Локомотив кабинасындағы сигналдау жүйесі

Кіріспе

Темір жол қауіпсіздігі жүйесі

Кабиналық сигнализация – темір жолдың жағдайы және күйі туралы ақпаратты локомотивтің, вагондардың немесе көп бірліктердің кабинасына, экипаж немесе машинист бөлмесіне жеткізетін темір жол қауіпсіздігі жүйесі. Ақпарат үнемі жаңартылып отырады, бұл машинистке немесе локомотив жүргізушіге оңай оқылатын дисплей ұсынады. Ең қарапайым жүйелер жол бойындағы сигналды көрсетеді, ал күрделі жүйелер рұқсат етілген жылдамдық, жақын жердегі пойыздардың орналасқан жері және алдағы жол туралы динамикалық ақпаратты көрсетеді. Кабиналық сигналдар – бұл пойызды қорғаудың толыққанды жүйесінің бір бөлігі болуы мүмкін, егер оператор қауіпті жағдайға тиісті жауап бермесе, пойызды автоматты түрде тоқтату үшін тежегіштерді қосады. Сигналдық жүйенің басты мақсаты – пойыздардың арасындағы қауіпсіз арақашықтықты сақтау және пойыздарды шектеуші жағдайларға жеткенше тоқтату немесе баяулату. Кабиналық сигнализация жүйесі, жол бойындағы сигналдық жүйеге қарағанда жақсырақ, себебі ол пойыз операторына соңғы жол бойындағы сигналды үнемі еске түсіреді немесе алдағы жолдың күйін үздіріссіз көрсетеді.

Тарих

Мұндай алғашқы жүйелер 1910 жылдары Ұлыбританияда, 1920 жылдары АҚШ-та және 1940 жылдары Нидерландыда тәжірибелік негізде орнатылды. Жапония, Франция және Германиядағы қазіргі заманғы жоғары жылдамдықты теміржол жүйелері, жаңа жоғары жылдамдықтарда жол жиегіндегі сигналдарды көрудің қиындығына байланысты, бастапқыда кабиналық сигнализацияны пайдалану үшін жобаланған. Әлем бойынша ескі теміржол желілерінде кабиналық сигнализацияның қолданылуы жоғары тығыздықтағы немесе қала маңындағы аймақтармен шектеледі, ал көптеген жағдайларда ескі үзілісті автоматты пойыз тоқтату технологиясының болуына байланысты мүмкін емес. Солтүстік Америкада Пенсильвания теміржолы (PRR) және Union Switch & Signal (US&S) компаниялары әзірлеген кодталған жол тізбегі жүйесі де-факто ұлттық стандартқа айналды. Бұл жүйенің түрлері көптеген жылдам транзит жүйелерінде қолданылады және Ирландиядағы CAWS, Италиядағы BACC, Ресейдегі ALSN және Жапония Ұлттық теміржолы (JNR) әзірлеген бірінші буын Шинкансен сигнализациясы сияқты бірнеше халықаралық кабиналық сигнализация жүйелерінің негізін құрайды. Еуропа мен әлемнің басқа елдерінде кабиналық сигнализация стандарттары елдер бойынша әзірленді, өзара үйлесімділік шектеулі болды, бірақ Еуропалық теміржол қозғалысын басқару жүйесі (ERTMS) сияқты жаңа технологиялар өзара үйлесімділікті жақсартуға бағытталған. ERTMS-тің пойызды басқару компоненті, Еуропалық пойызды басқару жүйесі (ETCS) деп аталады, ол бұрынғы ұлттық стандарттардың кейбірін қамтитын және оларды бірнеше өзгертулермен толыққанды өзара үйлесімді етуге мүмкіндік беретін функционалдық сипаттама болып табылады.

Кабель сигналының түрлері

Барлық кабиналық сигнализация жүйелерінде жүргізушіні алдағы жол жағдайы туралы хабардар ету үшін кабинада үздіксіз индикация болуы керек; алайда, олар екі негізгі санатқа бөлінеді. Үзіліспен берілетін кабиналық сигналдар теміржолдың белгілі бір нүктелерінде жаңартылады, ал осы нүктелер аралығында дисплей соңғы жаңартудан алынған ақпаратты көрсетеді. Ұдайы берілетін кабиналық сигналдар алдағы жолдың жай-күйі туралы үздіксіз ақпарат алып тұрады және кез келген жаңаруды көрсету үшін кабиналық индикация кез-келген уақытта өзгеруі мүмкін. Кодталған жол тізбектерін пайдаланатын жүйелерді қоса алғанда, кабиналық сигнализация жүйелерінің көпшілігі ұдайы болып табылады.

