автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы и алгоритмы процессного моделирования тональных рельсовых цепей в системах управления движением поездов

На правах рукописи

СОКОЛОВ МИХАИЛ БОРИСОВИЧ

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЦЕССНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Специальность 05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

б ИЮН ¿013

005061173

Санкт-Петербург 2013

005061173

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС) на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Василенко Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения» Кравцов Юрий Александрович

кандидат технических наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения» Леушин Виталий Вениаминович

Ведущая организация — Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО РГУПС)

Защита состоится «26» июня 2013 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 на базе Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-320

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ПГУПС.

Автореферат диссертации разослан « 24 » мая 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /СГорбачев Алексей Михайлович кандидат технических наук '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

На современном этапе развития систем интервального регулирования движенийг поездов широкое распространение получили тональные рельсовые цепи (ТРЦ). Использование сигнального тока с несущей частотой в тональном диапазоне позволяет повысить защищенность от воздействия помех тягового тока, практически, на порядок снизить потребляемую мощность в сравнении с числовыми кодовыми рельсовыми цепями (РЦ), применить современную элементную базу, осуществить централизованное размещение аппаратуры.

Исследование ТРЦ с учетом реальных условий эксплуатации (изме-' нение параметров рельсовых линий (PJT), отказы элементов, режимы настройки аппаратуры, следование импульсов несущей частоты со скважностью не равной двум) является сложной научно-технической задачей, предполагающей применение специальных математических методов и моделей. В связи с этим разработка программных средств, направленных на создание адекватной модели, позволяющей проводить анализ отказов, обеспечивать возможность получения формы и уровня сигнала в различных точках ТРЦ, создавать условия для проведения анализа предотказных состояний,является актуальной задачей. С этой целью в диссертационной работе предлагается использовать метод имитационного моделирования (ИМ). А поскольку процесс обработки сигнала в РЦ является непрерывным, то для его анализа предложено применить одну из разновидностей ИМ - процессное моделирование.

В общем виде процессная модель представляет собой композицию математического описания процесса обработки сигнала в функциональных блоках (ФБ) устройств и элементов ТРЦ, связанных между собой в соответствии с функциональной схемой ТРЦ (см. рис. 1).

В области исследования РЦ известны работы многих авторов: Бры-леева A.M., Котляренко Н.Ф., Пенкина Н.Ф., Шишлякова A.B., Белякова И.В., Аркатова B.C., Воронина В.А., Власенко С.В, Дмитриева B.C., Елки-на Б.Н., Кравцова Ю.А., Минина В.А., Полевого Ю.И., Щербины Е.Г., Рас-тегаева С.Н. и ряда других ученых. Однако в этих работах описаны методы расчета, не рассматривающие непрерывный сигнал во временной зависимости.

Целью работы является создание имитационной модели - инструмента изучения непрерывных процессов обработки сигналов в ТРЦ в различных режимах, включая отказы элементов.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. разработаны требования к методу моделирования ТРЦ;

2. определены принципы процессного моделирования и математические модели функциональных блоков, обеспечивающие функциональную полноту описания ТРЦ и адекватность отображения процессов;

3. разработано универсальное средство моделирования и алгоритмы синтеза моделей для анализа функционирования ТРЦ;

4. выполнена оценка адекватности процессной модели методом сравнения результатов с натурными измерениями и результатами расчёта другими методами;

Методы исследования. В работе использованы положения теорий математического анализа, функций комплексных переменных, алгоритмического описания процессов. В качестве основы построения модели ТРЦ используется одно из направлений имитационного моделирования - процессное, основанное на декомпозиции математического описания процесса обработки сигнала по моделям ФБ.

Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс вопросов синтеза процессной имитационной модели ТРЦ (ПМТРЦ), позволяющий проводить анализ работоспособности ТРЦ: разработаны принципы процессного моделирования ТРЦ; на основе предложенной концепции разработан набор моделей ФБ, обеспечивающих функциональную полноту и адекватность описания процессов, реализуемых в ТРЦ; предложена формализованная схема отказов ФБ; доказана необходимость представления ТРЦ в ПМТРЦ в виде совокупности моделей данной ТРЦ со смежными и соседними ТРЦ.

Достоверность научных положений обоснована выполненными теоретическими исследованиями с использованием методов математического моделирования и подтверждена экспериментально путем измерения параметров ТРЦ на Октябрьской железной дороге.

Практическая ценность работы состоит в разработке процессной модели ТРЦ, позволяющей без использования дорогостоящих и сложных физических моделей и натурных измерений производить изучение физических процессов в РЦ, которая может быть использована в качестве инструмента прогнозирования отказов эксплуатируемых и индикатора «слабых» мест разрабатываемых РЦ.

Реализация работы. Полученные в диссертационной работе результаты процессного моделирования в виде ПМТРЦ внедрены на Октябрьской железной дороге при расчете ТРЦ на станциях Славянка и Сортировочная.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных межвузовских конференциях «Шаг в будущее. Неделя науки» в 2004, 2005, 2006, 2007 годах. По результатам выступлений изданы статьи в сборниках материалов конференций.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7статей 1 патент на полезную модель. В изданиях ВАК РФ опубликовано 2 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и приложений, содержит 185 страниц основного текста, 57 рнсункОЗ 6 приложений. Библиография включает 80 наименовании. 7

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследования.

В первом разделе диссертационной работы проведен анализ систем автоблокировки (АБ) построенных на основе ТРЦ, определены их сравнительные характеристики. Проведен анализ возможных неисправностей ТРЦ и влияний внешних воздействий на их функционирование.

Из проведенного в разделе анализа следует, что наибольшее число отказов ТРЦ происходит из-за отказов элементов рельсовой линии и неконтролируемых внешних воздействий: пониженное или повышенное сопротивление изоляции элементов РЦ, закорачивание (короткое замыкание) рельсовой линии (РЛ), воздействие атмосферных перенапряжений.

