Tendinte in modernizarea instalatiilor de siguranta a circulatiei

Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea Transporturi

Sectia Telecomenzi si Electronica in Transporturi

TENDINTE IN MODERNIZAREA
INSTALATIILOR DE SIGURANTA A CIRCULATIEI

Incepand din anii '80 pe plan mondial s-a accentuat tendinta de trecere la o noua generatie de instalatii de centralizare feroviara - instalatiile de centralizare electronica bazate pe o tehnica de calcul.
Din punct de vedere al filosofiei de realizare a instalatiei de centralizare electronica exista doua concepte unanim acceptate: principiul logicii majoritare si principiul diversitatii. Ambele moduri de abordare sunt principii probabilistice de realizare a sigurantei in functionare, ceea ce le deosebeste net de principiul clasic, fail-safe (cu siguranta intrinseca), utilizat in celelalte tipuri, anterioare, de centralizari feroviare.
Principiul logicii majoritare se bazeaza pe variantele '2 din 3' si '2 din 2'. Se utilizeaza, respectiv, trei sau doua procesoare pe care se ruleaza acelasi program. Ca principiu de siguranta se foloseste testarea reciproca a rezultatelor acestor procesoare pe diferite niveluri de evolutie ale procesului. Daca raspunsul a cel putin doua procesoare este identic, atunci operatiunea comandata este validata. La sistemul '2 din 2' (mai ieftin) invalidarea unei operatiuni duce la deranjament. La sistemul '2 din 3' datorita redundantei nu apare deranjament. In cazul invalidarii unui procesor, deciziile se iau intre procesorul ramas valid si cel de al treilea procesor. La postul central se foloseste logica '2 din 3', iar pentru supravegherea obiectelor din teren (macazuri, semnale luminoase, sectiuni izolate etc.) se foloseste logica '2 din 2' (in acest caz un deranjament afecteaza doar obiectul in cauza, iar probabilitatea de aparitie a unei defectari a obiectului din teren este mult mai mica decat probabilitatea de defectare a sistemului de calcul).
Principiul diversitatii foloseste un singur procesor, pe care se ruleaza, secvential, doua programe diferite, scrise de echipe de programatori diferite, cu tehnici de programare diferite. Software-ul de baza al aplicatiei utilizeaza un sistem ciclic de lucru, cu telegrame destul de lungi si cicluri de verificare mari. In principiu, software-ul de aplicatie se bazeaza pe transpunerea in programe a ecuatiilor booleene ale schemelor clasice cu relee. Tehnici mai recente folosesc module de software pentru secventele de program cunoscute. Din punct de vedere al hardware-ului procesorul trebuie sa aiba o mare raspundere functionala.
Ca mod de dispunere a instalatiei de centralizare in teren deosebim sisteme cu logica centrala si sisteme cu logica distribuita. Oricare dintre solutiile cunoscute de instalatie de centralizare electronica poate sa fie oferita in ambele variante.
Sistemul cu logica distribuita are contoarele de zona si interfete distribuite in teren (in cladiri speciale, in containere sau dulapuri), dar logica parcursurilor ramane la postul central. Legatura dintre postul central si unitatile distribuite in teren se face redundant (cel mai adesea, in bucla) prin cablu clasic sau prin fibra optica.
Sistemul este menit sa reduca lungimea cablurilor din cupru, sa imbunatateasca consumul de energie si sa mareasca performantele interfetelor. Avand in vedere pericolul permanent pe care il prezinta pentru calea ferata romana actiunile de vandalism si furturile, se considera ca in aceasta etapa de dezvoltare trebuie sa optam pentru solutia cu logica centrala.
Cele mai importante firme din Europa care au dezvoltat sisteme de centralizare electronica sunt (in ordine alfabetica): ADTRANZ (Suedia, sistemul EBILOCK), ALCATEL (Germania, ESTW L90), ALSTOM (Franta, ASCV si SSI), ANSALDO (Italia, ACC), DIMETRONIC (Spania, SSI si WESTRACE), SIEMENS (Germania, SIMIS C, SIMIS W), WESTINGHOUSE (Anglia, SSI, WESTRACE), GEC (Anglia, SSI).
Pe langa acestea, se mai pot mentiona si sistemele americane de centralizare electronica: VPI, dezvoltat de firma GRS (parte a firmei ALSTOM), MICROLOCK II al firmei UNION SWITCH (parte a firmei ANSALDO) si ELECTRO LOGIC al lui HARMON Industries.

