Transport kolejowy: Sterowanie ruchem Kolejowym

Bramka z semaforami kształtowymi (źródło: semaforek.kolej.org.pl)

Od razu chciałbym zaznaczyć, że przedstawię tylko zarys tematu i siłą rzeczy będę stosował uproszczenia. Nie będę rozważał każdego możliwego rozwiązania technicznego i będę mówił tylko o najbardziej typowych sytuacjach.
Na początek trochę terminologii i definicji (dla przypomnienia):

• Ruch na szlaku prowadzony jest w odstępie drogi – sygnał zezwalający na jazdę oznacza, że co najmniej jeden następny odstęp jest wolny (aż do następnego semafora tor jest wolny i zabezpieczony – można bezpiecznie jechać).

Opis do obrazka w źródle

• Jazdy pociągowe odbywają się na szlaku oraz po torach głównych posterunków. Jazdy manewrowe prowadzone są w obrębie posterunków po wszystkich torach i służą, między innymi do formowania składów.
• Posterunki zapowiadawcze – posterunki mające wpływ na wyprzedzanie i krzyżowanie się pociągów (stacje, mijanki).
• Droga Przebiegu Pociągu (DPP) – tor i nastawione rozjazdy na głowicy rozjazdowej pomiędzy wjazdem na tor szlakowy, a torem stacyjnym (prawidłowo nastawione rozjazdy, po których przejedzie pociąg, zablokowane tak aby nie można ich było przestawiać w trakcie przejazdu). Analogicznie możemy określić Drogę Przebiegu Manewrowego (DPM).

DPP dla dwóch niesprzecznych przebiegów

• Zamknięcie i utwierdzenie DPP – zablokowanie wszystkich urządzeń, sygnalizatorów i rozjazdów przez cały czas przejazdu pociągu po DPP. Dopóki pociąg zajmuje przebieg, nie jest możliwe przestawianie rozjazdów, otwarcie rogatek na pobliskim przejeździe, czy podanie sygnału zezwalającego na jazdę innym pociągom na stacji.
• Stan Zasadniczy – sytuacja, kiedy wszystkie urządzenia działają prawidłowo i są ustawione w trybie „default” (semafory na czerwono, tarcze manewrowe na niebiesko, rozjazdy na wprost, wykolejnice zamknięte, szlak wolny).

Dla ułatwienia przyjmijmy, że będziemy mówić o przypadku linii jednotorowej, na której zlokalizowane jest kilka małych stacji pośrednich.
Wyobraźmy sobie stację złożoną z jednego toru Głównego Zasadniczego (TGZ), jednego dodatkowego (TGD) i jednego bocznego (TB). Na stacji jest nastawnia dysponująca (ND) na której siedzi dyżurny ruchu (ISEDR).

Jeżeli obrazek jest nieczytelny, tutaj jest link do źródła

Sygnalizatory oznaczone literami alfabetu to semafory. Około 1000 m przed semaforami znajdują się tarcze ostrzegawcze (np. ToA). Tarcze manewrowe (np. Tm1) to te małe, niebieskie knypki (w tym przypadku są jednak na masztach). W rejonie głowic mamy wiadukty pod torami i jeden przejazd kolejowo-drogowy na stacji. Zakreskowany kwadracik to nastawnia. Wk to wykolejnica, czyli żeliwny bloczek na zawiasie, który zakłada się na szynę, kiedy na torze bocznym znajduje się tabor. Gdyby wagonikowi zechciało się ruszyć, to lepiej jest, żeby się wykoleił, niż żeby najechał na jadący pociąg lub latał samopas po szlaku.

Losowa wykolejnica z internetu

Tarcza ostrzegawcza
Sygnalizator świetlny na szarym maszcie zlokalizowany zazwyczaj 1000 m przed semaforem. Pokazuje jaki sygnał wyświetla semafor. Pomaga podjąć decyzję o rozpoczęciu hamowania lub zmniejszania prędkości.

