Релейно процессорная централизация это
Релейно-процессорная централизация промежуточной станции. Двухниточный план с расстановкой аппаратуры рельсовых цепей, чередование несущих и модулирующих частот. Структурная схема ЭЦ и увязка управляющего вычислительного комплекса с напольными объектами.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.04.2011 |
Размер файла | 435,2 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кафедра «Автоматика и телемеханика»
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту на тему
Процессорная централизация промежуточной станции
1 Условия для разработки схемы ЭЦ:
а) минимальная длина приёмоотправочного пути - lmin=1250(м);
б) расстояние между осями смежных путей - е =6,0(м);
в) наименование горловины станции - нечётная;
г) род электрической тяги - электротяга постоянного тока;
д) система ЭЦ - «Диалог - Ц» с привязкой к исполнительным устройствам на базе ЭЦ-12-03 без маршрутного набора.
Курсовой проект содержит 26 листов машинописного текста, 5 иллюстраций, 11 приложений, использовано 9 библиографических источников.
Двухниточный план станции, однониточный план станции, ординаты стрелок и сигналов, таблицы зависимостей, релейно - процессорная централизация, кабельные сети, устройства электропитания, управляющий вычислительный комплекс.
Данный курсовой проект содержит в себе разработку релейно - процессорной централизации промежуточной станции «Диалог - Ц». По заданному плану станции был разработан и спроектирован двухниточный план с расстановкой аппаратуры рельсовых цепей, произведено чередование несущих и модулирующих частот. В технической части проекта разработана структурная схема ЭЦ и увязка управляющего вычислительного комплекса с напольными объектами.
1. Построение двухниточного плана станции
2. Структурная схема ЭЦ и функциональное обеспечение системы
3. Ввод команд управления и отображение информации
4. Увязка управляющего вычислительного комплекса с объектами управления и контроля
5. Кабельные сети
5.1 Кабельная сеть стрелок
5.3 Кабельная сеть питающих концов рельсовых цепей
5.4 Кабельная сеть релейных концов рельсовых цепей
6. Устройства электропитания поста ЭЦ
Приложение А - Двухниточный план станции
Приложение Б - Схема контрольно - секционных реле
Приложение В - Схема сигнальных реле
Приложение Г - Схема маршрутных реле
Приложение Д - Схема замыкающих реле
Приложение Е - Схема реле разделки
Приложение З - Кабельная сеть стрелок
Приложение И - Кабельная сеть светофоров
Приложение К - Кабельная сеть питающих концов рельсовых цепей
Приложение Л - Кабельная сеть релейных концов рельсовых цепей
Приложение М - Структурная схема питающей установки
Основным средством повышения пропускной способности и перерабатывающей способности железнодорожных станций и обеспечения безопасности движения поездов являются телемеханические устройства электрической централизации. Эти устройства позволяют в 1,5-2 раза повысить пропускную способность станций, сократить штат дежурных в среднем на 35 человек на каждые 100 централизованных стрелок. Затраты на строительство окупаются через 4-5 лет.
Развитие систем телемеханического управления стрелками и сигналами станций началось с механической централизации. В этой системе стрелки и семафоры управлялись механически с помощью рычагов и стальных гибких тяг, уложенных к стрелкам и семафорам. От сигналиста требовались большие усилия при переводе стрелок, поэтому радиус действия постов централизации был ограничен, аппаратура управления громоздка, на приготовление маршрутов требовалось время от 5 до 15 минут. Система была сложной и не могла обеспечить повышение пропускной способности и безопасности движения поездов.
Начиная с середины 30-х годов, появилась первая, электрическая централизация, в которой для перевода стрелок использовалась энергия электрического тока.
Все разработки отечественных систем электрической централизации велись и ведутся Государственным проектно-изыскательским институтом “Гипротранссигналсвязь” (ГТСС). Работниками ГТСС была разработана и впервые в 1936 г. внедрена электрическая централизация релейного типа для малых станций с числом стрелок до 25. Управление стрелками и сигналами и все зависимости между ними в этой системе осуществлялись с использованием релейной аппаратуры 1 класса надежности, механические и электромеханические замыкания полностью исключены.
Для повышения быстродействия централизации на участковых станциях была разработана принципиально новая система - маршрутно-релейная централизация (МРЦ).
Начиная с 1960 г. после разработки малогабаритных реле, была разработана блочная маршрутно-релейная централизация (БМРЦ).
