Logistyka dystrybucji towarów z wykorzystaniem bezpiecznych technicznych rozwiązań transportu kolejowego

Transkrypt

1 DYDUCH Janusz 1 KORNASZEWSKI Mieczysław 2 Logistyka dystrybucji towarów z wykorzystaniem bezpiecznych technicznych rozwiązań transportu kolejowego WSTĘP Logistyka oznacza proces planowania oraz kontroli działań mających na celu opłacalny ekonomicznie przepływ towarów oraz związanych z nimi informacji, począwszy od miejsca pochodzenia do miejsca przeznaczenia, w celu zaspokojenia potrzeb klienta. Zadaniem logistyki dystrybucji jest dostarczenie właściwego towaru, właściwemu klientowi, we właściwej ilości, we właściwym czasie, na właściwe miejsce, we właściwym stanie i po możliwie najniższej cenie [9]. Sterowanie ruchem kolejowym (srk) jest elementem kolejowego systemu transportowego, wpływającym na bezpieczeństwo i sprawność procesu przemieszczania ludzi i ładunków. Na podstawie przytoczonych pojęć należy stwierdzić, że eksploatowana w transporcie kolejowym samoczynna blokada liniowa jest elementem logistyki, ponieważ umożliwia przemieszczanie towarów po torach. Zadaniem samoczynnej blokady liniowej jest zabezpieczenie ruchu kolejowego, zwiększenie przepustowości i płynności ruchu pociągów na szlaku i zapewnienie bezpieczeństwa kilku jednostkom znajdującym się w tym samym czasie na linii kolejowej. Liniowe systemy srk kontrolują poprawną sekwencję przejazdów pojazdów szynowych między dużymi stacjami kolejowymi lub małymi posterunkami ruchu. Rys. 1. Widok szlaku kolejowego wyposażonego w samoczynną blokadę liniową [10] 1 PRZEZNACZENIE I FUNKCJONOWANIE SAMOCZYNNEJ BLOKADY LINIOWEJ W samoczynnej blokadzie liniowej wykorzystano właściwości izolowanych odcinków torowych. Dla zapewnienia bezpieczeństwa ruchu pociągów i zwiększenia przepustowości szlaku kolejowego dzieli się go na odpowiednią liczbę odstępów blokowych. Każdy odstęp wyposażony jest w izolowany odcinek toru oraz ustawiony przed nim sygnalizator odstępowy, którego wskazania uzależnione są od tego, czy osłaniany odstęp jest zajęty, czy nie. Działanie tych urządzeń polega na zwieraniu przez zestawy kołowe pojazdów trakcyjnych odizolowanych od siebie toków szyn, w wyniku czego wyświetlają się na semaforach odstępowych odpowiednie obrazy sygnałowe [2, 3]. Przed wynalezieniem samoczynnej blokady liniowej samoczynnej regulowanie następstwa pociągów na szlaku odbywało się na podstawie telegraficznego lub telefonicznego zapowiadania pociągów. Taki sposób prowadzenia ruchu pociągów nie zapewniał należytego bezpieczeństwa i nie pozwalał na wyprawienia na szlak dużej liczby pociągów ze względu na długi czas potrzebny na 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny, Wydział Transportu i Elektrotechniki; Radom; ul. Malczewskiego 29. Tel: , Fax: , janusz.dyduch@uthrad.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny, Wydział Transportu i Elektrotechniki; Radom; ul. Malczewskiego 29. Tel: , Fax: , m.kornaszewski@uthrad.pl 14127

