Канд. техн. наук К. М. МАХМУТОВ
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ НА МЕТРОПОЛИТЕНАХ
Тр. ВНИИЖТ, 1983, вып. 670, с. 24-28.
Рассмотрены устройства автоматики, телемеханики и связи, обеспечивающие интервальное регулирование движения поездов и его безопасность. Дан анализ работы системы АЛС и АРС и комплексной автоматизированной системы управления движением поездов. Предложены конкретные рекомендации по совершенствованию этих систем, а также устройств СЦБ и связи.
С каждым годом возрастают объем и удельный вес перевозок, выполняемых метрополитенами, по сравнению с другими видами городского транспорта. За годы десятой пятилетки построено и введено в эксплуатацию 74,7 км линий. В одиннадцатой пятилетке предусматривается ввести в эксплуатацию более 112 км новых линий.
Для обеспечения непрерывного перевозочного процесса метрополитены оснащены сложным комплексом инженерно-технических устройств. Важное место в этом комплексе принадлежит устройствам автоматики, телемеханики и связи, обеспечивающим интервальное регулирование движения и его безопасность. Эксплуатационно-технические характеристики систем интервального регулирования являются одним из основных факторов, определяющих пропускную и провозную способность линий метрополитенов.
Для регулирования движения на перегонах и станциях без путевого развития применяется система автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) частотного типа с автоматическим регулированием скорости (АРС). Система разработана ВНИИЖТом, Московским метрополитеном и КБ Главного управления сигнализации и связи МПС.
При этой системе в рельсовые цепи, работающие на токе промышленной частоты, дополнительно подключаются от генератора одна из частот: 75; 125; 175; 225 и 275 Гц в зависимости от количества свободных для движения блок-участков. Каждому значению сигнальной частоты соответствует определенная ступень допускаемой скорости движения. Нижнему значению сигнальной частоты соответствует максимальная скорость, установленная на метрополитене.
Поездные устройства расшифровывают кодовые сигналы, принятые с пути, непрерывно измеряют фактическую скорость поезда и сравнивают ее с информацией о допускаемой скорости движения. В случае превышения фактической скорости движения происходит автоматическое торможение поезда до его полной остановки или приведения фактической скорости в соответствие с допускаемой. Для осуществления надежного торможения поездными устройствами предусмотрен контроль эффективности торможения с трехступенчатым замещением тормозных средств поезда.
Пропускная способность метрополитена определяется объемами пассажирских перевозок критического участка линии (станции), поскольку интервал между поездами на станции увеличивается в связи с остановкой поездов для посадки и высадки пассажиров. С целью сокращения межпоездного интервала блок-участки на подходе к станции рассчитывают на максимально-допустимое сближение поездов за счет ступенчатого регулирования скорости.
Кроме того, в пределах станционной платформы на пути выделяются специальные участки для контроля скорости разгона поезда при уходе со станции. Если поезд отправляется со станции, набирая установленную скорость, кодирование блок-участков на подходе к станции частотой, разрешающей движение, начинает осуществляться при неполном освобождении уходящим поездом части тормозного пути.
Станции, имеющие путевое развитие, оборудуют маршрутно-релейной централизацией с диспетчерским управлением стрелками и сигналами. В случае необходимости управление станционными объектами может осуществляться с местного пульта, установленного на станции.
Для контроля состояния управляемых и контролируемых объектов, а также участков пути перегонов диспетчерская централизация дополняется устройствами диспетчерского контроля. Кроме того, на протяжении линии на определенных контрольных пунктах — станциях — на табло диспетчера высвечивается номер проследовавшего поезда.
Для сокращения времени приготовления маршрутов предусматриваются автоматические режимы установки маршрутов, в том числе для оборота поездов по тупиковым путям. При переключении перегонных светофоров полуавтоматического действия на автоматический режим работы на такой же режим переключаются и их пригласительные сигналы. Применение системы АЛС с АРС в совокупности с другими техническими средствами позволяет получить расчетный межпоездной интервал 75 с, что составляет 48 поездов в 1 ч.
Для обеспечения высокой интенсивности движения на метрополитене разработана и создана комплексная автоматизированная система управления движением поездов. Автоматизированная система осуществляет централизованное автоматическое управление движением всех поездов, обращающихся на линии. Она позволяет повысить точность выполнения графика движения поездов, освободить машиниста от выполнения однообразных, часто повторяющихся операций по управлению поездом, реализовать наиболее рациональный режим движения.
Автоматизированная система управления движением поездов состоит из двух подсистем: безопасности движения (устройств автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости) и автоматического управления поездом.
Устройства автоматического управления предусматривают автоматизацию всех функций управления поездом, которые при ручном управлении выполняют машинист и его помощник. Централизованное управление поездами осуществляется с помощью комплекса устройств: центрального поста управления, станционных, путевых и поездных устройств.