Realizari romanesti de ultima ora

In statia de cale ferata Ploiesti Sud se afla in faza finala de executie o instalatie de centralizare electronica tip SIMIS W, cu interfata grafica VICOS OC 111, produsa de firma SIEMENS AG. Proiectul este finantat in intregime de Guvernul Romaniei. Termenul de punere in functiune a fost stabilit pentru prima decada a lunii aprilie 2001. In contract era prevazuta o instalatie SIMIS C, dar pe masura evolutiei proiectului s-a convenit cu partea germana ca in cadrul aceleiasi sume sa se livreze varianta modernizata SIMIS W.
In contractul initial s-a stipulat ca instalatia pentru Statia Ploiesti Sud sa aiba functionalitatea si regulile de operare ale caii ferate germane - DB AG, cu doar doua modificari. Aceasta s-a dovedit a fi o greseala din cauza marilor diferente dintre conceptele de siguranta si de operare ale celor doua cai ferate. Aceste diferente nu puteau sa fie compensate prin prevederi instructionale. Incepand din aprilie 1996 o echipa de specialisti romani a lucrat impreuna cu firma SIEMENS AG pentru rezolvarea acestor diferente, astfel ca in prezent toate aspectele divergente au fost clarificate si software-ul specific pentru Romania, al firmei SIEMENS AG, se afla in perioada de testare functionala.
Cu ocazia introducerii instalatiei de centralizare electronica de la Ploiesti Sud se promoveaza la Calea Ferata Romana noul cod de semnalizare cu trepte multiple de viteza, care respecta in totalitate prevederile fisei UIC 732 R. Noul cod de semnalizare introduce semnalizarea, separata (prin cifre luminoase - realizate pe indicatoare cu fibra optica), atat a vitezei la semnal (daca aceasta este mai mica decat viteza stabilita), cat si a vitezei prevestite pentru semnalul urmator. Noul cod introduce semnalizarea de distantare cu patru indicatii, inlocuind semnalizarea cu trei indicatii utilizata in prezent.
Sistemul conceput este perfect compatibil cu cel care functioneaza in prezent, neexistand indicatii care sa creeze confuzii. In fapt, modificarile sunt minime si foarte usor de invatat si de aplicat de catre feroviarii romani. Practic, noul cod de semnalizare reprezinta o dezvoltare a sistemului existent sau, cu alte cuvinte, este o prelungire a codului de semnalizare cu doua trepte de viteza. In urma adoptarii acestui cod de semnalizare se va renunta treptat la semnalizarea cu patru trepte de viteza, care se foloseste de aproape doua decenii, pentru situatiile speciale in care avem viteza sporita in abatere.
Semnalizarea de distantare cu patru indicatii va constitui suportul sporirii vitezei maxime de circulatie la 160 km/h si apoi la 200 km/h pe Coridorul IV, fara a modifica lungimea sectoarelor de bloc de linie, ceea ce constituie un avantaj in cazul traficului combinat.

Proiecte europene in domeniu

Pe plan european exista o initiativa a UIC - proiectul EURO-INTERLOCKING - la care s-au afiliat pana acum 16 tari, intre care si Romania, prin CNCF CFR - SA, precum si un numar mare de firme producatoare de echipament de centralizare (de la noi, ca observatori - ISAF SA, Electromagnetica SA Bucuresti si SMD Bucuresti).
Proiectul EURO-INTERLOCKING isi propune realizarea unui sistem unificat de centralizare pe o platforma comuna de specificatii tehnice. Platforma hardware ramane la latitudinea firmelor producatoare. Aceasta va permite producatorilor sa reduca substantial costurile de proiectare si de fabricatie ale instalatiilor. In acest fel, respectand specificatiile EURO-INTERLOCKING, instalatia firmei respective va putea sa fie implementata intr-un timp scurt si cu costuri reduse in oricare dintre tarile participante. Se asteapta o reducere semnificativa a costurilor si a timpilor de implementare.
Un proiect al Uniunii Europene recent finalizat la nivel de specificatii tehnice este proiectul ERTMS/ETCS (European Train Control System), realizat in ideea asigurarii interoperabilitatii pe caile ferate europene.
Calea Ferata Romana intentioneaza sa introduca ETCS nivelul I pe Coridorul IV paneuropean - Curtici-Brasov-Bucuresti-Constanta - cu ocazia reabilitarii si modernizarii pentru circulatia cu viteza de 160 km/h, pastrand in continuare si sistemul clasic INDUSI pentru trenurile care circula cu viteze de pana la 120 km/h. O prima actiune pentru introducerea ETCS nivelul I este proiectul transfrontalier Arad-Bekescsaba (Ungaria), in care sunt interesate caile ferate din Romania, Ungaria si Austria, care vor intreprinde actiuni comune pentru a-l promova.
In faza de elaborare a specificatiilor tehnice se afla si proiectul european LC-TCS (Low Cost-Train Control System), la care Calea Ferata Romana este participanta activa. Acest proiect se doreste a fi o varianta cu costuri mult mai reduse a sistemului ETCS, care sa fie utilizata pe liniile secundare.
La nivelul UE se preconizeaza integrarea proiectelor ERTMS/ETCS, EIRENE (comunicatii), LC-TCS, EUROBALISE, EURO-INTERLOCKING intr-un sistem unitar care sa permita interoperabilitatea diverselor cai ferate.
Cu sprijinul Comisiei Europene, prin acordarea de fonduri PHARE nerambursabile, se organizeaza licitatia ROMANIA PHARE RO 9604-01-02 pentru instalatii de centralizare electronica in patru statii mari: Brasov, Arad, Timisoara si Complexul Bucuresti Nord. In acest scop a fost conceputa o specificatie tehnica in care s-a cerut pentru sistemele oferite o serie de sarcini de nivel inalt care sa elimine neajunsurile si dificultatile cu care s-au confruntat administratiile de cale ferata din Ungaria, Rusia, Bulgaria si Italia, care in perioada initiala a proiectelor au avut probleme mari. La inceputul introducerii instalatiilor de centralizare electronica au avut neplaceri mari chiar si Olanda, Belgia si Elvetia, iar mai recent Finlanda. Cele mai importante cerinte sunt:

nivelul de siguranta maxim - SIL 4 - definit conform normativelor CENELEC EN 50126 pana la 50129;

'hot redundancy' pe toate nivelurile de procesare ale sistemului;

interfata om-masina de tip vital (cu un grad de siguranta);

sistemul oferit sa fi fost implementat cu succes in ultimii cinci ani in cel putin o statie de cale ferata cu mai mult de 100 de macazuri;

cerinte la cel mai inalt nivel legate de electromecanismul de macaz, de circuitul de cale, de semnalele luminoase si de semnalizarea la trecerile la nivel cu calea ferata;

timpii de raspuns la comanda obiectelor din teren, precum si la realizarea parcursurilor sa fie cel mult egali cu cei ai actualelor instalatii cu relee;

relee sa fie utilizate doar pentru comutarea tensiunilor, nu si pentru realizarea functiilor logice.

Organismele europene au facut eforturi importante pentru normalizarea unor concepte ale cailor ferate (CEN, CENELEC, ERRI, UIC), astfel incat sa existe un cadru comun de dezvoltare a acestor activitati si de armonizare a conditiilor tehnice si de siguranta ale diferitelor administratii feroviare.
In strategia dezvoltarii instalatiilor de siguranta circulatiei la Calea Ferata Romana sunt prevazute: centralizarea electronica a statiilor mari, informatizarea postului de comanda al impiegatului de miscare, inlocuirea instalatiilor electromecanice si mecanice cu instalatii de centralizare electronica simple sau instalatii CED simplificate, introducerea de numaratoare de osii pentru controlul starii de liber a liniei curente intre doua statii pe distante fara bloc de linie, modernizarea trecerilor la nivel etc.
Pe distanta Sibot-Cugir, fara bloc de linie automat, se vor introduce numaratoare de osii in cadrul unui proiect pilot oferit de firma ALCATEL, Germania. Statiile Sibot si Cugir sunt centralizate electrodinamic, dar distanta dintre statii nu este controlata. Se vor introduce doua numaratoare de osii, una in Cugir si alta in Sibot. Legatura dintre cele doua numaratoare se face pe cablul din cupru existent. In principiu, se poate utiliza si fibra optica. Numaratoarele de osii sunt cu discriminare de sens de mers. La iesirea unui tren dintr-o statie in linie curenta, numaratorul respectiv inregistreaza numarul de osii iesite si il comunica numaratorului de la intrarea in statia vecina. Linia este declarata 'ocupata'. Daca trenul intra in statia vecina cu toate osiile (deci daca numarul de osii numarate este acelasi), linia este declarata 'libera' si ambele numaratoare se reseteaza. In cazul in care dupa intrarea trenului in statie cele doua inregistrari de osii nu au coincis, linia ramane 'ocupata'.
Utilizarea CED-urilor simplificate impreuna cu numaratoarele de osii va crea premisele reducerii costurilor pentru inlocuirea actualelor instalatii mecanice de pe liniile secundare.
Informatizarea postului de comanda al impiegatului de miscare reprezinta, de fapt, comanda cu calculatorul a instalatiei de centralizare clasice, cu relee. Dintre avantajele informatizarii enumeram:

statia poate sa fie integrata informatic cu alte sisteme;

posibilitatea rapida de a atasa statia respectiva la un dispecerat feroviar;

facilitati privind numarul trenului si informatii privind compunerea trenului;

inregistrare cronologica a tranzitiilor din sistem;

facilitati privind graficul de circulatie;

facilitati de evidenta si formularistica;

facilitati de proiectare automata a sistemului;

reducerea unei cantitati de cabluri din cupru;

eliminarea releelor din schemele de selectie a parcursurilor;

marirea fiabilitatii sistemului de selectie si de afisare a parcursurilor.