7.     PODSTAWY STEROWANIA RUCHEM POCIAGÓW  Zasada bezpiecznej jazdy pociągu

Ruch pociągów na liniach kolejowych odbywa się według ściśle określonych zasad i procedur, ujętych przepisami, dzięki którym realizowany jest w sposób bezpieczny i racjonalny.

Bezpieczne prowadzenie ruchu pociągów na linii kolejowej wymaga oddzielenia jednego pociągu od drugiego:

- pewną długością toru kolejowego - dzieląc tor na odcinki i prowadząc ruch pociągów tak, żeby na określonym odcinku toru nie było więcej pociągów niż jeden,

- odstępem czasu - wysyłając każdy następny pociąg po upływie określonego odstępu czasu, uznanego za wystarczający, liczonego od wyjazdu pociągu poprzedzającego.

Pierwszy sposób prowadzenia ruchu całkowicie zapewnia bezpieczeństwo i dlatego jest powszechnie stosowany. Wymaga on sprawdzania obecności taboru na rozważanym odcinku toru. Dokładne miejsca podziału toru kolejowego na odcinki, w terminologii kolejowej zwane odstępami blokowymi, są na ogół na liniach kolejowych wyznaczane przez semafory (linie zautomatyzowanego metra mogą nie mieć semaforów).

II

odstęp blokowy (i - 1) odstęp blokowy i odstęp blokowy (i + 1)

I

Zasada bezpiecznego prowadzenia ruchu – jeden pociąg na odstępie

Pociąg jest prowadzony przez maszynistę, który w oparciu o obserwację linii, w tym wskazania semaforów, rozkład jazdy i parametry pojazdu odpowiednio dobiera prędkość pociągu tak, aby jazda odbywała się bezpiecznie, racjonalnie i zgodnie z rozkładem jazdy i obowiązującymi przepisami. Z uwagi na zawodność człowieka, maszynista musi być wspomagany w swoich czynnościach.

służbowy rozkład jazdy

parametry pociągu

Źródła informacji przy prowadzeniu pociągu przez maszynistę

Najstarsze urządzenia wspomagające maszynistę w prowadzeniu pociągu były instalowane przy torze obok semafora i gdy wskazywał on sygnał „stój”, oddziaływały na urządzenia pojazdowe, które uruchamiały hamowanie nagłe pociągu.

Jako urządzenia oddziaływania między torem a pojazdem stosuje się urządzenia bezstykowego oddziaływania elektrycznego. Rozwój tych urządzeń, poczynając od oddziaływania indukcyjnego prądu stałego, doprowadził do szeroko stosowanych obecnie urządzeń oddziaływania indukcyjnego prądu przemiennego, z obwodami rezonansowymi w torze i na pojeździe.

O

N

tor

V

sprzężenie magnetyczne

Nadajnik N i odbiornik O punktowego przesyłania wiadomości do poruszającego się pojazdu

V

hn hs

E

sh max

f

czas na wciśnięcie przycisku

Jednopunktowe hamowanie pociągu przed semaforem z sygnałem „stój”

pojazd

tor

czujnik SHP

rezonator SHP

Na liniach PKP stosuje się jednopunktowe urządzenie samoczynnego hamowania pociągu SHP bez uzależnienia od wskazań semaforów. Urządzenie przytorowe SHP stanowi elektromagnes zwany rezonatorem SHP, który wraz z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy dostrojony do częstotliwości 1000 Hz. Czujnik, inaczej elektromagnes lokomotywowy, tworzy wraz z kondensatorem obwód rezonansowy dostrojony do częstotliwości 1000 Hz.

Obwody rezonansowe urządzenia SHP

Szyny kolejowe stanowią naturalnie istniejące w torze medium transmisyjne, które może być wykorzystane do przesyłania wiadomości do pojazdu. Wymaga to utworzenia obwodu nadawczego, w skład którego wchodzą szyny i odbiorczego w postaci cewki - anteny na pojeździe.

