VLAKOVÉ ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY. V. Chudáček, J. Jakl, L. Lochman

VLAKOVÉ ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY V. Chudáček, J. Jakl, L. Lochman ČD - VÚŽ Praha, 1999

2

Předmluva Hlavním úkolem vlakového zabezpečovacího zařízení je zajistit, že nedojde k ohrožení vlaků při omylu nebo indispozici strojvedoucího. K tomu účelu musí zařízení shromáždit potřebné informace, na jejích základě určit limit bezpečného pohybu vlaku, pak trvale dohlížet na jeho dodržování a zasáhnout do jízdy vlaku v případě jeho překročení. Tyto činnosti může zařízení plnit v různém rozsahu a s různou kvalitou v závislosti na požadavcích železniční správy. Pokud však budou na vlak přenesené informace dostatečné (a to jak obsahem, tak kvalitou), pak je možné za normálních provozních podmínek zcela vyloučit případy, kdy vlak nerespektuje rychlostní omezení, návěstidla atd. Moderní vlaková zabezpečovací zařízení se ale na celkovém řízení dopravy mohou podílet mnohem výrazněji. Za určitých okolností mohou totiž sama poskytovat řídícímu dopravnímu systému některé důležité základní informace. U klasických zařízení je informace o poloze vlaku získána pomocí fixních zařízení umístěných podél trati (kolejovými obvody, počítači náprav) s nejistotou délky překlenovaného úseku, informace o rychlosti vlaku je málo aktuální nebo, častěji, vůbec nedostupná. Moderní vlakové zabezpečovací zařízení je schopno tyto informace poskytnout řídícímu systému podstatně přesněji, jako produkt své běžné činnosti a za významně nižší investiční náklady. S vhodně koncipovaným vlakovým zabezpečovacím zařízením lze tak dospět ke skutečně sofistikovaným bezpečným řídícím systémům jako je pohyblivý blok, komplexní radioblokový systém atp. Publikace je věnována problematice vlakových zabezpečovacích zařízení a přímo navazuje na Železniční zabezpečovací techniku, úvodní publikaci série věnované problematice moderních zabezpečovacích zařízení [10]. Neopakuje se zde tedy stať o systémovém zařazení těchto zařízení do zabezpečovací techniky, ani základní úvahy o smyslu a požadavcích na tato zařízeni. Právě tak neuvádíme informace o starších zařízeních, která jsou dobře popsána např. v knížkách [1], [2], [3], [4]. Publikace začíná kritickým hodnocením používaných systémů na ČD a v Metru a uvádí nová řešení, opřená o nové technologie. Je prvotně určena zabezpečovacím inženýrům, technikům a vysokoškolským studentům tohoto oboru. Publikaci vydává Výzkumný ústav železniční v Praze (VÚŽ), Novodvorská 1698, 142 00 Praha 4, s podporou AŽD. Recenze se ujali Vl. Kyjovský a I. Konečný, kteří tak svými zasvěcenými připomínkami přispěli ke konečné podobě publikace. Autoři 3

Obsah 1. STÁVAJÍCÍ STAV U ČD... 6 1.1 ZHODNOCENÍ LS II-IV... 6 1.2 LS - 90... 8 1.2.1 Vstupní obvody... 9 1.2.2 Dekodér... 10 1.2.3 Logické obvody... 10 1.2.4 Technická bezpečnost... 12 1.2.5 Problémové oblasti LS-90...14 1.3 KBS... 15 2. STÁVAJÍCÍ STAV U DP-METRO...17 2.1 ZHODNOCENÍ ARS...17 2.2 SYSTÉM PA 135... 18 2.2.1 Hlavní funkce... 20 2.2.2 Technický popis... 21 2.2.3 Bezpečnost funkce...30 2.2.4 Provozní zkušenosti... 30 3. MODERNÍ ŘEŠENÍ VZ... 32 3.1 JZG 700... 32 3.1.1 Bezpečný bodový přenos... 32 3.1.2 Funkce mobilního zařízení... 34 3.2 TVM 430... 35 4. SYSTÉM ERTMS/ETCS...37 4.1 VŠEOBECNÝ POPIS... 37 4.1.1 Přenos informací...37 4.1.2 Funkce... 38 4.1.3 Aplikační úrovně... 40 4.1.4 Architektura mobilní části systému... 42 4.2 MÓDY MOBILNÍHO ZAŘÍZENÍ... 44 4.2.1 Zapnutí... 44 4.2.2 Zadání dat... 44 4.2.3 Úplný dohled... 45 4.2.4 Částečný dohled... 45 4.2.5 Podřízení...46 4.2.6 Posun... 46 4.2.7 Porucha systému... 46 4.2.8 Vyřazení... 47 4.2.9 Vypnutí... 47 4.3 JEDNOTLIVÉ FUNKCE... 47 4.3.1 Lokalizace polohy vlaku... 47 4.3.2 Výpočet statického rychlostního profilu... 48 4.3.3 Dočasná omezení rychlosti... 50 4.3.4 Výběr nejvíce omezujícího statického rychlostního profilu... 50 4.3.5 Výpočet dynamického rychlostního profilu... 50 4.3.6 Pomocné funkce... 54 4.4 TRAŤOVÁ ČÁST...56 4.4.1 Eurobalise... 56 4.4.2 Euroloop... 59 4.4.3 Euroradio... 59 4.5 MOBILNÍ ČÁST... 59 4.5.1 MMI... 60 4.5.2 TIU... 62 5. RADIOBLOK... 63 4

5.1 ZÁKLADNÍ FUNKCE RBC...64 5.1.1 Přidělení jízdní cesty...64 5.1.2 Oprávnění k pohybu...65 5.1.3 Monitorování pohybu...65 5.1.4 Zrušení závěru cesty...65 5.2 OSTATNÍ SUBSYSTÉMY...65 5.2.1 Diagnostický systém a registrace...65 5.2.2 Databáze...66 5.2.3 Další RBC...66 5.2.4 Doplňková zařízení...66 6. LITERATURA...67 5

