Микропроцессорная система управления на железнодорожном транспорте

• Содержание
• Введение
• 1. Анализ современных систем централизации стрелок и сигналов
• 1.1 Особенности организации микропроцессорных систем централизации и преимущества их реконструкции
• 1.2 Требования к современным системам микропроцессорной централизации
• 1.3 Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной
• 1.4 Обзор принципов построения существующих микропроцессорных систем электрической централизации
• 1.4.1 Европейские микропроцессорные системы электрической централизации
• 1.4.2 Отечественные микропроцессорные системы электрической централизации
• 2. Структура системы МПЦ
• 2.1 Особенности реализации технологических алгоритмов МПЦ «iпуть»
• 2.2 Функционирование ядра системы
• 2.3 Функциональные особенности МПЦ
• 3. Алгоритмы работы ядра МПЦ «iпуть»
• 3.1 Алгоритмическая структура МПЦ
• 3.2 Технические характеристики МПЦ
• 3.3 Характеристика ПМО МПЦ
• 3.4 Структурная схема ПМО МПЦ
• 4. Характеристика станции Сож
• 4.1 Общая характеристика станции Сож
• 4.2 Характеристика устройств СЦБ .
• 5. Разработка модели станции Сож
• 5.1 Структура моделей
• 5.2 Разработка файлов описания объектов
• 5.3 Модель поездного маршрута
• 6. Расчет экономического эффекта
• 6.1 Основные положения расчёта стоимости программного обеспечения
• 6.2 Исходные данные
• 6.3 Определение объема программного обеспечения
• 6.4 Расчёт трудоёмкости ПО
• 6.5 Расчёт заработной платы разработчиков ПО
• 6.6 Расчёт отчислений, налогов и затрат
• 6.7 Расчёт себестоимости, отпускной цены и прибыли
• 7. Проектирование системы оптоволоконного освещения
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А
• Приложение Б
• Приложение В
• Приложение Г

Замена централизаций релейного типа микропроцессорной централизацией является объективной необходимостью обновления технологического процесса управления железнодорожными перевозками и работой структурных подразделений железнодорожного транспорта на основе применения информационных технологий. Микропроцессорная централизация служит связующим звеном между первичными источниками получения информации (подвижной состав, объекты СЦБ и др.) и системами управления перевозочным процессом более высокого уровня и позволяет осуществить увязку этих источников без дополнительных надстроек, что невозможно сделать при централизации релейного типа.

Микропроцессорная централизация обладает более высокими показателями надежности за счет использования возможностей электронных технологий и устройства 100-процентного горячего резерва многих составных элементов, в то время как в централизации релейного типа имеется значительное количество элементов, отказ которых приводит к выходу из действия практически всей системы. Попытки осуществить дублирование или резервирование таких элементов являются дорогостоящими и существенных положительных результатов не дали.

Наличие мощной системы самодиагностики позволяет выявлять предотказное состояние элементов централизации, контролировать все отказы с выводом их на мониторы автоматизированных рабочих мест оперативного и технического персонала.

Использование источников бесперебойного питания, которые не применялись в централизации релейного типа, повышает уровень надёжности микропроцессорной централизации. Использование дизель-генераторов, в том числе и автоматизированного типа, не позволяет избежать нарушений в работе устройств сигнализации при отключении внешнего электроснабжения, ввиду значительной инерционности системы запуска последних, что полностью парализовывает, хотя и на непродолжительное время, работу станции. Иногда в таких случаях требуется вмешательство технического персонала для восстановления нормальной работы устройств на станции, что крайне негативно отражается на организации движения поездов.

С точки зрения обеспечения безопасности движения поездов микропроцессорная централизация является более «безопасной» чем централизация релейного типа. Например, в ней исключается возможность перепутывания проводов при проведении работ связанных с отключением монтажа в релейных помещениях или ремонтом кабелей. После окончания таких работ требуется проводить тщательные проверки при крайне внимательном и технически грамотном отношении к ним персонала. Последствия ошибок для безопасности движения поездов в таких ситуациях оценить невозможно. В микропроцессорной централизации вероятность таких ошибок значительно снижается, т.к. количество релейных элементов и монтажных проводов в ней значительно ниже и, кроме того, осуществляется логический контроль работы многих элементов. Действия дежурного по станции или диспетчера протоколируются и хранятся в памяти в течение заданного периода времени.

Централизация релейного типа требует более высоких затрат на ее эксплуатацию. Прежде всего это связано с наличием большого количества реле (около 100 реле на одну стрелку), которые подвергаются проверке перед вводом в действие централизации и периодической проверке и ремонту в процессе эксплуатации, что требует значительных трудовых затрат.

Строительство централизации микропроцессорного типа можно вести без строительства помещений для размещения постовых устройств централизации. Для этого можно использовать подсобные помещения существующих постов или приспособить помещения других служебно-технических зданий. Это качество является очень ценным при проведении модернизации централизации релейного типа. Значительно снижаются стоимость и сроки строительно-монтажных работ из-за сокращения количества реле, стативов и кабеля, а также пусконаладочных работ из-за отсутствия необходимости прозвонки монтажа, изготовления и установки громоздких макетов и т. д.

Нужно иметь в виду, что технические решения и средства для централизации релейного типа разрабатывались в 60−80-х годах и к настоящему моменту устарели. Релейная элементная база, как средство построения электрической централизации, практически себя исчерпала. Попытки придания новых качественных показателей и расширения функций электрической централизации ведут к увеличению количества реле, потребляемой электроэнергии, затрат на эксплуатационное обслуживание, объемов проектных и монтажных работ и т. д.

