Автоматизация синтеза и анализа параметров тональных рельсовых цепей на перегонах

В настоящее время, на* сети, дорог ежегодно внедряется! более 1500' рельсовых цепей тональной, частоты* (ТРЦ) на перегонах. Из разработанных систем автоблокировки (КЭБ 2 ГТСС, АБЧК и АБ-УЕ МИИТ, АБТЦВНИИАС) для регулирования движения, поездов" на перегонах1 наиболее* полным критериям, (безопасность, пропускная способность, расход аппаратуры, техническое обслуживание и т. д.) отвечают системы, автоблокировки, с централизованным размещением аппаратуры на станциях и применением тональных рельсовых цепей без изолирующих стыков (АБТЦ).

Использование АБТЦ позволяет исключить значительное количество напольного оборудования, обеспечить его защиту от повреждений и сохранность, а применение ТРЦ — отказаться от использования изолирующих стыков для разделения участков пути. Схемные решения АБТЦ повышают безопасность за счет контроля движения поезда, который обеспечивает защиту от ложной’сигнализации на проходном светофоре при потере шунта, сохраняя красный сигнал на занятом блок-участке.

Использование ТРЦ без изолирующих стыков в АБТЦ требует внедрение защитных участков за светофором с красным сигналом, что гарантирует остановку поезда перед хвостом предыдущего поезда при проезде этого сигнала, в том числе и при перегорании красной лампы.

Разработка путевых планов перегонов и принципиальных схем на их основе представляет собой трудоёмкий процесс, требующий привлечения высококвалифицированного персонала, а также значительных временных и экономических затрат. В процессе проектирования существует высокая вероятность внесения ошибок проектировщиком вследствие значительного объёма рутинных операций, а также необходимости учёта большого числа различных условий и ограничений, определённых для каждой проектируемой системы.

В диссертации рассматриваются этапы проектирования системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями, связанные с выбором длин рельсовых линий, определением частот рельсовых цепей и построением регулировочных таблиц. Необходимость автоматизации данных этапов проектирования обусловлена следующими факторами:

1. Объемами реконструкции и модернизации морально устаревших систем автоблокировки;

2. Объемами внедрения ТРЦ при новом проектировании систем АБТЦ;

3. Необходимостью анализа работоспособности проблемных (т.е. работающих неустойчиво) ТРЦ, находящихся в эксплуатации.

Основным недостатком ТРЦ является необходимость их индивидуального расчёта и регулировки для обеспечения устойчивой работы во всех режимах. Большие объемы вычислений для каждой ТРЦ на этапе проектирования и требуемая точность расчета регулировочных характеристик определяют актуальность применения современных программных средств автоматизации и создание специализированных АРМов.

В создании и развитии теории расчёта параметров рельсовых цепей велика роль таких ученых как Брылеев A.M., Рязанцев Б. С. Аркатов B.C., Аркатов Ю. В., Казеев C.B., Ободовский Ю. В, Кравцов Ю. А., Степенский Б. М. и другие.

Однако, при разработке и проектировании систем железнодорожной автоматики, автоматизированные методы и алгоритмы синтеза и расчёта ТРЦ не применяются в связи со сложностью формализации и значительным числом вычислений.

Необходимость внедрения систем автоматизированного синтеза и расчёта ТРЦ продиктована требованиями повышения конкурентоспособности и эффективности отрасли в соответствии с мировыми стандартами.

Большое количество ошибок, допускаемых при проектировании, ведет к нареканиям со стороны эксплуатационников на внедряемые проекты. Устранение этих ошибок на этапе производства на заводах-изготовителях и при пуско-наладочных работах ведут к экономическим потерям, которые особенно велики при проявлении этих ошибок на стадии эксплуатации устройств автоматики.

