بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارتباط مستقیم دو قطار،سادهترین راه افزایش ایمنی و ظرفیت شبکه ریلی در ایران
چکیده
کاهش ذخیره های انرژی و بالارفتن ارزش سوخت های فسیلی موجب شده است تا راه آهن که به عنوان بهینه-ترین ناوگان حمل و نقل در مصرف سوخت و انرژی مطرح است در ایران نیز مورد توجه جدی قرار بگیرد و افزایش ترافیک شبکه در کنار توسعه آن امری اجتناب ناپذیر باشد. در این میان مهمترین مساله توانایی در بالابردن ترافیک شبکه در سیستم و حفظ امنیت سیر آن میباشد. راه کارهای مختلفی امروزه در دنیا برای این امر به کار میرود که میتوان از سیستمهای کنترل خودکار قطارها ( (ATC نام برد. کشورهای مختلف اروپایی و آمریکایی سعی در توسعه و ارائه استانداردهایی برای این سیستمها دارند. در ایران نیز حرکت به سمت استفاده از آنها امری است اجتناب ناپذیر ولی هم هزینه بالایی را در بر خواهد داشت و هم مدت زمان زیادی پیاده سازی آن طول خواهد کشید. بنابر این در شرایط کنونی و به منظور بالابردن ظرفیت و ایمنی خطوط در این مقاله ابتدا راهکارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است و در پایان با توجه به محدودیت ها و مزایای آنها روش ارتباط مستقیم بین دو قطار به عنوان ارزان ترین و سریعترین راه ممکن معرفی گردیده است.
کلمات کلیدی
بلاک ثابت ، بلاک متغیر ، هدوی
مقدمه
راه آهن از دیرباز به عنوان ایمن ترین سیستم حمل نقل برای بار و مسافر شناخته شده است. دلیل اصلی ایمنی در راه آهن نیز اعزام قطارها در فواصل زمانی معین به صورت متوالی و برنامه ریزی و کنترل دقیق آنها جهت عدم تصادم در طول حرکت میباشد. از زمان پیدایش راه آهن تاکنون روشهای گوناگونی جهت حفظ ایمنی حرکت به کار گرفته شده است . سیستمهای سیگنالینگ بلاک ثابت که قدمت اجزای آن به اندازه خود راه آهن است از سال 1832 در آمریکا و پس از آن در سال 1834 در لندن به عنوان اولین سیستمهایی هستند که به کار گرفته شدهاند.[1]
در سالهای اخیر با توجه به افزایش ترافیک خطوط کاهش فاصله بین اعزام قطارها امری اجتناب ناپذیر می-نماید و کشورهای مختلف برای رسیدن به این امر و در عین حال حفظ ایمنی حرکت قطارهای خود راه کارهای مختلفی را به کار برده و توسعه دادهاند. راه کارهایی همچون سیستمهای حفاظت خودکار قطار( (ATP ، هدایت خودکار قطار((ATO و در نهایت کنترل خودکار قطارها ( (ATC در دستور کار قرار گرفته و راه آهنها سعی بر آن دارند تا بتوانند ضمن ارتباط دائم با قطارها از وضعیت آنها آگاه بوده و از تصادم آنها جلوگیری کنند و سیستمها به گونهای طراحی شده باشند تا در مواقع بحرانی ایمنی کامل را برقرار سازند.
کاهش ذخیرههای انرژی و بالارفتن ارزش سوختهای فسیلی موجب شده است تا راه آهن که به عنوان بهینه ترین ناوگان حمل و نقل در مصرف سوخت و انرژی مطرح است در ایران نیز مورد توجه جدی قرار بگیرد و افزایش ترافیک شبکه در کنار توسعه آن امری اجتناب ناپذیر باشد.
با افزایش ترافیک خطوط احتمال وقوع خطاهای انسانی یا مکانیزه افزا یش می یابد بنابر این باید راهکاری اندیشید تا بتوان با کمترین هزینه با استفاده از امکانات موجود خطاها را پوشش داده و امنیت سیستم را حفظ نمود. در این مقاله سعی شده تا با توجه به روشهای مختلف مورد استفاده و با در نظر گرفتن جدیدترین استاندارهای تعریف شده به ساده ترین ، کاربردی ترین و کم هزینه ترین راه حل ممکن دست پیدا کنیم به طوری که قابلیت توسعه به طرف سیستمهای نوین را نیز دارا باشد.
