Мониторинг пути
Мониторинг пути в реальном времени Компании Protran Technology и QuinetiQ North America совместно с транспортной администрацией штата Мэрилэнд (МТА) разрабатывают систему мониторинга дефектов и деформаций бесстыкового пути в реальном времени. Комитет по исследованиям в области транспорта США (TRB) в ноябре 2013 г. выдал компаниям Protran Technology и QuinetiQ North America грант на совершенствование и тестирование системы мониторинга изменений температуры рельсов Intelligence Rail Integrity System (Iris), разработанной QuinetiQ North America. Совместно с МТА компания Protran Technology обустроила первую сеть мониторинга состояния бесстыкового пути (CWE). МТА ранее занималась исследованиями в области технологии непрерывного мониторинга деформаций пути, вызванных повышением температуры рельсов и возникающим в них напряжением, а также определения нейтральной температуры рельсов (RNT). Участие в проекте компаний Protran Technology и QuinetiQ будет содействовать усилению технологической базы для разработки системы. Тепловые напряжения расширения и сжатия металла возникают в связи с ежедневным циклом нагрева и охлаждения рельсов. При нейтральной температуре RNT, соответствующей температуре закрепления рельсовой плети, в металле отсутствуют силы растяжения или сжатия. При экстремальных отклонениях температуры рельсов от RNT могут происходить продольные деформации, излом или разрыв рельсов, что создает аварийную ситуацию для проходящих поездов. Система Iris ведет постоянный мониторинг изменений
температуры рельсов, продольных напряжений в металле и RNT. В случае возникновения продольной деформации или излома рельсов Iris выдает тревожное сообщение о местоположении проблемного участка в текстовом виде или по электронной почте в зависимости от выбранного режима. В то же время система Iris может быть использована для определения приоритетов обслуживания и тенденций изменения надежности различных участков пути. В январе 2014 г. для опробования системы Iris было решено выбрать сеть пригородных линий МТА как наиболее зависимых от значительных колебаний температуры рельсов. Первоначально было необходимо разработать рекомендации по монтажу и инструкцию по эксплуатации системы, которые призваны разъяснить многочисленные специфические особенности. Например, сенсоры на рельсы необходимо устанавливать, насколько возможно, при температуре RNT. Предпочтительно устанавливать систему на новых участках пути, особенно в кривых и на мостах. Каждое тревожное оповещение должно быть привязано к координатам сенсора, обнаружившего критическое отклонение. По факту фиксации отклонений в параметрах пути оповещение незамедлительно должно быть передано машинисту поезда или в крайнем случае в диспетчерский центр. Для минимизации затрат времени обслуживание системы
должно осуществляться оператором перевозок. До начала монтажа системы было необходимо внести изменения в процедуры инспекций пути, обучить новой технологии персонал, работающий на линиях, которые предполагалось оснастить системой Iris, и, главное, четко определить ответственных за обучение. Четыре основные функции системы Iris: • непрерывный мониторинг продольных деформаций и повреждений рельсов; • выдача аварийных извещений работникам железнодорожной компании; • доступность пользователям через интерфейс геоинформационной системы GIS; • п омощь в проведении мероприятий по снятию внутренних напряжений в рельсах. Оборудование Iris состоит из трех компонентов: беспроводных сенсоров (SU) (рис. 1), блока сбора информации от беспроводных сенсоров и передачи ее в базу данных (CU) и многофункционального устройства конфигурации сенсоров (CSU). Сенсоры SU непрерывно контролируют температуру рельсов и напряжение в металле. В случае критического отклонения измеряемых параметров устройство выдачи аварийного предупреждения отправляет сообщение пользователю. Одновременно информация накапливается в базе данных, которая доступна пользователям посредством простого веб-интерфейса для анализа информации и подготовки отчетов. Каждый блок CU перекрывает 40 км пути и собирает информацию с 13 сенсоров, далее по каналам радиосвязи GSM передает ее на сервер базы данных. Сенсоры устанавливаются с шагом от 183 до 244 м. Многофункциональное устройство CSU на базе мобильного компьютера используется для конфигурирования системы, например ввода или изменения информации
70 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 10
Мониторинг пути
о типе рельса и других параметрах пути, а также для считывания непосредственно с сенсоров данных, необходимых для мероприятий по диагностике путей. Установленное оборудование начинает следить за изменениями температуры и накапливать значения в базе данных. Показания сенсоров сравниваются с температурой RNT при температуре, значительно превышающей RNT; вследствие возникновения экстремальных сжимающих сил в металле происходит продольная деформация (выброс) пути. После изгиба рельсов большая часть этих сил освобождается и внутреннее напряжение в металле снижается. При температуре намного ниже RNT в рельсе возникают значительные силы растяжения, которые могут привести к его излому или разрыву. Мониторинг отклонений температуры рельсов от RNT позволяет предупредить деформацию или повреждение пути и исключить опасность схода поезда (рис. 2). Оборудование Iris можно устанавливать на любых участках пути, монтаж системы Iris достаточно несложен. При установке тензометрических датчиков рельсового сенсорного блока с поверхности металла удаляется слой коррозии, выполняется шлифование для снятия поверхностного напряжения, после чего с поверхности,