Центральный пост управления содержит управляющий вычислительный комплекс, который в соответствии с заданной программой передает в станционные устройства всю необходимую информацию для управления поездами на линии. Станционные устройства на основе информации формируют и передают на поездные устройства соответствующие команды по управлению поездом. Путевые устройства состоят из специальных датчиков тормозной программы и шлейфа. Они расположены на перегонах, станциях, в оборотных тупиках и обеспечивают передачу команд от станционных устройств к поездной аппаратуре и наоборот.
Автоматизация управления движением поездов с применением АРС позволила сократить численность локомотивной бригады с двух человек до одного. За машинистом сохраняются функции контроля за работой технических средств и право вмешиваться в процесс управления при возникновении непредвиденных ситуаций. Для обеспечения высокого уровня безопасности движения аппаратура АРС дополнена устройством, исключающим возможность скатывания поезда. Без этого устройства поезд, остановленный у запрещающего сигнала, при потере машинистом работоспособности мог бы самопроизвольно скатываться под уклон назад после смены сигнала АРС на сигнал, при котором разрешается движение.
Бесперебойность движения поездов повышается благодаря применению на подвижном составе специальной схемы резервного управления. Устройства автоматического управления движением поездов и авторегулирования скорости внедрены на линиях Ленинградского, Харьковского, Ташкентского метрополитенов, Ждановско-Краснопресненской и Калининской линиях Московского метрополитена общей протяженностью 174 км.
Все линии метрополитенов оборудуются поездной радиосвязью с использованием промышленных радиостанций ЖР-ЗМ, которая позволяет поездному диспетчеру оперативно вызвать машиниста поезда. Посредством избирательной диспетчерской связи, имеющей аппаратуру с тональным вызовом, поездной диспетчер связывается со станциями, постами электрической централизации, депо и пунктами технического осмотра (НТО) электроподвижного состава. Для оперативной связи с поездным диспетчером из тоннеля применена тоннельная технологическая связь с установкой телефонных аппаратов вдоль линии через каждые 150—200 м. Станции оборудуются устройствами громкоговорящего оповещения и другими видами местной связи.
Четкому выполнению графика движения поездов способствует система единого времени. На торцовой стене всех станций по ходу движения установлены электрические часы с пятисекундным отсчетом времени и счетчиками времени межпоездного интервала с секундным или пятисекундным отсчетом времени. Точность единого времени обеспечивается электрочасовой центральной станцией, которая формирует и посылает на станционные устройства секундные, пятисекундные и минутные импульсы. Часы, установленные на центральных часовых станциях, в течение суток периодически проверяют по сигналам точного времени и при необходимости корректируют.
Специалисты метрополитенов в творческом содружестве с учеными ВНИИЖТа, МИИТа и ЛИИЖТа с участием проектных и специализированных организаций постоянно совершенствуют устройства автоматики, телемеханики и связи, создают новые системы интервального регулирования, удовлетворяющие возросшим эксплуатационным требованиям, с целью повышения эффективности и надежности работы метрополитенов. Создана усовершенствованная система АРС, выполненная работниками Московского и Харьковского метрополитенов совместно со специалистами ВНИИЖТа. При этом возросла помехозащищенность системы, расширилась ее функциональная способность, повышающая безопасность движения при возникновении непредвиденных ситуаций.
Эти усовершенствования позволили на Харьковском метрополитене в 1979 г. выключить светофоры автоблокировки и перейти на регулирование движения по сигналам АЛС. Опыт, накопленный на Харьковском метрополитене, дает возможность использовать систему АРС в качестве основного средства сигнализации и связи при движении поездов без проходных светофоров автоблокировки.
В настоящее время проводится модернизация путевых и поездных устройств АРС на Ташкентском, Киевском и Тбилисском метрополитенах с целью перехода на регулирование движения по сигналам АЛС.
Московский метрополитен совместно с МИИТом создал систему интервального регулирования движения с централизованным размещением аппаратуры на станциях. Перенос аппаратуры из тоннеля, имеющего стесненные габариты, и размещение ее на станциях имеют большое практическое значение и позволяют решить ряд технических, экономических и социальных задач. Сосредоточение всей перегонной аппаратуры в релейном помещении на стативах улучшает условия обслуживания устройств, повышает оперативность при устранении возникающих неисправностей. Создается качественно новая прогрессивная технология эксплуатационного содержания устройств с применением телеизмерения, телесигнализации, диагностики состояния оборудования, режимов работы рельсовых цепей, светофоров. Сокращаются до минимума работы, проводимые непосредственно в тоннеле.
Применение устройств с централизованным размещением аппаратуры позволяет широко использовать индустриальные методы строительства и монтажа, уменьшить применение металлоемкого оборудования и конструкций, кабелей и проводов, сократить сроки выполнения монтажных работ. Централизованное размещение аппаратуры предусматривается в проектах строительства новых метрополитенов, а также при реконструкции устройств на действующих линиях.
На метрополитенах совершенствуется система единого времени. Специалистами Московского метрополитена совместно с Центральным конструкторским бюро информационной техники для всех эксплуатируемых в настоящее время станций разработаны электрические часы, а также счётчики межпоездного интервала времени на полупроводниковых элементах с цифровой индикацией. Создано второе поколение электрических часов с применением современной элементной базы — интегральных микросхем и индикаторных ламп ИН-28. Эти усовершенствования повысили надежность и долговечность электрических часов.
Ленинградским метрополитеном совместно с Ленинградским опытным заводом электронных приборов времени «Хронотрон» и институтом Метрогипротранс разработана центральная электрическая часовая станция с применением современной полупроводниковой элементной базы. Применены кварцевые часы 1-го класса точности (ПЧК-1), которые корректируются автоматически по радиосигналам точного времени. Новыми электрическими часовыми станциями оборудованы Харьковский, Ташкентский, Бакинский и Ереванский метрополитены.
Вместе с тем постоянно растущая потребность населения в перевозках обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования всех технических средств метрополитена, участвующих в перевозочном процессе, и прежде всего устройств интервального регулирования движения с применением современных систем автоматики. Одним из направлений дальнейшего развития средств автоматики для увеличения пропускной способности линий является совершенствование рельсовых цепей.
Для метрополитенов характерно применение сравнительно коротких рельсовых цепей (длиной от 37,5 до 100 м), работающих в специфических условиях. Рельсовая линия представляет собой достаточно уплотненный канал связи, по которому передаются сигнальный ток в широком диапазоне частот, обратный тяговый ток, содержащий гармонические и импульсные помехи и имеющий большую величину.
В устройствах рельсовых цепей применяется много материалоемких дроссель-трансформаторов, кабелей и проводов, аппаратуры и оборудования, устойчивая работа которых подвержена влиянию даже незначительных колебаний параметров рельсовой линии. Кроме того, по условиям пропускной способности, на 1 км пути приходится по 15 рельсовых цепей, что осложняет реконструкцию устройств в действующем тоннеле, снижает прочность пути, не позволяет укладывать сварные плети большой длины, ускоряет износ подвижного состава, увеличивает расход электроэнергии за счет падения напряжения в изолирующих стыках, способствует образованию блуждающих токов. Для метрополитенов наиболее перспективны бесстыковые рельсовые цепи.
Разработка и применение бесстыковых рельсовых цепей открывает возможность для создания качественно новых систем интервального регулирования по сигналам АЛС без путевых светофоров с централизованным размещением аппаратуры на станциях. При этом создаются условия для построения системы интервального регулирования с рельсовыми цепями без путевых приемников, с контролем свободности зоны сближения с препятствием по приемнику на локомотиве.
Следует отметить, что определенный опыт по созданию рельсовых цепей без изолирующих стыков уже имеется. На перегоне Октябрьская-Добрынинская Кольцевой линии Московского метрополитена оборудован опытный участок с бесстыковыми рельсовыми цепями. Проведена проверка функционирования схем и аппаратуры в реальных условиях действующего метрополитена. Полученные результаты дают основание для предварительного вывода о возможности применения бесстыковых рельсовых цепей на метрополитене. Для завершения испытаний бесстыковых рельсовых цепей во всех режимах работы с учетом их взаимного влияния в условиях метрополитена требуется увеличить протяженность опытных участков и дооборудовать их необходимой аппаратурой. Эта работа должна быть проведена в 1983 г. на линиях Московского и Харьковского метрополитенов.
Требуется провести исследования и по существующим рельсовым цепям с фазочувствительным путевым приемником с целью решения задачи увеличения дальности переноса питающей и приемной аппаратуры от рельсовой линии для централизованного ее размещения при реконструкции устройств на действующих линиях.
Дальнейшим развитием автоматики является совершенствование комплексной системы автоматизированного управления движением поездов. Оно приобретает особую актуальность в связи с использованием системы АРС как основного средства сигнализации и связи при движении поездов.
При модернизации системы должны быть предусмотрены расширение ее информативной возможности, повышение помехозащищенности, увеличение ступеней контролируемой скорости, а также возможность передачи на локомотив дополнительной информации о предстоящем изменении режима движения на следующем блок-участке. В подсистеме автоведения требуется совершенствование алгоритмов автоматизированного управления для обеспечения графика с использованием наиболее рационального режима движения. В конструкциях аппаратуры должно предусматриваться применение современной элементной базы на микросхемах.
Требуют совершенствования и методы проектирования устройств автоматики и связи с учетом широкого применения типовых решений по использованию оборудования, конструкций, средств резервирования, контроля и диагностики.