Целью данного дипломного проекта является разработка технологических алгоритмов МПЦ «iпуть» станции Сож Бел.ж.д.

1. Анализ современных систем централизации

стрелок и сигналов

Потребность в повышении пропускной способности железнодорожных линий, обусловленная стремлением увеличить доходы от перевозок существует во многих европейских странах. В последние годы реализуется обширная программа модернизации основных магистралей. Эти мероприятия предъявляют высокие требования к системам СЦБ, которые должны обеспечить безопасность эксплуатационного процесса и минимизировать его ограничения при внесении существенных изменений в путевое развитие станций, сокращении длины блок-участков, устройстве дополнительных съездов между путями и т. п. В Австрии, к примеру, с началом применения серийных систем МПЦ (типов ELEKTRA фирмы Alcatel и SMC86 фирмы Siemens) Федеральные железные дороги Австрии проводят подобные реконструктивные мероприятия с использованием систем не традиционной релейной, а микропроцессорной централизации.

Преимущества МПЦ с точки зрения реконструкции объясняются принципиальными различиями в структуре традиционных систем релейной централизации, построенной по плану станции, и микропроцессорных систем.

1.1 Особенности организации микропроцессорных систем централизации и преимущества их реконструкции

Неотъемлемым свойством всех систем релейной централизации является тесная структурная и схемотехническая взаимосвязь между функциями обеспечения безопасности и топографическими особенностями конкретных станций. Например, в системах релейной централизации, построенной по плану станции, ответственные цепи проходят через всю установку в соответствии со схемой соединения релейных блоков. Поэтому, несмотря на относительную простоту реконструкции таких систем, при выполнении реконструктивных мероприятий происходит вмешательство в структуру установки, и прежде всего в кабельную разводку. Если работы приходится выполнять на действующей установке, неизбежно ограничение ответственных функций системы (например, отключение сигнальной зависимости, рельсовых цепей), сопровождаемое, в свою очередь, крупными и долговременными ограничениями в эксплуатационном процессе. При этом полная ответственность за безопасность в течение нескольких дней или даже недель возлагается на дежурного по станции и работников, отвечающих за визуальный контроль свободности пути, проследование хвоста поезда, ношение ключей от стрелочных замков. Дежурный по станции руководствуется в такой ситуации действующими инструкциями и только в минимальной степени может рассчитывать на технические средства, обеспечивающие безопасность. Для сокращения длительности действия ограничений приходится привлекать большие людские и финансовые ресурсы.

Если противопоставить этой технике системы микропроцессорной централизации (в общем случае независимо от их типа), становится очевидно, что в МПЦ логика обеспечения безопасности не связаны с функциями подключения напольных устройств. Напольные устройства подключают через «анонимные» интерфейсные модули, топографическая привязка которых выполняется только в программном обеспечении компьютеров МПЦ. Как следствие, интерфейсные модули не имеют соединений друг с другом. Формируемая за счет этого структура МПЦ является важной основой для реализации эффективной стратегии реконструкции и расширения системы. Если в ходе реконструкции не нужно добавлять дополнительные интерфейсные модули, то вмешательство в аппаратные средства МПЦ не требуется, исключая изменения в схеме подключения напольных устройств к интерфейсным модулям. В этом случае реконструкция сводится к изменению топографических проектных данных в программном обеспечении МПЦ.

Переход к использованию микропроцессорной техники облегчает реконструкцию и на уровне средств индикации и управления системой централизации. С внедрением систем МПЦ появляется возможность реализовать унифицированный интерфейс пользователя, который включает в себя набор мониторов (их число зависит от размеров системы) и мышь как основной орган управления. Для ввода текстовых данных предусмотрена стандартная клавиатура ПК, обеспечивающая также полноценное резервирование мыши. С точки зрения возможностей реконструкции это большой шаг вперед по сравнению с пультами и панорамными табло в релейных системах. Важное преимущество унифицированного интерфейса пользователя состоит в том, что при внесении изменений в систему централизации достаточно изменить проектные данные экранных изображений. Проверить эти данные можно до проведения реконструкции на испытательном стенде.

В современных системах управления движением поездов все большее значение приобретают функции сбора и обработки информации, а также автоматизации технологических операций. Ранее такие функции зачастую выполнялись при помощи внешних систем, которые приходилось адаптировать в ходе реконструкции релейной централизации. Это требовало учета топографических и функциональных изменений во всех системах, имеющих зачастую разные инструментальные средства и структуры данных. Проверить взаимодействие всех компонентов можно было в большинстве случаев только непосредственно в ходе реконструкции, что приводило к существенным нарушениям эксплуатационного процесса.

Применение вычислительной техники в МПЦ и на постах ДЦ позволило интегрировать дополнительные функции в состав основной системы. Это позволяет вносить топографические изменения только однократно и полностью проверять работу дополнительных средств на стенде или в имитационных моделях до ввода в эксплуатацию.