В связи с выпуском реле типа РЭЛ была разработана унифицированная система УЭЦ-М. Эта система позволяет увеличить безопасность работы схем, а так же более унифицированность за счет уменьшения количества блоков. /1/
Следующим этапом развития систем ЭЦ стало применение для их построения полупроводниковой и другой электронной элементной базы. Эта проблема интенсивно исследовалась в 60-70-е годы. В некоторых странах (Англия, Германия, Япония, Франция и др.) были введены в действие опытные установки. Первой отечественной станционной системой на полупроводниковых элементах была бесконтактного маршрутного набора, построенная на станциях Резекне Прибалтийской (1968 г.) и Обухово Октябрьской (1969 г.) дорог./2/
Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом информатизации, автоматизации и связи железнодорожного транспорта (НИИАС ЖТ) была разработан комплекс программных, аппаратных и технических решений система “Диалог-Ц” для замены наборной группы на релейных элементах на безопасную машину БМ-1602 /5/. Эта система была рекомендована для применения на вновь строящихся и реконструируемых станциях, выполненных по типовому альбому ТР-43.. в курсовом проекте на заданной станции рассмотрена система РПЦ «Диалог - Ц»
1. Построение двухниточного плана станции
Двухниточный план станции создается на стадии проектирования станции и является основным документом по оборудованию станции рельсовыми цепями и размещению путевого оборудования электрической централизации.
Составление двухниточного плана выполняем в следующем порядке:
1) Вычерчиваем путевое развитие станции.
2) Переносим с однониточного плана все изолирующие стыки, добавляем дополнительные изостыки и устанавливаем перекидные соединители.
На однониточном плане приведены не все изостыки, в частности там не указаны изолирующие стыки, устанавливаемые на стрелках для снятия КЗ через крестовину. При расстановке этих стыков необходимо помнить, что на главных путях необходимо все изостыки ставить на ответвлении чтобы не снижать надежность действия АЛС (передаче кодов на локомотив по РЦ). Для обтекания сигнальным током ответвлений в разветвленных РЦ применяем двойные медные перекидные (стрелочные) соединители.
3) Осуществляем разгонку частот.
РЦ должны быть защищены от взаимного влияния при замыкании ИС между ними. Так как мы применяем ТРЦ, то данную защиту обеспечиваем чередованием в смежных РЦ несущих и модулирующих частот. ТРЦ, работающие на одной несущей и одной модулирующей частоте, по возможности разделяем не менее чем тремя парами ИС. Однако в крайних случаях допускаются и другие варианты подключения аппаратуры ТРЦ (таблица 5.1 [4]). Защита ТРЦ параллельных путей от взаимного влияния осуществляется применением различных несущих или модулирующих частот. Поскольку с ростом частоты затухание сигнала возрастает, стремимся применять в более длинных ТРЦ меньшие несущие частоты. Так как приемо-отправочные пути обладают большой протяженностью, в середине ТРЦ этих путей устанавливаем путевые генераторы, а по краям путевые приемники.
4) Устанавливаем ДТ и аппаратуру РЦ.
Все РЦ проектируем двухниточными. На этом этапе необходимо расставить дроссель-трансформаторы для пропуска тягового тока и указать где будут релейные и питающие концы у ТРЦ.
Дроссель трансформаторы устанавливаем по концам рельсовых цепей, при этом учитываем, что с каждого изолированного участка должно быть не менее двух выходов для тягового тока (больше двух тоже нежелательно - увеличение аппаратуры). В тупике ДТ не устанавливаем за исключением тупиков 1Т и 2Т, предназначенных для отстоя электровозов. Средние точки ДТ соседних путей у входных светофоров со стороны ТП объединяем. В ТРЦ количество ДТ может быть любым, в отличие от фазочувствительных РЦ.
На главных путях аппаратуру ТРЦ расставляем таким образом, чтобы поезд въезжал на релейный конец ТРЦ. При этом между рельсами по концам ТРЦ ставят буквы «р» или «т» соответственно обозначающие, что это релейный и питающий концы. На рельсовых цепях, по которым не предусматривается кодирование (ТРЦ не принадлежащие к главным путям), необходимо стремиться по обе стороны изостыка ставить одноименную аппаратуру (релейный-релейный или питающий-питающий). В разветвленных ТРЦ необходимо ставить релейные концы на каждом ответвлении, исключение - ответвление съезда. При отсутствии на конце ТРЦ ДТ вместо букв «т» или «р» рисуется условное обозначение аппаратуры.
ИС съездов главных путей станции на двухпутных линиях должны оборудоваться схемой контроля схода (КЗ) ИС - КСС. Данная схема исключает возможность восприятия чужого кода АЛС при параллельном движении поездов в случае схода ИС на съезде. Мы используем схему КСС для приемных концов.
5) Производим нумерацию секций.
Стрелочные, бесстрелочные и приемоотправочные пути нумеруются на двухниточном плане между рельсами пути.
Приемо-отправочные пути нумеруются так же как на однониточном плане.
Номер стрелочного участка состоит из номеров стрелок входящих в участок (номеров крайних стрелок, если их три) и букв «СП». Бесстрелочные участки после входных светофоров нумеруются «НАП», «НБП» и «НДП», в четной горловине - «ЧП» и «ЧДП». Бесстрелочные участки в горловине нумеруются номерами стрелок, между которыми заключен участок, например бесстрелочный участок между стрелками 1 и 3 называется 1/3 СП.