Поэтому одним из основных требований к построению ПМТРЦ является не только анализ работоспособности, но и возможность моделирования неисправностей. Необходимость учёта эксплуатационных условий требует применения системного подхода к задаче, связанной с разработкой принципов процессного моделирования и набора математических моделей ФБ. На основе системного подхода определены основные требования, предъявляемые к ПМТРЦ.

Анализ известных методов расчета РЦ, проведенный в диссертационной работе показал, что они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к математической модели ТРЦ лишь частично. Поэтому определена необходимость разработки нового метода, основанного на методологии ИМ и отвечающего сформулированным в данном разделе требованиям к математической модели ТРЦ.

В качестве такого метода в диссертации предлагается использовать один из подходов к имитационному моделированию - процессное моделирование. С этой целью ТРЦ разбивается на ФБ - состоящие из элементов РЦ, принадлежащих к определенному законченному устройству, для каждого из которых разрабатывается математическая модель (рисунок 1). Последовательность обработки сигналов ФБ организуется моделирующим алгоритмом в соответствии со схемой рисунка 1.

Во втором разделе разработан метод построения процессной модели

ТРЦ.

ПМТРЦ представляет собой математическую модель РЦ, дополненную упрощёнными моделями смежной и соседних РЦ с возможностью вывода результатов моделирования в промежуточных точках. В модели учитывается влияние на моделируемую РЦ как смежной, так и соседних ТРЦ. Это взаимодействие определяется значением волнового сопротивления Ъв рельсовой линии (РЛ), значениями входных сопротивлений передающего и приёмного концов смежной и соседних РЦ (рис. 1).

Математическая модель строится в следующей последовательности:

1. Разрабатываются математические модели ФБ, аппаратуры ТРЦ, а также тракта передачи сигнала при его распространении от передатчика к приемнику с учетом всех влияющих на этот процесс факторов.

2. Создаются математические модели устройств питающих и релейных концов ТРЦ:

- математические модели блоков соединяются в устройства (путевой генератор, полосовой фильтр, элементы устройств согласования и защиты, путевой приемник, путевое реле);

- на основе математических моделей устройств по топологии рельсовой цепи строится обобщенная математическая модель;

- в модель добавляется блок формирования суммарного сигнала ТРЦ.

3. Разрабатываются модели смежной и соседних ТРЦ:

- учитывается влияние сигналов соседних и смежной ТРЦ.

4. Заносятся исходные данные математической модели: временной интервал работы моделируемой РЦ I [с]; напряжения источников питания путевых генератора и приемника ипит_гп, ипитпп [В] соответственно; значения частот несущей и манипулирующей {ни:, См од [Гц]; коэффициенты трансформации путевых трансформаторов п; удельное сопротивление РЛ

2РЛ [Ом/км]; сопротивление изоляции РЛ га = — , [Ом-км]; длина РЛ /РЛ,

"рл

[м]; длина кабеля питающего конца /кабель, М; длина кабеля релейного конца /1 кабель, М; сопротивление обмотки путевого реле Ягеле, [Ом].

В местах соединения устройств модели организуются контрольные точки с возможностью графического вывода промежуточной информации о форме и амплитуде сигнала.

5. При необходимости, составляются модели отказов ТРЦ (ФБ), которые включаются в ПМТРЦ аналогично блокам формирования суммарного сигнала ТРЦ.

Согласно приведенному методу строятся математические модели питающего (ПК) и релейного (РК) концов ТРЦ, РЛ.

При распространении сигнала по кабельной линии (ЮТ) ослабляется его уровень и изменяется фаза. Эти изменения зависят от длины КЛ, частоты входного сигнала и волновых характеристик КЛ, которые в свою очередь зависят от частоты сигнала ТРЦ, удельной емкости и сопротивления кабельной пары.

Модель путевого трансформатора учитывает фазовый сдвиг сигнала путевого генератора ГПЗ на выходе элементов схемы кодирования (Б) в КЛ, осуществляя низкочастотную фильтрацию и учитывая понижающий коэффициент трансформации п=38.

Таким образом, математическая модель ПК описывается совокупностью ФБ: ГПЗ, элементы схемы кодирования, КЛ, согласующий трансформатор и соединительные провода. Ниже представлены ФБ КЛ (1) и согласующего трансформатора (2). Остальные ФБ ПК приведены в тексте диссертационной работы.

мвх_тр ('> аслеелъ) — ~~ ~ кабель ^кабель ^кабель (о

"кабель ' "кабель _ras!i 2

т

1 ' ^

"выхтр(') = —--kxtp(f-0rff[b] (2)

jo - т т г— 2

где:

г<вх_тр - уровень сигнала ТРЦ на входе путевого трансформатора ПТ,

И;

«вых_тр - уровень сигнала ТРЦ на выходе ПТ, [В]; ^кабель- коэффициент затухания сигнала ТРЦ в кабельной линии, [Дб/км];

Дсабель" коэффициент фазового сдвига сигнала ТРЦ в кабельной линии, [рад/км];

S - уровень сигнала ТРЦ на выходе путевого фильтра ФПМ, [В] *каею1ь > т - элементарный интервал времени [с].

Сигнал на входе РЛ будет затухать на величину падения напряжения в соединительных Rcп проводах и на защитном резисторе R3.

Сигнал на выходе ПК распространяется в обе стороны неограниченной ТРЦ, следовательно, необходим учет утечки тока на входе РЛ (С -утечка релейного конца, А и В - питающего конца). Значение потерь зависит от волновых сопротивлений смежной и соседних РЦ, (Zb_cm, Zb_c)> входных сопротивлений PK и ПК смежной и соседних РЦ, (Zbx_pk_c> Zbxjtc.cm), и входных сопротивлений смежной и соседних РЛ (ZCM, ZBX_C).

