הקדמה: עמוד השדרה של פעולות רכבת בטוחות

רשתות הרכבות המודרניות תלויות במערכות אותות ושליטה מורכבות לניהול אלפי רכבות מדי יום על פני אלפי קילומטרים של מסלול. בעוד טכנולוגיה דיגיטלית הביאה שינויים מהפכניים, הבסיס של פעולות בטוחות, אמינות עדיין נשענ על מערכות אלקטרו-מכאניות.המכשירים ההיברידיים הללו, המשלבים מעגלים חשמליים עם אותות מכניים, מבצעים פונקציות קריטיות משליטה כדי לזהות עמדות רכבת.

Defining Electromechanical Systems

מערכת אלקטרו-מכנית היא כל מכשיר שממיר אנרגיה חשמלית להילוך מכני או להיפך. בזיהוי רכבת, זה בדרך כלל כרוך במסרים, מנועים, סולמות, וחיישנים מיקום הפועלים יחד כדי להפעיל ציוד מעקב.בניגוד למערכות אלקטרוניות טהורות המעבדות אותות במיקרו-צ'יפס, מערכות אלקטרו-מכניות משתמשות בתנועות פיזיות ובמגעים חשמליים כדי להשיג שליטה.

עקרונות מפתח

  • (ב) ⁇ :0 (הההעברה:0) ,1) אותות חשמליים מעוררים תנועה מכנית (למשל, מסר העובר למגעים פתוחים או קרובים).
  • (FLT:0) עיצוב בטוח: FLT:1 מעיינות מכניים וכוח הכבידה להבטיח כי במקרה של כשל כוח, המערכת חוזרת למצב של ברירת מחדל בטוח.
  • התנהגות ⁇ :0 (Deterministic): מכשירים אלקטרומכניים של אלקטרו-מכניים יש זמנים של תגובה צפויים וברורים על מדינות / off, בניגוד לתוכנה שיכולה להיות באגים נסתרים.

עקרונות אלה הופכים את המערכות האלקטרו-מכניות אידיאליות לשילוב – תהליך מניעת תנועות רכבת סותרות.

התפתחות היסטורית של אותות אלקטרו-מכניים

אות הרכבת החל עם זרועות מכניות פשוטות המופעלות על ידי צבים וחוטים.המאה ה-19 המאוחרת הציגה טלגרפיה חשמלית ומסילות מעקב, המוביל למכונות ההנעה אלקטרו-מכאנית הראשונות, דוגמאות מוקדמות כמו Saxby & מסגרת האיכרים השתמשה מנעול מכני בין מוליכים, בשילוב עם כלי חסימה חשמליים.

עידן השבירה

הממסר האלקטרומכאי הפך להיות סוס העבודה של אות הרכבת במשך כמעט מאה שנים. Relays הם מתגים כי פתוח או קרוב כאשר זרם חשמלי זורם דרך סליל, העברת arבשל. in interlocking, ממסרים הם מחווטים ברשתות לוגיות מורכבות כדי לאכוף את חוקי הבטיחות.לדוגמה, "מסתתתתתתתתת חתימה" לא תמריץ אלא אם "מכושף" ו" מפרש "מסלולארי" מעיד על תנאים לוגיים" רבים, אך הם עדיין מתוכננים באופן איטי מאוד, אך הם פועלים.

מבוא של Solid State

בשנות השמונים, שילוב אלקטרוני באמצעות מיקרו-מעבדים החל להחליף כמה מערכות אלקטרו-מכאניות.עם זאת, רכבות היו איטיות לאמץ עקב אתגרים של אישור בטיחות.גם כיום, רשתות רבות משתמשות במערכות היברידיות שבהן ממסרים אלקטרו-מכאניים מטפלות בהחלטות קריטיות בטיחות בעוד מערכות אלקטרוניות מספקות ממשקים ואבחון.זה אומר כי רכיבים אלקטרו-מכניים נשארים נוכחים בציוד לצדם כמו מתגים וראשי אותות.

