Оборудование микропроцессорной централизацией системы ЭЦ-ЕМ станции Масловка

Размещено на http://www.allbest.ru/

• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ЭксплуатаЦИОННАЯ ЧАСТЬ
• 1.1 Принципы построения систем МПЦ
• 1.1.1 Требования к принципам построения систем МПЦ
• 1.1.2 Безопасные структуры МПЦ
• 1.2 Сравнительный анализ систем МПЦ
• 1.2.1 Система ЭЦ-ЕМ
• 1.2.2 Система EBILOCK - 950
• 1.3 Основные эксплуатационно - технические требования к системам МПЦ
• 1.4 Перспективы развития систем микропроцессорной централизации
• 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 2.1 Технические требования, предъявляемые к разрабатываемой системе МПЦ
• 2.1.1 Возможности системы МПЦ
• 2.1.2 Функции системы МПЦ
• 2.2 Состав системы МПЦ ЭЦ-ЕМ
• 2.3 Устройства электропитания
• 2.4 Эксплуатационная характеристика станции Масловка
• 2.5 Описание и работа УВК РА
• 2.6 Описание и работа составных частей УВК РА
• 2.6.1 Комплект РМ ДСП
• 2.6.2 Шкаф ЦПУ и шкаф УСО
• 2.6.3 Функционирование аппаратуры шкафа УСО и шкафа ЦПУ
• 2.7 Сопряжение модулей МСИ с релейными устройствами управления и контроля объектов
• 2.8 Сопряжение модулей МВУ с релейными устройствами управления и контроля объектами
• 2.9 Щиток вспомогательного управления
• 2.10 Постовые релейно-контактные устройства управления объектами ЭЦ
• 2.10.1 Устройства управления и контроля стрелками
• 2.10.2 Устройства управления и контроля светофорами
• 2.10.3 Устройства контроля состояния рельсовых цепей
• 2.10.4 Устройства управления включением кодирования
• 2.10.5 Увязка с устройствами управления и контроля перегонной автоматикой
• 2.11 Устройства электропитания на станции
• 2.12 Расчет показателей безотказности и безопасности систем МПЦ
• 2.12.1 Дублированная и мажоритарная структуры МПЦ
• 2.12.2 Сравнительный расчет показателей безопасности и
• безотказности дублированной и мажоритарной структуры МПЦ
• 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 3.1 Основные экономические аспекты выбора варианта модернизации устройств электрической централизации
• 3.2 Расчет сравнительной экономической эффективности
• 3.2.1 Расчёт единовременных инвестиционных вложений
• 3.2.2 Расчёт сокращения эксплуатационных расходов
• 4. ОХРАНА ТРУДА
• Освещение транспортабельного модуля ЭЦ-ТМ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• Введение
• Станционные системы автоматики на железнодорожном транспорте в настоящее время в большинстве своем построены на электромагнитных реле. Основными недостатками релейных систем является их громоздкость, значительное потребление электроэнергии, высокая материалоемкость, сложность сопряжения с управляющими системами более высокого уровня для полной автоматизации технологических процессов на станциях.
• Микропроцессорные устройства, приходящие на смену электромеханическим и электронным, способствуют повышению эксплуатационных характеристик систем ЖАТС. Как правило, МПУ содержат значительно меньшее число электронных компонентов и благодаря этому имеют более высокую надежность, меньшие габариты и вес, чем их предшественники. Они обладают большими функциональными возможностями, легче вписываются в структуру современных технологических систем, могут иметь встроенные автодиагностику и удаленный мониторинг.
• В то же время разработка, внедрение и эксплуатация МПУ вызывают определенные сложности. Прежде всего, это связано с тем, что для большинства специалистов, занятых эксплуатацией железнодорожной автоматики, МПУ представляются некими «черными ящиками», работу которых можно уяснить только по описаниям, которые не всегда соответствуют истине [1].
• Принята обширная программа обновления устройств СЦБ, замены устаревших релейных устройств. Однако новые релейные устройства, в отличие от централизации компьютерного типа, не могут дать качественный скачок в развитии устройств железнодорожной автоматики. Поэтому самым перспективным направлением в развитии устройств СЦБ является внедрение микропроцессорных или релейно-процессорных систем.