Ара-тұра пайда болатын

Германияның Indusi және Нидерландының ATB NG жүйелері осы санатқа жатады. Бұл және басқа да осындай жүйелер жүргізушілерді алдағы жол жағдайы туралы үнемі еске салып отырады, бірақ жаңартулар дискретті нүктелерде ғана жүзеге асырылады. Бұл жүргізушіге көрсетілген ақпараттың уақтылылығын жоғалтуына алып келуі мүмкін. Аралық кабиналық сигнализация жүйелерінің функционалдық қабаттасуы поездді қорғаудың көптеген басқа жүйелерімен, мысалы, аялдау құрылғыларымен байқалады, бірақ ерекшелігі – жүргізуші немесе автоматты басқару жүйесі соңғы алынған жаңартуға үнемі жүгінеді.

Жалғастырмалы

Тұрақты жүйелердің қосымша артықшылығы – пойыз кабиналық сигнализация жүйесіне сенетін үздіксіз сигналды алмау жағдайында қауіпсіздік режиміне көшуі болып табылады. Алғашқы жүйелер жол бойындағы сигналдық жүйелер мен пойыз арасында үздіксіз байланыс орнату үшін рельстерді немесе жол бойында жатқан өткізгіштерді пайдаланды. Бұл жүйелер сол кездегі үзіліссіз жүйелерге қарағанда көбірек ақпарат беруге мүмкіндік берді және жүргізушіге миниатюралық сигналды көрсетуге жағдай жасады, соның салдарынан "кабиналық сигнализация" термині пайда болды. Тұрақты жүйелер автоматты пойыз басқару технологиясымен де оңай үйлеседі, ол сигналдық жүйе арқылы алынған ақпарат негізінде жылдамдық шектеулерін сақтай алады, себебі үздіксіз кабиналық сигналдар кез келген уақытта шектеулілігін арттырып немесе азайтып, үзіліссіз АТБ жүйелерімен салыстырғанда тиімдірек жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Ақпаратты беру

Кэб сигналдары жол жиегінен пойызға ақпарат беру жолын қажет етеді. Осы ақпаратты жеткізудің негізгі бірнеше тәсілі бар.

Электрлік немесе магниттік

Бұл, қауіпті жағдайды көрсету үшін магниттік өріс немесе электр тогының болуын пайдаланған ерте аралық жүйелерде кең таралған. Британдық теміржолының автоматты ескерту жүйесі (AWS) – магниттік өріс арқылы ақпарат жіберетін екі индикациялық кабина сигналдау жүйесінің мысалы.

Индуктивті

Индуктивті жүйелер – байланыссыз жүйелер, олар хабарды беру үшін магнит өрісінің тек болуы немесе болмауынан әлдеқайда күрделірек принципке сүйенеді. Индуктивті жүйелерге әдетте әрбір сигналға және басқа да аралық нүктелерге маяк немесе индукциялық контур орнатылуы қажет. Индукциялық катушка өзгеріп отыратын магнит өрісін пайдаланып, пойызға хабар жібереді. Көбінесе, индукциялық катушкадағы импульстардың жиілігіне түрлі мағыналар тағайындалады. Жүгіріп тұрған рельстерді бір ұзын, реттелген индукциялық контур ретінде пайдалану арқылы үздіріссіз индуктивті жүйелер құруға болады. Аралық индуктивті жүйелерге мысал ретінде неміс Indusi жүйесін келтіруге болады. Ұзаққа созылатын индуктивті жүйелерге Чикаго және Солтүстік-Батыс темір жолында орнатылған General Railway Signal Company компаниясының "Автоматты пойызды басқару" екі аспектілі жүйесі және басқалары жатады.

