Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

• Введение
• 1. Назначение и принципы построения диспетчерского контроля
• 1.1 Общие сведения о ЧДК
• 1.2 Структурная схема ЧДК
• 1.3 Генераторы в системе ЧДК
• 1.4 Прием контрольной информации на промежуточной станции
• 2. Автоматизирования система диспетчерского контроля (АСДК).
• Совместная разработка ГУП ГТСС и предприятия «Сектор»
• 3. Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля
• 4. Патентный поиск и анализ существующих систем
• 5. Обзор микроконтроллеров
• 5.1 Микроконтроллеры AVR
• 5.2 Микроконтроллеры семейства ATМеgа128
• 6. Расчёт частот для использования микроконтроллера
• 7. Описание разрабатываемого устройства
• 8. Построение и расчёт принципиальной схемы
• 9. Описание альтернативной модели устройства
• 10. Экономическое сравнение моделей устройства с действующими
• 11. Обеспечение требований безопасности труда при обслуживании станционного оборудования ЧДК
• 11.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов при обслуживании станционного оборудования ЧДК
• 11.2 Анализ наличия опасных зон и эффективности действия технических средств, обеспечивающих безопасность при обслуживания оборудования
• 11.3 Характеристика производственного процесса при обслуживании станционного оборудования ЧДК
• 11.4 Эргономический анализ организации при обслуживании станционного оборудования ЧДК
• 12. Определение трудоемкости выполнения разработки проекта
• 12.1 Затраты на оплату труда
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

Введение

Исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики играет эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации. Необходимость иметь информацию о состоянии устройств на станциях и перегонах, а также о местоположении подвижного состава была для железнодорожного транспорта всегда первостепенной. Поэтому было разработано множество устройств и систем, позволяющих получить эту драгоценную информацию как можно быстрей.

С 1966 г. на сети железных дорог стала применяться система частотного диспетчерского контроля (далее по тексту ЧДК). Система зарекомендовала себя надёжной работающей и отказоустойчивой. С ростом скорости движения поездов и развития технологий система ЧДК была признана устаревшей и выпуск оборудования прекратился. Взамен системе ЧДК были разработаны системы АПК-ДК и АСДК. Эти системы имеют множество преимуществ перед ЧДК, но имеют несколько существенных недостатков: высокая стоимость оборудования, слабая защищённость от отказов. Вследствие этого стали возвращаться к старой и проверенной системе ЧДК. Большая часть оборудования к тому времени была уже списана. Оборудование, которое удалось восстановить - устанавливается на перегон. Станционного оборудования категорически не хватает, следовательно, нужно разработать станционную аппаратуру, которая бы могла работать со старым перегонным оборудование и одновременно не уступала, и была более совершенна, отказоустойчива, проста, чем существующие системы диспетчерского контроля.

На основе выдвинутых требований в проекте рассмотрены две разработанные схемы приемника. Первая схема, спроектирована исходя из базовых требований к приемнику, и представляет собой простое, относительно недорогое и эффективное решение максимально. Данная схема является переработкой типовой, используемой на данный момент и является ее модификацией, с успешным устранением некоторых ее недостатков. Также в проекте приводится расчет частот на основе загружаемых в память констант и, приведено обоснование выбора элементной базы.

Вторая спроектированная схема представляет собой, функционально и конструктивно более совершенный, чем первая схема, приемник. Основным элементом данной схемы является микроконтроллер. Использование микроконтроллера позволило эффективно реализовать многие технические предложения на программном уровне, без дополнительных аппаратурных затрат.

1. Назначение и принципы построения диспетчерского контроля

Система диспетчерского контроля (далее по тексту ДК) движения поездов, которую применяют на участках, оборудованных автоблокировкой, предназначена для: передачи поездному диспетчеру оперативной информации о заданном направлении движения на двухпутных и однопутных участках; контроля занятости блок участков, главных и приёмо-отправочных путей на промежуточных станциях, показаний входных и выходных светофоров, работы автоматической переездной сигнализации.

На табло ДК отражается продвижение поездов по участку, что позволяет принимать оперативные решения по ускорению движения поездов и по устранению отказов в системах автоблокировки и АПС. Контрольная информация ДК сначала передаётся на промежуточные станции, ограничивающие перегоны, а за тем с промежуточных станций на центральный пост поездного диспетчера. Дежурные промежуточных станций, получая оперативную информацию по прилегающим перегонам, а также контролировать работу каждой сигнальной установки автоблокировки и устройств АПС на переездах, расположенных на перегоне или на станции. При получении сигнала об отказе дежурные принимают экстренные меры по их устранению, чтобы не допустить задержки поездов[1].

1.1 Общие сведения о ЧДК

На сети дорог широкое применение получила частотная система диспетчерского контроля. В этой системе длительность цикла для контроля 480 объектами составляет 15 с, что позволяет применить ее на участках со среднескоростным и высокоскоростным движением.

Система ЧДК в основном построена на бесконтактной аппаратуре, что обеспечивает надёжность ее работы и быстродействие. Высокое быстродействие позволяет расширить область применения системы ЧДК для передачи информации телемеханического контроля или технического диагностирования на промежуточные станции к диспетчеру службы сигнализации и связи.

Система телемеханического контроля позволяет непрерывно проверять все контролируемые объекты участка, выявлять отказы в этих устройствах и передавать диспетчеру дистанции информацию об отказе.

Система технического диагностирования позволяет с помощью непрерывной проверки элементов автоматических перегонных и станционных устройств выявлять отклонение фактических параметров элементов от нормативных. При отклонении технических параметров выше допустимых пределов вырабатывается и передаётся сигнал тревоги, сообщающий диспетчеру, какой элемент (лампа светофора, рельсовая цепь, источник питания) скоро откажет, и требуется вмешательство работника дистанции для замены элемента или его восстановления[2].

