Управление движением поездов
Система управления движением поездов CTCS на высокоскоростных линиях Китая Железные дороги Китая планируют в 2015 г. довести протяженность сети высокоскоростных линий до 18 тыс. км. Для управления движением поездов на этих линиях применяется система CTCS, при создании которой в значительной мере опирались на опыт разработки и развития европейской системы ETCS. Вместе с тем в CTCS учитывается китайская специфика, в частности широко используется передача информации с пути на поезд по рельсовым цепям наряду с точечной передачей посредством путевых приемоответчиков. Концепция CTCS До появления высокоскоростных линий железные дороги Китая использовали на своей сети разные системы локомотивной сигнализации на основе рельсовых цепей нескольких типов. В 2002 г. Министерство железных дорог Китая (MOR) приняло концепцию системы управления движением поездов CTCS, цель которой состоит в стандартизации систем сигнализации на обычных и высокоскоростных линиях (рис. 1). Временные общие технические требования к CTCS были согласованы в 2004 г. При этом была поставлена задача добиться совместимости новых систем сигнализации с уже существующими. В числе других целей концепции: • с тандартизация интерфейсов между системами сигнализации и форматов передаваемых данных; • упрощение перехода от существующих систем сигнализации к CTCS; • повышение безопасности, надежности и производительности систем; • снижение затрат на техническое обслуживание; • у меньшение потребности в инвестициях;
• р еализация принципов открытого рынка для поставщиков оборудования. Как и в европейской системе управления движением поездов ETCS, в системе CTCS предусмотрено несколько уровней, которые различаются по функциональности и используемым техническим средствам: • CTCS уровня 0 предусматривает использование существующих рельсовых цепей и бортовой системы
сигнализации в кабине машиниста и контроля за движением поезда. При этом машинист руководствуется показаниями напольных сигналов; сигнализация в кабине управления локомотива является вспомогательным средством. Для внедрения CTCS уровня 0 вносить изменения в имеющееся напольное оборудование не требуется. Все необходимые функции выполняет бортовая микропроцессорная система LKJ-2000, разработанная в конце 1990‑х годов в Пекинском транспортном университете. CTCS уровня 0 обеспечивает безопасное движение поездов со скоростью до 120 км/ч. Системой CTCS уровня 0 оборудовано в Китае 12 тыс. локомотивов; • CTCS уровня 1 включает в себя существующие рельсовые цепи (для определения местоположения поезда), путевые приемоответчики и
Рис. 1. Высокоскоростной поезд CRH380A на станции в шанхайском аэропорту Хунцяо
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 3 67
Управление движением поездов
Центр диспетчерского управления
Линейный пункт диспетчерского управления Интерфейс машиниста
Станционная система централизации
Центр блокировки
Бортовое устройство CTCS уровня 2
Сигнальный электронный модуль
Рельсовая цепь тональной частоты
Датчик скорости Приемная антенна сигнала от путевого приемоответчика
Приемная антенна сигнала из рельсовой цепи
Путевой приемоответчик
Рис. 2. Структура системы CTCS уровня 2
бортовую систему LKJ-2000 с функцией контроля скорости. Она рассчитана на максимально допустимую скорость движения от 120 до 160 км/ч. Напольные проходные сигналы блокировки не требуются, машинист руководствуется показаниями на пульте управления. Эксплуатационные режимы CTCS уровня 1 предусматривают контроль расстояния до препятствия или ступеней допустимой скорости; • CTCS уровня 2 охватывает рельсовые цепи тональной частоты (цифровые или аналоговые), путевые приемоответчики и бортовую систему с безопасным компьютером. При этом цифровые рельсовые цепи способны передавать на локомотив бо́льший объем информации. Напольные светофоры на перегонах не предусмотрены. Интервальное движение поездов регулируют центры
блокировки, взаимодействующие с системами централизации. CTCS уровня 2 обеспечивает безопасное движение поездов со скоростью более 160 км/ч (до 250 км/ч), контролирует расстояние до препятствия и относится к системам с точечной и непрерывной передачей информации. Она может использоваться в качестве резервной системы для CTCS уровня 3; • CTCS уровня 3 в значительной мере идентична ETCS уровня 2. В ней используются рельсовые цепи для контроля свободности пути, путевые приемоответчики и бортовое устройство с безопасным компьютером, а также система радиосвязи GSM-R для связи с центром радиоблокировки; • CTCS уровня 4. На этом уровне реализуется принцип подвижных блок-участков. Обмен
информацией осуществляется по радиоканалу GSM-R, а для определения местоположения поездов используются бортовые средства в сочетании со спутниковой навигацией или путевыми приемоответчиками. Бортовое устройство контролирует также полносоставность поезда. Рельсовые цепи устроены только на станциях. Таким образом, напольное оборудование сведено к минимуму, что позволяет сократить расходы на техническое обслуживание инфраструктуры. Диспетчерское управление позволяет гибко регулировать межпоездные интервалы в зависимости от плотности движения на линии. В настоящее время CTCS уровня 4 на практике не реализована. Концепция CTCS является достаточно гибкой и меняется по мере развития системы.
Кривая контроля скорости при торможении
Передача разрешения на движение по рельсовой цепи
L5
L4
L3
L2
L
LU
1300 м
1300 м
1250 м
1350 м
1250 м
1300 м
U 1200 м
HU 1200 м
Рис. 3. Контроль скорости при торможении в системе CTCS уровня 2
68 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 3
Управление движением поездов
CTCS уровня 2 Особенностью CTCS уровня 2 является применение центров блокировки и комбинированной (непрерывная и точечная) передачи информации с пути на поезд (рис. 2). Система рассчитана на скорость движения поездов до 250 км/ч (это примерно половина сети высокоскоростных линий в Китае). По принципу построения CTCS уровня 2 похожа на систему локомотивной сигнализации TVM300, используемую на высокоскоростных линиях во Франции. Рельсовые цепи служат для контроля свободности пути и передают на поезд информацию о числе свободных блок-участков перед ним (рис. 3). Активные приемоответчики служат для передачи на поезда информации о временных ограничениях скорости и данных об установленном маршруте, а пассивные — сведений об участке, постоянных ограничениях скорости и длинах 10 впередилежащих блок-участков. Основной задачей бортового устройства является обработка данных от рельсовых цепей и путевых приемоответчиков с учетом параметров поезда для формирования кривой непрерывного контроля Рис. 4. Структура системы CTCS уровня 3
скорости и мониторинга безопасного движения поезда в реальном времени. Принцип управления движением поездов с использованием CTCS уровня 2 предусматривает передачу заданных параметров движения из центра системы диспетчерского управления в ее линейный пункт, из которого в систему централизации поступает команда на установку маршрута, а в центр блокировки (Train Control Center, TCC) — информация о временных ограничениях скорости. Система централизации собирает от рельсовых цепей и проверяет информацию о состоянии отдельных изолированных участков и положении стрелок, после чего в соответствии с командой центра диспетчерского управления устанавливает маршрут и проверяет состояние стрелок и сигналов. Информацию о маршруте система централизации передает в TCC, который генерирует коды для рельсовых цепей и сообщения о маршруте и временных ограничениях скорости для путевых приемоответчиков. Бортовое устройство принимает коды из рельсовых цепей и сообщения от путевых приемоответчиков, после чего генерирует контрольную кривую скорости. CTCS уровня 2 Стационарная система GSM-R
может использоваться в качестве резервной системы на линиях, оборудованных CTCS уровня 3. В июле 2011 г. вблизи г. Вэньчжоу произошло столкновение двух попутно следующих высокоскоростных поездов вследствие остановки впередиидущего поезда, которое не было зафиксировано системой CTCS уровня 2 из‑за ошибок при проектировании центра блокировки.
CTCS уровня 3 Система CTCS уровня 3 основана на использовании сети радиосвязи GSM-R для обмена информацией между поездом и центром радиоблокировки, который генерирует разрешение на движение и передает его в бортовой компьютер (рис. 4). Для контроля свободности пути служат рельсовые цепи. Как и в CTCS уровня 2, пассивные путевые приемоответчики позволяют корректировать показания бортовых датчиков определения местоположения поезда. Разрешение на движение формируется в центре радиоблокировки на основе команды из центра диспетчерского управления, который собирает из систем централизации информацию о свободности участков
Центр радиоблокировки RBC
Центр блокировки
Передача разрешения на движение по радиоканалу
Рельсовые Путевые цепи приемоответчики
Центр диспетчерского управления
Система централизации
Стрелки
Сигналы
?
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 3 69
Управление движением поездов
пути и установленных маршрутах, а также временных ограничениях скорости. Двусторонний обмен информацией позволяет контролировать в центре диспетчерского управления фактическую скорость поездов, их местоположение, а также техническое состояние в реальном времени. Базовые станции сети GSM-R размещают вдоль линии таким образом, чтобы при выходе из строя одной базовой станции сохранялась устойчивая радиосвязь с поездом. Система позволяет гибко назначать временные ограничения скорости для участков произвольной длины. CTCS уровня 3 имеет девять режимов работы, в том числе режимы частичного контроля и сигнализации в кабине машиниста, используемые для реализации функций CTCS уровня 2.
Сравнение CTCS и ETCS Концепция CTCS разрабатывалась в Китае на основе опыта европейской системы управления движением поездов ETCS, но также с учетом местной специфики. В частности, железные дороги Китая по-прежнему придают большое значение рельсовым цепям как средству контроля свободности пути и передачи информации с пути на поезд. Благодаря этому CTCS уровня 2 может использоваться для обеспечения безопасного движения поездов со скоростью до 250 км/ч, хотя и требует больших инвестиций в инфраструктуру и бортовое оборудование по сравнению с ETCS уровня 1, концепция которой отчасти легла в основу CTCS уровня 2. В большинстве
других стран ETCS уровня 1, не предполагающая передачу информации с пути на поезд по рельсовым цепям, рассчитана на максимальную скорость движения поездов 160 км/ч. CTCS уровня 3 в значительной мере идентична ETCS уровня 2 и дополнена средствами, позволяющими обеспечить обратную совместимость с системой CTCS уровня 2 (в том числе с целью использования этой системы в качестве резервной). В условиях интенсивного движения высокоскоростных поездов такой подход выглядит оправданным, несмотря на усложнение инфраструктуры, поскольку при выходе из строя компонентов системы CTCS уровня 3 сохраняется возможность интервального регулирования движения поездов со скоростью до
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
70
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 — 2015, № 3
Управление движением поездов
250 км/ч без заметного снижения пропускной способности линии. Следует отметить, что железные дороги Китая приняли сеть радиосвязи GSM-R в качестве стандартного средства беспроводной передачи данных между поездом и центром радиоблокировки.
Поставщики технических решений Компоненты системы CTCS разрабатывались совместно с ведущими глобальными компаниями — поставщиками систем СЦБ, которые сотрудничают с китайскими изготовителями еще с 1980‑х и 1990‑х годов. Во многих случаях это — совместные предприятия с корпорацией China Railway Signal and Communication (CRSC), которая является крупнейшим изготовителем средств сигнализации и управления движением поездов на местном и на мировом рынке (во многом благодаря заказам железных дорог Китая). Условием присутствия зарубежных компаний на китайском рынке является передача технологий. В последние десятилетия железные дороги Китая добились существенного повышения технического уровня систем СЦБ. Так, по состоянию на 2013 г. из 6600 действующих в стране систем централизации примерно 2200 систем — микропроцессорные. Ранее на китайском рынке значительную роль играли японские компании. Например, компания Kyosan передала китайскому партнеру технологии, на основе которых были внедрены системы микропроцессорной централизации (МПЦ) на 300 станциях. Однако в последние годы доля японских компаний на рынке непрерывно снижается из‑за конкуренции с европейскими поставщиками. Железные дороги Китая отобрали компании Ansaldo STS и Bombardier в качестве основных поставщиков оборудования для CTCS.