Ответвления на разветвленных РЦ имеющие путевые реле нумеруются с добавлением букв а, б, в, в нашем примере 9-15А, 7Б, 23-25В.
Также необходимо предусмотреть аппаратуру кодирования АЛС, причем направление кодирования показываем буквой «к». В соответствии с нормами ПТЭ кодированию подлежат главные пути, пути безостановочного пропуска и пути, рассчитанные на прием пассажирских поездов. Поэтому кодируем I,II,4 и 6 пути.
Необходимо так же помнить, что с каждого изолированного участка должно предусматриваться два выхода обратному тяговому току.
Тупик ТП отделяется от остальных РЦ тремя парами ИС. С ДТ ближайших к ТП входных светофоров организуется два отсоса обратного тягового тока на ТП.
6) Расставляем приводы, светофоры.
Нумерация стрелочных приводов аналогична нумерации стрелок на однониточном плане. Стрелочные электроприводы не допускается размещать в междупутье между главными путями. В остальных случаях приводы расставляют исходя из удобства обслуживания. Поскольку применяется пятипроводная схема управления стрелочным электроприводом, возле каждой стрелки устанавливаем муфту.
Положение светофоров переносится на двухниточный план с однониточного, их нумерация так же не изменяется.
На двухниточном плане также указываем ординаты воздушных промежутков КС, релейные шкафы входных светофоров, кабельную трассу с указанием ординат разветвительных муфт, различные станционные сооружения.
Двухниточный план приведен в приложении А.
2. Структурная схема ЭЦ и функциональное обеспечение системы
Согласно заданию, на станции необходимо спроектировать релейно-процессорную электрическую централизацию (РПЦ) РПЦ «Диалог-Ц», разработчиками которой являются ВНИИАС МПС и ООО «Диалог Транс» используя исполнительную группу ЭЦ-12-03.
РПЦ «Диалог-Ц» представляет собой комплекс, построенный по иерархическому принципу: первый уровень составляют АРМ ДСП и АРМ ШН, второй - устройство сопряжения с релейной частью (УСР), третий - устройства исполнительной группы ЭЦ. Структурная схема системы представлена на рисунке 2.1
Рисунок 2.1 - Структурная схема РПЦ «Диалог - Ц»
АРМ ДСП размещается в помещении ДСП и построено на базе промышленной ПЭВМ в следующей комплектации: системный блок, алфавитно-цифровая клавиатура, манипулятор типа «мышь» и монитор. С целью сохранения работоспособности системы при отказах предусматривается резервный комплект. Функции АРМ ДСП сводятся к выполнению следующих задач: восприятие и исполнение команд ДСП; формирование команд телеуправления (ТУ) и передача их на УСР; прием и обработка команд телесигнализации (ТС), поступающих от УСР; отображение на экране монитора поездной ситуации, состояния объектов контроля, режимов управления, наличия электропитания и так далее; автоматическая регистрация текущих событий и действий ДСП на энергонезависимом носителе информации.
АРМ ШН устанавливается в релейном помещении, укомплектовано оно также, как и АРМ ДСП, но не имеет резерва. Функции АРМ ШН заключаются в контроле технического состояния устройств РПЦ и планировании технологического процесса по обслуживанию системы в целом.
УСР представляет собой специализированную безопасную микроЭВМ типа БМ-1602, которая размещается на специальных кронштейнах релейного статива или устанавливается на столике. В функции УСР входят прием и обработка команд ТУ от АРМ ДСП, воздействие на исполнительные устройства ЭЦ, формирование сигналов ТС и передача их в АРМ ДСП, поддержание протокола обмена информацией с АРМ ДСП.
Программное обеспечение АРМ ДСП разработано на языке программирования высокого уровня «Clarion, C/C++» с использованием «Ассемблера 18086», а БМ-1602 - на языке низкого уровня «Ассемблер - 86» и в целом оно состоит из математического обеспечения, информационного, лингвистического и основного.
Математическое обеспечение состоит из совокупности алгоритмов и программ, реализующих задачи системы, и алгоритмов операционных систем реального времени, определяющих последовательность и продолжительность работы программ. Математическое обеспечение не зависит от путевого развития станции и защищено от несанкционированного доступа.
Информационное обеспечение представлено в виде совокупности массивов в памяти, содержащей постоянную и переменную информацию, отображающую статическую и динамическую модели технологического процесса на станции, оно содержит информацию, необходимую для выполнения алгоритмов математического обеспечения.
Основное обеспечение содержит средства инициализации, обмена информацией, контроля и диагностики, а также средства автономной отладки, интерпретаторы языков, диалоговую подсистему, драйверы ввода - вывода и средства тестирования.
