7.

PODSTAWY STEROWANIA RUCHEM POCIAGÓW

Zasada bezpiecznej jazdy pociągu

Ruch pociągów na liniach kolejowych odbywa się według ściśle określonych
zasad i procedur, ujętych przepisami, dzięki którym realizowany jest w sposób
bezpieczny i racjonalny.

Bezpieczne prowadzenie ruchu pociągów na linii kolejowej wymaga

oddzielenia jednego pociągu od drugiego:

- pewną długością toru kolejowego - dzieląc tor na odcinki i prowadząc ruch
pociągów tak, żeby na określonym odcinku toru nie było więcej pociągów niż
jeden,

- odstępem czasu - wysyłając każdy następny pociąg po upływie określonego
odstępu czasu, uznanego za wystarczający, liczonego od wyjazdu pociągu
poprzedzającego.

Pierwszy sposób prowadzenia ruchu całkowicie zapewnia bezpieczeństwo i
dlatego jest powszechnie stosowany. Wymaga on sprawdzania obecności taboru
na rozważanym odcinku toru. Dokładne miejsca podziału toru kolejowego na
odcinki, w terminologii kolejowej zwane odstępami blokowymi, są na ogół na
liniach kolejowych wyznaczane przez semafory (linie zautomatyzowanego
metra mogą nie mieć semaforów).

II

odstęp blokowy (i - 1)

odstęp blokowy i

odstęp blokowy (i + 1)

I

Zasada bezpiecznego prowadzenia ruchu – jeden pociąg na odstępie

Pociąg jest prowadzony przez maszynistę, który w oparciu o obserwację linii, w
tym wskazania semaforów, rozkład jazdy i parametry pojazdu odpowiednio
dobiera prędkość pociągu tak, aby jazda odbywała się bezpiecznie, racjonalnie
i zgodnie z rozkładem jazdy i obowiązującymi przepisami. Z uwagi na
zawodność

człowieka, maszynista musi być

wspomagany w swoich

czynnościach.

służbowy

rozkład jazdy

parametry

pociągu

Ź

ródła informacji przy prowadzeniu pociągu przez maszynistę

Najstarsze urządzenia wspomagające maszynistę w prowadzeniu pociągu były
instalowane przy torze obok semafora i gdy wskazywał on sygnał „stój”,
oddziaływały na urządzenia pojazdowe, które uruchamiały hamowanie nagłe
pociągu.

Jako urządzenia oddziaływania między torem a pojazdem stosuje się

urządzenia bezstykowego oddziaływania elektrycznego. Rozwój tych urządzeń,
poczynając od oddziaływania indukcyjnego prądu stałego, doprowadził do
szeroko stosowanych obecnie urządzeń oddziaływania indukcyjnego prądu
przemiennego, z obwodami rezonansowymi w torze i na pojeździe.

O

N

tor

V

sprzężenie magnetyczne

Nadajnik N i odbiornik O
punktowego przesyłania
wiadomości do poruszającego
się pojazdu

V

h

n

h

s

E

s

h max

f

czas na wciśnięcie

przycisku

Jednopunktowe hamowanie pociągu przed semaforem z sygnałem „stój”

pojazd

tor

czujnik SHP

rezonator SHP

Na liniach PKP stosuje się jednopunktowe urządzenie samoczynnego
hamowania pociągu SHP bez uzależnienia od wskazań semaforów. Urządzenie
przytorowe SHP stanowi elektromagnes zwany rezonatorem SHP, który wraz
z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy dostrojony do częstotliwości
1000 Hz. Czujnik, inaczej elektromagnes lokomotywowy, tworzy wraz z
kondensatorem obwód rezonansowy dostrojony do częstotliwości 1000 Hz.

Obwody rezonansowe
urządzenia SHP

Szyny kolejowe stanowią naturalnie istniejące w torze medium transmisyjne,
które może być wykorzystane do przesyłania wiadomości do pojazdu. Wymaga to
utworzenia obwodu nadawczego, w skład którego wchodzą szyny i odbiorczego
w postaci cewki - anteny na pojeździe.