Sygnały wyświetlane przez tarcze (tarcza nigdy nie pokazuje sygnału stop)

Semafor (Wiki transportszynowy.pl )
Sygnalizator świetlny na maszcie malowanym w biało-czerwone pasy do wyświetlania sygnałów pociągowych. W latarni znajduje się od trzech do pięciu komór różnokolorowych świateł (na schemacie: kreska pozioma – czerwony; ukośna – pomarańczowy; pionowa – zielony; ukośne promienie na zewnątrz – możliwość migania).

Komory od czerwonego w dół dotyczą prędkości na odstępie za semaforem, a powyżej czerwonego zainstalowana jest tarcza ostrzegawcza następnego semafora (semafor musi mieć czerwoną lampę)

Jeżeli na semaforze nie umieścimy tarczy, to u góry będzie czerwony, a poniżej pomarańczowy i biały.

Prędkości podawane przez semafory wynikają z DPP. Jeżeli wszystkie rozjazdy ustawione są na wprost i podamy sygnał zezwalający, to na semaforze zgasną wszystkie lampy, a sygnał będzie podawany tylko na tarczy (S2, S3, S4, S5). Jeżeli któryś z rozjazdów będzie ustawiony „na krzywo”, to semafor wyświetli ograniczenie (pomarańczowe na dole i odpowiedni sygnał na tarczy). O tym jakie jazdy odbywają się z poszczególnych semaforów informują te małe cyferki na schemacie. „1” to jazda z pełną prędkością, „2” to jazda ze zmniejszoną prędkością, a „m” to możliwość jazd manewrowych. Teraz popatrzcie na schemat. Tylko z B można jechać z Vmax, więc powinna być „1” (w tym przypadku pominięto).

Semafory wjazdowe na stację (A i J) mają na górze tarcze ostrzegawcze do semaforów wyjazdowych (przy peronach). Te ostatnie mają tarcze odnoszące się do sygnałów podawanych dopiero na następnym posterunku lub nie mają ich wcale. Innymi słowy, ruszając z Jaworza maszynista wie, co pokazuje semafor wjazdowy w Pogórzu (to ostatnie nie jest regułą i zależy od rodzaju urządzeń na szlaku).

ISEDR chcąc wpuścić na stację pociąg jadący z Pogórza na tor GZ upewnia się, że jest on wolny, przestawia rozjazd 8 „na krzywo” (-), 6 na (-), upewnia się, że obie wykolejnice są zamknięte, utwierdza przebieg i dopiero wtedy może wyświetlić sygnał na semaforze J, który odpowiednio zmienia sygnał na tarczy. Dopóki pociąg nie minie wszystkich rozjazdów cała głowica i sygnały będą zablokowane przez urządzenia.

Odpowiadam na pytanie: rozjazdy mają napędy elektryczne lub mechaniczne sterowane z nastawni. W starszych systemach trzeba wziąć specjalny klucz do zamka rozjazdowego, odblokować zwrotnicę i przestawić ją ręcznie.

Przeciwwaga, czyli napęd ręczny (znowu z semaforka)

Semafory powtarzające (Link)
Jeżeli semafor z jakichś powodów jest niewidoczny z odpowiedniej odległości (np.. znajduje się za łukiem), to pomiędzy tarczą ostrzegawczą a semaforem stawia się odpowiednią liczbę powtarzaczy. Są to semafory na szarych słupach (jak tarcze), o charakterystycznym białym świetle na dole.

Powtarzacze pokazują sygnały zgodnie z logiką tarcz ostrzegawczych, ale są zlokalizowane w odległości mniejszej niż sama tarcza.

Tak to wygląda w zestawieniu tarcza, powtarzacz, semafor

Tabliczki z cyfrą rzymską określają ile powtarzaczy jest jeszcze przed semaforem

Tarcza manewrowa (Link)
Ten mały niebieski knypek (sygnalizator karzełkowy).

Sygnały manewrowe

Praca manewrowa służy wszelkim ruchom koniecznym do formowania składów pociągowych i ustawianiu taboru na właściwych torach (coś jak parkowanie, albo zawracanie samochodem). Manewry odbywają się przy niższym poziomie bezpieczeństwa, z niższą prędkością i tylko w obrębie posterunku ruchu. Kiedy przy torze nie ma tarczy manewrowej, można użyć semafora do podania sygnału manewrowego. Wtedy zamiast niebieskiego jest po prostu czerwone światło, a zezwolenie na jazdę manewrową podaje się ciągłym, białym światłem.