1 ГШ 1

Елокприеиа

»

Бмайора* |

] фисырадо •

| несущей частоты |

1

Бло* фипьтрагдки |

манипулирующей

частоты ;

1

реле

] Иг1ДИК310Р I Формирователь

■ " постоянной

1 частотно • *

щэмлупировакиго 1 сигнала медная сигнала]

| Еглк фильтрации ¡«адаугарующкй частоты

постоянной оставляющей

¡йьхсяногсомала

Форюрошь частотно • илщщютес 0 сигнала 1 ~т ЮЗ

Формирователь несущей | чааоть | к>рыиромгель| частоты 1 айЙПуЛМв^

.....

Индикатор поступления • частотно мэнмуаировзнного сигнала

пп

Блокпривма ! си нала 1 I_____,____

1

1 Бп» выбора н

1 фильтрации

| несущей частоты

)

Блок фильтрации

манипулирую^

частоты ^

реле йкддаор 1 Формирователь

г постоянной

частотно • {■- • составляющей

смша 1

Рис. 1 Функциональная схема модели перегонной тональной рельсовой цепи.

Составим схему замещения относительно ПК моделируемой РЦ для определения эквивалентного сопротивления (рис. 2.). На схеме 7м0д, 2см соответственно сопротивления моделируемой соседней и смежной

РЛ.

Выражение для определения значений 7.РЛ {2иод, 2С, 2См) имеет вид (3) и описывается аналитически с помощью гиперболических функций от комплексных аргументов. Аналогичным выражением находят см. 7-пхс-

С - утечка релейного конца

n

■-Г1 75

Тй

I А - Моделируемая РЦ

да

X

■о

рк

с го

X

-а

гмод

ПК

1Вых пк

4с

го

В - утечка питающего конца

I

т

ТчГ ГО X "О я о 2

гсм

Рис. 2. Схема замещения относительно эквивалентного сопротивления нагрузки РЛ 2^.

/'.7

2В • (со5Ь( у ■ /рл) —

-ш Цу-1т)+

-5тЬ(у-?Рл))

-сочъ(у-1тл))

[Ом],

(3)

в котором включены параметры рассчитываемой рельсовой линии: 1РЛ - длина рельсовой линии, [км];

7.в - волновое сопротивление рельсовой линии, [Ом];

у - коэффициент распространения;

ZB=ZH - сопротивление нагрузки рельсовой линии [Ом].

В диссертационной работе получены выражения для определения сопротивлений, влияющих на токи утечки: С - релейного конца; А и В -питающего конца (4).

'МОД

7 ■ 7

■^вхрк ^вх.рк.с

С.=ХГ +-

■ ■г.

[Ом] (4)

где, выражения для определения гвх_рк_с, 2вх_рк_см,2вх_пк_с, имеют вид(5)

7 — ^ВХРК

ял' р1г — _

[Ом] (5)

7 _ ^ВЫХПК

'выхпк

где:

ипх РК _ /вх РК - напряжение и ток на входе РК при распространении сигнала с ПК;'

^выхпк 'выхпк - напряжение и ток на выходе ПК;

Формула расчета эквивалентного сопротивления влияющего на ток утечки ПК определяется в соответствии с теорией электрических цепей (6): 7

¿экв = , „ Л'В'С „ , [Ом] (6)

С учетом потерь тока и напряжения получены выражения для определения формы сигнала ТРЦ на входе РЛ (7):

[А]

1 вх_р л „потери v-/- i п 4-17

(7)

^ВХ_рл_потеги(') = ^ВХ_рл_п01и>и (') "|^экв| ' [®]

где:

Ивых_тр - уровень сигнала ТРЦ на выходе путевого трансформатора,

[В];

£^вх_рл_потери- уровень напряжения на входе РЛ, [В]; /вх_рл_потери - уровень тока на входе РЛ, [А]; 2сп _ сопротивление соединительных проводов, [Ом]; /?3 - защитное сопротивление, [Ом].

Математическое описание, процессов затухания и фазового сдвига сигнала ТРЦ в рельсовой линии представлено выражением (8):

1

И Лл) ~е И " ' Т С _ ' |"вх^Л_ПОТЕРИ ('рл-Грл^гл [В]' (8)

где:

гРЛ- элементарный промежуток времени, [с];

арл - километрический коэффициент затухания в рельсовой линии [Дб/км];

Дрл - рад/км - километрический коэффициент сдвига фазы в рельсовой линии, [рад/км].

Выражение, описывающее смешанный сигнал ТРЦ на границе моделируемой (мод) и соседней (с) РЦ, имеет вид (9):

^сум.вых.рл {иРш , /Рл ) = Мвых_рл 0' Ргл_мод > 'рл_«0д ) + «вых_рл Ртл*. ¿рл_с ) [В] (9)

С учетом потерь тока и напряжения получены выражения для определения формы сигнала ТРЦ на выходе РЛ (10):

■л > ит' 'рл > е

[А]

РК.

Реп I + + ^пт

^ вых_рл_потери (0 = 1 вх_р л _1 ютрри (г)-йлг, [В] (10)

^вх_ркпотн>и(') =^сум_вых.рл(''Ал»'рл)_^вьи_рл_потери(1) ^^^

где:

Япт - сопротивление вторичной обмотки путевого трансформатора

^вх.рк^потери" уровень сигнала ТРЦ на входе релейного конца, [В];

Путевой трансформатор на РК описывается выражением аналогич-ным^но при условии умножения на л=38. Выражение, подобное (.1)использовано для определения процессов, происходящих в КЛ на РК.

В отличие от используемых в настоящее время методов расчета, ПМТРЦ позволяет производить моделирование отказов элементов ТРЦ.

Процессные модели отказов элементов ТРЦ - совокупность процессов, происходящих в ТРЦ с учётом отказов или значений параметров, приводящих к опасному отказу. В ФБ модели отказы представлены в виде функциональных схем отказов (ФСО).

Примеры реализации ФСО для часто встречаемых, по статистике, отказов различного типа (обрыв, короткое замыкание, кондуктивное сообщение жил кабеля, некорректная заводская настройка путевых генераторов, воздействие внешних помех, сигналов соседних ТРЦ, влияние допол-

нительного сопротивления, наличие сигнала помех с уровнем амплитуды значительно выше нормативного значения) представлены в таблице 1.