Кодталған жол контурлары

Кодталған жол контурлары негізіндегі жүйе – ақпаратты жүргізілетін рельстер арқылы тарататын индуктивті жүйе. Кодталған жол контурлары екі мақсатқа қызмет етеді: стандартты жол контурларының пойызды анықтау және рельстің үздіксіздігін тексеру функцияларын орындау, сондай-ақ пойызға сигналдарды үздіксіз жеткізу. Кодталған жол контурлары жүйелері арнайы маяктарды қажет етпейді. Мұндай жүйелердің мысалы ретінде Пенсильвания темір жолының стандартты жүйесін, оның вариациясы Лондон метрополитенінің Виктория желісінде қолданылған. Кейіннен, жылдам транзит жүйелерінде жоғары жиілікті сигналдар оқшауланған рельс біріктірулерінің қажеттілігін азайтатындықтан, аудио жиілікті (AF) жол контурлары жүйелері «қуат» жиілікті жүйелерді ығыстырды. AF кабиналық сигналдау жүйелерін алғаш қолданғандардың қатарында Вашингтон метрополитені және Сан-Франциско аймағының жылдам транзиті бар. Соңғы кезде жылдамдық туралы ақпаратты пойыздарға қарапайым кодтардың орнына деректер пакеттері арқылы жіберуге мүмкіндік беретін цифрлық жүйелерге басымдық берілуде. Француздық TVM жүйесі цифрлық сигналдау ақпаратын тарату үшін жүргізілетін рельстерді пайдаланса, неміс LZB жүйесі сигналдау ақпаратын үздіксіз жеткізу үшін рельстің ортасынан тартылған қосымша сымдарды қолданады.

Транспондер

Транспондерлік жүйелер тұрақты антенна тізбектерін немесе маяктарды (балистер деп аталады) пайдаланады, олар пойыз үстінен өтетін кезде оған деректер пакеттерін немесе басқа ақпаратты жібереді. Үзілісті индукциялық жүйелерге ұқсас, транспондерлік кабина сигнализациясы көбірек ақпаратты жібереді және трафик басқаруға көмектесу үшін пойыздан ақпаратты қабылдай алады. Тізбектер мен маяктардың төмен құны ескі жүйелерге қарағанда көбірек ақпараттық нүктелерді және егжей-тегжейлі сигнализация ақпаратын ұсынуға мүмкіндік береді. Британдық автоматты пойыз қауіпсіздігі жүйесі осы технологияның бір мысалы болды, сондай-ақ жақында Голландтың ATB NG жүйесі де осы санатқа жатады.

Сымсыз

Сымсыз кабиналық сигнализация жүйелері рельстік байланыс инфрақұрылымының барлық түрлерінсіз жұмыс істейді және пойыздарға сигнализация ақпаратын жіберу үшін тұрақты сымсыз хабар таратушыларды пайдаланады. Бұл әдіс көбінесе пойызды байланыс негізінде басқарумен байланысты. ETCS 2 және 3 деңгейлері осы жүйені қолданады, сондай-ақ қазіргі уақытта әзірленуде жатқан бірнеше кабиналық сигнализация жүйелері де осы жүйені пайдаланады.

Кабельдің көрініс блогы

Кабиналық дисплей бірлігі (CDU) (ERTMS стандартында жүргізушінің машина интерфейсі (DMI) деп те аталады) – пойыз жүргізушісі мен кабиналық сигнализация жүйесі арасындағы интерфейс. Алғашқы CDU-лар қарапайым ескерту көрсеткіштерін немесе жол бойындағы теміржол сигналдарының бейнелерін көрсетті. Кейін көптеген теміржолдар мен жылдам транзит жүйелері кабинадағы миниатюралық сигналдарды қолданудан бас тартып, жүргізушіге рұқсат етілген жылдамдықты көрсетуге көшті. Әдетте, бұл автоматты пойыз бақылау жылдамдығын сақтау жүйесімен бірге қолданылды, онда жүргізушілер үшін сигнал көрсеткіштеріне сүйене отырып өздері шешім қабылдаудың орнына, пойыздарды белгілі бір жылдамдықпен жүргізу маңыздырақ болды. Көптеген жағдайларда жылдамдық өлкіші мен кабиналық сигнал дисплейін біріктіру, рұқсат етілген жылдамдықты ағымдағы жылдамдықпен салыстырып көрсету немесе жанына орналастыру тәжірибесі қолданылды. "Мақсатқа дейінгі қашықтық" туралы ақпаратты қамтитын деректер пакеттерін пайдаланатын сандық кабиналық сигнализация жүйелері, жүргізушіге жылдамдық шегіне жақындап қалғанын немесе жылдамдық шегін бұзғанын хабарлайтын қарапайым дисплейлерді, немесе рұқсат етілген ең төменгі тежеу қисықтарының жылжымалы графигін көрсететін күрделірек жүйелерді пайдалана алады. CDU-лар сондай-ақ жүргізушіге жүйеде қандай режим белсенді екенін немесе жүйе жалпы қызмет ететінін хабарлайды. CDU-лар сақтандыру жүйесімен де интеграциялануы мүмкін, сақтандыру ескертуіне кері санауды қамтамасыз етеді немесе дабыл сигналин жою құралын ұсынады.

