Artan #trafik talebi ve buna bağlı olarak ortaya çıkan #karayolu ve hava trafiği sıkışıklıkları, birçok Avrupa ülkesinin hızlı, şehirlerarası bağlantılar ve yeni yüksek hızlı hatlar sunarak yolcu #demiryolu hizmetlerini iyileştirmesine yol açmıştır. Alman Şehirlerarası Ekspres yüksek hızlı trenlerinin sinyalizasyonu, sürekli otomatik tren kontrolünden (CATC), merkezi olmayan #mikrobilgisayar ara kilitlemelerinden ve otomatik #tren denetimi için #operasyon #kontrol merkezlerinden meydana gelir.
#CATC, hat boyunca monte edilen bir endüksiyon kablosu aracılığıyla raydan trene ve trenden trene bir dizi veri ileten otomatik bir kabin sinyalizasyon sistemidir. En önemli sinyaller maksimum hız, hedef hız ve gidilecek mesafedir.
Araçtaki arıza korumalı bilgisayarlar gerekli hızı hesaplar, treni kontrol eder ve performansı denetler. Mikrobilgisayar kilitlemeleri, arıza korumalı, 2'de 2 tekniği ile tam #yedeklilik ile çalışır. Her bir merkezi kilitlemenin kontrol aralığı 40 ila 60 mile ulaşabilir. Yazılım, temel bir #işletimsistemi ve özel demiryolu uygulamalarından oluşmaktadır.
Parça izleme, 4 ila 6 kHz ve 9 ila 17 kHz #frekans aralığına sahip eklemsiz ses izleme devreleri ve devreleri parazite karşı bağışık hale getirmek için bir frekans kaydırmalı anahtarlama (FSK) kod bit modeliyle gerçekleştirilir.
Tren hareketleri, hatlar boyunca yaklaşık 200 mil aralıklarla yerleştirilmiş kontrol merkezlerinden çalıştırılmaktadır. Tren yönlendirmesi tren numaraları aracılığıyla uygulanır. Trenlerin ilerleyişi, sevk görevlilerinin hızlı bir şekilde tepki vermesine olanak tanıyan gösterge panelleri, hat yerleşimi monitörleri ve tren grafikleri üzerinden izlenir. Kontrol merkezleri ile hat arasındaki bağlantılar, fiber optik #PCM yüksek hızlı iletişim sistemi aracılığıyla gerçekleştirilir. Otomatik tren denetimi, merkezi olmayan mikrobilgisayar kilitlemeleri ve sürekli otomatik tren kontrolü, iyi tanımlanmış veri arayüzleri aracılığıyla birbirine bağlanır.
Sadece Avrupa'da değil, Avrupa dışında da demiryolları son 10 yılda adeta bir rönesans çağı yaşıyor. Bunun açıkça iki nedeni var: Karayollarında giderek daha kaotik trafik koşulları ve sıkışık hava sahası ve buna eşlik eden uçuş gecikmeleri.
Son birkaç yıldır Avrupa'nın belli başlı ülkelerinde yüksek hızlı demiryolu hatları inşa ediliyor ve adım adım hizmete açılıyor. Gelecekte yüksek hızlı hatlara yönelik bir Avrupa ağı planlanıyor. Bunun aynı kolları halihazırda gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). Fransa'da şu anda iki hat çalışıyor. İspanya'da yüksek hızlı Madrid-Sevilla hattının yapımı sürüyor.
Daha 1970'lerin başında, Alman Federal Demiryolu, Almanya'nın 50 büyük şehrini birbirine bağlayan şehirlerarası bir ekspres hizmeti başlattı. Mevcut hatlarda 190 mil/saat hıza ulaşıldı. Almanya'da mevcut hatlarda daha hızlı hizmete paralel olarak yeni inşa edilen hatlar ve Intercity-Express'in kısaltması olan "ICE" olarak bilinen modern, yüksek hızlı trenler de çalışıyor. Haziran 1991'de Alman Federal Demiryolu, yeni inşa edilen Hannover-Wiirzburg ve Mannheim-Stuttgart hatlarının ilk 270 mil'i boyunca yüksek hızlı trafiği hizmete açtı. Almanya'nın kuzeyindeki Hamburg'dan güneydeki Münih'e kadar yüksek hızlı trenlerin kullandığı mevcut hat 570 mil uzunluğunda. #ICE ağı gelecek yıl genişletilecek....
Bugün, yeni ICE trenleri tarifeye göre saatte 160 mil hızla seyahat ediyor. Araçlar, tren gecikmeleri olduğunda saatte 175 mil hızla seyahat etme yetkisine sahiptir. Sinyal sistemi saatte 200 mil için tasarlanmıştır.
