I. Bước đầu phát triển tín hiệu đầu máy và dừng tàu tự động
Năm 1957, Đường sắt Trung Quốc (ĐSTQ) bắt đầu nghiên cứu chế tạo trang bị tín hiệu đầu máy (THĐM) và dừng tàu tự động (DTTĐ). Từ loại thô sơ như kiểu tiếp xúc điểm HY-59 đến kiểu điểm tần số kép SP-59. Cuối năm 1979, Bộ ĐSTQ đã xác định đưa dùng rộng rãi toàn diện hệ thống THĐM tần số kép kiểu điểm trên các khu đoạn không đóng đường tự động. Đồng thời nêu 3 bước lắp đặt vận dụng: Dùng phương thức báo động tới gần; Phát ra lệnh báo động, tự nhắc tài xế biết tàu đã tới gần tín hiệu vào ga; Lặp lại tín hiệu dưới mặt đất, thực hiện toàn bộ tính năng công dụng THĐM và DTTĐ kiểu điểm tần số kép loại 63. Trang bị DTTĐ hồi đầu dùng van điện không kiểu EPK phỏng theo của Liên Xô, về sau dùng rộng rãi kiểu 66 của Nhà máy tín hiệu Thẩm Dương. Sau năm 1980, để kết hợp với đầu máy diezel và đầu máy điện, nghiên cứu chế tạo và dùng rộng rãi trang bị DTTĐ trên đoàn tàu kiểu ZDF và ZTL. Ở Trung Quốc, hiện nay các hệ thống kiểu điểm chủ yếu dùng hai loại: Cảm ứng tần số kép và kiểu biến tần dùng cho các khu đoạn không đóng đường tự động.
II. Phát triển THĐM và DTTĐ đẻ khống chế sự vận hành đoàn tàu ở ĐSTQ
Hiện nay các hệ thống khống chế sự vận hành đoàn tàu ở Trung Quốc lấy đặc trưng phương thức đóng đường để lắp đặt những thiết bị tín hiệu khác nhau. Trên các khu đoạn đóng đường tự động đã sử dụng những hệ thống THĐM của riêng nó (như mã điện đếm số xoay chiều, tần số có cực tính và dịch tần). Ở các khu đoạn không đóng đường tự động chỉ dùng các loại THĐM kiểu điểm hoặc các hệ thống báo động cùng các hệ thống THĐM kiểu liên tục tới gần ở trước tín hiệu vào ga. Để đảm bảo an toàn chạy tàu, việc khống chế sự vận hành đoàn tàu lấy đoàn tàu do đầu máy kéo đi làm đối tượng, tức là thiết bị khống chế chỉ có quan hệ với đặc tính của đoàn tàu: kết cấu, tốc độ và trọng lượng kéo v..v của đầu máy.
Các hệ thống THĐM đang vận dụng ở ĐSTQ trước đây đều dĩa vào tài xế để đảm bảo an toàn chạy tàu, thiết bị chỉ có tác dụng giúp thêm. Còn mệnh lệnh do thiết bị phát ra, phải nhờ vào tài xế chấp hành. Nếu tài xế không chấp hành thì thiết bị không thể làm được gì.
Để loại bỏ những nhân tố không an toàn có thể xảy ra những sai lầm do người gây nên, đã phát triển hơn nữa những hệ thống các tính năng công dụng kiểm tra và giám sát tốc độ đoàn tàu đang cần phải thi hành, đòi hỏi phải tăng thêm những tính năng công dụng kiểm tra và giám sát tốc độ vận hành của đoàn tàu. Vì thế, năm 2004 ĐSTQ bắt đầu nghiên cứu hệ thống giám sát tốc độ vận hành của đoàn tàu; năm 2005 đã thí nghiệm ở hiện trường và đã thu được một số thành quả.
