CC BY
94
УДК 656.22
А. Б. Никитин
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ НА ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ «МОСКВА-КАЗАНЬ-ЕКАТЕРИНБУРГ»
Дата поступления: 10.07.2017 Решение о публикации: 17.07.2017
Аннотация
Цель: Описание требований, предъявляемых к системе управления движением поездов (СУДП) на высокоскоростной магистрали (ВСМ) «Москва-Казань-Екатеринбург», разработка общесистемных требований к СУДП, включая выбор структуры и состав подсистем. Методы: На станциях в качестве основного средства управления движением поездов должна применяться микропроцессорная централизация с бесконтактным управлением объектами. Основным средством контроля свободности и занятости участков пути на станциях и перегонах, каналом передачи информации о состоянии впереди расположенных рельсовых участков, а также средством обеспечения контроля целостности рельсов определены рельсовые цепи тональной частоты. Стационарные устройства интервального регулирования движения поездов по радиоканалу должны обеспечивать движение поездов со скоростями до 400 км/ч, многозначная АЛС-ЕН в зависимости от технологии управления со скоростями до 250 км/ч и АЛС - до 160 км/ч. Результаты: Рассмотрены вопросы обеспечения надежного и безопасного функционирования СУДП, а также живучесть и интер-операбельность. Практическая значимость: Реализация системы управления в предлагаемой конфигурации с комбинированной передачей данных на локомотив по радиоканалу и посредством традиционных устройств АЛС и АЛС-ЕН позволит обеспечить резервирование интервального регулирования движения поездов, а также интероперабельность с линиями магистрального транспорта.
Ключевые слова: ВСМ, система управления движением поездов, диспетчерская централизация, микропроцессорная централизация, интервальное регулирование движения поездов, радиоблок центр.
Alexander B. Nikityn, D. Eng. Sci., professor, head of a chair, nikitin@crtc.spb.ru (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University) THE SPECIFICITIES OF TRAIN CONTROL SYSTEM AT MOSCOW-KAZAN-YEKATERINBURG HIGH-SPEED NETWORK
Summary
Objective: To consider the requirements for the train control system (SUDP) at "Moscow-Kazan-Yekaterinburg" high-speed network (VSM). To develop system-wide requirements for SUDP, including the selection of the structure and composition of subsystems. Methods: Computer-based interlocking with contactless control of vehicles should be applied at the stations as the main means for train traffic control. Vocal frequency track circuits were determined as the major means for free and busy status control of track at stations and blocks, an information channel giving an update of a track ahead, and the means for a rail integrity test. Stationary equipment for
train collision avoidance via radio channel is to provide train traffic with speeds up to 400 km/h, multiple-aspect ALS-YEN (integrated continuous automatic cab signaling system), depending on control technology with speeds up to 250 km/h and ALS (automatic locomotive signaling system) - up to 160 km/h. Results: The issues of providing reliable and safe functioning of SUDP were considered, as well as liveness and interoperability. Practical importance: Control system realization in the suggested configuration with combined data communication via radio channel and conventional ALS and ALS-YEN facilities will make it possible to provide train traffic collision avoidance backup, as well as interoperability with high-speed transport lines.
Keywords: High-speed network, train control system, centralized traffic control, computer-based interlocking, train traffic collision avoidance, radio-block center.
Введение
В настоящее время в России продолжается реализация проекта новой высокоскоростной магистрали (ВСМ) «Москва-Казань-Екатеринбург», в рамках которого поставлена задача обеспечения инфраструктурой скоростей 400 км/ч. В мировой практике такой опыт отсутствует в регулярных перевозках, однако есть ряд достижений максимальных скоростей во время испытаний и специальных поездках высокоскоростного подвижного состава [1-3], что свидетельствует о практической возможности выполнения задачи, но требует на ранних стадиях предъявить, а в последующем соблюсти повышенные технические и технологические требования для обеспечения регулярности движения при заявленных скоростях. В этой связи появилась необходимость в разработке специальных технических условий (СТУ), которая была поручена ученым и специалистам Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. Творческим коллективом из представителей кафедр университета были разработаны 12 нормативных документов, которые на основе мирового опыта и с учетом исследований отечественных ученых в ряде случаев определили принципиально новые подходы для ВСМ. В полной мере это относится и к разделу по СУДП ВСМ, где в СТУ включены самые прогрессивные технологии и объединены требования лучших мировых образцов. Практическое воплощение заявленной в СТУ СУДП позволит иметь в России одну из самых современных систем в мировой практике ВСМ.