Engebeli kırsal alan nedeniyle birçok köprü ve tünelin inşa edilmesi gerekiyordu. Bu büyük yatırımın daha iyi kâr getirmesini sağlamak için yük trenleri de yüksek hızlı hatlarda seyahat ediyor. Bunu akılda tutarak çizgi eğimleri yüzde 1,25 ile sınırlandırıldı.
Seçilen #sinyalizasyon sistemi, yüksek hızlı tren ve yük trenlerinin karışık trafiği olduğunda bile optimum trafik akışına izin veriyor. Yüksek hızlı ICE, üç fazlı motoru, #frenleme sırasında ağda #güç geri kazanımı, #fiberoptik #kablo kullanılarak trenler içinde #veriiletimi ve araç içi teşhis sistemleriyle en son teknolojidir. Tünellerin giriş ve çıkışlarındaki güçlü #havabasıncı değişimleri nedeniyle kabinler ve binek araçlar basınca dayanıklıdır.
Bir ICE tren seti, her iki ucunda birer çekiş ünitesi ve 14 binek vagondan oluşur. Birinci ve ikinci sınıflar 759 kişilik oturma kapasitesine sahiptir. 1988 yılında bu trenin bir prototipi 253 mil/saat hıza ulaşarak dünya rekoruna ulaştı. Trenler ne kadar hızlı olursa olsun, yüksek hızlı hatların verimliliği büyük ölçüde kullanılan sinyalizasyon ve operasyon kontrol sisteminin kapasitesi tarafından belirlenmektedir.
İşletme Kontrol ve Sinyalizasyon Sistemi
Demiryolu sinyalizasyon ekipmanı, tren hareketlerinin korunmasını garanti etmeli ve mesafeleri kısa tutarak hattın verimli kullanımına izin vermelidir. Yeni Alman yüksek hızlı hatlarındaki sinyalizasyon ve işletme kontrolüne yönelik ekipmanlar, elektronik teknolojisinin uygulanması ve Alman Demiryolları spesifikasyonlarının yüksek #güvenlik düzeyine uygun olarak yapılan #tasarım ve testlerle karakterize edilmektedir.
Sistemin tamamı, trenleri korumak ve kabin sinyalizasyonu için sürekli otomatik tren kontrolünden (CATC), araç içi otomatik hız kontrolünden (ASC), rotaların korunması için merkezi olmayan mikro bilgisayar kilitlemelerinden ve operasyon kontrol merkezinin Otomatik Tren Denetiminden (ATS) oluşur. (Şekil-2)
CATC Sistemi
Sinyalizasyon sisteminin temel gereksinimleri maksimum hızın 175 mil/saat olmasından kaynaklanmaktadır. Bu yüksek hızda motor sürücüsü optik sinyal yönlerini gözlemleyemez. Bu hızda 0,5 mil frenleme oranıyla hareket eden bir trenin fren mesafesi 6,7 mildir. Bu nedenle sürekli otomatik tren kontrol sisteminin kurulması gerekmektedir.
Almanya yüksek hızlı tren hatlarında trenler, LZB 72-80 olarak bilinen ve otomatik veya sürücülü çalışmaya olanak tanıyan CATC sistemi tarafından kontrol edilir. CATC'nin temel özellikleri arasında (Şekil 3), hat boyunca büyük mesafelerde bulunan insansız araç kontrol merkezleri bulunmaktadır.
Her araç kontrol merkezinde, tüm veri işlemlerini yürütmek için 3'te 2 bilgisayar sistemi bulunur. Bu konfigürasyon arıza korumalı ve güvenilir çalışmayı garanti eder. Çıktıları karşılaştırarak hayati bir işlem için iki bilgisayara ihtiyaç duyulur, üçüncü bilgisayar ise sıcak yedek görevi görür. Araç kontrol merkezi ayrıca araçlara ve diğer araç kontrol merkezlerine veri iletmek ve kilitlemelerden veri almak için ilgili ekipmanı da içerir.
CATC Sistemi'nin diğer bir özelliği, hat eğimleri, mevcut izin verilen hat hızları ve uygunsa sinyal konumları hakkındaki verilerle birlikte, kontrollü alan verilerinin araç kontrol merkezinin bilgisayar sisteminde kalıcı olarak saklanmasıdır. Trenlerin konumu, trenlerin bireysel frenleme verimleri, konumları gibi değişken veriler trenler ve kilitlemeler aracılığıyla araç kontrol merkezlerine iletilmektedir.
