CC BY
56
УДК 656.2
Гумаров А. Р. аспирант
научный руководитель: Авсиевич А. В., к.т.н, доцент
зав. кафедрой «МАУТ» ФГБОУВО «Самарский государственный университет путей сообщения» Россия, г. Самара
ОБЗОР СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ
СИГНАЛИЗАЦИИ
Аннотация: В статье представлены типы систем автоматической локомотивной сигнализации. Рассмотрены достоинства и недостатки каждой из систем с точки зрения способов передачи сигнала. Приведены недостатки автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия. Сделан вывод о необходимости улучшения автоматической локомотивной сигнализации.
Ключевые слова: автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН), многозначная автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСМ), многозначная локомотивная сигнализация единого ряда (АЛС-ЕН), амплитудная модуляция (АМ), фазовая модуляция (ФМ), помеха.
Gumarov A. R. postgraduate
scientific supervisor: Avsievich A. V., Ph. D., associate Professor
Head. department ""MOUNT" Samara state University of railway transport»
Russia, Samara
OVERVIEW OF AUTOMATIC LOCOMOTIVE SIGNALLING SYSTEMS
Annotation: The article presents the types of automatic locomotive signaling systems. The advantages and disadvantages of each system in terms of signal transmission methods are considered. Disadvantages of automatic locomotive signaling of continuous operation are given. The conclusion is made about the need to improve the automatic locomotive signaling.
Key words: automatic locomotive signaling (ALSN), automatic continuous locomotive signaling (ALSN), multi-valued automatic locomotive signaling (ALSM), multi-valued single-row locomotive signaling (ALS-EN), amplitude modulation (AM), phase modulation (FM), interference.
Введение
Развитие производства увеличивает нагрузку на железнодорожный транспорт, это обуславливает необходимость увеличение пропускной
способности железнодорожных линий и станций. Также увеличение скорости движения поездов, увеличивает требования к безопасности.
Важное значение имеет надежное действие устройств автоматики, телемеханики. Система автоматики и телемеханики играют важную роль в повышении перерабатывающей способности станций, повышении безопасности Увеличение размера движения поездов, повышение их веса и скорости увеличивают количество отказов существующих систем автоматики, из-за тягового тока и коротких изолирующих стыков [1, с. 101]. В связи с этим необходимо производить улучшение существующих систем автоматики.
Автоматическая локомотивная сигнализация предназначена для повышения безопасности движения поездов (БДП). Также автоматическая локомотивная сигнализация позволяет увеличить пропускную способность. Система автоматической локомотивной сигнализация позволяет вести поезд по показаниям локомотивного светофора при плохих погодных условиях, это способствует соблюдению БДП.
С помощью автоматической локомотивной сигнализации Типы систем автоматической локомотивной сигнализации До 1993г. БДП обеспечивалась с помощью автоблокировки (АБ) и автоматической локомотивной сигнализации.
Но ряд существенных недостатков привели к необходимости создания и внедрения новых систем локомотивной сигнализации.
С 1994г. на железных дорогах РФ начали использовать системы КЛУБ (комплексной локомотивной устройств безопасности).
С 1999г. используется КЛУБ-У (комплексной локомотивной устройств безопасности - унифицированное).
С 2002г. используется КЛУБ-У как основное устройство и обеспечивает прием сигналов от АЛСН и АЛС-ЕН [2, с. 6].
Автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН)
На железных дорогах РФ самая распространённая система локомотивной сигнализации - это АЛСН.
Для передачи на локомотив информации о показании напольного путевого светофора используются кодовые комбинации (КК). КК - это сигнал в виде электрических импульсов. Сигналы передаются через рельсовую цепь. Сигнал принимается приемными катушками, установленными на локомотиве. Далее передается на дешифратор КК.
КУ
I
П
ПК1
1Л
ПК2
I /2
а)
Показание лш-мотцбно-госёетощ Чиспо-Ш сигнальный код Показание путеёого с8ето-¡рора
О 3 1-Ю на Н-О©
• Ж к-© (—0© 1-Ш 1—100
КЖ
Рисунок 1. Структурная схема АЛСН 5)
Частотная АЛС Показание путевого светофора Числовая АЛС
Показания ЛС Ш Показания ЛС Ш
® 1—О О 3
© 1—© ж
© ъ 1—00© инш • ж
© Гц 1—ш 6 ж
1-Н§> Щ к ж
Рисунок 2 -Увязка показаний локомотивного светофора с путевыми светофорами автоблокировки [3, с. 13] Формирование кодовых комбинаций осуществляется с помощью специальных устройств - кодовых путевых трансмиттеров (КПТ).