С целью защищённости системы от опасных отказов обработка информации в БМ - 1602 идёт по двум каналам с последующим сравнением конечных результатов.
3. Ввод команд управления и отображение информации
Ввод команд ТУ осуществляется одним из способов: по системе меню с помощью АЦК или «мыши» или непосредственно с помощью «мыши». Основное меню располагается в верхней строке экрана монитора. Управление стрелками и светофорами непосредственно с помощью «мыши» осуществляем следующим образом. Для задания маршрута по двум точкам передвижения (исходной Ч6 и конечной М3) символ «Указатель ссылки» наводим на участок перед светофором Ч6 (23-25СП), а затем перемещаем на участок перед светофором М3 (5СП). Фиксацию точек осуществляем нажатием левой клавиши «мыши». Для отмены маршрута поступаем аналогичным образом, но фиксируем действия нажатием правой клавиши «мыши».
Пункт «Управление» предназначен для индивидуального управления стрелками и светофорами.
4. Увязка управляющего вычислительного комплекса с объектами управления и контроля
Для определения необходимого количества аппаратуры в БМ-1602 нужно перечислить все объекты управления и контроля, имеющиеся на станции, которым будут соответствовать команды управления ТУ и команды получения информации ТС.
Чтобы определить необходимое количество блоков выходов, разделим число команд (115) на 32 и получим 3,59, т.е. нужно предусмотреть 4 модуля выходов в БМ-1602 для подключения всех вышеперечисленных реле управления.
Чтобы определить необходимое количество модулей ТП, разделим число команд (252) на 32 и получим 7,87, т.е. нужно предусмотреть 8 модулей ТП в БМ-1602 для подключения всех вышеперечисленных информационных реле и один модуль входов.
Для заданного маршрута (по Ч6 за М3) необходимо составить таблицы команд ТУ (таблица 4.1) и команд ТС (таблица 4.2).
Система РПЦ Компании «1520 СИГНАЛ» позволяет обновлять устройства СЦБ на станциях поэтапно, без значительных единовременных капиталовложений и с сохранением действующих кабельных сетей и напольных устройств. РПЦ позволяет с исключительно высокой гибкостью реализовать самые разные конфигурации и получить быстрый эффект даже от частичного внедрения цифровых технологий.
РПЦ дает возможность перейти к использованию микропроцессорной техники и современного эргономичного АРМ дежурного по станции в случае ограниченного бюджета на модернизацию или новое строительство станций. На следующих этапах возможна постепенная замена релейных компонентов на микропроцессорные. Внедрение РПЦ оправданно также в случаях, когда функциональность существующей релейной системы уже не удовлетворяет возросшим требованиям.
В случае совместного использования данных от контроллеров сервером РПЦ и центральным процессором МПЦ применяют релейные контроллеры RUVIO. При необходимости может быть сохранен резервный пульт — например, на станциях с двумя пультами. Если ставится задача сохранить только напольное оборудование, применяется решение, при котором все зависимости реализуются в центральном процессоре, а объектные контроллеры RUVIO посредством релейного интерфейса управляют напольными объектами.
Также система РПЦ может эксплуатироваться индивидуально, без сопряжения с системой МПЦ. В РПЦ применяются система АРМ, компоненты МПЦ, питающая установка семейства МСПУ или ПУШП с системой защиты от перенапряжения.
ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМЫ РПЦ
- Возможность реконструкции станций с неограниченным числом стрелок.
- Единое и современное рабочее место ДСЦП.
- Автоматизированное задание маршрута с АРМ ДСЦП.
- Гибкое реконфигурирование зон управления нескольких операторов в часы пиковой загрузки.
- Рост производительности труда ДСЦП и ШН за счет внедрения современных АРМ, подробной справочной информации и системы подсказок.
- Выполнение на верхнем уровне всех функций полноценной МПЦ (развитая диагностика, архивирование, протоколирование, цифровая увязка с внешними микропроцессорными системами ДЦ, АЛС-АРС, диагностики и др.).
- Возможность реализации всей логики работы в центральном процессоре и объектных контроллерах МПЦ.
- Сохранение всего напольного оборудования, в том числе рельсовых цепей с незначительными изменениями в схемах кодирования.
- Переключение на РПЦ в минимальные сроки. При монтаже используются свободные контакты реле, и все проверки выполняются до включения устройств.
- При дальнейшем оборудовании станции устройствами МПЦ бóльшая часть установленной аппаратуры (АРМы, серверы, центральные процессоры, сеть передачи данных) сохраняется.
ОДИН ИЗ ВАРИАНТОВ СТРУКТУРЫ РПЦ С ЗАМЕНОЙ ПУЛЬТА-ТАБЛО И НАБОРНОЙ ГРУППЫ НА МИКРОПРОЦЕССОРНУЮ ТЕХНИКУ:
ПРИМЕНЕНИЕ
На данном этапе системой РПЦ оборудованы станции сети ОАО "РЖД" и промышленного транспорта, а так же электродепо Московского метрополитена:
- Электродепо «Руднево»;
- Электродепо «Солнцево».