سیستم سیگنالینگ
اگر در طول یک خط و میان فاصله دو ایستگاه فقط یک قطار را در مسیر در نظر بگیریم ، آن قطار از لحظه شروع حرکت از ایستگاه مبدا تا رسیدن به ایستگاه مقصد و توقف در آن ، یک زمان شتاب گیری ، یک زمان حرکت با سرعت ثابت و یک زمان ترمزگیری خواهد داشت. شتاب گیری میتواند تا رسیدن به حداکثر سرعت خط ادامه پیدا کند و ترمزگیری از زمانی آغاز میشود که قطار مطمئنا در ایستگاه متوقف شود. در بقیه طول مسیر قطار با سرعت ثابتی که میتواند حداکثر سرعت خط باشد حرکت میکند. شکل یک منحنی سرعت – مسافت – زمان یک قطار در طول حرکت را نشان میدهد.
ولی وقتی چندین قطار را به طور متوالی و پشت سرهم در یک خط در حال حرکت داشته باشیم، با توجه به سرعت سیر مختلف قطارها و شرایط متفاوت حرکتی آنها ، احتمال برخورد بین آنها به وجود میآید پس باید حرکت آنها به گونهای باشد که هیچ برخوردی بینشان صورت نگیرد. برای این منظور لازم است تا فرامینی جهت حرکت به قطار ها در طول مسیر ارسال شود.[2]
حفظ فاصله ایمن بین دو قطار و جلوگیری از تصادم آنها به عهده سیستم سیگنالینگ است. علاوه بر آن وظیفه عمده دیگر سیستم سیگنالینگ تنظیم زمان حرکت قطارهای متوالی و متقابل و کنترل سرعت آنها میباشد. به طور کلی سیستم سیگنالینگ به دو روش بلاک ثابت و بلاک متغیر کار میکند. روش بلاک ثابت از دیرباز مورد استفاده قرار میگرفته است و روش بلاک متغیر در سالهای اخیر از طرف راه آهنهای پیشرفته دنیا مورد استفاده قرار میگیرد. همانطور که اشاره شد اجزای سیگنالینگ به قدمت خود راه آهن میباشند. به مرور با استفاده از سیمافور و اینترلاکینگ مکانیکی شروع شده و به سمت اینترلاکینگ الکتریکی و نیوماتیکی و رله ای با قابلیت کنترل از راه دور پیش رفته است. تکنولوژی اینترلاکینگ با ورود واحدهای کنترل میکروپروسسوری در سال 1979 کامل گردید.[1]
وظایف سیگنالینگ را میتوان به صورت زیر برشمرد:
- جلوگیری از تصادم بین قطارها
- جلوگیری از خروج از خط قطار در تقاطعها و سوزنها
- جلوگیری از تصادم در تقاطعهای همسطح
- استفاده بهینه از سرویس قطار موارد فوق تعدادی از اصلیترین وظایف سیستم سیگنالینگ هستند که در کنار آنها میتواند وظایف دیگری
همچون جلوگیری از تصادف کارکنان و انسانها با قطار ، دادن سرعت ماکزیمم امن برای حرکت قطار ، جلوگیری و پیشگیری از خطاهای مسیر ، خرابی راه و ... را برشمرد.[3]
سیستمهای سیگنالینگ بلاک ثابت
سیستم بلاک ثابت ، سیستم معمول و رایج اکثر راه آهن ها در سراسر دنیا میباشد. در این سیستم خط به بلاکهایی تقسیم میشود که حداقل طول هر کدام از آنها به حداکثر سرعت قطارها ، فاصله ترمز قطارها و تعداد نماهای سیگنال که امروزه توسط چراغ هایی به رنگ های مختلف نشان داده میشوند بستگی دارد. فقط یک قطار میتواند در هر زمان در یک بلاک حضور داشته باشد و حضور قطارها در بلاکها عموما توسط مدارراه تشخیص داده میشود.[4 ]
قطار بعدی زمانی اجازه دارد به بلاک وارد شود که آن بلاک آزاد باشد و سرعت آن به اندازهای پایین باشد که بتواند قبل از ورود به بلاک اشغال بعدی متـوقف شود. در سیسـتمهای سیگـنالینگ غیر خودکار نظم دادن توسط گذاشتن سیمافور یا چراغهای رنگی در ورودی بلاکها انجام میپذیرد. با این شرایط در صورت تغییر فرمان یا به وجود آمدن موقعیت اضطراری پس از ورود قطار به بلاک امکان اطلاع رسانی به قطار وجود ندارد.[2]
از زمانی که قطار شروع به ترمزگیری میکند تا زمانی که کاملا متوقف میشود مدت زمانی طول خواهد کشید و در این فاصله قطار مسافتی را خواهد پیمود که با توجه به روابط فیزیکی ساده میتوانیم این فاصله را محاسبه کنیم(رابطه .(1
= Vm حداکثر سرعت مجاز خط
= b شتاب ترمز
= Lbr فاصله ترمز قطار
البته این رابطه برای بهترین شرایط بوده و به طور کلی عوامل مختلف زیادی در فاصله ترمز موثر میباشند که باید آنها را نیز در نظر گرفت.