Рассмотрим более подробно основные постулаты СТУ СУДП для ВСМ, обоснования архитектуры системы управления, принципов обеспечения надежности, живучести и интероперабельности.
Организация высокоскоростного движения
Основной технологической особенностью ВСМ «Москва-Казань-Екатеринбург» является необходимость обеспечения управления смешанным
движением высокоскоростных, скоростных пассажирских, ускоренных грузовых (контейнерных или контрейлерных) и хозяйственных поездов. Поэтому функции СУДП должны быть увязаны с соответствующими категориями передвижений. Каждый из главных путей на перегонах и станциях должен быть равнозначным с точки зрения направления движения поездов, обеспечения скоростного режима и интервала попутного следования, величина которого планируется от 5 мин, а в пригородных зонах крупных городов - не более 2-3 мин.
Раздельные пункты на линии проектируются с небольшим путевым развитием на расстоянии 30-40 км друг от друга, для обеспечения возможности изменения главного пути при капитальном ремонте на перегонах проектируются диспетчерские съезды.
Структура СУДП
СУДП ВСМ должна включать три иерархических уровня:
• верхний - диспетчерский, содержит:
- системы диспетчерской централизации (ДЦ);
- системы технической диагностики и мониторинга железнодорожной автоматики и телемеханики (СТДМ ЖАТ);
- увязку с другими системами управления устройствами инфраструктуры (электроснабжения, мониторинга объектов);
- увязку с системами автоматизации управления перевозочным процессом верхнего уровня;
• средний - станционный, состоит из:
- средств автоматической идентификации;
- системы интервального регулирования движения поездов (ИРДП);
- систем микропроцессорной централизации (МПЦ);
- увязки с верхним уровнем, а также с другими устройствами и подсистемами (заграждения, оповещения работающих на путях, управления механической очисткой или снеготаяния стрелочных переводов, информирования пассажиров);
• нижний уровень включает:
- устройства передачи информации в бортовые устройства подвижных объектов;
- напольное оборудование (стрелки, светофоры, рельсовые цепи и др.).
ВСМ должна быть оборудована системой ДЦ. Основным режимом
управления движением поездов должно являться диспетчерское управление из Центра диспетчерского управления (ЦДУ) ВСМ с возможностью перевода в режим станционного управления при проведении плановых регламентных работ на инфраструктуре или при возникновении нештатных ситуаций.
Информация от станций должна передаваться в ЦДУ ВСМ по резервируемым каналам ДЦ, содержать необходимые для принятия управляющих решений данные о местоположении подвижных единиц, состоянии объектов подсистем электрической централизации, интервального регулирования и других устройств. По всей линии, включая пригородные зоны, должна реализо-вываться автоматическая установка маршрутов для движения поездов всех категорий согласно графику.
Для компенсации отклонений фактических параметров движения от нормативного графика на линии должна быть внедрена интеллектуальная система поддержки принятия решения по минимизации конфликтов в поездной ситуации, включая автоматическую корректировку графика движения и передачу соответствующей информации на локомотив [4, 5]. Подсистемы СУДП объединяются в единый комплекс посредством магистральной сети передачи информации на основе ВОЛС.
Для связи с бортовыми устройствами подвижных высокоскоростных транспортных средств должны использоваться резервированные цифровые радиоканалы, а также индуктивные рельсопроводные каналы доставки информации от традиционных устройств локомотивной сигнализации.
С учетом применения на станциях и перегонах рельсовых цепей в проекте не предусматривается применение напольных точечных средств передачи информации на локомотив - евробализ.
На станциях основным средством управления движением поездов должна быть МПЦ с бесконтактным управлением объектами [6-9]. Небольшое количество объектов управления и контроля (стрелок и светофоров) определяет как наиболее эффективное применение децентрализованного размещения объектных контроллеров (вариант мультистанционных систем централизации).
Основным средством контроля свободности и занятости участков пути на станциях и перегонах, каналом передачи информации о состоянии впереди расположенных рельсовых участков, а также средством обеспечения контроля целостности рельсов являются рельсовые цепи тональной частоты (ТРЦ).