Tutaj animacja pokazująca zmianę czoła pociągu (transportszynowy)

Opis pracy manewrowej może nie być ciekawy, dlatego nie będę go omawiał. Tutaj więcej o manewrach (Link).

Sygnały kolejowe, oprócz semaforów i tarcz, przekazywane są również za pomocą sygnałów ręcznych oraz dźwiękowych. Wszystkie sygnały i wskaźniki kolejowe opisane są w przystępny sposób w instrukcji Ie-1. Zasady prowadzenia ruchu opisane są w instrukcji Ir-1.

Wszystkie sygnały pociągowe i manewrowe mają swoje odpowiedniki na semaforach kształtowych. Ponieważ ten artykuł jest bardzo długi, wstawiam jedynie odsyłacz dla zainteresowanych tematem (Link).

Skąd wiadomo gdzie jest pociąg?
Może zadaliście sobie już pytanie, skąd ISEDR wie, że na torze 65 we mgle za węglarkami nie stoi sobie mała drezynka? Skąd wiadomo, że szlak jest wolny? Oczywiście, mamy systemy wykrywania pociągu. Najprostszy z nich to odcinek izolowany. Tory stacyjne, szlakowe oraz głowice rozjazdowe są osobnymi odcinkami izolowanymi. Między ostatnim rozjazdem głowicy a torem stacyjnym jest przerwa w szynie (coś jak połączenie łubkowe), czyli styk izolowany. Dopóki osie taboru zwierają elektrycznie lewą i prawą szynę, urządzenia wykazują zajętość odcinka izolowanego. Po przejechaniu ostatniej osi przez styk odcinek jest zwalniany.

Uwaga! Styk izolowany to coś zupełnie innego niż styk klasyczny w torze stykowym. Pełni inną funkcję i wykonany jest w inny sposób.

Styk izolowany (klejony)

Anegdota przesłana przez bojownika Wiznmac: Swego czasu w jednej z mniejszych stacji w Małopolsce działa się rzecz dziwna. O różnych porach dnia nagle na jednym z odcinków szlaku pojawiał się pociąg widmo. Uściślając, urządzenia wskazywały zajętość mimo pustego szlaku, po czym zjawisko samoczynnie ustępowało. Mimo sprawdzenia urządzeń nie stwierdzono usterek, więc jeden z pracowników postanowił zaczaić się w pobliżu torów i już pierwszego dnia tajemnicę rozwiązał. Przez tory jakiś rolnik pędził sobie krowy raz wcześniej raz później, czasami popijały sobie wodę z rowu, a krowa jak wiadomo ciągnie za sobą metalowy łańcuch, który zwierał ze sobą szyny, a urządzenia były przekonane, że właśnie stoi tam pociąg.

Drugi sposób wykrywania, to liczniki osi. Liczniki działają w oparciu o komputery i są o wiele nowocześniejsze i bezpieczniejsze od odcinków izolowanych.

Na niektórych liniach kolejowych nie ma żadnego systemu wykrywania zajętości. Wtedy dyżurni ruchu upewniają się telefonicznie, że cały pociąg (wraz z ostatnim oznaczonym wagonem) wjechał na stację i szlak jest wolny. Na niektórych posterunkach można jeszcze spotkać posterunki stwierdzania końca pociągu (skp). Są to małe budki w rejonie głowic rozjazdowych, w których siedzi człowiek, którego podstawowym zadaniem jest obserwowanie, czy na ostatnim wagonie składu znajdują się sygnały końca pociągu (światła lub tabliczki). Często posterunki skp są połączone ze strażnicą przejazdową. Obecnie, coraz częściej skp-y zastępowane są kamerami TV-U obsługiwanymi z nastawni.

Urządzenia zależnościowe
Podsumowując, mamy tory i rozjazdy podzielone na odcinki izolowane. ISEDR ustawia i utwierdza DPP i wyświetla sygnały na semaforach, a skp podaje sygnał, że pociąg wjechał cały. Pytanie JAK TO WSZYSTKO JEST POŁĄCZONE?

