New Page 1

URZĄDZENIA SAMOCZYNNEJ SYGNALIZACJI PRZEJAZDOWEJ.

PONIŻSZY MATERIAŁ ZOSTAŁ WYSELEKCJONOWANY Z INŻYNIERSKIEJ PRACY DYPLOMOWEJ .
Autor pracy dyplomowej - inż. Marek Modrzejewski.
Materiał opublikowany za zgodą autora.

Urządzenia samoczynnej sygnalizacji przejazdowej ( w skrócie SSP) służą do zabezpieczenia ruchu na skrzyżowaniach w poziomie dróg kołowych z liniami kolejowymi. Urządzenia te są uruchamiane są za pomocą czujników torowych przez pociągi zbliżające się do przejazdu, które znalazły się w strefach oddziaływania układów rozpoznających jazdę taboru i kierunek jazdy lub wykorzystuje się obwody torowe; istnieje też możliwość ręcznego sterowania urządzeniami SSP.
Zabezpieczenie ruchu na przejazdach odbywa się za pomocą urządzeń ostrzegawczych w postaci sygnalizatorów drogowych świetlnych, uzupełnionych ewentualnie sygnałem akustycznym i jedną lub dwoma parami półrogatek, w zależności od lokalnych warunków na przejeździe, wskaźnika iloczynu ruchu i maksymalnej prędkości pociągów.
Zabezpieczenie to polega na włączaniu urządzeń ostrzegawczych na przejeździe na minimum 30 s przed wjechaniem czoła pociągu na przejazd i wyłączeniu po około 5 s od chwili zjechania ostatniej osi z przejazdu.
Istnieje możliwość powiązania urządzeń ssp z urządzeniami srk, np. samoczynna blokadą liniową, odcinkami torowymi stacji.
Bezpieczeństwo systemu zapewniają dwa niezależnie pracujące układy a i b z kontrolą ich równoczesnej i poprawnej pracy.
Dla skrócenia czasu ostrzegania użytkowników drogi przed przybyciem pociągu na przejazd można stosować układy rozpoznawania prędkości.
Dla przejazdów na liniach z prędkościami powyżej 140 km/h system SSP musi zamykać całą szerokość drogi.

Ogólną zasadę pracy urządzeń ilustruje rysunek 2.1.

Rys. 2.1. Schemat blokowy urządzeń samoczynnej sygnalizacji przejazdowej:
St – urządzenia sterujące, W1, W3 - urządzenia włączające, W2 - urządzenia wyłączające,
S1, S2 - sygnalizatory drogowe, Z1, Z2 - zapory zamykające prawą połowę jezdni

W odpowiedniej odległości od przejazdu zainstalowane są układy włączające W1 i W3. Pociąg, zbliżając się do przejazdu, zależnie od kierunku jazdy, oddziałuje na jeden z tych układów. Sygnał o zbliżaniu się pociągu jest przekazywany do urządzeń sterujących St. Powoduje on włączenie ostrzegania na sygnalizatorze S1 i S2 oraz opcjonalnie zamknięcie zapór Z1 i Z2. Zakończenie ostrzegania i otwarcie zapór - niezależnie od kierunku jazdy - następuje z chwilą zakończenia oddziaływania pociągu na układ wyłączający W2 plus 5 sekund opóźnienia. Pociąg oddalając się i oddziałując na skrajny układ W „zeruje” układy kontrolne a sygnalizacja przechodzi ponownie w stan czuwania.
Stan urządzeń i ich prawidłową pracę kontroluje powtarzacz umieszczony w nastawni lub posterunku dróżnika.
Inną formą przekazywania informacji o stanie urządzeń są tarcze ostrzegawcze przejazdowe. Znajdują się one przy każdym torze i z każdego kierunku jazdy w drodze hamowania od przejazdu. Informują one maszynistę o stanie sygnalizacji na przejeździe.

Urządzenia wchodzące w skład sygnalizacji można podzielić na urządzenia: detekcji pociągu (czujniki torowe wykrywające obecność pociągu w swoich strefach), ostrzegawcze (sygnalizatory drogowe, półrogatki i rogatki, dzwony, tarcze ostrzegawcze przejazdowe), sterujące, kontrolne (powtarzacze), zasilające.

Technologie wykonania systemów ssp.

