СЦБ и связь на высокоскоростных линиях ФРГ

А. Ю. ЕФРЕМОВ

В настоящее время в ФРГ ведется строительство двух высокоскоростных линий (ВСЛ): Ганновер — Вюрцбург протяженностью 330 км и Мангейм — Штутгарт протяженностью 100 км. Начало эксплуатации этих линий намечено на 1991 г. На ВСЛ планируется смешанное движение высокоскоростных и обычных, в том числе грузовых поездов.

Ввиду быстрого развития в последние годы устройств железнодорожной автоматики, широкого применения в них микропроцессоров и волоконной оптики проект оснащения высокоскоростных линий средствами СЦБ и связи многократно пересматривали. В частности, решено превратить автоматическую локомотивную сигнализацию непрерывного типа (АЛСН) в основное средство сигнализации и связи, отказаться от большей части путевых светофоров, испытать и при положительном результате внедрить на ВСЛ системы микропроцессорной централизации (МЦ). Изменения в проекте вызваны также новыми техническими требованиями, предъявленными к устройствам СЦБ из-за решения о повышении максимально допустимой скорости движений поездов на перегонах (до 250 км/ч), сквозных главных путях на станциях, при отклонении на боковой путь. Применение вихретоковых тормозов и увеличение динамических нагрузок на рельсы привели к полному отказу от счетчиков осей, максимальному сокращению числа изолирующих стыков, предпочтительному использованию коротких индуктивных шлейфов вместо рельсовых датчиков различных конструкций.



Рассмотрим некоторые средства СЦБ и связи, которыми намечено оборудовать новые линии Государственных железных дорог ФРГ (DB) и высокоскоростной подвижной состав.



Автоматическая локомотивная сигнализация

В системе АЛСН на DB для обмена информацией между стационарным диспетчерским центром и локомотивами применяют уложенный между рельсами индуктивный шлейф. Диспетчерские центры АЛСН, где формируется передаваемая на локомотивы информация, в последние годы оснащают вычислительными системами типа LZB L72 с тремя параллельно работающими ЭВМ серии PDP1I. В настоящее время внедряется локомотивное устройство АЛСН типа LZB80 (см. «АТиС», 1983, № 8), включающее трехканальную микропроцессорную систему с безопасными отказами. LZB80 способно воспринимать информацию, переданную через индуктивный шлейф и радиоканал, а также взаимодействовать с напольными устройствами точечной АЛС.

Первоначально на ВСЛ Ганновер — Вюрцбург и Мангейм — Штутгарт намечали использовать ту же систему сигнализации, что и на участках реконструированных линий DB, где допускается движение поездов со скоростями до 200 км/ч. В этой системе предусмотрены светофорная сигнализация в полном объеме с одновременным отображением на локо- мотивном светофоре показаний напольных светофоров. С появлением обладающего высокой эксплуатационной готовностью устройства LZB80 принято решение отказаться от установки на ВСЛ проходных светофоров автоблокировки, оставив путевые светофоры для ограждения съездов между путями (они устроены через каждые 7—8 км) и на станциях. Лампы этих светофоров выключают при приближении к ним поездов с исправными устройствами АЛСН. Новая система сигнализации допускает движение по показаниям путевых светофоров со скоростью до 160 км/ч, а по показаниям локомотивного светофора — с более высокими скоростями. В первом случае контроль скорости выполняет точечная АЛС типа Indusi.

Деление линий на блок-участки сохранится. Для контроля их свободности намечено использовать бесстыковые кодовые рельсовые цепи переменного тока тональной частоты (4,75..Л6,5 кГц). Передающий и приемный электронные блоки этих рельсовых цепей размещают на постах централизации. На одном блок-участке может находиться один поезд, оборудованный устройством АЛСН. Следование по ВСЛ поезда без устройства АЛСН возможно только при свободности всего участка пути до следующего путевого светофора. Для таких поездов пропускная способность линии резко снижается, что компенсируется экономией капитальных вложений на сумму примерно 30 млн. марок ФРГ за счет отказа от напольных проходных светофоров. Кроме того, полагают, что на ВСЛ доля поездов с устройствами АЛСН будет непрерывно возрастать.

Для приспособления к условиям высокоскоростных линий в существующей на DB системе АЛСН принципиальных изменений не потребуется, но добавится ряд новых функций. К ним относятся: сопряжение участков со светофорной сигнализаций и участков, где АЛСН является основным средством сигнализации и связи; реализация автоматического служебного торможения; формирование в диспетчерском центре и передача на посты централизации команды на выключение ламп путевых светофоров при приближении к ним поездов с устройствами АЛСН.

Система управления поездом 1СЕ

Для движения по ВСЛ со скоростью 250 км/ч создай экспериментальный междугородный электропоезд ICE, система управления которым базируется на широком применении микропроцессоров и волоконной оптики. Эта система разработана фирмой AEG-Telefunken и является универсальной. Она предназначена для электроподвижного состава любого типа.

Система управления поездом ICE построена по модульному принципу и имеет иерархическую структуру. Отдельные подсистемы находятся ' рядом с объектами управления и распределены по всему поезду. Они сопрягаются между собой через буферные запоминающие устройства KS (рис. 1, где LP1, LP2 — процессоры связи; RP — регулирующий процессор; LZBP — процессор предварительной обработки сигналов АЛСН LZB; ЕАР — процессор ввода-вывода; AS — управление тяговым оборудованием; BS — управление тормозным оборудованием; F1 — информирование пассажиров; KZS — традиционные сигналы управления поездом; D — диагностика). Система построена на 8- и 16-разрядных микропроцессорах типов Intel 8085, Intel 8087, Intel 8088. Передача информации ведется по волоконно-оптической линии LL1, которая для повышения надежности дублирована линией LL2. Здесь использованы световоды с градиентной структурой (диаметр сердечника 200 мкм)« Временным уплотнением достигается скорость передачи данных 1,28...5,15 Мбит/с. Оптическими передатчиками и приемниками служат соответственно свето- и фотодиоды. Максимально допустимая дальность передачи без промежуточных усилителей 500 м.



В межвагонных соединениях волоконно-оптический кабель заведен в специальную муфту, где можно разместить до четырех линзовых соединений. Муфта снабжена центрирующими захватными элементами, позволяющими использовать ее не только при ручной, но и при автоматической сцепке вагонов. В линзовом соединении происходит расширение до 5 мм пучка света, поступающего из входящего световода. После прохождения соединения пучок системой линз вновь сужается и вводится в выходящий световод. Таким образом предотвращается чрезмерное затухание светового сигнала из-за загрязнения в линзовом соединении. Предусмотрен также электрический обогрев муфты, исключающий запотевание линз.

Микропроцессорная централизация

Разница в сроках окончания строительства ВСЛ (1987—1991 гг.) позволяет внедрить системы микропроцессорной централизации на участках, которые будут закончены в последнюю очередь. Это станет возможным при положительном результате испытаний МЦ в районе станции Хоккенхайм на линии Мангейм — Штутгарт, которые начнутся в 1987 г. Здесь проверят такое преимущество МЦ перед системами релейной централизации, как расширение радиуса действия (в зону управления поста МЦ на высокоскоростной линии намечено включать стрелки и сигналы на участке протяженностью 40... 50 км), и дополнительные функции, отражающие специфику ВСЛ: взаимодействие с системой АЛСН, управление стрелочными переводами с двумя и более электроприводами.

В районе станции Хоккенхайм будет установлена система МЦ типа EIS производства фирмы Siemens (см. АТиС, 1986, № 5). МЦ предусмотрено внедрить в два этапа. На первом этапе в зону управления войдут напольные устройства на участке протяженностью 12 км, на втором будет охвачен участок от станции Брюлер Вег до станции Крайхталь протяженностью 50 км с одним обгонным пунктом, двумя пунктами ответвления и многочисленными съездами между путями. На самой станции Хоккенхайм, которая является узловой для ВСЛ Мангейм — Штутгарт и линии Мангейм — Карлсруэ, установят систему релейной централизации типа SpDrS 600. На первом этапе она будет обеспечивать безопасность движения поездов и в зоне управления поста МЦ, который также разместят на станции Хоккенхайм.

Структура МЦ показана на рис. 2, где ЕО, ОЕ — преобразователи электрических сигналов в оптические и наоборот. Зона управления разделена на пять районов, каждому из которых выделена районная микроЭВМ BR1—BR5, реализующая центральные зависимости. Для непосредственного управления стрелками и сигналами через устройства согласования Апр служат исполнительные микроЭВМ StRll— StR52 (первая цифра в индексе указывает на принадлежность к районной микроЭВМ). Предварительную обработку команд дежурного по посту МЦ выполняет микроЭВМ ER. Команды вводят с помощью алфавитно-цифровой тастатуры Т, для их визуального контроля установлен черно-белый дисплей КМ. МикроЭВМ ASR управляет отображением поездной ситуации на экранах цветных дисплеев FS и обеспечивает сопряжение с системой АЛСН LZB. Основой всех микроЭВМ является двухканальная микропроцессорная система с безопасными отказами SIMIS. Для микроЭВМ BR1—BR5 выделена одна резервная микроЭВМ RBR, все другие микроЭВМ системы МЦ дублированы.

Обмен информацией между микроЭВМ происходит по волоконно-оптическим линиям, включающим в себя световоды с градиентной структурой (диаметр сердечника 50 мкм, оболочки — 125 мкм, полоса пропускания частот — 600 МГц-км). При использовании светодиодов с длиной волны светового сигнала 1300 нм и с учетом затухания в местах сращивания, оптических штекерах и системного резерва (6 дБ) максимально допустимая удаленность оптического передатчика от оптического приемника составляет примерно 15 км. Она может быть увеличена за счет применения более мощных источников излучения, например полупроводниковых лазеров. Линии передачи данных систем МЦ намечено разместить в волоконно-оптических кабелях дальней связи, которые для повышения надежности дублированы и уложены с разных сторон железнодорожного пути.

Для связи исполнительных микроЭВМ с напольными устройствами служит традиционный кабель с медными жилами, протяженность которого может составлять до 6,5 км. Это позволяет не устанавливать исполнительные микроЭВМ в непосредственной близости от съездов между путями, а управлять светофорами их ограждения и стрелками с обгонных пунктов или пунктов ответвления. На местах размещения исполнительных микроЭВМ предусмотрены пульты местного управления стрелками без включения последних в маршрутные зависимости на посту МЦ.

Диспетчерские центры АЛСН рассчитаны на совместную работу с системами релейной централизации; для взаимодействия с МЦ изменения в них внесены не будут. Посты централизации связаны с диспетчерским центром выделенными линиями, по которым передаются данные о состоянии напольных устройств и свободности пути. Кроме того, предусмотрен канал коллективного пользования для циклического опроса постов централизации и передачи команд на выключение ламп путевых .светофоров. Эти команды обрабатываются в районных и исполнительных микроЭВМ так же, как и команды дежурного по посту МЦ.

На ВСЛ для отклонения поездов на боковой путь со скоростью 200 км/ч будут установлены стрелочные переводы с подвижными сердечниками крестовин и радиусами переводных кривых 7000 м, не позволяющие использовать традиционные стрелочные электроприводы. В этом случае в зонах стрелочных остряков и крестовины предусмотрено разместить несколько компактных переводных устройств, связанных кабелем с общим логическим блоком, где сконцентрированы функции управления и контроля. Логический блок через кабельную линию взаимодействует с аппаратурой поста централизации. Каждое переводное устройство включает в себя невзрезной электропривод с серводвигателем (сила тяги 20 кН), запирающий и контрольный блоки. Для контроля взреза стрелки служат короткие индуктивные шлейфы.

Путевые светофоры, принятые на DB, по условиям габарита не могут быть установлены на ВСЛ; поэтому разработаны светофоры новой конструкции с щитом, уменьшенным по ширине до 640 мм и имеющим прямоугольную форму. Щит является составной частью головки светофора, куда помещены линзовые комплекты всех сигнальных огней. Компоненты совмещенного светофора производства фирмы Siemens показаны на рис. 3, где 1 — дополнительная скоба; 2 — дверца; 3 — рама головки; 4 — несущая скоба; 5 — кронштейн; 6 — дополнительные указатели; 7 — щит основного светофора; 8 — щнт предупредительного светофора.

В конструкции дополнительных указателей также внесены изменения. Вместо указателей, в которых для выдачи сигнального показания использовали 35 ламп накаливания, введены новые унифицированные указатели с одной лампой накаливания и волоконной оптикой. В сигнальных указателях скорости, значения которой остаются постоянными, отказались от установки лампы накаливания. Источником света здесь является, например, лампа зеленого огня основного светофора, от которой к указателю отведен пучок оптических волокон.

Волоконно-оптическая связь

Для нужд дальней связи на ВСЛ намечено использовать магистральные волоконно-оптические кабели и системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией типа РСМ480 (на 480 телефонных каналов). Расчеты показали, что, например, для высокоскоростной линии Мангейм — Штутгарт стоимость волоконно-оптической линии связи, уплотненной системой РСМ480, на 14% ниже, чем коаксиального кабеля с аналоговой высокочастотной системой передачи типа V300 (на 300 телефонных каналов).

Прокладка кабельной линии между Мангеймом и Штутгартом протяженностью 112 км с четырьмя пунктами регенерации начата в 1985 г. Здесь использован волоконно-оптический кабель, включающий в себя многомодовые световоды с градиентной структурой. Такой световод состоит из сердечника диаметром 50 мкм, заключенного в оболочку диаметром 125 мкм с покрытием из синтетического материала диаметром 250 мкм. Покрытие служит для удобства пользования и компенсации поперечных сил, которые могут сместить ось световода и вызвать дополнительное затухание светового сигнала.

Жилу кабеля образует световод, помещенный в пластмассовую трубку диаметром 1,4 мм. Для защиты от проникновения влаги и механической развязки световода и других компонентов кабеля свободное пространство в жиле заполняют желеобразной массой, вязкость которой в диапазоне температур —30... + 70°С меняется незначительно. Восемь жил навиты на опорный элемент из укрепленной стекловолокном пластмассы. Из них только две содержат световоды, остальные служат для придания кабелю необходимых механических свойств. Поверх этой скрутки уложены устойчивые на растяжение стекловолоконные нити, за которыми следует водонепроницаемый слой и пластмассовая кабельная оболочка. Диаметр кабеля 14 мм, масса 110 кг/км, строительная длина 2000 м. Километрическое затухание в световоде при длине волны несущего светового сигнала 1300 нм составляет 1 дБ/км, полоса пропускания частот — 1200 МГц-км. Максимальная длина участка регенерации равна примерно 25 км.

За исключением первого отрезка длиной 13 км кабели прокладывают двумя трассами по разные стороны пути, поскольку их намечают использовать также и для передачи информации в системе МЦ на станции Хоккенхайм. На перегонах и тоннелях волоконно-оптический кабель помещают в желоба вместе с электрическими кабелями, на станциях — в трубы из полихлорвинила. Сращивание световодов в муфтах выполняют термическим способом. Затухание в месте сращивания составляет в среднем 0,2 дБ.

Диспетчерское управление движением поездов

На ВСЛ посты централизации предполагают эксплуатировать, привлекая минимальное число обслуживающего персонала. Например, напольными устройствами на ВСЛ Мангейм — Штутгарт намечено управлять с постов централизации на четырех узловых станциях. Вместе с тем высокоскоростные линии являются составной частью железнодорожной сети DB и имеют многочисленные пункты примыкания к обычным линиям, откуда программой эксплуатации предусмотрены частые заходы поездов на ВСЛ. Поэтому диспетчерское управление движением поездов на высокоскоростных линиях не может быть сосредоточено на постах централизации.

В настоящее время при каждой железнодорожной дирекции DB создаются или уже эксплуатируются центры диспетчерского управления движением поездов (ЦДУ), оборудованные мини- и микроЭВМ, цветными дисплеями, средствами телефонной и радиосвязи для передачи команд дежурным по станциям и машинистам локомотивов (см. АТиС, 1986, № 7). Задачей диспетчеров является организация скрещений поездов, обгонов и т. д. в пределах территории железнодорожной дирекции. Источниками первичной информации для этих центров являются установленные на постах централизации релейные или микропроцессорные устройства индикации номеров поездов. Они объединены двухпроводными линиями коллективного пользования, к которым подключены ЭВМ связи в центре диспетчерского управления.

Ввиду того что ВСЛ проходят через территории нескольких железнодорожных дирекций DB, решено не создавать для них специальных ЦДУ. Линии Мангейм — Штутгарт и Ганновер — Вюрцбург будут условно разделены соответственно на два и три участка, для которых выделят рабочие места диспетчеров в пяти ЦДУ при железнодорожных дирекциях Карлсруэ, Штутгарт, Ганновер, Франкфурт-на-Майне и Нюрнберг. ЦДУ в Штутгарте уже существует, строительство других ЦДУ намечают закончить к началу эксплуатации высокоскоростных линий.

Для совершенствования диспетчерского управления движением поездов рассматривается . возможность передачи средствами АЛСН из ЦДУ непосредственно в систему управления поездом информации об оптимальной с точки зрения потребления энергии скорости.