Модели ФБ в соответствии с рисунком 1 и их ФСО приведены в тексте диссертации.

Таблица 1.

Примеры моделей отказов_

№ Тип отказа Вводимые изменения

1 2 3

1 Обрыв (кабеля на ПК) 1 ^кабель 10 2 мвх_тг Асабель ) — ' js ('кабель ^кабельЖсабель ^кабель ' ^кабель f гхавмь

2 Короткое замыкание (кабеля на ПК) - мвх_тр^>лсабель) _ ' {^('кабель ^кабель)^гкаеель ^кабель ' ^кабель tj¡j¡sc!¡í 2

3 Сообщение жил кабеля (ПК) í ( гкдкняь "вхл'ллсабель) — ' {^('кабель ^кабель )^'кабель ^кабель ' ^кабель t »"kasitu 2

4 Некорректная настройка (путевой генератор) u(t) = ((Í/BHX • sin(2• я • /НЕС • í)) • (0,5 + m -0,5• (.wg/i(sin(2• я■ /мод • ()))))

5 Сложение с сигналом посторонней частоты (на выходе кабеля ПК) _ (/^КАБЕЛЬ ) ' ^КАБЕЛЬ КАБЕЛЬ ~ rs f , f " ' /ц ес J 50 ^ ^ ^клее.ль j 2 МВХ ТР /^КАБЕЛЬ ) ~ '1 ^^КАБЕ-lb ^КАБЕЛЬ ) + М5() (^КАБЕЛЬ ))^КАБЕЛЬ ^КАВЕЛЬ ' ^КАБЕЛЬ (_Тклгель 2

б Добавление сопротивления (на входе РЛ) (¿-ачссвых > . ивых тр О ' е /вх-рл~ Лсп + Я3+Лжв

7 Сложение с сигналом (в том числе высокой амплитуды -гроза) ^сум,вых_рл ('> Ал > 'рл ) = мвых_рл ('> Дрл_мс.д' 'рл_иод ) + + "вых_рл С> А>Л_« • 'рл^о ) + "грозы (') Атозы (0 = - sinCf-" • cos(2 •»■ í + (3)) - грозовой спектр ^влияния (0 =■^+ Кг )• cos(2-to-t + р)-влияющее напряжение

Примечания: 1. Значение 0 в ФБ КЛ имитирует полный обрыв линии на питающем конце;

2. При коротком замыкании в ФБ КЛ (0,06 Ом) имитируется минимальный уровень сигнала ТРЦ;

3. Уменьшение тока в ФБ КЛ в 10 раз имитирует частичное сообщение жил в линии;

4. вычитание 0,5 в ФБ генератора ТРЦ позволяет имитировать нарушение скважности импульсов 2;

5. Сложение с частотой и добавление в расчёт сигнала 1К::( имитирует появлении сигнала посторонней частоты (50 Гц) в ФБ КЛ;

6. Добавление сопротивления на входе в ФБ РЛ смоделировано введением значения Яд;

7. Появление в РЛ сигнала помехи с уровнем амплитуды значительно выше нормативного значения (например, грозовой разряд) включено в ФБ РЛ как преобразование Фурье.

В третьем разделе показана целесообразность использования для построения ПМТРЦ специальных инструментальных средств моделирования электронных устройств.

В разделе сформулированы требования к средству моделирования ТРЦ с точки зрения поставленных задач, такие как: полнота математических возможностей, быстродействие без потери достоверности полученного результата, использование моделей пассивных и паразитных элементов и элементов, имитирующих перекрестные связи, индуктивные эффекты и помехи, возможность добавления новых моделей элементов, удобство работы с моделью.

Проведенный в диссертационной работе анализ показал, что ни одно из распространенных средств моделирования электронных устройств не удовлетворяет требованиям к модели ТРЦ. Предложено использовать в качестве платформы ПМТРЦ пакет МаШСас!, обладающий математическими и сервисными возможностями, достаточными для удовлетворения требований к ПМТРЦ. В диссертационной работе разработаны математические модели ФБ и блочная схема ТРЦ, которые совместно образуют структуру связей, устанавливающую взаимосвязь за счет указания состава входных и выходных данных каждого ФБ. На базе этой методики разработано инструментальное средство ПМТРЦ-М, реализованное в среде МаЛСас!.

ПМТРЦ - М позволяет проводить следующие эксперименты: моделирование ТРЦ в нормальном, шунтовом, контрольном, АЛС и короткого замыкания режимах работы; подключение моделей отказов элементов; задание параметров элементов близких к критическим; добавление сигнала перенапряжения грозового разряда; сбор базы образов сигналов ТРЦ.

На рисунке 3 представлены графическое изображение формы сигнала ТРЦ при моделировании отказов элементов РЦ (при коротком замыкании в кабеле на ПК (а), сообщении жил кабеля на ПК (б), влияние мешающего сигнала посторонней частоты на ПК (в)).

В четвертом разделе доказана адекватность ПМТРЦ на основе сравнения результатов с данными натурных измерений и результатами расчётов известными методами.

Разработана методика натурных измерений параметров ТРЦ, составленная на основе инструкции ЦШ - 720 (технологические карты №№ 33, 35-36, 40) для получения первичных и вторичных параметров рельсовЫ^ четырехполюсников. В соответствии с предложенной методикой в январе 2009 года во втором парке ШЧ - 6 произведены измерения параметров десяти ТРЦ.

1 1

| |

1.16

1.18

Рис.З. Графическое изображение формы сигнала ТРЦ при моделировании отказов элементов РЦ (короткое замыкание (а), сообщение жил кабеля (б), влияние сигнала посторонней частоты (в)).

Все данные/ полученные при измерениях, дали отклонение ± 10% Валидация полученных в модели значений токов и напряжений с натурными измерениями и данными АПК-ДК показала, что все полученные в модели результаты, обладают удовлетворительной точностью и не противоречат данным натурных измерений (±5 ^ 10%). Верификация ПМТРЦ по известным методам расчета ТРЦ, регулировочными таблицами ГТСС составила +7 10%. После калибровки модели данные были уточнены и составили расхождение с натурными измерениями и АПК-ДК ±5%.

В таблице 2 представлены результаты расчета регулировочных таблиц в ПМ ТРЦ.

Осциллограммы моделей сигналов на выходах всех ФБ ПМТРЦ, полученные в контрольных точках 1-11 (см. рис. 1.), представлены на рис.4. При использовании процессной модели тональной рельсовой цепи технологический эффект обеспечивается за счет внедрения диагностики состояния устройств ТРЦ, применяющих в процессе диагноза сформированную базу образов отказов. Внедрение базы в систему с непрерывным контролем АПК-ДК позволит прогнозировать состояние ТРЦ до наступления отказа.

В пятом разделе приведена реализация ПМТРЦ на примере тестового перегона и выполнено моделирование шести перегонных ТРЦ. Разработана методика и получены регулировочные характеристики и модели выходных сигналов в контрольных точках тестового перегона.

Нормальный режим

Таблица 2

Наименова- Рн/Гм, и Чф, иоп, В пои Гц и Особые обозначения

ние РЦ Гц и/12 В В В №

МИН. макс. Наличие Наличие Вкл. ФПМ

Их УТЗпри п

Н1П 420/12 650 5,46 55,21 0,854 0,74 0.91 НаРНЛ 12-62

нзп 800 0,4 0,62

Режим АЛС

Наименование РЦ Напряжение кодового трансформатора Ток на РК

Н1П НЗП 136,8 136,8 2,73 2,06

Шунтовой режим

Наименование РЦ Коэффициент шунтовой чувствитель-

ности при ТИ И ис

мин. макс.

Н1П 29 9

НЗП 63 12

Режим короткого замыкания (КЗ)

Наименование РЦ Максимальная расчетная мощность КЗ, Вт

Н1П НЗП 17.469

Контрольный режим

Наименова Коэффициент чувствительности к

кие РЦ контрольному режиму при ги и ис

мин. макс.

Н1П 1,04 1,4

НЗП 2,1 1,7

^ Г* 11 II

31ЭД '•змм

Сигналы на выходе путевого генератора (1)

Сигналы на выходе путевого фильтра (2)

Сигналы на выходе элементов схемы

кодирования на ПК(3)

Сигналы на выходе кабельной линии на ПК (4)

Сигналы на выходе ПОБС -2Г на ПК (5)

Сигналы на выходе РЛ на РК (7)

Сигналы на входе ПОБС - 2Г на РК (8)

Сигналы на выходе кабельной линии на РК (10)

Сигналы на выходе •элементов схемы кодирования наРК

(П)

Рис. 4. Модели сигналов на выходах ФБ

ПМТРЦ позволяет создавать процессные модели отказов элементов ТРЦ. В ФБ модели отказы представлены в виде функциональных схем отказов (ФСО).

Примеры реализации ФСО для часто встречаемых, по статистике, отказов (обрыв, короткое замыкание, кондуктивное сообщение жил кабеля, некорректная заводская настройка путевых генераторов, воздействие внешних помех, сигналов соседних ТРЦ, влияние дополнительного сопротивления, наличие сигнала помех с уровнем амплитуды значительно выше нормативного значения) приведены в тексте диссертации.

В приложениях представлены материалы, отображающие описания методов анализа ТРЦ и методов определения параметров РЛ; графики сигналов ТРЦ и вспомогательные расчеты параметров ТРЦ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты и выводы:

1. Обоснована необходимость разработки процессной модели ТРЦ (ПМТРЦ).

2. Определен принцип построения ПМТРЦ, согласно которому математически описаны все функциональные блоки ТРЦ.

3. Предложен метод процессного моделирования, позволяющий анализировать изменение и преобразование сигнала ТРЦ во всех диагностических точках цепи с получением величины и формы сигнала.

4. Построены блок-схемы алгоритмов процессной модели для представления в разработанном универсальном средстве моделирования ТРЦ на основе математического пакета МаЛСас!.

5. Выполнена оценка адекватности разработанной модели ТРЦ и проведена ее калибровка на основе серии натурных измерений.

6. Использование накопленной базы образов сигналов в системе с непрерывным контролем состояния ТРЦ позволяет прогнозировать состояние ТРЦ. А внедрение базы образов в обучающую систему позволяет создавать качественные тренажерные блоки и обучать технический персонал физике происходящих в ТРЦ процессов. Также применение ПМТРЦ позволяет обнаруживать ошибки на стадии проектирования и наладки ТРЦ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Василенко М.Н., Соколов М.Б. Применение метода процессного моделирования для анализа тональных рельсовых цепей / Василенко М.Н., Соколов М.Б.// Научно-технический журнал "Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения" .- Ростов-на-Дону.: РГУПС, 2007. - С. 31-38.

2. Василенко М.Н., Соколов М.Б. Применение моделирования для анализа тональных рельсовых цепей / Василенко М.Н., Соколов М.Б.// Научно-технический журнал "Известия петербургского государственного университета путей сообщения". Вып. 1 .- Санкт-Петербург.: ПГУПС, 2011. - С.153-162. ISSN 1815-588Х.

Другие публикации

3. Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б. Анализ переходных процессов в электромагнитном реле /Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б.// Вестник Петербургского государственного университета путей сообщения (выпуск 2) .- СПб.: ПГУПС, 2004. - С. 110-113. ISBN 5-7641-0133-6.

4. Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б. Электронное моделирование реле железнодорожной автоматики и телемеханики /Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б.// Международный сборник трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов «Железнодорожный транспорт: проблемы и решения» .- СПб.: ПГУПС, 2004. -

С. 90-92.ISBN 5-7641-0136-0.

5. Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б. Переходные процессы при

шунтировании обмотки реле конденсатором /Василенко М.Н., Культин В.Б., Соколов М.Б.// Сборник научных трудов "Разработка и эксплуатация новых устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики" .- СПб.: ПГУПС, 2006. - С.18-21.

6. Василенко М.Н., Соколов М.Б. Использование программ электронного моделирования при проектировании устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики /Василенко М.Н., Соколов М.Б.// Сборник трудов "Труды ростовского государственного университета путей сообщения" .- Ростов-на-Дону.: РГУПС, 2006. -С. 84-89.

7. Васильев A.A., Гридяев Ю.В., Соколов М.Б. Стенд для изучения передающих устройств тональных рельсовых цепей /Васильев A.A., Гридяев Ю.В., Соколов М.Б.// Патент на полезную модель № 58485 - Самара.: СамГАПС, 2006. - 1с.

8. Соколов М.Б. Возможность применения процессного моделирования для анализа тональных рельсовых цепей /Соколов М.Б.// Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции "Перспективы развития информационных технологий" .- Новосибирск.: ЦРНС, 2011. - С. 153-162.

Подписано в печати 22.05.2013. Печ.л. - 1.

Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № 512._

Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9

16

Петербургский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЦЕССНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2013

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены вопросы разработки процессной модели анализа тональной рельсовой цепи и ее использование для анализа работы при отказах элементов цепи. Проведен анализ существующих методов анализа рельсовых цепей.

Предложен метод и алгоритмы процессной модели тональной рельсовой цепи, позволяющий проанализировать изменение и преобразование непрерывного сигнала в каждой промежуточной точке модели в графическом и численном виде.

На основе предложенного метода разработана концепция процессной модели, согласно которой математически описаны блоки и элементы тональной рельсовой цепи. Предложена методика натурных измерений и методика получения параметров изменения сигнала рельсового четырехполюсника.

Проведены серии экспериментов и апробация модели на тестовом перегоне.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ТРЦ 11

1.1 .Актуальность проблемы анализа ТРЦ 11

1.2.Современное состояние проблемы анализа ТРЦ 16

1.2.1. Характеристика ТРЦ как объекта моделирования 16

1.2.2. Современное состояние методов анализа РЦ 18

1.2.3. Выбор метода моделирования 20 Выводы и постановка задачи исследования 28

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССНОЙ МОДЕЛИ ТРЦ 30

2.1 .Метод построения процессной модели анализа характеристик ТРЦ 30

2.1.1. Формулирование метода построения процессной модели 3 0

2.1.2. Обеспечение выполнения требований к модели ТРЦ 31 2.2.Синтез математической модели ТРЦ 33

2.2.1. Модель генератора ТРЦ З 3

2.2.2. Модель фильтра ТРЦ 35

2.2.3. Модель элементов схемы кодирования 37

2.2.4. Модель кабельной линии 37

2.2.5. Модель аппаратуры согласования и защиты 39

2.2.6. Модель рельсовой линии 41

2.2.7. Модель аппаратуры согласования и защиты на релейном конце 45

2.2.8. Модель кабельной линии на релейном конце 46

2.2.9. Модель схемы кодирования на релейном конце 47

2.2.10. Модель уравнивающего трансформатора 47

2.2.11. Модель путевого приемника 48

2.2.12. Модель путевого реле 52

2.3.Формализованная схема отказов 53

2.4.Синтез функциональной схемы модели ТРЦ 57 Выводы по второму разделу 61

3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССНОЙ МОДЕЛИ

АНАЛИЗА ТРЦ 63

3.1.Определение структуры инструментального средства моделирования

ТРЦ 63

3.2.Блок-схема инструментального средства моделирования ТРЦ 71

3.3.Составление алгоритмов построения модели по блок-схеме инструментального средства моделирования ТРЦ 76

3.3.1. Алгоритм нормального режима работы ТРЦ 76

3.3.2. Алгоритм шунтового режима работы ТРЦ 79

3.3.3. Алгоритм контрольного режима работы ТРЦ 82

3.3.4. Алгоритм работы ТРЦ в режиме автоматической локомотивной сигнализации 84

3.3.5. Алгоритм работы ТРЦ в режиме короткого замыкания АЛС 88 3.4.Оптимизация работы модели 89

3.5.Методика построения алгоритма моделирования неисправностей 92 Выводы по третьему разделу 94

4. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИ ТРЦ 95

4.1 .Калибровка модели ПМТРЦ 95

4.1.1. Разработка методики и уточнение характеристик отдельных устройств ТРЦ 96

4.1.2. Разработка методики проведения натурных измерений в ТРЦ 100

4.1.3. Результаты натурных измерений токов и напряжений в контрольных точках ТРЦ 103

4.2.Разработка методики и проведение имитационных экспериментов на ПМТРЦ 104

4.2.1. Нормальный режим работы РЦ 104

4.2.2. Результаты расчета режимов шунтового, контрольного, АЛС, КЗАЛС 105

4.2.3. Результаты расчета регулировочных таблиц АРМ-ТРЦ и ГТСС 107

4.3.Комплексный анализ полученных результатов в ПМТРЦ 108 4.4.Оценка работы модели рельсовой цепи при отказах элементов 110 4.5.Анализ работы рельсовой цепи методом ПМТРЦ при критических значениях параметров элементов, с целью оценки возможности возникновения опасного отказа 113 Выводы по четвертому разделу 119

5. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕСТОВОГО ПЕРЕГОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПМТРЦ 120

5.1 .Методика составления регулировочных таблиц 120

5.2. Результаты расчета регулировочных характеристик ТРЦ н1п-нЗп 123

5.2.1. Исходные данные для расчета 123

5.2.2. Таблицы расчетных значений коэффициентов передачи 123

5.2.3. Уровни напряжения и тока в контрольных точках 126

5.2.4. Графики сигналов ТРЦ в точках тестового перегона 127 5.3. Оценка отказов элементов ТРЦ 130 Выводы по пятому разделу 133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 13 5

ПРИЛОЖЕНИЯ 143

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 144

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 152

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 154

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. 168

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. 169

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшую роль в обеспечении безопасности движения поездов играют рельсовые цепи (РЦ). На основании получаемой от них информации функционируют системы электрической централизации, автоблокировки (АБ) и контроля состояния подвижного состава. Дальнейшее совершенствование качества работы систем СЦБ приводит к усилению безопасности движения поездов, которая неразрывно связано с повышением надежности работы РЦ [6].

Рельсовые цепи являются базисным звеном не только в системах определения свободности или занятости участка пути. Они обеспечивают выполнение контрольного режима, т.е. контролируют целость рельса.

В последние годы активно внедряются системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты (ТРЦ). Эти рельсовые цепи построены на совершенно новой элементной базе, менее критичны к сопротивлению балласта, и, что самое главное, не требуют наличия изолирующих стыков. Поэтому основная нагрузка по обеспечению работоспособности ТРЦ приходится на работников дистанций сигнализации и связи [7].

Основным достоинством ТРЦ является их работа без изолирующих стыков. При этом:

1. Исключается самый ненадежный элемент СЖАТ - изолирующий стык (на долю изолирующих стыков приходится 27% всех отказов устройств СЖАТ).

2. Отпадает необходимость установки дорогостоящих дроссель-трансформаторов для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. При этом уменьшается число отказов по причине обрыва и хищений перемычек и снижаются затраты на обслуживание.

3. Улучшаются условия протекания обратного тягового тока по рельсовым нитям.

4. Сохраняется прочность пути с длинномерными рельсовыми плетями.

В выбранном диапазоне несущих частот уровень гармонических составляющих тягового тока меньше, чем при более низких частотах, что позволило:

- Повысить помехозащищенность РЦ;

- Повысить чувствительность приемников и, как следствие, снизить мощность, потребляемую ТРЦ;

- Кроме того, применение более высоких частот позволяет легче реализовать добротные фильтры меньших габаритов и повысить защищенность приемников от влияния соседних частот.

Удаление аппаратуры от рельсовых линий (РЛ) на достаточно большое расстояние обеспечивает экономическую целесообразность применения ТРЦ в следующих случаях:

- Для контроля свободности перегона и исправности рельсов в системе ПАЕ, что повышает безопасность движения и дает возможность внедрения систем диспетчерской централизации;

- Для организации защитных участков требуемой длины в кодовой и импульсно-проводной АБ. При этом установка дополнительных релейных шкафов и линейных высоковольтных трансформаторов в пределах блок-участка не требуется;

- В качестве РЦ наложения для получения требуемой длины участков приближения к переезду. Это позволяет сократить до минимума преждевременность закрытия переезда;

- На участках с пониженным сопротивлением балласта.

Кроме того, к достоинствам ТРЦ следует отнести отсутствие контактных реле, работающих в импульсном режиме, что существенно повышает надежность и долговечность аппаратуры. Известно, что среди приборов СЖАТ наибольшее число отказов приходится на дешифраторы кодовой автоблокировки, трансмиттерные реле и импульсные путевые реле.

Недостатками ТРЦ являются малая предельная длина и наличие зоны дополнительного шунтирования [5].

Сравнительный анализ работы традиционных рельсовых цепей и рельсовых цепей тональной частоты свидетельствует, что по количеству отказов на 1 ООО ТРЦ работают в 3 раза надежнее. Исходя из этого принято решение о преимущественном внедрении именно тональных рельсовых цепей, причем с централизованным размещением аппаратуры [6].

Анализ распространения сигнала по рельсовым линиям с распределенными параметрами с большими потерями в установившемся режиме - один из важнейших и сложных разделов теории РЦ. Изучение изменения сигнала в аппаратуре РЦ и в PJT приведет к снижению количества отказов и к возможности прогнозирования реакции аппаратуры на вносимые помехи.

В области анализа рельсовых цепей известны работы Ю.А. Кравцова [3], B.C. Аркатова [1,14], Воронина [17,18,19],В.С Дмитриева, В.А. Минина [2]. В области анализа и синтеза устройств СЖАТ известны работы Вл. В. Сапожни-кова [23,24,25], C.B. Власенко [10,11,12], С.А. Лунева [10], В.Б. Леушина [21]. В области моделирования процессов в рельсовых цепях известны работы Ю.И. Полевого [20]. В области составления регулировочных таблиц известны работы B.C. Аркатова, Ю.В. Аркатова, C.B. Казеева, Ю.В. Ободовского [14]; М.Н. Василенко, Б.П. Денисова [22].

Вид математической модели РЦ зависит от формы представления рельсовой линии, причем необходимо применять метод, позволяющий наиболее полно описать прохождение сигнала по РЛ.

Исходя из вышесказанного, математическая модель должна отвечать самым различным требованиям: отражать с требуемой точностью зависимость выходных электрических параметров РЦ от их внутренних и внешних в широком диапазоне их изменения, иметь соответствие физических процессов в РЛ; включать необходимые упрощения, позволяющие реализации ее программно на

ЭВМ; иметь универсальность в применении для многочисленных групп РЦ; быть экономичной с точки зрения машинных ресурсов.

Существующие на сегодняшний день методы не являются совершенными и не выполняют всех требований, предъявляемых математической модели. Чаще всего пользуются методом четырехполюсников.

Основные направления исследований, изложенные в диссертационной работе, состоят в следующем:

- анализ существующих методов расчета электрических параметров РЦ и оценка их эффективности для ТРЦ;

- рассмотрение предложенных ранее методов моделирования для анализа РЦ;

- создание представления об используемом методе и обоснование использования;

- разработка формализованного описания прохождения сигнала ТРЦ по всем элементам ТРЦ;

- разработка рекомендаций по использованию предлагаемого метода в целях уменьшения времени поиска отказов и исследования влияния помех на ТРЦ.