Ж
кж
— 1,6 с
0,35 0,12 0,22 0,12 0,22 0,57
г
0,38 0,12 0,38 0,72
— 0Т8 - 1
0,23 0,57 0,23 0,57
Кодовые комбинации, вырабатываемые КПТ-5 1
Рисунок 3 - Огибающие кодовых комбинаций, вырабатываемых кодовыми путевыми трансмиттерами, КПТ-5 [2, с. 25]
пр<Щ|>.т!И1]т«1[Л1>ст11 серии
Рисунок 4 - Несущие кодовых комбинаций, вырабатываемых кодовыми путевыми трансмиттерами
В системе АЛСН происходит амплитудная модуляция сигнала. При амплитудной модуляции (АМ) амплитуда изменяется в соответствии с передаваемым низкочастотным сигналом.
АМ менее помехозащищена чем угловая модуляция (УМ). Любое воздействие помех и случайных воздействий напряжений изменяют амплитуду АМ сигнала. В УМ же переносчиком информации является не амплитуда.
В АЛСН используется показания:
- зеленый огонь «3», поезд приближается к напольному светофору с зеленым огнем;
- желтый огонь «Ж», поезд приближается к напольному светофору с желтым огнем;
- желтый огонь с красным «КЖ», поезд приближается к напольному светофору с красным огнем;
- красный огонь «К» - сигнал, запрещающий движение; (поезд проехал напольный светофора с красным огнем;
- белый огонь «Б» - показания напольных светофоров на локомотив не передаются.
Исследованию работы АЛСН посвящено множество работ. Особенное внимание уделяется действию внешних влияний, помех, которые приводят к сбоям в работе устройств. Разрабатываются имитационные модели АЛСН [4, 5] позволяющие в реальном времени проводить исследования АЛСН, проводить измерения параметров сигнала, воздействия помех, ускоряет процесс разработки, помех, влияющих на работу системы, математические модели системы и т.д. [6, 7, 8, 9].
Многозначная автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСМ)
АЛСМ отличается от системы АЛСН тем, что обладает большей значностью, т.е. имеет больше информации, зашифрованной в послании. Кроме четырех сигнальных огней АЛСН, используются буквенно-цифровые показания, которые показывают ограничение скорости:
В - высшая скорость,
Л - повышенную скорость,
С - средняя скорость, У - уменьшенная скорость.
6 5
Рисунок 4 - Блок схема АЛСМ [10, с. 22]:
Путем использования комбинаций частот происходит посылка сигнала сообщения на локомотив. Частоты 125, 175, 225, 275, 325 и 375 Гц. С помощью АЛСМ передается информация о допустимой скорости движения поезда и передается сообщения с напольных устройств.
Многозначная локомотивная сигнализация единого ряда (АЛС-
ЕН)
Многозначная система передачи информации на локомотив типа АЛС-ЕН начинает использоваться на железных дорогах РФ.
Частота сигнала АЛС-ЕН 174, 38 Гц. В АЛС-ЕН используется двукратная фазоразностная модуляция, таблица 1.
Для передачи информации на локомотив используется модифицированный код Бауэра, таблица 2.
КК формируются в зависимости от сообщения поступающих от напольных устройств АБ и ЭЦ. Бит информации - это 16 периодов несущего сигнала. (рис. 6).
С помощью двукратной фазоразностной модуляции можно организовать два независимых фазовых подканала со скоростью передачи 10,9 бит/с. АЛС-ЕН способна передать 1 байт информации за 0.8 с, что значительно больше информации чем передаваемой АЛСН.