Рис. 1. Расположение сенсора SU на рельсе
предназначенной для установки датчика, удаляются остатки пыли. Для защиты от атмосферного воздействия тензодатчики покрыты составом на нефтяной основе M-coat. Закрепленный магнитом поверх датчика бортовой процессор постоянно сравнивает получаемые данные с RNT для выявления аварийно опасных отклонений. Питание SU осуществляется от встроенной батареи. Установленные на высоте 3,6 м блоки CU собирают информацию с сенсоров и передают ее в базу данных посредством модема сотовой связи стандартов GSM, CDMA, 3G, LTE. После закрепления блока на мачте к нему подключаются антенна сотовой связи, антенна системы
Многофункциональное устройство конфигурации сенсоров (CSU)
Сенсор (SU)
Iris и электропитание. Обе антенны крепятся к нижней поверхности корпуса блока при помощи резьбового соединения. Для обеспечения надежного соединения с сервером базы данных мощность сигнала сотовой связи по сравнению с обычными сотовыми телефонами увеличена. Электропитание CU может осуществляться двумя способами: от солнечных батарей или, что более надежно и предпочтительно, от сети аварийного питания 120/220 В переменного тока. Функциональный модуль CSU подключается к стандартному переносному компьютеру через порт с электронным ключом. В модуль инсталированы операционная система и необходимое программное
GIS-интерфейс пользователя
Блок сбора информации (СU) База данных
Рис. 2. Cхема работы системы Iris
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 10 71
Мониторинг пути
обеспечение в заданной конфигурации. CSU может подключаться непосредственно к сенсорам, получать от них первичную информацию, обрабатывать ее, анализировать и адаптировать для вывода на компьютер под управлением операционных систем Windows XP/7/8 и Android. Перед началом эксплуатации системы необходимо задать значения температуры для выдачи предупреждений. В различных регионах они разные и для летнего периода, как правило, выше на 15 – 20 °С максимальной сезонной температуры. Так, в Филадельфии округа Вашингтон в летний период значение для предварительного оповещения равно 54 °С, а температура выдачи сигнала тревоги — 60 °С, зимой эти
значения составляют –7 и –12 °С соответственно. Обычно система Iris настраивается на режим пополнения базы данных и отправку тревожных сообщений сотрудникам железнодорожной компании. При необходимости сообщение может передаваться непосредственно машинисту поезда, приближающегося к опасному участку, для чего на каждом локомотиве необходим модуль оповещения Protracker производства компании Protran. Оповестить машиниста поезда, приближающегося к опасному участку, можно двумя способами: установкой перед этим участком предупреждающего сигнала на расстоянии, которое позволит машинисту остановить поезд
или снизить скорость до требуемой; размещением портативных устройств Protracker в местах, которые система Iris идентифицирует как потенциально опасные с точки зрения изменения в состоянии рельсов. Модули оповещения крепятся на магнитах, что позволяет их легко снимать для размещения в другом месте. Начиная с 2008 г. Protracker была одной из лучших систем безопасности, сейчас новым достижением технологий, позволяющих предотвратить сходы поездов, является система Iris.
International Railway Journal, 2014, № 7, p. 47 – 50; материалы компании Protran (www.protrantechnology.com).
п Е р В о Е М Е ЖД у н А р о Д н о Е и З Д А н и Е
СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
на железных дорогах мира
ы м е т с и С и к и т а автомемеханики и тел ных дорогах мира ез
на жел
ко Власен Сергея · а г е е аТ Грегор акцией Под ред
72
В книге, которая получила широкую известность среди российских и зарубежных специалистов, анализируются общие принципы и различия систем автоматики и телемеханики на железных дорогах мира, а также тенденции их развития. Это — единственная книга на русском языке, в которой подробно рассмотрено построение современной системы управления движением поездов на базе радиоканала ETCS. Книгу подготовили ведущие эксперты по СЦБ из семи стран — России, Германии, Австрии, Великобритании, Италии, Словакии и США. Книга выпущена при поддержке Департамента автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» и российских компаний — изготовителей систем СЦБ. Она рекомендована Управлением кадров и учебных заведений Федерального агентства железнодорожного транспорта в качестве учебного пособия для вузов. Полноцветное высококачественное издание в твердом переплете, 488 страниц, 389 иллюстраций, 23 таблицы. Подробная информация о книге и возможностях ее приобретения на сайте
www.sat-zdm.intext-book.com
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 10