ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8255| Title: | Радіомережа керування і збору даних для залізниці |
| Authors: | Гавриш, Олександр Степанович Немченкова, Олена Григорівна |
| Keywords: | конвенціальна радіомережа;системи gsm-r і tetra;хендовер;paragong3;geminig3 |
| Issue Date: | 2022 |
| Abstract: | В даній роботі розглядаються питання створення радіомережі обміну даними між стаціонарними та рухомими об'єктами, що входять до структури залізниць. Радіоканал задіюється для забезпечення повсякденного функціонування практично всіх залізничних служб. Обмін цифровою інформацією проводиться за допомогою радіомодемів. Розглянуто бортові системи, що підвищують ефективність роботи залізничного транспорту, безпеку та екологічність руху. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8255 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_ТК_Немченкова_Гавриш_2022.pdf Restricted Access | 1.66 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ
До захисту допущено
завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін
"_____" червня 2022 року
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: «Радіомережа керування і збору даних для залізниці»
Виконала студентка 5 курсу, групи ЗТК-73
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та
радіотехніка»
Освітня програма – «Телекомунікації»
Немченкова Олена Григорівна
Керівник роботи Гавриш О.С.
Рецензент
Черкаси 2022
Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітній ступінь бакалавр
Спеціальність 172 - Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Телекомунікації
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри РТРСК
д.т.н., професор Палагін В.В.
« 14 » лютого 2022 р.
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) студенту
Немченковій Олені Григорівні
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Радіомережа керування і збору даних для залізниці
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « 18 » лютого 2022 р. № 58/04
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 20 травня 2022 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи)
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______
Вступ. 1. Огляд способів управління рухом поїздів. 2. Аналіз існуючих радіотехнічних засобів.
що застосовуються у системах управління рухом на залізничному транспорті.
3. Перспективні радіотехнічні засоби для систем керування рухом на залізничному транспорті
4. Охорона праці. Висновки. Список використаної літератури
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
11 слайдів в PowerPoint
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Прізвище, ініціали та посада завдання завдання
консультанта видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач
кафедри геодезії, землеустрою,
будівельних конструкцій та
безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 14 лютого 2022 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного С т р о к в и конання Примітка
з/п проекту (роботи) етапів
проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та огляд літератури 14.02.2022
2. Огляд способів управління рухом поїздів 23.02.2022
3. Аналіз існуючих радіотехнічних засобів, що
застосовуються у системах управління рухом на
залізничному транспорті 15.03.2022
4. Вибір перспективних радіотехнічніх засобів для
систем керування рухом на залізничному
транспорті 12.04.2022
5. Розробка розділу з охорони праці 23.04.2022
6. Оформлення пояснювальної записки та плакатів 12.05.2022
Студент Немченкова О.Г.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Гавриш О.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. ОГЛЯД СПОСОБІВ УПРАВЛІННЯ РУХОМ ПОЇЗДІВ 6
1.1 Використання радіочастотного ресурсу на залізничному транспорті 6
1.2 Області застосування радіомереж управління та збору даних для
залізниць 10
1.3 Основні вимоги до радіомереж управління та збору даних для залізниць 15
2. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ, ЩО
ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ У СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ РУХОМ НА
ЗАЛІЗНИЧНОМУ ТРАНСПОРТІ 17
2.1 Переваги та недоліки системи LTE-R в порівнянні з системою GSM-R 17
2.2 Системи управління залізничним рухом у Європі 20
2.3 Системи управління залізничним рухом в Азії, Африці та Австралії 23
2.4 Системи управління залізничним рухом в Україні та інших державах
СНД 27
3. ПЕРСПЕКТИВНІ РАДІОТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ ДЛЯ СИСТЕМ
КЕРУВАННЯ РУХОМ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ ТРАНСПОРТІ 40
3.1 Обладнання і стандарти радіозв'язку, що застосовується на залізниці 40
3.2 Можливості конвенційних радіомереж обміну даними у складі системи
управління рухом на залізничному транспорті 50
3.3 Радіотехнічний комплекс, призначений для організації радіомережі
обміну даними 59
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 68
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в дослідницькій
лабораторії при створенні проекту радіомережі 68
4.2 Способи захисту працівників лабораторії від ураження електричним
струмом 73
ВИСНОВКИ 81
ЛІТЕРАТУРА 83
Вступ
Наявність якісного радіозв'язку – обов'язкова умова організації перевезень
на високошвидкісних залізничних магістралях (ВСМ). Сучасні системи
управління рухом поїздів ВСМ використовують як голосовий радіозв'язок, так і
передачу даних інформаційно-керуючих систем (ІКС). Забезпечення надійного
радіозв'язку при експлуатаційних швидкостях руху поїздів до 400 км/год є
нетривіальним завданням, оскільки практичний досвід експлуатації сучасних
систем рухомого зв'язку на таких високих швидкостях, на яких можливий
негативний вплив ефекту Доплера, а також виникнення проблем передачі
з'єднання (хендовера), поки що недостатній.
Для забезпечення вирішення всіх завдань, пов'язаних з обміном
інформацією між наземною інфраструктурою та рухомим складом ВСМ,
залізничний радіозв'язок має включати:
• цифрові системи технологічного радіозв'язку (ЦСТР): основна - стандарту
GSM-R, резервна – стандарту DMR;
• систему технологічного ремонтно-оперативного радіозв'язку (РОРЗ) на базі
мереж рухомого зв'язку комерційних операторів: за даними радіомережами
може передаватися лише інформація, не пов'язана з безпекою руху поїздів;
• цифрову бездротову систему передачі даних (БСПД) для ІКС.
В різних країнах застосовують різні підходи, радіочастотні ресурси і
системи зв'язку для організації радіозв’язку на залізниці. Тому питання організації
радіомережі керування і збору даних для залізниці є актуальним і вимагає пошуку
компромісів між ефективними існуючими рішеннями і техніко-економічними
можливостями її впровадження.
Мета роботи полягає у виборі сучасного рішення організації радіомережі
керування і збору даних для залізниці та обґрунтуванню використання технічних
засобів, що входять до її складу.
Для досягнення мети потрібно вирішити такі завдання:
• розглянути вимоги до радіомереж управління та збору даних для залізниць;
• провести аналіз частотних ресурсів, призначених для побудови систем
управління рухом та забезпечення безпеки на залізничному транспорті;
• огляд технічних характеристик обладнання радіозв'язку, що
використовується і планується до застосування на залізничному транспорті
в різних країнах;
• провести порівняльний аналіз конвенціональних мереж стандарта DMR,
мереж GSM-R і TETRA;
• обрати стандарт для реалізації радіомережі керування і збору даних для
залізниці;
• обрати з поміж існуючих рішень технічну реалізацію радіомережі обміну
даними для системи управління рухом на залізничному транспорті;
• розглянути характеристики і функціональні можливості радіомодемів для
обраного стандарту.
1. ОГЛЯД СПОСОБІВ УПРАВЛІННЯ РУХОМ ПОЇЗДІВ
1.1 Використання радіочастотного ресурсу на залізничному транспорті
Послідовний розвиток рухомого складу та залізничної інфраструктури в
умовах збільшеної інтенсивності перевезень зумовило необхідність докорінного
перегляду способів управління рухом поїздів, що застосовуються в даний час, з
урахуванням забезпечення необхідного рівня безпеки. У зв'язку з цим за кордоном
були розроблені та прийняті цільові програми, що передбачають впровадження
сучасних методів управління рухом, що використовують останні досягнення у
галузі мікропроцесорної техніки, засобів навігації та радіозв'язку. Виходячи з
практичного досвіду можна визначити цілу низку вимог до цих систем. До них
відносяться, наприклад, виконання технічних вимог, щоб можна було виявляти
поїзда, що стоять нерухомо і рухаються, а також їх цілісність згідно зі
стандартами безпеки CENELEC аж до SIL 4 [1].
Швидкодія систем виявлення поїздів також є важливим фактором. Це
особливо має значення у контексті залізничних переїздів. Просторова точність, з
якою поїзда реєструються на пункті, грає роль, наприклад, на залізничних
станціях та при маневрових роботах. Можливості для виявлення та надсилання
повідомлень при зламах рейок також набувають все більшого значення.
Автоматично керовані механізми та інтелектуальні функції, які виконують
повторювані дії, можуть запобігти людським помилкам. До інших вирішальних
факторів відносяться висока експлуатаційна готовність, простота технічного
обслуговування, приваблива структура витрат та мінімізація ризиків для
персоналу. Те, яку систему врешті-решт вибере оператор залізниці завжди
залежить від його стратегічних вимог. З урахуванням різноманіття факторів
навряд чи можна очікувати, що одна-єдина система зможе оптимально об'єднати у
собі всі параметри. Швидше, кожне рішення відрізняється певними перевагами –
навіть якщо метою всіх розробок має бути задоволення максимальної кількості
вимог. Актуальність цього завдання для ПАТ «Укрзалізниці» та підприємств
промислового залізничного транспорту також не викликає жодних сумнівів.
Нині у сфері забезпечення роботи залізничного транспорту застосовуються
різні бездротові засоби зв'язку й обміну даними, інформацію про які представлено
в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1
Використання радіочастотного ресурсу і систем зв'язку в інтересах різних задач
на залізничному транспорті
Область застосування США, Канада Європа Україна
Диспетчеризація руху
220 МГц/GSM/
поїздів на магістральних GSM/GSM-R GSM/GSM-R/TETRA
CDMA
та високочастотних лініях
Окремі проекти на
Диспетчеризація 220 МГц/GSM/
GSM/TETRA основі застосування
малодіяльних ліній CDMA
супутникового зв’язку
Диспетчеризація 220 МГц/GSM/
GSM-R GSM/GSM-R/ TETRA
рухомого складу CDMA
Диспетчеризація
220 МГц/GSM/
ремонтних робіт на GSM-R GSM
CDMA
інфраструктурі
Моніторинг небезпечних GSM для окремих
GSM/CDMA GSM
вантажів категорій вантажів
GSM-R (активно
опрацьовується
Інтервальне регулювання 160 МГц DMR/GSM-
220 МГц, Wi-Fi можливість переходу
руху поїздів (ІРРП) R
на IP поверх GSM-R/
TETRA/LTE)
Автоматизація маневрової 160 МГц/DMR/GSM-
220 МГц/Wi-Fi 220 МГц
роботи R/TETRA
Сьогодні виділені безпосередньо для потреб ПАТ «УЗ» частотні ресурси,
призначені для побудови систем управління рухом та забезпечення безпеки,
розподіляються приблизно так:
• 2 МГц - резервуючий радіоканал систем управління сполучених та
великовагових поїздів;
• 160 МГц — радіоканали систем керування сполучених та великовагових
поїздів, станційних систем передачі даних на малодіяльних ділянках,
резервуючий канал при використанні в системах керування радіомережами
загального користування;
• 460 МГц – системи управління маневровими локомотивами на станціях;
• 900/1800 МГц - поїзний радіозв'язок та ІРРП на швидкісних та
високошвидкісних ділянках;
• 1800, 2400 МГц - станційні високошвидкісні мережі передачі даних для
інформаційно-керуючих систем, організації відеоспостереження.
Діапазон УКХ (160 та 460 МГц) задіюється для забезпечення повсякденного
функціонування практично всіх залізничних служб. Обмін цифровою
інформацією в цьому діапазоні на користь вирішення завдань збору даних та
дистанційного управління у складі технологічних радіомереж або по виділених
каналах зв'язку, що обслуговує функціонування автоматизованих інформаційно-
керуючих систем різного призначення, проводиться за допомогою радіомодемів.
У ПАТ «УЗ», на промисловому залізничному транспорті України та за кордоном
за останні кілька десятків років із залученням радіомодемів добре відпрацьовані
такі функціональні завдання (рисунок 1.1):
• моніторинг стану гальмівної системи залізничного складу та контроль
відриву вагона;
• керування об'єктами електропостачання залізничного транспорту;
• моніторинг навколишнього середовища та забезпечення безпеки;
• забезпечення функціонування засобів залізничної автоматики та
телемеханіки (ЗАТ);
• дистанційне керування маневровими роботами на станціях;
• інтервальне регулювання руху та диспетчерське управління на станціях та
перегонах.
Рисунок 1.1 – Бортові системи, що підвищують ефективність роботи залізничного
транспорту, безпеку та екологічність руху
Такі широкі області застосування радіомодемів на залізничному транспорті
визначені технічними можливостями та особливостями технології, що
використовуються при їх створенні, до яких відносяться:
• надійність середовища передачі (лінія передачі не зазнає механічних
пошкоджень та руйнівного впливу навколишнього середовища, а його якість
контролюється відповідними державними органами);
• значно більша порівняно з вищими частотними діапазонами дальність
передачі даних і, відповідно, простіша інфраструктура створюваної за допомогою
радіомодемів технологічної радіомережі при прийнятних швидкостях обміну
даними;
• можливість формування радіомережі підвищеної надійності;
• велика оперативна зона з можливістю її розширення за рахунок
ретрансляції сигналу (окремі реально розгорнуті на території України
радіомережі збору даних та управління мають суцільну зону покриття вздовж
розподіленого об'єкта шириною кілька десятків та загальною довжиною кілька
тисяч кілометрів);
• застосування детермінованих протоколів обміну даними, що підтримують
роботу у близькому до реального масштабу часу та забезпечують гарантовану
доставку даних у встановлені регламентом роботи радіомережі терміни;
• відносно невеликий час доступу до каналу передачі даних, що забезпечує
незначні та прийнятні для більшості автоматизованих систем управління
затримки в доставці даних, що використовують радіомережу;
• висока безпека даних, що циркулюють у технологічній радіомережі
(застосовані технології забезпечують захист від придушення, перехоплення або
несанкціонованого доступу до роботи у складі технологічної радіомережі);
• відносно низька вартість створення та експлуатації;
• незалежність від «чужої» інфраструктури зв'язку та можливість розвивати
її виходячи з реальних вимог (радіомережа належить власне користувачеві,
параметри її роботи та оперативна зона можуть змінюватися ним самостійно);
• сумісність з різнорідним обладнанням збору та обробки даних за широко
застосовуваними та детально відпрацьованими інтерфейсами;
• простота переміщення та оперативність розгортання;
• можливість надійної експлуатації у жорстких умовах практично у всіх
кліматичних зонах.
1.2 Області застосування радіомереж управління та збору даних для
залізниць
На перших залізницях, коли між станціями не було засобів зв'язку для
передачі повідомлень про відправлення та прибуття поїздів, їх рух здійснювали за
таким принципом: один поїзд від іншого, що рухається в тому ж напрямку,
відокремлювали проміжком часу. При такому способі затримка поїзда в дорозі
створювала небезпеку наїзду на нього складу, що йде позаду. Зі зростанням
інтенсивності руху поїздів було вироблено правило, за яким на перегоні повинен
перебувати лише один поїзд, для чого між станціями, що обмежують перегони,
були влаштовані лінії зв'язку для передачі відомостей про відправлення та про
прибуття поїздів, а також для узгодження черговості їх пропуску по перегону.
В даний час регулювання та безпека руху поїздів по перегонах та станціях
забезпечується залізничними системами автоматики та телемеханіки. Спочатку
основною метою впровадження вищевказаних систем було збільшення
пропускної здатності залізничних ліній та станцій, переробної здатності
сортувальних вузлів, а також підвищення продуктивності та безпеки залізничного
транспорту. З цією метою на залізничному транспорті було створено систему
інтервального регулювання, що використовує комплекс технічних засобів ЗАТ, до
складу якого входять різні пристрої сигналізації, централізації та блокування
(СЦБ).