1. STÁVAJÍCÍ STAV U ČD 1.1 ZHODNOCENÍ LS II-IV ČD používá od počátku šedesátých let vlastní liniový čtyřpojmový vlakový zabezpečovač typu LS II až LS IV (podle určení pro provoz při různé trakci) s přenosem kódu prostřednictvím dodatečně kódovaných kolejových obvodů (klíčovací frekvence 0,9; 1,8; 3,6; 5,4 Hz). Zařízení je detailně popsáno v publikacích [1], [2]. Zařízení přenáší 4 znaky (5 při "kmitavé červené") odvozené z hlavního návěstidla, ke kterému se vlak blíží. Dva znaky jsou restriktivní ( červená a žluté mezikruží ), dva znaky jsou povolující ( zelená a žlutá ). V případě přenosu restriktivního pojmu nebo při přerušení přenosu musí strojvedoucí periodicky (cca každých 20 s) obsluhovat tlačítko bdělosti, při příjmu povolujících informací není obsluha vyžadována. Zařízení smí strojvedoucí vyloučit (pomocí přepínače funkcí) vždy, když hnací vozidlo nejede v čele vlaku (posun, postrk atd.); v takovém případě se na opakovači rozsvítí modré světlo, přeruší se vstupní kanál a vyloučí se kontrola bdělosti. Kromě této manuální výluky má zařízení ještě výluku automatickou, ke které dochází automaticky vždy při současném poklesu rychlosti pod 10 km/h a zvýšení tlaku v potrubí přídavné brzdy nad 1,5 atm. Při automatické výluce není přerušen vstupní kanál a na opakovači dále svítí přijímaný znak doprovázený modrým světlem, kontrola bdělosti je vyloučena. Zásahy do řízení vozidla provádí VZ pouze nouzovým brzděním, tj. otevřením hlavního potrubí pneumatické brzdy pomocí elektromagnetického ventilu a to v případě, že není přenášen ani povolující znak, ani není řádně obsluhováno tlačítko bdělosti či není zřízena některá z výluk. Mobilní část (viz obr. 1-1) pomocí snímačů získává signál úměrný proudu v kolejích. Tento signál je dále filtrován (F), zesílen a detekován (Z) - výstupní impulsní relé Q (nebo jeho elektronická náhrada) pak opakuje klíčovací frekvenci vyslanou do kolejového obvodu. Dešifrátor D (využívající magnetických zesilovačů) spolu s funkční kontrolou FK (dvě pořadí impulsních dekodérů) zajišťuje rozsvícení odpovídající návěsti na návěstním opakovači. Další logické zpracování přijímaných informací a kontroly bdělosti pro výsledný povel elektromagnetického ventilu brzdy EMV zajišťuje reléová sada RS. F Z Q D FK Houkačka RS EMV Aut. výluka TB Registrace Obr. 1-1 Vlakový zabezpečovač ČD tedy nepřenáší informace o stupni návěštěného omezení rychlosti a nedohlíží na skutečnou rychlost vlaku - vyžaduje pouze periodické potvrzování bdělosti strojvedoucího v oblasti zábrzdné vzdálenosti před hlavními návěstidly omezujícími jízdu vlaku. Zařízení se také žádným způsobem nepodílí na dohledu nad dodržováním ostatních omezení rychlosti - z titulu stavu tratě, vlaku atd. Zařízením tohoto typu jsou vybaveny téměř všechny lokomotivy a všechny tratě vybavené autoblokem (cca 1500 km hlavních, převážně dvojkolejných tratí). Na ostatních tratích ČD není provozován žádný druh vlakového zabezpečovacího zařízení. Při zavádění systému LS II-IV se předpokládalo, že : 6

traťová část zařízení bude postupně nasazována v ucelených úsecích; v místech doposud traťovou částí nevybavených bude kontrolní funkce zvláštním úkonem zrušena a bude znovu zavedena po obnovení přenosu, doprava bude organizována převážně podle grafikonu, strojvedoucí bude svou činnost vykonávat zodpovědně, se znalostí předpisů a vůlí se jimi řídit a bude v základních projevech dodatečně kontrolován, zařízení bude využíváno v rozsahu existujícího návěstního systému, zařízení bude kontrolovat bdělost strojvedoucího při jízdě bez povolujícího znaku a zároveň bude strojvedoucím samo kontrolováno. Po více než třiceti letech lze potvrdit, že pro tyto předpoklady byl zvolen optimální systém; řadě zahraničních správ se to ve stejné době nebo i později nepodařilo. V Evropě jsou železnice, které vlakový zabezpečovač dodnes neprovozují vůbec, nebo jen v jednodušší podobě či v malém rozsahu. Jiné železnice dnes provozují i několik nekompatibilních systémů, vznikajících postupně během let proto, že původně zvolený systém nebyl vyhovující. Pro úvahy o novém vlakovém zabezpečovači je však třeba také posoudit, do jaké míry jsou původní předpoklady oprávněné a do jaké míry se kryjí s dnešní realitou. V prvé řadě je třeba konstatovat, že traťová část vlakového zabezpečovače nebyla u ČSD budována spojitě; nevybavena dodnes zůstala většina stanic. Přesto pro nevybavené úseky byla zrušena výluka funkce kontroly (tlačítko výluky) a tlačítko bdělosti bylo využito ve funkci periodické kontroly bdělosti strojvedoucího (tzv. živák) nejen na takovýchto krátkých nevybavených úsecích, ale dokonce na celých nevybavených traťových ramenech. Toto, jak dnes už víme, zneužití tlačítka bdělosti bylo ve své době motivováno snahou ušetřit speciálně vyvinutý zjednodušený bodový zabezpečovač pro tratě bez autobloků. Na vrub této "úspory" padá a dále bude padat velká část nehod, obecně připisovaných nedostatečnosti kontroly bdělosti. Druhým závažným rozporem je systém organizace dopravy, kdy se běžně (a často dokonce záměrně) vytvářely (a dodnes nejsou dostatečně předpisově omezeny) situace, v kterých se řada vlaků za sebou pohybuje v obsazených oddílech a popojíždí kolem permisivní návěsti "stůj". V této situaci je zabezpečovací zařízení bez užitečných informací i u těch nejsložitějších systémů a strojvedoucí je prostě musí řešit ve své výlučné odpovědnosti a bez podpory zabezpečovacího zařízení a bezpečnost je tedy plně závislá na zkušenosti, zodpovědnosti a rozvaze strojvedoucího. Třetím významným rozporem je skutečnost, že výkon služby strojvedoucího ve vztahu k zařízení VZ je dnes prakticky bez kontroly. Nebyly realizovány v potřebném rozsahu registrace a není dostatečně zpětně vyhodnocována kvalita práce strojvedoucích. Shora uvedené tři případy nevyžadují ani tak změnu výchozích předpokladů, jako spíše lepší výběr lidí zodpovědných za řízení železnice. Další předpoklady čas přece jen poznamenal a tak je již bylo nutné pozměnit. Snahy (či zatím spíše jen úvahy) o zvyšování rychlosti nad 120 km/h vyvolaly požadavek na využití vlakového zabezpečovače nad rámec stávajícího návěstního systému. Informace "žlutá" na VZ ztrácí význam povolujícího znaku, protože pro tyto případy je vzdálenost mezi předvěstí a hlavním návěstidlem menší než zábrzdná vzdálenost. Nelze pak ani uvažovat o tom, že strojvedoucí může korigovat chybu zařízení, protože při "zelené" nemá srovnatelnou informaci z trati včas. Přenos informací a vyhodnocení musí tedy být provedeno plně podle zásad zabezpečovací techniky. Přesun informace "žlutá" do skupiny zakazujících znaků dále způsobí zvětšení počtu vynucovaných obsluh tlačítka bdělosti. Lokomotivy ČD jsou dnes ve značné míře vybaveny automatickými regulátory rychlosti, některé obsahují i další nástavbové automatizační prvky řízení hnacích vozidel - cílové brzdění a optimalizátor jízdy vlaku. Jde vesměs o domácí zařízení, vzniklá ve VÚŽ na základě mnohaleté práce v oblasti řízení hnacích vozidel a ke své činnosti využívají informace o aktuální dopravní situaci ze zařízení LVZ. Předpokladem jejich kvalitního a bezpečného provozu je ale odpovídající dohled vlakovým zabezpečovacím zařízení. Tuto úlohu není stávající vlakový zabezpečovač ČD schopen na potřebné úrovni zastávat. Všechny tyto okolnosti nutí souhrnně konstatovat, že úroveň bezpečnosti a ostatních služeb, které poskytuje současný vlakový zabezpečovač ČD, jsou z dnešního pohledu jednoznačně nedostatečné. Uvedené i další skutečnosti soustředily v 80-tých létech pozornost na dva hlavní směry dalšího řešení vlakového zabezpečovače pro ČSD: nové obvodové řešení mobilní části liniového vlakového zabezpečovače, zachovávající stávající přenos informací a kontrolu bdělosti, ale provedené plně podle aktuálních požadavků na technickou bezpečnost. Takto pojaté mobilní zařízení bylo na přelomu 80tých a 90tých let vyvinuto pod označením LS-90. 7

