Линейное воздействие на поезд (LZB): система сигнализации и защиты поездов.

Система LZB: автоматическое управление поездом в Германии, Австрии и Испании. Повышает безопасность и пропускную способность ж/д линий, контроль скорости.

12 мин чтения

100%

Источник: Linienzugbeeinflussung — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Linienzugbeeinflussung (или LZB) – система кабинной сигнализации и защиты поездов, используемая на отдельных железнодорожных линиях Германии и Австрии, а также на AVE и некоторых линиях пригородного сообщения в Испании. Система была обязательной для линий, где поездам разрешалось превышать скорость в Германии и в Испании. Она также применяется на некоторых более медленных железнодорожных линиях и линиях городского рельсового транспорта для повышения пропускной способности. Немецкое Linienzugbeeinflussung переводится как непрерывное управление поездом, дословно: линейное воздействие на поезд. Также называется linienförmige Zugbeeinflussung. LZB устарела и будет заменена Европейской системой управления поездом (ETCS) в период с 2023 по 2030 год. Европейское агентство по железным дорогам (ERA) классифицирует её как систему защиты поездов класса B в рамках Национального контроля поездов (NTC). Машинистам в основном требуется заменять классическую логику управления на бортовые устройства ETCS (OBU) с единым интерфейсом «водитель-машина» (DMI). Поскольку высокоскоростные поезда часто не списываются и не переназначаются на линии второго порядка, для дальнейшей поддержки установок LZB были разработаны специальные модули специальной передачи (STM) для LZB.

Выбор сигнализации кабины

В 1960-х годах немецкие железные дороги хотели увеличить скорость на некоторых своих железнодорожных линиях. Одной из проблем при этом являлась сигнализация. Немецкие сигналы расположены слишком близко друг к другу, чтобы высокоскоростные поезда могли остановиться между ними, и сигналы могут быть трудно различимы машинистам на высоких скоростях. В Германии используются предварительные сигналы, размещаемые перед основным сигналом. Поезда с обычными тормозами, замедляющиеся со скоростью , могут остановиться на этом расстоянии. Поезда с усиленными тормозами, обычно включающими электромагнитные тормоза рельсов, замедляющиеся со скоростью , могут остановиться с этой скорости и им разрешено двигаться с этой скоростью. Однако даже при усиленных тормозах и том же замедлении, поезду, движущемуся со скоростью , потребуется для остановки, что превышает расстояние между сигналами. Более того, поскольку энергия, рассеиваемая при заданном замедлении, возрастает со скоростью, более высокие скорости могут потребовать меньшего замедления, чтобы избежать перегрева тормозов, что, в свою очередь, увеличивает расстояние остановки. Один из способов увеличения скорости – увеличить расстояние между основным и предварительным сигналом. Но это потребует более длинных перегонов, что снизит пропускную способность для более медленных поездов. Другим решением было бы внедрение многоаспектной сигнализации. Поезд, движущийся со скоростью , увидел бы сигнал "снизить скорость до 160" на первом перегоне, а затем сигнал остановки на втором перегоне. Внедрение многоаспектной сигнализации потребовало бы значительной переработки существующих линий, поскольку к длинным перегонам пришлось бы добавлять дополнительные предварительные сигналы, а на коротких перегонах – перерабатывать существующие. Кроме того, это не решило бы другую проблему, связанную с высокой скоростью движения – трудность видеть сигналы, когда поезд проносится мимо них, особенно в неблагоприятных условиях, таких как дождь, снег и туман. Кабинная сигнализация решает эти проблемы. Для существующих линий ее можно добавить поверх существующей системы сигнализации, практически без изменений в ней. Перенос сигналов в кабину машиниста облегчает их видимость. Помимо этого, кабинная система сигнализации LZB имеет и другие преимущества:

