ОАО «НИИАС»

Этапы развития систем ЖАТ

Этапы развития систем ЖАТ тесно связаны с изменением используемой элементной базы, свойства которой определяют их функции, способы построения, а также методы обеспечения надежности и безопасности. Можно выделить следующие этапы (поколения) систем ЖАТ: I (1870–1930 гг.) – механические системы; II (1930–1960 гг.) – релейные системы; III (1960–1980 гг.) – полупроводниковые системы; IV (с 1980 г.) – микроэлектронные, микропроцессорные и компьютерные системы. Очередность внедрения систем ЖАТ не всегда проходила в приведенной выше последовательности из-за низких темпов смены поколений систем. В частности, в настоящее время характерным является переход от систем автоблокировки второго поколения (АБТЦ) к системам автоблокировки четвертого поколения (АБТЦ-М, АБТЦ-МШ). При этом достигается значительный выигрыш в надежности, безопасности, потребляемой мощности, габаритах при увеличении числа выполняемых функций. Фото аппаратуры систем АБТЦ (II-го поколения), КЭБ (III-го поколения) и АБТЦ-МШ (IV-го поколения).

Повышение надежности технических средств железнодорожной автоматики

Создаваемые системы автоматики год от года совершенствовались и приобретали новые функции. Релейная аппаратура заменялась полупроводниковой, которой затем на смену пришла микропроцессорная техника.

Качественный скачок в повышении надежности систем ЖАТ произошел в начале 90-х годов, когда был создан ряд современных систем безопасности.

Было создано комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У). Это устройство построено на базе микропроцессорной техники, использует спутниковую навигационную систему и специальную электронную карту маршрута. Аппаратурой КЛУБ-У оснащен подвижной состав на всей сети ОАО «РЖД».

На смену автоблокировке с изолирующими стыками пришли бесстыковые системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. В последние годы ОАО «НИИАС» разработал принципиально новую систему автоблокировки – АБТЦ-М. Это универсальная система, работающая при всех видах тяги и реализованная на базе микропроцессоров, которые позволили заменить релейную и полупроводниковую технику. Благодаря этому резко сократились габариты аппаратуры, её энергопотребление. Если раньше установка системы автоблокировки на каждом участке требовала оригинального проекта и сложной ручной наладки, то теперь в АБТЦ-М все эти вопросы решаются на программном уровне. Настройка отдельных блоков ведется с АРМа электромеханика.

Создание системы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН) с автостопом повысило безопасность движения поездов, так как предоставила машинисту в кабине локомотива информацию о показаниях напольных светофоров. Однако малая значность (3 активных сигнала) оказалась недостаточной при высоких скоростях движения поездов. Поэтому была разработана система АЛС-ЕН с фазоразностной модуляцией, обеспечивающая передачу на поезд 48 активных сигналов. За счет этого на поезд передается не только информация о свободности (занятости) ближайшего блок-участка, но и состоянии последующих блок-участков.

Создана также система АЛС для маневровой работы на станциях – МАЛС. Она реализована на новейшей технической базе.

Первые системы диспетчерской централизации (ДЦ), появившиеся в тридцатые годы прошлого века, были выполнены на релейно-контактной аппаратуре и обладали определенными недостатками: малым быстро-действием, недостаточной помехозащищенностью, необходимостью частой и тщательной регулировки релейной аппаратуры.

Эти недостатки в значительной степени были устранены в 50-е годы при переходе на полупроводниковую технику, когда была создана полярно-частотная система ДЦ – ПЧДЦ, кроме этого значительно повысилась надежность технических средств. В 60-е годы ей на смену пришла более современная и быстродействующая система частотной ДЦ – ЧДЦ. Затем в 70-е годы были разработаны и широко внедрены системы «Нева» и «Луч», в которых были использованы преимущества совершенствовавшейся полупроводниковой техники.