2 przejazd pociągu. Wraz z rozwojem technologicznym urządzeń srk blokada liniowa przeszła wiele etapów rozwoju, począwszy od blokady samoczynnej punktowej, w której zastosowano przyciski szynowe, aż do blokady ciągłej z obwodami torowymi, czy z wykorzystaniem liczników osi. Początkowo wykorzystywano sygnalizatory kształtowe z napędem elektrycznym, później zaś sygnalizatory świetlne. Takie rozwiązania, z obwodami torowymi i sygnalizatorami świetlnymi stosowane są do dzisiaj [7]. Rys. 2. Podział szlaku kolejowego na odstępy blokowe[3, 4], gdzie: St. A (B) stacje kolejowe S wy semafor wyjazdowy ze stacji S wj semafor wjazdowy na stację S2 n sygnalizatory odstępowe na szlaku Istotnym parametrem samoczynnej blokady liniowej jest stawność blokady, która określa liczbę wskazań sygnałowych na semaforach odstępowych dotyczących stanu zajętości odstępów blokowych, np. w blokadzie trzystawnej otrzymujemy informacje o stanie zajętości dwóch (n 1) odstępów blokowych za semaforem. Parametr ten pozwala określić blokadę liniową jako dwustawną i wielostawną. Blokada wielostawna może być trzy i czterostawna. Niektóre zarządy kolejowe, np. mające trudności z instalowaniem obwodów torowych (m.in. na liniach z podkładami stalowymi) stosują tzw. liczniki osi. Urządzenia te zliczają osie pojazdów trakcyjnych wjeżdżających, a następnie odliczają osie opuszczające dany odstęp. Kryterium niezajętości odstępu występuje wtedy, gdy taka sama liczba osi została zliczona i odliczona przez licznik [4]. 1.1 Komputerowy system samoczynnej blokady liniowej typu SHL-12 Stały rozwój technik komputerowych oraz ich implementacja w zastosowaniach kolejowych przyczyniły się do powstania wielu rozwiązań opartych na technice mikroprocesorowej i mikrokontrolerach. Zastosowanie nowoczesnych technik pozwala na autodiagnostykę, diagnostykę i rejestrację różnych zdarzeń oraz ułatwia obsługę urządzeń srk. Komputerowy system samoczynnej blokady liniowej jest to zespół urządzeń realizujących wszystkie funkcje tego typu urządzeń w oparciu o strukturę rozproszoną, na którą składają się liniowe (LPS) i stacyjne (SPS) punkty sterowania rozmieszczone wzdłuż szlaku kolejowego, powiązane między sobą odpowiednimi łączami transmisyjnymi [1, 4]. Do każdego z punktów sterowania można podłączyć panel diagnostyczny umożliwiający realizację funkcji diagnostycznych i serwisowych. Ponadto na obu końcach szlaku zainstalowane są urządzenia rejestrujące. Na rys. 3 przedstawiona została ogólna struktura komputerowego systemu samoczynnej blokady liniowej SHL-12, produkcji Bombardier Transportation (ZWUS) Polska, dla szlaku jednotorowego. Rys. 3. Struktura sprzętowa systemu SHL-12 [1, 4], gdzie: 14128

3 A, B, C - semafory urządzeń srk na stacji L X, Y, Z - semafory urządzeń srk na stacji P Li - semafory odstępowe sbl dla kierunku P L Pi - semafory odstępowe sbl dla kierunku L P OTa,b - zestyki przekaźnika urządzenia wykrywania niezajętości INT - interfejs do urządzeń stacyjnych srk Urządzenia wchodzące w skład punktów sterowania SPS i LPS umieszczane są w szafach kontenerowych, w których również zabudowywane są urządzenia do układowej kontroli niezajętości torów (jeśli nie są stosowane czujniki koła). Na rys. 4 przedstawiono stanowisko do badania komputerowego systemu samoczynnej blokady liniowej typu SHL-12, z odpowiednio dobraną (minimalną) ilością punktów sterowania, aby swobodnie można było przeprowadzać zajęcia dydaktyczne. Rys. 4. Rozmieszczenie elementów i widok urządzeń samoczynnej blokady liniowej typu SHL-12 w Laboratorium Systemów SRK na Wydziale Transportu i Elektrotechniki UTH Radom [5] Zastosowane urządzenia wchodzące w skład liniowych i stacyjnych punktów sterowania blokady komputerowej SHL-12 umożliwiają m.in.