В диссертационной работе получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты и основные положения:

1. Доказано не совершенство известных методов анализа РЦ в моделях

ТРЦ;

2. Предложен метод построения процессной модели ТРЦ;

3. Разработан алгоритм реализации модели на языке программирования;

4. Разработан метод получения первичных параметров РЛ;

5. Разработано математическое описание элементов тональной РЦ;

6. Разработан алгоритм проверки адекватности предложенного метода;

7. Разработана процессная модель анализа ТРЦ (ПМТРЦ) и предложены

рекомендации по ее использованию в целях совершенствования технологии об-

10

служивания ТРЦ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ТРЦ

1.1. Актуальность проблемы анализа ТРЦ

В настоящее время на сети железных дорог находятся в эксплуатации различные типы систем интервального регулирования движения поездов (АБ, ПАБ, электрожезловые). Из них на системы автоблокировки приходится 62054,9км (73,6%) всех систем ИРДП. На Октябрьской ж.д. в децентрализованных и централизованных системах АБ, эксплуатируется 31741 км рельсовых цепей, 45% (14250 км) которых составляют тональные. Это связано с тем, что по количеству отказов, рельсовые цепи тональной частоты по статистическим данным работают в три раза надежнее (практически отсутствуют изолирующие стыки, уменьшается количество ДТ, аппаратура выполняется на современной отказоустойчивой элементной базе, коэффициент возврата путевого приемника повышен до 0,8).

В рельсовых цепях сигнальный ток на тональной частоте. В ТРЦ третьего поколения (ТРЦЗ) частота составляет 400...800 Гц, в ТРЦ четвертого поколения (ТРЦ4)-4000...6000 Гц.

Основное достоинство перегонных ТРЦ - возможность их работы без изолирующих стыков. В этих условиях:

• Исключается самый ненадежный элемент СЖАТ - изолирующие стыки (на долю изолирующих стыков приходится 27% всех отказов устройств СЖАТ [9]);

• Отпадает необходимость установки дорогостоящих дроссель-

трансформаторов для пропуска тягового тока в обход изолирующих

стыков. При этом уменьшается число отказов по причине обрыва и

11

хищений перемычек, а также снижаются затраты на обслуживание при централизованном размещении оборудования;

• Улучшаются условия протекания обратного тягового тока по рельсовым нитям;

• Сохраняется прочность пути с длинномерными рельсовыми плетями

[5].

Выбранный диапазон несущих частот обеспечивает меньший уровень гармонических составляющих тягового тока, чем при низких частотах, что позволяет:

• Повысить помехозащищенность РЦ;

• Повысить чувствительность приемников и, как следствие, снизить мощность, потребляемую ТРЦ;

• Применение высоких частот позволяет легче реализовать высокодобротные фильтры меньших габаритов и повысить защищенность приемников от влияния соседних частот.

Возможность удаления аппаратуры от рельсовых линий на достаточно большое расстояние обеспечивает экономическую целесообразность применения ТРЦ в следующих случаях:

• Для контроля свободности перегона и исправности рельсов в системе ПАБ, что повышает безопасность движения поездов.

• Для организации защитных участков требуемой длины в кодовой и импульсно-проводной АБ. При этом установка дополнительных релейных шкафов и линейных высоковольтных трансформаторов в пределах блок-участка не требуется (АБТЦ).

• В качестве РЦ наложения для получения требуемой длины участков приближения к переезду или устройствам КТСМ. Это позволяет сократить до минимума преждевременность закрытия переезда.

• На участках с пониженным сопротивлением изоляции.

Также к достоинствам ТРЦ следует отнести отсутствие контактных реле, работающих в импульсном режиме (среди приборов СЖАТ наибольшее число отказов приходится на дешифраторы кодовой автоблокировки, трансмит-терные реле и импульсные путевые реле). Это существенно повышает надежность и долговечность аппаратуры [5].

Недостатками ТРЦ являются: малая предельная длина, большое количество аппаратуры, аппаратура чувствительна к перенапряжениям и грозовым воздействиям, наличие зоны дополнительного шунтирования, ограничение при настройке рельсовых цепей для работы в известных режимах работы, высокая стоимость проектирования.

Поэтому сейчас и на долгую перспективу проектируются системы АБ с рельсовыми цепями тональной частоты.

Основные отличительные признаки систем АБ с тональными рельсовыми цепями, используемые в нашей стране, сведены в табл. 1.1.[5,13] Системы автоблокировки расположены в таблице в последовательности их разработки.

Таблица 1.1

Отличительные особенности систем АБ с ТРЦ

ЦАБ ЦАБ-М (АЛСО) АБТс (АБ-ПСБ) ЦАБ с АБТ АБТЦ

Исполнение центр. центр. де-центр. цент р- децентр. центр.

Проходные светофоры нет нет есть есть есть есть

ИС на границах БУ нет нет есть есть нет нет

Использование на участках с ПСБ - - + - - -

Тип ТРЦ 1-е поколение 2-е поколение ТРЦЗ ТРЦЗ ТРЦЗ, ТРЦ4 ТРЦЗ

продолжение таблицы 1.1.

Используемые не- 425, 425, 420, 420, 420, 480, 420,

сущие частоты ТРЦ, 475 475, 480, 480, (580); 480,

Гц (575) (580) (580) 4545, 580,

5000, 5555 720, 780

Высокочастотные рельсовые цепи используют как датчик наличия или отсутствия подвижного состава на рельсовой линии преимущественно в России. Это связано с тем, что на железных дорогах России особое место уделяется надежности и безопасности, что определяет необходимость выполнения контрольного режима. В европейских странах перевозки на железнодорожном транспорте становятся не выгодны и дорожают [10,11] из-за снижения стоимости и времени доставки грузов и пассажиров автомобильным и воздушным транспортом. В связи с этим был создан единый стандарт в развитии систем, заменяющих рельсовые цепи АЛС точечного типа (АЛСТ). АЛСТ позволяет определить место нахождения поезда и выполняет нормальный и шунтовой режимы работы рельсовых цепей [12].

Очевидно, что в отечественных системах АБ непосредственно от качества работы рельсовых цепей зависит безопасность движения поездов.

Однако по статистике на рельсовые цепи приходится наибольшее число отказов (25%) устройств СЦБ. Как показывает анализ [7], в процессе эксплуатации рельс