняемые в системах . . . . . . . . . . . 2. Основы релейных централизаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Реализация функциональной структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Виды релейных централизаций и область их применения . . . . . . . 3. Релейные централизации с несекционированным построением маршрутных замыканий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Особенности схемных решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Схемы управления светофорами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Схема замыкания и размыкания маршрутов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Релейные централизации с секционированным построением маршрутных замыканий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Особенности схемных и конструктивных решений . . . . . . . . . . . . 4.2. Схемы начальных и конечных маневровых реле . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Схема контрольно-секционных реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Схема сигнальных реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Схема маршрутных реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Схема замыкающих реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Схема реле разделки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Маршрутный набор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Особенности конструктивных и схемных решений . . . . . . . . . . . . 5.2. Структура взаимодействия реле маршрутного набора . . . . . . . . . . 6. Процессорные системы электрических централизаций . . . . . . . . . . . . . 6.1. Предпосылки развития процессорных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Релейно-процессорные централизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1. Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2. Техническая структура ЭЦ-МПК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3. Функции автоматизированных рабочих мест . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4. Управление и отображение информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.5. Увязка КТС-УК с исполнительной группой реле ЭЦ . . . . . . . . . 6.3. Микропроцессорные централизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1. Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2. Техническая структура МПЦ Ebilock-950 и функции ее составляющих . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3. Программное обеспечение и безопасное функционирование . . . . . . . . 6.3.4. Увязка объектных контроллеров с объектами управления и контроля . . . Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 8 8 10 12 14 14 19 22 22 24 26 28 28 31 32 33 35 36 37 38 38 40 43 43 44 44 45 46 47 48 49 49 49 52 52 54

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожные станции относятся к раздельным пунктам, имеющим путевое развитие и устройства, которые позволяют осуществлять прием, отправление, обгон и скрещение поездов, а также производить грузовые операции, обслуживание пассажиров, формирование и расформирование поездов, их технический осмотр, смену локомотивов и ремонт подвижного состава. В зависимости от основного назначения станции подразделяются на промежуточные, участковые, сортировочные, пассажирские и грузовые.

Наличие в эксплуатационной работе станции множества передвижений требует установки соответствующих маршрутов, т. е. путей следования с использованием стрелок, различного рода путевых участков, тупиков и т. п. Различают маршруты приема, отправления, сквозного пропуска по станции, передачи состава из парка в парк, маневровые и т. д. Всякая установка маршрута начинается с перевода стрелок в надлежащее положение, проверки свободности путевых участков и подачи машинисту соответствующего сигнала на движение. Установка маршрутов безопасным способом и возможность их одновременного существования обеспечиваются станционными устройствами автоматики и телемеханики, а объектами управления и контроля в них являются стрелки, сигналы и путевые участки.

Первые станционные системы, появившиеся в России в конце ХIХ – начале ХХ в., предусматривали ручной перевод стрелок по маршруту с последовательным их обходом, а в качестве сигналов использовали семафоры. Взаимная блокировка между стрелками и сигналами достигалась механическими средствами (применением различного рода замычек, запорных планок, напольных и аппаратных замков). Часть технических средств размещалась на стрелочном посту в специальных аппаратах, получивших название маршрутно-контрольных устройств (МКУ). Поскольку на приготовление маршрута тратилось значительное время, то МКУ обеспечивали низкую пропускную способность станции.

В этом отношении более совершенной явилась механическая централизация (МЦ). В ней управление стрелками и семафорами осуществлялось посредством рычагов, сосредоточенных на посту МЦ. Рычаги с помощью гибких тяг, уложенных в специальные желоба, увязывались с приводозамыкателями стрелок и семафоров. Таким образом, при приготовлении маршрута не требовался пеший обход стрелок, время на приготовление маршрута сократилось, увеличилась пропускная способность станций. Однако в системе не исключался ручной труд, от сигналиста требовались большие усилия при переводе стрелок, радиус действия постов был ограничен и аппаратура управления была громоздкой.