Таблица 1 - Кодовые сигналы в зависимости от фазы
Угол изменения фазы Первый подканал Второй подканал
0 0 0
л/2 0 1
л 1 0
Зл/2 1 1
Таблица 2 - Коды Бауэра
Номер кода Код Бауэра
0 00000001
1 00011111
2 00101100
3 00110010
4 01001010
5 01010100
6 01100111
7 01111001
8 10000110
9 10011000
10 10101011
11 10110101
12 11001101
13 11010011
14 11100000
15 11111110
В АЛС-ЕН передаётся информация, по первому подканалу:
- информация с напольных светофоров;
- информация о разрешенной скорости движения;
- информация о длине участка;
- информация о главных и боковых путях. по второму подканалу:
- информация о номере пути;
- информация о четности пути.
АЛС-ЕН обладает 256 КК для передачи сообщения на локомотив.
Рисунок 6 - Временная диаграмма формирования КК (А) для передачи сообщений по двум подканалам (Б и С) [2, с. 28]
ФМ в отличии от АМ имеет более выгодное соотношение сигнал/шум. Амплитуда АМ сигнала в два раза выше, чем ЧМ и ФМ сигналов, при одинаковом отношении сигнала к шуму [1, с. 101-112].
Недостатки АЛСН
Так как АЛСН является наиболее распространенной системой на Российских железных дорогах рассмотрим ее недостатки.
Устройства систем АЛСН работают в тяжелых эксплуатационных условиях.
Основные недостатки АЛСН:
- низкая информационность системы;
- низкая помехоустойчивость из-за свойств АМ;
- влияние внешнего напряжения на коды;
- медленная смена сигнальных показаний, в пределах около 6 с;
- применение числового кода для кодирования информации [11, с.
527].
АМ, применяемая в системе АЛСН для передачи числовой КК, в равнении с ЧМ и ФМ имеет самую низкую помехоустойчивость. Низкая помехоустойчивость заключается в отсутствии сигнала в паузах.
Из-за низкой частоты несущего сигнала АЛСН сигнал сильно искажается при проходе по рельсам. При длине импульса в АЛСН количество периодов сигнала очень мало.
В системе АЛСН, особенно на частоте 25 Гц, получить высокую помехоустойчивость в принципе невозможно [12, с. 21].
Электрический сигнал при передаче сообщения по рельсам искажается. Искажения происходят при передаче, при приеме сигнала и под воздействием помех.
Помехи - это посторонние воздействия, искажающие передаваемые сигналы и тем препятствующие их правильному приему. Помехи могут иметь различный характер [13, с. 109].
Важное влияние на АЛСН имеют импульсные и гармони1
помехи. Также на сигнал воздействуют процессы коммутации тягового тока. Мешающие действия внешних источников помех также проявляются воздействием линий электропередачи.
Электрические сигналы локомотивной сигнализации числового кода являются дискретными. Информационная составляющая в сигнале - это количество импульсов. Виды искажений КК АЛСН:
1. Лишний импульс;
2. Расщепление импульса;
3. Отсутствие импульса;
4. Усечение импульса [1, с. 103].
Мультипликативные помехи возникают при проходе локомотивом изолирующих стыков. Уровень сигнала АЛСН в рельсах возрастает. При смене рельсовых цепей, происходит потеря сигнала, изменяются параметры канала связи.
Аддитивные помехи возникает из-за магнитных «пятен» на изолирующих стыках. [1, с. 103].
В связи с описанными выше недостатками системы АЛСН, необходимы новые способы повышения надежности системы.
Как показано в работе [14, с. 88]: использование АЛСН с несущей частотой 75 Гц на сети может существенно сократить количество сбоев. Но исследования спектра показал, влияние обратного тягового тока остается значительным и при частоте 75 Гц.
Одним из возможных решений может быть увеличение несущей частоты в АЛСН, т.к. использование высокой частоты показало свою эффективность в ТРЦ.
Тональные рельсовые цепи ТРЦ3 с несущими частотами 420, 480, 580, 720, 780 Гц. Эти частоты находятся промежутках между гармониками тягового тока и тока промышленной частоты (гармонические составляющие постоянного тягового тока имеют частоты 300, 600, 900 Гц), для обеспечения необходимых параметров работы системы. Чем выше частота, тем ниже уровень гармоники. В этом диапазоне частот уровень гармонических составляющих тягового тока меньше, чем при более низких частотах. Это привело к повышению помехозащищенностью РЦ, повышению
чувствительности приемных устройств [15, с. 41].