АҚШ-тағы кабина сигнализациясы жүйелері

Америка Құрама Штаттарында кабина сигнализациясы 1922 жылы Мемлекетаралық сауда комиссиясының (ICC) қаулысымен, 49 темір жолға 1925 жылға дейін бір жолаушы бөлімінде автоматты пойыз бақылауының қандай да бір түрін орнатуды міндеттеді. Санта-Фе және Нью-Йорк орталық темір жолдары сияқты бірнеше ірі темір жолдар үзілісті индуктивті пойыз тоқтату құрылғыларын орнату арқылы талапты орындағанда, PRR операциялық тиімділікті арттыру мүмкіндігін көріп, алғашқы үздіксіз кабина сигналдары жүйесін орнатты, соңында Union Switch and Signal ұсынған импульстік кодты кабина сигналдау технологиясын қабылдады. PRR-дың бастамасына жауап ретінде ICC елдегі басқа да ірі темір жолдардың кейбіреулері кем дегенде бір бөлімді технологияларды және жұмыс тәжірибесін салыстыру үшін сынақ ретінде үздіксіз кабина сигналдары технологиясымен жабдықтауға міндеттеді. Бұл жағдайға байланысты темір жол компаниялары бұған аса құлшыныс танытпады, көптегендері оқшауланған немесе аз қозғалысты маршруттардың бірін жабдықтауды жөн көрді, бұл жабдықталуға тиіс локомотивтердің санын азайтуға мүмкіндік берді. Бірнеше темір жол PRR-да қабылданбаған индукциялық цикл жүйесін таңдады. Олардың қатарында Нью-Джерсидің Орталық темір жолы (Оңтүстік бөлімінде орнатылған), Рединг темір жолы (Атлантик-Сити темір жолының негізгі желісінде орнатылған), Нью-Йорк орталық және Флориданың Шығыс жағалауы болды. Чикаго және Солтүстік-Батыс және Иллинойс Орталық темір жолдары да Чикаго маңындағы таңдалған қала маңы желілерінде екі аспектілі жүйе қолданды. Кабина сигналдары "Бос" немесе "Шектеу" аспектілерін көрсетті. CNW одан әрі барып, Эльмхерст пен Батыс Чикаго арасындағы жол бойындағы аралық сигналдарды жойды, пойыздардың тек 2 аспектілік кабина сигналдарына сүйене отырып жүруін талап етті. Чикаго, Милуоки, Сент-Пол және Тынық мұхиты темір жолы 1935 жылға қарай Портж, Висконсин мен Миннеаполис, Миннесота арасында үш аспектілі жүйемен жұмыс істеді. Пенсильвания темір жолы жүйесі кең ауқымда қабылданған жалғыз жүйе болғандықтан, ол де-факто ұлттық стандартқа айналды және қазіргі замандағы кабина сигналдарының көпшілігі осы типті болып табылады. Соңғы кезде кабина сигнализациясының бірнеше жаңа түрлері пайда болды, олар жол бойындағы жабдықтардың құнын төмендету үшін немесе жылдамдық шектеулерін және толық тоқтатуды қамтамасыз ету үшін, сондай-ақ деңгейлі өткелдердегі ақауларға немесе бұзушылықтарға жауап беру үшін қолданыстағы сигнал технологияларын толықтыру үшін байланыс технологиясын пайдаланады. Олардың біріншісі - Нью-Джерси Транзитінің 13 GP40PH 2 локомотивтерінің паркін пайдалана отырып, төмен тығыздықтағы Паскак аңғары желісінде пилоттық бағдарлама ретінде қолданылған Жылдамдық сақтау жүйесі (SES) болды. SES сигнал жылдамдығын сақтау үшін жол бойындағы блок сигналдарына бекітілген транспондерлік маяқтар жүйесін қолданды. SES машина экипаждарына ұнаған жоқ, себебі ол жылдамдықтан асып кеткені туралы ескертуді бермей, дереу айыпты тежеуді іске қосатын. SES осы желіден алынып тасталып, CSS-пен ауыстырылуда. Amtrak NEC-те Acela Express жоғары жылдамдықты темір жол қызметі үшін Advanced Civil Speed Enforcement System (ACSES) жүйесін пайдаланады. ACSES қолданыстағы PRR CSS түріне қосымша орнатылды және SES транспондері технологиясын пайдаланып, қисындар мен басқа да географиялық ерекшеліктерде жылдамдық шектеулерін тұрақты және уақытша түрде сақтайды. Борттағы кабина сигнал бірлігі импульстік кодты "сигналдық жылдамдық" және ACSES "азаматтық жылдамдық" мәліметтерін өңдейді, содан кейін екеуінің ең төменгісін сақтайды. ACSES сонымен қатар тоқтатылған локомотивтен деректерді радиоарнасы арқылы жіберілген диспетчер ұсынған код арқылы босатылатын абсолютті сигналдарда толық тоқтатуды қамтамасыз етеді. Кейіннен бұл кабина сигнал дисплейіндегі қарапайым "тоқтатуты босату" батырмасына өзгертілді.