Участок должен оборудоваться системой ИРДП, состоящей из двух уровней, функционирующих постоянно:
- управление движением высокоскоростных и скоростных поездов по цифровому радиоканалу на основе информации, поступающей в радиоблок центр (РБЦ) от электрической централизации на базе МПЦ и системы интервального регулирования (на основе тональных рельсовых цепей без проходных светофоров, обеспечивающих надежную фиксацию подвижных единиц на скоростях до 400 км/ч) с резервированием АЛС и многозначной АЛС-ЕН;
- управление движением остальных поездов посредством станционных светофоров и локомотивной сигнализации (АЛС и многозначной АЛС-ЕН) системы ИРДП.
При разработке проекта должно быть предусмотрено использование средств автоматизации и информационных технологий управления и содержания инфраструктуры системы ЖАТ по задачам:
- мониторинг технического состояния средств;
- контроль регламентных процессов содержания устройств;
- ведение базы данных о неисправностях и ремонте технических средств;
- материально-техническое обеспечение инфраструктуры;
- ведение электронного паспорта на технические средства.
Аппаратно-приборное и программное обеспечение СУДП должно стыковаться с устройствами автоматизированных систем управления перевозочным процессом ВСМ для выдачи по ее запросам необходимой информации для:
1) ведения статистического учета и анализа работы магистрали;
2) выявления возможных отклонений от графика и расчета эксплуатационных и экономических показателей, передачи актуальной информации для персонала ВСМ и пассажиров;
3) предоставления сведений о коммерческой деятельности магистрали;
4) подготовки и контроля выполнения плана формирования поездов; планирования и учета работ по обслуживанию и текущему ремонту технических устройств на линии.
Кроме того, этот интерфейс должен обеспечивать передачу информации о прогнозном графике от систем управления перевозочным процессом в СУДП.
Безопасность и надежность
Безопасная структура всех микропроцессорных систем безопасности ЖАТ должна быть реализована по архитектуре 2л2у2л2 (рисунок). Такая архитектура более удобна в эксплуатации по сравнению с широко применяемой структурой 2Л3, поскольку позволяет, например, при корректировках программного обеспечения осуществить его замену сначала на одном полукомплекте, опробовать (иногда в течение нескольких дней), а только после этого провести полную замену и на второй паре. Кроме того, таким образом спроектированное аппаратно-программное обеспечение систем ЖАТ обеспечивает, в максимально возможной степени, поочередное осуществление обслуживания, ремонта, модернизации системы, изменения технологических процессов без прекращения действия СУДП и предоставления длительных «окон».
Архитектура СУДП по маршрутам высокоскоростного движения должна предусматривать 100 %-ное резервирование всех узлов системы, включая
Безопасные структуры систем ЖАТ
модули сопряжения по контролю и управлению или резервирование функций по уровням управления. Применение вычислительных средств и микроэлектронных плат увязки с исполнительными устройствами позволяет реализовать эту функцию путем аппаратной избыточности СУДП. Это требование принято на основе опыта резервирования наиболее важных элементов в системах электрической централизации метрополитенов, где особенно велика цена перерыва движения для мегаполиса [10]. Даже в системах маршрутно-релейной централизации применяется специальная схема переключения на резервный комплект пускового блока для управления стрелкой или, например, специальная выделенная физическая линия связи для переключения на резервный комплект линейного пункта ДЦ.
Надежность системы ИРДП достигается использованием двух независимых физически разнородных канала управления: по радио и по рельсопро-водному каналу с реализацией функций регулирования скорости при деградации.
Также следует предусмотреть в проекте и провести следующие дополнительные мероприятия, направленные на повышение надежности систем ЖАТ:
- на крупных раздельных пунктах функции МПЦ и ИРДП осуществить в раздельных управляющих вычислительных комплексах с организацией обмена информацией по цифровому интерфейсу;
- в рамках реализации комплекса мер по защите устройств от перенапряжений принять в качестве основного вариант децентрализованного размещения объектных контроллеров управления стрелками и светофорами;
- в составе электропитающих устройств ЖАТ применить систему бесперебойного питания на основе шины постоянного тока, при неудовлетворительном качестве внешнего электроснабжения предусмотреть электромашинные стабилизаторы напряжения;
- для работы устройств АЛС принять единую частоту 75 Гц для участков с электротягой на постоянном и переменном токе.
Интероперабельность и живучесть на ВСМ
При проектировании следует увязать управление движением поездов в зонах сопряжения с действующими линиями магистрального транспорта. Это обусловлено тем, что в отдельных случаях (например, в нештатных ситуациях привлечение дополнительных восстановительных поездов, пожарных поездов, другой спецтехники) может возникнуть потребность захода на ВСМ подвижного состава ОАО «РЖД», что приводит к необходимости обеспечения в системе ВСМ традиционных функций управления и способов передачи данных на локомотив [11].