In the 1960s, the German railways wanted to increase the speeds of some of their railway lines. One issue in doing so is signalling. German signals are placed too close to allow high speed trains to stop between them, and signals may be difficult for train drivers to see at high speeds. Germany uses distant signals placed before the main signal. Trains with conventional brakes, decelerating at , can stop from in that distance. Trains with strong brakes, usually including electromagnetic track brakes, decelerating at can stop from and are allowed to travel that speed. However, even with strong brakes and the same deceleration, a train travelling would require to stop, exceeding the signalling distance. Furthermore, as the energy dissipated at a given acceleration increases with speed, higher speeds may require lower decelerations to avoid overheating the brakes, further increasing the distance. One possibility to increase speed would be to increase the distance between the main and distant signal. But, this would require longer blocks, which would decrease line capacity for slower trains. Another solution would be to introduce multiple aspect signalling. A train travelling at would see a "slow to 160" signal in the first block and then a stop signal in the 2nd block. Introducing multi aspect signalling would require substantial reworking for the existing lines, as additional distant signals would need to be added onto long blocks and the signals reworked on shorter ones. In addition, it wouldn't solve the other problem with high speed operation, the difficulty of seeing signals as a train rushes past, especially in marginal conditions such as rain, snow, and fog. Cab signalling solves these problems. For existing lines it can be added on top of the existing signalling system with little, if any, modifications to the existing system. Bringing the signals inside the cab makes it easy for the driver to see them. On top of these, the LZB cab signalling system has other advantages:

Машинист немедленно узнает об изменениях в сигналах. Это позволяет машинисту прекратить замедление, если сигнал в конце перегона улучшается, экономя энергию и время. Это также позволяет диспетчерскому центру мгновенно подать сигнал остановки в случае опасных ситуаций, таких как сход поезда или снегопад. Машинист может "видеть" на большом расстоянии (до 13 км) по пути, что позволяет ему более плавно вести поезд. Поезд, следующий за более медленным поездом, может "видеть" его заранее, используя торможение двигателем или рекуперативное торможение для снижения скорости и, тем самым, экономить энергию. Система может передавать информацию о различных скоростях. (Обычные немецкие сигналы в 1960-х годах могли сигнализировать только о скорости для стрелочных переводов. Современные обычные немецкие сигналы могут сигнализировать о любом шаге скорости, но LZB может сигнализировать о еще более мелких шагах.) Она позволяет разделить путь на большое количество небольших перегонов, если это необходимо для увеличения пропускной способности. Она обеспечивает более совершенную систему автоматической защиты поезда. Она обеспечивает работу системы автоматического ведения поезда AFB. Учитывая все эти преимущества, в 1960-х годах немецкие железные дороги выбрали кабинную сигнализацию LZB вместо увеличения расстояния между сигналами или добавления дополнительных аспектов.

Кабельные петли

Центр управления LZB связывается с поездом с помощью проводниковых кабельных петель. Длина петель может быть от 50 метров, как это реализовано на въезде и выезде с участка, контролируемого LZB, и до значительно большей длины. Когда петли становятся длиннее, они пересекаются через каждые [указать расстояние]. При пересечении фазовый угол сигнала изменяется на 180°, что снижает электрические помехи между путями и поездом, а также дальность излучения сигнала. Поезд обнаруживает это пересечение и использует его для определения своего местоположения. Более длинные петли обычно запитываются от середины, а не от конца. Одним из недостатков очень длинных петель является то, что любой обрыв кабеля прерывает передачу LZB на всем участке, до [указать расстояние]. Поэтому в новых установках LZB, включая все высокоскоростные линии, кабельные петли разделены на отдельные физические кабели. Каждый кабель запитывается от повторителя, и все кабели в участке передают одну и ту же информацию.

Центр маршрута LZB (центральный контроллер)

Ядро центра маршрутизации LZB, или центрального контроллера, состоит из компьютерной системы "2 из 3", где два компьютера подключены к выходным цепям, а третий – в резерве. Каждый компьютер имеет собственный источник питания и установлен в отдельном корпусе.

