K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VI. Inovace PZS firmou První SaZ Plzeň 1
Inovace PZS firmou První SaZ Plzeň F. Fiala První SaZ Plzeň technický ředitel Plzeň 26. května 2011 V úvodu bych chtěl připomenout a shrnout základní legislativní informace o systému přejezdového zabezpečovacího zařízení PZS typu PZZ K, který firma První SaZ Plzeň a.s. již řadu let využívá, jehož vývoj firma realizovala a má pro tento systém vydané Osvědčení o zápisu užitného vzoru od Úřadu průmyslového vlastnictví (číslo zápisu 17009). Jedná se o reléový systém, který byl, jak provozní zkušenosti ukazují, doplněn vhodnými a spolehlivými elektronickými doplňky. Systém je upraven tak, že pro jeho automatické ovládání lze použít všechny zavedené a dosud používané prvky pro detekci volnosti kolejových úseků (kolejové obvody nebo počítače náprav), které jsou schválené k používání na tratích příslušného vlastníka dráhy obecně. Zařízení lze samozřejmě použít na železniční dopravní cestě ve vlastnictví České republiky, k níž právo hospodařit vykonává Správa železniční dopravní cesty, státní organizace. Technické podmínky zařízení PZZ K (dokument TP SaZ 7/2005 z 31.3.2006) byly schválené Schvalovacím listem číslo 12/2006 SZ od Správy železniční dopravní cesty, státní organizace a byl vydán zaváděcí list číslo ZL 14/2006 SZ. Nyní ještě budou uvedené souhrnně základní technické informace o stávajícím PZS typu PZZ K. Systém PZS typu PZZ K tvoří: I. Základní bezpečnostní reléová logika složená z relé N dle TNŽ 36 5530 (dříve relé 1. skupiny bezpečnosti funkce) typu NMŠ a NMŠM 2
II. Elektronické prvky Stejnosměrný elektronický měnič SMN01.1 nebo SMN01 (ZL č. 17/2003 SZ a ZL č. 16/2005 SZ) TP SaZ 4/2002 Bezpečný zdroj kmitavých signálů BZKS20 (ZL č. 16/2003 SZ) TP SM HK03/00 Bezpečný časový soubor BEČS 05 (ZL č. 20/2009 SZ) TP SaZ 8/2005 nebo Elektronická časová jednotka CJ (ZL č. 20/2005 SZ) TP AŽD 404 Všechny elektronické doplňky (prvky) mají na svých výstupech zapojená výstupní relé typu NMŠ. Obr. 1 Panel elektroniky PZZ K III. Indikační a ovládací prvky PZS Kolejové desky s indikačními a ovládacími prvky PZS nebo je skříňka nahrazena JOP Systém napěťových vazeb pro zapojení indikačních a ovládacích prvků PZS nebo přenosové zařízení s bezpečným přenosem ElZaS21 (ZL č. 18/2005 SZ) TP SaZ 7/2004 Obr. 2 Přenosový systém ElZaS21 3
IV. Vnitřní diagnostika Elektronické záznamové zařízení EZZ 01 (ZL č. 3/2003 SZ) TP SaZ 3/01 nebo Elektronické záznamové zařízení EZZ 02, EZZ 02P (ZL č. 18/2009 SZ) TP SaZ 11/2007 Obr. 3 a 4 Lokální diagnostické prvky EZZ01 a EZZ02 V. Doplňující podsystémy na PZS Spouštěcí a vypínací prvky pro automatickou činnost PZS: Kolejové obvody nebo počítače náprav všech typů, které jsou schválené a zavedené k používání Skříňka místního ovládání PZS Výstražník typ AŽD97 bez fotometrického dohledu nebo typ AŽD 71, případně oba s rozšířením o elektromechanické závory (typ AŽD 71 nebo AŽD99) Napájecí systém včetně jistících a ochranných prvků Přejezdníky včetně možnosti ovládání spouštění výstrahy rádiovým povelem (ZL č. 3/2007 SZ) Obr. 5 a 6 Přijímač UC 216 a vysílač RC 40 Při vývoji a konstrukci systému PZS typu PZZ K jsme od samého začátku sledovali, kromě základního požadavku na bezpečnost a vysokou spolehlivost, cíl vytvořit systém s maximálně možnou výši účinnosti z hlediska spotřeby elektrické energie. Stanovili jsme, že pro napájení systému bude využívané základní napájecí napětí 24 V DC získávané z baterie. Toto napětí je dostatečně velké, aby na žárovkách výstražníků (typ SIG 1820 OSRAM; 12 V, 20/20 W) byla vždy požadovaná a předepsaná hodnota napětí. Přitom žárovky výstražníků 4