Принятая в настоящее время система «сквозного» проектирования, основанная на последовательности выполнения и согласования чертежей на различных этапах, при больших объемах проектирования без средств автоматизации создает дополнительные трудности для проектировщиков. Ошибки, выявленные на последних этапах выполнения проектов, приводят к необходимости возвращаться на начальные этапы, что значительно увеличивает время и средства, затраченные на проектирование.

Предлагаемые в диссертационной работе методы и алгоритмы автоматизированного синтеза и расчёта параметров ТРЦ, а также внедрение разработанных на их основе программных средств, позволит уменьшить издержки за счет анализа показателей качества функционирования ТРЦ на всех этапах разработки проекта, «на ходу» выявлять допущенные неточности, и оперативно вносить изменения в чертежи.

5.4. ВЫВОДЫ.

1. Анализ результатов сравнения автоматизированного и не автоматизированного формирования ТРЦ показал, что использование средств автоматизации даёт возможность получить более качественный результат: меньшее число рельсовых цепей, минимальная разница длин смежных ТРЦ, равномерность распределения длин ТРЦ и отсутствие ошибок.

2. Разработана формула определения удельного коэффициента перехода Ку. Количественная оценка Ку даёт возможность определить эффективность вариантов разбиения перегона на ТРЦ.

3. Применение системы автоматизированного расчёта регулировочных характеристик ТРЦ позволяет уменьшить трудозатраты и повысить качество проектирования за счёт сокращения числа ошибок, которые могут быть не выявлены без использования средств автоматизации. Сокращение трудозатрат при использовании АРМ-ТРЦ составляет более 50 раз.

4. Учёт отклонений параметров элементов от номинальных значений выявил несколько ТРЦ, у которых расчётные значения напряжения генератора или путевого приёмника вышли за пределы допустимых значений. Это означает, что данные ТРЦ, при сочетании параметров, которое максимально неблагоприятно для протекания электрического тока от генератора к путевому приемнику, могут неустойчиво работать и давать сбои.

5. Применение рекомендаций, выдаваемых АРМ-ТРЦ в процессе работы, способствует определению возможных путей корректировки схем замещения и параметров элементов аппаратуры рельсовых цепей с целью улучшения регулировочных характеристик.

6. Разработаны рекомендации для расчёта тональных рельсовых цепей на перегонах при технологических остановках поездов внутри блок-участков. Применение данных рекомендаций позволит на этапе проектирования и эксплуатации избежать сбоев в работе систем АБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

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

1. Разработаны' метод и алгоритмы синтеза ТРЦ на основе графа возможных расположений рельсовых цепей, позволившие выбрать оптимальный (по критериям длина рельсовой линии, минимальное число рельсовых цепей) вариант чередования сигнальных частот и длин рельсовых линий. Разработанные метод и алгоритмы обеспечивают минимальную разницу длин" смежных ТРЦ, равномерное распределение длин ТРЦ на блок-участках и наименьшее число совпадений несущих частот соседних путей.

2. Разработана формула определения коэффициента перехода Кп смежных (т.е. имеющих общий питающий конец) рельсовых цепей, использование которого позволяет обеспечить выполнение критериев равномерного распределения длин рельсовых цепей и минимальной разницы длин смежных рельсовых цепей при поиске оптимального пути на графе.

3. На основе предложенных методов и алгоритмов синтеза разработан программный модуль, позволяющий автоматизировать задачу поиска оптимальной (по заданным выше критериям) последовательности рельсовых цепей на проектируемом перегоне.

4. Предложена схема распространения сигнального тока при расчёте бесстыковых ТРЦ на перегонах. Определено необходимое и достаточное минимальное количество рельсовых линий и входных сопротивлений аппаратуры смежных и соседних ТРЦ для учета нагрузки на генератор моделируемой цепи. Определено, что принятые ограничения значительно упрощают модель распространения тока в бесстыковой рельсовой линии, при вносимой при этом погрешности расчета менее 1%.

