Загальні відомості про автоматику і телемеханіку

Автоматика – галузь техніки, що вивчає теорію автоматичного управління, принципи побудови автоматичних систем і утворюючих їх технічних засобів.

Автоматичним управлінням називається управління технічним об’єктом, здійснюване без безпосередньої участі людини. Роль людини при цьому зводиться до спостереження за роботою систем автоматичного управління (САУ), до їх включення або виключення. Якщо функції управління частково виконує людина, то такі системи називають автоматизованими.

Система автоматичного управління (або автоматична система) складається з керованого об’єкта (КО) і автоматичного управляючого пристрою, (АУП), що взаємодіють між собою. Керованим об’єктом є пристрій, що здійснює деякий технічний процес. Правильне виконання цього процесу визначається сукупністю розпоряджень, які називаються алгоритмом функціонування. Для виконання алгоритму функціонування КО необхідна наявність спеціально організованих дій ззовні з боку АУП. Характер цих дій визначається сукупністю розпоряджень, яка називається алгоритмом управління.

Прикладом САУ служить система автоматичного ведення поїзду, яка використана в метрополітені (рис. 19.1). Керованим об’єктом є поїзд, який перевозить пасажирів і вантажі (технічний процес). Алгоритм функціонування визначає рух поїзда із заданою швидкістю, зупинку його в певних точках дороги (на станціях) і забезпечення безпеки руху. Управління поїздом для правильного виконання ним перевізного процесу здійснює АУП – “ Автомашиніст ”.

	Поїзд

Сс

Рис. 19.1

Телемеханіка – галузь технічної науки про управління об’єктами на відстані за допомогою посилки спеціальних кодованих сигналів. Телемеханічна система (рис. 19.2) містить органи управління і контролю ОУК, керовані об’єкти КО, у також пристрої кодування ПК і декодування ПД, які забезпечують передачу по лінії зв'язку великої кількості інформації по управлінню і контролю керованими об’єктами.

УО

УД

УК

ОУК

Лінія зв’язку

Рис. 19.2

Аналогічну структуру мають системи зв’язку по передачі даних і мовних сигналів (рис. 19.3). У них передавальні (Пер. П) і приймальні (Пр. П) пристрої вирішують завдання модуляції і демодуляції сигналів, що поступають до абонента А, і завдання розділення каналів зв'язку.

А

Пер. У

Пр. У

А

Канал зв’язку

Рис. 19.3

19.1. Призначення систем залізничної автоматики і телемеханіки, класифікація систем

Системи залізничної автоматики і телемеханіки (ЗАТ) це системи сигналізації, централізації та блокування (СЦБ), які забезпечують:

– підвищення безпеки руху поїздів;

– збільшення пропускної спроможності ділянки;

– збільшення дільничної швидкості руху поїздів;

– підвищення продуктивності праці;

– поліпшення оперативного управління перевізним процесом;

– поліпшення умов праці залізничників.

Системи залізничної автоматики і телемеханіки (ЗАТ) класифікують перш за все залежно від місця їх вживання (перегони, станції або лінії метрополітену), а також кола вирішуваних ними завдань. Але є окремі пристрої, які не можна однозначно віднести ні до перегінних пристроїв, ні до станційних. Наприклад, автоматична локомотивна сигналізація, яка повинна виконувати свої функції як при слідуванні поїзда по перегону, так і по станції. Виходячи з цього, системи ЗАТ можна умовно представити у вигляді окремих системних блоків (рис. 19.4), кожен з яких підлягає подальшій деталізації.

Перегінні системи ЗАТ - це пристрої колійного блокування. Під терміном “колійне блокування” розуміється така організація руху поїздів на перегоні, при якій правом на заняття ділянки колії служить дозволяюче показання світлофора. Після заняття ділянки поїздом вона блокується червоним вогнем на світлофорі, якій огороджує цю блок-ділянку до здобуття інформації про її звільнення.

Рис.19. 4. Структура системи ЗАТ

Залежно від способу здобуття інформації про стан ділянок колії розрізняють системи напівавтоматичної (ПАБ) і автоматичної дії (АБ).

У системах напівавтоматичного блокування світлофори перемикаються на забороненне показання автоматично в результаті дії поїзда на колійні датчики, які фіксують проходження поїзда, а для відкриття світлофора потрібна участь людини (чергового по станції) шляхом дії на механічні органи управління (кнопки, рукоятки і т. п.), які знаходяться на апараті управління.