با توجه به مطالب بیان شده در بالا شکل 2 یک سیستم بلاک ثابت دو نمایی را نشان میدهد. بلاک B توسط قطار B اشغال شده است و سیگنال ورود آن قرمز میباشد که به معنای عدم اجازه ورود به بلاک است. ورود به بلاک A برای قطار A آزاد میباشد(سیگنال سبز است) بدین شرط که بتواند قبل از سیگنال قرمز متوقف شود.
همانطور که ذکر شد قطار باید به گونهای قبل از ورود به بلاک اشغال متوقف شود. برای این منظور قطارها را باید با فواصل زمانی خاصی اعزام کرد که این فاصله زمانی را هدوی زمانی مینامند. هدوی وابسته به عواملی هم چون طول قطار و فضای ایستگاه برای اعزام و دریافت قطار میباشد. یکی از روابطی که برای محاسبه هدوی با توجه به شرایط ایستگاه ها به کار میرود رابطه 3 میباشد.[5]
رابطه3
که در این رابطه : = H هدوی به ثانیه
= T متوسط زمان توقف ایستگاه به ثانیه
= L طول قطار
= V سرعت قطار
= a شتاب حرکت قطار
با توجه به هدوی میتوانیم ظرفیت خط را که برابر تعداد قطارهایی است که در یک ساعت از یک نقطه معین از خط عبور میکنند را با استفاده از رابطه 4 به دست آوریم.[5]
رابطه 4 در رابطه فوق = Q ظرفیت خط میباشد.
در سیستم بلاک ثابت و برای این که قطار قبل از رسیدن به بلاک اشغال متوقف شود اصولا هدوی را به کمک طول بلاک تعریف میکنند که با توجه به شرایط مختلف عموما از رابطه 5 برای این منظور استفاده میشود.[5 ]
که در این رابطه :
= L طول قطار
= D فاصله دید تا سیگنال بعدی (فاصلهای که راننده قبل از رسیدن به سیگنال هشدار ، جهت کاهش سرعت خود اقدام به اعمال ترمز مینماید فاصله دید نامیده میشود)
= V ماکزیمم سرعت خط
= S طول بلاک
= i تعداد بلاکهای در نظر گرفته شده میباشد.
تعداد بلاکهایی که در نظر گرفته میشود( (i وابسته به عواملی هم چون تعداد نمای سیگنالها میباشد. تعداد این نماها از دو تا چهار نما میتواند متفاوت باشد. با بیشتر شدن تعداد نماها طول بلاک میتواند کوچکتر در نظر گرفته شود. به عنوان مثال در سیستم سه نمایی کمترین فاصله بین دو قطار برای اطمینان از توقف پشت چراغ قرمز به اندازه سه بلاک در نظر گرفته میشود.[6 ]
همانطور که بیان شد تعداد نماها در تعیین حداقل طول بلاک موثر میباشند به گونهای که با استفاده از تعداد نماهای بیشتر طول بلاک ها را میتوان کاهش داد. به عنوان نمونه در سیستم دو نمایی در بهترین شرایط طول بلاک حداقل باید به اندازه طول مسیر ترمز قطار باشد ولی در بعضی موارد در سیستم چهارنمایی طول بلاک را یک سوم فاصله ترمز در نظر میگیرند(رابطه .(6 در این صورت فاصله ایمن بین دو قطار را پنج برابر طول بلاک قرار میدهند.[4 ]
= Vm حداکثر سرعت مجاز خط
= b شتاب ترمزی
= S طول بلاک
محدودیتهای سیستم سیگنالینگ در ایران
در ایران اغلب از سیستمهای دو نمایی یا سه نمایی(در نزدیکی ایستگاهها) استفاده میشود. شکل 3 نمونه ای از وضعیت سیگنالها در سیستم دو نمایی با وجود داشتن سیگنال هشدار را نشان میدهد. بلاکها اصولا توسط مدار راه مشخص میشوند ولی به علت پارهای محدودیتها نمیتوان طول بلاکها را به اندازه حداقل با توجه به تعداد نماها در تمام طول خط نظر گرفت . محدودیتهای بسیاری در این مورد وجود دارد به طور ی که در پارهای از موارد ممکن است موجب شود طول یک بلاک ممکن است به چند ده کیلومتر هم برسد. با توجه به مطالب بیان شده در بالا وقتی که یک بلاک طولانی توسط یک قطار اشغال شده باشد قطار دیگری اجازه ورود به آن بلاک را نخواهد داشت.
در صورت وقوع یکی از شرایط زیر:
- وقوع اشکال در سیستم سیگنالینگ