1.2 Структурная схема ЧДК

На рисунке 1.1а показана структурная схема ЧДК для сбора информации с перегонных установок и передачи ее на промежуточные станции и диспетчерский пост (8,10,12,… - номера сигнальной установки. 8-22, 4-20,… - первая цифра обозначает номера частоты ГК, а последующие две - номер шага ГК). Для передачи информации от сигнальных установок автоблокировки и АПС служит линия двойного снижения напряжения (ДСН). При большом числе контролируемых объектов линию ДСН разрезают и информация с перегона передаётся на обе станции перегона. Контрольная информация передаётся в виде кодов на фиксированных частотах. На каждой сигнальной установке находится генератор камертонный ГК, вырабатывающий одну из 16 фиксированных частот в диапазоне 320-1525Гц. На рисунке 1.1б показано подключение генераторов ГК к линии ДСН нескольких сигнальных установок у перегона. По одной лини ДСН можно контролировать до 16 сигнальных установок. Камертонные генераторы типа ГК5, ГК6 и ГКШ устанавливают в релейных шкафах автоблокировки и АПС. Каждый генератор вырабатывает частотные коды, с помощью которых передаётся вся контрольная информация с данной сигнальной установки. Генератор со штепсельным включение типа ГКШ применяют на сигнальных установках всех видов автоблокировки и АПС. В зависимости от вырабатываемой частоты применяют генераторы типов ГКШ-1 и ГКШ-16.

На перегоне генераторы с более высокими частотами разрешают по мере приближения к станции для того, чтобы (учитывая степень затухания) сигналы на более высокой частоте передавались на меньшее расстояние. В линии ДСН генераторы ГК включают параллельно реле ДСН.

При включении всех генераторов ГК в линию ДСН одновременно передается информация от сигнальных установок АБ и АПС всего перегона. От каждой сигнальной установки частотный кодовый сигнал передаётся по узкополосному каналу связи с частотным уплотнением. На станции от каждого принятого частотного сигнала через усилитель приёмника УПДК и приёмник ПК5 на табло дежурного по станции включается контрольная лампочка. По режиму горения каждой лампочки на табло определяется состояние контролируемого объекта на перегоне. Питание в линию ДСН подаётся от блоков питания ДСНП. На станции, к которой подключены выводы разрезной ДСН, установлено по два комплекта приёмников и усилителей частотных кодовых сигналов контроля напольных устройств, прилегающих к станции перегонов.

Контрольная информация передаётся с промежуточных станций на центральный пост по физической линии диспетчерского контроля. По этой линии организованно 16 узкополосных частотных каналов. Каналы 1-15 используют для передачи информации с 15 промежуточных станций на пост диспетчера, а канал 16 - для передачи тактовых импульсов синхронизации.

Контрольная информация передаётся на центральный пост от линейного генератора ГЛЗ одной из 15 частот. Генератор управляется через распределитель РДК с блоком управления БУР. На одной из промежуточных станций установлен тактовый генератор типа ГТ2-16 с рабочей частотой 1523,6 Гц, который вырабатывает тактовые импульсы длительностью 0,4с с интервалом 0,4с[3].

Рисунок 1.1 - Структурная схема ЧДК для сбора и передачи информации с перегона на промежуточные станции

Частотные кодовые сигналы, поступающие с промежуточных станций, принимаются на центральном посту через РДК, БУР, УПДК, приемники ПК5 и табло матрицы. От тактовых импульсов генератора ГТ2 синхронно работают распределители всех промежуточных станций и центрального поста. На каждом шаге РДК станций и центрального поста в цепь ДК от генераторов ГЛЗ станций посылаются импульсы, содержащие информацию о состоянии контролируемых объектов. Каждому контрольному объекту приписан номер шага РДК станции ( смотреть рисунок 1.1б), на котором информация о его состоянии посылается на центральный пост. За один цикл (32 шага) РДК контакты 32 контролируемых объектов подключаются последовательно к ГЛЗ своей станции. В линию ДК на каждом шаге работы всех распределителей одновременно поступают частотные сигналы от 15 генераторов ГЛЗ всех станций. Принятые на центральном посту частотные сигналы усиливаются, затем расшифровываются приемниками ПК5.

С помощью расшифровки определяется станция, с которой поступил сигнал, и состояние контролируемого объекта на этой станции. Через выходы РДК центрального поста определяются порядковые номера объектов на перегонах и станциях. Визуальный контроль состояния контролируемых объектов на перегонах и станциях диспетчер получает на табло-матрице, на которой нанесён план участка и имеются индикаторные лампочки.

В приложении А приведена функциональная схема ЧДК промежуточной станции на двухпутном участке без разреза линии ДСН-ОДСН, принимает усилитель УПДК2 и приемники ПК5. Каждый приемник состоит из двух камертонных узкополосных фильтров ПФ1. Приемник ПК5-1 работает на частотах 1,2; ПК5-3 на частотах 5,6 и т.д.

Всего используют восемь типов приемников. На выходе каждого фильтра через усилители на транзисторах VT1, VT2 включены приемные регистрирующие реле Р1, Р2 типа РПН. Контактами регистрирующих реле подключены к входам РДК, с помощью которых формируются частотные кодовые сигналы, посылаемые на центральный пост. К входам РДК подключены контакты реле данной станции. Контактами сигнальных реле ЧС, НС контролируется открытие сигналов четного и нечетного направления; реле НЖ, ЧЖ - состояние участков удаления в нечетном и четном направлении; реле 1П, 2П и т.д. - состояние приемоотправочных путей на данной станции; НОС, ЧОС - горение разрешающих огней на входных и выходных светофорах; 1НИ,2ЧИ - исключение враждебных маршрутов; КМ, КС - правильность задания маршрутов приема и отправления и др. диспетчерский контроль микроконтроллер устройство

Информация передаётся на центральный пост через блок управления распределителем БУР. Через этот блок включается линейный генератор ГЛЗ, вырабатывающий одну из 15 частот, приписанную данной станции. От генератора через вводно-изолирующий щиток ЩВИ частотный сигнал передается по магистральному кабелю на центральный пост. Щиток ЩВИ защищает аппаратуру ЧДК и обслуживающий персонал от опасных напряжений и токов, возникающих в линии связи.

На промежуточной станции имеется тактовый генератор ГТ2, вырабатывающий тактовые импульсы на шестнадцатой частоте. Тактовые импульсы поступают на РДК данной станции и через линию ДК и РДК всех промежуточных станций и центрального поста. Под действием тактовых импульсов все РДК участка работают синхронно, и на каждом шаге РДК станции опрашивается состояние контролируемых объектов. На каждом шаге РДК через блок БУР включается генератор ГЛЗ, и частотный сигнал передается на центральный пост.

Устройства промежуточной станции питаются от блока питания ДСНП, а который подается напряжение 220В при замкнутых контактах реле ДСН или 110В - при разомкнутых контактах. Режим ДСН контролируется реле КДСН, включенным в релейную цепь. По цепи, приходящей через контакт реле КДСН, загорается контрольная лампочка КДСН при понижении напряжения питания в цепи ДСН - ОДСН.

1.3 Генераторы в системе ЧДК

1.3.1 Характеристики генератора

Генератор ГКШ(рисунок 1.2) размещен в корпусе реле типа НШ; имеет штепсельное включение; питается от сети переменного тока напряжением 14+2 В частоты 50 Гц или от источника постоянного тока напряжением 12+1,5 В; ток, потребляемый генератором, не превышает 90 мА. Изготавливают 22 типа генераторов ГКШ. Для системы ЧДК используют генераторы типов ГКШ1- ГКШ 15.

1.3.2 Принцип работы генератора ГКШ

Частоту генерирует задающий каскад генератора, собранный на транзисторе VT1, который включен по схеме с общим эмиттером. В цепь положительной обратной связи транзистора включен камертонный стабилизатор частоты ГФ3. Задающий каскад связан с усилительным каскадом через согласующий трансформатор Т1.

Усилительный каскад выполнен на транзисторах VT2 и VT3, соединенных по двухтактной схеме. Генератор питается от выпрямителя В, на выходе которого включен сглаживающий конденсатор С_с.

Частотные кодовые сигналы вырабатываются мультивибратором, выполненным на транзисторах VT4 и VT5. Управляющий транзистор VT6 повторяет работу транзисторов мультивибратора, открывает или закрывает транзисторы VT4 и VT5. Мультивибратор может быть включен по симметричной или несимметричной схеме. При симметричной схеме мультивибратор вырабатывает импульсы и интервалы одной длительности.

Включение в базовые цепи транзисторов VT4 и VT5 дополнительных резисторов R_Д1 и R_Д2 образуется несимметричная схема мультивибратора, в которой импульсы и интервалы вырабатываются разной длительности.

В управляющие цепи генератора включены контакты основных реле: C1 - сигнального (для контроля свободного состояния блок-участка); КО - огневого красного огня светофора; А - аварийного; ДСН - двойного снижения напряжения. Коммутацией выходов генератора 41, 42 и 43 изменяется длительность импульсов и интервалов сигнального кода.



Рисунок 1.2 - Схема генератора ГКШ

Генератор начинает работать при подаче напряжения питания на вход 31 через тыловой контакт одного реле, включенного в цепь управления. При этом открывается транзистор VT5. Ток, проходящий через него, создает падение напряжения на резисторе R6, под действием которого открывается транзистор VT6. Через открытый транзистор VT6 напряжение источника питания подается на эмиттеры транзисторов VT2 и VT3 и генератор включается. На его выходе появляются импульс кодовой посылки, который поступает в линию ДСН-ОДСН.

При опрокидывании мультивибратора транзистор VT5 закрывается, а VT4 открывается. Ток через резистор R6 не протекает, и транзистор VT6 закрывается. Транзисторы VT2, VT3 не получают питания, генератор выключается, наступает интервал кодовой посылки. Каждое устойчивое состояние мультивибратора при симметричной схеме включения определяется временем разряда конденсаторов, включенных в базовые цепи транзисторов. При несимметричной схеме время разряда конденсаторы изменяется благодаря подключению дополнительных резисторов R_Д1 и R_Д2.

На выходе генератора транзистор включен через защитные резисторы и конденсаторы С31 и С32, которые защищают трансформатор от подмагничивания постоянным током. Питание генератора стабилизировано стабилитроном VD и балансовым сопротивлением R_бал.

1.3.3 Работа генератора при изменении состояния контролируемых объектов

Контролируемые объекты исправны, блок-участок свободен. В данной ситуации следует руководствоваться схемой (смотреть рисунок 1.2) и таблицей 1.1, в которой приведены частотные кодовые сигналы. Фронтальными контактами реле КО, ДСН, С1 и А образуется перемычка между выходами 53 и 61 генератора, по которой транзисторы VT2 и VT3 усилителя получают постоянное питание. От генератора в линию подается непрерывный кодовый сигнал (1) на частоте данного генератора.

Таблица 1.1 - Частотные кодовые сигналы

Тип кода	Код	Перемычки ГКШ
1		53-61
2	Код отсутствует	-
3		53-31 43-41
4		53-31
5		51-32 43-42
6		53-31 43-42-41

Контролируемые объекты исправны, блок участок занят. Фронтовыми контактами реле С1 выключается питание генератора, генерация прекращается. Контрольный код в линию не поступает(2).

- Перегорела лампа красного огня. Через тыловые контакты реле КО образуются две перемычки 53-31 и 43-41. Включается и по несимметричной схеме начинает работать мультивибратор благодаря подключению дополнительного резистора R_Д1 параллельно резистору R_б4. От генератора посылается частотный код, в котором импульсы длительностью 0,3 с разделяются интервалами 1 с (3). Перегорание лампы красного огня контролируется как при свободном, так и при занятом состоянии блок-участка.

- Отсутствует переменный ток. Через тыловой контакт реле А образуется перемычка 53-31, через которую подается питание на мультивибратор и транзистор VT6. При открытии транзистора питание подается на усилительный каскад генератора. Мультивибратор работает по симметричной схеме. От генератора подается частотный код, состоящий из импульсов и интервалов одинаковой длительности 1 с (4). Отсутствие переменного тока контролируется только при свободном состоянии блок-участка.

- Неисправна цепь двойного снижения напряжения. Через тыловые контакты реле ДСН образуются две перемычки 53-31 и 43-43, по которым подается питание на мультивибратор и генератор. Мультивибратор работает по несимметричной схеме благодаря подключению дополнительного резистора R_Д2 параллельно резистору R_б5. От генератора посылается частотный код, в котором импульсы длительностью 1 с разделяются интервалами 0,3 с (5). Неисправность цепи двойного снижения напряжения контролируется как и при свободном, так и при занятом блок-участке.

- Исправное состояние всех устройств сигнальной установки. При симметричной работе мультивибратора генератора ГКШ импульсы и интервалы передаются одной длительностью 0,3 с (6).

1.3.4 Схемы включения генератора ГКШ и кодирование контрольной информации на сигнальных установках автоблокировки и автоматической переездной сигнализации

В управляющие цепи генератора ГКШ (рисунок 1.3а) включены контакты реле: О и ОД - контролируют целость основной и дополнительной нитей лампы красного огня; А, А1 - контролируют отсутствие основного и резервного питания переменным током; ДСН - контролирует неисправность цепи двойного снижения напряжения; Ж1 и ОИ - контролируют неисправности в работе дешифратора. При свободном состоянии блок-участка и при отсутствии неисправностей фронтовыми контактами перечисленных реле образуется перемычка 53-61 генератора ГКШ. В линию посылается непрерывный частотный код. На промежуточной станции гаснет контрольная лампа на табло аппарата дежурного по станции. Если блок-участок занят, то реле Ж1 обесточено, реле ОН возбуждено, цепь питания генератора выключена. На аппарате дежурного по станции непрерывно горит контрольная лампочка.

При неисправности схемы дешифрации реле Ж1 обесточено, реле ОН работает как обратный повторитель реле И в режиме кодов КЖ, Ж, З, поступающих по мере удаления поезда от данной сигнальной установки. Через контакт реле ОИ замыкается перемычка 53-61 с периодичностью одного из сигнальных кодов. В линию посылаются частотные коды, соответствующие обратным кодов АЛС. По горению контрольной лампы на табло дежурный по станции определяет характер повреждения.

С момента освобождения блок-участка реле И и ОИ работают в импульсном режиме. Генератор выдает контрольный код, соответствующий режиму работы реле ОИ. После 3-4 с начала импульсной работы реле И, ОИ возбуждается реле Ж1 и фронтовым контактом замыкает цепь непрерывного питания генератора. В линию начинает поступать непрерывный частотный сигнал свободности блок-участка, лампа на табло дежурного по станции гаснет. При перегорании основного или дополнительного нитей красного огня тыловым контактом реле О(ОД) замыкаются перемычки 53-31 и 41-43. В линию подается частотный код, состоящий из импульсов длительностью 0,3 с и интервалов длительностью 1с. Непрерывность горения лампы красного огня контролируется как при свободном, так и при занятом блок-участке.

В случае отсутствия основного питания реле А обесточено. При повреждении цепи двойного снижения напряжения реле ДСН обесточится и в линию посылается частотный код.

Рисунок 1.3 - Схема подключения генераторов ГКШ на переездной сигнальной установке двухпутной трехзначной кодовой автоблокировки.

На спаренной сигнальной установке частотные коды однопутной кодовой автоблокировки(рисунок 1.3б) формируется одним генератором ГКШ и посылаются на одной частоте, вырабатываемой данным генератором. Целость основных нитей накала ламп красных огней спаренных светофоров контролирует огневое реле О. Целость дополнительной нити накала лампы красного огня одного светофора контролирует реле АОД, а другого светофора - реле БОД. Порядок образования частотных кодов и их виды аналогичны случаю включения генератора ГКШ при двухпутной автоблокировке.

На переездной установке для расширения объема передаваемой контрольной информации устанавливают два генератора ГКШ, включенных по схеме, приведенной на рисунке 1.4.



Рисунок 1.4 - Схема подключения двух генераторов ГКШ на переездной установке.

В схему управления генераторами включены контакты: общего огневого реле О, контролирующего работу огневых реле красных огней переездных светофоров АО1, АО2, БО1, БО2, огневых реле заградительных светофоров 1О, 2О и фиксирующего перегорание одновременно обоих ламп красных огней светофоров А, Б, а также каждой лампы в отдельности у заградительных светофоров; повторителя огневого реле ПО, фиксирующего перегорание в отдельности каждой лампы красного огня переездных светофоров; управляющего реле У, фиксирующего закрытие автошлагбаумов; реле ЗУ, фиксирующего закрытие шлагбаумов(при вертикальном положении брусьев шлагбаумов оно обесточено); аварийных реле А, Ай основного и резервного питания переменным током; общего повторителя ПА аварийных реле; реле двойного снижения напряжения ДСН1; реле контроля исправности комплекта мигающих реле КМК, КМКП.

Частотные кодовые сигналы передаются от генератора Г1 таким образом (таблица 1.2). На участке приближения поезда нет. Все лампы красных огней переездных светофоров и лампы заградительных светофоров исправны, реле О под током, в линию поступает частотный код. Если неисправны обе лампы красных огней переездных светофоров или повреждены цепи их питания, то в линию поступает частотный код (3).

Таблица 1.2 - Частотные коды при использовании двух генераторов ГКШ

Тип кода	Контрольный код	Перемычки между выходами ГКШ	Контроль
1	2	3	4
	Генератор Г1 (красная и желтая контрольные лампы)
1	Код отсутствует	-	Поезда на участке приближения нет. Обе красные лампы переездного светофора или лампа заградительного светофора исправны. Переезд открыт
2		53-61	Поезд на участке приближения. Переезд закрыт. Обе красные лампы переездного светофора или лампа заградительного светофора исправны.
3		53-31 43-41	Неисправны обе красные лампы переездного светофора или повреждены цепи их питания. Контроль осуществляется при свободном и занятом участке приближения
4		53-31	Отсутствует основное и резервное питание
5		53-31 43-42	Неисправна лампа заградительного светофора
	Генератор Г2 (белая лампа)
1		53-61	Поезда на участке приближения нет. Все контролируемые объекты исправны. Переезд открыт
2	Код отсутствует	-	Переезд закрыт. Контролируемые объекты, включенные в цепи от генератора ГКШ до контакта реле У1, исправны
3		53-31 43-41	Неисправность любой одной красной лампы переездных светофоров или цепей питания
4		53-31	Отсутствует основное или резервное питание, или аккумуляторная батарея разряжена ниже допустимых пределов, или обесточилось реле ДС. Контроль осуществляется при свободном участке приближения
5		53-31 43-42	Контроль горизонтального положения брусьев автошлагбаумов. Контроль осуществляется при занятом участке приближения
6		53-31 43-42-41	Неисправен комплект мигания. Контроль осуществляется при свободном и занятом участке приближения

Отсутствует основное и резервное питание, реле А и А1 без тока, в линию передается частотный код (4). Неисправна лампа заградительного светофора, в линию передается код (5).

От генератора Г2 кодовые сигналы передаются таким образом (таблица 2). Поезда на участке приближения нет. Все контролируемые объекты исправны, переезд закрыт, в линию передается код (1). Поезд вступает на участок приближения, автошлагбаумы опускаются, реле У1 обесточивается. Через тыловые контакты реле У1 и ЗУ замыкаются перемычки 53-31 и 43-42 генератора. В течение 16 с пока брус автошлагбаума не примет горизонтального положения, в линию подается код (5). После 16 с автошлагбаум закрывается, реле ЗУ возбуждается и тыловыми контактами выключает цепь питания ГКШ, посылка кода в линию прекращается. Если автошлагбаум не закроется, то посылка кода (5) не прекратится, и на табло дежурного по станции контрольная лампочка будет мигать до полного освобождения переезда поездом.

При неисправности одной лампы красного огня переездных светофоров или цепей их питания в линию посылается код (3). Контроль осуществляется при свободном и занятом участке приближения. Если отсутствует основное или резервное питание, то в линию поступает код (4). В случае если неисправен комплект мигания, то в линию посылается код (6).

1.4 Прием контрольной информации на промежуточной станции

На рисунке 1.5 показана схема приемника ПК5 для одновременного приема кодов с переездов. Н таблице 3 приведены состояния контрольных реле К, Р1, Р2 и лампочек ЗП, КП, ОП станционного табло при приеме кодов с переезда.

Рисунок 1.5 - Схема приемника ПК5 и сигнализация на станционном табло для одновременного приема кодовых сигналов с переезда

При свободном состоянии участка приближения и исправном состоянии всех объектов с переезда от генератора Г1 код отсутствует, от Г2 поступает код (1), согласно таблице 2. В приемнике возбуждено реле Р2, реле Р1 без тока, реле К возбуждено. На табло горят белая и желтая лампочки и не горит красная.

Предаварийный отказ сигнализируется миганием белой лампочки; желтая лампочка горит, а красная не горит. В случае аварийного отказа горит красная лампочка, мигает - желтая, а белая - не горит. При занятом участке приближения лампы красных огней и реле КМК исправны, на табло горит красная лампочка, желтая и белая лампочки погашены. При предаварийном отказе и неисправности лампы огня или комплекта мигания на табло горит красная лампочка, белая лампочка мигает в такт с импульсной работой реле Р2, желтая лампочка погашена.

В случае аварийного отказа мигают красная и желтая лампочки, белая погашена. Режим мигания определяется импульсной работой реле Р1. При отсутствии основного и резервного питания или повреждения линии ЧДК, мигают красная и желтая лампочки, а белая погашена. При этом лампочки питаются от источника СМ.

2. Автоматизирования система диспетчерского контроля (АСДК)

Совместная разработка ГУП ГТСС и предприятия «Сектор»

АСДК представляет собой аппаратно-программный комплекс (АПК), предназначенный для создания системы диспетчерского контроля (с устройствами ЭЦ на станциях, и любыми устройствами интервального регулирования на перегонах) состояния отдельных узлов и устройств автоматики, телемеханики и связи, поездных передвижений, свободности и занятости приемо-отправочных путей, блок-участков перегонов и переездов, состояния входных и выходных светофоров станций и обеспечения этой информацией любого абонента сети АСДК (поездной диспетчер, сменный инженер дистанции сигнализации и связи, дежурный по станции, электромеханик ЭЦ, диспетчер локомотивного депо и т.д.).

АПК АСДК разработан с использованием принципов построения распределенных глобальных информационных сетей, в том числе системы передачи данных линейных предприятий (СПД ЛП), главные из которых:

- возможность обмена информацией между любыми абонентами сети;

- возможность обмена информацией произвольного вида, в том числе информацией реального времени;

- программная поддержка любой конфигурации связи абонентов сети;

- администрирование доступа в сети;

- динамическая маршрутизация информации.

АПК АСДК осуществляет сбор, обработку и передачу в сеть АСДК цифровой и аналоговой информации с устройств СЦБ. Все автоматизированные рабочие места (АРМ) АСДК реализованы на персональных компьютерах IBM PC AT, работают в реальном режиме времени, имеют графическое представление (в виде мнемосхем) на экране монитора информации о состоянии устройств СЦБ и поездном положении на контролируемых объектах.

АСДК состоит из двух подсистем (нижний и верхний уровни):

- подсистемы сбора и передачи информации, состоящей из датчиков состояния контролируемых технических средств (постовые и перегонные устройства СЦБ, устройства связи и пр.) и устройств считывания дискретной информации, измерения аналоговых сигналов (измерения напряжений и токов устройств), первичной обработки и передачи этой информации программируемыми контроллерами, построенными на новейшей элементной базе;

- подсистемы маршрутизации информационных потоков, обработки и отображения информации и связи c внешними автоматизированными и вычислительными системами, в том числе АСОУП и АСШ, реализованной с использованием специального сетевого и прикладного программного обеспечения для персональных компьютеров.

Для обеспечения съема и передачи на станции дискретных и аналоговых сигналов от сигнальных и переездных установок аппаратура нижнего уровня содержит:

- модуль линейный аналоговый (МАЛ), предназначенный для сбора и преобразования в цифровой код аналоговой информации от восьми контролируемых устройств;

- генератор линейных сигналов (ГЛС), служащий для сбора дискретных сигналов от 15 контролируемых устройств (контакты реле) я реле состояния блок участка (переезда). Кроме того, ГЛС принимает цифровой код измеренных аналоговых величин и передает его в линию в виде последовательного циклического кода (рисунок 2.1).

Линейные выходы всех генераторов линейных сигналов (до 24) подключаются параллельно к двухпроводной линии связи (кабельной или воздушной), например ДСН.

Одновременная передача информации с 24 сигнальных установок в общую линию связи основана на частотном разделении каналов. Кодирование информации о состоянии 15 контролируемых устройств или аналоговой информации каждым ГЛС выполняется по принципу временного разделения каналов. Состояние каждого контролируемого устройства (контакта реле) или код аналоговой информации передается в дискретной форме модулированными по длительности паузами между частотными посылками. Одновременно модулированными по длительности частотными посылками посылается информация о состоянии блок участка (переезда).

Рисунок 2.1 - Структура последовательного кода при передаче дискретной (а) и аналоговой (б) информации

При наличии аналоговой информации от МАЛ на входах ГЛС последовательный циклический код линейного сигнала содержит 4 байта (2 байта дискретной информации и 2 байта аналоговой). За один цикл передачи информации ГЛС передает код о напряжении одного аналогового сигнала. Во втором байте последовательного кода, содержащего аналоговую информацию, включено сообщение о состоянии четырех информационных каналов для сокращения времени получения данных по этим каналам. При передаче любого сообщения модулированными по длительности частотными посылками посылается информация о состоянии блок участка (переезда). При передаче дискретной информации ГЛС формирует импульсную последовательность циклического кода (рисунок 2.2). На этом рисунке Ч -- частотная посылка; Б -- бесчастотная посылка (пауза).

Информация от каждой сигнальной установки по линии связи (например, ДСН с развязкой конденсаторами от цепей постоянного тока) поступает на станционную приемную аппаратуру и выделяется полосовыми фильтрами модулей приемных каналов ПК. После дешифрации принятого сигнала ПК выставляет информацию я последовательную интерфейсную шину RS-232 для использования аппаратурой верхнего уровня АСДК (рисунок 2.3) При необходимости, поэтому же стыку, информация может быть выведена на модули индикации.

Рисунок 2.2 - Структура циклического кода линейного сигнала при передаче дискретной информации

Аппаратно-программная реализация нижнего уровня обеспечивает ретрансляцию любой информации с нескольких информационных каналов, ее доставку по любому из возможных соединений, причем в случае разрыва соединения система пытается отыскать и установить новое соединение для передачи информации. Программное обеспечение нижнего уровня АСДК решает задачи автоматической переконфигурации информационных связей, программное обеспечение верхнего уровня - администрирования доступа абонентов сети АСДК.



Рисунок 2.3 - Структурная схема аппаратуры АСДК нижнего уровня

Прикладное программное обеспечение верхнего уровня позволяет организовать следующие автоматизированные рабочие места:

- поездного диспетчера и диспетчера ж.д. узла (АРМ ДНЦ и ДНЦУ);

- сменного инженера дистанции сигнализации и связи (АРМ ШЧД);

- электромеханика электрической централизации (АРМ ШНЦ);

- дежурного по станции (АРМ ДСП);

- дежурного по локомотивному депо (АРМ ТЧД);

Структурно АСДК может иметь различное наполнение упомянутых подсистем источниками информации, устройствами сбора и передачи данных, а также различного вида АРМами. Разработка структуры АСДК при проектировании конкретного участка железной дороги осуществляется с учетом перспективы расширения системы и наличия каналов связи. Для проектирования и внедрения АСДК по заданию ЦШ разработаны «Технические решения АСДК» № 17328-00-00, утвержденные ЦШ 02.04.96.

Все АРМы АСДК работают в едином интерфейсе, обеспечены многооконным пользовательским интерфейсом, имеют программу «черный ящик», предназначенную для восстановления поездной ситуации, обеспечены функциями для приема/передачи информации по сети АСДК (в том числе функцией электронной почты), предоставляют возможность ведения протоколов нештатных ситуаций в работе устройств СЦБ и действий обслуживающего персонала, множество сервисных функций (встроенный редактор текстов, настраиваемые нормативно-справочные системы, средства ведения баз данных, записная книжка, калькулятор и др.). Все АРМы объединены в единую информационную сеть, поддерживают единый протокол обмена, имеют возможность работы с АСОУП, прошли проверку работоспособности на различных полигонах.

Кроме того, каждый АРМ АСДК наряду с общесистемными функциями содержит функции, решающие специальные технологические задачи:

- для АРМов ДНЦ и ДНЦУ: обмен информацией с дорожным вычислительным центром (АСОУП), идентификация подвижных объектов и их отслеживание в пределах контролируемого участка/узла, ведение графика исполненного движения поездов, контроль за тормозными башмаками;

- для АРМов ШЧД и ШНС: логический контроль за правильностью работы устройств СЦБ, измерение и контроль напряжений путевых реле рельсовых цепей, питающих фидеров, токов электродвигателей и др., автоматизированное ведение журналов отказов устройств СЦБ, АЛСН, РЦ, а также план-графиков работ по участкам обслуживания, функционирование системы алгоритмов поиска и устранения отказов устройств СЦБ;

- для АРМа ДСП: обмен информацией с АСОУП, идентификация объектов и их отслеживание, контроль за тормозными башмаками, автоматическое голосовое оповещение работающих на путях людей через железнодорожные системы оповещения, автоматизированное ведение журналов тех. конторы и движения поездов;

- для АРМа ТЧД: функционирование системы дислокации локомотивов в депо, обмен информацией с АСОУП, автоматизированное ведение журналов нарядов, графика работ ТЧД, учета локомотивов эксплуатируемого/неэксплуатируемого парков;

- для АРМа ДСПП: немедленное протоколирование операций и нарушений при работе с тормозными башмаками (ТБ) и оповещение АРМов ДСП и ДНЦ (ДНЦУ), предоставление информации о состоянии приемо-отправочных путей и ТБ парков в сеть АСДК, идентификация подвижных объектов и их отслеживание, обмен информацией с АСОУП, автоматическое оповещение пассажиров о прибытии, проследовании и отправлении поездов в зоне посадочных пассажирских платформ.

3. Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля

Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля (АПК-ДК) является последней реализацией функций диспетчерского контроля на современном техническом уровне.

Использование средств вычислительной техники расширило функциональные возможности системы АПК-ДК не только для поездного диспетчера, но позволило решить и основные задачи контроля состояния технических средств систем ЖАТ на перегонах и станциях диспетчерского участка.

Таким образом, система АПК-ДК имеет двойное назначение и обеспечивает:

- оперативный съем информации на сигнальных точках перегонов о состоянии рельсовых участков, светофоров и других средств и передачу ее на станции для последующего использования для контроля поездного положения и технического диагностирования перегонных устройств;

- оперативный съем информации на станциях о состоянии путевых объектов и технических средств и передачу ее поездному диспетчеру и диспетчеру дистанции сигнализации, связи и вычислительной техники;

- обработку и отображение информации, у пользователей, по ведению исполняемого графика движения; расчету прогнозного графика по текущему поездному положению; расчету показателей работы участка и выдаче справок; логическому определению ложной свободности участка и опасного сближения поездов; анализу работы устройств; определению предотказного состояния устройств; обнаружению отказа; оптимизации поиска и устранению отказа; архивации и восстановлению событий; статистике и учету ресурсов приборов. На станциях, то есть на первом (нижнем) уровне управления перевозочным процессом (рисунок 3.1) выполняются сбор, преобразование, концентрация информации о состоянии перегонных и станционных устройств. Далее эта информация может быть отображена на АРМах дежурного по станции и дежурного электромеханика, но обязательно передается на второй уровень управления, т.е. поездному диспетчеру, и на АРМ диспетчера дистанции сигнализации, связи и вычислительной техники.

Состояние перегонных устройств систем ЖАТ контролируют автоматы контроля сигнальных точек (АКСТ), выполненные на базе специализированных контроллеров. Наибольшее распространение имеет блок АКСТ-СЧМ, представляющий собой генератор частоты, формирующий посылаемые в линию связи циклические восьми импульсные частотные посылки в соответствии с состоянием контролируемых объектов. При восьми выходных импульсах благодаря манипуляции по длительности импульсов и пауз (интервалов) АКСТ-ЧМ позволяет контролировать состояние семи дискретных датчиков (реле) и двух пороговых датчиков.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы АПК ДК

При проектировании АПК-ДК определяется перечень параметров, контролируемых каждым АКСТ-СЧМ.

Для систем автоблокировки параметры выбирают из следующего перечня: отсутствие основного питания на сигнальной точке; отсутствие резервного питания; перегорание основной нити лампы красного огня; перегорание резервной нити лампы красного огня; перегорание нити лампы разрешающего огня; установленное направление движения; сход изолирующего стыка; пропадание постоянного напряжения блока БС-ДА; занятость блок участка; неисправность АКСТ-СЧМ или линии ДСМ; пропадание обоих фидеров питания на объектах с аккумуляторным резервом; аварийный отказ.

При проектировании для каждого АКСТ-ЧМ устанавливается несущая частота (частота настройки генератора), поскольку все АКСТ перегона работают по общей физической линии с частотным разделением каналов.

На одной физической цепи может работать до 30 АКСТ-ЧМ со следующим разделением частот.

На станциях (линейных пунктах) принимается и анализируется информация от АКСТ-СЧМ соответствующими концентраторами (промышленный компьютер). Структурно система состоит из устройства съема данных и удаленного от него на расстояние около 1 км рабочего места маневрового диспетчера. Связь осуществляется по четырехпроводной линии.

В качестве устройства съема данных используется MicroPC, содержащее:

1) процессорную плату 5025А;

2) две платы дискретного ввода-вывода 5600;

3) четыре OPTO RAС, специальным образом подключенных к дискретным датчикам.

Следует отметить, что для контроля над работой только одной половины сортировочной станции, включающей в себя три парка (парк приема, сортировочный парк и парк отправления), необходимо контролировать около полутора тысяч объектов. Если умножить это число на стоимость одного модуля оптронной развязки фирмы Crayhill, то получим цифру около 15000 долларов США. Цифра для разработчиков по нынешним временам, увы, не малая. Поэтому, разработчиками было принято решение при помощи стандартных модулей УСО организовать входную матрицу. Цена сразу упала на порядок, обошлись 96-го модулями I/O типа G4IDC5. Пришлось разработать и изготовить саму матрицу, однако затраты на это оказались несопоставимо меньшими, чем если бы задача была решена "в лоб". Оптронная матрица представляет собой модульную структуру, каждый из модулей которой позволяет подключать 16 дискретных сигналов постоянного или переменного тока напряжением от 12 до 30 В. Модули при помощи разъемов устанавливаются на "материнской" плате, которая в свою очередь стандартными кабелями OCTAGON SYSTEMS соединяется с OPTO RACами. Рабочее место маневрового диспетчера реализовано на ПЭВМ типа IBM AT с многотерминальной видеоплатой, поддерживающей работу четырех мониторов. После определения аппаратных средств у разработчиков встал вопрос о выборе операционной системы (ОС), под управлением которой будет функционировать система ДК. Исходя из требований к функциям системы ДК можно прийти к выводу, что данная ОС должна

обладать, как минимум следующими возможностями:

- поддержка многозадачности;

- многопользовательский режим;

- масштабируемость;

- высокая производительность;

- работа в режиме реального времени;

- надежная и максимально быстрая передача больших объемов данных по низкоскоростному и не очень качественному каналу связи;

- простота подключения различных аппаратных устройств;

- работа на ограниченных системных ресурсах;

- надежная файловая система;

- возможность удаленного изменения версий программ;

- возможность интеграции с другими системами.

Всеми вышеперечисленными свойствами обладает ОС QNX, что и

определило ее выбор в качестве операционной среды реализации системы ДК. Многозадачность требуется в связи с тем, что система ДК должна параллельно выполнять несколько взаимодействующих задач, а именно:

- сбор и первичная обработка данных;

- ретрансляция данных;

- отображение поездного положения;

- регистрация неисправностей;

- фиксация технологических ситуаций;

- прием сообщений из Вычислительного Центра;

- ведение протокола работы.

Очень мощным является реализованный в QNX механизм обмена сообщениями, на базе которого система ДК была реализована в технологии клиент - сервер, повышающей надежность работы и позволяющей с незначительными издержками увеличивать как число устройств съема данных, так и потребителей информации. Поддержка многопользовательского режима требуется в связи с тем, что в системе одновременно могут работать несколько пользователей. Подключение дополнительных рабочих мест пользователей планируется осуществить на базе локальной сети, одним из узлов которой будет рабочее место маневрового диспетчера. Поддержка в QNX нескольких сетевых стандартов дает возможность для выбора: Ethernet, Arcnet, Token Ring и т.д.

Требование высокой производительности и работы в режиме реального времени становится понятным, если принять во внимание число контролируемых датчиков и заданную частоту съема их показаний - не менее 5 раз в секунду. Причем изменения состояний нескольких десятков датчиков происходят практически при каждом опросе. Проблему надежной передачи данных по каналу связи разработчикам удалось решить при помощи объединения в сеть QNX устройства съема и рабочего места диспетчера, что позволило использовать системный сетевой протокол и реализовать этот обмен независимым от среды передачи данных для прикладных программ. Сеть по последовательному каналу довольно устойчиво работает при скорости передачи данных в 4800 бод. Для увеличения пропускной способности сети мы использовали реализованный сетевым драйвером механизм сжатия/разжатия данных, являющийся прозрачным для прикладных программ.

Не обошлось и без некоторых сложностей. ОС QNX гарантирует, в случае если при передаче сообщения какая-нибудь задача окажется заблокированной, то система через некоторое время автоматически снимет блокировку, вернув код ошибки. К сожалению, данный механизм не всегда срабатывает. Задача может зависнуть в таком состоянии на неопределенно долгое время. Разработчикам пришлось отслеживать и исправлять данную ситуацию программным способом. По их мнению, возможно, это объясняется наличием ошибки в сетевом драйвере Net.fd версии 4.22 и при переходе на версию 4.23 удастся от нее избавиться. Желание создать систему, не привязанную жестко к конкретным аппаратным средствам, приводит к необходимости написания драйверов устройств. Тот, кто писал и отлаживал драйверы устройств под DOS, знает - особенное неудобство доставляет то, что интерфейс ОС для драйверов и прикладных программ различный. Что касается QNX, то написание и отладка драйверов ничем не отличается от написания и отладки остальных программ. Программный интерфейс общий для всех программ. Довольно быстро были написаны драйверы для платы Octagon 5600 и многоэкранной видеокарты. Так как в состав QNX входит большое число менеджеров устройств и различных драйверов, то во многих случаях можно просто воспользоваться предоставляемым сервисом, а не разрабатывать собственное программное обеспечение. Для подключения модема и организации сети между устройством съема и рабочим местом диспетчера использовался стандартный менеджер последовательных каналов.

Вследствие того, что QNX имеет небольшой размер и модульную структуру, стало возможным установить данную ОС на Micro PC. Ядро ОС, модуль сетевой поддержки, менеджер встроенной файловой системы и прикладные программы удалось разместить всего в 256Кб флеш-памяти и 100Кб статического ОЗУ. При работе требуется немногим более 1Мб оперативной памяти. Инсталляция программного обеспечения на Micro PC производилась при помощи удобного средства EKit - пакета для установки QNX во встраиваемые системы. Возможность удаленного изменения версий программ в нашем случае крайне необходима, так как Micro PC в рабочем режиме не имеет ни экрана, ни клавиатуры, ни дисковода. Прозрачный доступ к файлам в сети QNX значительно облегчает работу, а менеджер встроенной файловой системы Efsys позволяет перепрограммировать флеш-память и статическое ОЗУ при помощи обычной команды копирования файлов. После перезаписи имеется возможность программной перезагрузки удаленного компьютера с обновленной версией. С организацией программного перезапуска у разработчиков возникли некоторые проблемы. Попытка его осуществления практически всегда приводила к тому, что перезапускаемая машина зависала намертво. Это затруднение удалось обойти установив параметр отмены "горячей" перезагрузки при генерации образа ОС. Одной из основных задач, поставленных перед проектировщиками системы ДК, была задача предусмотреть возможность ее интеграции c уже имеющимися программными разработками. В качестве одной из таких разработок можно привести систему ведения графика исполненного движения, реализованную другими разработчиками в среде Windows NT. Учитывая негативный опыт, полученный при реализации собственных протоколов под DOS, было принято решение применять для стыковки исключительно стандартные протоколы. Де-факто, такими стандартными протоколами является семейство протоколов TCP/IP, что явилось еще одним весомым доводом в пользу системы, обеспечивающей их поддержку. Пакет TCP/IP для QNX предоставляет разработчику не только возможность программировать на уровне Socket API, но и использовать преимущества сетевой файловой системы (NFS), вызовов удаленных процедур (RPC) в стандарте ONC, многих полезных служб, например, telnet и ftp. Система ДК, реализованная на базе передовых аппаратных и программных технологий способствует получению диспетчером достоверной информации и значительно облегчает управление оперативной работой станции. Ведение протокола работы позволяет обнаружить "узкие места" и избежать не нужных материальных затрат. В перспективе появляется задача автоматического формирования многочисленных документов, которые до сих пор заполняются вручную.