systémové řešení rozšíření vlakového zabezpečovače LS-90 o úplnou kontrolu rychlosti. Po nerealizovaných návrzích ze 70tých let převést zařízení LS z kontroly bdělosti na kontrolu rychlosti, byl u ČSD v roce 1989 vyzkoušen systém ALSK-2 (ERICAB-700), v té době zaváděný na základě licence fy Ericsson u BDŽ. Při spolupráci s LS-90 měly být aktivovány přenosové funkce u obou systémů, kontrolní a výkonné funkce pouze u systému bodového. Ten by bral v úvahu i informace přijaté liniovým systémem a s patřičnými prioritami by zajišťoval kontrolu rychlosti. Získané zkušenosti potvrdily, že kombinace inovovaného liniového systému s dobrým bodovým systémem představuje správný směr pro další vývoj vlakového zabezpečovače. V kritické fázi, kdy mělo padnout rozhodnutí o použitém systému přídavného bodového přenosu, se objevily úvahy o zařízení ETCS (viz dále), jehož koncepce, i když podstatně velkorysejší, těmto zkušenostem v zásadě odpovídala a tak bylo rozhodnuto podílet se na jeho vývoji a toto zařízení využít (při zachování kompatibility se stávajícím systémem) pro zásadní zlepšení v oblasti vlakových zabezpečovacích zařízení pro ČD. 1.2 LS - 90 Zařízení LS - 90 je novým obvodovým a konstrukčním řešením mobilní části vlakového zabezpečovače ČD, zachovává stávající systém přenosu informací a kontrolu bdělosti a zpracovává stejné informace, poskytované traťovou částí, jako předchozí typy LS II - IV. Cílem jeho vývoje bylo dosažení lepší stability přenosového kanálu s ohledem na vzrůstající rušivé vlivy, náhrada již zastaralých konstrukčních prvků a prvků vyžadujících nadměrnou údržbu, zajištění větší stability funkce v čase a zlepšení bezpečnostních parametrů. Zařízení bylo vyvinuto ve Výzkumném ústavu železničním, za spolupráce podniku Automatizace železniční dopravy, vývojové pracoviště Brno, kde proběhl vlastní konstrukční vývoj, byla zpracována kompletní výrobní dokumentace a vyrobeny a ověřeny prototypy. Zařízení umožňuje podmínit vyžadování obsluhy tlačítka bdělosti nejen přenášeným znakem ale i skutečnou rychlostí vlaku, pokud bude vozidlo vybaveno vhodným rychloměrem. Nově bylo řešeno i napájení a ovládání zařízení, připraveny byly i pomůcky pro diagnostiku a servis zařízení. Souhrnným výsledkem těchto změn je dosažení vyšší bezpečnosti při radikálním snížení objemu a hmotnosti zařízení, potřebného příkonu a pracnosti údržby. Zařízení bylo vyvinuto především pro použití na nových hnacích vozidlech, lze jím však, po úpravě kabeláže a konstrukčního upevnění přístrojové skříně, ovládacích jednotek a návěstních opakovačů na hnacím vozidle, nahradit i zařízení LS II - IV. Snímače Vstupní obvody 1 Vstupní obvody 2 Detekce impulzů 1 A/D 1 A/D 2 Detekce impulzů 2 Dekodér Rychloměr Aut. výluka Log. obvody TB Houkačka Registrace EMV Obr. 1-2 8

Zjednodušené blokové schéma zařízení je na obr. 1-2. Přijímaný signál je nejprve ošetřen ve vstupních obvodech (výběr snímačů, zesílení, filtrace, detekce). V obvodech dekodéru je signál bezpečně dekódován a upraven pro návěstní opakovač a konečné zpracování. To probíhá v logických obvodech, kde se na základě informací o přijímaném znaku, o výluce a o obsluze tlačítka bdělosti rozhoduje o stavu výstupní informace pro elektromagnetický ventil EMV nouzového zabrzdění. Zařízení je plně ovladatelné z obou stanovišť strojvedoucího, kde jsou umístěny ovládací skřínky a návěstní opakovače. Elektronické obvody včetně napájení jsou soustředěny v přístrojové skříni. Jsou zde připraveny i obvody pro diagnostiku zařízení, pro úplnou registraci činnosti zařízení a obsluhy a pro podmíněnou změnu povolujících a zakazujících informací v závislosti na skutečné rychlosti vozidla. 1.2.1 Vstupní obvody Blokové schéma vstupních obvodů je na obrázku 1-3. Vstupní obvody jsou realizovány dvěma identickými paralelními kanály. Signály z výstupu snímačů S1 prvního stanoviště a S2 druhého stanoviště jsou přivedeny do elektronického přepínače EP1. Stejnosměrným ovládacím signálem ST jsou připojeny patřičné snímače ke vstupním diferenčním zesilovačům Z v obou kanálech. V každém kanálu je pak signál ze zesilovače veden do kaskádně řazené dolní propusti DP (s mezním kmitočtem 85 Hz) a horní propusti HP (s mezním kmitočtem 45 Hz). Obě propusti jsou navržené jako aktivní filtry RC 5.řádu s Cauerovou aproximací amplitudové frekvenční charakteristiky a spolu tvoří pásmovou propust s propustným pásmem 45 až 85 Hz. Tato "široká" pásmová propust slouží k filtraci vstupních kódovaných signálů na tratích se stejnosměrnou trakční soustavou nebo na tratích bez elektrické trakce a zpracovává signály s nosným kmitočtem jak 50 Hz, tak i 75 Hz. O F ST S1 EP1 S2 Z DP HP M PP EP2 D Z DP HP M PP EP2 D k dekodéru O F Obr. 1-3 Pro střídavou trakci, kde nosný kmitočet má výhradně 75 Hz, pokračuje kaskáda filtrů "úzkou" pásmovou propustí se středním kmitočtem 75 Hz a s vysokým potlačením rušivých signálů zejména v okolí 50 Hz. U tohoto filtru se využívá posunu kmitočtového pásma do vyšší kmitočtové polohy (heterodynní princip). Signál z propusti HP je veden na první vstup modulátoru M a na druhý vstup modulátoru je přiveden pomocný kmitočet 250 Hz z oscilátoru O. Za modulátorem je připojena pásmová propust PP, řešená jako aktivní filtr RC se středním kmitočtem 175 Hz. Propust PP je optimalizována tak aby při vysoké selektivitě minimálně zkreslovala impulsně modulovaný signál. Pomocí kmitočtu 250 Hz z oscilátoru O dochází ke konverzi vstupního kmitočtu 75 Hz na kmitočet 175 Hz. Výstupy z horní propusti HP a pásmové propusti PP jsou přivedeny na elektronický přepínač EP2. Stejnosměrným ovládacím signálem F lze výstup přepínače přepojit z horní propusti HP (široký filtr) na pásmovou propust (úzký filtr). Na přepínač EP2 navazuje detektor D, zajišťující demodulaci informačních kódových složek. Na výstupu detektorů budou obdélníkové signály 0,9-5.4 Hz s úrovní TTL, odpovídající kódu v kolejnicích. 9