תפקידים מרכזיים ב- Modern Railway Signaling

למרות ההתקדמות, מערכות אלקטרו-מכאניות עדיין מבצעות מספר פונקציות חיוניות בסימן עכשווי:

1. מעקב אחר פעולות

מעגלים מעקב מזהים את נוכחותה של רכבת באמצעות המסילות כחלק מעיגול חשמלי. An אלקטרומכני עוקב אחר הזרם הנוכחי.כאשר רכבת נכנסת לחלק, הגלגלים שלה ואקסלס קצר המעגל, ממריץ את הממסר ומצביע על המסלול הכבוש.עקרון פשוט זה אינו בטוח לחלוטין: אם המסלול פורץ, את אותות הממסר ומראה סכנה.

2.Switch ו- Crossing control

מתגי רכבת (נקודות) מועברים על ידי מכונות מתג אלקטרו-מכניות.מכשירים אלה מכילים מנוע (בדרך כלל AC או DC חשמלי), רכבות הילוכים, ומניעה של מנגנונים.המכונה מקבלת אות מהשילוב, לסובב את המנוע כדי להניע את המעקה לעמדה הרצויה, ולאחר מכן מנעול אותם חיישנים משולבים לאשר את המעבר מוגדר כראוי לדווח על מערכת הבקרה המודרנית כמו מתג רכבת מסוג 5K) או בתנאי אבטחה גבוהה (S) תחת חיישנים משולבים 5K).

צילום: Signal Head Display

אותות צבע מסורתיים להשתמש נורות incandescent או LEDs, אבל המעבר נשלט לעתים קרובות על ידי הודעות אלקטרומכניות.לדוגמה, אות המציג "מצטבר" דורש ממסר כדי למריץ את המעגל הירוק.גם בסימנים מבוססי LED, מעגל הבקרה כולל לעתים קרובות ממסר כדי להבטיח הפעלה בטוחה לא. במדינות מסוימות, אותות מכניים עדיין לפעול באמצעות כונן אלקטרומי.

המונחים: Interlocking Logic

למרות שמתקנים חדשים רבים מבוססים על מחשב, מאות צמחים קיימים עדיין משתמשים בלוגיקה של העברת אלקטרו-מכאנית.זה נכון במיוחד בחצרות משא, קווים משניים, וכמה מערכות רכבת אור.החיפוש של ממסרים יוצר לוגיקה קריטית בטיחותית המונעת מסלולים סותרים.

המונחים: different

כדי להבין מערכות אלקטרו-מכניות במסת רכבת, מומלץ לבחון רכיבים בודדים ותפקידיהם.

עיכובים אלקטרו-מיכניים

עיכובים נמצאים בליבת.ממסר רכבת טיפוסי מורכב מ סליל, arבשל, וקבוצת אנשי קשר.כאשר סליל הוא ממריץ, מהלכים arבשלים, שינוי אשר מגעים מחוברים. Relays נועדו להיות נייטרלי (לא קוטבי), כלומר הם פועלים על AC או DC- Safety- Criticals יש מגעים עצמיים שנבנו כדי לפעול על ידי מחזורים של מחזורים (Fight) לעתים קרובות כולל מחזורים של מחזורים).

Switch Machines

מכונות Switch הן סוסי העבודה של המסלול.הם כוללים מנוע חשמלי שמניע רכבת הילוכים ובר לזרוק המחובר למסילות מתג.המנוע נשלט על ידי ההתערבות, אשר חל על כוח לזמן קצר כדי להעביר את הנקודות.המכונה כוללת מנוף יד עבור פעולת ידנית.זה גם יש זיהוי כי המאשר את מתג הוא במיקום הנכון.

עקבו אחרי Circle Relays

ממסרים מיוחדים אלה נועדו לזהות את הזרם הקטן מאוד זורם דרך מעגל מסלול.יש להם רגישות גבוהה והם לעתים קרובות מכוונים לתדרים ספציפיים. כאשר רכבת תופסת את המסלול, הממסר ממריץ, ואנשי הקשר שלה לשנות מצב.הממסר גם לפקח על הבריאות של חוטי המעגל. חוט שבור או נכשל ימחיש מסלול כבוש, שהוא מצב בטוח.

המונחים: lors and control Panels

לפני מסכי מחשב, אות נשלט ממסגרות מנוף מכני.כל אחד מנוף הפעיל מתג או אות באמצעות חוטים או ממריצים חשמליים.רבים מהמסגרות הללו עדיין בשימוש, במיוחד במורשת או קווים כפריים.ההמונים עצמם הם מכניים, אך לעתים קרובות הם מפעילים משדרים אלקטרו-מכניים או עוברים מכונות.מודרניות "שליטה" משתמשים בדחפורים ובמעבורות זעירות עם אלקטרו-מדומים לתחושות אלה כדי להרגיש מכוונות למסגרות אלקטרו-מדבקות או לעבור מכוונות לכבלים.

חיישן מיקום

בנוסף למסלול מעגלים, חיישנים אלקטרו-מכאניים משמשים לזיהוי המיקום של מתגים, גשרים מסובכים ומחסומים.אלה כוללים מתגים מגבילים, חיי קרבה, מתגים מגנטיים.הם מספקים את ההתנגשות עם אישור כי מכשירים מכניים נמצאים במצב הנכון לפני המאפשרים רכבת להמשיך.החיישנים עצמם הם מגעים אלקטרו-מכניים פשוטים, קרובים או פתוחים על בסיס מגע פיזי עם החלק הנעים.

היתרונות של מערכות אלקטרו-מכניות

גם בעידן של דומיננטיות דיגיטלית, מערכות אלקטרו-מכאניות מציעות הטבות שונות שמונעות מהם רלוונטיות:

  • התנהגות בטוחה:0 (FLT:1; מעיינות מכניים וכוח הכבידה להבטיח כי רכיבים כושלים חדלים כברירת מחדל למצב בטוח.
  • (FLT:0) נשק להתערבות אלקטרומגנטית (EMI): אנדרל 1:1 בניגוד אלקטרוניקה מוצקה, ממסרים ומנועים הם חסינים יחסית לרדיפת הפרעות מקווים או זרמי מערכת.
  • (FLT:0) אבחון פשוט: טכנאי מיומן יכול לצפות במגעים של הודעות ממסר ולקבוע מתחים לאבחן בעיות ללא כלי קידוד מורכבים.
  • (FLT:0) אורך חיי שירות:001 מרכיבים אלקטרו-מכאניים רבים שעוצבו באמצע המאה ה-20 עדיין פונקציונליים כיום, עם תחזוקה תקופתית בלבד.
  • (FLT:0) ללא אישור תוכנה:FLT:1ir אישור בטיחות עבור שילוב מבוסס ממסר מבוסס על עיצוב מוכח ובדיקה, הימנעות מתהליך יקר וזמני של הסמכה בטיחות תוכנה כמו CENELEC EN 50128.
  • (ב) אמינותה של ה-FLT:0) ,100: למערכות היו מעודנות לאורך עשרות שנים; שיעורי הכישלון הם מובן וצפוי.

גבולות ואתגרים

למרות היתרונות הללו, מערכות אלקטרו-מכאניות יש מגבלות משמעותיות:

  • (ב) חדרים רבי-לב (ב"ג) יכולים למלא בניינים שלמים.כל מסר הוא בגודל של לבנה, ושילוב גדול עשוי להשתמש באלפים.
  • (FLT:0) תפעול נמוך: תנועה מכנית 1:1 מוגבל על ידי זריקת Inertia. Switch לקחת כמה שניות; זמני תגובה מועברים הם בעשרות שניות.
  • (ב) מורכבות גבוהה של ההרחבה: FLT:1Harwired ההיגיון דורש קנונית מסיבית ותיעוד.שינוי מסלול דורש שיחזור, לא החלמה.
  • (ב) ⁇ :0 ⁇ ודמיע: 1FLT:1 מגעים מכניים מחלחלים, הדורש ניקוי או החלפת קבוע. Motors ורכבות הילוכים זקוקים למחזור ולבדיקה.
  • אינטגרציה:0 (FLT:1) מערכות אלקטרומכניות לא יכולות להחליף בקלות נתונים עם מערכות בקרה מודרניות של רכבות כמו ETCS (מערכת בקרת רכבת אירופית) או CBTC (שליטה מבוססת תקשורת) ללא ממשקים.
  • (FLT:0)Obsolescence: 1FLT:1 יצרנים רבים הפסיקו לייצר סוגים מסוימים של הודעות, מה שהופך את החלקים לחסוך קשה למצוא.

פיתוחים מודרניים ומערכות היברידיות

מפעילי הרכבות אינם נדרשים לבחור באופן מוחלט בין פתרונות אלקטרו-מכניים ואלקטרוניים. מעשיים לעתים קרובות לשלב את שניהם.לדוגמה, שילוב אלקטרוני (EIL) יכול לשלוט במכונות מתג אלקטרו-מכני וממסרי אותות באמצעות מודולים ממשק.לוגיקה בטיחותית מבוצעת בתוכנה אשר היא מוסמכת בקפדנות, אך הפעולה הסופית עדיין מתרחשת אלקטרו-מכניקה.

המדינה הסולידריות

ביישומים מסוימים, ממסרי מדינה מוצק (SSRs) מחליפים מסרים אלקטרו-מכאניים למהירות וקומפקטיות. SSRs להשתמש ב- Thyristors או transistors כדי להחליף עומסים. עם זאת, הם חסרים את בידוד פיזי ונכסים שאינם בטוחים של ממסרים מכניים. לכן, הם אינם אמינים עבור המודולים ההיברידיים הקריטיים ביותר לבטיחות.

אינטגרציה עם CBTC ו-ETCS

מערכות בקרה מודרניות כמו ETCS רמה 2 ו- CBTC משתמשים בתקשורת רדיו ובמחשבים על הסיפון.עם זאת, הם עדיין מסתמכים על נכסים עוקבים כמו מכונות מתג וסימנים.הממשק בין מחשב ה- Onboard לבין ה-Clocking הוא לעתים קרובות באמצעות מתגים אלקטרו-מכניים.לדוגמה, "Balise" (Eurobalise) המשמש ETCS הוא קבוע כדי לעקוב אחר המסלולים ולנהל באמצעות מתגי חשמלאיים באמצעות הפיכה אלקטרו-ידי האלקטרומגנטיים, בעוד שלעתים קרובות יותר, אך ורקמות (עבורתיקים) הוא קו אלקטרוניקה של ELTCLECLECLECLECLEC) הוא לעתים קרובות יותר מחובר ל-ELTMA) הוא קו חשמלי (עבור אלקטרוניקה, אך לעתים קרובות יותר, אך לעתים קרובות יותר, אך הוא קו חשמלי (עבור ET) הוא קו LTS) הוא קו חשמלי (עבור התקנים פסיביים (עבור LTS) הוא קו LTS.

תחזוקה ועיבוד מצב

אחד ההתפתחויות המודרניות המשפיעות ביותר הוא השימוש בחיישנים לפקח על הבריאות של רכיבים אלקטרו-מכאניים.חיישנים נוכחיים על מנועי מתג יכולים לזהות שינויים ב- torque, המציין חיישנים בטמפרטורות על סלילי ממסר יכול לחזות כישלון.ניתוח ויברציה על רכבות הילוכים משמש כדי לקבוע תחזוקה לפני התמוטטות. גישה זו "Internet of Things" אינה תחליף מערכות אלקטרו-מכניות אלא להאריך את החיים שלהם ומשפרת את האמינות, לדוגמה, עבור מרכזי בקרה מרחוק.

מחקרים: מערכות אלקטרו-מכניות בפעולה

קו הרכבת התחתית של לונדון

הקו הצפוני שיפר את אותו מ-1960, המעביר ההתנגשות במערכת CBTC מודרנית. עם זאת, בממשק בין המערכת החדשה לבין תשתית המסלול הקיימת, משדרים אלקטרו-מכאניים עדיין משמשים להובלת אותות ותחנות נסיעה.המעבר היה מעורב אלפי הודעות שהוחלפו על ידי "הודעות פנים" שממירות תפוקה דיגיטלית לפעולת אנלוגיה.

2.רכבת גרמנית (DB) Relay Interlocking פרישה

דויטשה באן עדיין מפעילה מאות צמחים מנטרלוקחים שנבנו בשנות ה-60 וה-70.תוכניתם היא להחליף אותם עם התנגשויות אלקטרוניות עד 2030, בינתיים, הם שומרים על שרשרת אספקה מסיבית לממסרי חילוף, כולל מפעל מיוחד.זה מדגיש את ההסתמכות המתמשכת על רכיבים אלקטרו-כימיים גם במהלך שלב מתוכנן.

כביש הרכבת ההודית Relay Interlocking (RRI)

רכבות הודיות עיצבו את כביש Relay Interlocking באלפי תחנות.RRI משתמשות בסדקים גדולים של ממסרים כדי לשלוט בקווים ובאות. המערכות הללו נועדו לאקלים חם ואבקי.הטבע האלקטרומיאני הוא יתרון: לא באגים תוכנה, קל להכשיר צוות.רכבת הודית פיתחה גם עיצובים משלה כדי להבטיח אספקה.

תקני בטיחות והסמכת

תקני בטיחות כמו CENELEC EN 50126 (RAMS), EN 50128 (תוכנות), ו- EN 50129 (קבלה בטוחה) חלים על מערכות אות.עבור מערכות אלקטרו-מכאניות, המוקד הוא על אמינות פיזית וכשלישומי רכבת: עיכובים נוספים נבדקים על מנת להפעיל מיליוני מחזורים ללא כישלון.

תחזית עתיד

התפקיד של מערכות אלקטרו-מכאניות במסת הרכבת ימשיך להתפתח.בעוד שהמתקנים החדשים כמעט אך ורק משתמשים בהתערבות אלקטרונית וב- CBTC, התשתית הקיימת תסתמך על רכיבים אלקטרו-מכאניים במשך עשרות שנים.התאוששות כל מכונה מתג או מעגל מעקב היא בעלת יעילות אלקטרונית, ולכן פתרונות היברידיים ימשיכו לשלוט: מרכזי בקרה דיגיטליים באמצעות I/O, שעדיין מכילים אלקטרו-מטמים אלקטרו-מדומים לשיטות אבטחה מסורתיות, עלולות להחלפתן-חשמליות.

המונחים: enduring Relevance

מערכת דיגיטלית יכולה להיות פריצה; הודעה לא יכולה.עובדה פשוטה זו מבטיחה כי רכיבים אלקטרו-מכאניים יישארו חלק מזיהוי הרכבת כשורה אחרונה של הגנה.האתגר למהנדסים הוא לשלב אותם בצורה חלקה עם שליטה דיגיטלית מתקדמת תוך שמירה על האמינות והבטיחות שלהם.הדור הבא של מכשירים אלקטרומכאניים "חכמים" - עם חיישנים מוטמעים ותקשורת דיגיטלית - יציע את הטוב ביותר של שני העולמות, לדוגמה, דו"ח חכם יכול לעבור דרך מערכת רכבת היברידית זו.

מסקנה

מערכות אלקטרו-מכאוניות הן רחוק ממיושנות בנוגע למסילות רכבת מודרנית ושליטה.היכולת שלהן להמיר אותות חשמליים לפעולות מכניות מדויקות עם בטיחות לא-בטיחות טבועה הופכת אותן לבסיס מתמשך, בעוד שהתעשייה מאמצת יותר ויותר טכנולוגיות דיגיטליות, את העוצמה, הפשטות והתוצאה המוכחת של רכיבים אלקטרו-מכניים להבטיח שהן תישאר חיוניות, במיוחד בשלבים הסופיים של הפעלתן ובתשתית מורשת.