У системах автоматичної дії закриття і відкриття світлофорів відбувається автоматично, без участі людини, в результаті дії поїзда на датчики колії, які фіксують проходження поїзду.

Ядром станційних систем автоматики і телемеханіки є електрична централізація стрілок і сигналів (ЕЦ), під якою розуміється сукупність пристроїв централізованого управління стрілками і сигналами та їх контроль.

Станції з сортувальними гірками обладнуються гірковою автоматичною централізацєю (ГАЦ), що передбачає автоматизацію процесу розпуску складів на сортувальних гірках.

Для збільшення пропускної спроможності одноколійних залізничних ліній застосовують пристрої, що дозволяють управляти рухом поїздів з одного пункту і однією особою (диспетчером). До таких систем відносяться системи диспетчерської централізації (ДЦ).

До додаткових пристроїв ЗАТ відносяться системи: сигнального авторегулювання, автоматичної сигналізації переїзду і автоматичного диспетчерського контролю за рухом поїздів.

Сигнальне авторегулювання (САР) рухи поїздів, або авторегулювання, призначені для забезпечення безпеки руху поїздів. Це комплекс засобів автоматичного управління рухом поїздів, що містить: пристрої, які оперативно розробляють графік і порядок руху поїздів в межах залізничної ділянки (автодиспетчер); пристрої автоматичного регулювання швидкості поїзда у відповідності з графіком руху (автомашиніст); пристрої, що автоматично знижують швидкість, при зближенні поїзда з перешкодою (автоматика безпеки).

Автоматична переїздна сигналізацяї (АПС) є комплексом приладів і устаткувань, що встановлюються на пересіченні в одному рівні автомобільних і залізних доріг. Ці пристрої управляються автоматично рухомими поїздами і забороняють автотранспорту рух через переїзд при наближенні до переїзду поїзда до його повного звільнення.

Автоматичний диспетчерський контроль за рухом поїздів дозволяє поїзному диспетчеру у будь-який момент часу знати місце знаходження поїздів, стан колій прийняття і відправлення і показання вхідних і вихідних сигналів. Це значно спрощує роботу поїзного диспетчера і дозволяє йому з найбільшою гнучкістю керувати рухом поїздів.

На лініях метро для регулювання руху поїздів широко застосовуються автоматичні системи АЛС-АРШ. За основу цих системи вибрані частотна система автоматичної локомотивної сигналізації (АЛС) і система автоматичного регулювання швидкості (АРШ). Системи АЛС-АРШ забезпечують підвищення пропускної спроможності ліній метрополітену з дотриманням вимог безпеки руху поїздів, а також скорочення локомотивної бригади до однієї людини завдяки поліпшенню умов роботи.

19.2. Сигналізація на залізницях України і основи сигнальної техніки

19.2.1 Принципи побудови оптичної сигналізації

У пристроях автоматики і телемеханіки для регулювання руху поїздів на перегонах і станціях застосовують постійні сигнали. За допомогою сигналів машиністу передаються накази, які дозволяють або забороняють рух потяга.

Працівники залізничного транспорту повинні негайно виконувати вимогу сигналу всіма можливими засобами.

На залізничному транспорті використовують єдині для всіх залізниць країни сигнали, встановлені Інструкцією по сигналізації на залізницях України.

Сигнали підрозділяються на видимі і звукові. Видимі сигнали виражаються кольором, формою, положенням і числом сигнальних свідчень, а звукові – числом і тривалістю звучання.

До видимих сигналів відносяться: світлофори, диски, щити, ліхтарі, прапори, сигнальні покажчики і сигнальні знаки. Звуковими сигналами можуть бути свистки локомотиву, моторвагонних поїздів і дрезин, ручні свистки, духові ріжки, гудки і петарди.

Основним видимим сигналом на залізничному транспорті є світлофор. Він в закодованому вигляді (кольором сигнальних вогнів) передає машиністу поїзда, що наближається, інформацію про допустиму швидкість руху, стан попереду лежачих ділянок колії, маршруті приймання потягу на станцію і т. д.

Сигнали світлофорів повинні сприйматися на достатній відстані, як вдень, так і вночі за найсприятливіших атмосферних умов.