1.2.2 Dekodér Dekodér slouží k bezpečnému přiřazení návěstních znaků na lokomotivním opakovači k přijímanému kódu. Skládá se z převodníků a dynamických hradel XOR a AND vlastní konstrukce, která vyhovují pro zabezpečovací techniku. Obdélníkový signál z detektoru zpracovává nejprve v každém kanálu samostatně převodník (obr. 1-4). V jeho první části se vzorkuje délka periody vstupního signálu vzorkovacím kmitočtem 100 Hz a počet vzorků za periodu se načte čítačem (převod A/D) bez ohledu na poměr impuls/mezera. Obsah čítače se porovná se zadanou převodní tabulkou zahrnující i tolerance jednotlivých přijímaných kódů a podle výsledku se nastaví jeden ze čtyř výstupů. V případě, že počet vzorků nevyhovuje převodní tabulce nenastaví se žádný výstup. Výstupy se vedou přes čtyřbitovou vyrovnávací paměť k dalšímu zpracování. S ohledem na společné chyby jsou výstupy z převodníku 2. kanálu inverzní k výstupům 1. kanálu, což je dosaženo rozdílnou převodní tabulkou, uloženou v paměti ROM. Přetečení Vstup Řízení Čítač ROM :8 4 Vyrovnávací paměť z ž žm č Obr. 1-4 7 800 Hz z1 z2 ž1 ž2 žm1 žm2 č1 č2 Dvojice odpovídajících výstupů obou kanálů jsou pak porovnány funkcí XOR (nonekvivalence) a jejich výsledky jsou ověřovány dynamickým logickým součinem AND (obr.1-5). Do něj je zaveden i výsledek kontroly impulsní funkce detektorů obou kanálů DIF (potvrzení o aktuálnosti obsahu vyrovnávací paměti). Výstup dynamického součinového hradla je veden přes spínače SP, ovládané výstupy 1. kanálu, zesilovací a oddělovací stupně Z k odpovídajícím světlům návěstního opakovače, registračním relé a do obvodů logiky VZ. Vzhledem k jednoduchosti přijímaného kódu a požadované rychlosti reakce zařízení bylo třeba se zabývat i rušivými impulsy, =1 =1 =1 =1 & z1 ž1 žm1 SP SP SP Z Z Z z ž žm D1 DIF1 č1 SP Z č D2 DIF2 Obr. 1-5 které projdou přes vstupní filtrační obvody, a pauzami v přenosu kódu. S ohledem na problémy při průkazu bezpečnosti obvodů bylo nakonec použito pouze řešení s vzájemným posunem kanálů o délku impulsu, což lze snadno realizovat pouhou inverzí vstupního signálu jednoho kanálu dekodéru. Nestejnost dvou následných period se projeví zablokováním komparačního hradla a návěstní opakovač se nerozsvítí. 1.2.3 Logické obvody Účelem této části zařízení je sloučit vstupní informace vlakového zabezpečovače do jediné informace výstupní - ovládání elektromagnetického ventilu EMV nouzového zabrzdění. Rozhodující vstupní 10

KB A Skříň mobilní části VZ R1 P B R2 C IP X HO SM R3 žm ž z + Reg. X X EMP + TB m AV + V40 V120 Vmax Start + + EMV Ostatní součásti výstroje na hnacím vozidle Obr. 1-6 informace jsou přijaté a dekodérem vyhodnocené znaky, automatická výluka a kontrola bdělosti strojvedoucího. Není-li přijímán povolující znak a není-li provedena automatická výluka (stojící vozidlo), aktivuje se kontrola bdělosti strojvedoucího. Nejsou-li splněny ani podmínky kontroly bdělosti strojvedoucího, dojde k zániku výstupní informace, EMV odpadá a otevírá se průběžné brzdové potrubí. Dále zařízení může zpracovat signál "nesoulad" (v blokovém schématu nekresleno), který se odvozuje od kontaktů rychloměru a ovládacích prvků příslušně vybaveného hnacího vozidla. Signál vznikne v případě, že se vozidlo začne pohybovat směrem, který neodpovídá nastavení ovládacích prvků pro jízdu vozidla na stanovišti strojvedoucího a způsobí odpad elektromagnetického ventilu brzdy. Znemožní se tak nechtěné couvání vlaku. Pokud by totiž vlak na trati při příjmu povolující informace na trati zastavil a poté se začal pohybovat směrem zpět, mohlo by dojít k nehodě, aniž by jí jinak mohl vlakový zabezpečovač zabránit. K této situaci by mohlo dojít např. z důvodu indispozice strojvedoucího, samovolného ujetí nedostatečně zajištěného hnacího vozidla atd. Princip logických obvodů je na obr. 1-6. Hlavní činnost spočívá ve vyhodnocování napětí v bodě C odporového děliče R1, R2, R3 napájeného z bodu A nebo B. Pokud napětí v bodě C leží v tolerančním pásmu vyhodnocujícího hladinového obvodu HO, připojeného za impedančním převodníkem IP, je relé X nataženo. Vybočí-li napětí v bodě C z tolerančního pásma, relé X odpadá a odpojí ventil a napájení. Napájení se obnoví teprve obsluhou startu při automatické výluce (tj. při stojícím a zabrzděném vozidle) nebo při příjmu povolujícího znaku. Napětí do bodu B se přivádí přes převodník P z automatické výluky AV a z povolujících znaků. Napětí do bodu A se přivádí z obvodů kontroly bdělosti KB. Zaniknou-li napětí přiváděná do bodů A i B, klesá napětí na kondenzátoru a tedy i na vstupu obvodu HO. Čtyři sekundy před dosažením dolní meze tolerančního pásma obvodu HO spíná spínač akustického signálu SAS a zazní akustický signál (trvalý tón z reproduktoru o kmitočtu cca 0,6 khz s nastavitelnou úrovní). Spínač SAS spíná 20 s po poslední obsluze tlačítka bdělosti a 3 s po zániku povolujícího znaku nebo automatické výluky. Obvod kontroly bdělosti tvoří monostabilní multivibrátor a kapacitní dekodér. Po stlačení tlačítka překlopí multivibrátor a nabitý kondenzátor z dekodéru se připne do bodu A. Po návratu do výchozího stavu (cca 4 s) se v dekodéru opět začne nabíjet kondenzátor. Dobu nabíjení i návratu je možné nastavit. Modré světlo na opakovači se rozsvěcí přes spínač SM při automatické výluce a při překlopení multivibrátoru, jako odpověď na obsluhu tlačítka bdělosti. Jak patrno, všechny důležité časové funkce jsou získávány analogovým procesem - vybíjením kondenzátoru - ve spolupráci s bezpečným hladinovým čidlem. Všechny poruchy tak povedou ke zkrácení měřené doby, což v tomto případě znamená, že výsledný projev zařízení bude i při poruše bezpečný. 11