Вход в зону посадки, зоны и адресация

Перед входом в участок, контролируемый LZB, машинист должен активировать поезд, введя необходимую информацию в устройство ввода данных и включив LZB. При активации на поезде загорается индикатор "B". Контролируемый участок пути разделен на до 127 зон, каждая из которых имеет определенную длину. Зоны нумеруются последовательно, начиная с 1 в одном направлении и с 255 в противоположном. Когда поезд въезжает в участок пути, контролируемый LZB, он обычно проезжает над фиксированной петлей, которая передает телеграмму "изменение идентификации участка" (BKW). Эта телеграмма сообщает поезду идентификационный номер участка, а также начальную зону – 1 или 255. Поезд отправляет подтверждающую телеграмму. В этот момент включаются индикаторы LZB, в том числе индикатор "Ü", сигнализирующий о работе LZB. С этого момента местоположение поезда используется для его идентификации. Когда поезд въезжает в новую зону, он отправляет ответную телеграмму с информацией о "подтверждении местоположения", указывающую на то, что он продвинулся в новую зону. Центральный контроллер затем будет использовать новую зону при дальнейшем обращении к поезду. Таким образом, адрес поезда будет постепенно увеличиваться или уменьшаться, в зависимости от направления движения. Поезд определяет вход в новую зону либо по обнаружению точки перестановки кабеля, либо по прохождению
Между допустимой скоростью и скоростью контроля имеется предупреждающая скорость, обычно превышающая допустимую. Если поезд превысит предупреждающую скорость, LZB начнет мигать индикатор "G" на дисплее поезда и подаст звуковой сигнал.

Уезжаю из LZB

Примерно за некоторое время до окончания участка, контролируемого LZB, центральный контроллер отправит телеграмму, оповещающую об окончании контроля LZB. Поезд включит индикатор "ENDE", который машинист должен подтвердить в течение 10 секунд. На дисплее обычно отображаются расстояние до конца участка и целевая скорость, которые зависят от сигнала в этой точке. Когда поезд достигнет конца участка контроля LZB, индикаторы "Ü" и "ENDE" погаснут, и автоматическую защиту поезда возьмет на себя стандартная система Indusi (или PZB).

Специальные режимы работы

Особые условия, не охватываемые полной системой LZB, или неисправности могут перевести LZB в один из специальных режимов функционирования.

Пересечение с противоположной полосой

Когда поезд приближается к переводу на путь с обычно противоположным направлением, на дисплее будет мигать индикатор "E/40". Машинист подтверждает сигнал, и разрешённая скорость снижается по тормозной кривой до. Когда поезд достигает участка перевода, дисплеи выключаются, и машинист может продолжать движение через перевод.

Управление по сигналу зрения

Немецкие сигнальные системы имеют сигнал "движение по виду", который состоит из трех белых огней, образующих треугольник с одним огнем наверху. Этот сигнал, обозначенный "Zs 101", устанавливается вместе с бортовыми сигналами, и когда он включен, позволяет машинисту проехать мимо фиксированного красного или неисправного сигнала и следовать по виду до конца зоны контроля, но не быстрее. При приближении к такому сигналу на территории LZB загорается индикатор "E/40" и горит до сигнала, после чего "E/40" гаснет, а "V40" начинает мигать. Индикатор "V40" сигнализирует о возможности следовать по виду.

Неисправность передачи

Если обмен данными прерывается, система измерения расстояния до поезда выходит из строя или поезд не обнаруживает 4 и более точек перекрестной раскладки кабелей, система LZB перейдет в аварийное состояние. Загорится индикатор "Stör", а затем начнет мигать "Ü". Машинист должен подтвердить эти сигналы в течение 10 секунд. Машинист должен снизить скорость поезда до значения не более [укажите скорость] или ниже; точная скорость зависит от используемой системы резервного сигнализирования.