Заключение
Рассмотрены основные системы автоматической локомотивной сигнализации, достоинства и недостатки способов передачи информации. Несмотря на все достоинства системы АЛС-ЕН, многозначная система передачи информации на локомотив типа на железнодорожном транспорте РФ еще не имеет такого распространения, как система АЛСН. Обеспечение безопасности движения поездов базируется на использовании систем автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН). В связи с этим необходимо искать способы улучшения АЛСН.
Другие системы передачи информации на локомотив не нашли широкого распространения на сетях железных дорог России.
Но система АЛСН имеет ряд существенных недостатков, описанных в работе. Основным из основных является низкая частота несущего сигнала и амплитудный способ модуляции сигнала.
Исследования показывают перспективность перехода АЛСН на частоту 75 Гц, но это полностью не избавляет от мешающих влияний тягового тока. На примере использования на железной дороге ТРЦ высокой частоты, которая позволила повысить надежность и помехоустойчивость рельсовых цепей. Повышение частоты несущего сигнала АЛСН может позволит уменьшит влияние обратного тягового тока. Необходимо проводить дальнейшие исследования для улучшения АЛСН.
Использованные источники:
1. Антоненко В.С., Кравцов Ю.А., Сафро В.М., Чегуров А.Б. Анализ работоспособности автоматической локомотивной сигнализации числового кода // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2011. №1. с. 101-112.
2. Унфицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У): Учебное пособие / В.И. Астрахан, В.И. Зорин, Г.К. Кисельгоф и др.; Под ред. В.И. Зорина и В.И. Астрахана. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 177 с.
3. Тарасов Б. Н., Плавник Я. Ю. Автоблокировка и автоматическая локомотивная сигнализация: Учеб, пособие для СПТУ - М.: Транспорт, 1988.- 239 с.
4. Авсиевич А.В., Гумаров А. Р. Имитационная модель АЛСН для исследования надежности приема кодовых комбинаций в пакете Matlab/Simulink. // Мехатроника, автоматизация и управление на транспорте: материалы I Всероссийской научно-практической конференции (Самара, 2324 апреля 2019 г.). -Самара: СамГУПС, 2019. 186 с. 11 - 15.
5. Онищенко А. А. Разработка имитационной модели автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона №2. 2016. с. 10 - 13.
6. Абрамов В. М., Чегуров А. Б. Влияние остаточной намагниченности рельсов на устойчивость работы АЛСН // Вестник РГУПС №4. 2009. с. 70-76
7. Шаманов В.И., Регер И.И. Магнитное поле рельсов н устойчивость работы АЛСН // Железнодорожный транспорт. №2. 2010. с. 19-23.
8. Гололобова О.А. Исследование работы системы автоматической локомотивной сигнализации в условиях помех // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: Наука и транспорт. 2016. №2. с. 126-129.
9. Леушин В.Б., Юсупов Р. Р., Блачев К. Э., Барашкова Н. Р. Помехозащищенность приемника АЛСН с адаптивной схемой бланкирования при приеме кодовых комбинаций в условиях действия импульсных помех // Вестник транспорта Поволжья. 2008. №3. с. 52-57.
10. Воронова Н.И., Разинкин Н.Е., Соловьев В.Н. Локомотивные устройства безопасности на высокоскоростном подвижном составе:
учеб. пособие. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. — 92 с.
11. Никитин Д. А. Повышение информативности системы интервального регулирования движения поездов АЛС—ЕН путем использования модульно взвешенного кода с суммированием // Автоматика на транспорте. 2017. №4. с. 526—545.
12. Леушин В.Б., Блачев К.Э., Юсупов Р.Р. Анализ причин сбоев в системе АЛСН // Автоматика, связь, информатика. 2013. № 4. C. 20—25.
13. Леонов А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации. М.: Транспорт, 1982. 255 с.
14. Пультяков А.В. Системный анализ устойчивости работы систем автоматической локомотивной сигнализации / А. В. Пультяков, М. Э. Скоробогатов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. — 2018. — Т. 57, № 1. — С. 79—89
15. Федоров Н.Е. Современные системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями: Учебное пособие. — Самара: СамГАПС, 2004. — 132с.
