Диспетчерский контроль движения

В 1956 году на восьмидесяти одном километре между Минском и Борисовом произошла перемена, которой пассажир мог не заметить из окна. Рельсы остались на месте, расстояние между городами не сократилось, паровозы не стали быстрее. Но теперь следом за одним поездом можно было безопасно отправлять другой, не дожидаясь, пока первый пройдёт весь путь до соседней станции. Линию оборудовали автоматической блокировкой и диспетчерским контролем движения.

До этого движение на участке регулировала полуавтоматическая блокировка. Она появилась между Минском и Борисовом ещё в 1930 году, была разрушена во время войны и затем восстановлена. Само слово «полуавтоматическая» мало что объясняет. Перед отправлением дежурный одной станции запрашивал согласие соседней. После этого электрические зависимости позволяли открыть выходной сигнал, то есть станционный светофор, разрешающий поезду уйти на перегон, только для предусмотренного отправления. Снова открыть его было нельзя, пока перегон не будет освобождён. Но последнее слово о прибытии поезда оставалось за человеком.

Дежурный на принимающей станции должен был увидеть не только локомотив и первые вагоны. Он убеждался, что прибыл весь состав, включая последний вагон с установленными на хвосте фонарями или знаками. Причина была проста: если сцепка разорвалась и часть вагонов осталась между станциями, путь нельзя считать свободным. Лишь после проверки дежурный посылал станции отправления электрическое подтверждение прибытия. Схема не позволяла перепутать порядок действий, а человек сообщал ей факт, которого она сама ещё не умела определять.

Перегоном на железной дороге называют путь от одной станции до следующей. При полуавтоматической блокировке без промежуточных постов этот путь оставался одной неделимой зоной разрешения. Для схемы не имело значения, только ли поезд покинул станцию или уже приближается к следующей: весь перегон всё ещё считался занятым. Позади уходящего состава могли лежать километры свободных рельсов, но следующий поезд ждал. Чтобы использовать освободившееся пространство, требовалось либо расставить дополнительные посты с дежурными, либо научить сам путь отдельно сообщать о состоянии каждой своей части.

Автоблокировка выбрала второй способ. Перегон разделили на более короткие блок-участки, каждый из которых ограждал светофор. Раньше схема отвечала на один вопрос: свободен ли весь путь до следующей станции? Теперь она несколько раз задавала более узкий вопрос: свободен ли ближайший отрезок? Несколько поездов получили возможность одновременно находиться между одними и теми же станциями, если каждый следующий был отделён от предыдущего достаточным числом свободных участков. Машинисту не требовалось видеть хвост впереди идущего состава. Он видел показание светофора, собранное из состояния пути впереди.

Красный огонь закрывал вход на занятый блок-участок. Перед ним находился ещё один, свободный участок, вход на который ограждал жёлтый сигнал. Жёлтый не требовал остановиться возле своей мачты. Он разрешал проехать этот светофор, но предупреждал: следующий будет красным, поэтому торможение нужно начинать уже сейчас. Ещё на один участок раньше горел зелёный. Он означал, что впереди свободны не менее двух блок-участков. Зелёный был не обещанием, что вся дорога до Борисова пуста. Он показывал лишь тот запас расстояния, который система проверила перед поездом.

Делить перегон на участки любой длины было нельзя. Когда машинист видел жёлтый, тяжёлый состав не мог остановиться сразу за сигналом: тормоза прижимали колодки к колёсам, но тысячи тонн продолжали двигаться по инерции. Поезду требовался весь оставшийся путь до следующего, уже красного светофора. Поэтому расстояние между сигналами рассчитывали так, чтобы после предупреждения состав мог остановиться при предусмотренной скорости и исправных тормозах. Слишком короткий блок-участок дал бы машинисту информацию, которой невозможно воспользоваться вовремя. Пропускная способность росла не от одного только дробления пространства. Каждый новый отрезок требовалось связать с тормозными возможностями поездов.

Главным измерительным устройством стала рельсовая цепь. Два стальных рельса, по которым катились колёса, одновременно использовали как два электрических проводника. На границах блок-участка их отделяли от соседних отрезков изолирующими стыками: между металлическими частями соединения помещали материал, который не позволял слабому сигнальному току бесконтрольно уйти в соседний участок. К одному концу подключали источник питания, к другому - путевое реле.

Реле можно представить как переключатель, которым управляет электромагнит. Пока ток проходит через катушку, магнит удерживает металлический якорь и вместе с ним одну группу контактов. Когда ток исчезает или становится слишком слабым, якорь отпадает и контакты переключаются. На свободном и исправном пути сигнальный ток шёл по одному рельсу до реле и возвращался по второму. Удерживаемый якорь подтверждал: электрический путь между концами участка существует и колёсной пары между рельсами нет. Только после этого зависимая схема могла включить разрешающий огонь.

Когда на участок входил локомотив, два его колеса и общая для них металлическая ось создавали короткое электрическое соединение между рельсами. Электрики называют его поездным шунтом. Вместо длинного пути до реле основная часть слабого сигнального тока проходила поперёк колеи через колёса и ось. Тока в катушке реле уже не хватало для удержания якоря. Контакты переключались, а светофор, оставшийся позади поезда на входе в занятый участок, загорался красным. Сведения об этом передавались к предыдущему светофору, где включался жёлтый. Ещё дальше сохранялся зелёный. Так каждая колёсная пара состава поддерживала запрещающее состояние позади себя без отдельной команды дежурного.

На щите управления занятый поездом участок и участок с оборванным питающим проводом могли выглядеть одинаково: путевое реле в обоих случаях оставалось без достаточного тока. Автоматика не объясняла причину. Она подтверждала свободность только при исправной электрической цепи и теряла это подтверждение, когда колёсная пара соединяла рельсы, исчезало питание или повреждалась линия. Поэтому многие обычные отказы отнимали разрешение, а не создавали его.

Два ошибочных ответа имели разную цену. Свободный участок, ошибочно показанный занятым, останавливал поезд и задерживал движение. Занятый участок, ошибочно признанный свободным, мог пропустить следующий состав к предыдущему. Поэтому зелёный требовал не простого отсутствия сообщения о поезде, а наличия предусмотренного электрического сигнала. Если этот сигнал пропадал, система сначала закрывала путь. Причину предстояло искать людям.

Такое устройство не делало рельсовую цепь непогрешимой. Она работала не в сухом шкафу, а под открытым небом. Рельсы лежали на шпалах и балласте - слое щебня или другого материала, который удерживает путь и пропускает воду вниз. В идеальной схеме электрический ток должен идти вдоль рельсов. В действительности мокрый и загрязнённый балласт частично соединял их между собой. Часть сигнального тока уходила через эту влажную среду, не доходя до реле. Свободный путь начинал электрически походить на занятый, и разрешающий сигнал не включался.

На электрифицированной линии задача усложнялась. Тяговые двигатели получали большую мощность из контактного провода над путём, а после прохождения через двигатели ток возвращался к подстанции по рельсам. По тем же стальным нитям автоматика должна была передать свой гораздо более слабый сигнал и не спутать его с током, который двигал поезд. Для этого силовой и сигнальный ток различали по их электрическим свойствам, применяли кодирование и специальные приборы разделения цепей. Изолирующие стыки при этом изнашивались, соединительные проводники повреждались, лампы и источники питания требовали проверки.

В книге «Рельсовые цепи», изданной в 1952 году, инженеры Аркадий Брылеев и Борис Рязанцев начинали не с торжества автоматики, а с тяжёлых условий её работы. Работа человека не исчезала, а меняла место. Дежурным двух соседних станций больше не требовалось ждать прибытия каждого поезда, чтобы подтвердить освобождение всего перегона. Зато электромеханик содержал десятки цепей вдоль пути и разбирался, почему свободный отрезок внезапно стал выглядеть занятым. Он проверял напряжение на концах цепи, состояние реле и изолирующих стыков, питание светофора и соединения между рельсами. Правила технической эксплуатации 1964 года упоминали линейных электромехаников автоблокировки среди работников, которых снабжали карманными часами. Даже ремонт реле вдали от станции входил в единое время движения, переговоров и записей.

При отказе нельзя было просто решить, что красный огонь ошибочен, и вернуть движение к обычной скорости. Действие автоблокировки прекращали, а соседние станции снова начинали отдельно согласовывать отправления по телефону. Перед выдачей разрешения требовалось установить, что предыдущий поезд освободил перегон. Дорога временно отказывалась от деления на малые блок-участки и возвращалась к более крупной, медленной единице контроля - пути между станциями. Резервный порядок уменьшал число поездов, которые можно было пропустить за то же время, но не позволял расписанию превратить догадку о неисправности в доказательство свободного пути.

