С тональными рельсовыми цепями
Большие возможности, которыми обладают ТРЦ, их достоинства и универсальность привели к созданию ряда систем автоблокировки на основе этих рельсовых цепей. Рассмотрим основные признаки, по которым различаются эти системы.
1. Способ размещения аппаратуры.
Различают системы децентрализованные и с централизованным размещением аппаратуры. Централизованное размещение аппаратуры приводит к увеличению расхода кабеля и снижает живучесть системы в целом, однако, обладает рядом существенных преимуществ:
– обеспечивает работу оборудования в благоприятных условиях отапливаемого помещения, что повышает надежность и долговечность приборов;
– исключает необходимость передачи информации между светофорами, на переезды и на станцию, что упрощает схемные зависимости АБ, диспетчерского контроля и схемы смены направления; в конечном итоге повышается надежность системы в целом;
– облегчает техническое обслуживание устройств и снижает затраты на обслуживание, значительно сокращает время поиска и устранения неисправностей;
– облегчает труд обслуживающего персонала, существенно уменьшает время работы на открытом воздухе и в зоне повышенной опасности в непосредственной близости движущихся поездов;
– снижает стоимость системы за счет исключения расходов на оборудование сигнальных точек релейными шкафами, линейными трансформаторами высоковольтных линий и кабельными ящиками, а также за счет упрощения схем.
2. Наличие проходных светофоров.
В системах АБ без проходных светофоров снижаются затраты на их установку и обслуживание, исключаются такие ненадежные элементы, как лампы накаливания. Системы без проходных светофоров целесообразно применять при централизованном размещении аппаратуры, т. к. при этом требуется меньший расход кабеля. Однако, с точки зрения безопасности движения и психологии работы машинистов, применение проходных светофоров является более предпочтительным. Кроме того, при отсутствии напольных светофоров основным средством регулирования становится система АЛС. Поэтому к ее надежности предъявляются высокие требования.
3. Наличие изолирующих стыков на границах БУ.
ТРЦ могут работать без ИС, что является положительным качеством (см. п. 2.2). Однако наличие зоны дополнительного шунтирования приводит к тому, что подвижная единица, приближающаяся к границе БУ, шунтирует ТРЦ впередилежащего БУ; на светофоре, к которому приближается поезд, ложно включается запрещающий сигнал. Поэтому на границах БУ приходится размещать короткие ТРЦ повышенной частоты с малой величиной зоны дополнительного шунтирования и смещать проходные светофоры относительно точки подключения приборов РЦ. При этом количество рельсовых цепей и, следовательно, оборудования увеличивается. Установка ИС на границах БУ позволяет исключить короткие РЦ и увеличить длину ТРЦ до 1300 м (при наличии ИС на обоих концах).
4. Приспособленность к работе на участках с пониженным сопротивлением балласта (ПСБ).
Принципы построения АБ с ТРЦ в основном не зависят от сопротивления балласта. Однако участки с низким сопротивлением балласта требуют уменьшения длины РЦ и приводят к некоторым особенностям технической реализации АБ и выбора параметров ТРЦ.
5. По элементной базе.
По этому признаку системы АБ с ТРЦ можно разделить на системы с релейно-контактными устройствами и микроэлектронные системы. В настоящее время подавляющее большинство разработанных и внедряемых в эксплуатацию систем относится к первой группе устройств. Однако более перспективными являются микроэлектронные системы, которые сейчас находятся в стадии доработки и проходят опытную эксплуатацию. Так, в децентрализованной микроэлектронной системе АБ-Е1 применяются адаптивные рельсовые цепи с частотой несущей 174,38 Гц, с изолирующими стыками, устанавливаются проходные светофоры. Увязка показаний светофоров осуществляется по рельсовой линии с использованием двоичного кода. В системе АБ-Е2 изолирующие стыки исключены, используется 4 частоты, логические зависимости реализуются при помощи микроэлектронной и микропроцессорной техники. В системе АБ-УЕ полностью исключены контактные электромагнитные приборы, все логические зависимости реализуются на программном уровне. Техническое обслуживание этих систем требует специальных знаний микроэлектронной техники и методов программирования, что существенно затрудняет широкое внедрение подобных устройств.
Основные отличительные признаки систем АБ с тональными рельсовыми цепями сведены в табл. 3.1. Системы автоблокировки расположены в таблице в последовательности их разработки.
Примечания к таблице:
1. В названиях систем указаны обозначения, установленные разработчиками, и обозначения, принятые в проектной документации (в скобках).
2. По указанию ГТСС от 12.05.00 аппаратура ТРЦ 1-го и 2-го поколений в связи с моральным и физическим износом заменяется во всех устройствах на аппаратуру ТРЦ3.
3. Несущие частоты 580 и 575 Гц, указанные в скобках, применяются в отдельных исключительных случаях.
4. В таблице не указаны системы АБ с тональными рельсовыми цепями, логические зависимости в которых реализуются микроэлектронными и микропроцессорными элементами. Общие принципы построения таких систем приведены в п. 1.4.
Здесь и далее подробно рассматриваются системы АБ с ТРЦ, реализованные на релейно-контактных элементах.
Системы ЦАБ, ЦАБ-М (АЛСО) первоначально строились в соответствии с индивидуальными проектами, а затем по Типовым материалам для проектирования "Автоматическая локомотивная сигнализация как самостоятельное средство сигнализации и связи (АЛСО)". Система ЦАБ-М аналогична системе ЦАБ, но использует более совершенную аппаратуру ТРЦ второго поколения. Отличительной чертой этих систем является размещение оборудования на станциях, отсутствие проходных светофоров и изолирующих стыков в рельсовых цепях на перегоне.
В схеме станционных устройств систем ЦАБ можно выделить следующие основные узлы (рис. 3.1):
ТРЦ ‑ аппаратура тональных РЦ;
СФС АЛС ‑ схема формирования кодовых сигналов АЛС;
СВС АЛС ‑ схемы выбора кодовых сигналов;
ПАЛС ‑ передатчики АЛС;
ЛПУ и ЛПрУ ‑ линейные передатчики и приемники цепей увязки между станциями;
СН ‑ схема смены направления.
Рис. 3.1. Структурная схема системы ЦАБ
Аппаратура ТРЦ фиксирует состояния блок-участков и соединяется с РЛ кабелем. Каждая рельсовая цепь образует один блок-участок. Непосредственно у пути в путевых ящиках размещаются приборы согласования и защиты (см. п. 2.4.4). Там же устанавливается знак "Граница блок-участка" с указанием номера БУ. По условиям работы ТРЦ расстояние между пунктами размещения аппаратуры при электрической тяге не должно превышать 20 км, при автономной тяге ‑ 30 км.
В качестве основного средства регулирования в системах ЦАБ была принята многозначная частотная АЛС (АЛСМ), в которой сообщения о состоянии впередилежащих БУ формируются сочетанием двух частот из предусмотренных пяти. Схема формирования сигналов АЛС (СФС АЛС) состоит из 5-и генераторов частот f2…f6 и одного резервного генератора, который может быть автоматически настроен на одну из этих частот. Наличие на шинах указанных частот проверяется контрольными реле. При неисправности какого-либо генератора контрольное реле настраивает резервный генератор на соответствующую частоту и подключает его вместо отказавшего.
Кроме того, формируются сигналы числовой АЛС. Числовая АЛС предусмотрена для регулирования движения поездов, локомотивы которых не оборудованы частотной АЛСМ, а также в качестве резервной системы. Формирователем сигналов является кодовый путевой трансмиттер КПТШ-515.
СФС АЛС является групповой, т. е. общей для всех БУ, подключенных к данной станции.
Схемы выбора сигналов АЛС (СВС АЛС) предусмотрены для каждой сигнальной точки и включают в себя по 3 сигнальных реле (Ж, ЖЗ, З). Сигнальные реле управляются контактами путевых реле и выбирают две требуемые частоты частотного кода и числовой кодовый сигнал. При этом с целью повышения безопасности движения за хвостом поезда предусмотрен защитный участок (ЗУ), который не кодируется (табл. 3.2). В качестве ЗУ используется блок-участок.
Показания локомотивных светофоров в табл. 3.2 приведены для максимальных установленных скоростей движения грузовых поездов 90 км/ч, пассажирских ‑ 140 км/ч. При скоростях соответственно 80 и 120 км/ч цифровая индикация несколько изменена. Другие частотные сигналы (кроме указанных в табл. 3.2) применяются для передачи на локомотив дополнительной информации о показаниях входных и выходных светофоров.
Комплект сигнальных реле является общим для обоих направлений движения. Поэтому для сигнальных реле организовано две цепи управления ‑ по 1-ой и по 2-ой обмоткам. Эти цепи коммутируются контактами реле направления.
Передатчики АЛС (ПАЛС) предусмотрены по одному комплекту на две РЦ, т. к. одновременное кодирование двух смежных рельсовых цепей не требуется из-за наличия защитных участков. Кодовые сигналы от ПАЛС включаются в РЦ в момент вступления на нее поезда. Передача кодовых сигналов осуществляется по питающим и релейным жилам кабеля ТРЦ.
Каждый ПАЛС состоит из трех физических каналов ‑ по одному каналу для каждой из двух выбранных частот и один канал для сигнала числового кода. Нормально они отключены от РЛ и от схемы СВС-АЛС. Каждый канал содержит трансформатор для регулирования напряжения и выходной фильтр для развязки цепей АЛС и ТРЦ. Фильтры частотных каналов настраиваются на передаваемую частоту контактами сигнальных реле. Фильтр канала числового кода настроен на частоту 50 Гц (при автономной тяге и тяге постоянного тока) или 75 Гц (при электротяге переменного тока).
Кроме того, частотные каналы содержат усилители и контрольные реле. При неисправности одного из каналов контрольное реле обесточивается и отключает второй канал. Этим исключается возможность образования ложного сигнала.
Подключение ПАЛС к одной из двух пар жил кабеля и к схеме СВС АЛС производится контактами кодововключающих реле, управляемых путевыми реле.
Линейные цепи увязки организуются для выбора сигналов АЛС с учетом состояния рельсовых цепей, контролируемых на другой станции. По каждой линейной цепи с использованием полярного признака сигнала передается информация о состоянии двух РЦ. При этом в зависимости от принятого технического решения могут использоваться двухсторонние линии (по одной паре передается информация в том или ином направлении в зависимости от установленного направления движения) или односторонние.
Для перестройки схем при смене направления движения используется двухпроводная схема. Устойчивая работа такой схемы обеспечивается тем, что реверсирование ТРЦ не производится.
При оборудовании перегонов системой ЦАБ сигнализация выходных светофоров изменена и зависит не только от числа свободных БУ, но и от характера маршрута (движение по стрелочным переводам с отклонением или без отклонения с учетом типа стрелочного перевода). Кроме того, предусмотрен сигнал свободности всего перегона, который разрешает отправление поезду как с действующими, так и с неисправными устройствами АЛС.
В системах ЦАБ из-за наличия защитных участков и принятой последовательности кодирования БУ разграничение поездов производится пятью БУ, что снижает пропускную способность перегона.
В связи с тем, что система АЛС является единственным средством регулирования, ее отказы могут привести к большим задержкам поездов на двухпутных участках. Поэтому системы ЦАБ применяются в основном на однопутных участках с небольшими размерами движения.
Необходимо отметить, что, хотя типовым проектом в системах ЦАБ предусмотрено два вида АЛС, на практике, в большинстве случаев, используется только числовая.
Системы АБТс характеризуются наличием проходных светофоров и ИС на границах БУ, оборудованием каждого БУ несколькими ТРЦ, размещением аппаратуры в релейных шкафах на сигнальных точках, увязкой показаний светофоров по линейным цепям.
Система АБТс разрабатывалась для участков с пониженным сопротивлением балласта (ПСБ). Это участки с солончаковыми почвами или участки с массовыми перевозками минеральных удобрений, солей, руды и т. д. Первоначально в системе АБТс применялась аппаратура ТРЦ второго поколения с использованием несущих частот 425 и 475 Гц. Необходимость оптимизации параметров ТРЦ для участков с ПСБ привела к созданию и применению аппаратуры ТРЦ3.
Для выполнения режимов работы рельсовых цепей при низком сопротивлении балласта необходимо уменьшать их длину и организовывать на каждом БУ несколько РЦ. В традиционных системах АБ в пределах БУ пришлось бы оборудовать несколько трансляционных (разрезных) точек с установкой ИС, дополнительных релейных шкафов с аппаратурой, выносных силовых опор высоковольтных линий с линейными трансформаторами, что повышает стоимость строительства и обслуживания АБ, снижает ее надежность, ухудшает условия работы АЛС. Кроме того, установка большого числа ИС исключена на участках с рельсовыми плетями. Указанные недостатки были исключены в системе АБТс за счет использования ТРЦ без ИС.
Разработчиками ТРЦ и систем АБ на их основе было предложено 2 варианта АБТс‑ для участков с ПСБ и для участков с нормальным сопротивлением балласта. В Типовых проектных решениях, разработанных ГТСС в 1986 г., первый вариант системы назван АБ-ПСБ.
В системе АБ-ПСБ в пределах каждого БУ может быть организовано до 10 ТРЦ, обеспечивающих устойчивую работу при удельном сопротивлении балласта до 0,1 Ом∙км. Минимальная длина РЦ ‑ 225 м, рекомендуется применять рельсовые цепи длиной 250‑300 м. В релейном шкафу у светофора размещается аппаратура рельсовых цепей А, контролирующих половину БУ перед светофором, и рельсовых цепей Б за светофором. Непосредственно в месте подключения аппаратуры к РЛ размещаются устройства согласования и защиты, которые соединяются с аппаратурой ТРЦ кабелем. При длине кабеля более 1300 м питающие и релейные жилы одной частоты размещаются в разных кабелях.
В типовых проектных решениях АБ-ПСБ предусматривалось, что от одного генератора ГРЦ с усилителем ПУ1 может получать питание до 4-х ТРЦ, использующих одинаковые частоты. При применении аппаратуры ТРЦ3 каждая РЦ получает питание от индивидуального генератора типа ГП.
Увязка показаний светофоров и выбор кодовых сигналов АЛС осуществляется по двум линейным цепям. По цепи Л-ОЛ с использованием полярного признака сигнала передается информация о показании светофора. По цепи С-ОС ‑ информация о состоянии рельсовых цепей А и исправности лампы красного огня.
Кодирование рельсовых цепей А осуществляется общим трансмиттерным реле АТ, рельсовых цепей Б ‑ трансмиттерным реле БТ. Эти реле подключены к разным группам контактов одного КПТ и подают кодовые сигналы в рельсовые цепи по мере их занятия поездом. Кодовый сигнал АЛС в рельсовых цепях А зависит от показания светофора данной сигнальной точки, в рельсовых цепях Б ‑ от показания впередистоящего светофора и состояния ограждаемого БУ.
При кодировании рельсовых цепей Б используется информация, передаваемая по цепям Л-ОЛ и С-ОС. В другой модификации системы АБ-ПСБ цепь С-ОС отсутствует, цепь Л-ОЛ используется только для увязки показаний светофоров, а кодовые сигналы АЛС для рельсовых цепей Б передаются от впередирасположенной сигнальной установки (СУ) по цепи Т-ОТ.
На двухпутных участках система АБ-ПСБ обеспечивает двухстороннее движение по каждому пути перегона.
В системе АБ-ПСБ в качестве резерва на период повышения сопротивления балласта предусмотрена кодовая РЦ. Переход на работу с кодовой РЦ осуществляется дистанционно. При этом линейные цепи сохраняются, а кодовая рельсовая цепь выполняет функции контроля состояния БУ и передачи информации на локомотив. Двухстороннее движение в этом случае не предусмотрено.