Systemy samoczynnych sygnalizacji przejazdowych, eksploatowane na kolejach polskich, zrealizowane są w różnych technologiach. Ze względu na technikę realizacji funkcji sterujących możemy SSP podzielić na trzy grupy: przekaźnikową, hybrydową i mikroprocesorową. Około 28% stanowią przejazdy zbudowane w technice przekaźnikowej, 58% w technice hybrydowej (przekaźnikowo – elektronicznej) i 14% w oparciu o technikę mikroprocesorową.
W grupie rozwiązań przekaźnikowych wyróżnić możemy dwa kierunki pierwszy to układy proste jednokanałowe zbudowane z przekaźników klasy N pracujących bezpiecznie. Są to sygnalizacje typu Ericsson – DUN.
Drugi kierunek to bardziej złożone układy dwukanałowe wykorzystujące przekaźniki magnetyczne i teletechniczne RL. Zaliczamy do nich sygnalizacje z grupy COB.
W grupie rozwiązań przekaźnikowo-elektronicznych (SPA 1÷ 2A) kolejne sygnalizacje zawierały coraz więcej elementów cyfrowych, a liczba i rola przekaźników była coraz mniejsza. Funkcje sterujące były coraz bardziej złożone. Pojawiły się funkcje wewnętrzne oraz potrzeba synchronizacji pracy kanałów.
W grupie rozwiązań mikroprocesorowych (np. SPA-4) technologia ta wymaga oprogramowania aplikacyjnego, odpowiedniego do sytuacji ruchowej na przejeździe; w rozwiązaniach nieprogramowalnych połączenia wewnętrzne szaf sterujących wykonywane były dla konkretnego przejazdu. W rozwiązaniach mikroprocesorowych z punktu widzenia sterowania istotne są zagadnienie bezpiecznej transmisji, samotestowania lub wzajemnego testowania się układów. Zastosowanie sterowników PLC pozwoliło na zwiększenie funkcji sterujących i kontrolnych. Nowością jest rejestracja zdarzeń i historii pracy SSP, która pozwala na ocenę pracy poszczególnych urządzeń oraz systemu jako całości.

Urządzenia oddziaływania.

Zadaniem urządzeń oddziaływania jest dostarczanie sygnałów informujących o obecności pojazdu szynowego w danym miejscu toru, jego kierunku ruchu i ewentualnie rozpoznanej szybkości. Sygnały te są przesyłane do szafy aparatowej za pomocą kabli.
Systemy ssp przystosowane są do współpracy z czujnikami różnych typów :

1. Czujnik podwójny typu EON – 6 ( więcej ...) (UWAGA - OPCJA więcej... OTWIERA STRONY W NOWYM OKNIE)

2. Czujnik ELS - 3 (magnetyczny) ( więcej ...)

3. Czujnik magnetyczny CTI ( więcej ...)

4. Czujnik mechaniczny ELS-6 ( więcej ...)

5. Czujnik pojedynczy EOC-1 ( więcej ...)

6. Bezkablowy czujnik pociągu EOC-4 ( więcej ...)

Urządzenia sterujące.

Zadaniem urządzeń sterujących jest wytwarzanie sygnałów włączania
i wyłączania urządzeń ostrzegawczych na podstawie informacji otrzymywanych z urządzeń oddziaływania (czujników). W zależności od stopnia zaawansowania technologicznego ssp mogą to być: przekaźniki, zespoły elektroniczne MER lub sterowniki PLC.

Urządzenia ostrzegawcze.

Urządzenia ostrzegawcze na przejeździe to dwa, trzy lub cztery sygnalizatory świetlne, z których każdy zawiera 2 komory światła czerwonego migającego naprzemian z częstotliwością l Hz. Komory są umieszczone poziomo i rozsunięte. W starszych typach sygnalizacji można spotkać sygnalizatory jednokomorowe. Dodatkowo sygnalizator może być wyposażony w sygnał akustyczny w postaci wolnobijącego dzwonu lub buczka. Ponadto przejazd może być wyposażony w dwa elektryczne napędy rogatkowe z drągami zamykającymi prawą połowę jezdni, lub w cztery takie napędy z drągami zamykające obie polowy jezdni.
Stosowane są również urządzenia ostrzegawcze na szlaku w postaci tarcz ostrzegawczych przejazdowych. Sygnalizacja może być wyposażona w tarcze ostrzegawcze przejazdowe w standardowej ilości od 1 do 4.Tarcze ostrzegawcze przejazdowe informują maszynistów o stanie urządzeń ssp na przejeździe. Tarcze ustawia się w odległości drogi hamowania pociągu od przejazdu i poprzedza wskaźnikiem W11p, ustawionym w odległości 200 m przed tarczą z zabudowanymi obok elektromagnesami torowymi SHP.

Urządzenia kontrolne.