Najprostszy sposób, od którego rozpoczęło się wykorzystanie szyn do ciągłego przesyłania wiadomości do pojazdu, to wysyłanie informacji o sygnałach wskazywanych przez semafory, w celu wyświetlenia ich w kabinie maszynisty na tzw. sygnalizatorze kabinowym, stąd potocznie urządzenia te nazywane są sygnalizacją kabinową

sygnalizator kabinowy

prędkość maksymalna dojazd do światła pomarańczowego dojazd do sygnału „stój”

semafory

Systemy automatycznego prowadzenia pociągu ATC

System automatycznego prowadzenia pociągu, w nazewnictwie anglojęzycznym Automatic Train Control - ATC, tworzą dwa podsystemy:

- system zapewniający bezpieczną jazdę, w nazewnictwie anglojęzycznym Automatic Train Protection - ATP, inaczej system ochrony pociągu;

- system automatycznej jazdy pociągu, w nazewnictwie anglojęzycznym Automatic Train Operation - ATO.

Wprowadzenie systemów automatycznego prowadzenia pociągu ma na celu zastąpienie maszynisty, w zależności od zakresu automatyzacji realizowanego przez system, w niektórych, bądź w krańcowym przypadku we wszystkich czynnościach. System automatycznego prowadzenia pociągu służy zapewnieniu bezpiecznej i właściwej, a więc zgodnej z rozkładem jazdy i energooszczędnej jazdy pociągu. Zadania systemu i jego podział wynikają z czynności, jakie wykonuje maszynista przeprowadzając pociąg od stacji do stacji.

Podstawowym zadaniem systemu automatycznej ochrony pociągu ATP jest automatyczne zmniejszanie prędkości pociągu do wartości gwarantującej bezpieczną jazdę (a więc wartości mniejszej niż prędkość dopuszczalna wynikająca z ograniczeń torowych i semaforowych), w przypadku gdyby maszynista prowadził pociąg z prędkością od niej większą.

Zadaniami systemu ATO jest automatyczna regulacja prędkości pociągu zapewniająca rozkładowy czas przejazdu pociągu między stacjami, wymaganą precyzję zatrzymania pociągu na stacji (dotyczy to przede wszystkim metra) oraz oszczędność zużycia energii.

Wprowadzając systemy automatyczne, w pierwszym rzędzie starano się automatyzować funkcje związane z realizacją ograniczeń prędkości, decydujące o bezpieczeństwie jazdy pociągu, pozostawiając maszyniście regulowanie prędkości pociągu. W związku z tym system automatycznego ograniczania prędkości ATP jest systemem podstawowym i może występować samodzielnie.

Zadaniem systemu ATP jest określenie dla danego pociągu w każdym punkcie drogi s i w każdej chwili czasu t wartości prędkości bezpiecznej VB(s, t) i

zagwarantowanie, aby w każdym punkcie drogi s i każdej chwili czasu t prędkość rzeczywista pociągu VR(s, t) była nie większa od wartości prędkości bezpiecznej:

VR (s, t) VB (s, t)

VB definiuje się ją jako największą prędkość, z jaką może jechać pociąg nie

stwarzając sytuacji niebezpiecznych, a więc największą prędkość, która zagwarantuje zrealizowanie ograniczeń prędkości występujących przed pociągiem.

Zadaniem systemu ATO jest zastąpienie maszynisty w wykonywaniu czynności związanych z przeprowadzeniem pociągu od stacji do stacji (włączanie i wyłączanie silników trakcyjnych, włączanie i wyłączanie hamulców, regulacja siły napędowej oraz regulacja siły hamowania. Automatycznie mogą być realizowane niektóre bądź wszystkie fazy jazdy pociągu: rozruch, jazda z prędkością ustaloną, jazda z rozpędu i hamowanie.