В варианте системы АБТс для участков с нормальным сопротивлением балластакаждый БУ содержит две ТРЦ (А и Б) длиной до 1000 м. Питание обеих ТРЦ организуется в середине БУ от впередистоящей СУ. Если длина БУ не превышает 1300 м, то используется одна РЦ.
Увязка показаний светофоров организуется по цепи Л-ОЛ с реле комбинированного типа в качестве приемника.
Подача кодовых сигналов АЛС в рельсовые линии осуществляется от впередистоящей СУ по мере их занятия поездом. Информация о вступлении поезда на РЦ Б передается путем шунтирования линейной цепи Л-ОЛ на входном конце БУ, что фиксируется кодововключающим реле на впередистоящей СУ.
Система ЦАБс в отличие от систем ЦАБ содержит ИС на границах БУ, проходные светофоры, каждый БУ оборудуется двумя ТРЦ, предусмотрена только числовая АЛС. Если длина БУ не превышает 1300 м, то он оборудуется одной ТРЦ.
В качестве аппаратуры рельсовых цепей используется аппаратура ТРЦ3. Питание смежных РЦ включается в середине БУ. Релейные концы соседних РЦ размещаются на границах БУ и разделены изолирующими стыками; поэтому подключение каждого путевого приемника осуществляется по отдельной паре жил кабеля.
Управление светофорами производится со станций. Для каждого светофора предусмотрено 6 жил кабеля (Ж, З, ОЖЗ, К, РК, ОК). Длина кабеля управления светофором не должна превышать 10 км. У светофоров устанавливаются сигнальные трансформаторы.
Включение ламп светофоров и выбор кодовых сигналов АЛС осуществляется сигнальными реле Ж и З. Для всех ламп предусмотрен контроль исправности в горячем состоянии. Если перегорела лампа разрешающего огня, то на предыдущем светофоре включается желтый огонь; если перегорели обе нити лампы красного огня, то ‑ красный. Соответственно изменяется кодирование РЦ.
Установкой предохранителя в цепь питания ламп обеспечивается контроль перемыкания жил кабеля, что исключает возможность ложного контроля исправного состояния ламп.
ЦАБс была разработана для однопутных участков при любых видах тяги и нормальном сопротивлении балласта (не менее 1 Ом∙км). На двухпутных участках и на участках с низким сопротивлением балласта применение ЦАБс экономически нецелесообразно из-за большого расхода кабеля.
Системы АБТ и АБТЦ созданы на основании опыта разработки и эксплуатации вышерассмотренных систем, являются наиболее совершенными и эффективными и в настоящее время рекомендованы к применению в новом строительстве, а также при реконструкции участков с автоблокировкой числового кода. Поэтому в следующих разделах принципы построения и работы этих систем рассматриваются более подробно.
Контрольные вопросы и задания
1. Какими достоинствами и недостатками обладают системы АБ с централизованным размещением аппаратуры?
2. Системы АБ с централизованным размещением аппаратуры экономически целесообразно строить без проходных светофоров (см. ЦАБ и ЦАБ-М). Почему в последней разработке (см. АБТЦ) проходные светофоры предусмотрены?
3. Какие коды применяются в системе ЦАБ (ЦАБ-М) для формирования сигнала АЛС?
4. Разберитесь, какие показания и в каких случаях отражаются на локомотивном светофоре системы АЛСМ (см. табл. 3.2).
5. Какие функции выполняет схема передатчика сигналов АЛС и почему в схеме предусмотрено три раздельных физических канала?
6. Почему пропускная способность перегонов, оборудованных системой ЦАБ, сравнительно низкая?
7. Почему в системе АБ-ПСБ предусмотрена возможность организации до 10-ти рельсовых цепей в пределах одного БУ?
8. Каким образом организуется увязка между светофорами в децентрализованных системах АБ с тональными рельсовыми цепями? Почему?
9. Какие отличия системы АБТЦ от системы ЦАБс позволяют эффективно применять ее на двухпутных участках?