У сигналізації на залізницях основними є наступні повідомлення-накази:

“Стій!” (про припинення руху);

“Тихіше” (про зменшення швидкості руху);

“Шлях вільний” (про дозвіл руху зі встановленою швидкістю).

До додаткових відносяться повідомлення-накази про дозвіл або заборону маневрових пересувань на станції.

Для руху поїздів як основні сигнальні кольори прийнятий зелений, жовтий і червоний. При маневровій роботі застосовують сигнали: один місячно-білий, дозволяючий виробляти маневри, і один синій вогонь, що забороняє виробляти маневри (для поїздних пересувань значення не має).

Вибрані кольори максимально відрізняються один від одного, правильно сприймаються при будь-яких атмосферних явищах і у будь-який час доби і мають відмінність за кольором від вогнів освітлювальних установок.

Для передачі найбільш відповідального наказу – зупинки поїзда – використовується червоний колір, який володіє найбільшою контрастністю по відношенню до інших кольорів і фону, що зустрічається в смузі залізниць. Крім того, червоний колір краще сприймається органами зору.

Зелений колір, що найбільш відрізняється від червоного і досить різкий від білого, вирішує рух зі встановленою швидкістю.

Синій колір, хоча добре пізнається, але володіє обмеженою дальністю видимості із-за малої прозорості світлофільтрів, тому цей колір застосовується для сигналів, що сприймаються на невеликій відстані. Місячно-білий вогонь близький за кольором стороннім джерелам світла, що теж обмежує сферу його самостійного застосування.

У зв’язку з тенденцією зростання швидкості і маси поїздів, що намітилася, підвищуються вимоги до надійності передаваної сигналами інформації і з’являється необхідність в збільшенні її об’єму.

Для розширення значності передаваних повідомлень на залізничному транспорті застосовуються декілька вогнів одночасно що горять і використовуються різні режими горіння світлофорних ламп: безперервний і миготливий, а також зелені смуги і маршрутні покажчики.

На ділянках з автоблокуванням, в місцях із затяжними підйомами, на прохідних світлофорах може бути встановлений умовно-вирішуючий сигнал – щиток з відбивним знаком у вигляді букви «Т», який дозволяє вантажному поїзду зі встановленою вагою проїхати світлофор з червоним вогнем без зупинка з швидкістю не більше 20 км/год і готовністю зупинитися, якщо зустрінеться перешкода для подальшого дотримання поїзда.

Основними є немигаючі сигнальні вогні, що нормально горять, а миготливі застосовують для збільшення числа сигнальних свідчень без збільшення кількості використовуваних для сигнальних пристроїв. Мигання вогню обов’язково поєднується з його колірною ознакою. Такий вогонь характеризується підвищеним сприйняттям і дальністю видимості.

Світлофорна сигналізація на залізницях України і інших країн будується на швидкісному принципі, при якому машиніст при веденні поїзда у будь-який момент знає допустиму швидкість руху. Швидкісний принцип сигналізації характеризується тим, що кожен вирішуючий сигнал виражає два накази – основний і попереджувальний. Основний наказ встановлює допустиму швидкість того, що проїхало даного світлофора. Попереджувальний сигнал повідомляє про відкритий або закритий стан наступного світлофора або особливу умову руху.

Світлофорна сигналізація передбачає використання в русі двох крайніх значень швидкості і ряд проміжних швидкостей, відповідним швидкостям руху поїздів по стрілочних перекладах на бічні дороги станції.

До крайніх значень швидкості відносяться максимально допустима швидкість руху пасажирських і вантажних поїздів і нульова, вимагаюча зупинки.

Максимально допустимі швидкості руху на мережі залізниць України: 140 км/год – для пасажирських поїздів; 120 км/год – для рефрижераторних; 100 км/год – для вантажних порожніх; 90 км/год – для вантажних навантажених. На станціях з ключовою залежністю за допомогою контрольних замків швидкість руху поїздів не повинна перевищувати 120 км/год для пасажирських і 60 км/год для вантажних.

Для швидкісного руху вибір максимальної швидкості руху поїздів залежить від багатьох чинників, головними з яких є: конструкція верхньої будови дороги, вигляд тяги, конструкція рухливого складу та інші, а також системи автоматики, телемеханіки і зв’язку.

Значення сигнальних вогнів незалежно від місця установки світлофора і загальноприйняте їх умовне позначення приведені в табл. 19.2.1. (див. файл)

19.2.2. Умови сприйняття світлових сигналів

Невідємною умовою правильного і сучасного сприйняття сигналів, передаючих вогнями світлофорів, є їх чітка видимість на відстані, яка визначається відповідно до умов руху і технічних засобів гальмування. Свідчення вхідних і прохідних світлофорів мають бути як вдень, так і вночі виразно помітні з поїзда, що наближається, на відстані не менше 1000 м на прямих ділянках; не менше 400 м – на кривих ділянках; не менше 200 м – в гористій місцевості або глибоких виїмках.

Жовті і зелені вогні попереджувальних світлофорів мають бути видні з відстані не менше 400 м.

Видимість вихідних і маршрутних світлофорів головних колій має бути хорошою на відстані не менше 400 м, вихідних і маршрутних світлофорів з бічних колій, а також маневрових світлофорів – на відстані не менше 200 м.

Видимість предмету, в даному випадку оптичного сигналу, визначається як властивостями і станом зорового органу (ока ), так і освітленням або власним освіченням сприйманого оптичного сигналу. При цьому на виразність бачення, окрім кольору вогнів, робить істотний вплив ряд додаткових чинників, головними з яких є:

- швидкість руху поїзда;

- контрастність між сприйманим сигналом і фоном, на який він проектується;

- рівень яскравості сигналу;

- прозорість атмосфери;

- час, в продовження, якого зображення сигналу фіксується в оці спостерігача.

Експериментально встановлено, що підвищення швидкості руху поїздів знижує зорово-рухову реакцію. Так у деяких машиністів при швидкості руху 140 км/год вона зменшується на 10 – 15 %.

Таблиця 19.2.1 (альбомна)

Продовження таблиці 19.2.1 (альбомна)

Дальність видимості і швидкість сприйняття сигналу значною мірою залежать від контрастності і яскравості фону. Наприклад, жовтий вогонь світлофора погано помітний восени на тлі жовтих беріз. Для збільшення контрастності фону і вогнів світлофора фоновий щит забарвлюють з боку сигнальних вогнів в чорний колір. Це забезпечує краще сприйняття сигналу вдень. Козирок над лінзовим комплектом захищає його від попадання сонячних променів і сприяє правильному розпізнаванню сигналу без збільшення його яскравості.

Рівень яскравості предмету (світлофора), що світиться, визначається силою світла джерела, в даному випадку – потужністю світлофорної лампи.

Прозорість атмосфери змінюється протягом доби і залежить від метеорологічних умов.

Атмосфера в поверхні землі завжди містить деяку кількість водяної пари, пил, часток диму і так далі. Істотний вплив на прозорість атмосфери надає також температура і вологість довкілля. Для характеристики стану атмосфери встановлені наступні поняття: дальність видимості і коефіцієнт пропускання атмосфери. Під першим терміном розуміють денну дальність видимості крупних чорних предметів (стовпи, башти і так далі) на світлому фоні. Коефіцієнт прозорості змінюється в межах від 0 до 1 і тим вище, чим більша дальність видимості. Наприклад, при сильному тумані, коли коефіцієнт прозорості атмосфери дорівнює 0, дальність видимості світлових сигналів складає всього лише 0,2 км., при дуже сильному серпанку – 2,0 км., при хорошій видимості (коефіцієнт прозорості дорівнює 0,92) дальність видимості збільшується до 5,0 км.

Час, протягом якого зображення сигналу фіксується в оці спостерігача робить вплив на вибір частоти мигання. Частота мигання вогнів є частотно-імпульсною ознакою. Відмінність значень цієї ознаки полягає в числі імпульсів (в даному випадку світла) в секунду. Число значень цієї ознаки, що розрізняються, в принципі мало обмежене. Проте в даний час прийнято, що можуть бути достовірно помітні без порівнянь два значення частоти мигання: рідке і часте. Це дало можливість при складанні сигналів використовувати дві частоти мигання з невеликою абсолютною розрізнюваністю: 2/3 Гц (40 – 60 мигань в 1 хвилину) або 12/3 – 2 Гц (100 – 120 мигань в 1 хвилину).