Тем не менее, возрастающие требования эксплуатации по увеличению объемов и скоростей передаваемой информации, сокращению эксплуатационных расходов, повышению надежности работы привели к поиску еще более современных технических средств. В результате были созданы микропроцессорные системы ДЦ, одной из них является ДЦ «Сетунь». Ее можно встретить на всех железных дорогах страны. Ею уже оборудовано более 120 диспетчерских кругов.

В области радиосвязи сейчас вся сеть (85 тыс.км) оборудована поездной радиосвязью КВ-диапазона Успешно идет внедрение цифровой радиосвязи. Из 85 000 км, оборудованных оперативно-технологической связью 35 000 км – это цифровая радиосвязь. Начато внедрение европейских стандартов радиосвязи на сети отечественных железных дорог. Системой Tetra оборудовано 660 км, системой GSM-R – 180 км.

Современная цифровая радиосвязь может применяться совместно с системами автоматики для управления движением поездов, передавая на борт команды управления и принимая информацию о местонахождении и параметрах движения поездов.

В 80-е годы были разработаны первые информационные автоматизированные системы («АСОУП», «ДИСПАРК», «ДИСКОР», «ЭКСПРЕСС»), связанные с отдельными эксплуатационными задачами железнодорожного транспорта.

Только современное развитие вычислительной техники позволило перейти к созданию центров управления перевозками. Определена трехуровневая структура системы центров управления: верхний уровень – сетевой ЦУП, средний уровень – центры управления перевозками по каждой железной дороге, нижний – центры управления местной работой (ЦУМР). В настоящее время находятся в постоянной эксплуатации центры управления верхнего и среднего уровней. Работы по созданию ЦУМР ведутся широким фронтом. В то же время разработки, связанные с верхним и средним уровнями управления непрерывно продолжаются – создается новое программное обеспечение для решения новых задач, связанных с совершенствованием железнодорожного транспорта. Совершенствование средств ЖАТ, в первую очередь, преследовало цель повышения надежности и безопасности их функционирования.

Инновационные направления повышения надежности и эффективности средств железнодорожной автоматики и телемеханики

В настоящее время основными перспективными направлениями повышения надежности и эффективности являются:

• прогнозирование изменения параметров и прочности объектов;
• назначение граничных полей допуска параметров;
• определение параметров и закономерностей изменения нагрузок и воздействий;
• разработка моделей надежности (отказов);
• сбор информации о текущем состоянии и об отказах;
• анализ причин отказов;
• разработка средств и методов диагностики;
• выбор и расчет параметров стратегии технического обслуживания;
• организация работ по поддержанию надежности;
• значительное увеличение объема используемой информации для повышения качества управления за счет широкого применения спутниковых технологий и инфотелекоммуникационных технологий для точного определения координат поездов и других параметров объектов инфраструктуры;
• создание единого информационного пространства и единой высокоточной цифровой координатной системы железнодорожного транспорта;
• использование логического контроля за действиями персонала, в первую очередь, связанного с обеспечением безопасности движения поездов.

Средства технической диагностики для повышения надежности работы средств железнодорожной автоматики.

Для обеспечения надежного и безопасного функционирования аппаратура ЖАТ снабжается средствами развитого диагностирования своей работы.

В частности, системы контроля и диагностики подвижного состава, состоящие из комплекса стационарных, бортовых и мобильных комплексов решают задачи предупреждения отказов и ускоренного износа, поддержания технических характеристик оборудования на заданном уровне и обеспечения назначенного ресурса.

Контрольно-диагностические системы должны иметь надежность, многократно превосходящую уровень надежности оборудования подвижного состава, и выполнять следующие основные функции:

• настройку датчиков и каналов измерений на параметры конкретного объекта, формирование электронного паспорта;
• определение состояния элементов объекта, фиксацию предельных отклонений, их локализацию и сигнализацию о предельных отклонениях параметров;
• формирование баз данных изменения состояния элементов, определение остаточного ресурса элементов и объекта в целом.