Сучасний технічний комплекс інтервального регулювання руху поїздів
(ІРРП) складається із трьох підсистем: пристроїв на перегоні, на станції та на
ділянці, обладнаній диспетчерською централізацією. До основних засобів
інтервального регулювання руху поїздів відносяться: автоматичне блокування
(АБ) - у складі диспетчерської централізації або самостійно; напівавтоматичне
блокування (НАБ) для ділянок із неінтенсивним рухом; автоматична локомотивна
сигналізація (АЛС); автоматична переїзна сигналізація (АПС) та автошлагбауми.
Автоматичне блокування нині є найдосконалішим засобом регулювання
руху поїздів. При автоблокуванні залізничні колії перегону діляться на блок-
ділянки за допомогою ізолюючих стиків, біля яких встановлюються прохідні
світлофори, що автоматично діють, пов'язані між собою рейковими ланцюгами
(РЦ). Довжина блок-ділянки дорівнює відстані між суміжними світлофорами,
причому вона повинна бути не меншою за гальмівну колію при службовому
гальмуванні поїзда, що рухається з максимальною дозволеною швидкістю, і
становить 1000–2600 м. При тризначному автоблокуванні кожен світлофор може
подавати один із трьох сигналів: зелений дозвільний рух, коли попереду вільні не
менше двох блок-ділянок; жовтий - дозволяє рух з обмеженою швидкістю
(попереду вільна тільки одна блок-ділянка); червоний - заборонний рух (поїзд має
зупинитися перед світлофором). Інтервал часу між поїздами за цієї системи
становить 8–10 хв.
Управління технічними засобами ІРРП сьогодні проводиться по провідних
каналах обміну даними, оскільки прийнято вважати, що провідні засоби зв'язку та
обміну даними є найбільш надійними. Вони дозволяють оперативно передавати
інформацію на великі відстані, а відпрацьовані і освоєні сучасні технології у
зв'язку значно спрощують цей процес. У загальному випадку волоконно-оптичний
або мідний кабель, який служить для передачі даних, має досить високий захист і
може експлуатуватися протягом тривалого часу. А ось бездротовий зв'язок між
об'єктами на земній поверхні організовується з використанням як середовище
передачі атмосфери, яке, на відміну від кабелю, не можна «побачити і помацати»,
а тому вважати надійним. Але саме середовище передачі стає найслабшою
ланкою провідних систем технологічного зв'язку порівняно з бездротовими.
Кабельна система - це штучний об'єкт, який призначений для тривалої
експлуатації та постійно піддається впливу навколишнього середовища. А
природа завжди бере своє: сезонні підтоплення часто призводять до зниження
характеристик кабелю або порушення зв'язку, прокладені в потернах кабелі
піддаються атакам гризунів і можуть бути легко пошкоджені при проведенні
робіт, повітряні лінії зв'язку рвуться внаслідок зледеніння. Навіть пожежобезпечні
кабелі підтримують поширення вогню між приміщеннями та закритими зонами.
Згодом кабель втрачає характеристики в результаті старіння матеріалів, з яких він
виготовлений. Пошук та усунення несправностей у розподіленій кабельній мережі
пов'язані з серйозними труднощами та витратами зусиль та часу, оскільки при
цьому недостатньо просто визначити місце аварії, необхідно отримати доступ до
нього. У разі техногенних аварій або природних катастроф кабельні системи
виявляються найбільш вразливими.
Так, під час землетрусу в Новій Зеландії у 2016 році першими було
повністю виведено з ладу волоконно-оптичні лінії зв'язку. Це зумовлено
особливостями, пов'язаними з вимогами щодо їх прокладання, що забезпечують
мінімальні втрати при передачі інформації. Кабельні лінії зв'язку на мідних
кабелях постраждали меншою мірою, але завдані збитки не дозволили
продовжити їх подальшу експлуатацію без серйозних ремонтно-відновлювальних
робіт. Тому відповідальні об'єкти були переведені на резервні бездротові мережі
зв'язку, а технологічні радіомережі обміну даними, що використовувалися,
продовжували експлуатуватися як основні, на окремих об'єктах — після
незначних ремонтно-відновлювальних робіт.
Не слід забувати, що провідні засоби зв'язку неможливо широко
використовувати при підключенні рухомого складу.
Середовище передачі даних технологічних радіомереж є природним і
вимагає зусиль і витрат за підтримку її характеристик. Природні умови практично
не впливають на робочі параметри таких радіомереж, які залишаються
стабільними протягом усього періоду експлуатації як у звичайній обстановці, так і
в надзвичайних ситуаціях. Порядок використання радіочастотного спектра
контролюється державою, що дозволяє застосовувати технологічну радіомережу
обміну даними у відповідальних системах як основну або резервну.
Інфраструктура залізничного транспорту належить до категорії критично
важливих об'єктів. У зв'язку з цим надійність і живучість є найважливішими
вимогами до засобів обміну даними, що застосовуються для забезпечення
функціонування системи управління нею. Це повною мірою відноситься до
перспективної командної радіомережі обміну даними між стаціонарними та
рухомими об'єктами, що входять до структури залізниць.
Таким чином, з технічної точки зору технологічна мережа обміну даними є
найбільш ефективним інструментом для забезпечення функціонування
автоматизованих систем різного призначення на залізничному транспорті і
фактично єдиним для віддаленого підключення рухомого складу.
1.3 Основні вимоги до радіомереж управління та збору даних для
залізниць
При створенні радіомереж управління та збору даних для залізниць повинні
враховуватися такі основні вимоги:
• реалізація можливості наскрізної автоматизації технологічного процесу
вантажних та пасажирських перевезень з використанням радіомережі за рахунок
організації роботи рухомих та стаціонарних користувачів у єдиному
радіочастотному діапазоні;
• забезпечення адекватного рівня безпеки технологічного процесу
залізничних перевезень за рахунок досягнення відповідного рівня надійності та
живучості радіомережі, що вирішується;
• формування єдиного інформаційного простору для всіх учасників
технологічного процесу залізничних перевезень за рахунок інтеграції радіомережі
в діючу систему управління та зв'язку;
• переважне використання технічних рішень, що мають мінімальну сукупну
вартість володіння та дозволяють максимально скоротити вартість експлуатації
програмно-технічних засобів та обладнання зв'язку за рахунок застосування не
обслуговуючої апаратури та організації віддаленого адміністрування;
• адаптація та використання сучасних технічних та технологічних рішень,
що позитивно зарекомендували себе у суміжних галузях та дозволяють підвищити
ефективність роботи та конкурентоспроможність підприємства залізничного
транспорту;
• можливість впровадження централізованої та розподіленої схем
управління та збору даних, що дозволяють максимально знизити експлуатаційні
витрати за рахунок застосування переважно не обслуговуючого радіотехнічного
обладнання та максимального скорочення участі персоналу у підтримці
працездатності радіомережі;
• реалізація можливості поетапного розгортання радіомережі та її
розширення без модифікації спочатку використаних засобів за рахунок
застосування типових інтерфейсів та єдиного протоколу обміну даними;
• забезпечення високої конкурентоспроможності використовуваних
розробки і створення радіомережі технологічних рішень з допомогою освоєння
виробництва радіотехнічного устаткування на підприємствах України.
2. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ, ЩО
ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ У СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ РУХОМ НА
ЗАЛІЗНИЧНОМУ ТРАНСПОРТІ
2.1 Переваги та недоліки системи LTE-R в порівнянні з системою GSM-R
Основна частина перспективних європейських розробок, що стосуються
управління залізничним транспортом, передбачає використання системи зв'язку
LTE-R, яка має замінити діючі системи GSM-R у період 2025–2030 років [2].
Таблиця 2.1
Порівняльні технічні характеристики обладнання зв’язку стандартів
GSM-R та LTE-R
Характеристика GSM-R LTE-R
Робоча частота 876–880, 921–925 МГц 450 і 800 МГц, 1,4 і 1,8 ГГц
Пропускна здатність
200 кГц 1,4–20 МГц
радіоканалу
Максимальна швидкість
172 кбіт/с 10/50 Мбіт/с
обміну даними
Підтримка IP-протоколу Ні Так
Вид модуляції, метод доступу QPSK, 16-QAM, 64-QAM
GMSK, TDMA
до каналу зв’язку (OFDM, SCFDMA)
Пікова спектральна
0,33 бит/с/Гц 2,55 бит/с/Гц
ефективність
Максимальний радіус дії
8 км 4–12 км
однієї соти
Потрібне з’єднання по Комутація пакетів, трансляція
Передача даних
голосовому каналу даних по протоколу UDP
Передача даних в пакетному Ні (лише послідовний потік Обмежені можливості (по
режимі даних) протоколу UDP)
Рознесений прийом (MIMO) Ні 2×2
Надійність естафетної
передачі користувачів між
≥ 99,5% ≥ 99,9%
сусідніми базовими станціями
(хендовер)
Варіант реалізації Програмними засобами (без
Технічними засобами
«хендовера» втрати даних)
Допустима максимальна
500 км/ч 500 км/ч
швидкість руху поїзда
Стан Серійне виробництво Розробка
Планується використовувати
Позиціонування на ринку Узгодження стандарту
до 2030 року
Порівняльні технічні характеристики обладнання зв'язку стандартів GSM-R
та LTE-R представлені у таблиці 2.1.
В таблиці 2.1 наведена терсінологія:
• UDP (англ. User Datagram Protocol - протокол користувальницьких
датаграм) - один із ключових елементів TCP/IP, набору мережевих
протоколів для Інтернету. З UDP комп'ютерні програми можуть надсилати
повідомлення (в даному випадку так звані датаграм) іншим хостам по IP-
мережі без необхідності попереднього повідомлення для установки
спеціальних каналів передачі або шляхів даних. Протокол був розроблений
Девідом П. Рідом у 1980 році та офіційно визначений у RFC 768. Протокол
не передбачає підтвердження абонентами отриманих повідомлень.
• MIMO (Multiple Input Multiple Output) - метод просторового кодування
сигналу, що дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, в якому
передача та прийом даних здійснюється системами з декількох антен.
У базових системах зв'язку GSM-R та LTE-R робота користувачів
допускається лише через базову станцію. Незважаючи на те, що така
централізація управління радіомережею є дуже корисною, деякі прикладні
завдання на залізничному транспорті вимагають організації зв'язку за принципом
«кожний з кожним». Для цього в перспективній системі зв'язку LTE-R
передбачається реалізувати режим LTE ProSe (Proximity Services), який дозволить
абонентам радіомережі LTE-R безпосередньо з'єднуватися один з одним.
Слід зазначити, що цей режим буде доступний лише в окремих робочих
піддіапазонах системи зв'язку LTE-R. У США для цих цілей виділено діапазон
788–798 МГц, а в Південній Кореї — 703–748 МГц.
Вихідна потужність терміналів LTE-R становить для європейської зони 200
мВт та 1 Вт для США. В результаті дослідницьких випробувань, проведених у
Бонні у 2014 році фахівцями компаній Deutsche Telecom (Німеччина), Huawei
(Китай) та Qualcomm (США), встановлено, що максимальна дальність зв'язку
терміналів LTE-R під час роботи в режимі «кожний з кожним» склала 550 м на
відкритій місцевості, 350 м в умовах міста за наявності прямої радіовидимості та
170 м у міських умовах за відсутності прямої радіовидимості (робота за відбитим
сигналом). Оскільки дослідницькі випробування проводилися на підвищеній
вихідній потужності, фахівці, які їх виконували, вважають, що максимальна
дальність роботи терміналів LTE-R в реальній обстановці буде істотно меншою.
Система зв'язку LTE-R є інтегрованою, тому передбачається, що вона
надаватиме послуги голосового зв'язку та обміну даними для всіх додатків, що є
на залізничному транспорті, включаючи перспективний — так званий варіант
«Інтернет інтелектуальних поїздів». Цей додаток передбачає організацію
підключення до Інтернету всіх залізничних додатків, зокрема додатків пасажирів.
За оцінкою зарубіжних фахівців, для обслуговування даного додатка знадобиться
пропускна здатність, що дорівнює 3,6 ГГц (передбачається, що потрібно
забезпечити одночасну роботу 130-180 користувачів, половина з яких
дивитиметься відео з високою роздільною здатністю). При організації
двостороннього обміну, наприклад проведення відеоконференції, ці потреби
подвоюються до 7,2 ГГц, що не може бути забезпечено перспективної системою
зв'язку LTE-R, що має пропускну здатність 20 МГц. Вважається, що така задача
може бути вирішена лише системами зв'язку 5G або mmWave/sub-mmWave, що
працюють у діапазонах 28 та 300 ГГц відповідно.
Реальні потреби у пропускній здатності систем управління рухом поїздів
суттєво скромніші та вимірюються кілогерцами. Однак обмін даними в таких
системах має бути строго детермінованим, а робота організована в режимі
реального часу, що не забезпечується перспективними системами зв'язку і обміну
даними загального користування.
2.2 Системи управління залізничним рухом у Європі
Створення перспективної системи управління рухом у Європі ведеться у
рамках програми CBTC (Communications-based train control), що передбачає
автоматизацію технологічних процесів у трьох основних сферах: безпека,
управління та контроль руху поїзда. Система повинна виконувати безперервне
автоматизоване керування поїздом на основі збору поточних даних про його
місцезнаходження та параметри руху, а також постійного інформаційного обміну
між пунктом диспетчерського керування, поїздами та ЗАТ. Програма передбачає
можливість організації руху поїздів в автоматичному режимі без участі машиніста
у процесі керування поїздом на перегонах або на всій ділянці руху.
Схеми реалізації автоматизованого управління рухом залізничного
транспорту представлені на рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 - Схеми реалізації управління рухом залізничного транспорту
Основна мета реалізації програми CBTC — збільшення пропускної
здатності залізниць за рахунок скорочення інтервалів руху між поїздами, що
йдуть в одному напрямку.
Традиційна система управління рухом передбачає поділ маршруту на блок-
ділянки та визначення розташування поїзда по прив'язці до них. Дані про
місцезнаходження транслюються рейковими ланцюгами. Таким чином, інтервал
попутного проходження визначається протяжністю блок-ділянок, як зазначено на
схемі. У зарубіжній літературі системи управління, що використовують описаний
принцип, називаються системами управління рухом з фіксованими ділянками.
В системі CBTC інтервал попутного прямування визначається
максимальною довжиною гальмівної колії між двома попутними поїздами, який
встановлюється з незначним резервом, що забезпечує необхідний рівень безпеки,
як зазначено на схемі. Система автоматизованого управління безперервно
отримує інформацію про параметри руху поїздів попутного маршруту та
встановлює між ними безпечний інтервал руху, довжина якого змінюється
залежно від реальних умов.
Як складова частина CBTC може розглядатися проект ERTMS (European
Railway Traffic Management System), що передбачає створення єдиної
загальноєвропейської системи управління пристроями сигналізації, централізації
та блокування, що використовує для роботи систему зв'язку GSM-R.
Хоча проект ERTMS обіцяє значні вигоди для залізничної галузі, він поки
що не отримав належного розвитку. Роботи з проекту продовжуються, однак як
основна причина затримок у реалізації називають високу вартість системи зв'язку
GSM-R, неприйнятну для більшості учасників даного проекту.
Найбільш далеко в реалізації даного проекту просунулися Данія, Бельгія,
Нідерланди, Люксембург, Італія, Іспанія та Австрія. Німеччина, Франція та інші
країни Європейського Союзу нині розробляють плани заходів, вкладених у
прискорення реалізації проекту.
У Данії підготовлено план реалізації проекту до 2023 року в обсязі всієї
залізничної мережі країни. Загальна вартість проекту оцінюється у 2,6 млрд євро.