Послевоенная автоблокировка выросла не из одного прибора. В 1946-1948 годах специалисты Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта разработали две типовые системы. На линиях с паровозами и тепловозами рельсы не использовались для возврата тягового тока, поэтому свободность пути можно было проверять импульсами постоянного сигнального тока. На электрифицированной дороге рельсы уже участвовали в силовой цепи локомотива. Для неё создали автоблокировку с переменным сигнальным током и числовым кодом, который аппаратура могла отличать от других электрических воздействий. Основными разработчиками были Аркадий Брылеев, Николай Фонарёв и Александр Шишляков.

Код позволял использовать рельсы не только для определения занятости. Ток подавали не сплошным потоком, а повторяющимися группами импульсов. Разный ритм обозначал разные сигнальные показания. Закреплённые на локомотиве приёмные катушки находились низко над рельсами и не касались их. Они улавливали магнитное поле, которое возникало вокруг рельса при прохождении кодового тока. Аппаратура распознавала ритм, и в кабине загорался соответствующий локомотивный сигнал. Это была не радиосвязь с диспетчером: сведения приходили к машине прямо из электрической цепи того участка, по которому она двигалась. Машинист получал предупреждение даже в тумане, снегопаде или за изгибом пути, где напольный светофор ещё трудно различить.

Сначала применяли точечный автостоп. Созданное в 1946-1947 годах устройство передавало предупреждение локомотиву только при прохождении определённого места у жёлтого или красного сигнала. В кабине звучал сигнал, после которого машинист должен был нажать рукоятку бдительности и тем самым подтвердить, что предупреждение замечено. Если подтверждения не было, устройство включало тормоза. С 1948 года автостопом оборудовали более пяти тысяч километров наиболее загруженных направлений.

Затем появилась непрерывная автоматическая локомотивная сигнализация. Главным изменением был не новый прибор в кабине, а непрерывность сообщения. Точечная система один раз передавала показание при проезде установленного места, а новая посылала код всё время, пока поезд двигался по блок-участку. Если состояние пути впереди менялось, менялись код и показание в кабине. К 1955 году такие устройства работали уже более чем на шести тысячах километров.

Автостоп не отменял решение машиниста и не проверял, правильно ли тот понял обстановку. Нажатие рукоятки показывало лишь, что предупреждение замечено. Но безопасность уже не зависела только от того, увидит ли человек огонь у пути. Сначала рельсовая цепь определяла состояние участка и включала напольный светофор. Затем то же предупреждение повторялось в кабине. Если машинист не подтверждал, что заметил его, устройство само включало тормоза. Одна пропущенная команда встречала несколько последовательных препятствий.

Оставалась ещё одна проблема. Каждый светофор мог автоматически отвечать ближайшему поезду, но поездной диспетчер руководил движением длинного участка с несколькими станциями. До появления удалённого контроля он восстанавливал положение поездов по сообщениям станций и по исполненному графику - листу, на котором отмечалось фактическое продвижение составов. Между событием на пути и картиной на его столе находились телефонный разговор, запись и время передачи сообщения.

В 1949 году во ВНИИЖТе разработали систему диспетчерского контроля ДК-ЦНИИ-49. После лабораторных испытаний ею оборудовали 53 километра между Тулой и Пахомовом, где контролировались 86 объектов. Объектом в таком подсчёте мог быть блок-участок, станционный путь или сигнал, состояние которого требовалось передать в центр. В 1951 году установку продлили до Серпухова. Диспетчерский круг - часть линии, работой которой руководил один поездной диспетчер, - достиг 95 километров и охватил 153 объекта. В 1952 году проектировщики подготовили типовые конструкции, а в следующем году выпустили первую серийную партию аппаратуры для 23 диспетчерских кругов.

На табло перед диспетчером загорались отметки занятых блок-участков и станционных путей. Рядом показывалось состояние входных светофоров, разрешавших поездам прибыть на станцию, и выходных, разрешавших отправление на перегон. По последовательному перемещению отметок можно было следить за продвижением поезда и заметить остановку. Диспетчер раньше понимал, где более быстрый поезд догоняет медленный и на какой станции подготовить обгон. На однопутной линии та же картина помогала выбрать станцию для скрещения - встречи поездов противоположных направлений, при которой один из них пропускает другой по соседнему пути. Табло позволяло также искать время, когда участок можно освободить для ремонта пути. В 1956 году автоблокировка между Минском и Борисовом была введена уже вместе с таким новым для участка способом наблюдать движение.

