Применение автоматизированных систем регулирования движения поездов на настоящий момент времени является одним из актуальнейших направлений работы проектировочных институтов и конструкторских бюро. Немаловажное место в этом технологическом процессе занимает вопрос аппаратно-программного формирования канала связи устройств автоматики и телемеханики систем обеспечения движения поездов.
В связи с принятым в последнее время курсом нашего государства на интенсивное освоение природных богатств Сибири и районов Крайнего Севера перед ними и производством, встает задача решения целого ряда технических проблем, связанных с применением технологий в весьма экстремальных природных и климатических условиях этих регионов. Очень большую проблему, при этом, составляет тот факт, что большая часть территории Сибири и районов Крайнего Севера занимает вечная мерзлота, имеющая сезонные циклы оттаивания и замерзания, а также существенный диапазон перепадов среднесуточных температур, доходящий до 30 с лишним градусов.
Существенный аспект в этом комплексе проблем занимают вопросы передачи данных в системах автоматики и телемеханики, в которых традиционные подходы не дают положительного решения. Например, любые проводниковые и изоляционные материалы имеют температурный коэффициент линейного расширения, определяющий зависимость между температурой окружающей материала среды и его линейным расширением (сжатием-растяжением), т.е. изменением длины. Это дает в экстремальных климатических условиях, при среднесуточном отклонении в районе 30 градусов, существенное изменение линейных размеров проводников. Но так как проводник не голый, а имеет несколько оболочек, то возникает вопрос, все ли они имеют одинаковый температурный коэффициент расширения? Если это не так, то когда температура окружающей среды понижается до (- 35 ÷ — 50) 0 С, происходит съёживание и сжатие слоев кабельной системы с различным линейным размером. Так кабеля связи имеют до (4÷6) — х слоев изолировочных и конструктивных материалов [1].
В конечном итоге это приводит к возникновению механических напряжений внутри кабеля связи или линии управления объекта автоматики и телемеханики в поперечном и продольных направлениях. При этом надо учитывать, что кабель не лежит строго горизонтально, а имеет различные углы наклона к горизонту, повороты на различный градус изгиба и т.д. При этом, имеется существенная длина линий связи – десятки километров, а для линий управления – сотни и тысячи метров. Хорошо, если кабель лежит в бетонном канале или асбестовой трубе, а если нет, тогда– сезонные подвижки грунта, в ряде случаев приводящие к порывам кабельных сетей [2].
Переохлаждение оболочек кабеля вызывает механические напряжения – и со временем, как следствие, растрескивание оболочек, нарушение целостности кабеля. При частичном или полном оттаивании окружающей кабель мерзлоты это ведет к полному или частичному затоплению кабельных каналов или труб, а если их нет – к погружению кабеля в воду, в химическом составе которой содержатся разнообразные примеси, среди которых есть и металлические примеси, соли металлов и другие, химические агрессивные вещества, что приводит к активной электрохимической коррозии токоведущих жил кабеля связи или линии управления, с изменением их проводниковых свойств [3]. Положение сильно усугубляется наличием интенсивного, периодического, вибрационного воздействия на кабельную сеть. Эта вибрация имеет происхождение из-за наличия стыков в рельсовых нитях. Принимаемые меры по защите от вибрации в путевой структуре недостаточны и не снижают отрицательное влияние вибрации при прохождении подвижного состава по железнодорожным путям. Воздействие вибрации значительно ускоряет процессы старения и механической деформации оболочек кабеля, приводит к нарушениям качества электрических соединений, встречающихся по длине кабеля ввиду наличия конструктивных недостатков и результатов ремонтных работ.
Все это, в конечном итоге, приводит к изменению физико-химических и электротехнических свойств не только кабельных оболочек но и, в целом, всего кабеля. Изменяется проводимость не только токопроводящих жил, но и оболочек. Это выражается в снижении электрической прочности оболочек кабелей связи, возникновении точек утечки тока сигнала на землю и, самое главное, к изменению волнового сопротивления жил кабеля. Изменение величины волнового сопротивления жил кабеля связи приводит к нарушению условий согласования внутреннего сопротивлений источника сигнала и входного сопротивления его приемника, особенно в условиях повышенной интенсивности электромагнитного излучения тяговой сети [4]. Таким образом, изменение волнового сопротивления кабеля связи приводит к неустойчивой работе систем автоматики и телемеханики, сбоям и ошибкам, имеющим четко выраженный сезонный характер, что ставит под угрозу нормальное функционирование железных дорог в экстремальных условиях окружающей среды.