С учетом современных тенденций развития контрольно-диагностические системы разделяют по выполнению производственно-технических, технологических, программно-аппаратных функций и по принципам измерения параметров.

Наиболее сложными и информативными являются встроенные средства диагностики – дополнительные устройства, подключаемые к действующим агрегатам для контроля состояния подвижного состава. Они обеспечивают предрейсовый и оперативный контроль состояния агрегатов с отображением информации и предупреждением о предельных режимах в эксплуатации, регистрацию отклонений параметров; обнаружение отказов, фиксацию случая, выдачу рекомендаций по оперативному выходу из аварийной ситуации.

В настоящее время на железных дорогах эксплуатируются системы диагностики подвижного состава типа ДИСК, КТСМ, КОМПЛЕКС, АСК ПВ и др.

Развитие систем грозозащиты.

Одной из острых проблем при внедрении микропроцессорных и микроэлектронных систем ЖАТ, является их защита от грозовых и коммутационных перенапряжений. Это проблема комплексная, так как аппаратура ЖАТ испытывает не только возмущающие воздействия атмосферных и коммутационных перенапряжений, но и воздействие тягового электропривода, импульсных систем управления.

Для решения проблемы разработаны новые принципы и технологии создания помехозащитных систем, удовлетворяющих требованиям международных стандартов, инвариантных в отношении низкого качества электроэнергии систем электроснабжения, тяжелых воздействий в результате грозовых и коммутационных перенапряжений.

Разработки в области грозозащиты (молниезащиты) технических средств железнодорожной автоматики направлены на построение многокаскадных систем защиты.

В ОАО «НИИАС» разработана универсальная система грозозащиты, которая построена по зонному принципу.

Развитие нормативной базы

Разработка и совершенствование национальных систем управления движением поездов сопровождалась развитием национальной стандартизации в области железнодорожного управления и обеспечения безопасности. Процессы интеграции различных стран, которые в наибольшей

степени выражены в Европе, поставили и обострили проблему эксплуатационной совместимоститехнических систем и устройств, разработанных в разных странах. Прежде всего, это относится к техническим системам отраслей транспорта, связи и информатики.

Для обеспечения эксплуатационной совместимости национальных железнодорожных систем в рамках Европейского Союза были созданы международные организации по стандартизации систем железнодорожного управления.

Итогом работы Группы А200 Европейского Института Железнодорожных Исследований (ERRI) явился выпуск спецификаций по системе ETCS (EuropeanTrainControlSyistem- Европейская Система Управления Движением Поездов). Для того, чтобы обеспечить возможность применения ETCSна любых железных дорогах Европы в системе специфицированы три функциональных уровня:

• уровень 1 — автоматическое обеспечение безопасности движения поезда с контролем тормозного пути (с точечной сигнализацией);
• уровень 2 — автоматическое управление движением поездов на линиях с традиционным контролем свободности пути в пределах фиксированных блок-участков (точечная и непрерывная сигнализация);
• уровень 3 — автоматическое управление движением поездов на линиях с контролем свободности пути поездными средствами (блокировка на основе применения радиосвязи).

На каждом из уровней возможны различные варианты проектирования прикладных систем с использованием унифицированной аппаратуры различных поставщиков.

Такие согласованные комплексы нормативных документов появились сначала на национальном уровне, например, комплекс стандартов Ми 8004 для германских железных дорог, на европейском уровне — стандарты CENи CENELEC, и в результате усилий международных организаций по стандартизации ISOи IEC.

В основу согласования комплекса нормативных документов положено понятие жизненного цикла изделия или системы.

Другим важным свойством, отличающим эти стандарты, является регламент жёсткого контроля, которому на каждом этапе жизненного цикла подвергается не только изделие или система, но и состав, и содержание работ, выполненных при создании или эксплуатации изделия или системы.

С 2010 года в ОАО «РЖД» ведется работа по гармонизации нормативной базы по управлению инфраструктурой с системой стандартов RAMS, широко применяемой на железных дорогах ЕС и США.