jsou v systému hodnoceny jako jeden z největších spotřebičů elektrické energie v systému PZS bez kolejových obvodů. Pro napájení žárovek výstražníků byl vyvinutý výrobek SMN01, později SMN01.1. Výrobek je tvořen dvojicí nezávislých stejnosměrných konvertorů napětí napájených z baterie o jmenovitém napětí 24 V. Každý z dvojice konvertorů napětí generuje na svém výstupu stejnosměrné, stabilizované a plynule nastavitelné napětí v rozsahu od 12 V do 18 V. Účinnost tohoto výrobku je minimálně 85 %, v průměru se pohybuje kolem 90 %. Přítomnost korektních výstupních napětí je dohlížena kontrolním obvodem, na jehož výstupu je připojené relé typu NMŠ. Jeho kontakty jsou využívané v zapojení základního kontrolního relé systému (KZ) a v indikačních obvodech činnosti systému (relé Z a Y). Tím je zajištěna trvalá kontrola přítomnosti napájecího napětí pro žárovky výstražníků. Svícení žárovek červených světel výstražníků je kontrolováno činností proudových relé typu NMŠ1 0,7/0,25. Svícení žárovek positivního signálu je kontrolováno činností proudového relé typu NMŠ1 3,4. Obr. 7 Stabilizátor napětí SMN01.1 Druhým elektronickým prvkem v zapojení PZS je výrobek BZKS20, který zajistí kmitání napájecích napětí pro žárovky červených a bílých světel výstražníků stabilizovaným kmitočtem dle ČSN 34 2650 (tj. 59 kmit/min a 40 kmit/min). Obr. 8 Bezpečný zdroj kmitavých signálů BZKS20 5
V pokynech výrobce systému PZZ K jsou pak rozpracované různé varianty nasazení podle počtu a typu výstražníků na přejezdu včetně vazeb na různé systémy zabezpečovacích zařízení (dokument P SaZ 7/2004). Palčivým problémem zapojení starších typů PZS byly časové soubory. Proto v systému PZS typu PZZ K byly využívány elektronické časové jednoty CJ s funkčními modifikacemi P nebo S. Napájení těchto časových jednotek muselo být ošetřeno proti vlivům zarušeného prostředí, které vzniká především činností relé v reléovém stojanu. Využívá se filtr časových jednotek (č.v. A39 101 ATE). Nově v systému PZS využíváme výrobky BEČS 05 v pracovním módu BNP nebo BNZ. Uvedený výrobek má odrušovací obvody, které tvoří kondenzátory v bezpečném provedení (třída Y dle ČSN EN 50129), zapojené přímo v patici přístrojové skříňky pro 2 ks BEČS 05. Obr. 9 Bezpečný elektronický časový soubor BEČS 05 V této podobě jsou v současné době provozována zařízení PZS typu PZZ K. Jejich spotřeba, která samozřejmě závisí na dalších vnějších prvcích systému (doplňující podsystémy na PZS), je pro PZS kategorie PZS 3SBI se dvěma výstražníky a přibližovacími úseky tvořenými dvěma počítacími úseky cca 2 kwh za 24 hodin. Zde je nutné připomenout, že při návrhu a konstrukci elektronických doplňků a volby doplňujících podsystémů pro PZS jsme se řídili zásadním požadavkem, aby pro PZS jako celek nebylo nutné v reléovém domku instalovat klimatizační jednotky. 6