1.2 Требования к современным системам микропроцессорной централизации

Современные РПЦ и МПЦ должны выполнять следующие функции:

— контроль положения и режимов работы стрелочных переводов, а также передачу их на местное управление;

— контроль состояния путей, стрелочных переводов и путевых участков на станциях;

— контроль состояния светофоров на станциях;

— контроль состояния перегонов и участков приближения;

— контроль состояния других устройств СЦБ;

— контроль состояния устройств электроснабжения;

— отображение на экранах мониторов состояния объектов контроля и управления;

— задание и отмена маршрутов, включая их искусственное размыкание;

— логическая проверка условий безопасности движения поездов при задании маршрутов и управления отдельными объектами;

— управление стрелочными переводами, светофорами и другими устройствами СЦБ, в том числе и схемой смены направления движения на перегонах;

— выключение стрелочных переводов и путевых участков с сохранением и без сохранения пользования сигналами;

— блокировка управления стрелками и открытия светофоров;

— автовозврат охранных стрелочных переводов в соответствии с проектом (с защитой от потери шунта);

— автоматическое повторение установки заданного маршрута (автодействие);

— управление устройствами переездной сигнализации, расположенными в пределах станционной зоны извещения;

— увязка с устройствами АБ, ПАБ, а также с устройствами ЭЦ соседней станции при отсутствии перегона между ними (в том числе при наличии границы по приемоотправочным путям), с устройствами маневровых районов и горочной централизации (ГАЦ) и т. д.;

— функции линейного пункта ДЦ при приеме от АРМ ДНЦ команд телеуправления и сборе и передаче сигналов телесигнализации на АРМ ДНЦ, а также обеспечения передачи сигналов телесигнализации в системы ДК;

— ввод команд ДСП;

— протоколирование и хранение на жестком диске информации о состоянии объектов контроля, команд управления и действий ДСП;

— взаимодействие с системами автоматического управления торможением (САУТ), МАЛС, контрольно-габаритными устройствами (КГУ), устройствами контроля схода подвижного состава (УКСПС), устройствами обдувки и электрообогрева стрелок, устройствами ограждения и закрепления составов (УТС), с устройствами оповещения работников на пути и другими устройствами автоматики;

— отображение диагностической и справочной информации.

При передаче ответственных команд РПЦ и МПЦ должны обеспечивать:

— вспомогательный перевод стрелочных переводов при ложной занятости изолированного участка;

— вспомогательную смену направления движения поезда на перегоне;

— формирование сигнала искусственного прибытия поезда при ПАБ;

— искусственное размыкание путевых и стрелочных участков;

— включение пригласительного сигнала;

— открытие переезда;

— дополнительное замыкание стрелок без установки маршрутов;

— блокировку КГУ и УТС, деблокирование перегона и участка удаления при АБТЦ;

— передачу команд управления движением поездов по цифровому радиоканалу (разрешения проследования светофора с запрещающим показанием и принудительной остановки);

— сброс показаний устройства счета осей;

— выключение стрелочных переводов или путевых участков из зависимостей без сохранения пользования сигналами;

— выключение стрелочных переводов или путевых участков из зависимостей с сохранением пользования сигналами и установкой их на макет.

РПЦ и МПЦ должны осуществлять логический контроль действий ДСП и работы устройств СЦБ, который должен производиться на основе информации, автоматически снимаемой с устройств СЦБ и оперативной информации, вводимой пользователем в систему.

РПЦ и МПЦ должны осуществлять логический контроль:

— несанкционированной потери контроля стрелки (с учетом времени перевода);

— ложной свободности и занятости рельсовых цепей и правильности установки маршрута;

— открытия одного пригласительного сигнала;

— изменения положения только одного заданного стрелочного перевода в режиме вспомогательного перевода;

— проезда светофора с запрещающим показанием;

— отсутствия отклонений от последовательности занятия и освобождения путевых участков при маршрутизированных передвижениях на станциях и передвижениях на перегонах;

— правильности сигнализации светофора путем сопоставления сигнального показания с поездным положением;

— перекрытия светофора, разрешающего движение по установленному маршруту, при занятии любого стрелочного или путевого участка, входящего в этот маршрут;

— перекрытия светофора на запрещающее показание;

— фактической выдержки времени при реализации отмены или искусственной разделки маршрута, управлении переездной сигнализацией и в других случаях.

Системы МПЦ и РПЦ функционально должны увязываться с устройствами маневровой автоматической локомотивной сигнализации (МАЛС), а также с информационными системами верхнего уровня (ДЦ, ДК, и др.). Они должны обеспечивать выполнение требований безопасности, логический контроль управляющих воздействий и хода технологического процесса движения поездов, исключать возможность ввода и исполнения ошибочных команд, осуществлять развязку управляющих и информационных подсистем.

1.3 Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной

К преимуществам МПЦ по сравнению с релейными системами централизации относятся:

· более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов, включая центральный процессор — ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);

· возможность управления объектами многих станций и перегонов с одного рабочего места;

· возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве;

· расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, запрещающих показаний светофоров, изолированных секций для исключения задания маршрута и др.;

· предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками;

· возможность централизованного и децентрализованного размещения объектных контроллеров для управления станционными и перегонными объектами. Децентрализованное размещение объектных контроллеров позволяет значительно снизить удельный расход кабеля на одну централизуемую стрелку;

· сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

· возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах;

· наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля;

· возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также всех отказов объектов управления;

· значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие, в 3 — 4 раза меньший объем помещений для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации без строительства новых постов;

· значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

· удобная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования специализированных отладочных средств;

· сокращение срока исключения из работы станционных и перегонных устройств в случаях изменения путевого развития станции и связанных с этим зависимостей между стрелками и сигналами;

· использование в качестве среды передачи информации между устройствами управления и управляемыми объектами не только кабелей с медными жилами, но и волоконно-оптических кабелей;

· возможность получения из архива параметров работы напольных устройств СЦБ для последующего прогнозирования их состояния или планирования проведения ремонта и регулировки, не допуская полных отказов этих устройств;

· снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения энергоемкости системы, сокращения примерно на порядок количества электромагнитных реле и длины внутрипостовых кабелей, применения современных необслуживаемых источников питания, исключения из эксплуатации громоздких пультов управления и манипуляторов с большим числом рукояток и кнопок механического действия.