[4]: odczyt stanu urządzeń do wykrywania niezajętości odstępów (czujników koła lub urządzeń układowej kontroli niezajętości), realizację wymiany informacji z sąsiednimi punktami sterowania (transmisja), bezpieczne przetwarzanie sygnałów zależnościowych i wytwarzanie odpowiednich sygnałów sterujących na podstawie aktualnego stanu urządzeń samoczynnej blokady liniowej, sterowanie i kontrolę obwodów świateł dwóch semaforów odstępowych blokady liniowej pojedynczego toru szlakowego, sterowanie i odczyt przez interfejs stacyjny stanu urządzeń stacyjnych srk, realizację wymiany informacji z sąsiednim punktem sterowania, rejestrację zdarzeń i dostarczanie informacji diagnostycznej. 2 PROWADZENIE RUCHU KOLEJOWEGO W SYSTEMIE ERTMS/ETCS W transporcie kolejowym aplikacje telematyczne dla przewozów towarowych oraz Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (ERTMS) powinny stanowić aplikacje dla zintegrowanej logistyki kolejowej. Zachodzi potrzeba dostosowania rozwiązań technologicznych do wymagań eksploatacyjnych w ruchu transgranicznym. Komisja Europejska kładzie nacisk na wprowadzanie pełnej interoperacyjności w transporcie szynowym w całej Europie [6]. W praktyce rozwiązania techniczne tworzące system ERTMS mają służyć likwidowaniu barier interoperacyjności oraz zwiększaniu efektywnej przepustowości istniejącej sieci kolejowej. System ERTMS tworzą dwa główne podzespoły: ETCS Europejski System Sterowania Pociągiem oraz GSM-R Globalny System Kolejowej Radiokomunikacji Ruchomej. Europejski System Sterowania Pociągiem oparty jest na cyfrowej transmisji tor-pojazd. Transmisja może być realizowana poprzez balisy, krótkie, średnie bądź długie pętle, cyfrowy kanał radiowy lub specjalizowane moduły transmisyjne. Dane opisujące tor oraz dane opisujące pojazd służą do obliczania statycznych i dynamicznych profili prędkości. Obliczony profil jest na bieżąco 14129

4 porównywany z aktualną prędkością w funkcji położenia. Konieczna do tego funkcja lokalizacji oparta jest na jednoznacznie rozróżnialnych (poprzez unikalny numer) i precyzyjnie lokalizowanych urządzeniach do transmisji punktowej (balisach lub znacznikach końca pętli) [6]. Rys. 5. Idea funkcjonowania systemu ERTMS/ETCS [4] Ponieważ możliwości sterowania ruchem kolejowym zależą m.in. od rodzaju linii kolejowej specyfikacje przewidują trzy podstawowe poziomy wdrożenia systemu ETCS, przy czym dla każdego poziomu możliwe jest jeszcze wyróżnienie różnych konfiguracji sprzętowych. Poziom 1 opiera się na transmisji poprzez balisy zezwoleń na jazdę wydawanych przez sygnalizatory świetlne. Natomiast koncepcja urządzeń ETCS na poziomie 2 i 3 zakłada zastosowanie przekazywania informacji z lokomotywy do urządzeń zewnętrznych do prowadzenia ruchu w tzw. odstępie ruchomym, gdzie nie istnieją tradycyjne sygnalizatory, odstępy blokowe a nawet urządzenia kontroli niezajętości na szlakach. Centrum sterowania zbiera dokładne informacje o sytuacji ruchowej (np. długość wolnego odcinka przed pociągiem) i na podstawie ich analizy przekazuje instrukcje dotyczące dalszej jazdy, co znacznie zwiększa przepustowość. System taki wymagać będzie jednak specjalnego wyposażenia pociągów (urządzenia kontroli ciągłości składu) i prawdopodobnie zastosowany zostanie przede wszystkim na liniach wydzielonych, np. szybkiego ruchu [5, 6]. GSM-R Blokada radiowa Ciągłość skladu pociagu Eurokabina Eurobalisy Rys. 6. Konfiguracja poziomu 3 systemu ETCS umożliwiająca prowadzenie ruchu pociągów w odstępie ruchomym [4] 3 BEZPIECZEŃSTWO SAMOCZYNNYCH BLOKAD LINIOWYCH W systemach srk wg norm komitetu normalizacyjnego CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) wyróżniamy 5 poziomów bezpieczeństwa SIL (Safety Integrity Level), przy czym poziom 4 jest najwyższym poziomem, natomiast dla poziomu 0 nie ma żadnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa. Poziom bezpieczeństwa systemu srk zależy od jego przeznaczenia, w odniesieniu do bezpieczeństwa, z przyporządkowaną intensywnością uszkodzeń niebezpiecznych [8]. Najwyższego poziomu bezpieczeństwa wymaga się od: urządzeń na posterunkach ruchu (układy zależnościowe), blokad liniowych, urządzeń automatycznej kontroli jazdy pociągu, urządzeń na przejazdach kolejowych. W praktyce poziomy bezpieczeństwa przydziela się na podstawie intensywności uszkodzeń

5 Tab.1. Poziomy bezpieczeństwa systemów srk [8] Poziom bezpieczeństwa Opis poziomu bezpieczeństwa 4 Bardzo wysoki 3 Wysoki 2 Średni 1 Niski 0 Nie związany z bezpieczeństwem Charakterystyka systemu Zabezpieczanie ruchu kolejowego Kontrola ciągłości składu pociągu Kierowanie ruchem kolejowym Informowanie podróżnych Skutki potencjalnych uszkodzeń i błędów Utrata zdrowia ludzkiego Obrażenia lub choroby podróżnych Rząd wielkości intensywności uszkodzeń niebezpiecznych Skażenie środowiska 10-7 Utrata lub uszkodzenie niektórych własności systemu 10-6 Zarządzanie kolejami Brak skutków --- Sprzęt i oprogramowanie stosowane do tworzenia systemów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo również muszą odpowiadać wysokim wymaganiom jakościowym i niezawodnościowym. W trakcie prowadzenia wieloletnich prac komitetu CENELEC opracowano i wdrożono algorytmy tworzenia, sprawdzania i oddawania do eksploatacji bezpiecznych komputerowych aplikacji kolejowych, które ujęto w odpowiednie normy [8]. Sterowanie pracą blokady liniowej SHL-12 odbywa się z wykorzystaniem sterowników mikroprocesorowych dwóch kanałów sterujących, stosowanych w urządzeniach LPS i SPS. Umieszczone są w nich różne oprogramowania realizujące te same zadania w procesie sterowania blokadą. Wyniki realizacji zadań w sterowniku są porównywane z wynikami drugiego sterownika za pośrednictwem łącza transmisyjnego (CAN). W przypadku wykrycia niezgodności ich wyników lub braku synchronizacji ich pracy realizowane są odpowiednie procedury awaryjne prowadzące dany punkt sterowania do stanu bezpiecznego, co jest warunkiem spełnienia wymagań czwartego poziomu bezpieczeństwa SIL. Najczęściej wspomniane programy są napisane na poziomie asemblera użytego mikroprocesora oraz na poziomie schematów drabinkowych [1, 2]. WNIOSKI Ruch pojazdów szynowych po szlaku kolejowym wyposażonym w blokadę liniową jest tzw. ruchem trasowanym, ponieważ odbywa się wg przygotowanego wcześniej planu jazdy (wykresy ruchu i rozkłady jazdy), przydzielającemu każdemu pociągowi odpowiednią trasę. W ten sposób może zostać spełniona w pewnej części realizacja funkcji logistyki dystrybucji towarów. W transporcie kolejowym ruch pojazdów szynowych może się odbywać tylko po torach, przez co nie ma możliwości dowolnego wymijania się pociągów na drodze przewozu towarów. Wyposażenie sieci kolejowej zgodnie ze standardem Europejskiego Systemu Sterowania Pociągiem pozwoli na zwiększenie częstotliwości kursowania pociągów na szlakach, zachowanie dużej przepustowości linii kolejowej i wysokiego poziomu bezpieczeństwa ruchu pociągów, co może być szczególnie istotne z punktu widzenia logistyki dystrybucji towarów. Wdrożenie systemu ETCS do eksploatacji na PKP PLK S.A. jest obecnie jednym z najważniejszych działań, które wpłynie na podwyższenie bezpieczeństwa ruchu kolejowego w Polsce. Program poprawy bezpieczeństwa ruchu pociągów na sieci kolejowej, zaktualizowanie procedur Systemu Zarządzania Bezpieczeństwem (Safety Managment System SMS) i wdrożenie zasad jego monitorowania (wymagane w prawie europejskim) to najnowsze wyzwania dla zarządców polskiej kolei [11]. Coraz szerszy front modernizacji infrastruktury kolejowej oraz szkolenia dla pracowników odpowiadających za prowadzenie ruchu kolejowego, m.in. prowadzenie ruchu na sygnał zastępczy, mają spowodować znaczącą poprawę bezpieczeństwa na PKP PLK S.A. Regulacja następstwa pociągów na szlaku kolejowym z wykorzystaniem samoczynnej blokady liniowej ma m.in. następujące zalety: zapewnia duży stopień bezpieczeństwa ruchu, 14131

6 zwiększa przepustowość szlaku, pozwala na proste ich powiązanie z blokadą stacyjną, umożliwia łatwe powiązanie z urządzeniami sygnalizacji kabinowej, samoczynnego hamowania, urządzeniami zdalnego sterowania i automatycznego sterowania ruchem za pomocą komputerów. Streszczenie W pracy przedstawiono wybrane zagadnienia dotyczące transportu kolejowego i jego bezpiecznych rozwiązań technicznych jako istotnego elementu systemu logistycznego. Opisano przeznaczenie i możliwości wynikające z zastosowania samoczynnych blokad liniowych na szlakach kolejowych oraz scharakteryzowano bezpieczeństwo tych blokad. Dodatkowo przedstawiono Europejski System Sterowania Pociągiem (ETCS), który będzie w najbliższej przyszłości stanowić ważną aplikację dla zintegrowanej logistyki kolejowej. Logistics of products distributions with using safe technical solutions of railway transport Abstract The paper presents selected issues of the railway transport and its save technical solutions as an important element of the logistics system. Describes the purpose and possibilities resulting from the use of automatic linear locks on rail tracks. Article characterizes the safety of railway traffic based on linear locks. Additionally it presents European Train Control System (ETCS), which will be in the near future an important application for integrated railway logistics. BIBLIOGRAFIA 1. Bombardier Transportation (ZWUS) Polska: Komputerowy system samoczynnej blokady liniowej SHL-12. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, Katowice Dyduch J., Koncepcja rozwoju systemów zarządzania i sterowania ruchem kolejowym. X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna TransComp, Zakopane Dyduch J., Kornaszewski M., Systemy sterowania ruchem kolejowym. Wydawnictwo UTH Radom, Dyduch J., Kornaszewski M., Komputerowe systemy sterowania ruchem kolejowym. Monografia Nr 187. Wydawnictwo UTH Radom Dyduch J., Kornaszewski M., Pniewski R.: Proces kształcenia specjalistów z zakresu Sterowania Ruchem Kolejowym na przykładzie Politechniki Radomskiej. Problemy Kolejnictwa, zeszyt 155, Warszawa Kornaszewski M., ERTMS aplikacją telematyczną dla zintegrowanej logistyki kolejowej. Logistyka 2007,nr Kornaszewski M., Komputerowe systemy blokad liniowych jako środki logistyki transportu kolejowego. Logistyka 2007,nr Norma PN-EN 50129:2007 Zastosowania kolejowe. Systemy łączności, przetwarzania danych i sterowania ruchem. Elektroniczne systemy sygnalizacji związane z bezpieczeństwem. 9. Nowak E. (red.), Controlling w działalności przedsiębiorstw. Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa