|
Klasyfikację urządzeń
przekazywania w SRK można przeprowadzać w sposób bardzo różnorodny.
Najwyraźniejsze jest szeregowanie według:
- zakresu wykorzystania informacji w pojeździe,
- według sposobu przekazywania informacji.
1. Podział według zakresu wykorzystywania informacji w pojeździe
Mając na uwadze podział
urządzeń według zakresu funkcji spełnianych przez nie dla usprawnienia
lub automatyzacji czynności sterowniczych można przeprowadzić podział
według schematu przedstawionego na rys.2.
A. Do pierwszej grupy zaliczamy urządzenia sygnalizacji kabinowej SK.
Urządzenia
te wykorzystywane są wyłącznie do poprawy warunków pracy maszynisty
ułatwiając mu odbiór informacji, dotyczących wskazań sygnalizatorów
przez przeniesienie wskazań z sygnalizatora ustawionego przy torze na
sygnalizator kabinowy. Urządzenia te stosowane są niezmiernie rzadko.
B. Samoczynne hamowanie ( SH ).
Najczęściej
sygnalizacja kabinowa SK jest uzupełniana urządzeniami samoczynnego
hamowania, włączanego przy braku zdeklarowania przez maszynistę
czujności, przy zbliżaniu się do sygnalizatora nakazującego
zatrzymanie. Mamy wtedy do czynienia z drugą grupą urządzeń, oznaczoną
symbolem SKH.
Rys.2. Podział urządzeń przekazywania ze względu na sposoby wykorzystania informacji przekazywanych do lokomotywy.
Układy
przytorowe zbierają informację o stanach systemów srk np. o wskazaniu
semafora, ograniczenie prędkości, spadek, wzniesienie, tunel itp. i są
przekazywane poprzez nadajnik do urządzeń automatyki lokomotywy. Układ
kontrolny K włącza się co 60 sekund i załącza światło migające. Po
wciśnięciu przycisku przez maszynistę urządzenia czuwania przechodzą w
stan oczekiwania. Cykl ten powtarza się co 60 sekund. Jeżeli przycisk
czuwania nie zostanie obsłużony to po ok. 6 sek. włącza się buczek
(syrena) i jeżeli przycisk czuwania nie zostanie obsłużony to po 3
sekundach jest włączany układ hamowania nagłego lub służbowego.
Wszystkie
czynności maszynisty są rejestrowane. Przykładem wykorzystania
elektromagnetycznego systemu samoczynnego hamowania pociągów (SHP) jest
Centralna Magistrala Kolejowa (CMK). W systemie tym zastosowano
rezonator typu ELM 1002 z mocowaniem do podkładu. System SHP polega na
punktowym oddziaływaniu na urządzenia sterowania podkładowego
lokomotywy i zmusza maszynistę do reakcji przy zbliżaniu się do
semafora. SHP spełnia więc rolę "budzika pozycyjnego", który wyłącza
maszynista.
C. Kontrola prędkości ( KP ).
Jeżeli
maszynista deklaruje czujność, a nie zmniejsza prędkości, możliwe jest
przy urządzeniach SKH przejechanie z maksymalna prędkością obok
sygnalizatora nakazującego zatrzymanie. Niebezpieczeństwo to eliminują
urządzenia trzeciej grupy, to znaczy urządzenia sygnalizacji kabinowej
, samoczynnego hamowania i kontroli prędkości SKHK. W wyższym stopniu
nadzoru trybu jazdy pociągu jest system kontroli prędkości, w którym
jest porównywana tzw. prędkość bezpieczna z prędkością pojazdu. Jeżeli
prędkość rzeczywista przekracza prędkość bezpieczną (dopuszczalną)
następuje nagłe lub służbowe hamowanie.
Oprócz
funkcji spełnianych przez drugą grupę, urządzenia te warunkują
wyzwolenie samoczynnego hamowania w przypadku, gdy maszynista nie
zmniejsza prędkości, zgodnie z przewidzianym programem. Schemat blokowy
układów pojazdowych występujących w tej grupie urządzeń ilustruje
rys.3. Układy torowe pokazano symbolicznie za pomocą nadajnika N.
Rys.3.
Schemat blokowy urządzeń sygnalizacji kabinowej, samoczynnego hamowania
i kontroli prędkości: N – nadajnik torowy O – odbiornik informacji w
lokomotywie D – dekoder SK – sygnalizator kabinowy K – układ kontroli
czuwania maszynisty i kontroli prędkości V – szybkościomierz H – układ
hamulcowy R – układ rozruchowy M - maszynista
D. Automatyczna regulacja prędkości ( ARP ).
Urządzenia
należące do dwu ostatnich grup przedstawionych na rys.2. zaliczane są
do urządzeń automatyzujących czynności maszynisty. Grupa czwarta
obejmuje urządzenia sygnalizacji kabinowej, samoczynnego hamowania oraz
kontroli i regulacji prędkości. W skrócie urządzenia te nazywane są
urządzeniami automatycznej regulacji prędkości ARP, nie można jednak
zapominać, że realizują one również funkcje spełniane w poprzednich
grupach z wyjątkiem funkcji kontroli czuwania.
Często
zamiast układu kontroli czuwania stosuje się wyłącznie układ zwłoki
czasowej, podczas której maszynista może zainicjować zmniejszenie
prędkości. Dopiero jeżeli tego nie uczyni następuje samoczynne
włączenie hamulców i zmniejszenie prędkości według ustalonego programu
regulacji. Pod pojęciem regulacji rozumiemy możliwość automatycznego
zmniejszenia prędkości od dowolnej wielkości V1 do wielkości V2 , która
może przyjmować dowolną wartość różną od zera lub może równać się zeru.
Schemat blokowy urządzeń regulacji pokazano na rys.4. Różni się od
poprzedniego uzupełnieniem bloku programu regulacji i eliminacją
dźwigni czuwania
Rys.4.
Układ blokowy urządzeń regulacji prędkości: RV – układ programu
regulacji prędkości N – nadajnik torowy O – odbiornik informacji w
lokomotywie D – dekoder SK – sygnalizator kabinowy K – układ kontroli
czuwania maszynisty i kontroli prędkości V – szybkościomierz H – układ
hamulcowy R – układ rozruchowy M – maszynista
E. Automatyczne prowadzenie pociągu ( APP).
Jak
łatwo zauważyć urządzenia pojazdowe we wszystkich grupach mają
strukturę "klockową" , przy czym każdy wyższy poziom można tworzyć z
niższego dodając odpowiedni "klocek". Ostatnia grupa urządzeń w
omawianej klasyfikacji to urządzenia pełnej automatyzacji prowadzenia
pojazdu APP .Oprócz funkcji spełnianych przez urządzenia należące do
poprzedniej grupy przy tych urządzeniach automatyczny jest również
rozruch.
Schemat
blokowy urządzeń przedstawia rys.5. Rola maszynisty sprowadza się do
dozorowania pracy urządzeń (linia przerywana połączeń między maszynistą
a odpowiednimi blokami). Reakcja urządzeń na informację odebraną z toru
jest automatyczna. Zakres przekazywanych wiadomości musi precyzyjnie
określać dozwoloną prędkość w każdej chwili. Wymaga to przekazywania
dużej liczby wiadomości z toru. Przy mniej precyzyjnym informowaniu z
toru dodatkowe informacje muszą być zaprogramowane w pojeździe. W tym
celu wprowadzono układ pamięci charakterystyki lokomotywy Chl oraz
analizator A danych wprowadzanych z szybkościomierza, licznika drogi i
układu dekodującego.
Jeżeli
duża część wiadomości niezbędnych do sterowania przekazywana jest z
toru mamy do czynienia z tzw. urządzeniami APP z programem w torze.
Jeżeli z toru przekazywane są wyłącznie wiadomości dotyczące odległości
od poprzedniego pociągu, a dodatkowe wiadomości zaprogramowane są w
pojeździe, mówimy o urządzeniach APP z programem w pojeździe.
Rys.5.
Układ blokowy urządzeń automatycznego prowadzenia pociągu: L – licznik
drogi Chl – pamięć charakterystyki lokomotywy KT – koder informacji
nadawanej do toru NT – nadajnik informacji z pojazdu do toru OT –
odbiornik informacji odebranej z pojazdu N – nadajnik torowy O –
odbiornik informacji w lokomotywie D – dekoder SK – sygnalizator
kabinowy V – szybkościomierz H – układ hamulcowy R – układ rozruchowy M
– maszynista A – analizator danych
Sygnalizator
kabinowy przy urządzeniach APP może być wykorzystany do precyzyjnego
informowania maszynisty o dozwolonej prędkości oraz o dodatkowych
danych, jak np. różnica między prędkością dozwoloną a rzeczywistą. W
tej grupie urządzeń stosowane jest również przekazywanie informacji z
pojazdu do toru, aczkolwiek nie jest to regułą. Niekiedy w
oddziaływanie dwukierunkowe wyposażone są urządzenia regulacji
prędkości.
Na
liniach metra urządzenia automatycznego prowadzenia pojazdu działają na
ogół bezzwłocznie. Proces ruszenia pojazdu jest wyzwalany, np. po
dokonaniu kontroli zamknięcia drzwi. Na liniach znaczenia ogólnego
ruszanie i czasem ostatnia faza hamowania pociągu są sterowane ręcznie,
ze względu na uzyskiwaną w ten sposób większą precyzję hamowania. W
takim przypadku automatyzacja sterowania nie jest całkowita. Pociągi
pozbawione obsługi wprowadzone są wyłącznie na liniach kolei
przemysłowych.
2. Podział według sposobów przekazywania informacji do pojazdu
Sprawność i elastyczność
systemów sterowania pociągiem zależy głównie od sposobu transmisji
danych między urządzeniami stałymi i pociągiem. Może ona odbywać się
punktowo tzn. w określonym miejscu i w ograniczonym czasie, podczas
przejazdu pociągu nad odpowiednim urządzeniem zainstalowanym w torze,
względnie w sposób ciągły tzn. przy nieprzerwanej łączności pociągu z
urządzeniami stałymi.
Oprócz starych,
technicznie nieskomplikowanych systemów punktowego sterowania pociągiem
istnieją już dzisiaj systemy nadawczo-odbiorcze o dużej szybkości
transmisji i bardzo małym poborze energii elektrycznej. Ponieważ
urządzenia zainstalowane w określonym miejscu toru realizują również
funkcję lokalizacji pociągu, nazywano je „balisami”.
Rys.6. Klasyfikacja sposobów oddziaływania w relacji tor – pojazd.
Ponieważ
urządzenia zainstalowane w określonym miejscu toru realizują również
funkcję lokalizacji pociągu, nazywano je „balisami”. Informacje mogą
być przekazywane w sposób ciągły za pomocą obwodów torowych (jednak
wyłącznie w kierunku z toru do pojazdu) lub pętli ułożonych między
tokami szynowymi. Jeżeli pętle mają ograniczoną długość, to mówimy
wówczas o transmisji odcinkowej. Nowe perspektywy stwarzają radiowe
systemy cyfrowe, w przypadku których przyporządkowanie pojazdu do toru
oraz jego lokalizacja wymagają tu specjalnych rozwiązań.
W
urządzeniach oddziaływania punktowego przekazywanie informacji do
pojazdu ma charakter chwilowy i jest realizowane w zasięgu
oddziaływania tzn. punktowego urządzenia torowego umieszczonego w
określonym miejscu. Rząd zakresu oddziaływania wynosi w tym przypadku
1m. Przykład rozmieszczenia nadajników punktowych w torze podano na
poniższym rysunku (rys.7).
Rys.7. Przykład rozmieszczenia urządzeń w oddziaływaniu punktowym.
W
przypadku systemów punktowych w charakterystycznych miejscach toru
(semafor, wzniesienie, tarcza, spadek) umieszczane są urządzenia, z
których przekazywana jest informacja do pojazdu. Zaletą takiego
rozwiązania jest prostota rozwiązań i łatwość utrzymania. Wadą
natomiast jest opóźnienie informacyjne o zmianie stanów urządzeń.
Transmisja punktowa może odbywać się poprzez:
- elementy mechaniczne
- elektromagnesy torowe
- transpordery ( balisy ).
W
urządzeniach oddziaływania ciągłego przekazywanie sygnałów do pojazdu
ma charakter ciągły i może być realizowane na przestrzeni całych linii.
Zasięgi działania poszczególnych nadajników powinny być w takim
przypadku styczne. Rozmieszczenie nadajników ilustruje rys.8. W
urządzeniach oddziaływania ciągłego w torze stosowane są również
odbiorniki sygnałów. Są one wykorzystywane do sterowania wyborem
sygnału przekazywanego do poprzedniego odcinka, a ponadto najczęściej
sterują światłami semaforów blokady samoczynnej. Odbioru sygnału w
pojeździe dokonuje odbiornik OL. Wadą takiego rozwiązania są
najczęściej wysokie koszty eksploatacji.
Rys.8.
Przykład rozmieszczenia nadajników i odbiorników oddziaływania
ciągłego. N – nadajnik torowy OT – odbiornik torowy OL – odbiornik w
pojeździe
Do transmisji ciągłej wykorzystywane są:
- toki szynowe
- kable ułożone na międzytorze
- układ kabel-szyna
- transmisja satelitarna
System
mieszany nazywany często systemem punktowo-odcinkowym charakteryzuje
się tym, że w pewnych miejscach rozmieszczone są układy oddziaływania
punktowego, a na określonych odcinkach torów jest transmisja ciągła.
Przy oddziaływaniu odcinkowym wykorzystuje się nadajniki przekazywania
informacji o zasięgu oddziaływania ograniczającym się od
kilkudziesięciu do kilkuset metrów. W ten sposób oddziaływanie jest
realizowane wyłącznie na pewnych odcinkach, np. przed sygnalizatorami (
rys.9).
Rys.9. Przykład rozmieszczenia nadajników oddziaływania odcinkowego.
W
pierwszym okresie stosowania budowano urządzenia o stykowym
współdziałaniu nadajnika i odbiornika. Ze względu na szybkie zużywanie
się współdziałających ze sobą mechanicznych elementów urządzenia
torowego i pojazdowego, trudne warunki pracy, np. przy oblodzeniu oraz
szereg innych wad, zaniechano budowy urządzeń tego typu, aczkolwiek w
niektórych zarządach, szczególnie jako urządzenia punktowe, pracują one
w szerokim zakresie.
W
grupie urządzeń punktowych o działaniu bezstykowym szerokie
zastosowanie znalazły urządzenia, w których do przenoszenia wiadomości
wykorzystywana jest zmiana parametrów sygnałów elektrycznych w
urządzeniach odbiorczych pojazdu wywołana ich współdziałaniem z
układami torowymi. Do tej grupy należą urządzenia indukcyjne prądu
stałego oraz prądu przemiennego. Do najbardziej rozpowszechnionych
należą urządzenia indukcyjna - rezonansowe i te będą omówione szerzej w
przykładach.
Urządzenia
optyczne, izotopowe i akustyczne należą do rzadkości. Łączność urządzeń
torowych z pojazdowymi jest w urządzeniach optycznych realizowana
poprzez oddziaływanie strumienia świetlnego nadawanego przez nadajnik
umieszczony na semaforze na fotoelementy zainstalowane w pojeździe. Ze
względu na dość skomplikowaną budowę układów optycznych, małą odporność
na wpływy atmosferyczne oraz uciążliwą konserwację, urządzenia te nie
znalazły szerszego zastosowania.
Podobną
budowę wykorzystano w urządzeniach izotopowych. Punkt oddziaływania
stanowi zainstalowane w torze źródło promieniowania radioaktywnego, np.
bombka kobaltowa. Odbiornik promieniowania zainstalowany jest w
lokomotywie. Zaletą urządzeń tego rodzaju jest prostota budowy
nadajnika składającego się z pojemnika z pierwiastkiem radioaktywnym,
który nie wymaga żadnej konserwacji. Do wad należy zaliczyć przede
wszystkim niebezpieczeństwo napromieniowania personelu kolejowego lub
osób postronnych oraz trudności w przekazywaniu większej liczby
wiadomości.
W
urządzeniach akustycznych na lokomotywie instaluje się nadajnik drgań
akustycznych, a pod nim, w odległości kilkudziesięciu centymetrów
odbiornik. Między nadajnikiem drgań i odbiornikiem przesuwa się tarczka
umieszczona na semaforze i stanowiąca element torowy urządzenia.
Pojawienie się tarczki w zasięgu działania nadajnika powoduje przerwę w
odbiorze sygnału akustycznego, co stanowi kryterium informacji o
przejeżdżaniu obok semafora. Tarczka może być ruchoma i oddziaływać na
urządzenia pojazdowe wyłącznie przy sygnale zabraniającym na semaforze.
Wadą urządzenia jest instalacja wystających części, z których niektóre
są ruchome (tarczka).
W
grupie urządzeń oddziaływania ciągłego szeroko stosowane są urządzenia,
w których nośnikiem informacji przekazywanej z toru do pojazdu są toki
szynowe. W nowoczesnych urządzeniach oddziaływania ciągłego do
przekazywania informacji wykorzystuje się specjalne przewody układane
między szynami i nazywane obwodami kablowymi. Bezprzewodowe
przekazywanie wiadomości do lokomotywy za pośrednictwem fal radiowych
znajduje zastosowanie raczej w sterowaniu ruchem lokomotyw manewrowych.
|