Najprostszy sposób, od którego rozpoczęło się wykorzystanie szyn do ciągłego
przesyłania wiadomości do pojazdu, to wysyłanie informacji o sygnałach
wskazywanych przez semafory, w celu wyświetlenia ich w kabinie maszynisty na
tzw. sygnalizatorze kabinowym, stąd potocznie urządzenia te nazywane są
sygnalizacją kabinową

sygnalizator

kabinowy

prędkość maksymalna

dojazd do światła

pomarańczowego

dojazd do sygnału „stój”

semafory

Systemy automatycznego prowadzenia pociągu ATC

System automatycznego prowadzenia pociągu, w nazewnictwie anglojęzycznym

Automatic Train Control - ATC, tworzą dwa podsystemy:

-

system zapewniający bezpieczną jazdę, w nazewnictwie anglojęzycznym
Automatic Train Protection - ATP, inaczej system ochrony pociągu;

-

system automatycznej jazdy pociągu, w nazewnictwie anglojęzycznym
Automatic Train Operation - ATO.

Wprowadzenie systemów automatycznego prowadzenia pociągu ma na celu
zastąpienie maszynisty, w zależności od zakresu automatyzacji realizowanego
przez system, w niektórych, bądź w krańcowym przypadku we wszystkich
czynnościach. System automatycznego prowadzenia pociągu służy zapewnieniu
bezpiecznej i właściwej, a więc zgodnej z rozkładem jazdy i energooszczędnej
jazdy pociągu. Zadania systemu i jego podział wynikają z czynności, jakie
wykonuje maszynista przeprowadzając pociąg od stacji do stacji.

Podstawowym zadaniem systemu automatycznej ochrony pociągu ATP jest
automatyczne zmniejszanie prędkości pociągu do wartości gwarantującej
bezpieczną jazdę (a więc wartości mniejszej niż prędkość dopuszczalna
wynikająca z ograniczeń torowych i semaforowych), w przypadku gdyby
maszynista prowadził pociąg z prędkością od niej większą.

Zadaniami systemu ATO jest automatyczna regulacja prędkości pociągu
zapewniająca rozkładowy czas przejazdu pociągu między stacjami,
wymaganą precyzję zatrzymania pociągu na stacji (dotyczy to przede
wszystkim metra) oraz oszczędność zużycia energii.

Wprowadzając systemy automatyczne, w pierwszym rzędzie starano się
automatyzować funkcje związane z realizacją ograniczeń prędkości, decydujące
o bezpieczeństwie jazdy pociągu, pozostawiając maszyniście regulowanie
prędkości pociągu. W związku z tym system automatycznego ograniczania
prędkości ATP jest systemem podstawowym i może występować samodzielnie.

Zadaniem systemu ATP jest określenie dla danego pociągu w każdym punkcie
drogi s i w każdej chwili czasu t wartości prędkości bezpiecznej V

B

(s, t) i

zagwarantowanie, aby w każdym punkcie drogi s i każdej chwili czasu t prędkość
rzeczywista pociągu V

R

(s, t) była nie większa od wartości prędkości bezpiecznej:

V

R

(s, t) ≤ V

B

(s, t)

V

B

definiuje się ją jako największą prędkość, z jaką może jechać pociąg nie

stwarzając sytuacji niebezpiecznych, a więc największą prędkość, która
zagwarantuje

zrealizowanie

ograniczeń

prędkości

występujących

przed

pociągiem.

Zadaniem systemu ATO jest zastąpienie maszynisty w wykonywaniu czynności
związanych z przeprowadzeniem pociągu od stacji do stacji (włączanie i
wyłączanie silników trakcyjnych, włączanie i wyłączanie hamulców, regulacja siły
napędowej oraz regulacja siły hamowania. Automatycznie mogą być realizowane
niektóre bądź wszystkie fazy jazdy pociągu: rozruch, jazda z prędkością ustaloną,
jazda z rozpędu i hamowanie.