Компания Bombardier первой оборудовала системой CTCS уровня 3 высокоскоростную линию в Китае. Это была линия Ухань — Гуанчжоу протяженностью 1069 км. Контракт на поставку системы INTERFLO 450 для реализации функций CTCS уровня 3 на этой линии был подписан в 2007 г. Линия введена в эксплуатацию в 2009 г. и рассчитана на скорость движения 350 км/ч. Система INTERFLO 450 способна обеспечить безопасное управление движением высокоскоростных поездов с 3‑минутным интервалом попутного следования (в эксплуатации межпоездной интервал составляет 5 мин). В соответствии с контрактом компания Bombardier поставила девять центров радиоблокировки, 120 бортовых устройств EBI Cab 2000 для 60 высокоскоростных поездов, обращающихся на линии, и совместно с корпорацией CRSC разработала специализированный модуль передачи для обеспечения совместимости с CTCS уровня 2. В партнерстве с корпорацией CRSC производство системы CTCS уровня 3, основанной на технологии INTERFLO 450, было локализовано, после чего она была внедрена на 11 896 км китайских высокоскоростных линий (88 % их общей протяженности, данные Bombardier на май 2014 г.). Компания Ansaldo STS участвует преимущественно в оборудовании высокоскоростных линий системой CTCS уровня 2, хотя на ее счету есть и несколько проектов CTCS уровня 3, в частности на линии Сиань — Чжэнчжоу протяженностью 457 км, введенной в эксплуатацию в 2010 г. В качестве резервной системы здесь используется CTCS уровня 2. Вместе с тем ряд проектов реализован компанией Siemens. Так, в рамках подготовки к Олимпийским играм 2008 г. Siemens поставила систему Trainguard 100, реализующую функции ETCS уровня 1, и дополнительное оборудование CTCS уровня 2 для высокоскоростной линии длиной 120 км, соединяющей Пекин
с Тяньцзинем — одним из крупнейших городов Китая с населением 14 млн чел. Для этой линии было поставлено 1124 путевых приемоответчика Eurobalise S21, 85 сигнальных модулей LEU S21, а также 40 бортовых компьютеров EVC и 154 многофункциональных модуля управления напольными устройствами MSTT. Еще один крупный глобальный поставщик — компания Alstom участвовала в создании центров блокировки для CTCS уровня 2 на двух линиях, а также во внедрении МПЦ iLOCK (в том числе на высокоскоростных линиях) и центров диспетчерского управления.
Перспективы Железные дороги Китая за сравнительно короткий срок смогли развернуть на сети новых высокоскоростных линий современную систему управления движением поездов, рассчитанную на скорость движения до 350 км/ч. Этого успеха удалось добиться во многом благодаря привлечению международных лидеров промышленности средств СЦБ, которые вместе с местными партнерами участвовали в адаптации европейской системы управления движением поездов для китайского рынка. В китайской системе CTCS, как и в европейской ETCS, на высшем уровне предполагается применение подвижных блок-участков и отказ от бо́льшей части стационарного оборудования сигнализации, включая напольные устройства контроля свободности пути. Как и в случае ETCS, эта перспективная система CTCS пока не дошла до этапа внедрения. А. Ю. Ефремов Материалы департамента EMSD правительства Гонконга (www.emsd.gov.hk) и консалтинговой компании SCI Verkehr (www.sci.de), компаний Ansaldo STS (www.ansaldo-sts.com), Bombardier (www.bombardier.com), Siemens (www.siemens.com), Alstom (www.alstom.com) и Kyosan (www.kyosan.co.jp).
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 3 71