Zadaniem urządzeń kontrolnych szafy aparatowej jest wytworzenie sygnału kontrolnego, który za pomocą zespołu kontrolnego umieszczonego na posterunku ruchu informuje personel obsługi o pracy sygnalizacji.
Urządzenie zdalnej kontroli (powtarzacz) w postaci zespołu kontrolnego ERP umieszczane jest na posterunku ruchu i służy do wskazywania aktualnego stanu sygnalizacji i rejestrowania usterek w czasie pracy sygnalizacji oraz dokonywania zdalnych wyłączeń urządzeń sygnalizacyjnych na przejeździe.
W najnowszych typach sygnalizacji istnieje możliwość zdalnego wyłączenia urządzeń SSP.

Powtarzacze typu ERP stosowane w sygnalizacjach typu SPA

1. ERP-3 ( więcej ...)

2. ERP-4 ( więcej ...)

3. ERP-5000 ( więcej ...)

4. ERP-5100 ( więcej ...)

5. ERP-6 ( więcej ...)

Moduły diagnostyczne wybranych typów ssp.

Ponieważ UZK ( urządzenie zdalnej kontroli) jest zainstalowane zwykle na posterunku ruchu, dlatego w przypadku prowadzenia napraw lub diagnostyki bezpośrednio w miejscu instalacji szaf aparatowo-zasilających korzystanie z informacji dostępnych poprzez UZK może być utrudnione. Funkcje te stały się dostępne dopiero po wprowadzeniu do urządzeń ssp techniki mikroprocesorowej.

1. Lokalne urządzenie diagnostyczne EZG-1 w SPA-4 ( więcej ...)

2. Moduł diagnostyczny w ssp typu SPA-2B ( więcej ...)

3. Urządzenia zdalnej kontroli i diagnostyki w sygnalizacji typu RASP-4 ( więcej ...)

4. Urządzenia zdalnej kontroli i diagnostyki w sygnalizacji typu BUES 2000 ( więcej ...)

Urządzenia zasilające.

Pomocniczym źródłem zasilania aparatury systemu są baterie akumulatorów buforowo doładowywane z dwóch zasilaczy impulsowych, jeden dla kanału A, drugi dla kanału B, które są podłączone do sieci elektroenergetycznej napięcia przemiennego 220 V/ 50 Hz stanowiącej główne źródło zasilania.

Systemy ssp eksploatowane na kolejach polskich.

1. SSP typu COB-58 ( więcej ...)

2. SSP typu COB-63 ( więcej ...)

3. SSP typu SPA-1 ( więcej ...)

4. SSP typu SPA-2 ( więcej ...)

5. SSP typu SPA-2A ( więcej ...)

6. SSP typu SPA-2B ( więcej ...)

7. SSP typu SPA-4 ( więcej ...)

8. SSP typu NE BUE 90E PL ( więcej ...)

9. SSP typu BUES 2000 ( więcej ...)

10. SSP typu RASP-4 ( więcej ...)

Podsumowanie.

O realizacji pomysłu urządzeń samoczynnego sterowania ruchem na przejeździe kolejowym zadecydowały czynniki ekonomiczne oraz rozwój techniki przekaźnikowej. Pod koniec lat pięćdziesiątych uruchomiono pierwszą sygnalizację samoczynną polskiej konstrukcji:
SP-COB-58. Pierwsze egzemplarze tej SSP sterowane były przyciskami szynowymi typu „NEPTUN” a następnie budowano SP-COB-58 z czujnikami magnetycznymi. Kolejnym rozwiązaniem opartym na technice przekaźnikowej to SP-COB-63, gdzie wykorzystano modułową budowę aparatury sterującej. Tam też po raz pierwszy magnetyczne czujniki łącznie
z przekaźnikami (układy ELB) tworzyły oddziaływanie punktowe rozpoznające kierunek ruchu i prędkość pociągu. Umożliwiło to automatyczne sterowanie sygnalizacją na tych przejazdach, w obrębie których pociągi zatrzymują się (np. przystanki osobowe) lub są wykonywane manewry.

Rozwój techniki spowodował dalszy rozwój urządzeń SSP. W 1981 r. konstruktorzy polscy po raz pierwszy wykorzystali elementy elektroniki tranzystorowej i cyfrowej (tranzystory, ośmiowejściowe bramki NOR oraz przerzutniki Schmitta) do obróbki sygnałów z czujników oraz realizacji niektórych funkcji sterowania i kontroli. Nadal zachowana została grupa przekaźników klasy C typu JRF i ERF realizująca funkcje kontrolne i wykonawcze. Elementami oddziaływania były czujniki ELS-3, a w strefie przejazdu dodatkowo zabudowane były czujniki EON-1 kontrolujące zajętość całej strefy przejazdu. Była to sygnalizacja SPA-1. Urządzenia te zbudowane były z zestawów (bloków), w których umieszczone były wtykowe przekaźniki i elektroniczne układy MER. Natomiast w następnej wersji (SPA-2) zrezygnowano już z zestawów a aparatura sterująca składała się wyłącznie z zespołów elektronicznych MER. Zachowano przekaźniki typu JRF, które łącznie z pozostałymi zespołami elektronicznymi realizowały funkcje wykonawcze i kontrolne. Rozwinięciem SPA-2 i ostatnim już typem hybrydowym była sygnalizacja SPA-2A, w której liczbę przekaźników ograniczono do pięciu: cztery załączające światła na sygnalizatorach drogowych plus migacz, a w jednym zespole umieszczono kilka układów realizujących określoną funkcję w pracy sygnalizacji. Jest to niewątpliwie bardziej „czytelne” dla obsługi technicznej, gdyż w poprzednim typie jeden układ funkcjonalny sygnalizacji realizowany był przez elementy umieszczone w kilku zespołach MER.
Ponieważ SPA-2A jest ostatnim rozwiązaniem ssp z dziedziny przekaźnikowo – elektronicznej a SPA-2B pierwszym zbudowanym w technice mikroprocesorowej, wydaje się celowe ich porównanie. Mikroprocesorowa sygnalizacja SPA-2B posiada następujące zalety:

1. Wygenerowanie sygnału WS przez jeden z układów przekazywane jest do drugiego układu i wyzwala również w nim ten sygnał. W związku z tym włączane są zawsze wszystkie urządzenia ostrzegawcze. W SPA-2A wzbudzenie tylko jednego układu powodowało zadziałanie tylko urządzeń sterowanych przez ten układ. Powodowało to, że świeciło tylko jedno światło w sygnalizatorze i zamykała się tylko jedna para półdrągów. Obecnie obraz działania ssp jest dla użytkownika drogi zawsze taki sam i nie wprowadza go w błąd

2. Uszkodzenie obwodu zasilającego sterownik powoduje wyświetlenie się świateł czerwonych ciągłych w układzie, którym sterownik steruje. Jest to dodatkowa informacja dla użytkowników drogi o konieczności zachowania szczególnej ostrożności.

3. Kontrolowanie czujników. Zanik sygnału od czujnika włączającego typu "b" przerywa sygnał do powtarzacza. Zanik sygnału od czujnika włączającego typu "c" przerywa sygnał do powtarzacza i dodatkowo włącza urządzenia ostrzegawcze na przejeździe.

4. Czujniki wyłączające (przy przejeździe) spełniają zarówno rolę rozpoznawania kierunku, jak i włączają sygnalizację, jeśli znajduje się nad nimi pociąg. W sygnalizacji SPA-2A niemożliwe było spełnianie jednocześnie obu funkcji.

5. Na odcinkach między czujnikami wprowadzono zliczanie pociągów. Jeśli jakiś licznik osiągnie wartość ujemną lub przekroczy wartość 5, sygnalizowana jest usterka.

6. Zmieniono obwód powtarzacza. Wprowadzono w obwodzie tym izolację galwaniczną, co zabezpiecza dodatkowo przed uszkodzeniami spowodowanymi przepięciami na linii.

7. Możliwa jest bardziej elastyczna współpraca z różnymi urządzeniami srk. Łatwe jest dostosowanie się do każdego rodzaju urządzeń srk.

8. Kontrolowana jest ciągłość włókien żarówek sygnalizatorów S3 i S4.

9. Kontrolowany jest zasilacz układu B.

10. Wprowadzono niewielkie przesunięcia czasowe przy sterowaniu napędami (różnice kilku dziesiątych sekundy). Dzięki temu obciążenie chwilowe zasilaczy i akumulatorów jest mniejsze.

11. Całość drągów napędów N3 i N4 kontrolowana jest przez układ B (podobnie jak sterowanie tymi napędami).

12. Wprowadzono możliwość diagnostyki. Dzięki zamontowanym w sterownikach modułom diagnostycznym, możliwe jest natychmiastowe zlokalizowanie usterki w systemie.

Projektanci projektujący poszczególne systemy urządzeń samoczynnych konstruowali tak układy aby w przypadku uszkodzenia systemu zapewnić przechodzenie SSP zawsze do stanu bezpiecznego. W tym celu stosowane były różne zabiegi konstrukcyjne. Dla rozwiązań przekaźnikowych i przekaźnikowo-elektronicznych były to zabiegi sprzętowe. W rozwiązaniach wykorzystujących technikę mikroprocesorową stosowano zabiegi programowe dla których charakterystyczne jest sekwencyjne przetwarzanie danych, wielomodułowość oraz konieczność zapewnienia odpowiednich warunków pracy.