Начиная с середины 30-х гг. ХХ в. на отечественных железных дорогах внедряются новые виды централизаций стрелок и сигналов с использованием стрелочных электроприводов и светофорной сигнализации, исключающие ручной труд. К таковым относятся механико-электрическая, электрозащелочная и релейная централизации. Их названия отражают способ взаимоблокировки между стрелками и сигналами. Во второй половине ХХ в. релейная централизация под названием электрическая (ЭЦ) широко применяется на железных дорогах СССР. Значительные изменения претерпевают устройства механизации и автоматизации сортировочных горок. Внедрение ЭЦ позволило ликвидировать штат стрелочников, а замена ручного торможения отцепов автоматическим с использованием вагонных замедлителей – избавиться от непроизводительного труда башмачников.

В результате появления новых объектов управления и расширения функций релейная централизация неоднократно модернизировалась и в конечном итоге исчерпала свои возможности. Поэтому в настоящее время в области развития ЭЦ основной задачей считается переход на новую элементную базу с использованием микропроцессоров и вычислительной техники. Пока наблюдаются только первые шаги по внедрению новых систем ЭЦ: релейно-процессорной (РПЦ) и микропроцессорной (МПЦ), которые могут стать доминирующими на железных дорогах России.

В настоящем издании (третьей части конспекта лекций по системам железнодорожной автоматики и телемеханики) главное внимание уделяется ЭЦ как основной на сов­ременном этапе развития станционных систем автоматики и телемеханики.

1. Общие положения по функционированию станционных систем автоматики и телемеханики

1.1. Структура систем

Любую станционную систему автоматики и телемеханики составляет совокупность аппаратов управления и контроля, постового и напольного оборудования, механизмов, источников энергии, линий связи и объектов, взаимодействующих между собой и обеспечивающих организацию и безопасность движения поездов в пределах станции. Общая структура такой системы представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Общая структура автоматической системы

Снимаемый с аппарата управления задающий сигнал Х_з и поступающие от на­поль­ных объектов контрольные сигналы Х_к подаются на вход устройства управ­ления УУ. В последнем по заданному алгоритму происходит их обра­ботка и формирование управляющего воздействия U, которое обеспечивает требуемый режим работы объектов управления ОУ. Как правило, на объекты влияют различного рода внешние условия (погода, обслуживающий персонал и т. п.), что учитывается возмущающим воздействием F. Таким образом, выходная координата системы описывается следующим выражением:

Y = f (X_з, X_к, F)(1.1)

В то же время Y определяется выходными координатами Y₁,Y₂,Y₃,…,Y_n соответствующих категорий объектов управления (стрелок, светофоров и т.д.) и является дискретной векторной величиной:

Y = {Y₁, Y₂, Y₃, … Y_n}(1.2)

В свою очередь

Y_i = {y₁, y₂, y₃, … y_n}, (1.3)

где у_n – выходная координата n-го объекта в i-ой категории.

В состав устройства управления входят контрольные элементы КЭ, фик­сирующие состояние напольных объектов; функциональная структура ФС, реализующая алгоритм управления; исполнительные элементы ИЭ, вы­ра­батывающие управляющие воздействия в необходимой форме, и ин­ди­ка­тор­ные элементы ИНЭ, отображающие на аппарате состояние контро­ли­руемых объектов (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Общая структура устройств управления

Задача функциональной структуры сводится к решению уравнения

U = f (X_з, X_к) , (1.4)

в котором задающие Х_З и контрольные Х_К воздействия, заданные дискретными векторными величинами, могут быть определены аналогично выходной координате на множестве элементов данной категории объектов. Решение этого уравнения осуществляется по алгоритму A_j = (U, X, F) в соответствии с показателем качества I (A_j) = I (U, F, X).

1.2. Классификация систем

Частные решения по синтезу станционных систем автоматики и теле­ме­ханики позволяют все их многообразие выделить в три большие груп­пы: не­цент­рализованные системы управления стрелками и сигналами, системы цен­трализации стрелок и сигналов, системы механизации и автоматизации сортировочных станций.

В нецентрализованных системах средства управления и контроля рас­сре­доточены в пределах станции. К таковым относятся ключевые зави­си­мо­сти стрелок и сигналов, которые в свое время были широко представлены на же­­лезных дорогах России. Возникнув в начале ХХ в., они про­су­щест­во­ва­­ли десятки лет, отличались надежностью, простотой в управлении и об­слу­жи­­вании, но использовали ручной труд в переводе стрелок и открытии сиг­на­лов, сдерживали рост пропускной способности станций. В настоящее время клю­­чевые зависимости встречаются на дорогах крайне редко и подлежат за­мене на современные устройства.