Враховуючи загальну довжину залізниць країни, що становить 3181 км, середня
вартість оснащення 1 км колії перевищує 815 тис. євро.
У Бельгії реалізація проекту ведеться з 2009 року лише на швидкісних
лініях від Брюсселя до кордону з Німеччиною та Нідерландами. У 2010 році
ухвалено рішення про розповсюдження проекту на всю залізничну мережу,
довжина якої складає 3374 км. Загальна вартість проекту оцінюється в 2 млрд.
євро, або близько 592 тис. євро на 1 км шляху.
У Голландії розроблено план оснащення засобами ERTMS усіх
міжнародних та найбільш сильно завантажених внутрішніх залізничних колій до
кінця 2030 року. Наразі проект реалізовано на 10% цих шляхів, а технічними
засобами оснащено 20% рухомого складу. Розрахункова вартість завершення
реалізації проекту становить 2,3 млрд. євро, або 884,6 тис. євро на 1 км.
У 1999 році в Люксембурзі було ухвалено рішення про реалізацію проекту
на всій залізничній мережі загальною довжиною 300 км до кінця 2017 року.
Загальна вартість обладнання СЦБ для даного проекту склала 70 млн євро, або
233 тис. євро на 1 км шляху.
Повідомляється про те, що значні фінансові кошти витрачені на реалізацію
проектів по програмі, що розглядається в Італії та Іспанії, проте конкретні цифри
вкладень не розкриваються.
У період 2009-2013 років в Австрії засобами ERTMS оснащено близько 500
км залізничних колій. Витрати лише на придбання обладнання склали 80 млн.
євро, або 160 тис. євро на 1 км шляху.
Слід зазначити, що для зв'язку в напрямах «поїзд-станція» та «поїзд-поїзд»
у європейських країнах використовуються різні засоби, а система зв'язку GSM-R
не стала галузевим стандартом.
У грудні 2017 року австрійська компанія Kapsch CarrierCom та угорська
Hungary's MVM OVIT National Power Line завершили чотирирічний проект
загальною вартістю 46 млн євро щодо створення системи зв'язку GSM-R для
угорських залізниць. Створена система охоплює ділянку загальною довжиною 300
км із наявних 7800 км, що становить 3,8%. Таким чином, виважена вартість
оснащення системою зв'язку GSM-R 1 км колії становить 153,5 тис. євро.
Компанія Kapsch CarrierCom займає 52% ринку GSM-R у Європі. За заявою
її спеціалістів, засобами компанії оснащено близько 35 тис. км. залізничних колій.
Таким чином, загальна довжина оснащених обладнанням GSM-R залізничних
колій у Європі може становити 67 тис. км, або 25% загальної протяжності
(близько 260 тис. км). Зважаючи на заявлений термін життя системи зв'язку GSM-
R, можна вважати малоймовірним її подальше активне впровадження.
2.3 Системи управління залізничним рухом в Азії, Африці та Австралії
Найбільш активно роботи з впровадження систем управління рухом
залізничного транспорту з використанням радіоканалу ведуться у Китаї. У 2007
році компанія Nokia Siemens Networks уклала контракт із Міністерством залізниць
Китаю для реалізації системи GSM-R для запланованої пасажирської лінії між
містами Ухань та Гуанчжоу на півдні країни. Проте в основній масі виконаних і
реалізованих в даний час проектів застосовується система зв'язку GSM-R,
виробництво якої освоєно китайською компанією Huawei Technologies, що
спеціалізується на системах стільникового зв'язку загального призначення.
Виконані проекти Huawei Technologies включають:
• залізницю, що сполучає центр Шанхая з аеропортом (рух поїздів на
швидкості до 430 км/год);
• залізницю Дацин (провінція Шансі) - Ціньхуандао (провінція Хебей)
загальною довжиною 670 км. Місцевість між кінцевими пунктами винятково
складна, в основному гори і пагорби, а також близько 60 тунелів загальною
протяжністю 48 км, з найдовшим з них — 8,4 км. Ємність мережі — 5000
абонентів та 1000 користувачів GPRS;
• швидкісну магістраль Гуандун – Шеньчжень – Гонконг завдовжки 115 км,
одну з найбільших високошвидкісних ліній у світі, де швидкість поїздів досягає
350 км/год;
• найдовшу залізницю в Китаї Пекін – Гонконг завдовжки 2364 км;
• залізницю Пекін – Ченду – Ухань з кільцевою структурою завдовжки
понад 800 км.
Активні роботи зі створення системи керування поїздами проводяться в
Індії. Однак ці роботи мають обмежені цілі та спрямовані насамперед на
підвищення безпеки руху за проектами TCAS (Train Collision Avoidance System)
та ATP (Automatic Train Protection).
Система управління включає бортове обладнання локомотива та станційне
обладнання, зв'язок між якими організовується на відстані не менше 3000 м. До
складу системи входить також обладнання для підлоги. Передбачається, що для
запобігання зіткненню система повинна автоматично регулювати швидкість руху
поїзда засобами вбудованої системи керування гальмуванням.
Створювана система передбачає реалізацію наступних функцій:
• запобігання лобовим зіткненням (Head On Collision Prevention);
• запобігання зіткненням при попутному слідуванні (Rear End Collision
Prevention);
• запобігання бічних зіткненням (Side On Collision Prevention);
• трансляція сигналу тривоги з поїзда та станції;
• автоматичне увімкнення звукового сигналу при наближенні до переїзду.
Рисунок 2.2 – Зовнішній вигляд робочого макета бортового комплексу системи
керування поїздами індійських залізниць на етапі впровадження
Обмін даними в системі управління проводиться по каналах зв'язку та
обміну даними УВЧ-діапазону з використанням радіомодемів Guardian, що
серійно випускаються. Робота організована у дуплексному режимі.
Застосовуються дуплексні базові станції підвищеної надійності та живучості зі
100%-вим дублюванням. Розробник виконав доопрацювання устаткування,
спрямовану скороченню затримок у передачі даних, що виникають з організації
зв'язку, з 40 до 30 мс. Довжина пакета даних, що передаються з локомотива,
становить 512 біт.
Загальний вигляд робочого макету бортового комплексу системи керування
поїздами індійських залізниць показано на рисунку 2.2. Зовнішній вигляд
радіомодему Guardian представлений на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 – Зовнішній вигляд радіомодему Guardian
Основні технічні характеристики радіомодему Guardian відображені у
таблиці 2.2. Обладнання Guardian має вбудовану діагностику та дозволяє
організувати автоматичний збір даних про поточний технічний стан у реальному
масштабі часу. Діагностична інформація передається з кожним повідомленням,
що надсилається. Для її отримання не потрібно окремого запиту, оскільки дані
надходять у режимі OOB (Out-of-band), не завантажуючи радіоканал і не
вимагаючи надсилання окремого запиту про технічний стан та відповіді на нього.
Таблиця 2.2
Основні технічні характеристики радіо модему Guardian
Радіомодем Guardian-100/200/400/900
Характеристика ДВЧ УВЧ 900 МГц
406–470
Діапазон частот, МГц 136–174 215–240 928–960
450–512
Крок сітки частот, кГц 25 або 12,5 (налаштовується програмно)
9K55F1D, 9K35F1D, 11K6F1D, 14K6F1D,
Тип випромінювання
16K4F1D
прийом, мА 360 (10 В); 200 (20 В); 150 (30 В)
Споживаний передача 40 дБм (10 Вт), А 4,6 (10 В); 2,04 (20 В); 1,37 (30 В)
струм:
передача 30 дБм (1 Вт), А 1,2–3,6 (10 В); 0,6–1,8 (20 В); 0,4–1,2 (30 В)
Номінальна затримка при холодному старті, с 20
Робоча напруга, В 10–30 (постійний струм)
Робоча температура, °C –30…+60
Температура зберігання, °C –45…+85
Вологість, % 5–95 (без утворення конденсату)
Габаритні розміри, см (ш×г×в) 13,97×10,80×5,40
Маса (в упаковці), кг 1,1
Симплекс, Симплекс,
Робочий режим
напівдуплекс, дуплекс напівдуплекс
Приймач
–100 (19,2 кбіт/с), –107 (9,6 кбіт/с), –110 (4,8
Чутливість (ймовірність 25 кГц
кбіт/с)
помилки 1×10-6), дБм: 12,5 кГц –107 (9,6 кбіт/с), –110 (4,8 кбіт/с)
Придушення перешкод сусіднім каналом, дБ 60/12,5 кГц; 70/25 кГц
Інтермодуляція, дБ > 75
Вибірковість, дБ > 70/25 кГц; > 60/12,5 кГц
Передавач
64 (406,1–470) 32
Смуга пропускання без підстроювання, МГц 38 38
62 (450–512)
Вихідна потужність при напрузі 13,6 В, Вт 1–10 1–8
Час атаки, мс < 1
Одна з найсучасніших схем управління рухом поїздів на промисловому
залізничному транспорті реалізована в автоматизованій системі диспетчерського
управління та інтервального регулювання, створеної для компанії Ріо Тінто
(Австралія). АСУ забезпечує автоматичне ведення поїзда без участі машиніста з
дистанційним керуванням параметрами руху з об'єднаного центру
диспетчерського керування на залізничній мережі загальною довжиною понад
1800 км. Технологічна мережа обміну даними функціонує на швидкості 64 кбіт/с з
використанням радіомодемів ParagonG3 (базова станція) і GeminiG3 (рухомий
об'єкт). Базові станції підключені до центру диспетчерського управління з
волоконно-оптичного каналу зв'язку. До центру управління надходять відомості
про параметри руху та технічний стан поїздів, інформація про технічний та
оперативний стан засобів залізничної автоматики, включаючи інформацію з
автоматично регульованих залізничних переїздів.
У 2014 році на території Республіки Казахстан розпочалося впровадження
системи інтервального регулювання руху поїздів на базі радіоканалу СІРДП-Є. В
якості системи передачі між рухомими об'єктами і стаціонарним обладнанням
СІРДП була обрана система радіозв'язку TETRA. За оцінкою казахстанських
фахівців, перевагами цієї системи зв'язку порівняно з GSM-R є її нижча вартість
та більш висока ефективність використання радіочастотного спектру. Під час
побудови мережі зв'язку застосовувався принцип подвійного перекриття
оперативної зони із позицій сусідніх базових станцій.
Засобами системи обладнано кілька ділянок залізничної мережі АТ «НК
«Казахстан Темір Жоли» загальною довжиною понад 1600 км.
2.4 Системи управління залізничним рухом в Україні та інших
державах СНД
Роботи зі створення автоматизованих систем управління рухом поїздів з
використанням радіоканалу в Україні проводяться вже близько 20 років. В рамках
цих робіт створено дослідні ділянки та проведено випробування апаратури зв'язку
стандартів GSM-R та TETRA.
З розроблених нині технічних засобів найбільше критеріям універсальної
системи інтервального регулювання руху поїздів для перегонів відповідає система
АБТК-М. У системах автоблокування для контролю місцезнаходження поїзда
(визначення вільності або зайнятості блок-ділянки) можуть використовуватися
рейкові ланцюги або лічильники осей. Традиційним рішенням є рейкові ланцюги.
Система автоблокування з тональними рейковими ланцюгами,
централізованим розміщенням апаратури та дублюючими каналами передачі
інформації АБТК-М є сучасною, виконаною на мікропроцесорній елементній базі
системою ІРРП та забезпечення безпеки руху поїздів на перегонах. Рух поїздів
здійснюється як за сигналами світлофорів, так і за допомогою автоматичної
локомотивної сигналізації як основного засобу інтервального регулювання з
можливістю застосування дублюючого радіоканалу передачі інформації. Система
забезпечує взаємодію з електричною апаратурою, диспетчерської централізації та
іншими системами автоматики. Найважливішою ланкою систем інтервального
регулювання та забезпечення безпеки руху поїздів є комплексний локомотивний
пристрій безпеки КЛПБ-У.
В даний час у системі мікропроцесорного автоблокування АБТК-М
реалізовано управління з рухомими блок-ділянками, що забезпечує мінімальний
інтервал попутного прямування до 2,5 хв, що можна порівняти з роботою
метрополітену. Даний клас мікропроцесорних систем управління прийнятий як
базова технологія для вирішення завдань інтервального регулювання.
Основні функції системи АБТК-М:
• організація та забезпечення безпеки руху поїздів на ділянках із
застосуванням рухомих блок-ділянок;
• передача повідомлення в систему переїзної сигналізації та контроль її
роботи;
• автоматична діагностика пристроїв системи із реєстрацією відмов.
Спрощена схема перспективної системи ІРРП із використанням радіоканалу
представлена на рисунку 2.4.
Рисунок 2.4 – Спрощена схема перспективної системи ІРРП із використанням
радіоканалу
Застосування апаратури ІРРП в сукупності з пристроями цифрового
радіоканалу дозволяє на діючій інфраструктурі ВАТ «УЗ» організувати
багатозначну автоматичну локомотивну сигналізацію по основних шляхах як для
правильного, так і для неправильного напрямках руху без встановлення
обладнання АЛС-ЄН (автоматична локомотивна сигналізація — єдина неперевна).
Комплекс забезпечує формування та передачу на рухомий склад наступної
інформації:
• стан станційних маршрутів прийому, передачі та відправлення;
• показання вхідних світлофорів;
• встановлений напрямок руху по кожному шляху перегону;
• стан блок-ділянок кожного зі шляхів перегону;
• обмеження швидкості стосовно станційних маршрутів;
• обмеження швидкості на блок-ділянці.
Рисунок 2.5 – Пропонована для АБТК-М схема передачі на локомотив по
радіоканалу
Для передачі інформації між станційними та локомотивними пристроями
призначено обладнання цифрового радіоканалу, розміщене на станціях та
перегонах відповідно до розрахунків зон електромагнітної доступності (ЕМД), а
також безпосередньо на рухомому складі.
Інформація про запропоновану схему передачі на локомотив по радіоканалу
з використанням радіомодемів «МІСТ» представлена на рисунку 2.5.
Як основний варіант реалізації обміну даними між стаціонарними пунктами
управління та рухомим складом розробниками пропонується створення
автономної радіомережі для кожного перегону з поділом у просторі, у часі та по
радіочастоті перегонів індивідуально або у складі диспетчерської ділянки.
Вважається, що загальний обсяг інформації, що передається, в напрямку «пункт
управління — локомотив» у межах кожного перегону диспетчерської ділянки
може становити до 240 байт, а в напрямку «локомотив — пункт управління» —
400 байт (20 байт з кожного поїзда, що знаходиться на кожному перегоні
диспетчерської ділянки, при кількості поїздів не більше 20). Кордони перегонів
повинні визначатися за даними приймача супутникової навігації.
Запропонована схема організації зв'язку передбачає роботу радіомодемів на
базових станціях та локомотивах із безперервним циклом 3 с. Для забезпечення
надійності доведення інформації базові станції повинні дублювати дані, що
передаються на борт поїздів. Перша секунда виділяється для передачі на борт
поїздів повідомлення довжиною 240 байт однією базовою станцією і повторення
його іншой. Тобто протягом 1 сек двома базовими станціями має бути передано
загалом не менше 4800 біт (480 байт, де 1 байт = 8 біт інформації + 2 службові
«старт-стопні» біти).