Таким образом, возникает необходимость в решении проблемы перехода на другие аппаратно-программные способы формирования каналов связи автоматики и телемеханики железных дорог, что особенно становится весьма актуальным в условиях системного экономического кризиса и урезания финансирования на освоение регионов Сибири и Крайнего Севера, в особенности зоны БАМа. В зоне последнего региона располагается большое количество месторождений полезных ископаемых и его освоение – первоочередная задача, теперь отодвинута на время окончания действия экономических санкций США и ЕС.
На настоящий момент времени в хранилищах углеводородов в западной части страны скопилось около ста пятидесяти триллионов кубометров газа и около ста миллионов тонн сырой нефти. Так как экономические санкции, введенные против нашей страны США и ЕС, продлеваются до конца текущего года, а возможно и дальше, то встает во весь рост проблема – куда девать этот колоссальный объем углеводородов? До тех пор, пока на Украине идет гражданская война, транзит нефти и газа через её территорию не возможен. «Турецкий поток» ещё не построен, а это 1÷2 года, транспортные коридоры на север, в Мурманский порт есть, но нет соответствующего терминала. Восточный транспортный коридор до Владивостока тоже есть, есть и соответствующий терминал, но его производительность оставляет желать лучшего. Остается только два направления – по БАМу до Комсомольска-на-Амуре, и по «Южному ходу» к Забайкальску, там прямой переход из России в Китай. Пока нет готовых трубопроводных систем для транспорта углеводородов через Казахстан и Северный Кавказ, актуальным останется направление только через БАМ и Транссиб. Если с последней транспортной артерией вроде бы как понятно, то со второй – абсолютно нет. Прохождение нефте- и газоналивных тяжеловесных составов по БАМу и Транссибу сопровождается целым комплексом нерешенных проблем.
И в том и в другом случае надо разрабатывать аппаратуру и каналы связи для специфичных условий Сибири и Крайнего Севера. Основа решения этой проблемы заключается в выборе оптимального, с точки зрения технологичности и экономичности, отсутствия экологических проблем, удобства для железной дороги, для простых жителей придорожной зоны, в области связи. В этом может помочь федеральная программа развития регионов Сибири и Дальнего Востока которая, в том числе, предусматривает широкое развитие систем связи и телекоммуникаций на этих территориях [5]. На взгляд авторов таких систем автоматики и телемеханики три типа:
— система, построенная на канале связи из волоконно-оптического кабеля [6];
— радиочастотная система в диапазоне средних — дальних волн [7];
— радиочастотная система в диапазоне GSM-R, применяемая в ряде стран ЕС, республике Беларусь и на некоторых железных дорогах России [8].
Из них наиболее приспособленной под решение требуемых задач — система построена на устройствах автоматики и телемеханики, использующих радиочастотный канал связи.
Диапазон рабочих частот – GSM-R, полностью совместимый с гражданскими GSM – диапазонами. Отличительной особенностью данной системы является частотный диапазон, во много раз превышающий существующий сейчас частоту рабочей силовой сети 50 Гц – от 800 до1900 МГц.
Это позволит решить телекоммуникационне проблемы не только железной дороги, но и простых граждан, проживающих вблизи железной дороги, а также промышленных предприятий и т.д. и т.п.. Это позволит резко увеличить количество абонентов сотовой сети и расширить зону покрытия услугами сотовой связи, а это – надежная, эффективно работающая система связи, необходимая людям, предприятиям и бизнесу, проживающим и размещенным вдоль железной дороги, одним словом, станет динамично развивающейся компонентой программы освоения территорий Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Кроме того это дает доступ к федеральному финансированию данной системы. Перечислим возможные плюсы и минусы данной системы.
