И.Г. Тильк, директор НПЦ «Промэлектроника» (Екатеринбург)
В.В. Ляной, заместитель директора НПЦ
Ю.Ф. Редров, начальник отдела ОЦВ

Большинство систем обеспечения безопасности движения поездов разрабатывались, проектировались и строились в 1960- 1980-х годах на базе релейно-контактной и дискретной полупроводниковой техники. Вопросы экономии энергоресурсов, снижения трудозатрат при обслуживании оборудования в то время не стояли так остро, как в современных условиях.

В настоящее время релейным и блочным системам железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) присущи такие недостатки, как высокие материалоемкость и уровень эксплуатационных расходов, большие затраты на строительство при изменении маршрутизации, путевого развития и невозможность оперативной реконфигурации при изменении интенсивности движения, отсутствие встроенных средств диагностики, протоколирования и архивирования, интерфейсов с современными каналами связи, делающие дальнейшее внедрение таких систем малоэффективным.

Исключить или радикально снизить энергопотребление и трудозатраты можно, используя новейшие микропроцессорные системы ЖАТ, которые способны работать как средства «горячего резерва» традиционных систем, так и в качестве основных средств обеспечения безопасности движения.

В настоящее время на многих участках дорог, в том числе и на подъездных путях большинства предприятий, из-за неудовлетворительного содержания балласта невозможно обеспечить надежное функционирование рельсовых цепей. Наблюдается так называемая ложная занятость, когда путевое реле обесточено при отсутствии подвижного состава. Дежурный по станции в таких случаях вынужден работать вслепую, разрешая движение поездов по пригласительным сигналам. Попытки отрегулировать рельсовую цепь с ложной занятостью иногда приводят к опасному отказу - «ложной свободности», когда путевое реле участка, занятого поездом, не выключается.

Комплект оборудования системы ЭССО

Можно выделить основные причины, приводящие к проблемам и даже полной невозможности использования рельсовых цепей как элемента контроля свободности-занятости участка пути. Это загрязнение балласта, приводящее к падению его сопротивления ниже допустимого, применение металлических шпал, стяжек и прочих элементов, приводящих к электрическому замыканию рельсовых цепей, экономическая нецелесообразность оборудования рельсовых цепей и их обслуживания на малодеятельных участках.

Эти и ряд других факторов повлекли необходимость создания надежной альтернативы рельсовым цепям, требующей минимальных эксплуатационных затрат. Одна из таких альтернатив - система контроля свободности участков пути методом счета осей (ЭССО), разработанная и выпускаемая НПЦ «Промэлектроника».

Ответственным элементом системы ЭССО является датчик контроля прохода осей подвижного состава (ДПВ-02). Датчики нашли применение не только в системе контроля свободности участков пути, но и в составе ПОНАБ (ДИСК, КТСМ), тензометрических весов, идентификации подвижного состава (САИ «Пальма»), диагностики колесных пар подвижного состава и других систем.

Размещение аппаратуры МПБ

Узлы и блоки ЭССО не требуют технического обслуживания в ремонтно-технологическом участке (РТУ или КИПе), так как система встроенного контроля обнаруживает отказы, не допуская их накопления. Система работает в режиме непрерывного тестирования исправного состояния и обладает более высокой помехозащищенностью. Для повышения производительности труда при проверке системы разработано специальное контрольно-измерительное оборудование.

Экономическая эффективность применения системы ЭССО заключается в снижении стоимости оборудования участков пути затрат на содержание устройств СЦБ и верхнего строения пути, энергопотребления оборудованием ЭССО, простоев подвижного состава и увеличении пропускной способности на участках с электротягой, уменьшении сопротивления в цепи пропуска обратного тягового тока. Для получения дополнительного экономического эффекта необходимо внедрять не отдельные новые устройства и системы ЖАТ, а проводить комплексную модернизацию и обновление систем обеспечения безопасности движения.

С 2004 г. внедрение системы ЭССО на железных дорогах России осуществляется в рамках Программы ресурсосбережения. В прошлом году эти системы поставлялись на Московскую, Октябрьскую, Свердловскую, Южно-Уральскую и Красноярскую дороги. Благодаря корпоративному управлению проектом внедрения систем ЭССО, совместной слаженной работе Департамента автоматики и телемеханики, ОЦВ, а также дорог и НПЦ «Промэлектроника» в 2004 г. все объекты сданы в полном объеме в соответствии с утвержденным графиком.

В 2005 г. партнерские отношения ОЦВ и НПЦ «Промэлектроника» получили дальнейшее развитие. Если раньше внедрение системы по Программе ресурсосбережения осуществлялось только на перегонах, то в 2005 г. данной системой планируется оборудовать станции Свердловской и Южно-Уральской дорог. Работы предстоит выполнить на восьми дорогах.

НПЦ «Промэлектроника» имеет федеральные лицензии на право выполнения проектно-изыскательских, строительно-монтажных и пусконаладочных работ и продолжает развивать технологии внедрения «под ключ» и дальнейшего сопровождения систем. На базе предприятия организован проектно-изыскательский отдел, получено разрешение на проектирование для ОАО «РЖД». Одновременно в ЗАО «ОЦВ» и НПЦ «Промэлектроника» были сформированы отделы внедрения, отвечающие за планирование, организацию, выполнение и сдачу заказчику работ по строительству и монтажу систем ЭССО.

Регулярно, два раза в год, проводятся курсы повышения квалификации, на которых 200 - 300 человек получают навыки эксплуатации и обслуживания ЭССО. Для проведения пусконаладочных работ, выполнения гарантийного и послегарантийного ремонта, модернизации оборудования и обучения обслуживающего персонала работе с системами ЭССО создано и укомплектовано еще одно подразделение - сервис-центр.

В связи с большим объемом работ и для более оперативного взаимодействия с предприятиями дорог ЗАО «ОЦВ» совместно с НПЦ «Промэлектроника» планируют развернуть работу по организации послегарантийного обслуживания систем ЭССО в существующих на дорогах сервисных центрах, созданных при Дорожных центрах внедрения. Учитывая специфику наладки и ремонта этого оборудования, возможна организация сети региональных сервисных центров. Так, уже сформирован Северо-Западный сервисный центр в Санкт-Петербурге.

Начаты и в ближайшее время будут завершены широкомасштабные работы по созданию многоуровневой интегрированной корпоративной системы управления качеством, охватывающей все бизнес-процессы, каждую технологическую цепочку сотрудничества ЗАО «ОЦВ» и НПЦ «Промэлектроника». Сейчас пакет научно-исследовательских и производственных программ НПЦ «Промэлектроника» насчитывает свыше 20 систем и устройств.

В числе наиболее распространенных систем серийного производства хорошо зарекомендовавшая себя за годы эксплуатации ЭССО микропроцессорная система, обеспечивающая автоматический контроль свободности (занятости) участков пути любой сложности и конфигурации (с любым числом ответвлений).

Система работает при любом, вплоть до нулевого, сопротивлении балласта, в том числе на участках с металлическими шпалами и стяжками, на цельнометаллических мостах. Она контролирует свободность перегонов, участков приближения к переездам, блок-участков при автоматической блокировке, стрелочных секций и приемоотправочных путей на станциях, стрелочных и бесстрелочных участков в системах горочной автоматической централизации. Система обеспечивает увязку со всеми действующими системами автоматики. ЭССО применяется как на участках с автономной тягой, так и с электротягой любого рода тока.

Система позволяет не только обеспечить безопасность движения, но и с минимальными затратами существенно увеличить пропускную способность (за счет повышения надежности работы оборудования) перегонов, исключить дорогостоящую аппаратуру рельсовых цепей, снизить сопротивление в цепи пропуска обратного тягового тока, энергопотребление устройств безопасности, затраты на обслуживание и другие эксплуатационные расходы.

Система ЭССО разработана с учетом всех требований безопасности движения: отказ или сбой в работе любого узла приводит к выключению путевого реле данного контролируемого участка и появлению индикации о неисправности. Система адаптирована к отечественным условиям эксплуатации, защищена от опасных отказов при неисправностях узлов и модулей, высоком уровне электромагнитных помех, устойчива к качеству линий связи и квалификации обслуживающего персонала и относится к классу малообслуживаемых. Характеризуется блочно-модульной конструкцией, обеспечивающей высокую технологичность обслуживания и ремонтопригодность, и отсутствием каких-либо регулировок при установке и замене блоков.

Узлы системы устойчивы к агрессивным химическим и биологическим воздействиям, тяжелым условиям эксплуатации (диапазон рабочих температур напольного оборудования от -60 до +85°С).

В состав системы ЭССО входят напольные и постовые устройства. Напольные устройства (счетные пункты), предназначенные для подсчета числа прошедших осей, состоят из реверсивных рельсовых датчиков (РД) индукционного типа с комплектом креплений на подошвы рельсов, напольных электронных модулей (НЭМ). РД и НЭМ образуют счетный пункт (СП), разграничивающий подобно изолированному стыку смежные участки пути. Напольные устройства не требуют подведения электропитания к местам установки.

Постовые устройства анализируют информацию о числе прошедших осей и принимают решение о свободности или занятости участков пути. Они состоят из кассеты приемников, платы постовых устройств (ППУ или «приемники»), источника питания и коммуникационных устройств. В качестве исполнительного элемента контроля занятости используются нейтральные или комбинированные реле I класса надежности (АНМШ, АНВШ, ПЛ3У).

НЭМ совместно с РД производит фиксацию фактов прохода колесных пар и их подсчет. Информация о числе прошедших осей посредством линии передается на центральный пункт, где принимается ППУ, которые обрабатывают информацию, полученную от двух, трех или четырех СП и принимают решение о состоянии контролируемого участка. Под контролируемым участком понимается участок пути, огражденный СП со всех концов.

Система ЭССО сертифицирована на соответствие требованиям стандартов безопасности и электромагнитной совместимости.

Безопасность системы обеспечивают: помехозащищенное кодирование информации; непрерывный автоматический контроль исправности узлов, линий связи между постовыми и напольными устройствами, положения РД относительно рельса, отсутствия ферромагнитных тел на рабочей поверхности РД; индикацию всех видов неисправностей ЭССО на посту централизации.

Также имеются модификации ЭССО для отметки прохождения осей в системах обнаружения перегрева букс, позиционирования осей вагонов на весоизмерительных пунктах, измерения скорости и ускорения поездов. При всем разнообразии вариантов применения системы используются одни и те же универсальные базовые узлы.

На базе хорошо зарекомендовавших себя технических решений системы ЭССО создан целый ряд систем и устройств автоматики. Для замены релейной полуавтоматической блокировки (РПБ) на малодеятельных участках служит микропроцессорная путевая блокировка (МПБ). Ее внедрение обеспечивает автоматический контроль свободности перегона. МПБ является функциональным аналогом РПБ или автоблокировки (АБ) без промежуточных сигнальных точек, в зависимости от наличия контроля свободности перегона. Цель создания путевой блокировки - перевод релейных систем РПБ на микропроцессорную элементную базу с сохранением правил управления устройствами СЦБ и действий дежурного по станции при обеспечении требуемой степени безопасности и безотказности, а также возможность оборудования малодеятельных участков диспетчерской централизацией (ДЦ).

Путевая блокировка состоит из двух одинаковых полукомплектов, размещаемых на прилегающих к перегону станциях. Каждый полукомплект включает в себя базовый блок контроллера (ББК) СЦБ с программой, реализующей логику полуавтоматической блокировки с сохранением зависимостей для осуществления передвижений по перегону и схемы увязки существующей централизации с контроллером. Информация о поездной ситуации на перегоне поступает от системы контроля свободности участков пути методом счета осей. Аппаратура ЭССО устанавливается на одной из прилегающих к перегону станций.

Внутренней схемой контроллера реализован безопасный ввод и вывод дискретного состояния объектов контроля и управления. Передача и прием блок-сигналов и информации от напольных электрических модулей осуществляются с уплотнением по безопасному протоколу. Для связи контроллеров между собой могут быть использованы: физическая линия СЦБ, магистральная и волоконно-оптическая линии связи (ВОЛС) или радиоканал. Длина физической линейной цепи без применения каналообразующей аппаратуры может составлять до 20 км для воздушных и кабельных линий СЦБ или до 30 км для магистральных кабелей связи (МКС).

При использовании каналообразующей аппаратуры максимальная длина перегона будет определяться характеристиками канала. В случае отсутствия физической линии между станциями для передачи информации может быть использован радиоканал. Безопасность обеспечивается программными и аппаратными средствами на основе самодиагностики, кодирования информации и применения самопроверяемых схем.

При внедрении МПБ достигается сокращение затрат на капитальное строительство, монтаж и обслуживание постовых устройств, сокращение расхода реле с 60 до 4 на один перегон. Применение радиоканала позволяет исключить физическую линию, тем самым снизить эксплуатационные расходы и потери от хищений медесодержащих материалов.

Использование для контроля свободности перегона системы ЭССО позволяет обеспечить безопасность движения поездов, контролировать перегон с любым, вплоть до нулевого, сопротивлением балласта, сократить расход кабеля и радикально снизить эксплуатационные расходы, требующиеся для рельсовых цепей. Появляется возможность оборудования малодеятельных участков ДЦ и упрощение стыковки с ДЦ, особенно с микропроцессорными ДЦ нового поколения. Повышаются надежность, безопасность, удобство эксплуатации за счет средств встроенной диагностики и удаленного мониторинга.

На участках с интенсивным движением может применяться в различных вариантах включения трех-четырехзначная автоблокировка СИР-ЭССО. Особенностями является использование только одной пары кабеля СЦБ вдоль перегона с резервированием канала передачи информации и реализация как традиционного способа кодирования, так и кодирования по радиоканалу.

К достоинствам можно отнести: устойчивую работу при любом сопротивлении балласта; возможность создания блок-участков длиной более 2600 м; сокращение расхода кабеля на оборудование перегонов; наличие на станции информации диспетчерского контроля о состоянии сигнальных точек перегона; простоту стыковки с традиционными системами АЛС и с использующими радиоканал для передачи информации на локомотив; снижение затрат на ремонт и обслуживание аппаратуры СИР-ЭССО, а также на содержание верхнего строения пути.

СИР-ЭССО выполняет функции контроля свободности (занятости) блок-участков перегона, управления огнями проходных и предупредительных сигналов на перегоне, увязки со станционными устройствами по приему и отправлению поездов, а также с устройствами ограждения железнодорожных переездов, передачу информации о состоянии впередилежащих блок - участков на локомотив, функции диспетчерского контроля состояния элементов сигнальной точки с передачей этой информации на станцию.

Автоблокировка на основе СИР-ЭССО построена как система с децентрализованным размещением аппаратуры и центральным управлением и содержит аппаратуру сигнальной точки и станционную. Аппаратура сигнальной точки включает в себя рельсовый бесконтактный реверсивный датчик (РД) прохода колесных пар, кассету аппаратуры сигнальной точки (АСТ), модули счетчика осей (МСО), питания (МП), управления связью и блокировок (МУС-Б), схемы управления огнями светофора, передачи информации о состоянии впередилежащих блок-участков на локомотив (САЛСН), подключенную к радиомодему или в рельсовую линию (РЛ).

Рельсовые датчики определяют подобно изолирующим стыкам границы блок-участков, контролируемых СИР-ЭССО, и являются общим элементом двух смежных контролируемых блок-участков. РД совместно с МСО образуют счетный пункт сигнальной точки (СПСТ).

Станционная аппаратура включает в себя кассету блока приемопередатчиков центрального поста (БПП), модули управления связью и блокировок (МУС-Б), питания (МП), блоки приемников системы ЭССО, статив путевых и контрольных реле. Блок приемников ЭССО анализирует поступающую с МСО сигнальных точек информацию о числе проследовавших осей и принимает решение о свободности или занятости ограниченных рельсовыми датчиками блок - участков.

Блок приемников ЭССО и блок приемопередатчиков центрального поста (БПП) имеют возможность подключения к компьютеру для повышения качества диагностики узлов СИР-ЭССО методом анализа числа и характера ошибок, хранения в памяти компьютера оперативной информации о числе осей подвижного состава, стоящего на блок-участках, с целью вывода на контрольно-информационную систему, формирования архивов данных за определенный промежуток времени.

Станционные системы представлены микропроцессорной централизацией стрелок и сигналов МПЦ-И, выполненной преимущественно на отечественной элементной базе, работающей с традиционными напольными устройствами и кабельными сетями СЦБ, отличающейся невысокой стоимостью и представляющей открытую для реконфигурации силами заказчика систему.

МПЦ-И является функциональным аналогом блочно-релейной электрической централизации (ЭЦ), предназначенным для проектирования новых и реконструкции действующих ЭЦ. Цель создания МПЦ-И - перевод релейных систем ЭЦ на микропроцессорную элементную базу с сохранением правил управления устройствами СЦБ и действий дежурного по станции при обеспечении требуемой степени безопасности и безотказности. Дополнительно приобретаются новые функции ЭЦ в качестве нижнего уровня автоматизированной системы управления технологическим процессом, таким как протоколирование, архивирование, формирование баз данных; возможности вывода на дисплей дополнительной информации; увязки ЭЦ с АСУ верхнего уровня и т.п.

Структура МПЦ-И, включающая программные и аппаратные средства, построена по многоуровневой схеме. Различные уровни МПЦ-И включают в себя управляющий контроллер централизации (УКЦ) с программой логики центральных зависимостей, автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ ДСП), электромеханика (АРМ ШНЦ), пульт резервного управления, аппаратуру контроля свободности-занятости участков пути, схемы управления стрелками, светофорами.

Все центральные зависимости логики централизации реализуют УКЦ, параллельно выполняющие программы на основе операционной системы реального времени с проверкой исполнения команд по схеме «И», оснащенные средствами внутренней диагностики. Управление объектами производится посредством устройств сопряжения с объектами через включенные последовательно одноименные выходы контроллеров. Открытая структура контроллеров позволяет наращивать и модернизировать МПЦ-И при возникновении такой необходимости.

Непосредственное управление стрелками, светофорами и контроль положений стрелок осуществляются стандартными релейными схемами на основе реле I-класса надежности. Релейные схемы не выполняют логических функций, а используются только как элементы коммутации с целью удешевления системы при заданном уровне безопасности. МПЦ-И оснащается резервируемым АРМ ДСП.

Информация о поездной ситуации в пределах станции и с прилегающих перегонов поступает от системы контроля свободности участков пути методом счета осей (например, ЭССО) либо от традиционных рельсовых цепей. Структура МПЦ-И позволяет осуществлять увязки с существующими устройствами ПАБ, АБ, а также с современными системами интервального регулирования, например СИР-ЭССО и МПБ. Разработка логики программы УКЦ и ее ввод в УКЦ обеспечивается программными продуктами, реализующими стандарт МЭК 1131.

Постовая аппаратура рельсовых цепей, УКЦ, стрелочно-путевые блоки и реле свободного монтажа монтируются в шкафах либо на стандартных релейных стативах (СРКМ-75, СУР), размещенных в релейных помещениях. На рабочем месте дежурного по станции устанавливается АРМ ДСП. Электропитание УКЦ осуществляется от резервированного источника переменного тока напряжением 220В через источник бесперебойного питания.

С увеличением размеров станций возможно размещение в горловинах дополнительных контроллеров, аналогичных по архитектуре и логике работы центральному УКЦ. Для электропитания микроэлектронных устройств МПЦ-И, а также стрелок и светофоров применяется система гарантированного питания СГП-МС.

В МПЦ-И реализован режим резервного управления для индивидуального управления стрелками с проверкой свободности стрелочных секций, пригласительными сигналами, АПС, а также для контроля свободности приемо-отправочных путей и бесстрелочных участков при неисправностях УКЦ или АРМа дежурного по станции. Режим резервного управления осуществляется с пульта прямопроводного управления поворотом специального ключа, блокирующего управление с АРМа ДСП.

Логика централизации, заложенная в УКЦ, реализует общие принципы управления технологическим процессом перевозок в различных режимах работы МПЦ-И («Маршрутное управление», «Раздельное управление», «Резервное управление») так же, как и в традиционных системах ЭЦ согласно ПТЭ. Основные отличия в действиях оперативного персонала заключаются в способах воздействия на объекты управления и методах восприятия контрольной информации.

Восприятие контрольной информации осуществляется по состояниям условно-графических изображений на схематическом плане станции согласно ОСТ 32.111-98. Благодаря внедрению МПЦ-И достигается: сокращение затрат на капитальное строительство, монтаж и обслуживание постовых устройств ЭЦ, уменьшение расхода реле на одну централизованную стрелку с 80-90 до 6-8, добавление новых функций ЭЦ при включении АРМ ДСП в АСУ предприятия, упрощение стыковки с ДЦ, особенно с микропроцессорными ДЦ нового поколения.

НПЦ «Промэлектроника» успешно ведутся работы по созданию микропроцессорных систем автоматической переездной сигнализации и автоматического блок-поста с использованием унифицированной платформы, разработанной в ходе создания СИР-ЭССО и МПБ. Реализация этих программ позволит резко снизить расходы на эксплуатацию перегонных СЖАТ за счет их упрощения и миниатюризации, оснащения встроенными системами диагностики и удаленного мониторинга.

Для обеспечения режима АЛС без применения рельсовых цепей и шлейфов разработана и готовится к испытаниям АЛСР - система автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа с использованием радиоканала. АЛСР может использоваться как на перегонах, так и на станциях, стыкуется с аппаратурой ЕКС, КЛУБ, САУТ. Одной из составных частей АЛСР является универсальный цифровой радиоканал УЦРК - аппаратно-программный комплекс для объединения стационарных и мобильных объектов сетью высокоскоростной цифровой связи. Параллельно освоению новых технологий и областей применения микропроцессорных систем ЖАТ ведется разработка принципиально новых модификаций уже существующих систем, например ЭССО и МПЦ-И.

Таким образом, тесное сотрудничество ЗАО «ОЦВ» и НПЦ «Промэлектроника» показывает большие перспективы по реализации инвестиционных программ ОАО «РЖД» с целью комплексной модернизации и обновления систем обеспечения безопасности движения на сети.