Các hệ thống khống chế sụ vận hành đoàn tàu cần bắt đầu tù phương án thô sơ, sau khi có được những kinh nghiệm nhất định sẽ phát triển thêm có vận dụng các Kinh nghiệm vận dụng THĐM thông dụng kiểu vi tính dùng cho khu đoạn không điện khí hoá là lợi dụng máy vi tính có đặc điểm tri năng hoá để tạo thành của ĐSTQ. Những bài học kinh nghiệm đã thu được về khống chế sự vận hành đoàn tàu có:
1. Khí ứng dụng các chi tiết máy móc vi điện tử để cấu tạo thành mạch điện, tín hiệu nội bộ của chúng nhỏ hơn rất nhiễu so với của mạch điện rơ le, vì thế khả năng chống can nhiễu cũng tương đối yếu. Cho nên trong việc cấu tạo thành hệ thống cần phải tăng thêm rất nhiều biện pháp chống can nhiễu, thí dụ các dây nối trong tủ máy phải dùng dây có che chắn, dây vào và dây ra cần phối dây tách rời v.v... và rất nhiều những biện pháp về phần cứng. Ngoài ra, cũng phải tăng thêm biện pháp chống can nhiễu trong phần mềm, (thí dụ như dùng cách phán quyết liên tưởng để trừ bỏ những mạch xung can nhiễu trong khe hở, mức điện của các sô liệu sử dụng cần có một trí số chặn cửa nhất định v.v…);
2. Khi ứng dụng mạch vi điện tử để cấu tạo thành hệ thống, càn đặc biệt chú ý đến nguồn điện và tiếp đất đó là nhân tố chủ yếu dẫn đến sự làm việc không bình thường. Cần phái có nguồn điện thuần khiết có đầy đủ dung lượng, cần phải xoá bỏ hết các tạp âm sóng hài bậc cao trong nguồn điện để ngăn chặn chúng gây ảnh hưởng với bộ khuếch đại tính toán. Ngoài ra, khi nguồn điện đưa đến tấm mạch in, phải có mạch điện khử ghép mối, như vậy mới có thể tiêu diệt được những tai hoạ ngầm. Tiếp rất tốt nhất là dùng mát nối;
3. Cộng nghệ tấm mạch in và công nghệ hàn nối trong hệ thống mạch điện vi điện tử phải được chấp hành vô cùng cẩn thận, nếu không có thể gây nên tình trạng các thử nghiệm lý thuyết và thử nghiệm máy mẫu đều tốt nhưng khi mở rộng thử nghiệm và ứng dụng thì không được lý tưởng;
4. Trở ngại - an toàn và tính tín cậy trong hệ thống mạch điện vi điện tử, khi hoàn thành một cấp tính năng công dụng của hệ thống, nhất định phải thiết kế chung toàn cả bộ, nếu không sẽ khó đạt được yêu cầu cần có;
5. Nguồn can nhiễu từ trường trong đầu máy là đến từ máy điện gây từ đèn đầu có công suất lớn của đầu máy và những hồ quang khi ngắt mạch v.v... do các loài công tắc gây ra. Trị số hiệu dụng của điện áp can nhiễu hình thành trên thiết bị THĐM của những can nhiễu tứ trường này có thể đạt xấp xỉ 7v. Điện áp làm việc mà bộ vi xử lý sử dụng trong hệ thống này chỉ có 5v, muốn cho bộ vi xử lý làm việc vời điện áp thấp có thể làm việc có hiệu quả dưới từ trưởng mạch của các đầu máy diezel và đầu máy điện đạt được việc gộp chung về điện từ là công việc khó. Cho nên hệ thống này ngoài việc dùng các phương pháp chống can nhiễu thông thưởng ra, còn dùng phương pháp biến đổi điện thế, để cho xung quanh bộ vi xử lý được bảo vệ bằng cách dùng một lớp các phần tử máy móc biến đổi điện thế mới có thể làm cho bộ vi xử lý truyền đi và xử lý các tin tức trong điều kiện điện áp làm việc bằng 5v.
6. Yêu cầu đối với nguồn điện phải nghiêm ngặt:
Cần có sự cách ly rất tốt. Nguồn điện công tắc được dùng có cuộn dây tự dao động và tính năng công dụng điều tiết mạch xung, không những có thể làm cho sơ cấp và thứ cấp cô thể được cách ly rất tốt, mà còn khó sinh nhiệt;
Cần có đặc tính phòng ngừa dậy sóng. Sự tấn công dậy sóng của những mạch điện xung cao tức thời thường làm cho sự vận hành của phần mềm xảy ra các sai lầm, ngoại bản thân phần mềm cần có thêm các biện pháp phòng vệ ra, chủ yếu là cần sử dụng những biện pháp chống dậy sóng trên nguồn điện;
Thiết kế hệ thống nguồn điện cần đảm bảo đầu ra của nguồn điện có thể cấp ra một lượng dư điện áp, ở gần bên các phần tử máy móc dùng điện của mỗi một tấm hay miếng còn đặt thêm các khâu lọc sóng và ổn áp.
Việc đo thử làm già và sàng chọn đối với các phần tử máy móc cơ bản, nhất là các mạch tổ hợp quy mô lớn, là điều kiện cơ bản để nâng cao tính tin cậy của hệ thống bảo đảm cho hệ thống khống chế tốc độ đoàn tàu và phòng vệ đoàn tàu vượt tốc làm việc được bình thường.
III. Về thiết bị phòng vệ tàu vượt tốc độ
Tính năng công dụng chủ yếu của phòng vệ tàu vượt tốc độ là ngăn chặn đoàn tàu lao bừa qua các tín hiệu vào ga và tín hiệu ra ga và chạy vượt tốc độ, tức ngăn chặn cái gọi là tai nạn "hai bừa một vượt". Sau khi xảy ra một số vụ tai nạn nghiêm trọng, mọi người bắt đầu chú ý đến tác dụng của của thiết bị THĐM và DTTĐ nên đã nghiên cứu, tận dụng sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật vi điện tử, đặc biệt là bộ vi xử lý, đã tạo điều kiện cho việc nghiên cứu chế tạo một thế hệ mới các thiết bị khống chế an toàn chạy tàu trí năng hoá.
ĐSTQ đã có các bài học dưới đây:
1 . Hệ thống phòng vệ đoàn tàu vượt tốc độ đã trở thành thiết bị cần có gấp trên hiện trường đường sắt;
2. Các phương án đã triển khai nghiên cứu trong cả nước có tiến độ không giống nhau, mức độ phức tạp và đơn giản khác nhau, mỗi cái đều có ưu khuyết điểm của nó, nhưng đều tồn tại vấn đề tính an toàn tin cậy của bản thân thiết bị được dùng để đảm bảo an toàn chạy tàu còn chưa cao, không có một phương án nào có thể đạt được mức độ đưa ra dùng rộng rãi.
3. Quyết định do Bộ ĐSTQ trình bày với Uỷ ban Kế hoạch Nhà nước xin đưa “nghiên cứu hệ thống phòng vệ đoàn tàu vượt tốc độ vào kế hoạch "85" của Nhà nước làm hạng mục công phá khó khăn của khoa học kỹ thuật.
Khi đoàn tàu đang chạy sau khi thu được một loại tin tức về tốc độ liền so sánh với tốc độ thực tế của đoàn tàu lúc đó, nếu tốc độ thực tế vượt quá tốc độ cho phép đã quy định thì sẽ phát ra báo động bằng âm thanh và ánh sáng, yêu cầu tài xế giảm tốc độ xuống dưới tốc độ cho phép; nếu thấy tốc độ đoàn tàu vẫn vượt quá tốc độ quy định do tài xế đã mất cảnh giác hoặc do nguyên nhân khác thì lập tức phát mệnh lệnh dừng tàu, buộc đoàn tàu phải dừng lại.
Biện pháp giám sát khống chế tốc độ của nó vẫn là phương thức khống chế liên hợp người và máy, lấy người làm chính, lấy thiết bị làm cái bảo đảm quan trọng. Thiết bị này ngoài tính năng công dụng thô sơ, giám sát vượt tốc độ, còn có đặt mạch điện liên khoá với THĐM, khi THĐM biểu thị điều kiện dừng tàu, mô hình khống chế đã khởi động rồi cho dù lúc đó tài xế đã vi phạm quy trình đóng tín hiệu lại cũng không thể huỷ bỏ được tác dụng cần có mà mô hình khống chế đã đưa ra, điều này đã đảm bảo được an toàn hơn. Để đảm bảo tài xế không làm sai thủ tục huỷ bỏ mệnh lệnh, đã bố trí thêm một nút ấn cánh giác do hai người cùng ấn một lúc. Tức là khi cần huỷ bỏ mô hình khống chế tốc độ đã khởi động, cần cả tài xế chính và phụ cùng xác nhận, đồng thời cùng lúc ấn nút cảnh giác, cho đến khi THĐM chuyển thành đèn trắng, điều kiện khống chế tốc độ thực sự đã bị huỷ bỏ, mới buông nút ấn và đoàn tàu có thể tiếp tục chạy.
Việc nghiên cứu những mẫu hệ thống phòng hộ vượt tốc độ nhiều tần số như kiểu DBP-1 đã xuất phát từ tình hình thực tế của đường sắt thu được rất nhiều kinh nghiệm có ích, đặc biệt là đã tổng kết được vấn đề vượt tốc độ có khả năng xảy ra khi tài xế điều khiển đoàn tàu:
- Yêu cầu về phòng vệ vượt tốc độ khi đoàn tàu đang chạy trong khu gian;
- Yêu cầu về việc đoàn tàu sau khi vào ga làm thế nào vừa tránh được vượt tốc độ vừa không ảnh hưởng đến hiệu suất;
- Thích hợp với phương thức báo động bằng âm thanh và ánh sáng, phương thức biểu thị trong tình hình thực tế ở ĐSTQ;
- Trong hệ thống vượt tốc độ có thể dùng bộ cảm ứng truyền dẫn và những yêu cầu và điều kiện kỹ thuật đối với những bộ này; Những hạng mục cơ bản mà bộ ghi lại sự vận hành cần phải ghi, v.v...
Những kết quả nghiên cứu của thời kỳ "75", đã có những bài học sau đây;
- THĐM là một trong những điều kiện làm chỗ dựa của sự thao tác vận hành hệ thống phòng vệ vượt tốc độ của đoàn tàu, nhưng THĐM hiện dùng của TQ vẫn là tín hiệu phụ trợ, không có đủ tính tin cậy đầy đủ mà tín hiệu chính đòi hỏi. Cần nâng cao tính tin cậy của THĐM;
- Hệ thống phòng vệ đoàn tàu vượt tốc độ kiểu liên tục là phương hướng phát triển, nhưng nó đòi hỏi mạch điện đường ray cung cấp một lượng tin tức đầy đủ, bao gồm những tin tức về độ dốc lớn bé, đường cong, cầu, đường ngang v v và vị trí ghi trong ga, chiều dài khu vực ghi, chiều dài đường chính/phụ, biểu thị của tín hiệu ra ga v.v...Các mẫu đóng đường tự động hiện dùng của ĐSTQ không có được lượng tin tức nhiều như vậy, nên chỉ có thể dùng "điểm" để bù đắp tại, dùng kiểu điểm liên tục không chỉ có sự nguy hiểm bị rơi mất "điểm" mà đối với “điểm" cũng có yêu cầu có tin tức tin cậy đầy đủ. Điểm của loại nhiều tần số biến đổi đều tỏ ra không đủ, bộ tra hỏi - ứng đáp là phương hướng phát triển, nhưng công nghệ chế tạo v.v… đều chưa vượt qua được cửa ải khó khăn;