Для обеспечения единства технологии регулирования движением поездов должна осуществляться типизация бортовых устройств путем использования специализированных бортовых средств для работы в среде управления как по радиоканалу, так и по рельсопроводному каналу - АЛС и АЛС-ЕН.
Живучесть и непрерывность перевозочного процесса при возникновении затруднений на ВСМ (в особенности для вводов поездов в конечные пункты назначения) должна обеспечиваться возможностью передвижений высокоскоростного подвижного состава магистрали по линиям общего пользования, т. е. должны обеспечиваться совместимость с существующими системами управления.
Заключение
Реализация требований СТУ позволит не только иметь в России самую современную систему управления, но и определит на перспективу путь развития устройств и систем ЖАТ на перспективу.
Резервирование компонентов системы - основа достижения высоких показателей надежности и гарант непрерывности перевозочного процесса. Безопасная архитектура вычислительных компонентов СУДП 2Л2у2Л2 не только обеспечивает 100 %-ное резервирование, но и позволяет поочередно вы-
полнить на полукомплектах обслуживание, ремонт, модернизацию системы, изменения технологических процессов без прекращения действия СУДП.
Основой обеспечения высоких скоростей на ВСМ является переход на новые принципы регулирования с использованием радиоканала. Традиционные устройства рельсовых цепей, рельсопроводный канал передачи на локомотив данных АЛС-ЕН и АЛСН обеспечивают резерв для основной системы управления по радиоканалу, а также интероперабельность с линиями магистрального транспорта.
Библиографический список
1. Киселев И. П. Высокоскоростной железнодорожный транспорт. Общий курс : учеб. пособие : в 2 т. / И. П. Киселев, Л. С. Блажко, Н. С. Бушуев, А. П. Ледяев, В. Н. Смирнов, Т. С. Титова, Ю. С. Фролов, А. Т. Бурков, В. А. Гапанович, В. И. Ковалев, А. Б. Никитин, П. А. Плеханов, В. М. Саввов, Ю. И. Соколов, В. С. Суходоев ; под ред. И. П. Киселева. -М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2014. - Т. 1. - 308 с.
2. High speed rail Fast track to sustainable mobility // Signal und draht. November 2010. - P. 29.
3. Киселев И. П. Высокоскоростной железнодорожный транспорт. Общий курс : учеб. пособие : в 2 т. / И. П. Киселев, Л. С. Блажко, Н. С. Бушуев, А. П. Ледяев, В. Н. Смирнов, Т. С. Титова, Ю. С. Фролов, А. Т. Бурков, В. А. Гапанович, В. И. Ковалев, А. Б. Никитин, П. А. Плеханов, В. М. Саввов, Ю. И. Соколов, В. С. Суходоев ; под ред. И. П. Киселев. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2014. - Т. 2. - 372 с.
4. Сапожников В. В. Анализ компьютерных систем оперативного управления устройствами ЭЦ / В. В. Сапожников, А. Б. Никитин // Автоматика. Связь. Информатика. - 2006. - № 6. - С. 68.
5. Никитин А. Б. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций / А. Б. Никитин, В. А. Кононов, А. А. Лыков. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2013. - 348 с.
6. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Методы и принципы обеспечения безопасности микроэлектронных СЖАТ. РТМ 32 ЦШ 1115842.01-94. -СПб. : ПГУПС, 1994. - 120 с.
7. Никитин А. Б. Централизация компьютерного управления перевозочным процессом на станции / А. Б. Никитин, И. Г. Тильк // Транспорт Урала. - 2006. - № 2. - С. 9-13.
8. Никитин А. Б. Управление стрелочными электроприводами в компьютерных системах горочной централизации / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин // Автоматика на транспорте. - 2015. - Т. 1, № 1. - С. 51-62.
9. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / под ред. В. В. Сапожникова. - М. : Транспорт, 1995. - 272 с.
10. Сапожников В. В. Микропроцессорная система электрической централизации МПЦ-МПК / В. В. Сапожников, А. Б. Никитин // Наука и транспорт. - 2009. - С. 18-21.
11. Никитин А. Б. Особенности реализации функций электрической централизации для высокоскоростных поездов на линиях смешанного движения / А. Б. Никитин,
С. Т. Болтаев, А. М. Глыбовский // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2016. - Т. 13, вып. 2. - С. 215-228.
References
1. Kiselev I. P., Blazhko L. S., Bushuyev N. S., Ledyayev A. P., Smymov V. N., Tytova T. S., Frolov Y. S., Burkov A. T., Gapanovich V.A., Kovalev V. I., Nikityn A. B., Plekhanov P. A., Sav-vov V. M., Sokolov Y. I., Sukhoyedov V. S. et al. Vysokoskorostnoy zheleznodorozhniy transport [High-speed railway transport]. In 2 vol.; ed. by I. P. Kiselev. Moscow, Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte [Learning and teaching educational center of railway transport] Publ., 2014, vol. 1, 308 p. (In Russian)
2. High speed rail Fast track to sustainable mobility. Signal und draht, 2010, p. 29.
3. Kiselev I. P., Blazhko L. S., Bushuyev N. S., Ledyayev A. P., Smyrnov V. N., Tytova T. S., Frolov Y. S., Burkov A. T., Gapanovich V.A., Kovalev V. I., Nikityn A. B., Plekhanov P. A., Sav-vov V. M., Sokolov Y. I., Sukhoyedov V. S. et al. Vysokoskorostnoy zheleznodorozhniy transport [High-speedrailway transport]. In 2 vol.; ed. by I. P. Kiselev. Moscow, Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte [Learning and teaching educational center of railway transport] Publ., vol. 2, 372 p. (In Russian)
4. Sapozhnikov V. V. & Nikityn A. B. Analyz kompyuternykh system operatyvnogo up-ravleniya ustroistvamy ETs [Analysis of computer-aided operating control systems' of electric interlocking facilities]. Automatics. Communication. Information technology, 2006, no. 6, pp. 6-8. (In Russian)
5. Nikityn A. B., Kononov V. A. & Lykov A.A. Osnovyproyektyrovaniya elektricheskoy tsentralyzatsiipromezhutochnykh stantsiy [Design baseline of intermediate stations' electric interlocking]. Moscow, Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte [Learning and teaching educational center of railway transport] Publ., 2013, 348 p. (In Russian)
6. Bezopasnost zheleznodorozhnoy avtomatyky i telemekhanyky. Metody i pryntsypy obespecheniya bezopasnosty mikroelektronnykh SZhAT. RTM32 TsSh 1115842.01-94 [Railway automatics and telemechanics safety. Safety methods and principles of microelectronic railroad automatics and telemechanics systems. RTM32 TsSh 1115842.01-94]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 1994, 120 p. (In Russian)
7. Nikityn A. B. & Tylk I. G. Tsentralyzatsiya kompyuternogo upravleniya perevozoch-nym protsessom na stantsii [Centralization of transportation process computer control at the station]. Transport of the Urals, 2006, no. 2, pp. 913. (In Russian)
8. Nikityn A. B. & Kovkyn A. N. Upravleniye strelochnymy elektropryvodamy v kompyuternykh systemakh gorochnoy tsentralyzatsii [Electric switch mechanism control in computer switching systems]. Automation on transport, 2015, vol. 1, no. 1, pp. 51-62. (In Russian)
9. Metody postroyeniya bezopasnykh mikroelektronnykh system zheleznodorozhnoy avtomatyky [Design methods of railroad automatics' safety microelectronic systems]. Ed. by V. V. Sapozhnikov. Moscow, Transport Publ., 1995, 272 p. (In Russian)
10. Sapozhnikov V. V. & Nikityn A. B. Mikroprotsessornaya systema elektricheskoy tsentralyzatsii MPTs-MPK [Microprocessor system of electric interlocking MPTs (microprocessor
centralization) - MPK (microprocessor controller)]. Science and transport, 2009, pp. 18-21. (In Russian)
11. Nikityn A. B., Boltayev S. T. & Glybovskiy A. M. Osobennosty realizatsii funktsiy elektrycheskoy tsentralyzatsii dlya vysokoskorostnykh poyezdov na liniyakh smeshannogo dvyzheniya [The specificities of electric interlocking functions' realization for high-speed trains at mixed traffic lines]. Proceedings of Petersburg Transport University, PGUPS Publ., 2016, vol. 13, issue 2, pp. 215-228. (In Russian)
НИКИТИН Александр Борисович - доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, nikitin@crtc.spb.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
© Никитин А. Б., 2017