- Электродепо «Владыкино»;
- Электродепо «Южное»;
- Электродепо «Столбово».
ПРОДУКТЫ В СОСТАВЕ РПЦ
Стрелочные приводы
RAIL Switch 100
Консольный стрелочный электропривод для магистральных линий и промтранспорта
RAIL Switch 200
Консольный стрелочный электропривод для скоростных магистральных линий
RAIL Switch 300
Стрелочный электропривод невзрезного типа в шпальном исполнении
Рельсовые цепи
RAIL Track 300
Рельсовые цепи тональной частоты
RAIL Track 400
Цифровой модуль контроля рельсовых цепей
RAIL Track 500
Цифровой модуль контроля рельсовых цепей с автоматическим регулированием уровня сигнала
Питающая установка
RAIL POWER 500
Модульная совмещенная питающая установка МСПУ для метрополитена
RAIL POWER 600
Питающая установка ПУШП на шине постоянного тока
Диспетчерская централизация
RAIL CONTROL 400
Диспетчерская централизация ДЦ и решения для удаленного управления станциями
В настоящее время решение функциональных задач ЭЦ на релейной элементной базе приводит к созданию неконкурентоспособных систем. Релейные централизации обладают громоздкостью, медленнодействием, значительными расходами по обслуживанию, ограниченными возможностями решения ряда новых функциональных задач (накопления маршрутов, повышения достоверности информации, технической диагностики, программирования работы устройств и действий ДСП и др.) Релейные централизации создают трудности при их сопряжении с командно-информационными системами высшего порядка. Поэтому основным направлением в развитии устройств железнодорожной автоматики и телемеханики на современном этапе является переход на новую элементную базу с привлечением вычислительной техники.
В области ЭЦ предпочтение отдается микропроцессорным (МПЦ) и релейно-процессорным (РПЦ) системам. МПЦ имеет трехуровневое построение, в котором первый уровень представляют автоматизированные рабочие места, второй – управляющий вычислительный комплекс (УВК), третий – объекты управления и контроля, имеющие непосредственную связь с УВК. РПЦ отличается тем, что УВК связан с напольными объектами через исполнительную группу какого-либо вида релейной централизации.
В целом процессорные централизации лишены недостатков, присущих релейным системам, кроме того, они позволяют реализовать более сложные алгоритмы управления движением поездов, сократить объем постовых зданий и затрат на их строительство и содержание, применить некоторые виды необслуживаемой аппаратуры, уменьшить расход материалов и электрической энергии, увеличить надежность систем.
При разработке процессорных систем следует считаться с особенностями технологического процесса управления движением поездов, который происходит асинхронно (поезда движутся независимо друг от друга), параллельно (поезда могут двигаться одновременно) с одновременным обеспечением безопасности движения.
В мировой практике известен ряд способов реализации параллельных процессов на микроЭВМ, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рекомендованные к внедрению на российских железных дорогах процессорные системы используют последовательную обработку информации о параллельных процессах, что требует применения быстродействующей ЭВМ. Анализ зарубежного и отечественного опыта разработки и эксплуатации МПЦ позволяет определить следующие мероприятия по повышению безопасности функционирования системы: программное и аппаратное дублирование, троирование с последующим мажоритированием, периодическое тестирование наиболее ответственных узлов, импульсный характер передачи информации. В конкретных системах набор перечисленных мероприятий может быть различным, но он позволяет создать МПЦ по надежности выше, чем релейные системы, а по стоимости не дороже их.
6.2. Релейно-процессорные централизации
6.2.1. Общая характеристика
На российских железных дорогах в различные годы в опытную эксплуатацию или в серию были внедрены следующие виды релейно-процессорных централизаций:
1. ТУМС (система телеуправления малодеятельными станциями). Разработчиками системы являются СКБ ВТ и ВНИИЖТ МПС РФ (1999 г.).
2. МСТУ (комплекс микропроцессорных систем телеуправления маршрутами на станциях). Система представляет собой интеграцию ЭЦ, МАЛС (маневровой автоматической локомотивной сигнализации) и ДЦ (диспетчерской централизации). Разработчиками системы являются СКБ ВТ и ВНИИУП МПС РФ (2001г.).
3. Диалог-Ц. РПЦ трансформирована из соответствующей системы ДЦ. Рассчитана на сопряжение с исполнительной группой реле любой системы релейной централизации. Разработана ВНИИАС МПС РФ совместно с ООО «Диалог-Транс» (1998 г.).
4. ЭЦ-МПК. Разработчиком системы является Центр компьютерных железнодорожных технологий ПГУПСа (2001г.)