Загальновідомо, що при роботі радіомодему не весь виділений для роботи
час використовується для передачі інформації. Значна його частина витрачається
на виконання службових процедур, включаючи встановлення зв'язку (включення і
вимкнення радіомодему, набір необхідної вихідної потужності початку передачі
та її скидання після завершення). І чим вища вихідна потужність, тим більші ці
часові витрати. Наприклад, у сучасних спеціалізованих телеметричних
радіомодемах час атаки передавача може досягати 10 мс, а у звичайних
радіостанціях – десятків і навіть сотень мілісекунд. Звільнення радіоканалу
вимагатиме вдвічі меншого часу. У зв'язку з цим у варіанті, що розглядається,
двом базовим станціям не вистачить однієї секунди, виділеної для передачі, для
трансляції та дублювання повідомлення в напрямку «пункт управління -
локомотив» зі швидкістю 4800 біт/с. Швидкість обміну даними в радіомережі, що
обслуговує роботу АБТК-М, повинна бути вищою, ніж забезпечується
радіомодемом «МІСТ».
При створенні систем обміну даними з жорсткою синхронізацією, крім часу,
необхідного для виконання процедур зв'язку, слід враховувати нестабільність
(допуски) заявлених технічних параметрів роботи для індивідуальних пристроїв.
У кращих зразках радіомодемів, час атаки окремих пристроїв однакової моделі
може відрізнятися на ±10%. Таким чином, при розрахунках радіомережі потрібно
встановлювати між сеансами зв'язку так званий захисний інтервал. Зазвичай він
становить не менше 20% заявленого в технічних характеристиках часу
встановлення зв'язку.
Виконання аналогічних наведених вище розрахунків з урахуванням
реальних часових витрат передачі даних у напрямі «локомотив — пункт
управління» дає наступний результат. Загальний час передачі даних від 20 поїздів
(максимально допустима в АБТК-М кількість) становить 2000 мс, тобто кожному
локомотиву виділяється для трансляції сполучення трохи більше 100 мс. З
урахуванням заявлених обмежень – 90 мс. Мінімальний загальний час передачі
одного повідомлення на швидкості 9600 біт/с для радіомодему "МІСТ" складе 57
мс (встановлення зв'язку - 22 мс; передача даних - 20 мс; звільнення каналу - 11
мс; захисний інтервал - 4 мс).
Вказаного часу радіомодему «МІСТ» не вистачає для того, щоб провести
повторну передачу повідомлення у напрямку «локомотив — пункт управління» у
разі збою при доставці першого повідомлення, що знижує надійність системи
загалом.
Мінімальний загальний час передачі одного повідомлення при роботі на
швидкості 9600 біт/c через прозорий радіомодем Guardian - 23 мс (встановлення
зв'язку - 1 мс; передача даних - 20 мс; звільнення каналу - 1 мс; захисний інтервал
- 1 мс), що є цілком достатнім та забезпечує адекватний резерв для подальшого
розвитку системи з урахуванням наявної можливості нарощування швидкості
обміну даними без заміни та модернізації технічних засобів.
Розробники АБТК-М планують підвищити надійність системи за рахунок
використання завадостійкого кодування із застосуванням кодів Ріда-Соломона
або Ріда-Маллера. Таке рішення вимагатиме збільшення розміру трансльованого з
борту локомотива повідомлення не менше ніж на 50% і повністю виключить
повторну трансляцію, суттєво обмеживши можливості підвищення надійності
доставки даних за рахунок дублювання повідомлення.
В даний час радіомодем "МІСТ" дозволяє працювати в завадостійкому
режимі, але в цьому випадку забезпечується передача пакетами даних довжиною
6-15 байт. Час від початку завантаження пакета інформації, що передається
довжиною 8 байт до закінчення видачі пакета інформації на приймальній стороні
становить до 115 мс, що не задовольняє вимог АБТК-М.
Порівняльні технічні характеристики прозорих радіомодемів УКХ-
діапазону, що працюють на швидкостях вище 4800 біт/с, наведені в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3
Порівняльні характеристики радіо модемів УКХ-діапазону
Радіомодем Guardian-
Радіомодем «МІСТ-Л»
Характеристика 100/200/400/900
ДВЧ УВЧ 900
ДВЧ УВЧ
МГц
Зовнішній вигляд
215– 406– 928–
Діапазон частот, МГц 146–174 450–470 136–174
240 512 960
25 або 12,5 (налаштовується
Крок сітки частот, кГц 25
програмно)
9K55F1D, 9K35F1D, 11K6F1D,
Тип випромінювання 16KF2D
14K6F1D, 16K4F1D
прийом, мА 350 (48 В) 360 (10 В); 200 (20 В); 150 (30 В)
передача 40
1,75 (48 В) 4,6 (10 В); 2,04 (20 В); 1,37 (30 В)
дБм(10 Вт), А
Споживчий
струм: Передача
1,2-3,6(10 В); 0,6-1,8(20 В); 0,4-
30 дБм(1 Вт), не застосовується
1,2(30 В)
А
Номінальна затримка при
60 20
холодному старті, с
Робоча напруга, В 48 (постійний струм) 10–30 (постійний струм)
Робоча температура, °C –40…+60 –30…+60
Температура зберігання, °C –50…+70 –45…+85
Не більше 80 (при
Вологість, % 5–95 (без утворення конденсату)
температурі +25 °С)
Габаритні розміри, см
22×24×9,7 13,97×10,8×5,4
(ш г в)
Маса (в упаковці), кг 4,1 1,1
Симплекс,
Симплекс,
Робочий режим Симплекс, напівдуплекс напівдуплекс,
напівдуплекс
дуплекс
Приймач
–100 (19,2 кбіт/с), –107
–110 (9,6 кбіт/с), –113 (4,8
Чутливість 25 кГц (9,6 кбіт/с), –110 (4,8
кбіт/с)
(ймовірність кбіт/с)
помилки 1×10-6), –107 (9,6 кбіт/с),
дБм: 12,5 кГц не застосовується
–110 (4,8 кбіт/с)
Придушення перешкод
немає даних 60/12,5 кГц; 70/25 кГц
сусіднім каналом, дБ
Інтермодуляція, дБ > 70 > 75
Вибірковість, дБ > 73 > 70/25 кГц; > 60/12,5 кГц
Передавач
64 (406–
Смуга пропускання без 470)
28 38 25 32
будівництва, МГц 62 (450–
512)
Вихідна потужність, Вт 5, 10 1–10 1–8
< 22 (9,6 кбіт/с), < 30 (4,8
Час атаки, мс < 1
кбіт/с)
Час переключення між
немає даних < 15
каналами, мс
Імпеданс, Ом 50 50
50% (тривалість безперервної
Цикл роботі на передачу, % 100
передачі 60 с)
Стабільність частоти, ppm 2,5 1
Модем
Швидкість, кбіт/с 4,8; 9,6 4,8; 9,6; 19,2
послідовний, RS-
Інтерфейси послідовний, RS-232/485
232/422/485
TNC («мама») —
прийом/передача, SMA
Антена PL-259
(«мама») — прийом (для
дуплексних моделей)
живлення, стан,
живлення, перевантаження I,
підключення до мережі,
перевантаження U,
Індикація робота мережі,
прийом/передача, RSSI,
прийом/передача, RSSI,
підключення до антени
температура
Вид модуляції GMSK 2FSK
Забезпечити дублювання під час передачі даних у напрямі «локомотив —
пункт управління» з використанням перешкодостійкого кодування у
запропонованій схемі організації обміну даними можна лише у разі
кардинального збільшення пропускної здатності апаратури радіомережі за
рахунок підвищення швидкості обміну даними та скорочення часу виконання
службових процедур зв'язку.
У 2017 році фахівцями завершено роботи з розгортання системи
радіокерування та контролю стрілочних переводів (СРКСП), призначеної для
дистанційного управління стрілочними електроприводами, встановленими на
значній відстані від постів централізації і не підключеними до системи управління
пристроями сигналізації, централізації та блокування підприємства та
відображення їх поточного стану у реальному масштабі часу. Насамперед
стрілочними переводами у вантажно-розвантажувальних глухих кутах, місцях
підготовки, очищення та зважування вагонів, що дозволяє проводити обмін
рухомого складу без додаткових витрат на облаштування залізничних колій та
систем СЦБ. Застосування СРКСП дозволяє керувати стрілками як із кабіни
локомотива, так і з поста централізації.
СРКСП забезпечує:
• контроль за положенням стрілки;
• контроль зрізу стрілки;
• місцеве керування стрілкою при несправності системи дистанційного
керування;
• контроль знаходження рухомого складу у межах стрілочного переводу;
• контроль ниток червоного вогню вказівників світлофорного типу;
• скасування приготовленого маршруту;
• аварійне переведення стрілки при несправності стрілочної секції;
• встановлення та замикання маршруту в потрібному напрямку;
• аварійне вимкнення стрілки.
Управління стрілочним переводом із застосуванням цифрового радіоканалу
виконується за допомогою маневрової колонки на базі сенсорної панелі або
кабіни локомотива.
СРКСП не допускає:
• переведення стрілки під складом;
• переведення стрілок з інших локомотивів при встановленому маршруті;
• зміну встановленого маршруту під час руху по ньому рухомого складу.
Функціонування СРКСП забезпечується бездротовою технологічною
мережею зв'язку, створеною з урахуванням сучасних вузькосмугових
радіомодемів діапазону ультракоротких хвиль.
Загальна схема технологічної радіомережі обміну даними СРКСП
представлена на рисунку 2.6.
Рисунок 2.6 – Загальна схема технологічної радіомережі обміну даними СРКСП
Технологічна радіомережа обміну даними, що розглядається, реалізована на
радіомодемах Viper-SC+. Вона забезпечує автоматичний двосторонній обмін
алфавітно-цифровою інформацією між абонентами радіомережі за ІР-протоколом.
До мережі підключені пульти управління операторів та електроприводи
стрілочних переказів. Враховуючи, що пульти управління операторів підключені
до загальної інформаційної мережі підприємства, подальше поширення
інформації, що циркулює через них, як по штатних каналах зв'язку, так і по
каналах технологічної радіомережі не становить складності.
Слід зазначити, що початкова реалізація СРКСП була виконана на
«прозорих» радіомодемах Guardian, проте відсутність необхідного
радіочастотного ресурсу (у розпорядженні замовника було лише два радіочастотні
номінали) зумовило перехід на радіомодеми Viper-SC+, що мають більш високу
пропускну здатність.
3. ПЕРСПЕКТИВНІ РАДІОТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ ДЛЯ СИСТЕМ
КЕРУВАННЯ РУХОМ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ ТРАНСПОРТІ
3.1 Обладнання і стандарти радіозв'язку, що застосовується на
залізниці
Загальний перелік обладнання радіозв'язку, що застосовується та планується
до застосування на залізничному транспорті, представлений у таблиці 3.1.
Приклади радіомодемів ITC220 показані на рисунку 3.1 [1].
Рисунок 3.1 – Радіомодеми ITC220
Відносно широкого поширення в системах зв'язку, що забезпечують
управління рухом залізничного транспорту, набули засоби зв'язку стандартів
GSM-R та TETRA (TErrestrial Trunked RAdio).
GSM-R є системою зв'язку, адаптованою для потреб залізничного
транспорту компанією Siemens з метою створення єдиної Європейської системи
управління рухом залізничного транспорту ERTMS (European Railway Traffic
Management System). Основою для адаптації послужило типове обладнання
стільникового зв'язку стандарту GSM, що працює в діапазонах 876-880 (в
напрямку «віддалений об'єкт - базова станція») та 921-925 МГц (в напрямку
«базова станція - віддалений об'єкт»). Пропускна здатність каналу становить 200
кГц. Вихідна потужність приймачів віддаленого об'єкта (пересувний термінал) -
до 2 Вт.
Таблиця 3.1
Технічні характеристики обладнання радіозв'язку, що використовується і
планується до застосування на залізничному транспорті
Характе- IEEE Супутни-
GSM-R TETRA ITC220 LTE-R
ристика 802.11 кова
450 і 800
876–880, 410–430, Оренда
217,5–222,0 МГц;
Робоча частота 921–925 450–470 2,4/5,8 ГГц каналу
МГц 1,4 і 1,8
МГц МГц зв’язку
ГГц
Пропускна
1,4–20
здатність 200 кГц 25 кГц 20–40 МГц 25 кГц > 20 МГц
МГц
радіоканалу
Максимальна
16–32 10/50
швидкість 172 кбіт/с 7,2 кбіт/с* > 10 Мбіт/с > 2 Мбіт/с
кбіт/с Мбіт/с
обміну даними
Підтримка IP-
Ні Ні Так Так Так Так
протокола
QPSK, 16-
Вид модуляції,
QAM, 64-
метод доступу GMSK, DPSK, QPSK,
4DQPSK QAM FSK-PSK
до каналу TDMA TDMA QAM
(OFDM,
зв’язку
SCFDMA)
Серійне Серійне Серійне Серійне В Серійне
Стан
виробн-во виробн-во виробн-во виробн-во розробці виробн-во
Широко Тільки в
Планується Тільки в
застосову- Узгоджен Європі
Позиціонуванн використо- Практично США
ється та ня (компанії
я на ринку вувати до застаріла (компанія
розвива- стандарту Thalys,
2030 року Metrolink)
ється SNCF)
За даними відкритих джерел, системи зв'язку GSM-R розгорнуті і успішно
експлуатуються на залізницях 60 (реально 40) країн п'яти континентів. Дані щодо
поширення цього стандарту за матеріалами Міжнародного союзу залізничників
UIC (International union of railways) представлені у таблиці 3.2.
Таблиця 3.2
Масштаби використання засобів зв'язку стандарту GSM-R
1998 2000 2002 2004 2006
ФРГ Нідерланди Бельгія Китай Алжир
Італія Іспанія Фінляндія Індія Туреччина
Саудівська
Швеція Франція Австрія
Аравія
Великобританія Норвегія Чехія Болгарія
Словакія Греція
Швейцарія Литва
2008 2010 2014 2018
Австралія Ірландія ЮАР Аргентина
Лівія Люксембург Бразилія Венесуела
Туніс Польща Ізраїль Іран
Данія Румунія Туркменістан Ірак
Португалія ОАЕ Казахстан Корея
Угорщина Латвія Україна
Хорватія Естонія
Словенія Узбекистан
Єгипет Македонія
Марокко Молдова
Сербія
Тайвань
Боснія і
Герцеговина
Найбільш яскраві успіхи впровадження GSM-R ілюструються досвідом
Китаю та Австрії, де мережі GSM-R почали будувати понад 15 років тому, у 2006
році. Станом на 2015 рік Китай мав найбільшу мережу GSM-R у світі – 33750 км,
а Австрія – 3200 км, що становить 27,2% від загальної протяжності залізничної
мережі для Китаю (124 тис. км) та 55,6% для Австрії (5755 км.). Таким чином, цей
стандарт практично не став загальноєвропейським, як це передбачалося його
розробниками, а експлуатацію вже розгорнутих радіомереж планується
завершити до 2030 року.
Слід зазначити, що робочий діапазон системи спочатку визначався
вимогами до базової системи стільникового зв'язку, що передбачає використання
в зонах з високою щільністю абонентів і великим обсягом голосової інформації,
що передається. Такі можливості є серйозним обмеженням при її впровадженні за
критерієм «вартість — ефективність» та необґрунтованою надмірністю для
більшості АСУ (апаратура підтримує роботу 19 піднесучих радіочастот зі смугою
200 кГц, на кожній з яких можна організувати по вісім виділених каналів зв'язку
та обміну даними).
TETRA є стандартом цифрового транкінгового зв'язку, розробленим
Європейським інститутом телекомунікаційних стандартів ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) для заміни морально застарілого стандарту
MPT 1327. Обладнання стандарту TETRA працює в діапазонах 380–385/390–49, 4
870-876/915-921 МГц. Використовується метод багато-станційного доступу з
часовим поділом TDMA (Time Division Multiple Access) - на одній фізичній
частоті утворюється чотири логічні канали (слоти). П'ятий слот використовується
для передачі службової інформації. Пропускна здатність каналу становить 25 кГц.
Вихідна потужність приймачів віддаленого об'єкта (пересувний термінал) - до 3
Вт.
Робочий діапазон системи визначався радіочастотним ресурсом, виділеним
для роботи радіомереж служб суспільної безпеки та промислових технологічних
радіомереж.
Обидва стандарти мають свої незаперечні переваги та недоліки.
Однією з найбільш актуальних вимог до сучасної системи зв'язку, що
забезпечує управління рухом залізничного транспорту, є можливість забезпечення
ефективного та надійного обміну даними.
Системи зв'язку GSM-R та TETRA спочатку створювалися як
багатоканальні голосові, що передбачають обмін мовними повідомленнями між
значною кількістю абонентів у географічних зонах з високою щільністю
населення, і для виконання цього завдання це сьогодні найбільш зріле рішення,
проте їх можливості обміну даними серйозно обмежені.
Обмін даними пред'являє дещо інші вимоги до засобів зв'язку, більше,
ефективність адаптованої передачі даних системи голосового зв'язку серйозно
залежить від характеру даних.
Реалізовані у сучасних голосових засобах зв'язку принципи роботи, створені
задля їх оптимізації у частині голосового зв'язку, багато в чому стають серйозним
обмеженням під час обміну даними. Наприклад, у транкінговій системі відсутнє
жорстке закріплення каналу між абонентами на весь період встановлення зв'язку
(порядок організації доступу до каналу в цифрових транкінгових системах зв'язку
та використання кількох часових «слотів» (квантів) для обміну повідомленнями
між декількома користувачами детально описано у спеціальній літературі. У даній
роботі представлений спрощений варіант, описуючий загальний принцип роботи,
що створює обмеження для обміну даними). З цією метою у такій системі
використовуються службовий та група інформаційних каналів. Запит на доступ до
інформаційного каналу, яким проводиться мовний обмін, приймається по
службовому каналу зв'язку. При отриманні запиту від абонента, система
автоматично знаходить вільний інформаційний канал і надає доступ до нього.
Якщо один канал у системі вже зайнятий, а інша група абонентів намагається
встановити зв'язок, система автоматично надасть другий канал в їх
розпорядження. Щодо швидкої зміни каналів зв'язку для тих самих абонентів у
процесі сеансу дозволяє використовувати паузи у переговорах однієї групи
абонентів задля забезпечення зв'язком іншої. В результаті, за інших рівних умов,
пропускна здатність у транкінгової системи щодо забезпечення обміну
голосовими повідомленнями виявляється в кілька разів вищою, ніж у звичайної
(конвенційної) системи голосової зв'язку.
У налаштуваннях транкінгових систем передбачено додаткову затримку
після завершення передачі чергового голосового повідомлення, тривалість якої
може досягати декількох секунд. Це дозволяє утримувати активних абонентів на
одному каналі та знижувати навантаження на службовий канал, пов'язане з
переведенням абонентів між інформаційними каналами.
Такі чудові технічні рішення для голосового зв'язку виявляються абсолютно
неефективними під час обміну даними. Голосові повідомлення мають значно
більшу довжину (тривалість під час передачі) проти даних. Якщо затримки, що
виникають при виділенні абоненту інформаційного каналу, практично непомітні
при переговорах, то для системи обміну даними (тут і далі маються на увазі
системи обміну даними, що застосовуються у відповідальних додатках,
характерних для АСУ на залізничному транспорті. Усі оцінки даються стосовно
характеру циркулюючих у технологічній радіомережі повідомлень - короткі
повідомлення, що передаються з високою щільністю і вимагають мінімальних і
повністю детермінованих затримок при доставці) вони виявляються
неприйнятними. Наприклад, у транкінгових системах затримка у наданні доступу
до каналу зв'язку становить не менше 300 мс (це найкращий показник), а в GSM-R
– до кількох секунд. За цей час у вузькосмуговій технологічній радіомережі
обміну даними УКХ-діапазону може бути передано до кількох десятків коротких
повідомлень.
Серйозним обмеженням є пропускна здатність службового каналу. У разі
голосових повідомлень інтенсивність надходження запитів у службовий канал
відносно невисока – активність роботи абонентів враховується при проектуванні
радіомережі та реально підтримується на низькому рівні у повсякденній
обстановці. Зростання інтенсивності роботи в аварійних ситуаціях може
компенсуватися шляхом надання вищих пріоритетів окремим групам абонентів за
рахунок інших. У разі передачі даних інтенсивність надходження запитів
виявляється як мінімум на порядок вище, і службовий канал об'єктивно не в змозі
з ними впоратися. Виділення додаткового службового каналу за допомогою
скорочення кількості інформаційних також стає неефективним. В аварійних
ситуаціях, як правило, немає можливості надання пріоритету одному елементу
АСУ за рахунок іншого, оскільки це призводить до зриву нормальної роботи
останнього. Таким чином, пропускна здатність службового каналу у разі
використання транкінгової системи для обміну даними виявляється критичним
обмеженням.
Істотним недоліком мереж GSM-R (як і звичайних стільникових
радіомереж, що використовують обмін даними за протоколами GPRS та EDGE) є
недетермінована затримка у доставці даних. Робота значної частини АСУ
налаштовується з урахуванням часу, необхідного для передачі запитів та
отримання відповідей на ці запити. Так, в одній із систем управління залізничним
переїздом керуючий канал працює в реальному часі та допускає затримку не
більше 45 мс. Чим менші допустимі граничні значення параметрів доставки
повідомлень, тим ефективніша робота АСУ. У разі використання для обміну
даними радіомереж GSM-R параметри гранично допустимих затримок при
доставці повідомлень доводиться збільшувати, тим самим знижуючи
ефективність роботи АСУ.
Можливість застосування єдиної радіомережі, а отже, і єдиного
радіочастотного ресурсу для обміну голосовими повідомленнями та даними може
розглядатися як серйозна перевага у радіомережах загального користування.
Дійсно, багато хто відчув всю красу роботи в інформаційній мережі Інтернет і
одночасного спілкування по телефону в тому ж каналі. Однак у технологічних
радіомережах таке рішення принципово неприйнятне: робота АСУ вимагає строго
детермінованого потоку даних та затримок, а забезпечити виконання цієї вимоги
за наявності голосового потоку неможливо – будь-який абонент говоритиме
стільки, скільки вважатиме за потрібне, і тоді, коли йому це знадобиться.
Практичний досвід показує, що відносно висока надійність такої радіомережі
може бути досягнута, якщо для передачі даних потрібно не більше 15%
пропускної здатності всієї мережі, і лише за відсутності різких сплесків в обсязі
голосових повідомлень, що в принципі неможливо у відповідальних
технологічних радіомережах.
За оцінкою провідних фахівців галузі, у питаннях, що стосуються
забезпечення безпеки руху поїздів, необхідно максимально орієнтуватися на
частотні ресурси, виділені безпосередньо для потреб ПАТ «УЗ».
Вибір частотних ресурсів кожної системи має визначатися з урахуванням
низки вимог. Основні з них - електромагнітна сумісність (ЕМС) засобів
радіозв'язку різних систем управління, високий рівень надійності каналів передачі
даних, а також вимоги систем управління за обсягами та швидкістю передачі
даних.
Відомості про обсяги даних, що передаються в інтересах організації
інтервального регулювання руху поїздів, наведено у таблиці 3.3.
Таблиця 3.3
Обсяги даних, що передаються в інтересах організації
інтервального регулювання руху поїздів
Характер інформації Об’єм даних, байт
На постійній основі
Швидкість поїзда 4
Координати поїзда 8
Сигнали АЛС 4
По вимозі
Екстрена зупинка 2
Актуалізація графіку руху 10
Обмеження швидкісного режиму 10
Усі дані передаються з періодичністю раз у 3 сек. високошвидкісних поїздів
і раз у 7 сек. для всіх інших пасажирських і товарних поїздів.
Перспективні автоматизовані системи управління рухом поїздів
передбачають широке використання засобів радіозв'язку для забезпечення обміну
даними за такими напрямками:
• пункт диспетчерського управління – локомотив;
• депо - локомотив;
• локомотив — ПАТ (вимоги до апаратури, що забезпечує обмін даними у
цьому напрямку, повністю відповідають вимогам для обміну даними у напрямку
«локомотив — локомотив»), оскільки в обох випадках забезпечується зв'язок між
електронними пристроями, встановленими на борту або на землі (підлогове
обладнання).
Кожен із напрямів передачі даних (засоби радіозв'язку використовуються
також для обміну інформацією всередині вагонів та залізничних станцій, однак у
цій роботі дані бездротові засоби не розглядаються) висуває свої вимоги до
каналу зв'язку та організації радіомережі. При відносно невеликих обсягах
інформації, що передається, по кожному з напрямків дальність передачі і
допустимі затримки в доставці інформації за загальної високої вимоги до
надійності роботи виявляються різними.
У зв'язку з цим на замовлення Національної ради з безпеки на транспорті
США (NTSB — National Transportation Safety Board) було проведено серію
досліджень з метою визначення ефективності різних видів бездротового зв'язку,
що дозволяють задовольнити вимоги, які пред'являються перспективними АСУ на
залізничному транспорті. У ході досліджень розглядалися такі види та засоби
радіозв'язку:
• стільникова мережа зв'язку (діапазон 900/1800 МГц);
• радіомережа Wi-Fi (діапазон НВЧ - надвисоких частот, 2,4 та 5 ГГц);
• супутникові канали зв'язку (діапазон НВЧ, 1,6 ГГц);
• технологічний радіозв'язок УКХ (діапазон УВЧ — ультрависоких частот,
150–240 МГц (зазначений робочий діапазон радіотехнічної апаратури, що
використовується для створення технологічних радіомереж обміну даними));
• технологічний радіозв'язок УКХ (діапазон ДВЧ — дуже високих частот,
380–490 МГц (зазначений робочий діапазон радіотехнічної апаратури, що
використовується для створення технологічних радіомереж обміну даними)).
Порівняння проводилося з урахуванням таких основних оперативно-
технічних вимог:
• надійність зв'язку в русі та під час стоянки;
• надійність доставки даних;
• дальність зв'язку;
• затримка при отриманні даних;
• швидкість обміну даними/пропускна спроможність.
Результати дослідження представлені у таблиці 2.4.
Таблиця 3.4
Результати оцінки ефективності використання різних видів зв'язку в інтересах
перспективних автоматизованих систем управління поїздами
Напрямок передачі даних
Вид зв’язку
ЗАТ – потяг Депо-потяг ПУ – потяг
Радіомережа
мобільного зв’язку незадовільно добре незадовільно
стандарту GSM
Радіомережа Wi-Fi задовільно добре незадовільно
Супутниковий
незадовільно незадовільно задовільно
зв’язок
Технологічна
радіомережа, ДВЧ- добре добре добре
діапазон
Технологічна
радіомережа, УВЧ- задовільно задовільно незадовільно
діапазон
Таким чином, за заявленими критеріями найефективнішим засобом
бездротового зв'язку для перспективних автоматизованих систем управління на
залізничному транспорті слід вважати технологічну радіомережу обміну даними,
що працює в діапазоні ДВЧ.
3.2 Можливості конвенційних радіомереж обміну даними у складі
системи управління рухом на залізничному транспорті
Притаманні системам зв'язку GSM-R і TETRA обмеження щодо обміну
даними виключені в конвенційних технологічних радіомережах. Доступ до
радіоканалу в таких радіомережах здійснюється безпосередньо без використання
проміжного службового каналу, тому описані вище затримки повністю відсутні.
Порівняльні дані про затримки при передачі інформації в радіомережах
TETRA, GSM-R та конвенційних радіомережах представлені в таблиці 3.5.
Таблиця 3.5
Порівняльні дані про затримки при передачі інформації у радіомережах TETRA,
GSM-R і конвенційних радіомережах
Радіомережа GSM-R
Найменування GPRS Радіомережа Конвенційна
GPRS
параметрів CSD «клієнт- TETRA радіомережа
real COM
сервер»
Середня затримка в каналі,
600 500 1300 >300 25
мс
Мінімальна/максимальна
500/900 300/1500 100/3900 >500 22,5/27,5
затримка в каналі, с
Заявлена швидкість обміну
9,6 171,2 171,2 28,8 64
даними, кбіт/с
Середня пропускна
спроможність каналу, 8,168 5,152 4,904 – –
кбіт/с
Мінімальна/максимальна
7,520/ 1,520/ 0,336/
пропускна спроможність 2,4/4,8 23,46.114,27
8,960 14,296 9,520
каналу, кбіт/с
Для підвищення об'єктивності представлених у таблиці 2.5 даних необхідно
відзначити, що виміри параметрів роботи радіомережі GSM проводилися на
конкретному сегменті мережі зв'язку конкретного оператора і в конкретний
період часу [1]. Ці дані можуть відрізнятися залежно від поточного навантаження
на мережу зв'язку. Забезпечення стабільності параметрів функціонування такої
радіомережі в частині пропускної здатності може бути забезпечене лише за
рахунок виділення для обміну даними окремих канальних та радіочастотних
ресурсів.
За оцінкою зарубіжних фахівців, величина затримки при доставці даних у
системах управління рухом високошвидкісних поїздів при швидкості руху до 350
км/год має становити трохи більше 100 мс. Цій вимозі відповідають можливості
лише системи зв'язку GSM-R та конвенційної технологічної радіомережі. Слід
зазначити, що можливості системи зв'язку GSM-R щодо обміну даними дуже
обмежені, крім того, вона вважається застарілою і не розглядається як основа для
створення перспективних систем управління рухом поїздів.
Аналіз представлених у таблиці 3.5 даних показує наступне:
• При роботі в режимі CSD забезпечується найбільш стабільний обмін
даними, однак навіть у цьому випадку різниця між мінімальним і максимальним
значенням пропускної здатності становить близько 12%, а швидкість обміну
даними відносно низька.
• Різниця між мінімальним та максимальним значеннями пропускної
здатності при роботі з використанням GPRS становить близько 94 і 280% для
GPRS real COM та GPRS «клієнт-сервер» відповідно. Низька стабільність даних
показників пов'язана з одночасним використанням радіомережі для обміну
мовними повідомленнями, потік яких може бути детермінований.
• Оскільки використання технологічної радіомережі зв'язку стандарту
TETRA передбачається для рухомого додатка, в ній мають бути реалізовані
функції перешкодозахищеності. Номінальна швидкість обміну даними в такій
радіомережі при забезпеченні високої перешкодозахищеності може становити від
2,4 (один тайм-слот) до 4,8 кбіт/с (два тайм-слоти). Використання для обміну
даними більшої кількості тайм-слотів робить мережу неефективною з точки зору
обміну голосовими повідомленнями, що є основним завданням такої радіомережі.
• У конвенційній технологічній радіомережі обміну даними передбачається
лише висока перешкодозахищеність. Пропускна здатність такої радіомережі буде
значною мірою залежати від вбудованого методу стиснення даних, однак для
однакових потоків даних і обраних методів стиснення параметри стабільності
пропускної здатності будуть незмінними протягом усього терміну експлуатації.
• Навіть за умови використання всіх радіочастотних ресурсів (тайм-слотів)
пропускна здатність радіомереж GSM-R та TETRA в частині обміну даними
виявляється нижчою порівняно зі спеціалізованими конвенційними
радіомережами. Це відставання є системним і у перспективі.