Комплексная автоматизированная система анализа, учета и контроля устранения отказов в работе технических средств КАСАНТ

Эффективность деятельности сети железных дорог может быть обеспечена за счет бесперебойной работы технических средств и, в первую очередь, объектов инфраструктуры и подвижного состава, обеспечивающих выполнение перевозочного процесса.

Одним из показателей, характеризующих с практической стороны качество работы технических средств, является количество случаев нарушения их нормальной работы.

Важное место в работе приобретает системный анализ. Для сбора информации об отказах технических средств на основе данных графиков исполненного движения, используемых в перевозочном процессе, разработана комплексная автоматизированная система учета, контроля, устранения отказов технических средств и анализа их надежности КАСАНТ.

Сочетания различных способов контроля и идентификации позволяет обеспечить необходимую достоверность и полноту исходной информации о подвижном составе, что качественно повышает эффективность информационно-управляющих систем за счет уменьшения негативного влияния «человеческого фактора» и позволяет перейти к прогнозным методам.

Система КАСАНТ внедрена в промышленную эксплуатацию на всех 17-ти железных дорогах ОАО «РЖД».

Управление ресурсами, рисками на всех этапах жизненного цикла на основе анализа надежности УРРАН

Задачи оптимизации расходов на содержание инфраструктуры потребовали новых подходов к управлению надёжностью, рисками, стоимостью жизненного цикла с использованием методологии обеспечения безотказности, готовности, ремонтопригодности и безопасности RAMS в соответствии с международными стандартами.

Это даст возможность снизить стоимость жизненного цикла объектов инфраструктуры и подвижного состава при обеспечении высокой надёжности и требуемого уровня безопасности перевозочного процесса.

При этом в национальных стандартах по управлению надёжностью не отражены вопросы управления инвестициями, затратами на текущее содержание. Обслуживание технических средств ведётся на основе нормативного срока их службы, зачастую без учёта текущего состояния.

Исследования показали необходимость переосмысления методологии RAMSс учётом специфики деятельности компании. В настоящее время разработаны показатели надёжности и безопасности, увязанные с объёмами эксплуатационной работы. Создана объектно-элементная модель железнодорожного направления, основанная на специально введённом понятии эталонного элемента. Дополнительно для обеспечения перехода от назначенного срока службы к оценке объектов по предельному состоянию были введены показатели долговечности.

Таким образом, методология RAMS трансформирована в российскую серию стандартов УРРАН — управление ресурсами, рисками на всех этапах жизненного цикла на основе анализа надёжности.

УРРАН обеспечивает переход от традиционных для RAMS показателей надёжности и безопасности конкретных технических средств к показателям, отражающим эксплуатационную деятельность компании и её хозяйств.

УРРАН ориентирован на управление надёжностью перевозочного процесса. Впервые на примере путевого хозяйства для оценки способности инфраструктуры к выполнению заданного объёма перевозок с установленной скоростью введены показатели, характеризующие надёжность не конкретного технического средства или системы, а перевозочного процесса в целом. Она выражена эксплуатационным коэффициентом готовности, в котором учитываются не только параметры безотказности и ремонтопригодности, но и параметры перевозочного процесса: участковой скорости поездов, плановых и внеплановых технологических перерывов.

На основе принципов и системы показателей эксплуатационной надёжности и безопасности стало возможным разработать методики оптимизации управления инвестициями в хозяйствах компании на всех этапах жизненного цикла. Эти методики управления инвестициями напрямую связаны с текущими оценками рисков перевозочного процесса.

В 2011 году планируется внедрить методологию в целом для путевого хозяйства, а также разработать соответствующую нормативную базу и внедрить ее на пилотных объектах в хозяйствах энергетики и сигнализации.

Управление рисками и ресурсами позволяет исключить экономические риски в виде лавинообразного возрастания затрат на эксплуатационную деятельность.