5. Предложена схема распространения кодового сигнала АЛС при расчёте бесстыковых ТРЦ на перегонах. Определено необходимое и достаточное минимальное количество рельсовых линий и входных сопротивлений аппаратуры ответвления для учета нагрузки на кодовый трансформатор. Определено, что принятые ограничения значительно упрощают модель распространения кодового сигнала АЛС в бесстыковой рельсовой линии, при вносимой при этом погрешности расчета менее 1%.

6. Разработаны правила построения схем замещения аппаратуры ТРЦ в системах автоблокировки для режима КРЦ и АЛС, которые используют разработанную в диссертации схему распространения сигнального тока и кодового. сигнала АЛС при расчёте бесстыковых ТРЦ на перегонах.

7. Разработаны правила построения схем замещения аппаратуры ТРЦ в системах ЭЦ для режима КРЦ и АЛС.

8. Разработаны структура модуля и алгоритмы автоматизации расчётов регулировочных характеристик тональных рельсовых цепей, в которых применены результаты диссертации, изложенные в п. 4, 5, 6 и 7 заключения.

9. На основе предложенной структуры и алгоритмов разработан программный модуль автоматизированного рабочего места анализа работы и построения регулировочных таблиц тональных рельсовых цепей АРМ-ТРЦ, который в настоящее время находится в опытной эксплуатации на полигоне Октябрьской ж.д. и готовится к сдаче в постоянную эксплуатацию.

10. Проведено исследование влияния отклонений параметров элементов от номинальных значений на условия передачи сигнала тональной частоты. Обнаружено, что влияние отклонения величины ёмкости конденсатора Ск зависит от длины кабеля релейного или питающего конца, где расположен данный конденсатор, а влияние отклонения величины сопротивления резистора Из, находящегося в ответвлении, зависит от длины рельсовой линии в данном ответвлении. Определена неоднозначность характера влияния отклонений параметров элементов от номинальных значений: при определённой длине кабеля и рельсовой линии знак влияния меняется на противоположный.

11. Определено, что до выполнения аналитических расчетов достаточно сложно определить характер влияния отклонений параметров, как отдельных элементов, так и совокупности нескольких элементов конкретной ТРЦ на её регулировочные характеристики. Поэтому. для каждой ТРЦ необходимо производить индивидуальное определение влияния отклонения параметров.

12. Предложен метод, позволяющий' учитывать возможные отклонения параметров элементов ТРЦ от номинальных значений при расчёте регулировочных характеристик. Метод даёт возможность расширить диапазон регулировочных характеристик с учетом фактических допустимых отклонений значений параметров элементов ТРЦ.

13.Разработаны рекомендаций для расчёта ТРЦ на перегонах при технологических остановках поездов внутри блок-участков. Рекомендации заключаются в необходимости учёта технологических остановок поездов внутри блок-участков ещё на этапе проектирования и при необходимости производить расчёт ТРЦ с учётом зоны дополнительного шунтирования. Применение данных рекомендаций позволит на этапе проектирования и эксплуатации избежать сбоев в работе систем АБ.

14.Разработана формула определения удельного коэффициента перехода Ку. Количественная оценка Ку даёт возможность определить эффективность вариантов разбиения перегона на ТРЦ.

15. Анализ результатов сравнения ручного и автоматизированного формирования ТРЦ показал, что использование средств автоматизации, даёт возможность получить более качественный результат (меньшее число ТРЦ на перегоне, отсутствие ошибок и т. д.).

16. Анализ результатов расчёта регулировочных характеристик с учётом отклонений параметров элементов от номинальных значений выявил ТРЦ, у которых значения расчётные напряжения генератора или путевого приёмника вышли за пределы допустимых значений. Это означает, что данные ТРЦ, при сочетании параметров максимально неблагоприятных для протекания электрического тока от генератора к путевому приемнику, могут неустойчиво работать и давать сбои. Для исключения неустойчивой работы ТРЦ, их расчёт необходимо проводить с учётом возможных отклонений параметров элементов.