background image

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.

background image

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) 

Zasada bezpiecznego prowadzenia ruchu – jeden pociąg na odstępie

background image

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

background image

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.

 

tor 

sprzężenie magnetyczne 

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

background image

 

h

n

 

h

s

 

s

h max

 

czas na wciśnięcie 

przycisku 

Jednopunktowe hamowanie pociągu przed semaforem z sygnałem „stój”

background image

 

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

background image

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 

background image

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.

background image

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. 

background image

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)

background image

 

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

background image

 

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

background image

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.

background image

 

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

background image

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. 

background image

 

220 V, 50 Hz 

220 V, 50 Hz 

Klasyczny obwód torowy ze złączami izolowanymi

background image

 

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

background image

 

01 

~ 5 m 

~ 5 m 

02 

Bezzłączowy obwód torowy SOT – 1

background image

  tor 

czujnik osi 

magistrala danych 

jednostka 

logiczna 

przekaźniki 

System zliczania osi

background image

 

satelity 

Centrum 

sterowania 

Pociąg 1 

Pociąg 2 

Określenie położenia pociągów z zastosowaniem GPS/GSM

background image

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.

background image

 

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

background image

 

Nadajnik 

Nadajnik 

Nadajnik 

Usytuowanie w torze obwodów przewodowych systemu SOP

background image

 

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

background image

 

urządzenia srk

 

centrum dyspozytorskie

 

SOP:

 

urządzenia stacjonarne

 

SOP: urządzenia pojazdowe

 

SOP: przewodowy obwód transmisyjny

 

SOP:  antena

 

obwody sterowania pociągu

 

Konfiguracja urządzeń systemu SOP