28/10/2020

ОБЗОР НА АВТОМАТИЧНИ ПРЕЛЕЗНИ УСТРОЙСТВА

Прелез е мястото на пресичане на едно ниво на ЖП линия с път за автомобили. Автоматични прелезни устройства (АПУ) са предназначени за сигнализиране и охрана на пътните превозни средства при предстоящо преминаване на железопътно возило през прелеза и подаване на информация към машиниста за задействаното АПУ, както и за сигнализиране за изправно АПУ при отсъствие на железопътно возило в зоната на известяване.

Автоматичното прелезно устройство представлява унифицирана система за сигнализиране и охрана на железопътни прелези в междугарието при предстоящо преминаване на железопътно возило. (Фигура 1.2 1)

Разгледани са няколко системи АПУ от водещи световни производители с идентично предназначение и базова функционалност, но реализирани с различни технологии.

lc11

Фигура 1.2‑1

SIEMENS SIMIS-LC

Системата е изградена от специфични компоненти фирмена разработка на SIEMENS [23], специализирани за железопътния транспорт. Управлението на системата е компактно, което улеснява монтаж и обслужването (Фигура 1.2 2).

Фигура 1.2‑2

Системата е окомплектована с пътни датчици тип броячи на оси Wayguard Simis LC (Фигура 1.2-3), които нямат функция за отчитане на скорост на подвижния състав.

Фигура 1.2‑3

Не допуска конфигуриране за работа с алтернативни (нискобюджетни) компоненти и външни съоръжения, което води до висока крайна цена на цялата система.

Фигура 1.2‑4

Системата подържа радарно наблюдение (Фигура 1.2-4) (1) на зоната на пресичане (2), която следи за свободността на зоната. При наличие на сигнализирано със светофарна уредба кръстовище в близост до прелеза се съгласува забранително показание на светофарната уредба на кръстовището, така че да не се допуска закриване на габарита на ЖП подвижния състав.

Системата не подържа функция изравняване на времето и когато подвижния състав се движи по-бавно тогава прелезът ще остане затворен по-дълго време.

ALTPRO RLC23


Фигура 1.2‑5

Системата [22] е фирмена разработка на ALTPRO (Фигура 1.2 5). Позволява голяма гъвкавост при конфигурирането и допуска работа с външни съоръжения от различни производители.

Специфично фирмено решение е дублирането на централното управление на системата. Това повишава работоспособността на системата, но се отразява негативно върху себестойността на контролера.

Системата е окомплектована с пътни датчици тип броячи на оси BO23-UNUR (Фигура 1.2 6), които нямат функция за отчитане на скорост на подвижния състав. Допуска се използване на други системи броячи на оси, но системата не е предвидена да получава информация за скорост на подвижния състав.

Фигура 1.2‑6

Системата е гъвка и позволява настройки на времето за активиране и деактивиране на прелеза. Тези настройки са твърди и не зависят от скоростта на подвижния състав.

AZD PZZ-EPA

Фигура 1.2‑7

Системата [21] е фирмена разработка на AZD (Фигура 1.2 7). Позволява гъвкавост при конфигурирането и частично допуска работа с външни съоръжения от други производители.

Фигура 1.2‑8

Интегрирани са специализирани модули за управление и дублиране на логическите устройства в системата, което се отразява негативно върху себестойността на контролера.

Системата позволява работа с различни типовe пътни датчици – броячи на оси, релсови вериги и точкови пътни датчици (Фигура 1.2 8).

Signalling & Control ELC


Фигура 1.2‑9

Системата [24] е фирмена разработка на Signalling & Control, базирана на безопасен PLC индустриален контролер на Hima (Фигура 1.2-9), серийно производство.

Позволява гъвкавост при конфигурирането и допуска работа с външни съоръжения от други производители.

Фигура 1.2‑10

Тази опростена архитектура (Фигура 1.2-10) на системата не се отразява негативно върху безопасността и базовата функционалност, но дава ценово предимство.

Argenia Railway Technologies Inc. Digital Crossing System (DCS)

Системата [38] е фирмена разработка на Argenia Railway Technologies Inc., базирана на фирмена технология. Позволява гъвкавост при конфигурирането и възможност за безжично свързване на пътни датчици (Фигура 1.2-11).

Фигура 1.2‑11

Използва пътни датчици (Фигура 1.2 -12) прикрепени към релсата, които се захранват от соларни панели и комуникират с АПУ безжично.

Фигура 1.2‑12

Измерва скоростта на подвижния състав и реализира „изравняване на времето“. Реализирано е дистанционно управление и диагностика на системата. Води протокол на събитията върху карта памет, до която има осигурен дистанционен достъп.

Анализ на състоянието

Предлаганите индустриални безопасни PLC притежават сертификати за ниво на безопасност SIL3 и SIL4, което ги прави подходящи за приложение в осигурителни системи за жп транспорт. Това е забелязано от няколко фирми, които предлагат продукти базирани на безопасни PLC:

  • Прелез на Signalling & Control, базиран на безопасен PLC индустриален контролер на Hima.

Тези решения потвърждават приложимостта на PLC в осигурителната техника. Предимствата цитирани от производителите са по-ниска себестойност и по-ниски разходи за поддръжка на тези системи. Като предимства може да се добави висока надеждност (възможност за резервиране), гъвкавост и модерни комуникационни интерфейси (Safeethernet).

Важна особеност при безопасните PLC е тяхното програмиране, което се извършва с фирмен софтуер предоставен от производителя. За разлика от широко разпространените езици за програмиране, при безопасните PLC се използват предимно функционални блок диаграми FBD. Тези елементи се предоставят от производителя и са сертифицирани, като безопасни. Това дава възможност програмирането да се извършва от инженерен персонал, а не от програмисти. В последствие софтуера компилира съответния FBD в програмен код, съобразно архитектурата на безопасния PLC и неговата конкретна конфигурация. Така се оптимизира процеса на разработка на системата, като се елиминира необходимостта от голям екип с тесни специалисти и свързаните с това трудности при комуникацията.

Модерните продукти и технологии откриват възможности пред малки фирми с екипи от няколко души да разработват и произвеждат системи за осигурителна техника. Това до скоро бе немислимо от гледна точка на съществуващите практики за монополизиране на пазара от голените фирми, предлагащи патентовани фирмени технологии.

Предлаганите безопасни PLC са изключително подходящи за модернизация на релейна логика. Те са оборудвани с разширяеми цифрови входове и изходи работещи с 24V DC, което е най-масовия случай. Така може да се замени съществуваща първокласна релейна логическа схема с безопасен PLC, без необходимост от допълнителни интерфейси. Такава замяна е практично решение в случай на необходимост от подмяна на средата за обвръзка – от меден кабел към оптични влакно.

Разгледаните системи за АПУ позволяват гъвкавост при конфигурирането и допускат работа с външни съоръжения от различни производители. Функционалността им е следствие на нормативните изисквания в съответната железопътна администрация, където се експлоатират, като интерес представляват следните функции:

Функцията изравняване на времето

Среща се в повечето модерни системи. Тя повишава безопасността на прелеза, като намалява до минимум времето през което прелеза е затворен. Това се реализира посредством адаптивен алгоритъм и датчици отчитащи скоростта на подвижния състав. По този начин се свежда до минимум нерегламентираните преминавания през прелеза поради негативното влияние върху психическото равновесие на шофьорите при продължителното изчакване. Тази функция е изключително полезна на прелези в градска среда, където автомобилното движението е интензивно.

Обратна съвместимост с точкови пътни датчици

Изключително полезна възможност при пресъоръжаване на съществуващи прелези е запазването на част от наличната инфраструктура. Отпадане на необходимостта от полагането на нови кабели и монтиране на нови пътни датчици в района на ЖП прелеза, което води до по-ниски разходи за пресъоръжаване. Късите електрони релсови вериги КЕРВ или шлейфа могат да се ползват вместо броячи на оси за управление на прелезите поради по-ниската си цена и функционалната си съвместимост.

Реализирането на тази функция в АПУ изисква да се предвиди допълнителен интерфейс и алгоритъм за проследяване, който е различен от алгоритъма за проследяване на БО.

Радарното наблюдение на зоната на прелеза

Следи се с радар свободността на зоната на пресичане на шосето с ЖП линията. При наличие на сигнализирано със светофарна уредба кръстовище в близост до прелеза се налага съгласуване на забранително показание на светофарната уредба на кръстовището, така че да не се допуска закриване на габарита на ЖП подвижния състав.

За реализирането на тази функция необходим подходящ радар, допълнителен интерфейс за обвръзка на радар, алгоритъм за обработка на информацията и интерфейс към светофарна уредба.

Предаване на информация/данни от и към подвижния състав


Фигура 1.4‑1

Посредством безжична LAN мрежа (WIFI точка за достъп ) на прелеза е възможно да се предава към кабината на машиниста образ от видеокамера насочена към зоната на пресичане на шосето и железния път (Фигура 1.4 1). Тази информация е полезна за машиниста при специфични ситуации когато прелезното устройство е повредено или не е освободена зоната на пресичанe. Така се дава възможност на машиниста да прецени ситуацията наблюдавайки на живо зоната на прелеза и да предприеме адекватни действия.

Прелезът получава точна информация за местоположението и скоростта на подвижния състав в зоната. Тази информация се използва за реализиране на алгоритъмът за изравняване на времето. Същата информация допълнена с информация за състоянието на прелеза се предава към GIS система – например Google maps API.

Таблица 1.4 1 , показва сравнение между функционални характеристики на разглежданите АПУ, предлагани на световния пазар:

Таблица 1.4‑1

Прави впечатление, че нито едно от предлаганите на световния пазар АПУ не подържат едновременно всички разгледани допълнителни функции. Това дава възможност да се търси модернизация на АПУ, позволяваща разширяване на функционалността, която включва всички изброени функции.