Плюсы:
— в качестве сигнала управления и сигнала самодиагностики можно применить простейший тоновый сигнал, либо СМС – оповещение, нет необходимости в какой-либо сложной криптографии, и надо помнить, что сигнал по каналу связи провайдера передается в зашифрованном виде;
— весь тракт передачи сигналов технологически сосредоточен у провайдеров услуг сотовой связи, кроме того этот вид связи – мобилен, а это значит, что в данном стандарте будут работать не только аппаратура автоматики и телемеханики железной дороги, но и у людей, проживающих в придорожной зоне;
— так как сам объект оснащен приемо-передающей аппратурой, то он может быть перемещен на любое расстояние, например в связи с реконструкцией данного участка дороги, которое входит в радиус действия модема;
— обеспечивая устойчивую и эффективную сотовую связь, будет получен доступ к качественному и высокоскоростному мобильному интернету, а это эффективная переча данных внутри структуры ОАО РЖД, оперативная и качественная связь между отдельными корпоративными абонентами, между структурными подразделениями, даже при большом удалении их друг от друга, и внутри пассажирского подвижного состава;
— наличие устойчивого и качественного высокоскоростного интернета увеличивает пиар — возможности по привлечению клиентов в поездки по железной дороге, например бесплатный wi-fi, доступ к сети интернет, телефонная связь, мульти-медиа и другие услуги телекоммуникаций;
— устройство сети вышек сотовой связи вдоль железной дороги, в том числе и в регионах с экстремальными условиями, позволит решить задачи их отопления, с целью поддержания оптимального температурного режима оборудования ретрансляции;
— увеличение зоны покрытия позволит решать и оперативные вопросы ГО и ЧС в данном регионе;
— все объекты управления и контроля должны оборудоваться подогревом для поддержания рабочего режима аппаратуры;
— подогрев электроприводов устройств автоматики и телемеханики позволит увеличить надежность их функционирования, повысить ресурс эксплуатации, за счет которого будет достигнута экономия средств;
-замена морально и физически устаревших электроприводов на современные, полностью автоматизированные, с управлением от микропроцессоров, что значительно повысит надежность, четкость исполнения команды и улучшения всех электромеханических характеристик электроприводов;
— данная технология позволяет легко выполнить физическое резервирование, путем применения установки в телефон-модем второй или даже третьей СИМ — карты;
-технологии монтажа вышек сотовой связи сейчас достигла высокотехнологического уровня, что позволит существенно сократить временные, а значит и финансовые затраты на их монтаж.
Минусы:
— значительные исходные финансовые затраты.
Таким образом, авторы считают, что будущее в информационных и технологических коммуникациях за системами беспроводной, сотовой связи стандарта GSM-R. Только она позволит железным дорогам России полноценно войти в век высоких технологий и эффективности производства.
Список использованной литературы
- Бунин Д.А. Провода и кабели в СЦБ и связи: справ./ Д.А. Бунин. – М.: Транспорт, 1988. – 287 с.
- www. com-network.narod.ru / Кабельные линии связи [электр.ресурс]
- Никольский К.К. Коррозия и защита от неё подземных металлических сооружений связи / К.К. Никольский. – М.: Радио и связь, 1984.- 208 с.
- Савин Е.З. Методические указания к курсовому проекту по специализации «Системы передачи и распределения информации» и «Волоконно-оптические системы передачи и сети связи»: «Кабельные линии связи на участке железной дороги»/ Е.З. Савин. – Хабаровск: изд-во ДВГУПС, 2007. – 32 с.
- www.ADIndex.ru/ РЖД развернет собственные сети сотовой связи [электр.ресурс], №24284 от 04.08.2009 г.
- ВСН 116-93 Минсвязи России. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи/ гос.ордена Тр. Кр. Знамени инст-т по изыск. и проект-ю сооруж.связи. – М.: Гипросвязь Москва, 1993. – 28 с.
- Описание системы телемеханики АТСР / Московский энергомеханический завод. – М.: МЭЗ ДКРЭ ОАО РЖД, 2015. – 2 с.
- Интернет выходит на дорогу. СМИ «Российская газета» /RG.ru [электр.ресурс]. фед. вып. 6080 (104) от 08.04.2015[schema type=»book» name=»РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ » author=»Емельянов А. Г.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]