Zadaniem systemu ATO jest takie automatyczne sterowanie napędem i hamulcami
pociągu, aby w każdej chwili czasu t i drogi s prędkość rzeczywista pociągu V

R

była równa wartości prędkości zadanej V

Z

.

V

R

(s, t) = V

Z

(s, t)

urządzenia

obsługiwane przez

maszynistę

jednostka

logiczna

urządzenia

pomiarowe

urządzenia

sygnalizacyjne

układy napędowo-

hamulcowe pociągu

odbiornik

transmisji

antena odbiorcza

obwód nadawczy

nadajnik

układ

przetwarzania

wiadomości

ź

ródła wiadomości

(głównie urządzenia srk)

tor

pojazd

Schemat blokowy systemu ATC

pojazd

a) balisa
b) antena pojazdowa

antena odbiorcza

a) transmisja punktowa - balisa

b)

a)

b) transmisja ciągła – obwód szynowy

nadajnik ATC

c) transmisja ciągła – obwód przewodowy

pojazd

antena odbiorcza

nadajnik ATC

pojazd

pętla przewodowa

d) transmisja ciągła za pośrednictwem fal radiowych

sb

i

tor

i

sb

j

tor

j

radiowa antena

nadawcza ATC

centrum

sterowania

Metody transmisji
informacji do pojazdu

Międzynarodowy Związek Kolei UIC od lat kieruje pracami mającymi

doprowadzić do ujednolicenia działania (interoperatywności) kolei w zakresie
zarządzania ruchem kolejowym i systemów automatycznego prowadzenia
pociągu. Celem podjętych na szeroką skalę działań jest opracowanie standardów
i wdrożenie do eksploatacji europejskiego systemu zarządzania ruchem
kolejowym ERTMS (European Rail Traffic Management System).

Częścią systemu ERTMS jest europejski system sterowania pociągiem ETCS
(European Train Control System). Jest to jednolity dla kolei europejskich
system ATC, zalecany do stosowania w poszczególnych krajach i z którym
powinny być kompatybilne istniejące krajowe rozwiązania. Stopniowe wdrażanie
systemu jak i dostosowywanie istniejących systemów do wymogów ETCS
ułatwiono, dzięki przyjęciu trzech poziomów rozwiązań urządzeń stacjonarnych i
pojazdowych,

różniących

się

stopniem rozbudowy i zaawansowania

technologicznego.
Do przekazywania informacji z toru do pojazdu system ETCS przewiduje
następujące media transmisyjne:
•balisy,
•kolejowy system radiowej transmisji cyfrowej GSM-R, zalecany przez UIC,
•pętlę przewodową (kabel promieniujący) jako uzupełnienie transmisji balisą.

pojazdowa jednostka logiczna ETCS

komputer fail safe

EVC – Europen Vital Computer

komputer obsługujacy transmisję

MC – Maintenance Computer

MMI

kabina A

pulpit maszynisty

kabina B

pulpit maszynisty

hamowanie

nagłe

hamowanie

służbowe

napęd

diagno-

styka

rejestra-

cja

MMI

STM

LZB

TVM

STM

KVB

STM

TBL

STM

ZUB

BACC

...

magistrala danych ETCS-bus

TIU

odometry

antena

antena

GSM-R

urządzenia pojazdowe

urządzenia przytorowe

balisy

przełączalne

balisy

nieprzełączalne

europętla

GSM-R

radiowe

centrum

sterowania

RBC

ATP/ATC

STM

STM

STM

urządzenia

srk

Struktura systemu ETCS

Metody i obwody wykrywania obecności pociągu na torze

Położenie pociągów na torze ustala się kontrolując stan niezajętości/zajętości

odcinków toru. Kontrola ta odbywa się za pośrednictwem obwodów torowych
lub liczników osi.