- Hệ thống phòng vệ đoàn tàu vượt tốc độ là thiết bị đảm bảo an toàn chạy tàu, tính dùng được và tính tin cậy của bản thân nó cần có sự đảm bảo nhất định, đặc biệt sau khi sử dụng kỹ thuật vi xử lý, càng cần nâng cao thêm tính tin cậy Do nó thuộc về hệ thống khống chế thời gian chắc chắn nên kết cấu của hệ thống gồm phần cứng, phần mềm, cửa nối, nguồn điện, phần ra v.v... đều cần phái có kỹ thuật thừa rỗi xen nhau tương ứng;
- Đo tốc độ đo khoảng cách của một đoàn tàu đang vận hành là một khâu vô cùng quan trọng trong hệ thống đoàn tàu vượt tốc độ, bất kể tốc độ cao hay tốc độ thấp đều đòi hỏi một độ chính xác nhất định, đồng thời cần ngăn chặn những sai số do "trượt", "bó chế' và "quay không" v.v... mang lại, và còn phát ngăn chặn mạch điện bị ngắt không thu được tin tức. Cũng vậy, khi chuyển sang đo khoảng cách cũng cần có sự hiệu đính các sai số trong quá trình đo; Đường cong mô hình hãm của đoàn tàu có quan hệ đến sự thành bại cuối cùng của việc thực hiện phòng vệ vượt tốc độ của toàn bộ hệ thống. Cự ly hãm bằng bao nhiêu,những nhân tố đụng đến nó hết sức nhiều ngoài số lượng toa xe thực tế của đoàn tàu, trọng lượng chuyên chở, áp lực guốc hãm, còn có sự tốt xấu của hệ thống hãm, và cả độ dốc, đường cong, chiều dài khu vực ghi, chiều dài đường ga, đường ghi v.v... cần chiếu cố đến toàn bộ các nhân tố, khả năng thích ứng được với tình hình toàn mạng;
- Hệ thống ghi lại sự vận hành của đoàn tàu là thiết bị mà bộ môn quản lý của các đoạn đầu máy có nhu cầu bức thiết, nó không chỉ có lợi cho quản lý, làm cho nó phát triển theo hướng tự động hoá quản lý, hơn nữa còn có thể có được sự đánh giá trình độ điều khiển thành thạo của tài xế;
- Việc đưa vào các tham số về đoàn tàu, gồm số toa xe của đoàn tàu, kiểu loại toa xe, chiều dài tính đổi trọng tải, số hiệu riêng của tài xế và phó tài xế, ngày tháng, lượt xe, khu gian chạy tàu, áp lực guốc hãm v.v..., trong đó rất nhiều hạng mục là những thứ mà đoàn tàu lúc đó cần đến để hãm.
Nhiều các dự án khả thi về hiện đại hoá thiết bị Thông tin tín hiệu Đường sắt Việt Nam (ĐSVN) đã nêu là chuẩn bị điều kiện cho việc phát triển tin hiệu đầu máy và dừng tàu tự động nhưng chưa có nội dung cụ thể. Qua phân tích trên thì THĐM và DTTĐ không chỉ đóng vai trờ thiết bị hỗ trợ mà phải là tín hiệu chủ yếu sau này trong các hệ thống thiết bị khống chế tốc độ chạy tàu đặc biệt là chống tàu vượt tốc. Không có thiết bị DTTĐ thì người tài xế không muốn sử dụng hệ thống thiết bị chống ngủ gật (đang sử dụng trên tất cả các đầu máy vận dụng của ĐSVN hiện nay) vì nó làm cho con người tài xế luôn luôn ở trạng thái bị nhắc nhờ nên thần kinh căng thẳng, đã có người chèn nút ấn cảnh giác để vô hiệu hoá thiết bị chống ngủ gật.
Các bài học trên của ĐSTQ về phát triển THĐM và DTTĐ hy vọng giúp được gì đó cho các nhà nghiên cứu, thiết kế tín hiệu ĐSVN.
DSVN