1.4 Обзор принципов построения существующих микропроцессорных систем электрической централизации

1.4.1 Европейские микропроцессорные системы электрической централизации

За последние 25 лет СЖАТ, построенные на базе микропроцессорной техники, постепенно вошли в железнодорожную практику. Их производством занимаются многие известные фирмы, а внедрение происходит не только в развитых, но и в развивающихся странах, где нет сооружений старого поколения.

По мнению специалистов, традиционные системы СЦБ обладают хорошей долговечностьюдо 80 лет жизни. Поэтому темпы внедрения новых систем на железных дорогах обычно невысоки. К тому же эти темпы сдерживаются трудностями в решении проблемы безопасности микропроцессорных систем. В связи с этим на железных дорогах мира находится в эксплуатации много устройств

и систем СЦБ разных поколений и модификаций.

В то же время существует устойчивая тенденция к разработке и внедрению микропроцессорных централизаций взамен выработавших свой ресурс старых систем.

Первая из систем нового поколения — микропроцессорная централизация (МЦ) IZS-750 — была разработана шведской фирмой L.M.Ericsson и внедрена на станции Гетеборг в 1978 г. Последующие системы этой фирмы (например, Ebiloc 850, Ebilok 950), а также системы других скандинавских фирм (например, система IZSD 770 датской фирмы DZI) базируются на одноканальной структуре с двумя диверситетными программами. Они работают в односекундном системном цикле с тестовым периодическим контролем. Для повышения надежности системы на больших станциях применяют второй компьютер в режиме горячего резерва. В настоящее время на железных дорогах различных стран работают более 100 централизаций данного типа.

Британская микропроцессорная централизация SSI (Solid State Interlocking) разработана фирмой GEC/GB и работает на станции Лимингстон Спа с 1985 г. Она построена по принципу однопрограммной многоканальной системы «два из трех» и функционирует в циклическом режиме с периодом 0,85 с. Связь с напольными объектами осуществляется модулями со структурой «два из двух». Аппаратные средства контроля подвергаются непрерывному тестированию. Структура системы допускает реконфигурацию при отказах. На разных станциях мира эксплуатируют более 20 подобных централизаций.

В разработке и производстве нового поколения систем в Германии принимают участие известные фирмы Siemens, AEG, SEL и Технический университет в Брауншвейге. В 1983 году было принято решение об опытной эксплуатации систем микропроцессорной централизации, разработанных фирмами SEL, Siemens и AEG.

Все три системы являются мультипроцессорными системами с тремя функциональными уровнями. Верхний уровень представлен микроЭВМ, которые управляют вводом и отображением данных. МикроЭВМ среднего уровня (районные микроЭВМ) реализуют сигнальные зависимости, обеспечивая формирование, замыкание и размыкание маршрутов, проверку допустимости воздействий на отдельные напольные устройства и т. д. Каждая микроЭВМ этого уровня обслуживает определенный район станции. МикроЭВМ нижнего уровня непосредственно управляют напольными устройствами.

Базовая концепция фирмы Siemens получила название SIMIS. В ней используются два независимых вычислительных канала, которые работают синхронно и синфазно по одной программе с аппаратных сравнением по принципу «два из двух». Безошибочность программного обеспечения достигается комплексными методами разработки и верификации.

В апреле 1989 года введена в эксплуатацию первая на Федеральных железных дорогах Швейцарии система микропроцессорной централизации, разработчиком которой является фирма Siemens. В зону действия поста МЦ на станции Кьяссо входят 174 стрелки, 354 основных, маневровых и дополнительных сигнала, семь устройств путевой блокировки и 300 рельсовых цепей. До внедрения МЦ для управления перевозочным процессом на этой станции использовались один распорядительный и 4 исполнительных поста ЭЦ. МЦ базируется на микропроцессорных блоках компактного исполнения SIMIS-C. Из компонентов блоков SIMIS-C можно составить несколько вариантов ЭВМ, рассчитанных на выполнение различных функций. Всего в основном и двух вспомогательных зданиях поста МЦ установлено 69 ЭВМ.

В октябре 1989 г. приступили к опытной эксплуатации МЦ фирмы Siemens на станции Гензендорф (Австрия), которая расположена на линии Вена-Северная-Хоенау.

Второе поколение систем микропроцессорных централизаций этой фирмы базируется на трехканальных безопасных структурах «два из трех», что позволяет повысить эксплуатационную готовность системы.

На этой же основе построена микропроцессорная централизация типа EIA, разработанная фирмой AEG и находящаяся в эксплуатации на станции Дибург с 1988 г. В МЦ фирмы AEG все микроЭВМ, используемые для обработки ответственной информации, построены на базе универсальной микропроцессорной системы с безопасными отказами LOGISIRE C. Эта система состоит из двух идентичных вычислительных каналов, в которые загружено одинаковое программное обеспечение. Каналы работают независимо друг от друга. Безопасность функционирования обеспечивают специальная операционная система и защищенное от опасных отказов устройство контроля и отключения.

Концепция фирмы SEL базируется на безопасных микропроцессорных модулях типа SELMIS, которые имеют трехканальную структуру и обрабатывают информацию по принципу «два из двух» с программным сравнением. Третий канал находится в горячем резерве и подключается вместо отказавшего.

Одним из перспективных направлений считается создание децентрализованных микропроцессорных систем управления. В Германии разработана децентрализованная система управления MCDS, построенная на базе устройства местного микропроцессорного управления стрелкой типа IVV-MCEOW-2M, дополненного устройствами управления светофором типа IVV-MCSIG-2M и контроля свободности пути типа IVV-MCGFE2M.

Децентрализованная ЭВМ может управлять группой из 32 устройств управления стрелками, 50 устройств контроля свободности пути и 50 сигналов. В систему MCDS можно объединить до 10 таких ЭВМ. Информацию, поступающую от децентрализованных ЭВМ и вводимую диспетчером, обрабатывает центральная ЭВМ. Текущая эксплуатационная ситуация отображается на экране цветного дисплея.

Центральная ЭВМ передает задания на установку маршрутов децентрализованным ЭВМ и выводит извещения о состоянии напольных устройств. Для ввода заданий служит клавиатура. Установку маршрутов осуществляют децентрализованные ЭВМ, в ПО которых реализованы все маршрутные зависимости.

В Германии на DBAG фирмой AVG с 1997 года вводится в эксплуатацию система SICAS S5.

Система МПЦ SICAS S5 разработана около 10 лет назад и непрерывно совершенствуется. Ее отличают:

— возможность реализации большого числа функций;

— гибкость при проектировании и программировании;

— безопасность в соответствии со стандартом DIN V 19 250, класс 6;

— применение стандартного языка программирования для создания дополнительных функций программируемых контроллеров SPS версий Step 5 и Step 7.

Основой системы SICAS S5 являются широко применяемые для автоматизации технологических процессов в промышленности программируемые устройства управления семейства SIMATIC S5/S7 SPS. Эти приборы наряду с широкой областью применения характеризуются высокой эксплуатационной готовностью.

Программное обеспечение системы допускает проектирование конкретных установок централизации путем составления схемы, похожей на схему соединения блоков релейной централизации по плану станции. В системе МПЦ соединяются не релейные блоки, а программные элементы. После составления схемы она преобразуется в параметрические данные, записываемые в компьютер системы SICAS S5.

Напольные устройства, такие, как сигналы, стрелки и устройства переездной сигнализации, описываются в блоках данных в отношении как их функций, так и взаимодействия с соседними устройствами. Совокупность всех возможных элементов системы централизации отображается в базовом ПО элементной модели. Оно также записывается в компьютер SICAS S5

Система микропроцессорной централизации Elektra, созданная фирмой Alcatel совместно с Австрийским исследовательским центром в Зайберсдорфе, содержит два одинаковых, а аппаратном отношении канала с различным программных обеспечением. Первый канал решает функциональные задачи и реализует логические зависимости при установке маршрутов. Второй канал осуществляет контроль безопасности. Программное обеспечение устройств логического канала составлено на языке программирования высокого уровня CHILL. Канал безопасности работает с экспертной системой PAMELA, в которой использован одноименный язык программирования, разработанный в исследовательском центре фирмы Alcatel. Экспертная система методами искусственного интеллекта на базе заложенных в нее знаний дежурного по станции и технологических инструкций осуществляет контроль правильности работы первого канала.

Французская система МЦ разработана фирмой Alsthom. Система построена по модульному принципу, что позволяет учитывать специфику конкретной станции путем ввода соответствующих параметров в ПО каждого модуля. Для передачи информации между модулями служит кольцевая сеть. Разработка ПО МЦ ведется с помощью языка программирования высокого уровня Ada.

На железных дорогах Японии разработана и внедряется система МЦ SMILE. В нее заложена трехканальная структура с переменным порогом мажорирования, обеспечивающая высокий уровень эксплуатационной готовности. процессоры работают синхронно от общего генератора тактов. Аппаратный компаратор с самоконтролем сравнивает потенциалы на внутренних магистралях попарно. Периодический контроль осуществляется с помощью программного счетчика. Для небольших станций применяется модификация SMILE, двухканальная, с аппаратным самопроверяемым компаратором и горячим резервом. Первая система SMILE введена в постоянную эксплуатацию на станции Хигаси — Каганава в марте 1985 г. К настоящему времени она действует на 12 станциях железных дорог Японии.

В Испании на Государственных железных дорогах (RENFE), метрополитенах и частных железных дорогах расширяется внедрение систем микропроцессорной централизации (МПЦ). Первые системы МПЦ фирмы Alcatel были введены в эксплуатацию еще в 1992 г. на линиях широкой колеи RENFE и высокоскоростной линии МадридСевилья. Это были системы типа ESTW L90 E (в Испании они известны как ENCE L 90). Системы рассчитаны на большое число объектов управления и потому пригодны прежде всего для крупных станций и линий с большим числом малых и средних станций. В последние годы возникла потребность в современных электронных системах также и на малых и средних станциях, географически независимых друг от друга. Инфраструктура железных дорог Испании состоит в основном именно из таких станций.

Наряду с естественной потребностью в обновлении технической базы (например, в замене систем механической централизации) внедрение МПЦ стимулируется тенденцией к централизации управления движением поездов в Испании, обусловленной стремлением рационализировать перевозочный процесс. При создании системы централизации, отвечающей этим потребностям, следовало учитывать еще один важный аспект: в Испании нет единой сигнальной системы для всех железнодорожных администраций и не полностью унифицированы напольные устройства. Для таких случаев применения фирма Alcatel разработала экономичную, гибкую и компактную систему МПЦ типа ESTW L90 5 (в Испании INTERSIG L90 5). Первоначально она поставлялась как система, построенная по принципу «2 из 2» для малодеятельных и второстепенных линий. В дальнейшем система была доработана и может поставляться как в конфигурации «2 из 2», так и «2 из 3» на базе компьютеров с процессорами семейств 486 и Pentium. При разработке системы ESTW L90 5 важную роль играло также стремление учитывать особые потребности пользователей, поэтому большое значение придавалось гибкому построению системы, диагностике и техническому обслуживанию.

МПЦ ALISTER характеризуется широким применением промышленных стандартов на аппаратные и программные средства. Система включает в себя диспетчерский пост, подключенный к МПЦ через глобальную сеть передачи данных WAN. Возможно также обслуживание МПЦ посредством автоматизированного рабочего места (АРМ) автономного управления на базе персонального компьютера. В АРМ интегрирована система диагностики с комфортабельными для пользователя средствами распознавания, регистрации и анализа нарушений в МПЦ.

Логика централизации реализована в вычислительном ядре, состоящем из двух диверситивных программируемых контроллеров. Диверсификация аппаратных средств, используемого инструментария и операционных систем позволяет применять серийно поставляемые промышленные компоненты.

Обмен извещениями и командами модулей ввода/вывода с напольным оборудованием осуществляется посредством диверситивной системы шин через волоконно-оптический кабель. За счет этого достигаются защита от помех и высокий уровень электромагнитной совместимости.

Безопасные модули ввода/вывода состоят из двух диверситивных каналов, расположенных в разных корпусах. Этим достигается поддержание высокого уровня безопасности, в том числе с учетом предотвращения множественных отказов.

Предусмотрены различные способы повышения эксплуатационной готовности за счет введения избыточности. Концепция резервирования должна опираться на эксплуатационные потребности; ее экономическая эффективность зависит от интенсивности движения поездов. В системе ALISTER дублированы модули электроснабжения и некоторые цепи в модулях ввода/вывода. Расчеты и опыт эксплуатации показывают, что основной причиной системных отказов является выход из строя устройств электроснабжения, и их сравнительно недорогое дублирование позволяет существенно улучшить эксплуатационную готовность. Подтвержденная на практике высокая надежность используемых промышленных компонентов позволила отказаться от дублирования вычислительного ядра и системы шин.

Система ALISTER с самого начала разрабатывалась в расчете на обеспечение уровня безопасности SIL4 по нормам CENELEC. Этому уровню соответствует и величина вероятности опасных отказов, рассчитанная Banverket в рамках анализа рисков для железных дорог страны в целом.

Концепцию системы МПЦ ALISTER для региональных линий отличают:

модульная системная архитектура с интерфейсами, выполненными по открытым стандартам;

последовательное выполнение требований открытых стандартов;

высокая эксплуатационная готовность;

максимально широкое использование параметрических данных и возможность самостоятельного переконфигурирования системы с помощью программ редактирования и других инструментальных средств;

простота проектирования и верификации топографии оборудования конкретного участка;

простота технического обслуживания благодаря наличию многочисленных средств диагностики и тестирующих программ;

гарантия поставок компонентов или их функционально совместимых аналогов в течение длительного срока.

Система МПЦ предназначена для эксплуатации на однопутных и двухпутных региональных линиях с высокой плотностью движения поездов и допустимой скоростью до 160 км/ч.

В таблице 1.1 приведен перечень наиболее известных зарубежных систем МПЦ, которые ориентированы на разные условия движения и широко используются в зарубежных странах.

Таблица 1.1 — Зарубежные системы МПЦ

1.4.2 Отечественные микропроцессорные системы электрической централизации

Система микропроцессорной электрической централизации стрелок и сигналов на базе УВК РА (ЭЦ-ЕМ) была введена в опытную эксплуатацию 12 октября 2000 года на станции Новый Петергоф Окт.ж.д. Эта система, разработанная специалистами ГУП «Гипротранссигналсвязь» (руководитель разработки С.С.Пресняк), является усовершенствованным вариантом первой отечественной системы микропроцессорной централизации ЭЦ-Е, которая функционирует на станции Шоссейная Октябрьской железной дороги с 1997 года.

В системе ЭЦ-ЕМ, так же как и в ее предшественнице, средствами микропроцессорной техники реализованы не только задачи рабочего места дежурного по станции по управлению и контролю технологическим процессом на станции, но и задачи по обеспечению всех зависимостей стрелок и сигналов с целью обеспечения безопасности. Вместе с тем использование микропроцессорной техники дало возможность, помимо выполнения всех традиционных функций ЭЦ, ввести целый ряд дополнительных технологических и сервисных возможностей по управлению движением поездов на станции.

Система микропроцессорной централизации ст. Шоссейная была создана на базе управляющего вычислительного комплекса УВК ПС1001 (производитель НИИУВМ, г. Северодонецк, Украина). Микропроцессорная система ЭЦ на ст. Новый Петергоф реализована с использованием нового, более современного управляющего вычислительного комплекса УВК РА, головным разработчиком которого стало ОАО «Радиоавионика» (С.-Петербург). Созданный на основе технических требований, разработанных специалистами ГУП «Гипротранссигналсвязь», с использованием современных методов построения отказобезопасных систем, этот комплекс обладает рядом бесспорных преимуществ по сравнению со своим предшественником. При этом за счет развитой системы самодиагностики существенно облегчено техническое обслуживание и эксплуатация системы.

Помимо троированного управляющего вычислительного комплекса, реализующего задачи централизации стрелок и сигналов, в состав системы ЭЦ-ЕМ входят три ПЭВМ рабочего места дежурного по станции (РМ ДСП), с которого ведется управление объектами централизации, а также упрощенный пульт-табло прямопроводного управления и индикации. В процессе функционирования системы две ПЭВМ находятся в рабочем режиме, одна — в холодном резерве. Каждая ПЭВМ физически связана с двумя различными вычислительными каналами УВК. При больших районах управления допускается деление станции на зоны управления с выделением самостоятельных комплектов органов управления и контроля для каждой из зон.

Пульт-табло прямопроводной индикации и управления используется в системе для осуществления некоторых специальных функций управления (режим горения сигналов день/ночь, рукоятка для установки макета стрелки, ключ-жезл и т. п.), а также для аварийного управления стрелками.

По расположению аппаратуры система ЭЦ-ЕМ является централизованной — УВК, релейные и кроссовые стативы находятся на посту ЭЦ. Из релейной аппаратуры сохранены лишь пусковые блоки стрелок, схемы рельсовых цепей и цепи коммутации ламп светофоров. Система ЭЦ-ЕМ разработана с соблюдением всех принципов построения современных систем ЭЦ. Средствами микропроцессорной техники она обеспечивает реализацию всех задач по централизации стрелок и сигналов, необходимых для безопасного управления технологическим процессом на станции, в т. ч. установку, размыкание и отмену маршрутов, поддержание разрешающих показаний светофоров и кодирование маршрутов с проверкой всех условий безопасности и так далее.

Построение системы ЭЦ-ЕМ на базе вычислительной техники позволило дополнить состав традиционных технологических функций ЭЦ целым рядом новых функций, как технологического, так и информационно-сервисного характера. Среди вновь введенных технологических функций, направленных на повышение безопасности движения и гибкости управления технологическим процессом, необходимо в первую очередь выделить следующие:

а) Логический контроль занятия путей и участков пути маршрутным порядком, и их последующего освобождения маршрутным порядком для исключения возможности повторного открытия светофора на ложно освободившийся (при потере шунта) путь или участок пути;

б) Возможность открытия пригласительного сигнала только при условии задания маршрута с проверкой всех условий безопасности, кроме исключенных ДСП под свою ответственность (в том числе и контроль положения стрелок), а также проверка всех не снятых условий безопасности при горении пригласительного сигнала, что в конечном итоге повышает безопасность движения при частичной неисправности напольных устройств (рельсовых цепей и стрелок) и снижает в этих случаях психологическую нагрузку на ДСП;

в) Прекращение кодирования маршрутов до головы поезда при несанкционированном выезде подвижной единицы на маршрут;

г) Проверка свободности всех секций в маневровом маршруте при движении вагонами вперед после вступления подвижной единицы на маршрут (кроме первой секции, прилегающей к занятой);

д) Исключение посекционного размыкания маршрута при проезде поездной единицей перекрытого светофора;

е) Возможность задания автодействия в любом поездном маршруте;

ж) Индивидуальная выдержка времени для каждого открываемого светофора;

з) Индивидуальный отсчет выдержки времени для каждого отменяемого маршрута, размыкаемой секции и др.

Введение

в систему ЭЦ-ЕМ информационно-сервисных функций позволило существенно облегчить труд дежурных по станции и внесло в их работу элементы комфорта.

К информационно-сервисным функциям относятся возможность накопления маршрутов как по времени, так и по очереди, формирование на экране ПЭВМ РМ ДСП различных сообщений о ходе технологического процесса, выдачу в необходимых случаях голосовых и звуковых сообщений, удобство ввода управляющих команд, возможность управления многопрограммной очисткой стрелок, и др.

Особо важной вновь введенной функцией является протоколирование всего хода технологического процесса (управляющих действий ДСП, реакции на них системы, состояния постового и напольного оборудования). Перечисленные сведения фиксируются и хранятся в архиве ПЭВМ РМ ДСП, защищенном от несанкционированного доступа. Эти сведения могут быть в любой момент извлечены и проанализированы. На основании анализа записей архива о работе напольного оборудования (рельсовых цепей, светофоров, стрелок и т. д.) могут выявляться перемежающиеся неисправности напольных устройств, что дает возможность использования этой информации в АРМ электромеханика.

Перед сдачей в опытную эксплуатацию система прошла ряд испытаний, проводившихся головным разработчиком системы — ГУП «Гипротранссигналсвязь» при участии специалистов ПГУПС и Октябрьской ж.д., а также головного разработчика управляющего вычислительного комплекса — ОАО «Радиоавионика». Для стендовой проверки работы системы (с применением машинных моделей, настроенных на путевое развитие ст. Новый Петергоф) были использованы специальный имитатор для испытаний технологических программ, разработанный в испытательной лаборатории ПГУПС, а также отладочный комплекс микропроцессорной централизации, разработанный ГУП «Гипротранссигналсвязь». Были проведены стендовые испытания в штатных и нештатных ситуациях, испытания привязки к ст. Новый Петергоф, испытания на устойчивость функционирования при воздействии электромагнитных помех, испытания с макетом напольного оборудования, испытания перед сдачей в опытную эксплуатацию, и др. Всесторонние предварительные испытания ЭЦ-ЕМ в сочетании с более чем трехлетним опытом эксплуатации первого варианта системы (ЭЦ-Е на ст. Шоссейная) позволили отказаться от проведения испытаний в режиме параллельной работы с действовавшей ранее релейной системой ЭЦ и перейти к испытаниям непосредственно в режиме опытной эксплуатации с сохранением возможности перехода на управление объектами от релейной ЭЦ в случае неудовлетворительной работы системы. Целью опытной эксплуатации являлась проверка функционирования системы ЭЦ-ЕМ в реальных условиях в течение длительного периода времени. К задачам испытаний в режиме опытной эксплуатации относились выявление и устранение возможных недостатков системы, не выявленных на предварительных этапах испытаний, выявление опасных отказов или некорректной работы, определение степени надежности блоков и узлов нового УВК при работе в реальных условиях, а также уточнение некоторых положений разработанных проектов инструкций по пользованию и по эксплуатации ЭЦ-ЕМ.

В дальнейшем, при условии успешной работы системы ЭЦ-ЕМ на ряде станций, возможен отказ от пульта-табло прямопроводного управления в его нынешнем виде (как пульта аварийного управления стрелками и сигналами) с переносом большинства специальных функций управления (режим горения сигналов день/ночь, двойного снижения напряжения, и т. п.) на ПЭВМ РМ ДСП. При этом на пульте могут быть сохранены только ключи-жезлы и устройство макета стрелки.

В настоящее время разработчиками ЭЦ-ЕМ намечены подходы к решению этих приоритетных задач дальнейшего развития системы, и прорабатывается ряд технических решений для их практической реализации.

Транспортабельные модули ЭЦ-ТМ — это пост ЭЦ (АБТЦ), состоящий из комплекса модулей, имеющих разное назначение: релейное помещение, помещение дежурного по станции, помещение для хранения оборудования, помещение связевой. Необходимость каждого из них в составе комплекса ЭЦ-ТМ определяется конкретным проектом.

Характеристика транспортабельных модулей. Комплекс предназначен для эксплуатации в условиях умеренного климата исполнения УХЛ категории 1 по ГОСТ 15 150–69.

Степень огнестойкости — II

Категория помещений по пожарной опасности — В1

Комплекс ЭЦ-ТМ поставлен на производство С. Петербургским ЭТЗ и изготовляется по ТУ 32 ЦШ 2061;99.

Назначение. Рекомендуется применять для ЭЦ станций с количеством централизуемых стрелок не более 30, а также для размещения оборудования АБТЦ и других устройств СЦБ, приборы которых возможно размещать на стативах высотой 2580 мм.

Целью разработки является удешевление стоимости строительно-монтажных работ при модернизации или реконструкции на станциях, где предполагается полная или частичная замена существующих устройств СЦБ; возможность комплектования, проверки на заводе до начала пуско-наладочных работ на станции, т. е. сокращение сроков ввода в эксплуатацию; комплектная поставка оборудования на объект строительства.

Конструкция и состав транспортабельных модулей ЭЦ-ТМ. Комплекс ЭЦ-ТМ строится на базе контейнеров типа 1СС с высотой 3100 мм. Данная высота обеспечивает установку стативов высотой 2580 мм. Релейное помещение собирается из следующих модулей: МП-модуль питания; МР-модуль релейный; МРК-модуль релейно-кроссовый. Помещение дежурного собирается из двух модулей: МА-модуль аппаратный; МБ-модуль бытовой. Связевое помещение МС-модуль связевой (один модуль). Помещение для механика (складское) — МО-модуль оборудования (один модуль). Конструктивно в модуле МП нет правой стенки, модуль МР изготавливается без двух стенок, модуль МРК изготавливается без левой стенки, поэтому релейное помещение может собираться только в следующем варианте: слева — модуль МП, справа — модуль МРК, между устанавливаются модули МР от 1 до 5 штук. Помещение дежурного конструктивно может собираться по следующей схеме: слева — модуль МА, справа — модуль МБ.

Модули оборудованы охранно-пожарной сигнализацией, электроосвещением и электроотоплением. Модули МП, МРК, МО, МА, МБ, МС оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Модули МП, МС, МА дополнительно оборудованы кондиционерами.

В состав комплекса обязательно должны входить модули типа МП (левый) и МРК (правый). Модуль МП — обеспечивает установку и монтаж до пяти панелей питания с габаритными размерами не более 2580×900×400. Предусмотрены варианты установки в этом модуле щита выключения питания типа ЩВПУ и батареи из необслуживаемых аккумуляторов. В этом случае максимально возможное количество панелей питания определяется с учетом организации безопасных проходов. Модуль МР — обеспечивает установку и монтаж двух полных рядов релейных (СР-ЭЦИ) или блочных стоек (СБ-ЭЦИ) высотой 2580 мм. Модуль МРК — обеспечивает установку и монтаж двух рядов релейных, блочных и кроссовых стативов (СК-ЭЦИ). Предусмотрен вариант установки в этом модуле пульта пожарно-охранной сигнализации. В этом модуле устанавливается на стене щиток заземления наружного и внутреннего контуров.

К вышесказанному можно добавить, что одним из достоинств ЭЦ, реализованной на основе средств вычислительной техники, является возможность ее непрерывного совершенствования с учетом постоянного совершенствования микропроцессорных и электронных технических средств. В качестве перспективы для дальнейшего развития систем можно выделить ряд перспективных направлений:

а) Переход на бесконтактные устройства управления напольными объектами ЭЦ (стрелками, светофорами и т. д.)

б) Частичная децентрализация системы, т. е. максимальное приближение устройств управления к наиболее удаленным напольным объектам (более 3,5 км);

в) Реализация функций ЭЦ и систем перегонной автоматики (автоблокировки, полуавтоматической блокировки и т. д.) участков, примыкающих к станции, в одном управляющем вычислительном комплексе;

г) Сопряжение ЭЦ-ЕМ с каналообразующей аппаратурой линейных пунктов ДЦ и другое.

2. Структура системы МПЦ

МПЦ, структурная схема которой представлена в приложении А, является открытой и наращиваемой системой, легко адаптируется к условиям конкретного полигона управления при проектировании и во время эксплуатации. МПЦ интегрируется с определенной составной частью исполнительных схем традиционных релейных ЭЦ.