Типова структура технологічної радіомережі обміну даними на
залізничному транспорті включає мережу базових станцій (БС), що
встановлюються вздовж залізничної колії та з'єднані каналами магістрального
провідного або бездротового зв'язку з пунктами управління та збору даних. Кожна
БС забезпечує зв'язок із групою поїздів, що перебувають у її оперативній зоні. У
сучасних радіомережах на залізничному транспорті зони сусідніх БС повністю
перекривають одна одну, внаслідок чого формується єдина оперативна зона з
підвищеною надійністю та живучістю. Перемикання поїздів на роботу із
сусідньою базовою станцією (хендовер) здійснюється автоматично. Враховуючи,
що аналізоване обладнання для конвенційних радіомереж обміну даними
використовує відкритий протокол TCP/IP, нарощування комплектів обладнання та
створення багатоканальних базових станцій у складі радіомережі, так само як
поєднання з будь-якою сучасною автоматизованою системою управління, не
становить труднощів.
Типові схеми конвенційної тональної радіомережі обміну даними на
залізничному транспорті представлені на рис. 3.2 і 3.3.
Принциповою відмінністю двох схем, що розглядаються, є використання в
першій з них послідовних інтерфейсів, за якими кожна базова станція ParagonPD+
підключається до багатобазового контролера MSC (Multi-site controller), що
виконує функції централізованого технічного управління і сполучення з
взаємопов'язаною мережею провідного зв'язку та обміну даними.
У другому випадку застосовується єдиний для всієї конвенційної
технологічної радіомережі обміну даними інтерфейс Ethernet та використовується
стандартне мережеве обладнання.
Рисунок 3.2 – Схема конвенційної технологічної радіомережі обміну даними для
системи управління рухом на залізничному транспорті на базі радіомодемів
ParagonPD+/GeminiPD+
Рисунок 3.3 – Типова схема конвенційної радіомережі обміну даними
для системи управління рухом на залізничному транспорті
на базі радіомодемів ParagonG3/GeminiG3
Проте обидві схеми, що розглядаються, повною мірою задовольняють
вимогам, встановленим у нормативних документах Укрзалізниці і спрямованим
на створення єдиного інформаційного простору, інтегрованого з інформаційними
системами інших видів транспорту та промисловості, а також іноземних
залізниць.
Слід пам'ятати, що надійність будь-якої системи визначається в тому числі
кількістю компонентів і окремих вузлів, що входять до її складу: чим менше їх
кількість, тим простіше, за інших рівних, забезпечити необхідний рівень
надійності і живучості системи в цілому. Це повною мірою відноситься до
кількості базових станцій у складі технологічної радіомережі обміну даними: чим
їх менше, тим простіше система управління та забезпечення їхньої
працездатності. Враховуючи, що дальність зв'язку у використовуваному
конвенційними радіомережами обміну даних ОВЧ-діапазоні більша, ніж у
системах зв'язку GSM-R та TETRA, інфраструктура таких радіомереж виявляється
суттєво простішою та надійнішою.
На відміну від радіомереж GSM-R і TETRA, що передбачають використання
в їх складі не тільки мобільних, але і зв'язних терміналів, що носяться, з
невисокою вихідною потужністю (зазвичай 0,9–3 Вт), в конвенційних
технологічних радіомережах застосовуються єдині термінали з вихідною
потужністю 10 Вт. Це забезпечує істотно більшу в порівнянні з радіомережами
GSM-R і TETRA зону покриття з позиції однієї базової станції, оскільки розмір
оперативної зони базової станції на практиці визначатиметься максимально
можливою дальністю зв'язку для малопотужного обладнання, що працює у складі
радіомережі.
В даний час серійно випускається обладнання для створення конвенційних
рухомих технологічних радіомереж обміну даними в діапазонах 132-174, 215-240,
403-512, 700, 800 та 900 МГц. Устаткування для технологічних радіомереж обміну
даними УКХ-діапазону має вбудовані засоби діагностики, що забезпечують
віддалений доступ до поточних даних про технічний стан, та використовує
відкриті інтерфейси, включаючи широко застосовуваний протокол обміну даними
TCP/IP, що дозволяє ефективно та просто інтегрувати їх у Єдину систему
моніторингу та адміністрування технологічного зв'язку ЗАТ «УЗ», а також у
системи технологічного зв'язку промислового залізничного транспорту та
метрополітенів.
Деякі порівняльні характеристики базового обладнання для створення
радіомереж GSM-R, TETRA та конвенційних радіомереж представлені в табл. 3.6.
Таблиця 3.6
Порівняльні характеристики обладнання для створення радіомереж GSM-R,
TETRA і конвенційних радіомереж
Найменування параметру GSM-R TETRA Viper-SC
380–400; 410–430;
136–174; 215–240;
Діапазон робочих частот, 450–470; 806–825;
876–880/921–925 406–470; 470–512;
МГц 851–870; 871–876;
928–960
915–921
до 1200/4800
Кількість доступних 1520; 1000; 2560;
19/152 в кожному
робочих частот/каналів 1680; 1280
піддіапазоні
100, 50, 25, 12,5,
Крок сітки радіочастот, кГц 200 25, 12,5
6,25
Вихідна потужність
20–320 25 до 10
базового обладнання, Вт
Дуплексне рознесення
45 45 0,25–64
частот, МГц
Вихідна потужність
до 10 до 10 до 10
мобільного терміналу, Вт
Вихідна потужність
до 2 до 3 –
переносного терміналу, Вт
Номінальна дальність
8–10 12–15 25–30
зв’язку, км
Мінімально допустимий
–95 –115 –116
рівень сигналу, дБм
Час встановлення
3000–7000 > 300 25
з’єднання, мс
Час аварійного виклику, мс 2000 > 300 25
Динамічна адресація,
Динамічна
індивідуальний виклик по
адресація,
номеру потягу, аварійний і
Індивідуальний і використання
Функціональні можливості пріоритетний виклики,
груповий виклики індивідуальних,
зв’язок в межах потягу,
групових і
аварійна зупинка потягу,
циркулярних адрес
групування абонентів
Аналіз представлених у таблиці 3.6 даних показує, що обладнання для
створення конвенційних радіомереж може бути ефективно застосовано для
забезпечення обміну даними у всіх діапазонах радіохвиль УКХ-діапазону,
передбачених для використання у ЗАТ «УЗ».
З точки зору теорії поширення радіохвиль і з урахуванням протяжності
української мережі залізниць для організації поїзного радіозв'язку та системи
інтервального регулювання руху поїздів на всіх ділянках, включаючи швидкісні
та високошвидкісні, найбільш доцільно використовувати засоби обміну даними,
що працюють у нижчих порівняно із системами зв'язку GSM-R та TETRA
діапазонах хвиль. Зрозуміло, що в цьому випадку кількість базових станцій та
магістральних каналів для їх підключення буде значно меншою.
Слід враховувати, що при побудові конвенційних технологічних радіомереж
обміну даними УКХ-діапазону на обладнанні, що розглядається, як магістральні
канали зв'язку для віддаленого підключення базових станцій допускається
застосування будь-яких каналів зв'язку відповідної пропускної спроможності, в
той час як у радіомережах GSM-R і TETRA як основні передбачено використання
дорогих каналів зв'язку E1. У зв'язку з цим розгортання інфраструктури
конвенційних радіомереж виявляється значно дешевшим.
Збільшення швидкості обміну даними та пропускної здатності конвенційної
радіомережі досягається не тільки за рахунок нарощування комплектів
обладнання для обслуговування додаткових каналів зв'язку (як і в радіомережах
GSM-R та TETRA), а й використанням обладнання з ширшою смугою
пропускання. В даний час серійно випускається комплект обладнання для роботи
в каналах шириною 50 та 100 кГц зі швидкістю обміну даними 128 та 256 кбіт/с
відповідно. Ефективність цього обладнання дещо вища, ніж навіть у
перспективної цифрової транкінгової системи зв'язку та обміну даними TEDS —
TETRA Enhanced Data System.
Таким чином, сучасні конвенційні технологічні радіомережі обміну даними
УКХ-діапазону є надійним засобом забезпечення роботи АСУ різного
призначення на залізничному транспорті. Вони дозволяють суттєво розширити та
доповнити можливості, що надаються системами зв'язку GSM-R та TETRA, у
частині передачі інформації про дозволені параметри руху поїзда на локомотив,
забезпечення надійності функціонування систем інтервального регулювання з
використанням радіоканалу та засобів супутникової навігації, функціонування
резервних каналів збору даних та управління засобами залізничної автоматики та
енергопостачання. Результати випробувань показали, що для рухомих АСУ, що
працюють у режимі часу, близькому до реального, такі радіомережі були і
залишаються найбільш ефективним та практично єдиним надійним рішенням.
3.3 Радіотехнічний комплекс, призначений для організації радіомережі
обміну даними
Розробка сучасної системи зв'язку та обміну даними для ІРДП є основною
умовою переходу до інтелектуального залізничного транспорту. Рух у цьому
напрямі пов'язаний із збільшенням обсягу даних, що циркулюють у технологічних
радіомережах між стаціонарними пунктами управління, локомотивами та
пристроями ЗАТ. Така радіомережа повинна гарантовано забезпечити своєчасне
доведення даних до всіх зацікавлених користувачів на всій дорожній мережі та в
будь-якій штатній ситуації (ситуації зі збоями в роботі та виходом з ладу
комплектів обладнання в такій радіомережі повинні відпрацьовуватися як штатні,
що не призводять до зриву роботи АСУ) [3].
У зв'язку з цим формування архітектури радіомережі для кожного перегону
з обмеженням обсягів даних і строгим розкладом трансляції є недоцільним: будь-
який користувач системи повинен мати можливість передачі необхідного в даний
момент обсягу інформації з гарантованим її доведенням у встановлені терміни в
будь-який час. Звичайно, пропускна здатність такої радіомережі визначається на
етапі проектування виходячи з наявних максимальних потреб, але архітектура
радіомережі повинна передбачати можливість гнучкого її нарощування без заміни
раніше розгорнутих комплектів обладнання та зміни базових початкових
налаштувань.
Такі можливості повною мірою забезпечуються спеціалізованою
радіотехнічною платформою Paragon/Gemini, що включає обладнання для базових
станцій, у тому числі багаточастотних та з підвищеною надійністю та живучістю
Paragon та рухомих об'єктів Gemini.
Обладнання даної радіотехнічної платформи розроблено спеціально для
створення розподілених рухомих радіомереж обміну даними з практично
необмеженою кількістю базових станцій, що працюють з використанням IP-
протоколу та формують єдину зону електромагнітної доступності (ЕМД) для всіх
користувачів, які можуть вільно переміщатися в цій зоні без перерв у зв'язку.
Воно дозволяє організувати хендовер (естафетну передачу абонентів) ((англ.
Handover) – процес автоматичної передачі сеансу зв'язку рухомого абонента від
однієї базової станції до іншої без порушення та втрати обслуговування) між
сусідніми базовими станціями з автоматичним розподілом навантаження між
базовими станціями у загальних зонах ЕМД. Надійність доставки даних
забезпечується вбудованою функцією корекції помилок під час передачі.
Базовий радіотехнічний комплекс представляє собою
прийомопередавальний пристрій з відкритою архітектурою, призначений для
організації радіомережі обміну даними з віддаленими бортовими радіомодемами.
Він має у своєму складі потужний приймач, радіомодем нового покоління на
цифровому сигнальному процесорі з двома адресованими послідовними портами
RS-232, вбудованим двопортовим маршрутизатором Ethernet і портом USB, а
також блок живлення. Забезпечує обмін даними у пакетному режимі за
допомогою протоколу TCP/IP.
Бортовий навігаційно-зв'язний комплекс — це радіотехнічний пристрій з
відкритою архітектурою, що об'єднує 32-канальну радіостанцію з малим часом
атаки, радіомодем на базі потужного цифрового сигнального процесора,
супутниковий навігаційний приймач, два послідовні порти RS-232,
конфігурованих для термінального серверу, порт 100Base-T Ethernet із
вбудованим маршрутизатором та порт USB, розміщені в єдиному корпусі. Робота
забезпечується через базову станцію з використанням трьох антен (рознесений
прийом) та застосуванням технології паралельного декодування та
інтелектуального об'єднання сигналів, що приймаються. Апаратура радіотехнічної
платформи дозволяє суттєво розширити функціональні можливості рухомих
технологічних радіомереж, забезпечивши, поряд з оперативним обміном та
трансляцією доповідей про місцезнаходження, передачу графічної інформації,
файлів великого об'єму та відео (по окремому каналу).
Робота в радіомережі на обладнанні радіотехнічної платформи
Paragon/Gemini організується за протоколами UDP або TCP/IP з автоматичним
стиском пакетів даних. Застосування сигналізації OOB для передачі навігаційної
інформації та даних про технічний стан дозволяє істотно збільшити кількість
рухомих об'єктів, що працюють на одному радіоканалі, за рахунок автоматичної
передачі навігаційної та діагностичної інформації при кожному сеансі зв'язку. В
апаратурі реалізовано функцію вбудованої діагностики, яка дозволяє отримувати
інформацію про технічний стан обладнання у реальному масштабі часу.
Пов'язані з нарощуванням швидкості обміну даними в рухомих
технологічних радіомережах технічні проблеми отримали рішення в сучасних
зразках радіомодемів, що використовують технологію паралельного
декодування/інтелектуального об'єднання радіосигналів (Parallel Decoding/Smart
Combining). Згасання радіосигналу виникають у певних точках оперативної зони
базової станції. Насправді розташування таких точок визначається комбінацією
сигналів у заданій точці оперативної зони, і співвідноситься з довжиною їх хвилі.
Якщо використовувати два приймачі з двома рознесеними антенами, то
ймовірність одночасного попадання двох антен у точку згасання сигналу суттєво
знижується. Іншими словами, якщо одна антена потрапить у зону згасання
сигналу, друга, як правило, перебуватиме поза цією зоною.
Вперше цей принцип був реалізований у радіомодемах
ParagonPD/GeminiPD та отримав подальший розвиток у радіомодемах
ParagonG3/GeminiG3. Просторове рознесення прийомних антен не є новим
методом, але є надзвичайно ефективним. Радіомодеми оснащені двома
приймачами з антенами, що дозволяють використовувати цей принцип.
Просторово-рознесений прийом може бути реалізований двома способами.
Найбільш відомим і широко застосовуваним є рознесена комутація, при якій з
двох сигналів, що надходять від приймальних антен, детектується тільки
найбільш потужний. Такий спосіб дозволяє збільшити відсоток успішно
прийнятих повідомлень, але на цьому його переваги закінчуються.
Розробники вищевказаних радіомодемів створили і запатентували більш
досконалий спосіб, що дозволяє використовувати одночасно обидва сигнали, що
приймаються. Одночасне використання двох сигналів дозволяє майже вдвічі
(реально - в 1,91) збільшити чутливість приймача незалежно від впливу ефекту
згасання сигналу. Ця технологія отримала назву «паралельне
декодування/інтелектуальне об'єднання».
Внаслідок одночасного прийому сигналу на дві антени з'являється
можливість їх застосування в різних комбінаціях, а не просто вибору найбільш
потужного з них. Розроблена компанією технологія інтелектуального поєднання
сигналів дозволяє застосовувати різні алгоритми обробки залежно від відносної
потужності та тренду (тенденції зміни) паралельно прийнятих сигналів.
Наприклад, якщо потужніший сигнал має тенденцію до ослаблення, перевага
віддається менш потужному сигналу достатньої для використання потужності,
який має тенденцію до посилення.