В централизованных системах средства управления и контроля со­сре­до­­точены в одном месте станции – на посту централизации. В общем виде си­с­­­темы централизации подразделяются на механические и силовые. В ме­­ханической централизации рычаги аппарата управления связываются со стре­лочными и сигнальными приводами посредством гибкой передачи (про­во­локи, троса). Для воздействия на объекты управления используется мус­куль­ная энергия человека, переводящего рычаг. В настоящее время МЦ себя изжила.

В силовых централизациях для изменения положения стрелки или сос­то­яния сигнала используется какой-либо вспомогательный вид энергии. В этой категории доминирующее положение занимает электрическая цент­ра­ли­за­ция, в которой принципы действия средств управления и контроля построены на ис­поль­зо­вании электрического тока. Поскольку в названных средствах в качестве элементной базы при­меняются реле, они получили еще одно название – релейные. В релейных цен­тра­лизациях различают системы с прямым и дис­тан­ци­онным управлением объектами. В последнем виде (его еще называют телеуправлением) значительное место зани­ма­ют диспетчерские централизации (ДЦ), в которых управление стрелками и сиг­налами на станциях целого направления осуществляет поездной дис­пет­чер. За время существования систем ЭЦ и ДЦ их функции и состав объектов управ­ления настолько расширились, что использование ре­ле для их построения стало бесперспективным, поэтому в настоящее время наметился пере­ход на внедрение в производство микропроцессорных систем (МПЦ и ДЦМ).

Горочные устройства автоматики и телемеханики применяются на сор­­ти­ровочных станциях, на которых осуществляется расформирование вагонов и формирование из них поездов, следующих на большие расстояния без пере­ра­ботки. Важнейшим элементом такой системы является горка. Примерный путевой план и профиль сортировочной горки представлены на рис.1.3.

Из парка приема состав, подлежащий роспуску, подается на горб горки, где происходит расцепка его на отдельные группы вагонов (отцепы) и толка­ние последних со скоростью, которая диктуется сигнальными показаниями го­рочного светофора Г. Скатываясь по спускной части горки, отцепы до­сти­га­ют путей сортировочного парка, где накапливаются по назначению.

а)

б)

Рис. 1.3. План сортировочной горки:

а – путевой план; б – профиль

Выбор сортировочного пути определяется маршрутным заданием, ко­то­­рое вводится в систему оператором с аппарата управления. В соответствии с ним системой горочной автоматической централизации (ГАЦ) стрелки спуск­ной части горки устанавливаются в нужное положение. С целью увели­чения пропускной способности горки их перевод осуществляется после­до­вательно по мере подхода к ним очередного отцепа.

Вычисление скорости толкания отцепов и выдача соответствующих при­­казов на включение сигнальных огней горочного светофора и марш­рут­ных указателей осуществляется системой автоматического задания ско­ро­сти рос­пуска (АЗСР). Поскольку вагоны имеют различные ходовые свойства, то для получения между отцепами интервала, обеспечивающего перевод стрел­ки и исключающего нагон одного отцепа другим, применяют устрой­ства ав­то­­матического регулирования скорости скатывания (АРС), упра­вля­ющие ва­гон­ными замедлителями. Большинство современных замедлителей ис­поль­зуют энергию сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором, и посту­па­ю­­щего по напорной магистрали. В общем случае вагонные замед­ли­тели рас­по­лагаются на трех тормозных позициях: верхней ВТП (между гор­бом горки и головной стрелкой), средней СТП (перед пучковыми стрелками) и ниж­­ней НТП (в на­ча­­ле путей сортировочного парка). Для горок повышенной произ­во­ди­тель­но­сти на сортировочных путях может быть предусмотрена еще одна тормозная по­зи­ция. Количество тормозных средств и места их рас­по­ложения определяются расчетом.

Все используемые системы механизации и автоматизации сор­ти­ро­воч­ных горок могут функционировать самостоятельно или в комплексе, а также могут быть дополнены горочным программно-задающим устройством (ГПЗУ) и те­ле­­­­управляемым горочным локомотивом (ТГЛ). В настоящее время в производство внедряется комплексная система с использованием микропроцессоров – КГМ.