Ogólny schemat ideowy srk na posterunku

Dochodzimy teraz do najbardziej skomplikowanej i najdroższej zabawki na kolei, czyli do urządzeń zależnościowych. Mieszczą się one na nastawniach i kosztują często więcej niż cała reszta stacji, pociągi i pasażerowie razem wzięci (mówimy o dziesiątkach i setkach mln zł). Są to mechaniczne, elektryczne bądź elektroniczne komputery, które mają zaprogramowane w sobie wszystkie możliwe przebiegi i sytuacje ruchowe na stacji. Opiszę tylko te, o których mam jakiekolwiek pojęcie, czyli urządzenia elektryczne, przekaźnikowe (Link).

Przekaźnik to urządzenie, które za pomocą elektromagnesu złącza bądź rozłącza styk elektryczny. Za pomocą guziczka i małego prądu możemy sterować dużym prądem na stykach. Jeżeli położenie przekaźnika będzie zależało od zajętości odcinka izolowanego, a po stykach będzie szedł prąd do semafora, to ten przekaźnik będzie odpowiadał za zajętość danego odcinka i nie pozwoli (nawet mimo prób) uruchomić semafora i tym samym zabezpieczy nam przebieg.

Włączenie magnesu (85, 86) będzie poruszało stykiem i prąd z 30 popłynie do 87 lub 87a

Teraz wyobraźmy sobie przekaźniki od kontroli położenia rozjazdu, zajętości każdego z odcinków izolowanych, zamknięcia wykolejnic, podanych sygnałów na innych semaforach, czy nawet spalonej żarówki na semaforze. Słowem, wszystko na stacji ma swój przekaźnik. Teraz to wszystko uzależnijmy od siebie i zróbmy z tego mapę zależności. Setki, tysiące przekaźników (dodajmy kilka poziomów zabezpieczeń). Powstał nam elektromechaniczny program komputerowy. Wszystko sterujemy guziczkami i wszystko jest sygnalizowane odpowiednimi lampkami.

Pulpit nastawczy (kostkowy)

To wszystko co opisałem powyżej jest oczywiście w olbrzymim uproszczeniu. W nastawniach przekaźnikownie (pomieszczenia z przekaźnikami) często zajmują jedno lub dwa piętra całego budynku. Temperatura generowana przez urządzenia bardzo często wymaga zabudowy klimatyzacji.

Przekaźniki odpowiadają kompleksowo za ruch na stacji oraz na przyległych szlakach. Przekaźnik u kolegi z sąsiedniej stacji pilnuje moich semaforów, żebym nie wyprawił na szlak pociągu, jeżeli kolega nie da mi na to pozwolenia, przy pomocy swojego guzika (w drugą stronę działa to tak samo).

Schemat działania bloków pozwolenia. Więcej w źródle

Jest to tak zwana półsamoczynna blokada liniowa. Żeby wyprawić pociąg, muszę zadzwonić do kolegi i poprosić (żądać) o „danie pozwolenia”. Kiedy kolega naciśnie guzik, a szlak jest wolny, to u mnie zapala się lampka i przeskakuje przekaźnik między moim guzikiem, a semaforami – teraz mogę wyprawiać pociągi, bez obawy że kolega z drugiej stacji zrobi to samo w tym samym czasie.

To dlatego transport kolejowy jest taki bezpieczny, oprócz ludzi, nad bezpieczeństwem czuwa kilka poziomów zabezpieczeń elektrycznych.

Powyższa procedura działa na urządzeniach typu E z blokadą liniową typu C. Mamy kilka różnych systemów urządzeń przekaźnikowych. Czasem zamiast pulpitu kostkowego, na nastawni zainstalowany jest komputer, a ISEDR za pomocą myszki ustawia przebiegi i podaje sygnały na semaforach (urządzenia elektryczne hybrydowe).

Przed wynalezieniem urządzeń elektrycznych stosowano urządzenia mechaniczne. Były to (i są dalej) tzw. Ławy nastawcze, czyli zestaw dźwigni i lin naciągowych (pędni), które przez skomplikowany system rolek pozwalały sterować rozjazdami i sygnałami na semaforach kształtowych (ławy sygnałowe). Tutaj za warstwę zależnościową odpowiadały krzywki i rygle (mechaniczny komputer z linek, zapadek, rygli, dźwigni, sprężyn i bolców).