Радіомодеми, що використовують технологію паралельного
декодування/інтелектуального об'єднання радіосигналів, дозволяють поліпшити
параметри сигналу, що приймається, практично на 10 дБ, що відповідає
збільшенню потужності передавача радіомодема в аналогічній за своїми
характеристиками радіомережі в 10 разів. Це забезпечує розширення зони
впевненого прийому радіосигналу без залучення додаткових базових станцій. У
разі коли необхідність розширення зони електромагнітної доступності відсутня,
технологія, що розглядається, дозволяє серйозно збільшити надійність
радіомережі та її живучість, оскільки забезпечує підвищення відсотка коректно
прийнятих з першої спроби повідомлень, у тому числі в складній завадовій
обстановці. Скорочення кількості повідомлень, що повторно передаються,
призводить до істотного зростання пропускної здатності і скорочення часу реакції
системи.
Розмір оперативної зони і кількість повідомлень, що повторно передаються,
мають серйозний вплив на пропускну здатність. При необхідності повторної
передачі повідомлень у радіомережі обміну даними, що працює на швидкості 19,2
кбіт/с, її пропускна здатність для окремих видів даних (коротких повідомлень)
може скоротитися у 10 разів.
Іншим фактором, що впливає на зниження пропускної спроможності, є
надлишкова інформація, необхідна для реалізації функції корекції помилок. Не
можна вважати коректним твердження типу: «Наш протокол використовує
алгоритм корекції помилки, що має 25% надмірності, тому пропускна
спроможність нашої радіомережі становить 19,2×0,75 = 14,4 кбіт/с». Незважаючи
на те, що таке твердження в принципі відповідає дійсності, воно правильне лише
частково. Прості розрахунки, подібні до наведеного вище, ігнорують багато
важливих факторів, які повинні враховуватися при оцінці пропускної здатності.
До них, наприклад, відносяться адресація, порядкові номери пакетів даних,
алгоритми виявлення помилки та підтвердження прийому повідомлень. Усі дані,
які додаються до інформаційного повідомлення не користувачем, а засобами
системи (а не лише надлишкові дані, необхідні для реалізації функції корекції
помилки), є непродуктивними (службовими) і впливають на її реальну пропускну
здатність.
Не менш серйозний вплив на пропускну здатність надає час атаки
передавача (набору передавачем потужності, необхідної для початку передачі
даних) та стабілізації за частотою. Цей важливий компонент «накладних витрат»
дуже часто недооцінюється, оскільки він не надає серйозного впливу на роботу
мовних каналів зв'язку, де процес натискання тангенти радіостанції та початку
передачі мовного повідомлення займає щонайменше чверть секунди. У випадку з
обміном даними все зовсім інакше.
Таким чином, підвищення швидкості обміну даними у вузькосмугових
радіомережах, що працюють в УКХ-діапазоні, пов'язане з вирішенням комплексу
проблем, зумовлених необхідністю збереження розмірів зони впевненого прийому
та підтримання високої пропускної здатності. Це завдання може ефективно
вирішуватися при використанні сучасних технологій, реалізованих у
спеціалізованому устаткуванні, які дозволяють забезпечити досить високий рівень
надійності та живучості технологічних радіомереж обміну даними.
Зовнішній вигляд радіомодему базової станції ParagonG3 представлено на
рисунку 3.4. Основні технічні характеристики радіомодему базової станції
ParagonG3 наведені в таблиці 3.7.
Рисунок 3.4 – Зовнішній вигляд радіомодему базової станції ParagonG3
Таблиця 3.7
Характеристики радіомодему базової станції ParagonG3
Характеристика ParagonG3
Передача: 762– Передача: 851–
Діапазон робочих частот, МГц 403–512 773 869
Прийом: 792–803 Прийом: 806–824
Крок сітки радіочастот, кГц 25 або 50
Габаритні розміри, см (ш х в х г) 192,6×56×81,3 (Г)
20 А/13,8
Споживання струму в режимі передачі, А 24 А/13,8 (ном.) 28 А/13,8 (ном.)
(ном.)
Робоча температура, °С –30…+60
Температура зберігання, °С –40…+70
Режим роботи дуплекс, 100% цикл
Вибірковість, дБ 75 (50 кГц), 85 (25 кГц)
Програмна синхронізація Підтримується при згасанні сигналу
1×10-9 (номінально, пошкоджені пакети
Достовірність
посилаються повторно)
Захист даних 128-бітний ключ
Приймач
50 кГц 75
Вибірковість
25 кГц 87 85
50 кГц 80
Інтермодуляція:
25 кГц 85 80
Бічне випромінення, дБм –90…+4 ГГц
–98 (64
–96 (128 кбіт/с) –95 (64 кбіт/с)
Чутливість, дБм (1% пошкодження пакетів кбіт/с)
на несучій частоті із застосуванням –104 (48
–102 (96 кбіт/с) –101 (48 кбіт/с)
технології паралельного декодування) кбіт/с)
–110 (32 –108 (64 кбіт/с) –107 (32 кбіт/с)
кбіт/с)
Передавач
Вихідна потужність, Вт 20–100 35–70 20–70
32 кбіт/с 16K0F1D 16K5F1D
48 кбіт/с 13K7F1D 16K5F1D
Тип випромінення: 64 кбіт/с 13K7F1D 30K0F1D 16K5F1D
96 кбіт/с 30K0F1D
128 кбіт/с 30K0F1D
32, 48 і 64 кбіт/с
SRRC16FSK
(25 кГц)
Вид модуляції: 128 кбіт/с SRRC16FSK
96 кбіт/с SRRC8FSK
64 кбіт/с SRRC4FSK
в режимі
от –36 дБм до 1 ГГц/от –30 дБм до 4 ГГц
передачі
Бічне випромінення:
в режимі
от –57 дБм до 1 ГГц/от –47 дБм до 4 ГГц
очикування
Стабільність 5:1
Зовнішній вид бортового радіомодему GeminiG3 зображено на рис.3.5
Рисунок 3.5 – Бортовий радіомодем GeminiG3
Основні технічні характеристики радіомодему базової станції GeminiG3
наведені в таблиці 3.8.
Таблиця 3.8
Основні технічні характеристики радіомодему GeminiG3
Характеристика GeminiG3
403–460, 450– Прийом: 792–803 Прийом: 851–869
Діапазон робочих частот, МГц
512 Передача: 762–773 Передача: 806–824
Крок сітки радіочастот, кГц 25 або 50
32, 48 або 57,6 в 64, 96 або 128 в 32, 48 або 64 в
Швидкість обміну даними, кбіт/с каналі з кроком каналі з кроком каналі з кроком
сітки 25 кГц сітки 50 кГц сітки 25 кГц
Габаритні розміри, см (ш×в×г) 15,4×5,1×18,2
Кількість каналів 32 (програмовані, віддалене налаштування)
Режим роботи напівдуплекс
Напруга живлення, В 13,6 (ном.); 10,9–16,3
Робоча температура, °С –30…+60
Захист даних AES 128-біт
Захист живлення 15 А (зовнішній запобіжник), захист від переполюсування
передача при 13,3
< 12 А
В, А
Споживчий
прийом при 13,3 В,
струм:
< 750 (включаючи навігаційний приймач)
мА
Приймач
–98 (64 кбіт/с) –94 (128 кбіт/с) –95 (64 кбіт/с)
–104 (48 кбіт/с) –100 (96 кбіт/с) –101 (48 кбіт/с)
Чутливість, дБм
–108 (43,2 кбіт/с) –106 (64 кбіт/с) –105 (43,2 кбіт/с)
–110 (32 кбіт/с) –107 (32 кбіт/с)
77, номінально 68, номінально 77, номінально
Вибірковість, дБ >75 хв. (25 кГц) >65 хв. (50 кГц) >75 хв. (25 кГц)
80 ном. 78 ном. 80 ном.
Інтермодуляція, дБ >75 хв. >75 хв. >75 хв.
Передавач
Час атаки, мс < 10 (відхилення не більше 1 мс)
Вихідна потужність, Вт 10–40 10–35
Модем
Корекція помилки Гіперкод
Програмна синхронізація Підтримується при згасанні сигналу
1×10-9 (номінально, пошкодженні пакети посилаються
Достовірність
повторно)
< 1% @ –107 з корекцією помилки при швидкості 32,0 кбіт/с
< 1% @ –110 з корекцією помилки при швидкості 25,6 кбіт/с
Частота появи помилок
< 1% @ –112 з корекцією помилки при швидкості 19,2 кбіт/с
Захист даних 128-бітний ключ
Протокол обміну даними TCP/IP
Впровадження системи дозволить не тільки виключити локомотивну
бригаду з процесу управління поїздом, а й докорінно змінити всю систему
диспетчерського управління та інтервального регулювання. Можливість
одночасно керуючого впливу на всі локомотиви дозволить реалізувати нову схему
інтервального регулювання, відмовитися від значної частини залізничної
автоматики та помітно скоротити інтервали руху за збереження високого рівня
безпеки. В результаті можна істотно збільшити обсяги перевезень, оскільки нова
система підтримує одночасний початок гальмування для рухомих складів, що
рухаються в попутному напрямку, а отже, забезпечує підвищення щільності руху
на залізничній мережі.
4. ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в
дослідницькій лабораторії при створенні проекту радіомережі
Розробка проекті радіомережі керування і збору даних для залізниці в даній
кваліфікаційній роботі проводиться в приміщенні дослідницької лабораторії.
Проектування такої мережі неможливе без використання сучасної комп’ютерної
техніки. Тому необхідно створити раціональні та безпечні умови праці
працівників під час роботи в лабораторії.
Потрібно звернути особливу увагу на фактори робочого середовища, які
безпосередньо впливають на працюючого, що призводить до зміни його
продуктивності, впливають на здоров'я і працездатність співробітника, який
працює в лабораторії. За рівнем фізичних навантажень робота співробітника
лабораторії відноситься до категорії I а, оскільки практично не потребує деякого
фізичного навантаження при роботі ПК.
Розміри лабораторії становлять: ширина – 5,2 м, довжина – 7,6 м, висота
стелі – 2,8 м, площа приміщення складає 39,52 м2. Лабораторія розрахована на
максимальну кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на одну
людину, дорівнює: 9,88 м2. Об’єм приміщення складає: 110,656 м3. Звідси об'єм,
який припадає на одну людину, дорівнює 27,664 м3, що відповідає вимогам
нормативних документів.
Параметри мікроклімату в робочому приміщенні мають дуже важливе
значення, оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття
співробітника. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів
мікроклімату наступні:
1. Температури повітря:
- в теплий період року – 23-25 °С (допустима – 20-28 °С). ;
- в холодний період року – 22-24 °С (допустима – 21-25 °С).
2. Вологість повітря:
- в теплий період року – 40-60 %;
- в холодний період року – 40-60 %.
3. Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с) ;
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с) .
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. Температури повітря:
- в теплий період року – 21-23 °С ;
- в холодний період року –21-22 °С .
2. Вологість повітря:
- в теплий період року – 45-52 %;
- в холодний період року – 47-54 %.
3. Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1м/с.
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.
В лабораторії в холодний період року функціонує система централізованого
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013. Для її забезпечення
встановлено 5 біметалевих радіаторів, що підтримують температуру повітря в
холодний період року в нормативних межах.
Дослідницька лабораторія - це приміщення з однобічним природним
освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. Природне
освітлення забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон приміщення
однакові і становлять 1,31,4 м.
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення проводиться
за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд зорової праці – II
в, найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає дуже високому
ступеню точності зорової праці. Контрастність найменшого об’єкту розрізнення
та фонів: між текстом на моніторі та фоном, між текстом на аркуші паперу та
аркушем, букв на клавіатурі, між платою та деталями є середньою. Фактичне
значення КПО становить 15-18 %, що відповідає вимогам ДБН В.2.5-28-2018.
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру
об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Лабораторія обладнана двома світильниками ЛПО 11У–36-212, кожний з
яких має дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення
становить близько 420 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці
відповідає ДБН В.2.5-28-2018 тому система загального штучного освітлення не
потребує модернізації.
Головним джерелом шуму в приміщенні лабораторії є вентилятор
охолодження в системному блоці комп’ютера та принтер. Згідно з ДСН 3.3.6.037-
99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» нормативне значення
еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та типу робочого місця
складає 60 дБА, а рівень фактичного шуму становить 42-44 дБА, що відповідає
нормативному рівню.
Робоче місце співробітника є постійним і представляє собою стіл (для
вільного переміщення інженера за столом встановлено рухоме крісло, яке
повторює анатомію тіла людини), в лівій частині якого встановлений
персональний комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремій лабораторії,
мебльованій столами зі встановленими на них обладнанням, зокрема ПК.
Монітори комп'ютерів розміщені так, щоб відстань від очей користувача до
о
екрану складала не менше 70 cм, кут зору 30 , для мінімізації впливу
випромінювання на зір.
Умови праці інженерів - розробників при роботі з обладнанням крім стану
параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні,
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип робочого
крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951:2015 та в залежності від тривалості
роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої конструкції, в
якому легко пересуватися. Ширина столу 0,85 м, усі предмети, що знаходяться на
ньому розташовані на відстані не більш 70 см від працівника, отже вони
знаходяться в робочій зоні.
Електропроводка живлячої мережі в даному приміщенні прихованого типу
– прокладена під шаром штукатурки. Приміщення відноситься до 2 класу
приміщень: приміщення з підвищеною небезпекою ураження людини
електричним струмом (оскільки в приміщенні струмопровідна залізобетонна
підлога). Обладнання, встановлене в ньому живиться напругою 220 В і споживає
потужність менше ніж 2,5 кВт. Деяке обладнання, зокрема системний блок ПК,
має металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в лабораторії повинна
бути передбачені заходи, щодо захисту працівників від ураження електричним
струмом.
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією вибухопожежо-
небезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-38:2016 (горючі та важкогорючі рідини,
тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини, здатні горіти тільки
при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В даному приміщенні
забезпечуються необхідні заходи щодо протидії виникнення пожежонебезпечних
ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні».
План евакуації розміщений на стіні лабораторії з вільним доступом до нього. Для
попередження пожеж в ній використовується електрична пожежна сигналізація
променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 4 шт відповідно
ДБН В.2.5.56-2014.
В приміщенні лабораторії встановлено порошковий вогнегасник ВП-5, який
закріплений у підставці на стіні поряд з дверима.
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка
здійснюється згідно затвердженого переліку запитань.
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж
проводиться з працівниками на робочому місці до початку роботи. Запис про
проведення інструктажу робиться у спеціальному журналі.
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма
працівниками: на роботах з підвищеною небезпекою - 1 раз у квартал, на інших
роботах - 1 раз на півріччя.
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці інженера-розробника
є можливість його ураження електричним струмом. Тому необхідно
запропонувати заходи захисту працівників лабораторії від ураження електричним
струмом.
4.2 Способи захисту працівників лабораторії від ураження
електричним струмом
Для забезпечення захисту від ураження електричним струмом в
електроустановках повинні застосовуватися технічні способи і засоби захисту.
Вибір того або іншого способу або засобу захисту (або їх поєднань) в
конкретній електроустановці і ефективність його застосування залежать від цілого
ряду чинників, зокрема від:
- номінальної напруги;
- роду, форми і частоти струму електроустановки;
- способу електропостачання (від стаціонарної мережі, від автономного
джерела живлення електроенергією);
- режиму нейтралі джерела трифазного струму (середньої точки джерела
постійного струму) - ізольована нейтраль, заземлена нейтраль;
- виду виконання (стаціонарні, пересувні, переносні);
- умов зовнішнього середовища;
- схеми можливого включення людини в ланцюг протікання струму (прямий
однофазний, прямий двофазний дотик; включення під напругу кроку);
- виду робіт (монтаж, наладка, випробування) і ін.