Cab signalling in the United States was driven by a 1922 ruling by the Interstate Commerce Commission (ICC) that required 49 railways to install some form of automatic train control in one full passenger division by 1925. While several large railways, including the Santa Fe and New York Central, fulfilled the requirement by installing intermittent inductive train stop devices, the PRR saw an opportunity to improve operational efficiency and installed the first continuous cab signal systems, eventually settling on pulse code cab signaling technology supplied by Union Switch and Signal. In response to the PRR lead, the ICC mandated that some of the nation's other large railways must equip at least one division with continuous cab signal technology as a test to compare technologies and operating practices. The affected railroads were less than enthusiastic, and many chose to equip one of their more isolated or less trafficked routes to minimize the number of locomotives to be equipped with the apparatus. Several railways chose the inductive loop system rejected by the PRR. These railways included the Central Railroad of New Jersey (installed on its Southern Division), the Reading Railroad (installed on its Atlantic City Railroad main line), the New York Central, and the Florida East Coast. Both the Chicago and North Western and Illinois Central employed a two aspect system on select suburban lines near Chicago. The cab signals would display "Clear" or "Restricting" aspects. The CNW went further and eliminated the wayside intermediate signals in the stretch of track between Elmhurst and West Chicago, requiring trains to proceed solely based on the 2 aspect cab signals. The Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad had a 3 aspect system operating by 1935 between Portage, Wisconsin and Minneapolis, Minnesota. As the Pennsylvania Railroad system was the only one adopted on a large scale, it became a de facto national standard, and most installations of cab signals in the current era have been this type. Recently, there have been several new types of cab signalling which use communications based technology to reduce the cost of wayside equipment or supplement existing signal technologies to enforce speed restrictions and absolute stops and to respond to grade crossing malfunctions or incursions. The first of these was the Speed Enforcement System (SES) employed by New Jersey Transit on their low density Pascack Valley Line as a pilot program using a dedicated fleet of 13 GP40PH 2 locomotives. SES used a system of transponder beacons attached to wayside block signals to enforce signal speed. SES was disliked by engine crews due to its habit of causing immediate penalty brake applications without first sounding an overspeed alarm and giving the engineer a chance to decelerate. SES is in the process of being removed from this line, and is being replaced with CSS. Amtrak uses the Advanced Civil Speed Enforcement System (ACSES) for its Acela Express high speed rail service on the NEC. ACSES was an overlay to the existing PRR type CSS and uses the same SES transponder technology to enforce both permanent and temporary speed restrictions at curves and other geographic features. The on board cab signal unit processes both the pulse code "signal speed" and the ACSES "civil speed", then enforces the lower of the two. ACSES also provides for a positive stop at absolute signals which could be released by a code provided by the dispatcher transmitted from the stopped locomotive via a data radio. Later this was amended to a simpler "stop release" button on the cab signal display.