Неисправности

Система LZB была достаточно безопасной и надежной, настолько, что на линиях, оборудованных LZB, не было столкновений из-за отказа системы LZB. Однако имели место некоторые неисправности, которые могли потенциально привести к авариям. Они следующие:

29 июня 1991 года, после помех, машинист поезда отключил систему LZB и проследовал мимо сигнала остановки с двумя поездами в тоннеле в Юнде на высокоскоростной линии Ганновер – Вюрцбург. 29 июня 2001 года на переезде Ошцац на железнодорожной линии Лейпциг – Дрезден едва не произошла серьезная авария. Кроссовер был установлен на перевод с ограничением скорости, но система LZB отображала более высокую допустимую скорость. Машинист поезда ICE 1652 заметил переводной сигнал и успел снизить скорость до перед переездом, и поезд не сошел с рельсов. В качестве причины предполагалась ошибка программного обеспечения в компьютере LZB. Подобная ситуация произошла 17 ноября 2001 года в Биененбюттеле на железнодорожной линии Гамбург – Ганновер. Чтобы обойти неисправный грузовой поезд, поезд ICE перешел на противоположный путь, проехав через кроссовер, рассчитанный на скорость . Предполагаемой причиной стало некорректное выполнение изменения в системе интервальной блокировки, где скорость кроссовера была увеличена с . Без этого ограничения скорости система LZB продолжала отображать на дисплее в кабине скорость прохождения по основному пути, и машинист поезда, увидев боковые сигналы, установленные на перевод, применил тормоза, предотвратив сход поезда с рельсов. 9 апреля 2002 года на высокоскоростной железнодорожной линии Ганновер – Берлин неисправность в центральном компьютере линии LZB привела к остановке четырех поездов, управляемых LZB, при этом по два поезда в каждом направлении были остановлены в одном сигнальном участке (Teilblockmodus – режим разделенной блокировки). После перезагрузки компьютера он подал сигнал поездам, находящимся впереди, и – поездам, следующим за ними. Машинисты следующих поездов не стали продолжать движение, однако один машинист увидел поезд впереди, а другой перепроверил информацию в диспетчерском центре, который предупредил его перед отправлением, таким образом удалось предотвратить два возможных столкновения. В результате этого инцидента два основных оператора железнодорожных перевозок (DB Cargo и DB Passenger Transport) выпустили инструкцию для своих машинистов, предписывающую проявлять особую осторожность в периоды отключения LZB, когда система работает в режиме разделенной блокировки. Причиной оказалась ошибка программного обеспечения.

On 29 June 1991, after a disturbance, the train driver had the LZB system off and passed a stop signal with two trains in the tunnel at Jühnde on the Hanover Würzburg high speed line. On 29 June 2001, there was nearly a serious accident at the Oschatz crossover on the Leipzig Dresden railway line. The crossover was set to diverging with a speed limit but the LZB system displayed a limit. The driver of ICE 1652 recognized the diverging signal and managed to slow down to before the crossing and the train did not derail. A software error in the LZB computer was suspected as the cause. A similar near accident occurred on 17 November 2001 in Bienenbüttel on the Hamburg Hanover rail line. In order to pass a failed freight train an ICE train crossed over to the opposite track going through a crossover that was rated at The suspected cause was the faulty execution of a change to the interlocking system where the crossover speed was increased from Without that speed restriction the LZB system did continue to show the pass through line speed on the in cab display the train driver applied the brakes on recognizing the line side signal lights set to diverge and the train did not derail. On 9 April 2002 on the Hanover Berlin high speed rail line, a fault in the LZB line centre computer brought four LZB controlled trains to a stop with two trains in each line direction being halted in the same signalling block (Teilblockmodus divided block control). When the computer was rebooted it signalled to the trains in front and to the following trains. The drivers of the following trains did not proceed however one driver saw the train in front of him and the other driver double checked with the operations centre which had warned him prior to departure, so two possible collisions were averted. As a consequence of this incident, the two mainline train operators (DB Cargo and DB Passenger Transport) issued an instruction to their drivers to be especially cautious during periods of LZB outage when the system is running in divided block mode. The cause turned out to be a software error.