Основное назначение систем железнодорожной автоматики и телемеханики — обеспечение безопасности движения поездов, поскольку сбой или отказ таких систем на станции или перегоне может привести к катастрофическим последствиям, в том числе к многочисленным человеческим жертвам. Современная практика показала, что релейные, механические, релейно-процессорные системы имеют ряд недостатков. Внедрение микропроцессорных систем позволяет повысить качественный уровень управления движением поездов. В статье рассказывается об одном из современных отечественных продуктов в этой области, разработанном НПЦ «Промэлектроника».
История систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), к сожалению, знает немало поистине трагических примеров. Например, в июле 2011 г. в результате столкновения двух высокоскоростных поездов на эстакаде пригорода Вэньчжоу в Китае произошла крупная железнодорожная авария: погибших — 40 человек, раненых — 210. Причина — сбой системы управления из-за грозы. В 2013 г. вблизи испанского города Сантьяго-де-Компостела неисправность системы обеспечения безопасности движения поездов позволила машинисту значительно превысить скорость, из-за чего поезд сошел с рельсов. В результате инцидента погибли 80 человек, ранены — 140. В нашей стране крушение с тяжелыми последствиями произошло на станции Ламенская в 1972 г. Несовершенство системы управления движением позволило дежурной по станции принять пассажирский поезд на станционный путь, где уже находился грузовой состав. Произошло столкновение, в котором погибли 58 и ранены 16 человек.
Существенное влияние на обеспечение безопасности движения поездов оказывает надежность СЖАТ. В то же время функциональное назначение таких систем — обеспечение безопасности поездов — определяет принципиальное отличие стратегии разработки СЖАТ от разработки устройств общепромышленной автоматики. В последних, как правило, реализуется принцип отказоустойчивости: при любых сбоях и отказах система должна сохранять возможность управления объектом. В СЖАТ применяется принцип отказобезопасности: при любых сбоях и отказах система должна гарантированно переходить в безопасное состояние, исключающее возможность управления объектом. При этом параметры надежности и безопасности должны сохраняться в течение всего срока службы (реального, а не назначенного) — в порядке вещей 40–50 лет, и, зачастую, в экстремальных условиях окружающей среды.
Исторически базовыми элементами СЖАТ являлись механические устройства, затем, с начала ХХ в., — электромагнитные реле. В 70-е годы прошлого столетия в мировой электронике появились интегральные микросхемы (ИМС), благодаря чему стало возможным создание СЖАТ с принципиально иными функциональными возможностями.
Современная практика показала, что релейные, механические, релейно-процессорные СЖАТ имеют ряд недостатков, делающих их использование ограниченным и технически бесперспективным. В настоящее время релейные устройства, выполняющие требуемые зависимости стрелок и сигналов, все чаще заменяют микропроцессорными системами. Внедрение микропроцессорных СЖАТ позволяет повысить качественный уровень управления движением поездов: не только обеспечить безопасность движения, но и увеличить пропускную способность участков ж/д, снизить эксплуатационные затраты, повысить производительность и престиж труда железнодорожников.
Одним из современных отечественных продуктов в этой области является микропроцессорная централизация стрелок и сигналов МПЦ-И, разработанная НПЦ «Промэлектроника» (Екатеринбург).
МПЦ-И предназначена для управления напольными объектами: стрелками, светофорами, переездами на ж/д станциях любого размера и типа, организации поездной и маневровой работы на ж/д транспорте общего (включая участки скоростного и высокоскоростного движения) и необщего пользования, технологическом, а также в метрополитенах.
К работам над созданием микропроцессорной централизации НПЦ «Промэлектроника» приступил в 1998 г., а уже в 1999 г. опытный образец МПЦ-И первого поколения был введен в опытную эксплуатацию на ст. Пост 175 м «ЕВРАЗ КГОК». С тех пор система непрерывно совершенствуется, и сейчас широко внедряется МПЦ-И уже третьего поколения.
МПЦ-И обладает развитыми коммуникационными средствами и гибкой архитектурой, что позволяет интегрировать смежные системы ж/д автоматики, использовать современные сети передачи данных и создавать экономически оправданные конфигурации системы для станций различных классов.
Состав и структура МПЦ-И
Комплекс программных и аппаратных средств МПЦ-И имеет многоуровневую структуру и включает в себя следующие компоненты:
- Управляющий контроллер централизации (УКЦ) для осуществления маршрутизированных передвижений по станции (рис. 1), в котором на базе двух независимых КЦ реализуются зависимости и алгоритмы функционирования логики централизации. В состав УКЦ входят устройства сопряжения с объектами (УСО), которые реализуют функции безопасного управления объектами.
- Телекоммуникационный шкаф (ШТК, рис. 2).
- Автоматизированные рабочие места (основное, резервное, удаленное) дежурного по станции (АРМ ДСП, рис. 3) для задания управляющих команд и визуализации поездной ситуации.