Почти за сто лет до этого американские железные дороги столкнулись с более ранней формой той же задачи. Начальник короткой линии мог лично знать работников, объехать путь и сам разобраться в большинстве происшествий. На магистрали длиной в сотни километров такой способ управления переставал работать. В 1855 году главный управляющий железной дороги Нью-Йорк - Эри Дэниел Маккаллум связал три вещи: ответственность работника, достаточное право действовать и возможность быстро узнать, выполнена ли порученная работа. С отделений каждый час телеграфировали положение поездов и причины задержек. Сообщения сводили в таблицы, по которым можно было сразу увидеть продвижение составов в обоих направлениях.

Диспетчер не смотрел на сами поезда. Табло передавало ему состояния реле, а те отвечали на электрические условия в рельсовых цепях. Оно не сообщало, почему участок занят, исправны ли тормоза состава или что происходит в кабине. Контроль при этом не равен управлению. Он позволял получить в одном месте сведения с линии. Диспетчерская централизация добавляла к этому возможность из центрального пункта переводить стрелки и управлять станционными сигналами. Само наличие диспетчерского контроля между Минском и Борисовом такого права ещё не означало. Установка прежде всего сокращала задержку между событием на пути и появлением сведений о нём у диспетчера.

Диспетчерское табло 1950-х получало сведения уже иначе. Телеграфное сообщение начиналось с человека: кто-то видел поезд, записывал наблюдение и передавал его. Рельсовая цепь в штатном режиме без отдельного донесения работника формировала ограниченный ответ о каждом блок-участке: свободность подтверждена или подтверждение потеряно. Но центральный пункт не стал всеведущим и не собрал в себе всю работу. Если реле снимало разрешение, причину неисправности искал электромеханик. Машинист управлял поездом, а диспетчер сопоставлял движение нескольких составов. Когда автоматика переставала давать надёжные сведения, дежурные по станциям переходили к телефонному порядку. Управление усилилось не потому, что один человек узнал всё. Дорога точнее разделила, кто какой факт способен установить и какое действие вправе выполнить на его основании.

Сам диспетчерский контроль пришлось дорабатывать в эксплуатации. Схемы совершенствовали институтские разработчики и инженеры дорог, а работники Омской дороги в 1951-1953 годах сами изготовили аппаратуру примерно для шестисот километров линии. Чтобы не прокладывать от каждого контролируемого объекта отдельный провод к диспетчеру, распределитель по очереди подключал их к общей линии и передавал состояние одного за другим. Первые устройства выполняли этот перебор движущимися контактами. Непрерывное переключение быстро изнашивало детали. В 1958 году механический перебор заменили более совершенной релейной схемой, где последовательность создавали электрические переключатели. Автоматика, предназначенная уменьшить зависимость движения от повторяющихся ручных действий, сама нуждалась в людях, способных заметить новый источник отказов и переделать её устройство.

Автоблокировка изменила саму единицу, которой дорога отмеряла расстояние между поездами. Прежде ею служил весь перегон между соседними станциями. После разделения один поезд мог уже приближаться к Борисову, второй находиться на нескольких блок-участках позади, а третий готовиться к отправлению из Минска. Теперь их разделяла не вся длина перегона, а цепочка участков, показания сигналов и расстояние, необходимое для остановки.

Такая плотность движения держалась на непрерывной проверке. Колёса поезда соединяли рельсы и заставляли светофор позади загореться красным. Состояние следующего участка определяло сигнал впереди, код повторял предупреждение в кабине, а диспетчерское табло собирало отдельные отметки в картину длинной линии. Рядом работал человек, который содержал цепи, принимал решение при отказе и возвращал движение к более медленному порядку, если система переставала подтверждать свободность пути.

Поэтому невидимые куски между Минском и Борисовом были не линиями, однажды нанесёнными на схему. Каждый из них существовал как постоянно проверяемое условие движения. Железная дорога смогла приблизить поезда друг к другу не потому, что стала меньше опасаться столкновения, а потому, что для каждого следующего шага потребовала отдельного подтверждения. Когда подтверждение пропадало, пропадало и разрешение двигаться по прежнему порядку.