Крім того, за принципом дії, всі технічні способи захисту поділяються на:
- що знижують до допустимих значень напруги дотику і кроку;
- що обмежують час дії струму на людину;
- що запобігають прямому дотику до струмопровідних частин.
Основними технічними засобами захисту є:
- захисне заземлення;
- автоматичне відключення живлення (занулення);
- пристрої захисного відключення.
Одним з основних засобів захисту від ураження електричним струмом є
пристрої захисного відключення (ПЗВ). ПЗВ - це пристрої автоматичного
відключення електроустановок при однофазному дотику до частин, що
знаходяться під напругою, неприпустимою для людини, і (або) при виникненні в
електроустановці струму витоку (замикання), що перевищує задані значення.
Призначення захисного відключення – забезпечення електробезпеки, що
досягається за рахунок обмеження часу дії небезпечного струму на людину. Це
забезпечується спеціальним пристроєм захисного відключення, який забезпечує
електробезпеку при дотику людини до струмопровідних частин устаткування,
дозволяє здійснювати постійний контроль ізоляції, відключає установку при
замиканні струмопровідних частин на землю. Для захисту людей від ураження
електричним струмом застосовуються ПЗВ із струмом спрацьовування не більше
30 мА.
Сфера застосування захисного відключення: електроустановки в мережах з
будь-якою напругою і будь-яким режимом нейтралі. Найбільше поширення
захисне відключення набуло в електроустановках, використовуваних в мережах
напругою до 1 кВ із заземленою або ізольованою нейтраллю.
Принцип роботи ПЗВ полягає в тому, що він постійно контролює вхідний
сигнал і порівнює його із заданою величиною. Якщо вхідний сигнал перевищує
цю величину, то пристрій відключає захищену електроустановку від мережі. Як
вхідні сигнали пристроїв захисного відключення використовують різні параметри
електричних мереж, які несуть в собі інформацію про умови ураження людини
електричним струмом. ПЗВ реагує на «струм витоку» і протягом сотих доль
секунди відключає електрику, захищаючи людину від ураження електричним
струмом, воно уловлює щонайменший витік струму і розмикає контакти.
Конструктивно ПЗВ бувають двох видів:
- електронні, залежні від напруги живлення, їх механізм для виконання
операції відключення потребує енергії, що отримується або від контрольованої
мережі, або від зовнішнього джерела;
- електромеханічні, незалежні від напруги живлення, вони дорожче
електронних ПЗВ, але мають більшу чутливість. Джерелом енергії, необхідної для
функціонування таких ПЗВ є сам вхідний сигнал – диференціальний струм, на
який воно реагує.
Рисунок 4.1 - Схема пристрою захисного вимкнення
Всі ПЗВ за вхідним сигналом класифікують на декілька типів:
- що реагує на напругу корпусу щодо землі;
- що реагує на диференціальний (залишковий) струм;
- що реагує на комбінований вхідний сигнал;
- що реагує на струм замикання на землю;
- що реагує на оперативний струм (постійний; змінний 50 Гц);
- що реагує на напругу нульової послідовності.
Застосування ПЗВ повинне здійснюватися відповідно до Правил
улаштування електроустановок (ПУЕ-17).
Таблиця 4.1
Технічні характеристики автоматичного вимикача
диференційного струму АВДТ34
Найменування параметру Значення
Кількість полюсів 3Р+N
Наявність захисту від надструмів В кожному фазному
полюсі
Номінальна робоча напруга Ue, В 400
Діапазон робочих напруг U, В 50÷460
Номінальна частота мережі, Гц 50
Номінальний струм In, А 6; 10; 16; 20; 25; 32
Номінальний вимикаючий диференційний струм 10; 30; 100, 300
(уставка) IΔn, мА
Номінальний невідключаючий диференційний струм, А 0,5
Номінальна комутаційна спроможність Icn, А 6000
Робоча характеристика у випадку диференційного
А
струму зі складовою постійного струму, тип
Характеристика спрацювання від надструмів, тип С
Механічна зносостійкість циклів В-О, не менше 10000
Електрична зносостійкість, циклів В-О, не менше 6000
Максимальний перетин дроту, який приєднується до 25
затискачів, мм²
Маса, кг 0,4
Ступінь захисту IP20
Кліматичне виконання УХЛ3.1
ПЗВ вибираються за двома параметрами: чутливість (номінальний
вимикаючий диференційний струм) і номінальний струм. Для захисту людини від
ураження струмом пропонується автоматичний вимикач диференційного струму
АВДТ34 з вбудованим захистом від надструмів, який реагує не лише на
синусоїдальні перемінні диференційні струми, але і на пульсуючі постійні
диференційні струми.
Автоматичні вимикачі диференціального струму АВДТ34 призначені для
захисту людини від ураження електричним струмом при ушкодженні ізоляції
електроустановок, для запобігання пожеж внаслідок протікання струмів витоку на
землю і для захисту від перевантаження і короткого замикання в мережах
змінного струму напругою 400 В і частотою 50 Гц.
Автоматичні вимикачі диференціального струму АВДТ34 випускаються в 4-
полюсном виконанні на номінальні струми 6А, 10А, 16А, 25А, 32А і номінальні
вимикаючі диференційні струми 10мА, 30мА, 100мА, 300мА.
Рисунок 4.2 - Автоматичний вимикач диференціального струму АВДТ34
Для захисту обладнання від стрибків напруги в живлячій мережі можливо
застосувати реле контролю напруги (РКН), зокрема, ZUBR D40, яке призначене
для захисту приміщень від стрибків і падінь напруги в однофазної мережі
220В/50Гц. Реле контролю напруги (відсікач напруги) Зубр D40 комплектується
потужними клемами з фібергласу, що дозволяє пропускати через нього струм до
32 А, без застосування магнітних пускачів.
Реле захисту від перенапруги має цифровий формат, легко налаштовується
за допомогою 3 кнопок. Вручну задається верхня і нижня межа відключення.
Можливо також подивитися останню аварійну напругу, в результаті якої прилад
відключив живлення.
Реле контролю напруги призначене для захисту різноманітних споживачів
струму, а також електрообладнання, чутливого до відхилень напруги.
Рисунок 4.3 - Реле контролю напруги ZUBR D-40
Технічні характеристики реле контролю напруги ZUBR D-40:
• Потужність навантаження: 8800 ВА,
• Струм навантаження: 40 А,
• Напруга живлення: 100-400 В,
• Верхня межа напруги: 220-280 В,
• Нижня межа напруги: 120-210 В,
• Надійні та потужні обтискні клеми,
• Корпус з самозатухаючого полікарбонату,
• Запам'ятовування аварійного напруги,
• Час відключення навантаження при підвищенні: не більше 0,05 сек,
• Час відключення навантаження при пониженні: не більше 1,20 сек,
• Час затримки на включення: 3-600 сек,
• Габарити: 7×8,5×5,3 см.
Реле має працювати таким чином, щоб уникнути перенапруження і при
цьому не допустити занадто малої напруги в електричній мережі.
Чинники, що вказують на необхідність встановлення РКН: при розриві
повітряної лінії електропередачі напруга може підвищуватися до 160 В більше
стандартної, в результаті чого електричні прилади згоряють і потребують
дорогого ремонту; у погану погоду обрив нейтрального проводу призводить до
збільшення навантаження і поломок електропобутової техніки; напруга може
знижуватися до надто низьких показників, якщо будинок знаходиться далеко від
трансформатора, а це може призвести до поломок техніки; електрична мережа
відчуває серйозні перевантаження під час включення потужних приладів, при
цьому інша техніка відчуває нестачу напруги.
Основа РКН – мікросхема, яка керує роботою приладу. Мікросхема
відстежує зміни показників напруги, і в разі необхідності посилає команду
електромагнітному реле про відключення пристрою, що стабілізує напругу.
Діапазон функціонування РКН знаходиться в межах 100-400 В.
РКН включає в себе два елементи: електронний та силовий. Електронна
частина відповідає за контроль напруги, силова частина – розподіляє
навантаження. Основна складова реле – мікропроцесор, який забезпечує плавність
зміни показника напруги. Найважливішим показником ефективності РКН є
здатність швидкого спрацьовування. Швидкість і поріг спрацьовування
визначаються параметрами потенціометра.
Від стабілізаторів РКН відрізняється принципом роботи. При раптових
змінах напруги реле нейтралізує ті місця, де показники напруги нижче
нормальних. На відміну від РКН, стабілізатори сприяють рівномірному розподілу
напруги електромережі. Використання РКН вважається більш ефективним,
оскільки в разі потреби – це пристрій відключить проблемні ділянки мережі.
РКН застосовуються для захисту:
- від розривів, злипання, зміни положення фази;
- однофазної або трифазної електромережі;
- електричного обладнання від перепадів напруги;
- пристроїв, які повільно функціонують в перехідному положенні;
- приладів з високим навантаженням на електричний двигун;
- деяких пристроїв, які потребують високоякісної напруги на повних фазах;
Переваги РКН:
- широкий діапазон робочих температур: -20 C – +40 C, що дає можливість
застосовувати реле, як всередині будівель, так і назовні;.
- великий асортимент дозволяє підібрати прилад бажаної цінової групи;
- РКН гарантує ефективний захист чутливої до перепадів напруги техніки,
що дозволяє уникнути її поломки і дорогого ремонту;
- завдяки різноманітності моделей, є можливість підібрати саме таке РКН,
яке буде максимально відповідати технічним запитам споживача;
- при змінах напруги реле не допускають коливань інтенсивності
освітлення;
- пристрій здатний автоматично відключати аварійні місця в електричній
мережі;
- сучасні модифікації РКН мають привабливий дизайн, який може вдало
поєднуватися з інтер'єром приміщень.
Залежно від різновиду підключення реле класифікують за трьома типами: у
вигляді вилки і розетки; у вигляді подовжувача; монтується на рейку.
РКН першого різновиду характеризується присутністю вилки, завдяки чому
полегшується монтаж реле. Такий пристрій достатньо лише підключити в
розетку. Реле захищає лише окремих споживачів. Подібні прилади оснащені
кнопками, якими можна контролювати граничні рівні навантаження.
За видами навантаження РКН класифікуються як: однофазні та трифазні.
Для захисту трифазних двигунів застосовуються однофазні реле. Такі
пристрої здатні захистити такі електроприлади, як холодильники, кондиціонери та
іншу техніку з електричним приводом.
Трифазні РКН застосовуються для забезпечення контролю повнофазності.
Якщо є трифазний вхід, можна поставити трифазні реле. Однак якщо зникне якась
фаза, з пара, що залишилась, буде тут же відключена. У випадку навіть незначних
коливань або перекосів фаз РКН буде тут же спрацьовувати. Наприклад, при
напрузі на одній з фаз в 220 Вт, а на іншій — 210 Вт, відключаться обидві фази.
При тому, що такі показники навантаження нормальні і не заподіють шкоди
електричних приладів.
Таким чином, якщо є три фази на вході, рекомендується поставити на кожну
фазу власне однофазне реле. Підбираючи потужність РКН потрібно брати до
уваги, що на приладі вказана потужність, яку пристрій може пропустити через
себе, але не розімкнути. Виходячи з цього потрібно набувати однофазне РКН на
30-50 ампер вище можливостей електричної мережі.
ВИСНОВКИ
Основні завдання систем залізничної автоматики та телемеханіки полягають
в забезпеченні ефективного управління експлуатаційними процесами та
запобігання зіткненням і сходам рухомих складів з рейок. Для цього таким
системам потрібно перш за все одне – як можна більш актуальна та надійна
інформація про всі поїзда на контрольованих ними ділянках шляху. Радіомережа
управління та збору даних для Укрзалізниці – є важливою частиною таких систем.
В даній роботі розглядаються питання створення радіомережі обміну
даними між стаціонарними та рухомими об'єктами, що входять до структури
залізниць. Радіоканал задіюється для забезпечення повсякденного
функціонування практично всіх залізничних служб. Обмін цифровою
інформацією проводиться за допомогою радіомодемів. Розглянуто бортові
системи, що підвищують ефективність роботи залізничного транспорту, безпеку
та екологічність руху.
Нині у сфері забезпечення роботи залізничного транспорту застосовуються
різні бездротові засоби зв'язку й обміну даними. В роботі наведені області
застосування та способи реалізації. Кожна країна використовує різні підходи для
реалізації подібних радіомереж. Розглянуто технічні характеристики обладнання
радіозв'язку, що використовується і планується до застосування на залізничному
транспорті. Частина мереж є морально застарілими, тому при виборі слід
орієнтуватися на більш сучасні системи.
На сьогодняшній день більшість систем працюють на стандартах GSM-R і
TETRA, проте ці стандарти більше орієнтовані на передачу мовної інформації.
Найбільш перспективною видається конвенціальна радіомережа обміну даними
для системи управління рухом на залізничному транспорті. Наведена типова
структура технологічної радіомережі обміну даними на залізничному транспорті,
яка включає мережу базових станцій, що встановлюються вздовж залізничної
колії та з'єднані каналами магістрального провідного або бездротового зв'язку з
пунктами управління та збору даних. Кожна БС забезпечує зв'язок із групою
поїздів, що перебувають у її оперативній зоні. У сучасних радіомережах на
залізничному транспорті зони сусідніх БС повністю перекривають одна одну,
внаслідок чого формується єдина оперативна зона з підвищеною надійністю та
живучістю. Перемикання поїздів на роботу із сусідньою базовою станцією
(хендовер) здійснюється автоматично.
Схема радіомережі може використовувати послідовні інтерфейси, за якими
кожна базова станція ParagonPD+ підключається до багатобазового контролера
MSC (Multi-site controller), що виконує функції централізованого технічного
управління і сполучення з взаємопов'язаною мережею провідного зв'язку та
обміну даними. Також може застосовуватися єдиний для всієї конвенційної
технологічної радіомережі обміну даними інтерфейс Ethernet та
використовуватися стандартне мережеве обладнання.
Розглянуто технічні характеристики та наведено зовнішній вигляд
радіомодему базової станції ParagonG3 і бортового радіомодему GeminiG3, що
використовуються в радіомережа обміну даними для системи управління рухом.
Проведено аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в дослідницькій
лабораторії при створенні проекту радіомережі. Розглянуто способи захисту
працівників лабораторії від ураження електричним струмом. Реалізовано схему
пристрою захисного вимкнення.
СПИСОК ВИКОРИСТАННОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Маргарян С. Радиосеть управления и сбора данных для
железнодорожных приложений. Часть 1. // Беспроводные технологии
№1’2020 – Режим доступу: https://wireless-e.ru/gsm/gsm-r/radioset-upravleniya-
chast-1/
2. Маргарян С. Радиосеть управления и сбора данных для
железнодорожных приложений. Часть 2. // Беспроводные технологии
№2’2020 – Режим доступу: https://wireless-e.ru/application/railway/radioset-
upravleniya-chast-2/
3. Маргарян С. Радиосеть управления и сбора данных для
железнодорожных приложений. Часть 3. // Беспроводные технологии
№3’2020 – Режим доступу: https://wireless-e.ru/application/railway/radioset-
upravleniya-chast-3/
4. Маргарян С., Харламов А. , Хромцев А., Сабунин А.
Конвенциональные технологические радиосети обмена данными
повышенной надежности и живучести. Часть 3. – Режим доступу:
https://wireless-e.ru/wireless-networks/tehnologicheskie-seti-3/
5. Конвенциональные системы стандарта DMR. – Режим доступу:
http://www.otc.kz/systems_dmr_conventional.html
6. Роенков Д. Н., Плеханов П. А., Шматченко В. В. Системы радиосвязи
высокоскоростного железнодорожного транспорта. // Бюллетень результатов
научных исследований. - 2017. С.57-68.