Czarne wajchy to nastawianie rozjazdów, czerwone to (chyba) dźwignie sygnałowe. Zielona skrzynka to aparat blokowy.

Anegdota: napęd między ławą nastawczą a rozjazdem realizowany jest przez pędnie (linki). Na linkach zainstalowane są naprężacze, czyli ciężary utrzymujące pędnie w napięciu. Kiedy w czasie przestawiania rozjazdu pędnia zerwie się, to wajcha gwałtownie (ok. 100 kg naprężacza) przestawia się w jedną z dwóch pozycji. Obsługujący dźwignię człowiek przelatuje razem z dźwignią przez ławę, albo dostaje w zęby… Ciężka i niebezpieczna praca.

Internet twierdzi, że to prawda

Przed wynalezieniem przekaźników powstały też urządzenia elektryczne suwakowe. Napędy rozjazdów były już elektryczne, ale zależności dalej odbywały się na krzywkach i ryglach.

Anegdota: Jeden z dyżurnych ruchu opowiadał mi kiedyś, że nikt już nie produkuje części zamiennych do urządzeń, które mają po 100 lat. Kiedy coś im się zepsuje, to trzeba kombinować. Podobno niektóre elementy do nastawnic VES da się zrobić z aluminiowych łyżek stołowych. Tak, PKP jeździ na łyżkach do zupy :)

Takie skarby można jeszcze spotkać na Dolnym Śląsku i Pomorzu

Obecnie najnowszym systemem srk są urządzenia komputerowe. Tutaj kilka szaf z przekaźnikami do sterowania rozjazdów połączonych ze zwyczajnym pecetem zastępuje wszystkie krzywki, rygle, wajchy, guziki i przekaźniki. Nie dajcie się zwieść, taki komputer z oprogramowaniem kosztuje 10 mln zł. Dlaczego? Bo producent daje gwarancję, że pociąg z ropą za 2 mln nie najedzie na pociąg z pasażerami.

Urządzenia opisane powyżej, to tzw. Urządzenia scentralizowane. Ich podstawową cechą jest zgromadzenie wszystkich elementów sterujących (guziki, wajchy, komputer) w jednej, bądź kilku nastawniach. Chociaż centralizacja jest starsza niż prąd, to na polskiej sieci dalej można spotkać się z posterunkami z obsługą ręczną. Są to tzw. Urządzenia mechaniczne kluczowe. W uproszczeniu działa to tak: weź specjalny klucz z szafki, wsadź klucz w zamek rozjazdowy (klucz musi pasować do zamka), przestaw przeciwwagę, zabierz klucz (zablokuj), wsadź klucz do skrzyni zależnościowej (skrzynia Zazulaka), teraz urządzenia pozwolą na podanie sygnału zezwalającego. I tak przez cały dzień biegaj sobie po stacji.

Tak wygląda skrzynia zależnościowa na wąskotorówce

To co opisałem powyżej jest tylko zarysem całego tematu. Traktujcie ten artykuł tylko jako informację o istnieniu pewnych urządzeń i systemów, oraz zbiór terminów do googlowania. Jeżeli chcielibyście dowiedzieć się czegoś więcej o urządzeniach srk, odsyłam do kilku stron internetowych, które opisują tę tematykę o wiele bardziej fachowo i merytorycznie:
https://www.bsk.isdr.pl/usrk.php
https://www.bsk.isdr.pl/ruch.php
http://www.transportszynowy.pl
Mam nadzieję, że opisałem zagadnienie w sposób zrozumiały i nie popełniłem rażących błędów merytorycznych. Większość ilustracji pochodzi ze strony transportszynowy.pl, semaforek.kolej.org.pl, bsk.isdr.pl, oraz Wikipedii.

Poniższe linki zawierają kilka zdjęć mojego autorstwa, które mogą być pomocne w dostrzeżeniu opisanych dotychczas urządzeń
Rozjazdy i sygnalizatory
Inwentaryzacja bieszczadzkich linii kolejowych