Analogové řešení je poplatné době vzniku; v současné době výrobce podniká kroky k náhradě tohoto řešení řešením založeným na bázi později realizované bezpečné časové jednotky UČJ. Zařízení je možné provozovat i nad 120 km/h (až do rychlosti cca 140 km/h). V tom případě se pojem "žlutá" řadí do kategorie pojmů restriktivních, resp. se mu přiřazuje rychlostní omezení do 120 km/h. 1.2.4 Technická bezpečnost Požadavky na technickou bezpečnost je možné splnit za použití různých principů. S ohledem na situaci v době vzniku zařízení (druhá polovina 80tých let) a zvolenou součástkovou základnu bylo ve vstupních obvodech a při detekci použito hardwarové redundance s následující komparací. Komparační obvod sám je konstruován jako obvod s vnitřní bezpečností. Zbývající zabezpečovací funkce - tj. zobrazení informace na návěstním opakovači a zřízení logických vazeb pro výstup do brzdové soustavy - byly řešeny obvody s vnitřní bezpečností přímo. Zpracování vstupní informace se tedy uskutečňuje dvěmi paralelními obvody bez vnitřní bezpečnosti a zabezpečení před poruchami zajišťuje komparátor - obvod, porovnávající výsledek dvojnásobného zpracování informací. Tento způsob řešení problému technické bezpečnosti je založen na předpokladu, že jakákoliv porucha při jednom zpracování informace způsobí rozdílný výsledek než druhé zpracování informace a komparátor chybu neprodleně odhalí a vyvodí patřičné důsledky. Proto je v této souvislosti věnována pozornost poruchám, které jsou způsobeny jednou příčinou, ale mohou působit současně na obě paralelní části zařízení tak, že by vzniklá chyba mohla zůstat neodhalena - tzv. společným chybám. Jako zásadní ochrana před společnými chybami je v částech zařízení LS-90, kde se využívá hardwarové redundance, použito inverze signálu. V jednom kanálu vstupních obvodů je signál v prvním vhodném místě - v detekčních obvodech - invertován a dále zpracováván (proti druhému kanálu) inverzně, což v tomto jednoduchém případě dostatečně zabraňuje vzniku výše uvedených jevů. Předcházející vstupní obvody (filtry, zesilovače, část detektorů) nejsou a ani nemohou být touto ochranou vybaveny. Ze zabezpečovacího hlediska se tato část zařízení chová jako prodloužení přenosového kanálu v kolejích, kde je kvalita ochrany dána odstupem signálu od hluků, úrovní kódového zabezpečení přenášené informace, četností výskytu rušivých signálů atd., tedy souhrnně datovou redundancí. Tato část sice není z dnešního pohledu řešena ideálně, ale byla plně převzata z předchozího zařízení a s ohledem na striktní požadavek kompatibility starého a nového řešení nebylo možné na ni nic měnit. Za nebezpečný stav zařízení by se považovalo: rozsvícení více povolujícího znaku na návěstním opakovači (na dobu delší než 1 s) než toho, který odpovídá frekvenci kódu pod snímači, neodpadnutí relé X do 22 s po poslední obsluze tlačítka bdělosti v případě, že není ani přijímán povolující kód, ani nejsou splněny podmínky automatické výluky, neodpadnutí relé X do 10 s po zániku povolujícího kódu pod snímači v případě, že neběží ani výluka po poslední obsluze tlačítka bdělosti, ani nejsou splněny podmínky automatické výluky. Z těchto důvodů byly prověřeny z hlediska technické bezpečnosti následující funkční celky: a) přepínání filtrů v obou kanálech současně, b) komparaci obou kanálů po dekódování (obvod XOR a AND), c) obvody svícení návěstního znaku, d) obvody signálu "povolující znak", e) logické obvody (hlavní časovací obvod a hladinový obvod HO-2), f) obvod elektromechanického převodníku EMP (viz dále). Společné chyby, mající za následek nesprávné současné přepnutí v obou kanálech ze širokého filtru na úzký filtr mohou vzniknout chybným přepnutím ovladače strojvedoucím nebo chybným sepnutím spínače (stykače) z ovládací části elektrické lokomotivy, který nahrazuje ruční ovládání filtru současně s přepnutím trakce. Těmto případům je věnována pozornost v části 1.2.5 s vyhovujícím závěrem. Poruchy ve vlastním zařízení LS-90 mohou navíc způsobit nanejvýš současné paralelní připnutí úzkého a širokého filtru. V takovém případě se pak zařízení chová jako by byl připnut pouze široký filtr, což je nepříznivé z hlediska rušení přenosu, ale z hlediska bezpečnosti nepředstavuje problém. V ostatních vyjmenovaných funkčních celcích je v zásadě použito obvodů s vnitřní bezpečností. Bezpečnost ve většině případů spočívá na zavedení vhodného dynamického režimu do činnosti relativně primitivních elektronických obvodů, což bylo prokázáno podrobnými rozbory. Jako příklad uveďme jedno 12

z možných řešení obvodu XOR. Obvod je realizován jednoduchým diodovým můstkem. Zjednodušené schéma je na obr. 1-7. Elektronické spínače S1, S2 jsou ovládány jednotlivými výstupy redundantních kanálů (v nakresleném případě výstupy č1,č2), které jsou za bezporuchového stavu v inverzní poloze. Bude-li fototranzistor FT 1 nasvěcován Obr. 1-7 dynamickým optickým signálem s frekvencí f1, bude fotodioda FD se stejnou frekvencí blikat. Jakékoliv poruchy v obvodu povedou ke ztrátě dynamického režimu FD. Tento závěr je platný (viz tab. 1-1) za předpokladu, že bude jiným způsobem dostatečně vyloučena možnost výskytu zvlnění na napájecím napětí, že se spokojíme s projevem (odhalením) některých poruch (v prvním případě poruchy ne nebezpečným) až při změně stavu a že upravíme topologii obvodu tak, že nebude existovat možnost závislých poruch spínačů S1, S2. Významnou výhodou řešení je, že výsledky komparace nonekvivalence jednotlivých bloků z obr. 1-5 je možné pomocí uvedených optočlenů řetězit a tak jednoduše získat vícenásobnou výslednou funkci AND. (Skutečně použité řešení se od uvedeného obrázku mírně liší - bližší viz připravovaná publikace Aplikace elektronických prvků v železniční zabezpečovací technice.) Tab. 1-1 Porucha Výstup při Výstup při komplem. souhlas. Poznámka č. díl druh S1, S2 S1, S2 - - - dyn. 0 Bezporuchový stav 1 R1 P 0 0 2 R2 P dyn. 0 Projeví se v opačné poloze 3 R3 P dyn. 0 Snížení rozkmitu 4 R4 P 0 0 5 D1 Z 0 0 Ztráta napájení FD 6 P dyn. 0 Projeví se v opačné poloze 7 D2 Z dyn. 0 Projeví se v opačné poloze 8 P 0 0 9 D3 Z 0 0 Ztráta napájení FD 10 P dyn. 0 Projeví se v opačné poloze 11 D4 Z dyn. 0 Projeví se v opačné poloze 12 P 0 0 13 FT Z stat. 0 14 P 0 0 15 FD Z 0 0 16 P 0 0 17 S1 Z 0 0 18 P dyn. 0 Projeví se v druhé poloze S1 19 S2 Z dyn. 0 Projeví se v druhé poloze S2 20 P 0 0 Pozn.: P...přerušení, Z...zkrat. U spínačů S1, S2 realizovaných na jednom substrátu nelze vyloučit závislé poruchy (např. rozpojení S2 při poruchovém sepnutí S1). 13

1.2.5 Problémové oblasti LS-90 Kontrola bdělosti Zařízení LS-90 zůstává zařízením s kontrolou bdělosti strojvedoucího, což předpokládá, že k obsluze tlačítka bdělosti dochází pouze vědomě a v případech, kdy strojvedoucí obsluhou potvrzuje, že si je vědom zhoršené dopravní situace, vyžadující jeho zvýšenou pozornost. Rozhodující pro přijatelnost takového systému je zda se podaří zajistit, že strojvedoucí skutečně bude obsluhovat tlačítko bdělosti předpokládaným způsobem. Relativně chudší (a tedy podstatně levnější) technické vybavení musí být doplněno promyšlenou soustavou netechnických opatření, zabraňujících vzniku stereotypu při obsluze tlačítka bdělosti a zajišťujících vysokou zodpovědnost strojvedoucích (výběr, školení a kontrola). Pokud zkušenosti s provozem zařízení z kontrolou bdělosti jsou takového rázu, že naznačují nedostatečnost zavedených netechnických opatření a nedaří-li se jejich účinnost zvýšit (a zdá se, že to je případ ČD), nezbývá než se poohlédnout po systému s kontrolou rychlosti. Zdvojení klíčovacích frekvencí Při nesprávně přepnutém filtru (ať chybnou obsluhou nebo poruchou zařízení) může vlivem vstupních obvodů mobilní části dojít k příjmu dvojnásobné klíčovací frekvence v porovnání s klíčovací frekvencí do kolejového obvodu vysílanou. Důvod je patrný z obr. 1-8. Užitečná informace je do kolejového obvodu předávána ve formě klíčování (tj. periodickém spínání a rozpínání) signálu kolejového obvodu o kmitočtu f. V systému jsou využity klíčovací frekvence F (0.9, 1.8, 3.6 a 5.4 Hz) a každé je přiřazen jiný význam. Při klíčování nosného kmitočtu do kolejového obvodu vznikají užitečné frekvenční složky f a (f ± F), ale také vedlejší složky (f - n.f), kde n jsou lichá celá čísla pro klíčování symetrické a všechna celá čísla pro klíčování asymetrické. Na obr. 1-8 je zachycen spektrální obraz vysílaného signálu pro případ symetrického kódování kolejového obvodu 50 Hz kmitočtem 1,8 Hz a idealizovaná charakteristika úzkého filtru 75 Hz v přijímací části. Signál, propuštěný filtrem, obsahuje pouze složky vzájemně vzdálené o 2F a tedy při detekci bude detekována klíčovací frekvence 2F, tedy frekvence 3,6 Hz. 41 42.8 44.6 46.4 48.2 50 51.8 53.6 55.4 57.2 59 60.8 62.6 64.4 66.2 68 69.8 71.6 73.4 75.2 77 78.8 80.6 82.4 84.2 86 87.8 89.6 91.4 f(hz) Obr. 1-8 Úplné vyřešení tohoto problému by znamenalo změnu systému kódování nebo alespoň doplnění kolejových obvodů se signální frekvencí 50 Hz filtry pro potlačení horních modulačních postranních pásem. Protože tato řešení leží mimo oblast reálných možností, byla provedena všechna dostupná náhradní opatření. Výsledkem je, že se zdvojení může projevit jen je-li filtr přepnut na 75 Hz ("úzký" filtr) v místech, kde je pod snímači kódovaný signál s nosnou frekvencí 50 Hz, přičemž citlivost zařízení poklesne o cca 10 db. To při správném nastavení úrovně kódování zajistí, že po vjezdu do kolejového obvodu dojde nejprve k přerušení přenosu, poté k nepravidelné činnosti zařízení a teprve pak (pouze u některých dlouhých kolejových obvodů) může dojít k falešnému příjmu "žlutého mezikruží" namísto "červené" nebo k falešnému 14

příjmu "žluté" namísto "žlutého mezikruží". Bude-li přenášena "žlutá" nebo "zelená", zůstane opakovač zhaslý po celou dobu pobytu v kolejovém obvodu (u starého provedení VZ může v těchto případech na opakovači svítit "zelená"). Ve všech případech je strojvedoucí výrazně a bezodkladně na nesprávnou činnost zařízení upozorněn neobvyklým projevem a v případech falešného znaku má i možnost bezprostřední konfrontace s návěstidlem. Možnost chybného přepnutí filtru je pro zařízení LS-90 dále výrazně omezena tím, že u elektrických dvouproudových trakčních vozidel je nastavení filtru odvozeno automaticky od lokomotivního voliče trakční soustavy a u jednoproudových elektrických trakčních vozidel je přepínání vypuštěno a nahrazeno pevnou propojkou (není k němu důvod). Pouze u hnacích vozidel nezávislé trakce byl přepínač filtru ponechán s tím, že jej obsluhuje strojvedoucí a to pouze při překračování hranice oblasti se střídavou trakční soustavou. V případech, kdy má být v činnosti pouze "široký" filtr, nejsou "úzké" filtry (deska pásmové propusti) vůbec do zařízení osazovány. Při těchto opatřeních a s vědomím, že se počet kolejových obvodů s nosným kmitočtem 50 Hz soustavně snižuje, se tento stav považuje za přijatelný. Elektromechanický převodník Zařízení LS-90 může být v určených případech doplněno o elektromechanický převodník (EMP). Tento převodník nahrazuje obsluhu tlačítka bdělosti strojvedoucím v případě, že strojvedoucí právě vykonává jinou manipulaci s některým z vybraných ovladačů na vozidle. Použití EMP se příznivě projeví při delších jízdách na nevybavených tratích, kdy je zařízení VZ degradováno na činnost "živáku" a u strojvedoucích by se bez EMP jen podporoval návyk na podvědomou obsluhu tlačítka bdělosti. Činnost elektromechanického převodníku, jako náhrady za obsluhu tlačítka bdělosti, musí však být blokována v době, kdy je přijímán jakýkoliv kód a ještě cca 12 s po ukončení příjmu kódu. Smyslem tohoto opatření je zajistit, aby vlivem působení elektromechanického převodníku nedošlo nevědomky k nechtěnému odložení výstrahy a následného odpadu relé X při ztrátě povolujícího kódu. Blokování EMP lze snadno realizovat při bezporuchovém stavu zařízení, ale nelze ji realizovat bezpečně způsobem vyhovujícím zabezpečovací technice. Důvodem je nevhodný vztah mezi logickou hodnotou a fyzikální interpretací signálu, což je v podstatě zaviněno ze zabezpečovacího hlediska nesprávným spojením ovladače pro funkci VZ a "živáku". Důsledkem je, že LS-90 se zapojeným EMP nemůže splnit požadavky na chování zabezpečovacích zařízení při poruchách v obvodu blokování EMP. Při poruše může dojít k nebezpečnému stavu výše popsaným mimoděčným vyloučením výstrahy i následného zabrzdění při ztrátě povolujícího znaku. Tato okolnost musí být brána v úvahu při rozhodování, zda a které lokomotivy mohou mít obvody EMP v činnosti. 1.3 KBS Zařízení pro kontrolu bdělosti strojvedoucího (KBS) slouží k periodické kontrole bdělosti obsluhy hnacích vozidel v železniční dopravě. Jsou povinnou součástí vybavení hnacích vozidel u většiny správ drah ale nejsou vlakovým zabezpečovacím zařízením, protože nezřizují žádnou funkční závislost na skutečném stavu jízdní cesty. Tato zařízení se podle požadavků železničních správ liší okolnostmi, za kterých se potvrzení bdělosti strojvedoucího vyžaduje. Obvykle je potvrzení bdělosti vyžadováno periodicky po uplynutí určité doby nebo po ujetí určité dráhy, případně v kombinaci obou parametrů. U ČD se od strojvedoucího požaduje obsluha tlačítka bdělosti periodicky v intervalu cca 20 s vždy, když hnací vozidlo jede v čele vlaku a není v provozu vlakové zabezpečovací zařízení. Pokud strojvedoucí nepotvrdí v předepsaném časovém intervalu svou bdělost (tj. neobslouží tlačítko bdělosti), musí dojít k zastavení vlaku. Protože tato funkce je obdobná s požadavkem na kontrolu bdělosti u vlakového zabezpečovacího zařízení ČD typu LS v době, kdy zařízením není přenášen povolující jízdní znak, bylo dodavatelem zařízení LS 90 vyvinuto zařízení KBS-E, odvozené od zařízení LS 90. Úprava spočívala zejména ve vypuštění přenosového kanálu informací z tratě a obvodů, které tyto informace zpracovávají. Zařízení KBS-E je tak určeno pro hnací vozidla, která se jen výjimečně pohybují po tratích, vybavených traťovou částí vlakového zabezpečovače, tedy pro vozidla určená pro provoz na vedlejších tratích. Pokud strojvedoucí nepotvrdí v 15

předepsaném časovém intervalu svou bdělost (tj. neobslouží tlačítko bdělosti), spustí se nejprve akustická výstraha a pokud nedojde k obsluze tlačítka bdělosti ani během této výstrahy, dojde k zabrzdění vlaku prostřednictvím elektromagnetického ventilu v průběžné vlakové brzdě. Obsluha tlačítka není vyžadována, pokud jsou splněny podmínky pro automatickou výluku, tj. pokud je rychlost jízdy nižší než 10 km/h a je zabrzděno přídavnou brzdou. Obsluhu tlačítka může nahradit činnost tzv. elektromechanického převodníku (je-li jím vozidlo vybaveno). Tento převodník je v činnosti pokud strojvedoucí obsluhuje některý z ovládacích prvků hnacího vozidla. Dále zařízení KBS-E může vyhodnocovat (stejně jako zařízení LS 90) signál "nesoulad", který vznikne v případě, že se vozidlo (příslušně vybavené) začne pohybovat směrem, který neodpovídá nastavení ovládacích prvků pro jízdu vozidla na stanovišti strojvedoucího. I v tomto případě dojde k zastavení vozidla prostřednictvím elektromagnetického ventilu brzdy. 16

2. STÁVAJÍCÍ STAV U DP-METRO Podzemní dráha systému městské hromadné dopravy (metro) je zařazena do kategorie drah speciálních, u nichž se pro zajištění provozu s cestujícími bezpodmínečně vyžaduje nasazení vlakových zabezpečovacích systémů. Od samého počátku provozu metra v Praze byl zde v činnosti vlakový zabezpečovač ARS, který je na trati C v současné době modernizován systémem PA 135. Relativní homogennost vozového parku, ohraničenost prostoru dráhy a jednoduchost provozu přímo vybízejí k nasazení nadstavbových systémů automatického vedení vlaků. V minulosti tak byl na již vyřazených vlakových soupravách typu Ečs provozován systém automatického cílového brzdění. Zmíněný systém PA 135 rovněž zajišťuje funkce automatického vedení vlaků. Velice perspektivní a z hlediska malé provozní náročnosti a finanční rentability jsou zajímavé i systémy s tzv. integrální automatizací, které se v poslední době značně rozvíjejí. Jsou to systémy s plně automatickým provozem bez strojvedoucích, např. lehké metro typu VAL, systém těžkého metra MAGGALY na trati D v Lyonu či nejnovější linka metra v Paříži METEOR. Zvláštním požadavkem, uplatňovaným na uvedené vlakové zabezpečovací systémy a automatické vedení vlaků v podzemních drahách, jsou požadavky na propustnou výkonnost trati. Ta se udává ve dvou parametrech: minimální interval následného mezidobí, požadovaná hodnota 90s, minimální hodnota obchodní (cestovní) rychlosti, což je průměrná hodnota rychlosti jízdy vlaků z jedné konečné stanice trati do druhé se započítáním předepsaných dob pobytu vlaků ve stanicích, požadovaná hodnota 30 36 km/hod. Požadavky na výkonnost trati mají s přihlédnutím na profil trati v každém místě i na trakční a brzdové parametry vlakových souprav dopad na provedení traťových a staničních zabezpečovacích zařízení, zejména na rozdělení trati na kolejové obvody. 2.1 ZHODNOCENÍ ARS V síti pražského metra je provozován ruský vlakový zabezpečovací systém ARS. Provoz tohoto systému úzce souvisel s provozem ruských vlakových souprav typu Ečs (již vyřazených) a je v současné době vázán na provoz ruských vlakových souprav typu 8171. Ovládání trakce i elektrodynamické brzdy u výše uvedených ruských souprav je realizováno nehospodárnou odporovou regulací stejnosměrných trakčních motorů. Systém ARS plní pouze funkci vlakového zabezpečovače, strojvedoucí řídí vlak ručně. K překonání úseků např. se ztrátou kódu má strojvedoucí k dispozici tlačítko bdělosti, při jehož stisknutí systém povoluje max. rychlost jízdy 20 km/hod. Systém ARS kontroluje nepřekročení rychlosti v pěti rychlostních stupních: 80, 60, 40, 20 a 0 km/hod. Do stacionární části systému jsou z traťového a staničního reléového zabezpečovacího zařízení předávány informace o volnosti kolejových obvodů, stavu absolutních návěstidel, poloze výhybek, stavu tlačítek nouzového zastavení vlaku ve stanicích a stavu tlakových uzávěrů. Na základě těchto informací vysílá stacionární část systému ARS do obsazených kolejových obvodů, tj. přímo do kolejí, proudy nf. kmitočtů, které po dešifrování v mobilní části znamenají povolenou max. rychlost v daném úseku: 75Hz 80 km/hod, 125Hz 60 km/hod, 175Hz 40 km/hod, 225Hz 20 km/hod, 275Hz 0 km/hod. Proudy výše uvedených kmitočtů se produkují v tzv. generátorech GALS. Každý kolejový obvod je i s příslušnou výstrojí vybaven jedním generátorem, který se přelaďuje v závislosti na stavu informací ze zabezpečovacího zařízení. Dodatečné kódování kolejových obvodů, tj. jistý druh úplné blokové podmínky, zajišťuje, že se do traťového úseku jednoho kolejového obvodu vysílá buď signální kmitočet základního kolejového obvodu 275Hz (úsek volný nebo uvolňovaný) nebo kmitočty ARS (úsek obsazený). Signalizace ARS je dále zdokonalena doplněním vlastní indikace povoleného rychlostního stupně o indikaci předvěstní, která je realizována vysíláním dalšího druhého nf. kmitočtu do kolejí. Jako zdroje druhého kmitočtu se využívá generátor GALS pro následující nebo předchozí kolejový obvod. Předvěstní indikace signalizuje strojvedoucímu buď: max. povolený rychlostní stupeň v následujícím kolejovém obvodu (v případě snížení povolené rychlosti oproti kolejovému obvodu projížděnému) např. nyní povolená rychlost 80 km/hod., v dalším obvodu 40 km/hod, nebo 17

povolená rychlost v následujícím kolejovém obvodu je stejná nebo vyšší, než v kolejovém obvodu projížděném (rozsvícením zvláštní návěsti na pultu strojvedoucího). Na signalizaci systému ARS, platné pro projížděný úsek, musí strojvedoucí reagovat úpravou max. rychlosti. Pokud tak neučiní, aktivuje mobilní části systému ARS na soupravě provozní elektromagnetickou brzdu a průběžně na všech vozech kontroluje její účinnost. Při negativním vyhodnocení vydá pokyn k zásahu nouzové elektropneumatické brzdy. Zařízení ARS je realizováno na základě reléové logiky, vysílacími a dešifrovacími obvody přenosu signálů z tratě na vozidlo jsou jednoduché laděné LC obvody. Podrobný popis systému je v publikaci [4]. Funkce vlakového zabezpečovacího systému vyhovuje pro stávající provoz vlakových souprav 8171. Je však elektromagneticky nekompatibilní se systémem plynulého řízení trakčních motorů, ať stejnosměrných nebo asynchronních. U nich se předpokládá ve zpětném trakčním proudu v kolejích existence širokého spektra rušivých frekvencí v nf. pásmu, proti nimž není systém ARS nijak chráněn. Přes řadu zdokonalení, kterými prošel systém ARS od doby prvního nasazení v roce 1974, není pro síť pražského metra nadále perspektivní a musí být nahrazen systémy, které elektromagnetickou kompatibilitu zaručují. Jedním z těchto systémů je systém PA 135, který je provozován na trati C. 2.2 SYSTÉM PA 135 Systém PA 135 (Pilotage automatique PA 135) německo-francouzské společnosti MATRA TRANSPORT INTERNATIONAL v sobě integruje funkci dvou rozdílných subsystémů: liniového vlakového zabezpečovače (automatic train protection ATP), který v návaznosti na existující staniční a traťové zabezpečovací zařízení kontroluje při zajištění předepsané propustné výkonnosti trati bezpečnost jízdy vlaků a ohrožení bezpečnosti předchází tím, že vlak bez zásahu strojvedoucího zastaví zásahem nouzové pneumatické brzdy (ventilem EPV). Na tuto část zařízení PA 135, zajišťující výše uvedené zabezpečovací funkce a podléhající normám pro zabezpečovací zařízení, je zpracován tzv. průkaz bezpečnosti poruch, automatického vedení vlaků (automatic train operation ATO), který omezuje činnost strojvedoucího pouze na otevření dveří ve stanici, spuštění hlášení vlakového rozhlasu, na pokyn k odjezdu vlaku od nástupiště a na ovládání světel (tlumená/dálková). Všechny další rutinní úkony strojvedoucích včetně řízení jízdy vlaků v mezistaničních úsecích i při jízdách do/z obratových a odstavných kolejí jsou (samozřejmě kromě zprovoznění stanoviště strojvedoucího) plně automatizované. Zařízení PA 135 se z hlediska prostorového rozmístění dělí na tyto části (viz blokové schéma na obr. 2-1): a) stacionární část, tzv. staniční skříně, umístěné v reléových místnostech staničních a traťových zabezpečovacích zařízení (nebo v případě nedostatku místa v jejich blízkosti) ve všech stanicích metra. Ve stanicích rozvětvených jsou zpravidla instalovány 2 skříně, v ostatních stanicích 1 skříň. Do staničních skříní jsou zavedeny informace: ze staničního a traťového zabezpečovacího zařízení (stav kolejových obvodů, absolutních návěstidel, vyhybek, tlačítek nouzového zastavení vlaků ve stanicích, stav tlakových uzávěrů apod.), které tak zůstává plně ve funkci a ze zařízení dálkového ovládání zabezpečovacího zařízení vlakovým dispečinkem, které přináší povely o volbě chodů vlaků v mezistaničních úsecích, okamžiku odjezdu a povolení k průjezdu stanice. Staniční skříně výše uvedené informace zpracovávají a na jejich základě vysílají vysokofrekvenční signály modulované příslušnými signály nízkých kmitočtů do programového pásu k využití v mobilní části zařízení PA 135 pro řízení nebo kontrolu jízdy vlakových souprav, 18

Obr. 2-1 19

b) programový pás, tzv. koberec, uložený do přesně definovaného místa (klasifikace B2 dle UIC) mezi kolejovými pasy buď blíže pravé kolejnici nebo v případě překážky blíže levé kolejnici. Jedná se o 165 mm široký krytý anténní systém, určený pro přenos signálů z trati na vlaky, který je bez přerušení (až na délkově přesně definovaná místa tlakových závěrů) instalován ve všech jízdních, obratových i odstavných kolejích trati C a cca do poloviny spojek k tratím A a B. Funkce systému PA 135 povolující jízdu je tedy založena na nepřerušovaném přenosu signálů z tratě na vozidlo. K napájení programů v pásech příslušnými signály ze staničních skříní slouží vf. kabely, rozvodné skříňky a stíněné párové kabely, umístěné v kolejišti metra, c) mobilní část, instalovaná na čelních vozech vlakových souprav, která přijímá prostřednictvím dvou speciálních vf. snímačů signály z programového pásu, dešifruje je a ovládáním vozových obvodů (prostřednictvím interface) zajišťuje samočinně zabezpečovací i automatizační funkce zařízení PA 135. Mobilní část včetně interface přijímá informace z těchto dalších zařízení na vozech: dvou čidel rychlosti (akustických kol), ovládacích prvků na pultu strojvedoucího, vlakového rozhlasu, přepínačů režimů, dotekové sady kohoutu EPV (nouzové brzdy), dotekové sady kohoutu hlavního potrubí brzdiče, a předává informace, popř. povely, do těchto dalších zařízení: registračního rychloměru vizuálních a akustických indikačních prvků na pultu strojvedoucího vlakového rozhlasu. Vlaky metra jsou povinně vybaveny registračními rychloměry, na vlakových soupravách s instalovaným zařízením PA 135 se používají rychloměry výrobce VZLÚ-SPEEL Praha, typu RRM-4, kde se potřebné údaje zaznamenávají do pamětí PROM. Registruje se průběh rychlosti vztažený k ujeté dráze nebo k času, zrychlení a dále 16 logických diskrétních signálů. Vlastní mobilní část zařízení PA 135 je sestavena ze šesti bloků, umístěných ve výklopné skříni ve dvou patrech. Označení a funkce bloků: ALIMENTATION - mění vstupní jmenovité stejnosměrné napájecí napětí 72 V na řadu napětí pro napájení obvodů ATP - zajišťuje zabezpečovací funkce zařízení ATO - zajišťuje automatizační funkce zařízení CAPTATION - snímá a vyhodnocuje signály z programového pásu DCV - zajišťuje zdvojené funkce (speciálně vyvinuté pro pražské metro) DAM jedná se o diagnostický blok s mikropočítačem, s kapacitou záznamu pěti poruch, které měly za následek spuštění nouzové brzdy (EPV). Zaznamenávají se vnitřní stavy elektroniky bloků s indikací pravděpodobné příčiny zásahu EPV, tj. určení vadného obvodu nebo technologického uzlu. Záznam o poruchách lze vyvolat na displeji bloku. 2.2.1 Hlavní funkce S hlavními funkcemi zařízení PA 135 úzce souvisí tzv. režimy řízení vlaku, které může strojvedoucí zvolit pomocí přepínače režimů a kohoutu EPV. Jedná se o režimy: A) Režim automatického vedení RAV, režim s nejvyšším dosažitelným stupněm automatizace řízení vlakové soupravy, kdy je plně ve funkci automatizované vedení vlaků a kdy se činnost strojvedoucího omezuje pouze na spuštění hlášení vlakového rozhlasu (popř. uzavření dveří při jízdách do obratu), na pokyn k odjezdu vlaku od nástupiště, na otevření dveří a ovládání světel Plně fungují rovněž obvody ATP, zajišťující bezpečnost jízdy. Na tomto místě je nutné uvést, že původně měly být plně automaticky zajišťovány i funkce otevření dveří vlaku na straně nástupiště při dojezdu do stanice a ovládání světel, takto byl režim RAV vyzkoušen na prototypu zařízení PA 135. DP Metro však následně ustoupil od automatizace těchto funkcí a nechal jejich vykonávání v rukách strojvedoucích, aby zvýšil pocit jejich odpovědnosti za bezpečnost pohybu cestujících při vystupování a nastupování ve stanici. B) Režim vlakového zabezpečovače RVZ, kdy je ve funkci pouze vlakový zabezpečovač (ATP) a strojvedoucí řídí jízdu vlaku ručně včetně vykonávání všech dalších činností, jako ovládání vlakového rozhlasu apod. Z hlediska dodržování povolených rychlostí, dodržování rozestupů vlaků, respektování 20