Zadaniem systemu ATO jest takie automatyczne sterowanie napędem i hamulcami pociągu, aby w każdej chwili czasu t i drogi s prędkość rzeczywista pociągu VR była równa wartości prędkości zadanej VZ.

VR (s, t) = VZ (s, t)

urządzenia obsługiwane przez

maszynistę

jednostka logiczna

urządzenia pomiarowe

urządzenia sygnalizacyjne

układy napędowo-hamulcowe pociągu

odbiornik transmisji

antena odbiorcza

obwód nadawczy

nadajnik układ

przetwarzania wiadomości

źródła wiadomości (głównie urządzenia srk)

tor

pojazd

Schemat blokowy systemu ATC

pojazd

a) balisa b) antena pojazdowa

antena odbiorcza

a) transmisja punktowa - balisa

b) a)

b) transmisja ciągła – obwód szynowy

nadajnik ATC

c) transmisja ciągła – obwód przewodowy

pojazd

antena odbiorcza

nadajnik ATC

pojazd

pętla przewodowa

d) transmisja ciągła za pośrednictwem fal radiowych

sbi

tori

sbj

torj

radiowa antena nadawcza ATC

centrum sterowania

Metody transmisji informacji do pojazdu

 Międzynarodowy Związek Kolei UIC od lat kieruje pracami mającymi doprowadzić do ujednolicenia działania (interoperatywności) kolei w zakresie zarządzania ruchem kolejowym i systemów automatycznego prowadzenia pociągu. Celem podjętych na szeroką skalę działań jest opracowanie standardów i wdrożenie do eksploatacji europejskiego systemu zarządzania ruchem kolejowym ERTMS (European Rail Traffic Management System).

Częścią systemu ERTMS jest europejski system sterowania pociągiem ETCS (European Train Control System). Jest to jednolity dla kolei europejskich system ATC, zalecany do stosowania w poszczególnych krajach i z którym powinny być kompatybilne istniejące krajowe rozwiązania. Stopniowe wdrażanie systemu jak i dostosowywanie istniejących systemów do wymogów ETCS ułatwiono, dzięki przyjęciu trzech poziomów rozwiązań urządzeń stacjonarnych i pojazdowych, różniących się stopniem rozbudowy i zaawansowania technologicznego.Do przekazywania informacji z toru do pojazdu system ETCS przewiduje następujące media transmisyjne:•balisy,•kolejowy system radiowej transmisji cyfrowej GSM-R, zalecany przez UIC,•pętlę przewodową (kabel promieniujący) jako uzupełnienie transmisji balisą.

pojazdowa jednostka logiczna ETCS

komputer fail safe EVC – Europen Vital Computer

komputer obsługujacy transmisję MC – Maintenance Computer

MMI

kabina A pulpit maszynisty

kabina B pulpit maszynisty

hamowanie nagłe

hamowanie służbowe napęd diagno-

styka rejestra-

cja

MMI

STM LZB

TVM

STM KVB

STM TBL

STM ZUB

BACC

...

magistrala danych ETCS-bus

TIU odometry

antena antena GSM-R

urządzenia pojazdowe

urządzenia przytorowe

balisy przełączalne

balisy nieprzełączalne

europętla GSM-R

radiowe centrum

sterowania RBC

ATP/ATC

STM

STM

STM

urządzenia srk

Struktura systemu ETCS

Metody i obwody wykrywania obecności pociągu na torze

Położenie pociągów na torze ustala się kontrolując stan niezajętości/zajętości odcinków toru. Kontrola ta odbywa się za pośrednictwem obwodów torowych lub liczników osi.

Obwód torowy to odcinek toru o odpowiedniej długości, odizolowany elektrycznie od sąsiednich. Długość obwodu torowego w warunkach kolejowych jest rzędu 1 km i więcej, w metrze - kilkadziesiąt do kilkuset metrów. Niezależnie od sposobu odizolowania jednego obwodu od drugiego, zasada działania kontroli stanu zajętości toru jest taka sama. Na jednym końcu obwodu umieszcza się źródło zasilania (nadajnik), na drugim - odbiornik. Gdy obwód torowy jest wolny sygnał elektryczny z nadajnika dopływa do odbiornika. Gdy w obrębie obwodu znajduje się pojazd, jego osie zwierają toki szynowe i sygnał nie dociera do odbiornika.

W starszych, klasycznych obwodach torowych rolę elementów separujących od siebie sąsiednie obwody pełnią tzw. złącza izolowane (przekładki izolacyjne lub złącza klejone), w nowszych - specjalne układy elektryczne, tzw. złącza elektryczne, które nie naruszają ciągłości mechanicznej szyn.

220 V, 50 Hz 220 V, 50 Hz

Klasyczny obwód torowy ze złączami izolowanymi

C2

L2 C3

nad. f1

Tr

odb. f2

C1

L1

obwód o częstotliwości f1

obwód o częstotliwości f2

a)

Tr

nad. f1

obwód strojony f1

0,75 m

b)

Tr

odb. f2

obwód strojony f2

6 m

odb. f2

f1

c) nad. f1

f2

f1 f2

f1 f2

Obwody separacji w bezzłączowych obwodach torowych

N 01

~ 5 m

P

~ 5 m

02

P

Bezzłączowy obwód torowy SOT – 1

tor

czujnik osi

magistrala danych

jednostka logiczna

przekaźniki

System zliczania osi

a b

c

d

satelity

Centrum sterowania

Pociąg 1 Pociąg 2

Określenie położenia pociągów z zastosowaniem GPS/GSM

System ATP zastosowany w metrze w Warszawie

W metrze w Warszawie zastosowany jest system SOP-2 (samoczynne ograniczanie prędkości) opracowany przez Politechnikę Łódzką.

System SOP jest systemem ATP realizującym ograniczenia prędkości wynikające z sytuacji ruchowej i warunków torowych w oparciu o schodkowy przebieg prędkości bezpiecznej w funkcji drogi (stopnie prędkości).

Transmisja z toru do pojazdu obywa się za pośrednictwem obwodów przewodowych ułożonych między szynami. Długość obwodu przewodowego, którym przesyła się wartość stopnia prędkości pokrywa się z długością odstępu blokowego, którym na ogół jest jeden obwód torowy.

Parametry transmisji są następujące:

•częstotliwość nośna 36,6 kHz,

•sygnał FSK z dewiacją ± 0,6 kHz,

• szybkość modulacji 1200 bodów.

a

c

b

Dojazd pociągu do zajętego odstępu blokowego

a – obwiednia stopni prędkości na odstępach blokowych przed przeszkodą,b – prawidłowy sposób prowadzenia pociągu przez maszynistę,c – automatyczne zatrzymanie pociągu przez system SOP

Nadajnik Nadajnik Nadajnik

Usytuowanie w torze obwodów przewodowych systemu SOP

a)

b)

kierunek ruchu

85 km/h 85 km/h 76 km/h 58 km/h 35 km/h 0 km/h

85 km/h 85 km/h 76 km/h 58 km/h 35 km/h 0 km/h Peron 58 km/h

76 km/h 58 km/h 35 km/h

35 km/h 35 km/h

85 km/h 76 km/h 58 km/h

58 km/h 85 km/h

c)

d)

85 km/h 85 km/h 76 km/h 58 km/h 58 km/h 85 km/h 85 km/h

peron e)

Sekwencje stopni prędkości w systemie SOP – 2

urządzenia srk

centrum dyspozytorskie

SOP: urządzenia stacjonarne

SOP: urządzenia pojazdowe

SOP: przewodowy obwód transmisyjny SOP: antena

obwody sterowania pociągu

Konfiguracja urządzeń systemu SOP