Araç kontrol merkezi bilgisayarı, araçtaki bilgisayarlara iletilecek çalışma emirlerini hesaplar: örneğin; hedef hızı, bir sonraki hedefe olan mevcut mesafeyi ve tren bilgisayarında kullanılacak frenleme eğrisi sayısını. Trenler sürüş ve frenleme profillerini hesaplar ve bu sınırlamaya uygun olarak izin verilen maksimum hızda hareket eder.
Yol inşaatı bölümleri boyunca izin verilen maksimum hız gibi hat verilerindeki değişiklikler, bir araç kontrol merkezine girilebilir. Veri iletimi tam olarak tren ile ray ve ray ile tren arasındaki kapalı döngü veri iletimi gibi işlev görmektedir (Şekil 4).
Uzunluğu 60 mil'ye kadar olan çift hatlı bir bölüm, bir CA TC kontrol merkezinden izlenebiliyor ve kontrol edilebiliyor. Ancak uygulamada yeni yüksek hızlı hatlarda 25 ila 40 mil'lik bir bölüm tek bir araç kontrol merkezi tarafından denetleniyor ve kontrol ediliyor.
Trenler neredeyse hareket eden blok aralıklarla, yani mümkün olan en kısa mesafeyle hareket ediyor. Saatte 200 mil hızla trenler 2 dakikalık aralıklarla seyahat edebilir. Araç kontrol merkezi, kontrol menzili içindeki tüm trenlere, trenler arasındaki mesafeyi ve izin verilen hızı gözlemlemek için bilgi sağlar.
Araç kontrol merkezi veri gönderirken çekiş ünitesi konumuna göre adreslenir. Yerleşik bilgisayar, trenin göreceli konumunu kilometre sayacından ve raydaki bir tel halkanın geçişinden elde eder ve bir sonraki hedefe olan mesafeye ve araç kontrolünden iletilen hedef hıza dayalı olarak mevcut izin verilen hızı hesaplar. merkez. İzin verilen hızın aşılması durumunda araç otomatik olarak frenlenir (Şekil 5).
Araç bilgisayarı aynı zamanda otomatik hız kontrolüne ilişkin verileri ve yedek sistem olarak kullanıldığında aralıklı otomatik tren kontrol (ATC) sisteminden izin verilen hızı da hesaplar.
Araç kontrol merkezi ile tren arasındaki veri alışverişi çift yönlüdür. İletim, rayların arasına yerleştirilen bir çift kablo aracılığıyla gerçekleştirilir. Teller 110 yarda aralıklarla çaprazlanır. Transpozisyonlar trenin tam yerini verir. Alıcı antenler, araç kontrol merkezinden gönderilen çağrı telgraflarını güçlendiren ve demodüle eden alıcının iki kanalına bağlanır. Alıcı, "transpozisyon noktası" bilgisini, alıcı sinyallerin transpozisyon noktalarındaki faz değişiminden oluşturur. Konum ve sürüş bilgileri, trendeki 3'ten 2'si bilgisayarı tarafından değerlendirilerek hızın kontrol edilmesi ve frenlerin etkinleştirilmesi için işlenir. Tren, araç kontrol merkezinin çağrısına gönderici antenleri aracılığıyla cevap vererek konumunu, lokomotif numarasını, tren uzunluğunu ve gerçek hızını iletir (Şekil 6).
Teorik uzunluğu 8 mil olan bir döngü alanında aynı anda birkaç tren bulunabilir. LZB kontrol merkezi tarafından ayrı ayrı ele alınırlar ve çalışmaları hakkında bilgi sağlanır. Kullanılabilirlik nedeniyle döngü, aynı bilgilere sahip vericiler ve alıcılar tarafından ayrı ayrı beslenen 300 m'lik bölümlere ayrılmıştır. Araç kontrol merkezinden trene veri aktarım frekansı 36 kilodöngü/sn, veri sinyalleşme hızı ise saniyede 1,2 k/bit (bps)'dir. Diğer yönde ise trenden raya 600 bps veri hızıyla 56 kHz frekansı kullanılıyor. Taşıyıcı frekansları frekans modülasyonludur. İletilen veriler hamming mesafesi 4'e göre kodlanır.
LZB veri iletiminin kablo döngüsü yerine radyo yoluyla yapılmasına olanak sağlayacak gelecekteki değişiklikler planlanmaktadır. Burada vurgulanması gereken bir nokta LZB 72-80 sisteminin çift yönlü veri iletimi sağlamasıdır. Bu, maksimum güvenlik ve kontrol verimliliği sağlar. Sistem, bireysel tren özelliklerini ve hattın topoğrafyasını dikkate alır ve böylece yakın tren mesafeleri ve maksimum hat taşıma kapasitesi elde edilir. Hedef bilgilerinin (hız bilgisi yerine) iletilme yöntemi, karma trafik uygulamalarında kodlanmış yol devresi sistemlerine göre büyük bir avantajdır.
Şekil 7, CATC sistemi LZB 72-80'in ekranıyla birlikte ICE yüksek hızlı treninin kabinini göstermektedir. Alman Federal Demiryolları'nın bu sistemle donatılmış 750 milden fazla hattı bulunmaktadır. CATC sistemi 15 yıldır yüksek hızlı hatlarda 190 mil/saat hıza kadar hizmet veriyor.
LZD 72-80'in ikinci nesli artık 175 mil/saat hıza sahip trenler için çok başarılı ve güvenilir bir şekilde çalışıyor. Yaklaşık 400 lokomotif ve ICE hızlı treni bu sistemle donatılmıştır. Uluslararası Demiryolları Birliği'nin (UIC) ORE-A46 tavsiyesine uygundur. Bu nedenle, gelecekte İspanya'da inşa edilecek yüksek hızlı tren hattı gibi Avrupa'daki diğer yeni hatlarda da uygulamaya konulacak.
Kilitlemeler
Rota ayarı ve kilitleme, noktalar, yol boşluğu tespiti ve ekipmanı (ve uygunsa hat sinyalleri) birbirine kilitleme yoluyla bağlanacaktır. Almanya'nın yeni yüksek hızlı hatları esas olarak elektronik kilitlemeyle donatılmıştır. Bu kilitlemeler güvenli rotalar sağlar ve ayrıca araç kontrol merkezlerine bilgi verir. Katı hal teknolojisine sahip mikrobilgisayar (MC) kilitlemeleri çok yüksek düzeyde güvenliğe sahiptir. Her elektronik kilitleme türü, güvenlik açısından Alman Federal Demiryolları tarafından tip testine tabi tutulur. Bu MC kilitlemeleri coğrafi devre mantığı ilkesine göre çalışır. Bu nedenle tüm emniyet mantığı tek bir demiryolu otoritesi için yalnızca bir kez programlanır ve test edilir. MC kilitlemenin genel düzeni Şekil 8'de gösterilmektedir.
Kilitleme yazılımı temel işletim sistemleri, özel demiryolu uygulamaları ve istasyona özel yazılımlara bölünmüştür. Bireysel kilitlemeler projeye göre planlanır ve sistemin soğutması zaten onaylandığından yalnızca işlevi test edilir. Bu kombinasyon en güvenli ve en ekonomik işlemi sağlar.
Birbirine bağlı arıza emniyeti fonksiyonu, iki kanallı mikro bilgisayar sistemi SIMIS'in (Şekil 9'un sağ tarafında gösterilmiştir) sonuçlarının çapraz kontrol edilmesiyle sağlanır. İki paralel bilgisayar kanalının sonuçları sürekli olarak çapraz kontrol edilir. Yalnızca sonuçların eşit olması durumunda komut yürütülür. Kullanılabilirlik, her biri SIMIS çift kanallı bilgisayar sistemine sahip iki bilgisayar sistemi kullanılarak tam yedekleme kullanılarak sağlanır. Çift bilgisayarlarda aynı yazılım kullanılır. Şekil 11 arıza korumalı mikrobilgisayar kilitlemesi için donanımı göstermektedir.
Bir veri iletim hattı aracılığıyla, her ana kilitleme, merkezi olmayan bölüm bilgisayarlarına sahip çeşitli genişletilmiş kilitleme bileşenlerine bağlanır. Ana kilitleme ve uzatılmış kilitleme bileşenleri arasındaki maksimum mesafe 7,5 mil'dir. Görüntüleme ve çalıştırma olanaklarına sahip bir ana kilitlemeye dokuz adede kadar merkezi olmayan kilitleme bağlanabilir. Bu nedenle maksimumda 60 mi'ye kadar hat tek bir ana MC kilitlemesi ile kontrol edilebilir ve emniyete alınabilir. Şekil 10, örnek olarak, Hannover'den Wtirzburg'a kadar olan ICE yüksek hızlı hattının uzun bir bölümünü kontrol eden kurulu MC kilitlemeli Orxhausen'i göstermektedir.
Takip İzleme
En modern yüksek hızlı trenlerde kullanılmak üzere özel hat boşluğu tespit ekipmanları geliştirilmiştir. Bu ekipman elektromanyetik girişimden etkilenmez ve arızalara karşı dayanıklıdır. Blok bölümleri için 4 kilodöngü/s ila 6 kilodöngü ve istasyonlarda 9 ila 17 kilodöngü/s ses frekansı aralığında frekans kaydırma anahtarlı (FSK) kodlu 8 bitlik modelle çalışır.
Ray devreleri doğal olarak elektrikli bağlantılara sahiptir, böylece rayların kesilmesine gerek kalmaz. Bu, güç istasyonuna optimum çekiş akımı geri dönüşünü sağlar. Bloklar için merkezden beslemeli devrenin uzunluğu 2 mil kadardır. Bu tip ray devresi en modern elektronik bileşenleri kullanır. Uzaktan kumandalıdırlar; yani verici ve alıcı sinyal kabinlerinde bulunur. Sonuç olarak güvenilirlik ve kullanılabilirlik mükemmeldir.
Hat Operasyonu
Hattın işleyişi şu şekildedir: Bilgisayar destekli trafik kontrol merkezleri, yüksek hızlı hatlarda yaklaşık 200 mil'lik hat bölümlerini denetlemektedir. Zaman çizelgelerine uymak ve istisnai durumlarda trafik kontrolünü yönetmek için trafik hareketlerini denetlerler.
Rota koruması ve kontrolü otomatik olarak gerçekleştirilir. CATC sistemi trenlerin korunmasını ve kontrolünü sağlar. Bir tren, kabin ekranına başvuran sürücü tarafından kontrol edilebilir veya mevcut hesaplanan maksimum izin verilen hıza göre otomatik olarak kontrol edilebilir.
Tren işletimi için otomatik tren denetimi kuruludur. Hızlı trenler rotalarını kendileri belirliyor. Her trenin bir kimlik numarası vardır. Tren yüksek hızlı hat boyunca ilerledikçe numarası kilitlemeden kilitlemeye değiştirilir. Bu tanımlama, kontrollü alan boyunca bireysel tren takibine izin verir. Tren hat üzerinde ilerledikçe güvenli rota otomatik olarak oluşturulur. Sevk görevlisinin operasyonel kontrolü yoktur. Trenin konumu ve açıklaması her proses alanından operasyon kontrol merkezine iletilir. Burada bilgisayar, renkli monitörde gösterilen tren grafiklerini günceller.
Saklanan tarife verileri mevcut tren çalışma verileriyle karşılaştırılır. Tren gecikmeleri anında algılanabiliyor ve sevk memuru tarafından kararlar alınabiliyor. Trafik denetçilerine ayrıca noktalar ve yol bölümleri içeren eksiksiz çizgi ekranları da yardımcı olur. Tam satırlı ekranlar monitörlerde veya panorama panelinde gösterilebilir. Operasyon kontrol ve sinyalizasyon sistemi, yüksek hızlı hatlara yönelik tüm ulaşım kontrol sisteminin bir parçasıdır.
Tren kontrolü, tren izleme, güç kaynağı, yolcu bilgileri, istasyon denetimi vb. gibi farklı işletim alanları, yerel alan ağıyla çok işlevli, entegre bir telekontrol sistemine bağlanır (Şekil 11).
İş istasyonlarında UNIX gibi standart işletim sistemleri ve standart donanımlar kullanılmaktadır. Sistemin tamamı tüm kontrol ve denetleme işlevlerini yerine getirir (Şekil 12).
İlk olarak, tren işletimi ve hat genel görünümü de dahil olmak üzere tren hareketlerini denetlemek için önceden tanımlanmış olan tren işletim alanı bulunmaktadır. Ulaşım kontrol sisteminin diğer özellikleri arasında yolcu bilgileri, genel seslendirme sistemi, raydan trene radyo ve izleme platformları için kapalı devre televizyonun yanı sıra elektrikli çekiş ve bina kontrolü için güç yönetimi yer alıyor. Bina kontrolü, yangından korunmayı ve asansörlerin denetimini içerir.
Özet: ICE yüksek hızlı tren hatlarının işletme kontrol ve sinyalizasyon sistemleri yapılandırılmıştır. Otomatik tren denetimi, merkezi olmayan mikrobilgisayar kilitlemeleri ve sürekli otomatik tren kontrolü, iyi tanımlanmış veri arayüzleri aracılığıyla birbirine bağlanır. Tüm ekipmanlar kendini kanıtlamıştır. Sistem, çok yüksek düzeyde güvenlik ve kullanılabilirlik ile karakterize edilir. Esnektir ve yeni gereksinimlere çok kolaylıkla uyarlanabilir. Modern elektronik donanım ve yazılımın basit yapısı, hem şimdi hem de gelecekte başarılı bir uygulamayı garanti eder.
Referans Kaynak: Operation Control and Signaling System for High-Speed Lines by KLAUS H. HUMMER