Obwód torowy to odcinek toru o odpowiedniej długości, odizolowany

elektrycznie od sąsiednich. Długość

obwodu torowego w warunkach

kolejowych jest rzędu 1 km i więcej, w metrze - kilkadziesiąt do kilkuset
metrów. Niezależnie od sposobu odizolowania jednego obwodu od drugiego,
zasada działania kontroli stanu zajętości toru jest taka sama. Na jednym końcu
obwodu umieszcza się źródło zasilania (nadajnik), na drugim - odbiornik. Gdy
obwód torowy jest wolny sygnał elektryczny z nadajnika dopływa do
odbiornika. Gdy w obrębie obwodu znajduje się pojazd, jego osie zwierają toki
szynowe i sygnał nie dociera do odbiornika.

W starszych, klasycznych obwodach torowych rolę elementów separujących

od siebie sąsiednie obwody pełnią tzw. złącza izolowane (przekładki izolacyjne
lub złącza klejone), w nowszych - specjalne układy elektryczne, tzw. złącza
elektryczne, które nie naruszają ciągłości mechanicznej szyn.

220 V, 50 Hz

220 V, 50 Hz

Klasyczny obwód torowy ze złączami izolowanymi

C

2

L

2

C

3

nad. f

1

Tr

odb. f

2

C

1

L

1

obwód o częstotliwości f

1

obwód o częstotliwości f

2

a)

Tr

nad. f

1

obwód

strojony f

1

0,75 m

b)

Tr

odb. f

2

obwód

strojony f

2

6 m

odb. f

2

f

1

c)

nad. f

1

f

2

f

1

f

2

f

1

f

2

Obwody separacji
w bezzłączowych
obwodach
torowych

N

01

~ 5 m

P

~ 5 m

02

P

Bezzłączowy obwód torowy SOT – 1

tor

czujnik osi

magistrala danych

jednostka

logiczna

przekaźniki

System zliczania osi

a

b

c

d

satelity

Centrum

sterowania

Pociąg 1

Pociąg 2

Określenie położenia pociągów z zastosowaniem GPS/GSM

System ATP zastosowany w metrze w Warszawie

W metrze w Warszawie zastosowany jest system SOP-2 (samoczynne
ograniczanie prędkości) opracowany przez Politechnikę Łódzką.

System SOP jest systemem ATP realizującym ograniczenia prędkości
wynikające z sytuacji ruchowej i warunków torowych w oparciu o schodkowy
przebieg prędkości bezpiecznej w funkcji drogi (stopnie prędkości).

Transmisja z toru do pojazdu obywa się za pośrednictwem obwodów
przewodowych ułożonych między szynami. Długość obwodu przewodowego,
którym przesyła się wartość stopnia prędkości pokrywa się z długością odstępu
blokowego, którym na ogół jest jeden obwód torowy.

Parametry transmisji są następujące:

•częstotliwość nośna 36,6 kHz,

•sygnał FSK z dewiacją ± 0,6 kHz,

• szybkość modulacji 1200 bodów.

a

c

b

Dojazd pociągu do zajętego odstępu blokowego

a – obwiednia stopni prędkości na odstępach blokowych przed przeszkodą,
b – prawidłowy sposób prowadzenia pociągu przez maszynistę,
c – automatyczne zatrzymanie pociągu przez system SOP

Nadajnik

Nadajnik

Nadajnik

Usytuowanie w torze obwodów przewodowych systemu SOP

a)

b)

kierunek ruchu

85 km/h

85 km/h

76 km/h

58 km/h

35 km/h

0 km/h

85 km/h

85 km/h

76 km/h

58 km/h

35 km/h

0 km/h

Peron

58 km/h

76 km/h

58 km/h

35 km/h

35 km/h

35 km/h

85 km/h

76 km/h

58 km/h

58 km/h

85 km/h

c)

d)

85 km/h

85 km/h

76 km/h

58 km/h

58 km/h

85 km/h

85 km/h

peron

e)

Sekwencje stopni prędkości w systemie SOP – 2

urządzenia srk

centrum dyspozytorskie

SOP:

urządzenia stacjonarne

SOP: urządzenia pojazdowe

SOP: przewodowy obwód transmisyjny

SOP: antena

obwody sterowania pociągu

Konfiguracja urządzeń systemu SOP