Obr. 10 Zabezpečený přejezd kategorie 3SBI PZS typu PZZ K jsou určená k nasazení především na mimokoridorových tratích, kde je malá hustota železničního provozu. U těchto PZS je pak z časového hlediska nejdéle v činnosti pozitivní signál (v průměru cca 80 % až 90 % z celkové doby činnosti PZS) svícení bílé žárovky (typ SIG 1820 OSRAM; 12 V, 20/20 W) výstražníku. Proto i z provozního hlediska jsme se zabývali možností vývoje náhrady této žárovky výkonovými svítivými diodami, jejichž doba životnosti je minimálně o dva řády vyšší než u používaných žárovek. Výrobce uvádí typickou životnost až 50 000 hodin. V současné době probíhá ověřovací provoz Pozitivního signálu PZS s výkonovými svítivými diodami od 1.12.2010 na PZS v km 47,084 trati Horažďovice předměstí Domažlice na základě Schválených podmínek pro ověřovací provoz (č.j. 59464/10 OAE ze dne 24.11.2010) a vydaného Schvalovacího listu číslo P41/2010 Z k dokumentu TP SaZ 12/2009 (Prozatímní technické podmínky). Podrobnější informace budou uvedeny v přednášce pana Ing. Marka Tyra. Pokud bude při konkrétních nasazení PZS typu PZZ K projektantem optimálně navržena konstrukce a složení jeho doplňujících podsystémů, bude k dispozici PZS s nízkou a efektivní spotřebou elektrické energie. Jedná se zejména o výběr prvků detekce volnosti a obsazení přibližovacích úseků. Např. vhodné řešení je při použití počítačů náprav AzF Frauscher nasazení kolových senzorů RSR122 (68 ma) připojené na ASB rozhraní PCN, kdy toto řešení je příkonově 2,5 krát příznivější než nejběžněji využívané kolové senzory RSR180 (160 ma). Pak spotřeba počítače náprav nepřesáhne 0,6 W DC/senzor. Dále pro autonomní PZS je vhodné nasazení přejezdníků se žárovkami 5 W, které využívají stejnosměrné napájení (konstrukce ATE Cheb). Samozřejmě je na zvážení projektanta a příslušné správy SZT, zda je výhodné využívat i pozitivní signál s výkonovými svítivými diodami. Opakovaně konstatujeme, že elektronické prvky tohoto PZS jsou konstruované pro pracovní prostředí klimatické třídy T1 a T2 (teplota od 25 C až do + 70 C) dle ČSN EN 50123 3 a nevyžadují nasazení klimatizační jednotky, jejíž spotřeba elektrické energie může být porovnatelná se 7
spotřebou celého systému PZS. Proto je důležité navrhovat optimálně doplňující podsystémy PZS zhotovitelem realizační dokumentace. V současné době jsme se zaměřili na možnost eliminace počtu relé typu NMŠ1 0,7/0,25, kterými se detekuje svícení červených žárovek výstražníků. Pro dva výstražníky je nutné zapojit 4 ks relé. S rostoucím počtem výstražníků se tento počet samozřejmě úměrně navyšuje, což pak klade nároky na jejich umístění v reléovém stojanu PZS. Při efektivním složení z hlediska počtu relé typu NMŠ a NMŠM ve stávající základní bezpečnostní reléové logice systému PZS, vzniká při větším počtu výstražníků v zapojení PZS nepoměr v nárůstu počtu relé spolupracujících s elektronickými doplňky. Dále je nutné si uvědomit, že na tomto proudovém relé je z napájecího napětí pro žárovky výstražníků úbytek cca 1 V DC, což není zanedbatelné zejména pro případy, kdy pro systém PZS se využívají stávající přípojné kabely k výstražníkům. Máme zkušenosti, že v některých případech i výrobek SMN01.1 obtížně umožňoval nastavení požadovaných hodnot napětí na žárovkách především červených světel výstražníků. Pro úplnost uvádím, že při použití výstražníku typu AŽD 71 se jedná o hodnotu napětí 12 V DC (+ 0 V, 0,5 V). Řešení celé problematiky máme rozpracované do dvou etap. V první etapě jsme se zaměřili na možnost zvýšení dodávek napájecího napětí pro žárovky výstražníků při dodržení jeho stabilizace a plynulé nastavitelnosti. V současné době máme k dispozici prototyp výrobku s označením SMN02. Výrobek bude využívat shodnou přístrojovou skříňku jako výrobky SMN01 a SMN01.1 a bude mít shodné zapojení z hlediska výstupních konektorů. Bude nahraditelný za stávající výrobky bez úprav zapojení PZS. Obr. 11 Stojan reléové logiky PZS Předpokládáme, že časem nahradí výrobek SMN01.1, jehož součástková základna dožívá. Výrobek SMN02 bude mít následující základní elektrické parametry: Jmenovitá hodnota napájecího napětí 24 V DC Rozsah vstupního napájecího napětí 18 V DC až 36 V DC Výstupní napětí nastavitelné v rozsahu od 12 V DC až do 22 V DC Přesnost stabilizace výstupního napětí +/ 1,5 % z nastavené hodnoty Účinnost 90 % až 95 % Trvalý výstupní výkon výrobku jako celku 240 VA 8
Z hlediska legislativních procesů předpokládáme v letošním roce kromě vypracování základních dokumentů pro výrobek (Prozatímní technické podmínky a obchodně technická dokumentace) zajištění typové zkoušky u akreditované zkušební laboratoře, vypracování důkazu bezpečnosti a požádání o technické schválení. V následujícím roce pak chceme požádat o povolení ověřovacího provozu. Ve druhé etapě sledujeme řešení náhrady proudových relé kontroly svícení žárovek výstražníků elektronickými prvky. V této etapě máme zatím k dispozici funkční vzorek (pracovní označení EKS), který v laboratorních podmínkách vykazuje velmi nadějné výsledky. Řešíme zároveň úpravu zapojení ovládacích a kontrolních obvodů světel výstražníků. V zapojení PZS budou i nadále využívané elektronické prvky SMN01.1 nebo SMN02 a BZKS20. Jako výstupy výrobku EKS uvažujeme použití společných napěťových relé typu NMŠ pro detekci svícení hlavních a náhradních vláken žárovek výstražníků. Pokud bude řešení úspěšné, bude tak vytvořen optimální způsob napájení žárovek výstražníků s odstraněním ztráty (úbytku) ve výši cca 1 V DC na stávajícím proudovém relé. Zároveň dojde i k podstatnému snížení počtu malorozměrových relé v zapojení PZS v obvodech ovládání a kontroly svícení žárovek výstražníků. V závěru bych se ještě chtěl zmínit o přenosovém zařízení s bezpečným přenosem ElZaS21, které se využívá pro přenosy indikačních a ovládacích prvků PZS do určených dopraven. V současné době probíhá jeho kompletní inovace, která je vyvolaná především problémy v zajištění součástkové základny. Výrobek, jehož pracovní označení je ElZaS22, je v současné době v etapě dořešení funkčního vzorku po stránce hardware. Zde předpokládáme dokončení vývoje s novým software v průběhu příštího roku. A co ještě dodat k PZS typu PZZ K. Pokud proběhne vývoj úspěšně, bude k dispozici systém PZS pro vedlejší tratě s optimálními požadavky na spotřebu elektrické energie, bude mít ve svém zapojení optimální a vyvážený počet relé typu NMŠ, a to pouze napěťových, a bude využívat ve svém zapojení i nadále vhodné elektronické doplňky (SMN02, BZKS20, BEČS 05, EKS včetně záznamových zařízení). Systém splní ustanovení normy ČSN 34 2650 pro přejezdová zabezpečovací zařízení v kategorii PZS 3S(Z)B(N)I,L nebo PZS 2S(Z)B(N)I,L, přičemž zejména v kategorii PZS 3SBL (tj. v autonomním provedení s přejezdníky) bude i z hlediska finančních nákladů zajímavý. Je nutné ještě doplnit, že pro autonomní provedení PZS považujeme za samozřejmost, že systém PZS bude vybavený elektronickým záznamovým zařízením EZZ 02P s GSM modulem. 9