RENFE (Испания)

Мадрид Кордова Севилья (9 центров / 480 км), эксплуатируется с 1992 года. С 2004 года конечная станция Мадрид Аточа также оборудована системой LZB. В ноябре 2005 года была открыта ветка до Толедо (20 км). Линия C5 Cercanías Madrid от Уманес через Мадрид Аточа до Мостолес Эль Сото, эксплуатируется с 1995 года. Её протяжённость составляет 45 км, она включает два центра LZB и 76 вагонов серии 446. Вся сеть Euskotren, за исключением трамвайной линии Euskotren Tranbia.

Великобритания

Модифицированная версия системы LZB установлена на главной линии Чилтерн под названием Chiltern ATP.

Неосновные виды использования

Помимо железнодорожных магистралей, версии системы LZB также используются на пригородных (S-Bahn) железных дорогах и в метрополитене.

Дюссельдорф, Дуйсбург, Крефелд, Мюльхайм-на-Рур

Туннели в Дюссельдорфской и Дуйсбургской системах городской железной дороги (Stadtbahn) и некоторые туннели Эссенской Stadtbahn в районе Мюльхайма-ан-дер-Рур оборудованы системой LZB.

Вена (Вена)

За исключением линии 6, вся венская система метро (U-Bahn) оснащена системой LZB с момента ее постройки и поддерживает автоматическое управление поездом под контролем машиниста.

Мюнхен

Мюнхенское метро было построено с системой управления LZB. Во время обычных дневных рейсов поезда движутся автоматически, а машинист просто запускает поезд. В это время стационарные сигналы не горят. Вечером, с 21:00 до окончания движения, а также по воскресеньям, машинисты управляют поездами вручную, ориентируясь на стационарные сигналы, чтобы поддерживать навыки вождения. Планируется автоматизировать отправку и возврат пустых поездов. Мюнхенская S-Bahn использует LZB на своём центральном участках туннеля (Stammstrecke).

Нюрнберг

На линии U3 Нюрнбергского метрополитена используется LZB для полностью автоматической (без машиниста) эксплуатации. Система была разработана совместно компаниями Siemens и VAG Nürnberg и является первой в мире, где поезда без машиниста и обычные поезда совместно используют участок пути. Поезда существующей линии U2, управляемые машинистами, используют часть пути совместно с поездами автоматической линии U3. В настоящее время на автоматических поездах по-прежнему присутствует сопровождающий сотрудник, но в дальнейшем поезда будут курсировать без сопровождения. После нескольких лет задержек, финальный трехмесячный тестовый прогон был успешно завершен 20 апреля 2008 года, а лицензия на эксплуатацию получена 30 апреля 2008 года. Через несколько дней поезда без машиниста начали перевозить пассажиров, сначала по воскресеньям и праздничным дням, затем в будние дни в часы пик, и, наконец, после утреннего часа пик, когда интервалы движения поездов U2 особенно малы. Официальная церемония открытия линии U3 состоялась 14 июня 2008 года в присутствии премьер-министра Баварии и федерального министра транспорта, а регулярное движение началось с изменением расписания 15 июня 2008 года. Нюрнбергский U-Bahn планирует перевести линию U2 на автоматическую эксплуатацию примерно через год.

Лондон

Доклендская легкорельсовая железная дорога в восточном Лондоне использует технологию SelTrac, разработанную на основе LZB, для управления автоматическими поездами. Поезда сопровождаются сотрудником, который закрывает двери и подает сигнал к отправлению, но затем в основном занимается обслуживанием пассажиров и контролем билетов. В случае неисправности поезд может быть переведен под ручное управление находящимся в поезде персоналом.