CC BY
362Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
Системы автоматики в метрополитенах
УДК 625.42
П. М. Никульчиков
Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах», Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДАМИ МЕТРОПОЛИТЕНА
Введение
Системы автоматического управления поездами метрополитена (САУП М) предназначены для автоматизации процесса управления поездом, включая пуск, разгон, выбор режима ведения на перегонах, торможение у платформ с целью повышения точности выполнения графика движения [1].
Первая в мире САУП М была разработана и внедрена на Victoria line Лондонского метрополитена в 1967 г. [2].
По классификации Международной ассоциации общественного транспорта (International Association of Public Transport) САУП М подразделяются на 5 уровней автоматизации (Grade of Automation):
1. GoA0 - полностью ручное управление подвижным составом.
2. GoA1 - ручное управление подвижным составом. Машинист управляет остановкой и началом движения, положением дверей и другими элементами.
3. GoA2 - полуавтоматическое управление подвижным составом. Машинист управляет началом движения и закрытием дверей. Автоматическое проследование перегонов, остановка на станции и открытие дверей. Возможен переход в режим ручного управления.
4. GoA3 - автоматическое управление без машиниста, но с присутствием на составе персонала, управляющего дверями и способного взять на себя управление в случае возникновения нештатных ситуаций.
5. GoA4 - полностью автоматическое управление подвижным составом без участия какого-либо персонала на борту.
Большинство существующих в мире на данный момент САУП М представляет собой системы уровня GoA2 [3].
Первой реализацией САУП М уровня GoA4 стала линия M1 Копенгагенского метрополитена, открытая в 2002 г. На линии эксплуатируется подвижной состав фирмы AnsaldoBreda. Дизайн подвижного состава линии разработан Giugaro Design of Italy [4].
32
Системы автоматики в метрополитенах
В СССР и впоследствии в России с 70-х гг. XX в. в двух крупнейших метрополитенах ведутся работы по созданию САУП М. На данный момент все внедренные в России САУП М по уровню автоматизации соответствуют GoA 2 [1].
Кроме классификации САУП М по уровню автоматизации, существует также их разделение на системы с центральным постом автоведения (ЦПА) и автономные системы. В системах с центральным постом расчет параметров осуществляется специализированным программным обеспечением ЦПА с учетом:
■ планового графика движения поездов;
■ оперативных коррекций, внесенных поездным диспетчером (ДЦХ) в плановый график;
■ межпоездных интервалов;
■ минимальных и максимальных значений регулирующего воздействия;
■ других специализированных параметров.
САУП М бывают с регулированием длительности стоянок и времени проследования перегонов. Регулирование времени проследования перегонов (реализация функции «нагон») является сложным технологическим процессом и реализуется далеко не на каждом перегоне. Возможности нагона ограничиваются длиной перегона и профилем пути. Упрощенная модель реализации нагона показана на рис. 1.
Рис. 1. Реализация функции нагона
33
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
Кроме того, САУП М подразделяются на два типа систем. Первые системы - с преимущественно графиковым регулированием, при котором выбор управляющего воздействия на основе планового графика движения поездов имеет приоритет над параметрами, рассчитанными на основе межпоездных интервалов. Вторые - с преимущественно интервальным регулированием, при котором выбор управляющего воздействия на основе межпоездных интервалов имеет приоритет над теми же параметрами, рассчитанными на основе планового графика.
1. Внедрение САУП М в Петербургском метрополитене
На пяти линиях Петербургского метрополитена внедрены и эксплуатируются различные САУДП М, технические решения которых определялись уровнем технологий, доступных создателям на момент внедрения системы, и требованиями заказчика.
На первой линии Петербургского метрополитена внедрена и эксплуатируется комплексная система автоматического управления поездами метрополитена КСАУП М. Регулирование движения поездов осуществляется программным обеспечением центрального поста автоведения на основе планового графика движения поездов.
На поездах второй линии установлена поездная аппаратура комплексной системы «Движение» (ПА КСД), работающая без привязки к центральному посту автоведения, что отрицательно сказывается на выполнение графика движения поездов. Поездная аппаратура никак не взаимодействует с ЦПА, не имеет сведений о текущем отклонении маршрута от графика, положении соседних маршрутов. Поезда следуют в номинальном режиме, выполняя предписанное время проследования перегонов и номинальные стоянки на платформах.
На третьей линии автоведение не реализовано. Управление подвижным составом осуществляется машинистом с учетом показаний путевых устройств индикации (ПУИ), расположенных около знака ОПВ. На ПУИ отображается рассчитанное ЦПА время стоянки поезда в режиме обратного отсчета. Данный режим работы линии позволяет обеспечить четкое выполнение графика движения поездов и соблюдение межпоезных интервалов.
На четвертой линии реализована наиболее современная версия автоведения, основанная на системе бесконтактной привязки к пути (СБПП). В основе СБПП лежит использование технологии радиочастотной идентификации (РЧИ). На стенках тоннелей перегонов и платформ наклеены радиочастотные метки, содержащие информацию о точках изменения режима работы поездной аппаратуры. Этих точек может быть несколько типов: точка отключения двигателя, точка подтормаживания на перегоне, точка начала прицельного торможения на станции и др.
34
Системы автоматики в метрополитенах
На подвижном составе пятой линии установлена следующая версия поездной аппаратуры ПА КСД, установленной на второй линии, - ПА М, работающая в режиме частичного взаимодействия с ЦПА.
2. Перспективы развития САУП М
Стремительное развитие технологий, повышение надежности технических средств создает предпосылки для развития современных САУП М. Направления развития современных САУП М: повышение уровня автоматизации до GoA4, повышение уровня надежности оборудования и точности его работы.
Существенным ограничением для полного отказа от нахождения на борту персонала метрополитена, управляющего движением поездов, является угроза актов несанкционированного вмешательства (АНВ) в работу метрополитена. В случае возникновения подобных ситуаций необходимо присутствие на составе сотрудника метрополитена, действия которых должны быть направлены на минимизацию последствий АНВ.
Другим направлением развития САУП М является использование новых технологических решений, призванных улучшить качественные характеристики существующих и вновь разрабатываемых систем. Так, для передачи данных между станционной и поездной аппаратурой используется радиосвязь, в том числе радиомодемы, позволяющие передавать информацию в обоих направлениях. Кроме собственно передачи информации, радиомодемная связь используется для решения задач привязки к пути: получая код платформы, программное обеспечение поездной аппаратуры выбирает режим для проследования перегона [5].
Широко используются оптические датчики для определения точного положения поезда при въезде на платформу и прицельного торможения.
Повышение надежности реверсивных датчиков скорости сделало возможным их использование для определения координат отключения двигателей, зоны начала подтормаживания на перегоне, торможения перед платформой станции и других точек.
На рис. 2 представлен алгоритм поездной аппаратуры и радиомодемов. На рис. 3 представлен алгоритм работы датчика проследования точки СТ2 и поездной аппаратуры. На рис. 4 показан алгоритм проследования перегона (без второго подключения двигателя и с одним подтормаживани-ем на перегоне).
35
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
36
Рис. 2. Алгоритм работы поездной аппаратуры и радиомодемов
Системы автоматики в метрополитенах
Рис. 3. Алгоритм работы датчика проследования точки СТ2 (прицельное торможение)
37
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
_________у_________
Начало движения. Включение двигателя в заданном режиме
--------►
4-
Остановка
Рис. 4. Алгоритм проследования перегона
Заключение
На данный момент САУП М активно развиваются и внедряются в метрополитенах мира. Развитие САУП М технологически и экономически обосновано и осуществляется в направлениях повышения уровня автоматизации и надежности работы технических средств.
38
Системы автоматики в метрополитенах
Библиографический список
1. Баранов Л. А. Системы автоматического и телемеханического управления электроподвижным составом / Л. А. Баранов, Е. В. Ерофеев. - М. : Транспорт, 1984. - 311 с.
2. L’Union intemationale des transports publics. - URL: http://www.uitp.org.
3. Automatic train operation. - URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_train_ operation.
4. Copenhagen metro. - URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Copenhagen_metro.
5. List of automated urban subway systems - URL: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ automated_urban_subway_systems.
Email: [email protected]
39
