Automatyka ma w kolejnictwie bardzo szerokie potencjalne spektrum zastosowań. To dzięki niej możliwe jest zdalne i precyzyjne sterowanie ruchem, skrócenie czasu przejazdów czy zapewnienie odpowiedniego komfortu podróżującym. Jednak najważniejszym celem wdrażania zautomatyzowanych rozwiązań w branży szynowej jest zwiększenie poziomu bezpieczeństwa, czyli zredukowanie liczby wypadków, a także awarii.

Automatyka kolejowa – najważniejsze wymagania

Automatyka kolejowa zajmuje się projektowaniem i integracją systemów automatycznego sterowania ruchem pociągów (analogiczne rozwiązania stosuje się również w przypadku innych pojazdów szynowych), zarządzania infrastrukturą oraz monitorowania stanu technicznego torów, pojazdów i urządzeń pomocniczych. W przeciwieństwie do klasycznej automatyki przemysłowej systemy wykorzystywane w branży szynowej muszą spełniać bardzo specyficzne i rygorystyczne normy. Przede wszystkim z zakresu bezpieczeństwa. Niedopuszczalne jest ryzyko przerwania ciągłości ruchu czy błędnej interpretacji sygnału, dlatego stosowane są rozwiązania redundantne, pełne testy certyfikacyjne czy zaawansowane algorytmy diagnostyczne.

Systemy muszą działać niezawodnie w trudnych warunkach. Muszą być przede wszystkim odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i niesprzyjające warunki atmosferyczne, takie jak intensywne opady deszczu, śniegu, skrajne temperatury czy kurz. Dodatkowo, ze względu na specyficzną strukturę infrastruktury kolejowej, wymagana jest wysoka integracja rozproszonych urządzeń, co stanowi duże wyzwanie projektowe i eksploatacyjne.

Systemy sterowania ruchem i zarządzania infrastrukturą

Podstawowym systemem automatyki kolejowej jest bez wątpienia system sterowania ruchem. Branża kolejowa korzysta tu z Europejskiego Systemu Sterowania Pociągiem (ETCS) jest jednym z najbardziej zaawansowanych rozwiązań wykorzystywanych w transporcie kolejowym na kontynencie. System ten umożliwia sterowanie ruchem poprzez przesyłanie informacji bezpośrednio do kabiny maszynisty. Instalowane na torach eurobalisy (żółte skrzynki) i europętle rozszerzają zasięg komunikacji oraz przekazują „telegramy” z danymi dotyczącymi prędkości, sygnałów i informacji o innych pociągach na trasie. Zastosowanie sieci radiowej GSM-R umożliwia dwustronną, bezpieczną komunikację między pociągiem a centrum sterowania, a moduły STM pozwalają na kompatybilność z systemami krajowymi.

Dzięki temu maszynista otrzymuje niezbędne informacje w czasie rzeczywistym, co jest krytyczne zwłaszcza przy wysokich prędkościach, przy których odruchowe reagowanie na sygnały boczne jest praktycznie niemożliwe. ETCS jest też podstawą do implementacji kolejnych funkcji automatyzacji, w tym autonomicznej jazdy.

Lokalne Centra Sterowania (LCS) stanowią serce operacyjne nadzoru ruchu kolejowego na danym odcinku. Za pomocą nowoczesnych systemów komputerowych dyżurni ruchu mogą zarządzać nawet skomplikowanymi sieciami kolejowymi, koordynując pracę licznych stacji, bocznic i posterunków odstępowych.

Systemy LCS są połączone z Centrami Utrzymania i Diagnostyki (CUiD), gdzie dokonuje się analizy danych technicznych i monitoringu stanu urządzeń. Wdrożone zaawansowane systemy wizualizacji dostarczają operatorom kompletne informacje o stanie urządzeń i sieci elektroenergetycznej – monitoring ten pozwala na szybkie wykrywanie usterek oraz podejmowanie działań prewencyjnych. Ponadto systemy te umożliwiają zdalne zarządzanie urządzeniami, takimi jak ogrzewanie rozjazdów czy chłodzenie wyposażenia, co optymalizuje pracę infrastruktury i zmniejsza koszty eksploatacji.

OtoZapletal – Pixabay

Zaawansowane napędy i sterowanie zwrotnicami

Napędy elektryczne odpowiedzialne za sterowanie zwrotnicami są krytycznym elementem infrastruktury kolejowej. Każda sekunda opóźnienia może wpłynąć na punktualność całej sieci transportowej. Te precyzyjne urządzenia muszą łączyć w sobie pozornie sprzeczne wymagania: błyskawiczną szybkość działania z absolutną precyzją oraz niezawodność, która graniczy z perfekcją.

Sterowanie zwrotnicami przeszło olbrzymią transformację – od ręcznego przestawiania do w pełni zautomatyzowanych systemów zarządzanych centralnie. Współczesne rozwiązania wykorzystują zaawansowane algorytmy sterowania, które nie tylko eliminują ryzyko błędów ludzkich, ale także optymalizują sekwencje przestawiania zwrotnic w oparciu o rzeczywisty rozkład jazdy pociągów. Rezultatem jest skrócenie czasu  przestawiania torów nawet o 40–60% w porównaniu z tradycyjnymi metodami.

Nowoczesne napędy zwrotnicowe muszą funkcjonować niezawodnie również przy ekstremalnie trudnych warunkach, m.in. w temperaturach od -40°C do +70°C, przy wilgotności sięgającej 100%, w warunkach intensywnych opadów deszczu czy śniegu. Obudowy wykonane z wysokogatunkowych stopów aluminium lub stali nierdzewnej (z klasą szczelności IP67 lub wyższą) chronią delikatną elektronikę przed infiltracją wody i pyłu. Szczególnym wyzwaniem są warunki zimowe. Napędy wyposażone są w systemy grzewcze, które zapobiegają zamarzaniu mechanizmów, i specjalne smary o niskiej temperaturze krzepnięcia. Zaawansowane czujniki monitorują temperaturę krytycznych podzespołów i automatycznie aktywują systemy przeciwoblodzeniowe, gdy warunki tego wymagają.

Każdy napęd zwrotnicy funkcjonuje jako węzeł w rozległej sieci komunikacyjnej, przekazując dane diagnostyczne do centralnych systemów zarządzania ruchem kolejowym. Wykorzystywane protokoły komunikacyjne (często oparte na standardach przemysłowych, jak Modbus, Profinet, czy specjalistycznych rozwiązaniach kolejowych) umożliwiają: zdalne sterowanie i konfigurację, integrację z systemami bezpieczeństwa, monitoring stanu w czasie rzeczywistym, a nawet diagnostykę prewencyjną.

Zarządzanie przejazdami kolejowymi i minimalizowanie ryzyka kolizji

Bezpieczeństwo na przejazdach kolejowych pozostaje jednym z najważniejszych wyzwań dla branży kolejowej, zwłaszcza w kontekście minimalizacji ryzyka zderzeń pociągów z samochodami lub innymi pojazdami. W tym obszarze automatyka stosuje zaawansowane rozwiązania, które integrują sygnalizację świetlną na przejazdach kolejowych, automatyczne zapory, systemy detekcji pojazdów oraz alarmowania uczestników ruchu drogowego.

Nowoczesne systemy zarządzania przejazdami kolejowymi integrują m.in. czujniki, które wykrywają obecność pojazdów zarówno na torach, jak i w obrębie przejazdu. Informacje te są przesyłane do central sterowania ruchem, a także do systemów automatycznego włączania ostrzegawczych sygnałów dźwiękowych i świetlnych. Automatyczne zapory – wyposażone w mechanizmy szybkiego reagowania i redundancji – są aktywowane jeszcze przed pojawieniem się pociągu, gwarantując zamknięcie przejazdu na czas odpowiedni do prędkości jazdy.

Ponadto coraz częściej stosuje się systemy wizyjne i radarowe wspierane sztuczną inteligencją, które potrafią wykrywać zachowania niebezpieczne, takie jak zbliżanie się pieszych lub pojazdów do torów w sytuacjach wymuszonych. Takie systemy mogą inicjować automatyczne powiadomienia do służb ratunkowych czy sterowników ruchu, zwiększając szansę na zapobieżenie wypadkom.

Dodatkowo do automatycznych systemów bezpieczeństwa w pociągach zalicza się rozwiązania takie jak „Radio-Stop”, które w sytuacjach zagrożenia pozwalają natychmiast wstrzymać ruch całego taboru w danym rejonie, co minimalizuje skutki potencjalnej kolizji.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rynek

Smarownica podpowierzchniowa do torowisk tramwajowych BM

BIBUS MENOS, firma od lat projektująca i wdrażająca nowoczesne rozwiązania m.in. dla infrastruktury tramwajowej, opracowała nowy model smarownicy torowej – BMsmtp. Powstała ona w odpowiedzi na potrzeby miast, które poszukują efektywnego systemu ograniczania zużycia szyn, przy jednoczesnym zachowaniu estetyki przestrzeni miejskiej.

Systemy detekcji pojazdów szynowych

Precyzyjna detekcja obecności pojazdów na torach jest podstawą bezpiecznego funkcjonowania systemów kolejowych. Współczesne rozwiązania wykorzystują szeroką gamę technologii: od tradycyjnych obwodów torowych, przez liczniki osi rejestrujące każdą oś pojazdu, systemy indukcyjne wykrywające metalowe masy taboru, po zaawansowane radary dopplerowskie mierzące prędkość z dokładnością do kilometra na godzinę. 

Nowoczesne systemy łączą dane z wielu czujników w procesie fuzji sensorycznej, tworząc kompletny obraz sytuacji na torach. Algorytmy sztucznej inteligencji analizują wzorce sygnałów, wykrywając nieprawidłowości jak płaskie miejsca na kołach, problemy z infrastrukturą czy sytuacje awaryjne. Integracja z centralnymi systemami sterowania umożliwia natychmiastową reakcję – automatyczne zatrzymywanie ruchu, powiadamianie służb czy przekierowywanie pociągów.

Systemy znajdują zastosowanie w kontroli przejazdów kolejowo-drogowych, automatycznym pozycjonowaniu składów w zajezdniach oraz monitoringu tuneli i mostów. Przyszłość należy do systemów wykorzystujących uczenie maszynowe i komunikację 5G, które będą samodzielnie dostosowywać parametry pracy i przewidywać problemy, zanim się pojawią.

Systemy monitorowania i komunikacji

Współczesne systemy kolejowe coraz częściej korzystają z zaawansowanych rozwiązań telekomunikacyjnych i monitorujących. Internet rzeczy (IoT), różne rodzaje czujników oraz systemy SCADA pozwalają na zbieranie ogromnej ilości danych z urządzeń rozproszonych na całym odcinku torowym i w składzie pociągu. Monitoring w czasie rzeczywistym umożliwia ciągłe śledzenie najważniejszych parametrów technicznych, temperatury, wibracji i zużycia podzespołów, a także analizę aktualnych warunków pogodowych.

Dzięki temu możliwe jest szybkie wykrywanie awarii lub stanów krytycznych – odpowiednie służby otrzymują informacje w czasie rzeczywistym, co pozwala na podjęcie działań proaktywnych. Można w ten sposób zminimalizować ryzyko wystąpienia incydentów na trasie. Zaawansowane rozwiązania diagnostyczne integrują się z systemami zarządzania ruchem, podnosząc ogólną efektywność i bezpieczeństwo.

Cyfryzacja technologii kolejowych – w kierunku kolei 4.0

Proces cyfryzacji kolei przekształca ją w inteligentny system komunikacyjny i operacyjny. Automatyka korzysta obecnie z potężnych mocy obliczeniowych, sieci 5G i systemów chmurowych, co umożliwia natychmiastową wymianę informacji, analizę danych big data i wdrożenie algorytmów sztucznej inteligencji do optymalizacji ruchu i systemów konserwacji.

Cyfryzacja sprzyja rozwojowi autonomicznych pociągów, w których za pomocą zaawansowanych systemów sterowania, sensoryki i komunikacji możliwa jest jazda bez maszynisty czy praca zintegrowanych systemów informacyjnych dla pasażerów. Nowoczesne centra monitoringu i sterowania, korzystające z technologii cyfrowych, pozwalają błyskawicznie reagować na nieprzewidziane sytuacje, minimalizując opóźnienia i zwiększając bezpieczeństwo.

Wykorzystanie AI w automatyce kolejowej

AI i algorytmy uczenia maszynowego zaczynają odgrywać coraz istotniejszą rolę w systemach automatyki kolejowej. Przekształcają tradycyjne modele sterowania i diagnostyki w inteligentne, samouczące się systemy.

W obszarze zarządzania ruchem AI umożliwia dynamiczną optymalizację ruchu kolejowego i przepustowości linii poprzez analizę danych w czasie rzeczywistym – uwzględniając spóźnienia, awarie czy warunki pogodowe. Dzięki temu można nie tylko poprawić płynność ruchu, ale także obniżyć zużycie energii, a w następstwie również – emisję CO₂.

Sztuczna inteligencja wykorzystywana jest również w predykcyjnej analizie stanu technicznego urządzeń i infrastruktury. Analizując dane pochodzące z czujników monitorujących wibracje, temperaturę, prędkość czy zużycie komponentów, systemy AI mogą przewidywać awarie, wskazywać na konieczność konserwacji i optymalizować harmonogramy napraw.

Sztuczna inteligencja odgrywa również podstawową rolę w systemach autonomicznej jazdy. Zaawansowane algorytmy rozpoznawania obrazu, przetwarzania sygnałów i analizy otoczenia pozwalają na bezpieczne manewrowanie nawet w złożonych warunkach ruchu i zmiennej infrastrukturze.

Również w systemach bezpieczeństwa na przejazdach kolejowych nie brak rozwiązań, które opierają się na AI. Sztuczna inteligencja może bowiem analizować zachowania innych uczestników ruchu drogowego i na tej podstawie identyfikować potencjalnie niebezpieczne sytuacje, a następnie podejmować odpowiednie kroki. Do tej pory takie rozwiązania nie były możliwe do realizacji na dużą skalę.

Automatyczne systemy ogrzewania i smarowania

Utrzymanie sprawności infrastruktury szynowej w trudnych warunkach klimatycznych to wyzwanie, które wymaga stosowania dedykowanych rozwiązań automatycznych. Specjalistyczne sterowniki ogrzewania rozjazdów zapobiegają np. zamarzaniu iglic rozjazdowych. W ten sposób minimalizują ryzyko awarii zimowych. Do tego zmniejszają zużycie  energii dzięki inteligentnym algorytmom uruchamiania grzałek na podstawie pomiaru parametrów środowiskowych. Podobną rolę pełnią automatyczne smarownice torowe, które równomiernie nanoszą smar na szyny. Ogranicza to ich zużycie eksploatacyjne i zmniejsza hałas przejazdu pojazdów szynowych, co ma znaczenie zarówno techniczne, jak i wpływa na komfort podróżnych. 

Podsumowanie

Automatyka kolejowa jest nieodłączną i niezwykle rozbudowaną częścią współczesnego transportu szynowego. Jej głównym celem jest zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa, ale jednocześnie może wpływać na niezawodność, precyzję czy efektywność transportu kolejowego. Od systemów sterowania ruchem, przez napędy zwrotnic i detekcję pojazdów, aż po najnowocześniejsze systemy bezpieczeństwa, cyfryzacji i monitoringu – wszystkie te elementy współdziałają, tworząc nowoczesną, bezpieczną i inteligentną infrastrukturę transportową. 

W obliczu cyfryzacji, rosnącego zapotrzebowania na transport zeroemisyjny i rozwoju autonomicznych składów automatyka kolejowa będzie odgrywać jeszcze większą rolę, stając się katalizatorem innowacji i zmian technologicznych, które odmienią europejskie i światowe kolejnictwo.