- Автоматизированное рабочее место электромеханика (АРМ ШН) для мониторинга (в т.ч. удаленного) состояния объектов МПЦ-И (рис. 4).
- Пульт резервного управления для прямопроводного управления стрелками при возникновении неисправностей основного и резервного АРМ ДСП или УКЦ.
- Релейно-контактные устройства для коммутации цепей управления стрелками, светофорами и увязки с релейными СЖАТ.
- Напольные устройства сигнализации, централизации стрелок и сигналов и блокировки (СЦБ).
- Аппаратура системы контроля участков пути методом счета осей (ЭССО, ЭССО-М) или любые рельсовые цепи.
В качестве системы электропитания применяется система гарантированного электропитания микроэлектронных систем (СГП-МС) разработки НПЦ «Промэлектроника» (рис. 5). Возможно применение и других систем электропитания, отвечающих требованиям Правил технической эксплуатации (ПТЭ) и обеспечивающих бесперебойное электропитание станционных устройств, включая микроэлектронные.
Основные компоненты МПЦ-И, такие как УКЦ, ШТК, релейные и кроссовые стативы, размещаются на посту централизации. Схема размещения структуры МПЦ-И показана на рис. 6.
МПЦ-И предназначена для применения на малых, средних и крупных станциях без ограничения количества стрелок. При проектировании крупных станций применяется техническое решение «Каскадированный УКЦ», при котором контроль и управление объектами распределяются между несколькими УКЦ.
Первый УКЦ обеспечивает управление до 35 стрелками, второй и последующие — дополнительно до 45 стрелками каждый. При этом обеспечивается увязка с существующими устройствами полуавтоматической и автоматической блокировки, диспетчерской централизации, диспетчерского контроля, технической диагностики и мониторинга и другими системами.
Надежность и безопасность
Показатели надежности и функциональной безопасности являются важнейшими характеристиками качества МПЦ-И.
Под функциональной безопасностью устройства понимают защищенность от формирования устройством команд и сигналов, приводящих к нарушению безопасности движения как при нормальной работе устройства, так и в условиях возникновения в устройстве внутренней неисправности.
В устройствах и системах ж/д автоматики обеспечение функциональной безопасности базируется на двух основных принципах. В основу первого из них положена избыточность — параметрическая, аппаратная, программная, информационная, временн?я. В основу второго принципа положено использование технических средств, локализующих развитие неблагоприятных процессов в системе при возникновении в ней неисправности и защищающих ее от выдачи неправильных воздействий, т. е. препятствующих возникновению опасного отказа и переводящих систему в защитное состояние.
Для контроля правильности работы каналов используется аппаратное и программное сравнение результатов выполнения отдельных команд или решения отдельных задач. Это позволяет обеспечивать:
- независимость отказов в однотипных элементах функционально избыточных структур;
- исключение возможности накопления отказов;
- защиту системы от опасных отказов при любых единичных сбоях и отказах;
- контроль правильности работы программного обеспечения (ПО).
Система МПЦ-И реализована как двухканальная структура, работающая по принципу «2 из 2». Для управления объектами в МПЦ-И используются УСО.
В МПЦ-И применяется высоконадежный комплекс технических средств, использующий специализированную безопасную схемотехнику, а также операционную систему реального времени отечественной разработки.
Для обеспечения требуемых параметров готовности станций, расположенных на участках с интенсивным движением, возможно применение технического решения системы «Резервированный УКЦ» (архитектура «2 из 2 + 2 из 2»). Полное резервирование сетевого оборудования, расположенного в ШТК, и наличие резервируемой локальной вычислительной сети существенно повышают отказоустойчивость МПЦ-И.
МПЦ-И оснащена резервируемой системой управления и визуализации на базе промышленных компьютеров. Для отображения конкретного объекта (станции, участка) выбираются мониторы соответствующего размера и разрешения (крупные станции возможно дополнительно оборудовать обзорными ЖК-дисплеями). При неисправностях управляющего контроллера централизации или АРМ ДСП (основного и резервного) может использоваться пульт резервного (прямопроводного) управления. В режиме резервного управления происходит аппаратное отключение управляющих воздействий УКЦ от объектов управления и подключение к объектам управления пульта резервного управления.
Для подавляющего большинства систем МПЦ проектирование программы логики (так называемой адаптационной части) требует значительного времени (в общем случае около одного-трех месяцев). Кроме того, критичность возможных ошибок приводит к необходимости значительного увеличения времени проверок. Как правило, к проектированию адаптационной части допускаются люди с уровнем знаний экспертов не только в области СЦБ, но и программирования.
В МПЦ-И реализована возможность проектирования станции при помощи расстановки унифицированных программных блоков по географическому принципу, т. е. по плану станции, как это делается в системе блочной маршрутно-релейной централизации управления движением поездов (БМРЦ), с последующим их конфигурированием по проекту. Проектирование выполняется с применением системы автоматизированного проектирования (САПР).
Срок проектирования адаптационной части программы для станции в 30 стрелок при этом силами одного обученного специалиста-проектировщика со средней квалификацией составляет всего одну-две недели. Применяя автоматизированную технологию проектирования, мы снижаем трудоемкость и стоимость внедрения системы, а также уменьшаем риски, влияющие на безопасность.
Перспективы
На основе компонентов МПЦ-И разработан ряд технических решений, как, например, система диспетчерского контроля ДК-И, позволяющая улучшить организацию труда диспетчерского аппарата — контролировать поездную ситуацию на участках из нескольких станций (удаленный контроль состояния устройств СЦБ).
Также реализована возможность контроля станций с помощью веб-интерфейса практически с любого компьютера, находящегося в информационной сети системы ДК-И.
Технология МПЦ-И позволяет реализовать управление участком ж/д, состоящим из нескольких станций, а также организовать удаленное управление станцией или участком (т. н. «мультистанционность»), тем самым позволяет организовать управление участками ж/д любой сложности и протяженности. Созданы технические решения по увязкам практически со всеми основными системами СЦБ, применяемыми на сети ОАО «РЖД», постоянно разрабатываются обновления и дополнения. В новых и модернизируемых технических решениях особое внимание уделено защите от перенапряжений и грозовых разрядов.
Анализ сметной документации и технико-экономические расчеты показывают, что при увеличении размера станции и/или объема поездной и маневровой работы удельная стоимость строительства релейных ЭЦ в пересчете на одну стрелку остается практически неизменной, а микропроцессорных и релейно-процессорных снижается. Это обусловлено тем, что в микропроцессорных системах есть минимально необходимый для функционирования аппаратно-программный комплекс. Если удельная их стоимость в пересчете на одну стрелку на малых станциях велика, то при внедрении МПЦ на крупных станциях она снижается, так как наращивание взаимосвязей и введение дополнительных функций выполняются преимущественно программным способом.
Система МПЦ-И применяется в различных вариантах. Анализируя данные технико-экономических расчетов, можно сказать, что оптимальным по стоимости является вариант, предполагающий устройства сопряжения с объектом УСО. Вариант МПЦ-И с объектными контроллерами вместо УСО имеет худшие параметры по стоимости и надежности. И, наконец, существует конфигурация с УСО и релейной коммутацией силовых цепей для управления группой малых станций с одной или нескольких опорных. Это решение позволяет удешевить тот самый минимально необходимый аппаратно-программный комплекс и сместить точку окупаемости проекта в сторону малых станций, даже размером до 10 стрелок. Таким образом, применять микропроцессорные централизации экономически эффективно не только на крупных станциях.
В самом начале разработки системы МПЦ-И выявился огромный пласт проблем с организацией качественного электропитания микроэлектронных устройств СЖАТ. Существующие электроустановки не могли комплексно решить эти задачи, т. к. не обеспечивали основные требования к электропитанию микроэлектронных устройств, такие как бесперебойное электропитание, стабильность напряжения по частоте и амплитуде, минимальный коэффициент нелинейных искажений, высокий коэффициент мощности и т. п. Для этого в рамках программы разработки станционных систем СЦБ была создана СГП-МС. Она представляет собой линейку электропитающих установок, различающихся по мощности (от 10 до 30 кВА) и по времени резервирования всей станции, оборудованной МПЦ (от 10 мин до 8 ч).
МПЦ-И — первая централизация полностью отечественной разработки, выполненная на базе отечественных контроллеров и ПО. ПО МПЦ-И имеет сертификат соответствия требованиям защиты от НВД, выданный ФЭСТЭК России. Также МПЦ-И соответствует как российским, так и европейским требованиям безопасности, о чем свидетельствует единственный среди российских разработчиков и производителей аналогичных систем сертификат соответствия уровню SIL4 стандарта CENELEC.
Подводя итог, следует сказать, что аппаратура МПЦ-И разработана с учетом мировых тенденций развития электроники, системотехники, ПО и конструктивных решений, чтобы предоставить заказчику максимальную защиту от морального и технического старения системы и обеспечить наилучшее соотношение надежности, готовности, ремонтопригодности, безопасности и стоимости жизненного цикла (RAMS/LCC).
НПЦ «Промэлектроника» имеет большой опыт внедрения своих систем не только в России, но также в странах ближнего и дальнего зарубежья. В настоящее время системой МПЦ-И оборудовано около 100 станций. Половина из них работает на магистральном ж/д транспорте России, остальные — на промышленном транспорте России, магистральном и промышленном транспорте ряда зарубежных стран, таких как Болгария, Беларусь, Казахстан, Грузия, Азербайджан, Узбекистан.
Читайте также: