Жоғары жылдамдықты теміржолдарда кабиналық сигнализация технологиясы
Transmission Voie-Machine
Жоғары жылдамдықты теміржолдарда қолданылатын TVM кабиналық сигнализациясы туралы ақпарат. Францияда жасалған, қауіпсіздікті арттырады, жылдамдық шектеулерін көрсетеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жоғары жылдамдықты теміржолда қолданылатын кабинада сигнал беру технологиясы
Railway cab signaling technology used on high speed rail
Transmission Voie Machine (TVM, ағылшын тілінде: жолдан пойызға хабар беру) – бастапқыда Францияда енгізілген және негізінен жоғары жылдамдықты теміржол желілерінде қолданылатын кабинада сигнал берудің бір түрі. TVM 300 – алғашқы нұсқасы, одан кейін TVM 430 пайда болды. TVM 300 1970 жылдары TGV жобасының бір бөлігі ретінде әзірленді. Сағатына 220 километрден асып түсетін жылдамдықпен TGV пойыздары тек арнайы, LGV деп белгіленген жекелеген жолдармен жүреді. Жоғары жылдамдықпен қозғалғанда, жүргізуші жол жиегіндегі түсті сигналдарды дұрыс көре алмайды. Сондықтан, сигналдық ақпарат пойызға жіберіліп, жүргізушінің таблосында көрсетіледі. Жүргізушіге қауіпсіз жұмыс жылдамдығы километрмен көрсетіледі. 1980 жылдары әзірленген TVM 430 жүйесі дәстүрлі сигнализация жүйелерімен салыстырғанда көбірек ақпаратты қамтиды, оның ішінде жолдың еңіс профилі және алдағы сигнализациялық блоктар туралы мәліметтер де бар. Мұндай жоғары деңгейдегі автоматтандыру пойызды жүргізушіден толығымен алып тастамайды, бірақ жүргізуші қателік жіберсе, пойызды қауіпсіз тоқтатуға арналған арнайы қауіпсіздік механизмдері қарастырылған.
Transmission Voie Machine (TVM, English: track to train transmission) is a form of in cab signalling originally deployed in France and is mainly used on high speed railway lines. TVM 300 was the first version, followed by TVM 430. TVM 300 was developed in the 1970s as part of the TGV project. At speeds faster than 220 kilometres per hour, TGV trains only run along dedicated tracks designated as lignes à grande vitesse (LGV). When travelling at high speed, it is not possible for the driver to accurately see colour light railway signals at the side of the track. Signalling information is instead transmitted to the train and displayed on the train driver's dashboard. The driver is shown the safe operating speed, measured in kilometres per hour. The 1980s developed TVM 430 system provides more information than traditional signalling systems would allow, including track gradient profiles and information about the state of signalling blocks further ahead. This high degree of automation does not remove the train from driver control, although there are special safety mechanisms that can safely bring the train to a stop in the event of driver error.
Тарих
TVM жүйесін француздық Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques (CSEE) тобы әзірледі, қазір Hitachi Rail STS құрамына кіреді. LGV желісінде TVM сигнализациясының екі нұсқасы қолданылады: TVM 430 және TVM 300. TVM 430 – жаңа жүйе, ол алғаш рет LGV Nord желісінде Ла-Манш туннелі мен Бельгияға орнатылды және TVM 300-ге қарағанда пойыздарды көбірек ақпаратпен қамтамасыз етеді. Басқа артықшылықтарының қатарында, TVM 430 пойыздың бортындағы компьютерлік жүйесіне төтенше тежеу іске қосылған жағдайда үздіксіз жылдамдық басқару қисығын жасауға мүмкіндік береді, бұл жүргізушіні тежегішті босатпай, жылдамдықты қауіпсіз түрде төмендетуге мәжбүрлейді. TVM 430, TVM 400-ден бастап TVM 440-қа дейін (қосымша автоматты пойыз басқару) және TVM 450-ге дейін (толық жүргізушісіз басқару) сигнализация жүйесі деңгейлерінің «модульді және икемді» диапазоны ретінде ұсынылды.
The TVM system was developed by the French group Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques (CSEE), now part of Hitachi Rail STS. Two versions of TVM signalling, TVM 430 and TVM 300, are in use on the LGV. TVM 430, a newer system, was first installed on the LGV Nord to the Channel Tunnel and Belgium, and supplies trains with more information than TVM 300. Amongst other benefits, TVM 430 allows a train's onboard computer system to generate a continuous speed control curve in the event of an emergency brake activation, effectively forcing the driver to reduce speed safely without releasing the brake. TVM 430 was presented from an intended "modular and flexible" range of signalling system levels from TVM 400 up to TVM 440 (optional automatic train control) and TVM 450 (full driverless control).
Іске асыру
Сызық шамамен 1500 метрлік (~1 миль) сигналдық блоктарға бөлінген. Олардың шекаралары сары үшбұрышпен басылған көк шаршы белгілермен көрсетіледі. Пойыз жүргізушісінің басқару панеліндегі цифрлық дисплейде пойыздың ағымдағы блогы үшін рұқсат етілген ең жоғары жылдамдық, сондай-ақ алдағы жолдың жағдайына байланысты мақсатты жылдамдық көрсетіледі. Ең жоғары рұқсат етілген жылдамдық алдыңғы пойыздардың жақындығы (келесі пойыздың артқы жағына жақындағанда рұқсат етілген ең жоғары жылдамдықтың біртіндеп төмендеуі), айырықтардың орналасуы, жылдамдық шектеулері, пойыздың ең жоғары жылдамдығы және LGV бағытының соңынан қашықтық сияқты факторларға негізделеді. Жоғары жылдамдықтағы пойыздар тоқтауға бірнеше километр қажет етеді. Пойызды тежеу үшін бірнеше сигналдық блоктар қажет болғандықтан, жүргізушілерге тоқтауға қажетті бірнеше блок бұрын жылдамдықты біртіндеп азайту туралы ескертіледі. Сигналдау жүйесі рұқсаттамалық; пойыз жүргізушісі алдын ала рұқсат алмастан, толыққан блок бөлігіне кіруге рұқсат етіледі. Мұндай жағдайда жылдамдық сағатына 30 километр (19 миль/сағ) дейін шектеледі, ал егер жылдамдық сағатына 35 км (22 миль/сағ) асып кетсе, шұғыл тежегіш қосылады және пойыз тоқтатылады. Егер блок бөлігіне кіретін жерді белгілейтін тақтада Nf белгісі болса, блок бөлігі рұқсаттамалық емес, және жүргізуші блокқа кірмес бұрын Сигналдау және басқару орталығынан (Poste d'Aiguillage et de Régulation) рұқсат алуы тиіс. Жол белгіленгеннен кейін немесе сигналдау орталығы рұқсат бергеннен кейін, жүргізушіге хабар беру үшін белгі тақтасының астындағы ақ шам жағылады. Содан кейін жүргізуші пойыздың басқару панеліндегі батырманы басып, рұқсатты растайды. Бұл уақытша шұғыл тежегіш жүйесін тоқтатып тұрады, әйтпесе пойыз рұқсаттамалық емес маркердің жерлік контурынан өткен кезде тоқтап қалар еді. Пойыздар LGV-ге классикалық желілерден кіргенде немесе одан шыққанда, олар автоматты түрде жүргізушінің басқару панеліндегі индикаторларды тиісті сигналдау жүйесіне ауыстыратын жерлік контурдан өтеді. Мысалы, LGV-ден француздық Ligne classique-ге шығатын пойыздың TVM сигналдау жүйесі өшіріледі, ал оның дәстүрлі KVB (Contrôle Vitesse par Balise, ағылшын тілінде: маяк арқылы жылдамдық бақылауы) жүйесі қосылады.
The line is divided into signal block sections of about 1,500 metres (~1 mi), the boundaries of which are indicated by blue square signs printed with a yellow on white triangle. A digital display on the train driver's dashboard shows the maximum permitted speed for a train's current block, as well as a target speed based on the status of the line ahead. The maximum permitted speed is based on factors such as the proximity of trains ahead (with steadily decreasing maximum permitted speeds in blocks closer to the rear of the next train), junction placement, speed restrictions, the top speed of the train and distance from the end of LGV route. Trains at high speed take several kilometres to stop. Since trains will require more than one signal block to slow down, drivers are alerted to reduce speed gradually, several blocks before any required stop. The signalling system is permissive; the driver of a train is permitted to proceed into an occupied block section without first obtaining authorisation. Speed in this situation is limited to 30 kilometres per hour (19 mph) and if speed exceeds 35 km/h (22 mph), the emergency brake is applied and the train stops. If the board marking the entrance to the block section is accompanied by a sign marked Nf, the block section is not permissive, and the driver must obtain authorisation from the Signalling and Control Centre (Poste d'Aiguillage et de Régulation) before entering the block. Once a route is set, or the signalling centre has provided authorisation, a white lamp below the marker board is lit to inform the driver. The driver then acknowledges the authorization using a button on the train's control panel. This temporarily overrides the emergency braking system, which would otherwise stop the train when proceeding past the non permissive marker's ground loop. When trains enter or leave the LGV from lignes classiques, they pass over a ground loop which automatically switches the driver's dashboard indicators to the appropriate signalling system. For example, a train leaving the LGV onto a French ligne classique would have its TVM signalling system deactivated and its traditional KVB (Contrôle Vitesse par Balise, English: beacon speed control) system enabled.
Электроника
Бұл әлемдегі ең жетілген теміржол сигнализациясы жүйелерінің бірі, бірақ оның іске асырылуы қатты күйдегі электроникаға емес, релелерге негізделген. TVM 430 жүйесі екі компоненттен тұрады: бірі – жерде, екіншісі – пойыз бортында. Екеуі де Motorola 68020 класындағы процессорларды пайдаланады және қауіпсіздікке маңызды жүйелерде жиі қолданылатын Ada бағдарламалау тілінде жазылған. Жүйе кең ауқымда резервтілік принципін қолданады; қауіпті іркілулер арасындағы орташа уақыт 1 миллион жылдан аспайды деп есептеледі. TVM 430 жүйесінің жердегі сегменті 15 км (9,3 миль) ұзындықтағы жол участаларын басқаратын жол бойындағы қораптарда орналасқан. Олардың әрқайсысы желінің орталықтандырылған қозғалыс басқару орталығымен байланысты және әрқайсысы өз жол тізбегімен (track circuit) бірге онға жуық жол блогын тікелей басқарады. Сигналдық ақпарат әр блоктың рельстеріне жіберілетін ауыспалы ток сигналдарында кодталады. TVM 430 жүйесінде төрт түрлі тасымалдаушы жиілік бар және олар TGV желісінің екі жолында да жұптармен кезекпен қолданылады. Бір жолдағы блоктар кезекпен 1700 және 2300 Гц жиіліктерін пайдаланады, ал екінші жолдағы блоктар кезекпен 2000 және 2600 Гц жиіліктерін пайдаланады. Осы тасымалдаушы жиіліктерге 27 түрлі дыбыс жиілігі модуляциялана алады, олардың кез келген комбинациясы бір уақытта болуы мүмкін; алдыңғы TVM 300 жүйесі он сегіз түрлі жиілікті қолданған, олардың тек біреуі ғана бір уақытта болуы мүмкін еді. Әр блок бергішпен қарама-қарсы жағында қабылдағышқа ие, ал жол тізбегі сигналының жоғалуы (пойыз доңғалақтарының қысқа тұйықталуы немесе ақаулық салдарынан) блокқа пойыз кіргенін көрсетеді. Сигналдық блоктардың шекаралары көршілес блоктардың бір-біріне кедергі келтірмейтіндей электрлік оқшаулағыштармен жабдықталған, сонымен бірге 50 Гц жиіліктің кері тогы өтуіне мүмкіндік береді. Бұл жол тізбектері UM71 C жол тізбегі деп аталады. Рельстегі сигналдар TGV пойыздарының алдыңғы бөлігінде орнатылған антенналар арқылы анықталады, алдындағы доңғалақтан шамамен 1 метр (3 фут) қашықтықта. Бұл антенналар бірінші доңғалақтың рельстер арасындағы ауыспалы ток сигналымен индуктивті байланыс арқылы жұмыс істейді. Әрбір пойызға төрт резервтік антенна орнатылған, екі-екіден. Пойыздың қозғалыс бағытындағы "алдыңғы" екі антеннасы ғана қолданылады. Жол тізбегінен алынған сигналдар пойыз бортындағы екі резервтік цифрлық сигнал процессорларында сүзіліп, түзетіліп және декодталады.
It is one of the more advanced railway signalling systems in the world, although the implementation itself is still based on relays rather than solid state electronics. There are two components to the TVM 430 system: one ground based, the other on board the train. Both run using Motorola 68020 class processors, and are programmed in Ada, a computer language often used in safety critical systems. The system makes extensive use of redundancy; the mean time between dangerous failures is estimated to be over 1 million years. The ground based segment of TVM 430 resides in trackside boxes, which control stretches of track about 15 km (9.3 mi) long. Each one is linked to the line's centralized traffic control centre, and directly controls about ten blocks of track, each with its own track circuit. Signaling information is encoded in AC signals which are fed into the rails of each block. There are four different carrier frequencies available in TVM 430 and they are used alternately in pairs on both tracks of the TGV line. On one track, blocks use alternately 1,700 Hz and 2,300 Hz, while on the other track blocks use alternately 2,000 Hz and 2,600 Hz. Upon these carrier frequencies can be modulated 27 separate audio frequencies, any combination of which can be present at one time; the earlier TVM 300 used eighteen separate frequencies, only one of which could be present at any time. Each block has a receiver at the opposite end to the transmitter, and the loss of the track circuit signal (owing to shorting by train wheels or due to a failure) is interpreted as an indication that the block is occupied. Signalling block boundaries are equipped with electrical separation joints that prevent adjacent blocks from interfering with each other, whilst still letting the traction return current (at 50 Hz) pass through. These tracks circuits are referred as a UM71 C track circuit. The signals which are present in the rail are detected by antennas mounted underneath the front airdam of TGV trains, approximately 1 metre (3 ft) forward of the front axle. These antennas work by inductively coupling to the AC signal shunted between the rails by the first axle. There are four redundant antennas per train, two at each end. Only the two at the "front" of the train (in the direction of travel) are used. The signal from the track circuit is filtered, conditioned, and decoded on board the train by two redundant digital signal processors.
Қадағалау
Ұшақтардағы ұшу деректерін жазу құрылғысына ұқсас "қара жәшік" бүкіл процесті пассивті түрде қадағалайды, түрлі параметрлерді бақылап, оқиғаларды тіркеп алады. TVM 430 жүйесімен жабдықталған пойыз құрамаларындағы ескі қағаз таспаға жазатын құралдар ATESS цифрлық жазу жүйесімен алмастырылды. Жүргізушінің барлық әрекеттері (газ педалі, тежегіш, пантографтар) сондай-ақ сигналдар (TVM 430, KVB және стандартты сигналдар үшін) магниттік таспаға жазылады, оларды кейін компьютерде талдауға болады. Тағы бір VACMA жүйесі жүргізушінің сергектігін қадағалайды. Ол жүргізушінің пойызды қозғалту үшін басып тұруы тиіс педальден тұрады. Егер басқа қандай да бір әрекет болмаса, бұл педальді 60 секунд сайын босатып, қайтадан басу керек. Алдымен дабыл естіледі, содан кейін автоматты төтенше тежегіштер қосылады. Дабыл естілу алдында педальді қысқа ғана уақытқа босатуға болады, ал автоматты төтенше тежегіштер іске қосылғанға дейін тағы да қысқа уақытқа.
A "black box" similar to an aircraft flight data recorder, passively watches over the entire process, monitoring a variety of parameters and recording the events. In TVM 430 equipped trainsets, older paper strip recording equipment has been replaced by the ATESS digital recording system. Every action taken by the driver (throttle, brakes, pantographs) as well as signalling aspects (for TVM 430, KVB, and conventional signals) are recorded on magnetic tape for later analysis using a desktop computer. Another system, known as VACMA, oversees the driver's alertness. It consists of a foot pedal control that the driver needs to hold down for the TGV to move. This pedal must be released then re pressed once every 60 seconds if no other activity takes place. There is one period of time before a buzzer sounds, and another period of time before the automatic emergency brakes come on. The control can be released for a very short period of time before a buzzer sounds, and another very short period of time before the automatic emergency brakes come on.
Ашығып жүріп
Пойыздың шұғыл тоқтату тежегіштері қосылғанға дейін жылдамдыққа шамалы қосымша рұқсат беріледі. 80 км/сағ жылдамдықтан төмен болғанда, бұл рұқсат сағатына 5 километрді құрайды. 80–160 км/сағ номиналды жылдамдықтарда бұл көрсеткіш сағатына 10 километр, ал 160 км/сағ жылдамдықтан асып кеткенде – сағатына 15 километрге жетеді.
A small amount of over speed allowance is made before the train's emergency brakes are applied. At speeds below 80 km/h, the allowance is five kilometres per hour. At nominal speeds of 80–160 km/h, the tolerance is ten kilometres per hour and at speeds in excess of 160 km/h, it is fifteen kilometres per hour.