• В централизации релейного типа имеется значительное количество элементов, отказ которых приводит к выходу из строя практически всей системы. Попытки дублировать или резервировать такие элементы существенных положительных результатов не дали. Из-за возникающих перенапряжений происходят случаи возгорания релейных помещений. Повреждения кабельных магистралей, в том числе и по причинам попадания в них токов тяговой электросети, приводят к длительным срокам восстановления действия централизации.
• Централизация компьютерного типа в этом отношении обладает более высокими показателями надежности за счет использования возможностей электронных технологий и 100 %-го горячего резервирования основных элементов системы.
• Наличие мощной системы самодиагностики позволяет выявлять предотказное состояние элементов централизации, контролировать все отказы с выводом их на экран рабочего места электромеханика.
• Централизация релейного типа требует более высоких материальных и трудовых затрат на ее эксплуатацию. Прежде всего, это связано с наличием большого количества электромагнитных реле (более 100 шт. на одну стрелку), которые необходимо проверять перед вводом в действие централизации и с определенной периодичностью в процессе эксплуатации. Кроме того, немало времени тратится на обслуживание пульта управления, табло и магистральной кабельной сети со всеми сопутствующими конструктивами (кроссом, муфтами, кабельными колодцами, нишами и т. д.).
• Централизации компьютерного типа имеют ряд преимуществ при внедрении информационных технологий в перевозочный процесс и управление работой структурных подразделений железнодорожного транспорта. Они служат удобным связующим звеном между первичными источниками получения информации (подвижным составом, объектами СЦБ и др.) и системами управления более высокого уровня и позволяют довольно простым способом их увязывать без дополнительных надстроек, что невозможно сделать при использовании централизации релейного типа.
• Компьютерные централизации можно ввести в эксплуатацию без строительства помещений для размещения постовых устройств. Для этого используются здания существующих постов или приспосабливаются помещения других служебно-технических зданий. Это очень важно при модернизации ЭЦ релейного типа.
• Кроме того, значительно снижается стоимость, и уменьшаются сроки строительно-монтажных (сокращение количества реле, стативов и кабеля) и пуско-наладочных работ (отсутствие необходимости прозвонки монтажа, изготовления и установки громоздких макетов и т. д.).
• К преимуществам систем микропроцессорной централизации (МПЦ) по сравнению с релейными системами централизации, в частности, относятся [2]:
• ? более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);
• ? возможность управления объектами многих станции и перегонов с одного рабочего места;
• ? возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве,
• ? предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи ее и другой информации в региональный центр управления перевозками,
• ? наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля,
• ? возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станции и перегонах,
• ? возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также всех отказов объектов управления,
• ? значительно меньшие габариты оборудования и, вследствие, в 3 - 4 раза меньший объем помещения для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации без строительства новых постов,
• ? значительно меньший объем строительно-монтажных работ,
• ? подробная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования специализированных отладочных средств,
• ? 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.
• Опыт эксплуатации первых систем МПЦ на железных дорогах мира показал их эксплуатационные и технические преимущества перед релейными системами [3]. В нашей стране и за рубежом прекращены разработки новых релейных систем электрической централизации (ЭЦ). Учитывая быстрые темпы развития и совершенствования микроэлектронной и микропроцессорной техники, снижение ее стоимости, можно утверждать, что с течением времени системы МПЦ станут основными системами станционной автоматики.

1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

1.1 Принципы построения систем МПЦ

1.1.1 Требования к принципам построения систем МПЦ

Основным недостатком разработок электронных централизаций 60-х годов ХХ века было использование для построения систем элементной базы, которая не являлась перспективной [4]. Новая элементная база появилась в середине 70-х годов, когда началось серийное производство микропроцессоров. Микропроцессор, который является по существу ЭВМ на одной интегральной схеме и обладает широкими возможностями по обработке информации, стал для инженеров доступным и дешевым универсальным средством для построения самых разнообразных систем автоматики. По этой причине усилия разработчиков в нашей стране и за рубежом были направлены на создание микропроцессорных централизаций. Рассмотрим основные проблемы, которые возникают при этом, и методы их решения. Эти проблемы определяются особенностями технологического процесса управления движением поездов на станциях. Его можно определить как ответственный асинхронный параллельный процесс. Передвижения поездных единиц на станции осуществляется параллельно и независимо во времени (передвижения не синхронизируются). Поэтому в МПЦ должна осуществляться одновременная обработка информации о нескольких маршрутах с учетом безопасности управления. Можно определить две основные крупные проблемы, которые надо решать: параллельные вычисления и безопасность. Реализация параллельных процессов в управляющих вычислительных системах обеспечивается последовательной, функциональной, конвейерной, матричной и мультипроцессорной обработкой информации. При последовательной обработке система имеет один процессор, в котором параллельные процессы обрабатываются фактически последовательно во времени (по очереди). Это возможно, если скорость вычислений существенно выше скорости изменения данных самого технологического процесса (например, процесса движения поезда). Тогда создается иллюзия параллельности вычислений. При функциональной обработке система имеет несколько независимых устройств, которые одновременно выполняют различные функции. Конвейерная обработка предусматривает разбивку вычислительного процесса на несколько этапов, которые реализуются параллельно-последовательно в различных процессорах (по принципу конвейера). При матричной обработке вычисления обеспечивает матрица процессорных элементов с общей системой управления. Мультипроцессорная обработка осуществляется множеством процессоров, имеющих общие шины и общую память для обмена информацией между собой.

Рассмотрим основные структурные схемы микропроцессорных систем, которые целесообразно использовать при построении МПЦ. Однопроцессорную систему (рис.1.1,а) используют при последовательной обработке информации. При этом централизацию обычно называют компьютерной. Её применяют для крупных станций с мощной ЭВМ или для малых станций, когда достаточно одной микроЭВМ. В первом случае ЭВМ, помимо задач электрической централизации, может решать и другие задачи (обрабатывать информацию, поступающую от систем считывания номеров вагонов, хранить нормативно-справочную информацию и др.).

Система с радиальной структурой (рис.1.1,б) реализует принцип функциональной обработки. Каждая микроЭВМ служит для управления каким-нибудь районом станции. Связь между районами ЭВМ осуществляется через центральный управляющий процессор УП.

В системе с магистральной структурой (рис.1.1,в) применяется мультипроцессорная обработка информации. Элементы системы (микропроцессоры МП, запоминающие устройства ЗУ, устройства ввода-вывода УВВ) подсоединяются к общей магистрали (шина). Управляющий процессор УП регламентирует работу всех элементов.

В системе с сетевой структурой (рис.1.1,г) районные микро ЭВМ обмениваются информацией с соседними микро ЭВМ по принципу конвейера. Сеть микроЭВМ отражает план станции, и в этом случае реализуется географический принцип.

а)

б)

в)

г)

а) однопроцессорная структурная схема;

б) радиальная структурная схема;

в) магистральная структурная схема;

г) сетевая структурная схема.

Рисунок 1.1 - Структурные схемы МПЦ

Рассмотренные структуры имеют свои достоинства и недостатки. Их следует оценивать, прежде всего, по сложности программного обеспечения (ПО), надежности и быстродействию. Наиболее простым ПО обладают однопроцессорная и сетевая системы. В первом случае нет необходимости решать проблему взаимодействия между различными микропроцессорами. Во втором случае эти взаимодействия очень просты - передача информации в соседние микроЭВМ. Наилучшими свойствами по надежности обладает сетевая структура. В ней отказ одной районной ЭВМ не исключает установку и реализацию маршрутов в других районах станции. В радиальной и магистральной структурах работа системы нарушается при отказах управляющего процессора или повреждении магистрали. Наибольшее быстродействие имеет сетевая структура, так как в ней реализуется не только конвейерный, но и функциональный принцип обработки информации. В различных районах станции маршруты обрабатываются одновременно разными микроЭВМ. Наименьшее быстродействие имеют однопроцессорная (все маршруты обрабатываются последовательно) и магистральная системы из-за ограниченной пропускной способности магистрали.

Вторая основная проблема МПЦ - это обеспечение безопасности. Концепция безопасности МПЦ, которая используется в большинстве случаев, состоит в следующем, одиночные дефекты аппаратных и программных средств не должны приводить к опасным отказам устройств и должны обнаруживаться при рабочих или тестовых воздействиях не позднее, чем в системе возникает второй дефект.Безопасность достигается благодаря резервированию аппаратных и программных средств, организации внутри процессорного и межпроцессорного контроля и безопасному поведению при отказах. Резервирование аппаратных средств состоит в применении многоканальных систем с жесткой или мягкой синхронизацией каналов. Сравнение результатов обработки информации в каналах осуществляется с помощью безопасных схем сравнения. В многопрограммных системах выполняется резервирование программного обеспечения. Наилучшие результаты по безопасности в этом случае дают принципы N-версионного программирования, применяемые на уровне алгоритмов и программ. Задачу обнаружения отказов решают внутри- и межпроцессорный контроль. Обнаруживать отказы требуется с максимально возможной глубиной и как можно быстрее. Наиболее эффективно внутрипроцессорный контроль осуществляется тестированием системы в отведенные для этого промежутки времени или применением принципов самоконтроля.

Межпроцессорный контроль состоит во взаимной проверке работы процессоров на уровне системных шин, памяти и выходов (контроль с сильными связями). При контроле с умеренными связями осуществляется проверка выходов. Применяется также вариант, когда один процессор реализует вычисления, а другой их проверяет (контроль со слабыми связями).

1.1.2 Безопасные структуры МПЦ

Существует большое разнообразие безопасных структур, которые реализуют отраженные на рис. 1.1 методы. Рассмотрим реально используемые восемь основных типов безопасных структур.

Одноканальная система с одной программой (рис. 1.2,а) может быть применена при организации достаточно полной проверки микроЭВМ с помощью самопроверяемых средств внутреннего контроля (ССВК) и при наличии безопасных выходных схем (БВС) для включения управляемых объектов (УО). При возникновении отказа ССВК формирует сигнал Y, с помощью которого система может быть переведена в защитное состояние по входу Ф (например, отключено питание), и (или) выходы отключаются от УО с помощью БВС. Безопасность данной структуры зависит от эффективности способов самопроверки. Тестовые программы должны повторяться достаточно часто. Прикладные программы не должны иметь ошибок при загрузке. Целесообразно применение самопроверяемого программного обеспечения.

Одноканальная система с дублированной программой (рис.1.2,б) использует две различные и независимые программы П1 и П2 для реализации одних и тех же функций. Результаты выполнения программ Z1 и Z2 сравниваются внешней безопасной схемой сравнения (БСС). Уровень безопасности зависит от степени различия двух программ и от интервала времени обращения к данным. Целесообразно, чтобы программы были написаны разными бригадами программистов и по разным алгоритмам или версиям.

Дублированная система со слабыми связями (рис.1.2,в) состоит из двух микроЭВМ, в которых процессоры и программы могут быть неодинаковыми. Процессор микроЭВМ1 реализует основные вычисления, а микроЭВМ2 их проверяет. Для этого осуществляется обмен информацией по шине W. Синхронизация каналов необязательна. Контроль работы микроЭВМ1 осуществляется благодаря наличию тестовых программ параллельными вычислениями и сравнением результатов. При обнаружении ошибки микроЭВМ2 формирует сигнал Y, и выходы микроЭВМ1 отключаются от УО.

Дублированная система с умеренными связями (рис.1.2,г) включает в себя две одинаковые микроЭВМ с одинаковыми программами. Работа обоих каналов синхронизирована. Результаты обработки информации сравниваются на уровне выходов Z1 и Z2 с помощью БСС. Это одна из наиболее распространенных на практике безопасных структур. Минимальная кратность не обнаруживаемых отказов в ней равна двум - по одному отказу в каждой микроЭВМ, которые одинаковым образом искажают выходные сигналы Z1 и Z2. Прикладные программы должны быть свободны от ошибок при загрузке. Одиночные отказы не опасны. Кратные независимые отказы могут не учитываться, если время обнаружения отказа достаточно мало.

а)

б)

в)

г)

а) одноканальная система с одной программой;

б) одноканальная система с двумя программами;

в) дублированная система со слабыми связями;

г) дублированная система с умеренными связями.

Рисунок 1.2 - Структурные схемы МПЦ

В дублированной системе с сильными связями (рис.1.3,а) используют одинаковые программы в двух одинаковых микроЭВМ, но в отличие от предыдущего случая контроль работы двух каналов осуществляется не только на уровне выходов, но и на уровне шин и памяти. Работа каналов синхронизирована. В наиболее эффективном случае осуществляется потактовая проверка совпадения сигналов W1 и W2 на внутренних контрольных точках с помощью БСС1. При возникновении ошибки сигнал Y воздействует на БСС2 и отключает УО, а также переводит оба канала в защитное состояние по входам Ф. Структура обладает высоким уровнем безопасности. Проблему могут составить одинаковые программные ошибки в каналах.

Дублированная система с тестированием и сильными связями (рис.1.3,б) содержит в дополнение к предыдущей структуре генератор тестов ГТ и мультиплексор МКС и применяется, если множество входных воздействий Х не обеспечивает необходимую «глубину» проверки каналов обработки информации. В этом случае в процессе рабочего функционирования периодически выделяются отрезки времени, в течение которых с помощью мультиплексора сигналы Х отключаются от входов системы, и к последним подключается генератор тестов. Результаты тестирования обоих каналов сравниваются БСС1 при обнаружении ошибки система переводится в защитное состояние. Данный принцип используется также тогда, когда система большую часть времени рабочего функционирования находится в ждущем режиме (при этом сигналы Х длительное время не изменяются).

микропроцессорная централизация электрическая станция

а)

б)

а) дублированная система с сильными связями;

б) дублированная система с тестированием.

Рисунок 1.3 - Структурные схемы МПЦ

а)

б)

а) самопроверяемая дублированная система;

б) троированная мажоритарная система.

Рисунок 1.4 - Структурные схемы МПЦ

Самопроверяемая дублированная система (рис.1.4,а) состоит из двух каналов, построенных в виде самопроверяемых устройств. Сигналы W1 и W2, формируемые ССВК1 и ССВК2, сравниваются ССВК3, последняя вырабатывает сигнал ошибки Y. Минимальная кратность не обнаруживаемых

отказов равна четырем - по два отказа в каждом канале, которые не обнаруживаются ССВК и одинаково искажают выходные сигналы Z1 и Z2. Самоконтроль каналов может быть аппаратным и программным. Возможно использование независимых программ в каждом процессоре.

Троированная мажоритарная система (рис.1.4,б) имеет три независимых канала обработки информации. Работа каналов синхронизирована и сравнивается с помощью безопасного мажоритарного элемента БМЭ. Данная структура, также как и дублированная, используются наиболее часто. Безопасность её сравнима с безопасностью дублированной системы, но отказоустойчивость выше. Рассмотренные структуры и принципы построения безопасных систем часто используются и в сочетании, дополняя друг друга. Базовыми обычно являются дублированная и троированная структуры.

Системы МПЦ с одноканальной структурой технического обеспечения внедрены на многих железных дорогах. При этом железные дороги обращают особое внимание на эксплуатационную готовность систем, поскольку большинство аварий связано с вмешательством человека после отказа системы. Простая конструкция подобных систем позволяет с самого начала исключить некоторые отказы, нарушающие эксплуатационный процесс и способные возникнуть в системах с двухканальным техническим обеспечением. Если философия безопасности систем с двухканальной структурой технического обеспечения основана на независимости аппаратных вычислительных сигналов, то в МПЦ с одноканальным техническим обеспечением необходимо знать, насколько велика вероятность того, что возникнет опасная ошибка, не обнаруженная своевременно контрольной программой. Многолетняя эксплуатация многочисленных систем МПЦ с одноканальным техническим обеспечением свидетельствует, что с их помощью можно надежно управлять железными дорогами.

К безопасности обработки информации в системах, как с двухканальным, так и с одноканальным техническим обеспечением предъявляются высокие требования, однако они ограничиваются собственно функциями централизации. Типичным представителем систем этой категории является EBILOCK.

Повышенный уровень безопасности почти полностью исключает опасные отказы систем, а высокая эксплуатационная готовность ограничивает потребность во вмешательстве человека в процесс обеспечения безопасности. Однако за безопасность приходится платить, и применение недорогих систем СЦБ является вкладом в повышение конкурентоспособности железных дорог.

1.2 Сравнительный анализ систем МПЦ

1.2.1 Система ЭЦ-ЕМ

Система микропроцессорной централизации на базе УВК РА (ЭЦ-ЕМ) предназначена для централизованного управления средствами управляющей вычислительной техники объектами низовой и локальной автоматики - стрелками, светофорами, переездами и т.д. - на железнодорожных станциях с учетом выполнения всех требований, предъявляемых Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ к устройствам электрической централизации стрелок и сигналов, в условиях высокой степени безопасности (не ниже релейных систем электрической централизации).

Система ЭЦ-ЕМ может применяться на всех малых, средних и крупных станциях (узлах, раздельных пунктах и разъездах) с поездными и маневровыми передвижениями магистрального и внутризаводского железнодорожного транспорта России и стран ближнего зарубежья.

Система ЭЦ-ЕМ осуществляет в реальном времени сбор, обработку и хранение информации о текущем состоянии объектов ЭЦ. На основании полученной информации реализуются технологические алгоритмы централизованного управления станционными объектами низовой и локальной автоматики с формированием и выдачей управляющих воздействий. При необходимости дежурному по станции (ДСП) могут выдаваться пояснительные сообщения о результатах процесса управления. Одновременно производится непрерывная диагностика состояния системы с формированием и оперативной передачей в ПЭВМ рабочего места ДСП информации для отображения состояния объектов ЭЦ и результатов диагностирования микропроцессорных средств системы.

Управляющий вычислительный комплекс УВК РА является ядром системы ЭЦ-ЕМ и предназначен для управления стрелками и сигналами в составе микропроцессорной централизации в качестве постовых устройств на станциях. УВК РА был создан по заказу МПС в АО «Радиоавионика» (Санкт-Петербург) на основе технических требований, разработанных специалистами института «Гипротранссигналсвязь», с использованием самых современных методов построения отказобезопасных систем.

Централизованное управление станцией на базе УВК РА обеспечивается возможностью совмещения в одном комплексе функций ЭЦ, связи с объектом и связи с оперативно-технологическим персоналом (рабочие места дежурного по станции - РМ ДСП, автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ - АРМ ШН, и другие). Организация связи УВК РА системы ЭЦ-ЕМ с объектами управления и контроля позволяет обеспечить до 56 контролируемых дискретных входов на один модуль ввода и до 48 управляемых дискретных выходов на один модуль вывода с общим суммарным ограничением по количеству модулей ввода и вывода на один шкаф до 19. Общее количество дискретных входов - до 1080, дискретных выходов - до 790 (в исполнениях УВК РА, содержащих два шкафа).

Контролируемые параметры являются дискретной информацией, принимающей значения «0»/«1». В качестве датчиков используются контакты реле. Выходная управляющая информация выдается на обмотки реле с сопротивлением не менее 1600 Ом (например, Д3-2700, РЭЛ1-1600 или РЭЛ2-2400). Измерение и выдача аналоговых сигналов в системе не производится.

Электропитание выходных - входных каскадов устройств сопряжения с объектом управления осуществляется от двух источников питания с номинальным напряжением U2н=24В, (Umin=19В, Umax=32В), не входящих в состав УВК РА.

Решение комплекса задач в УВК РА системы выполняется непрерывно циклически. Время цикла - 1 секунда. Время реакции системы на любое внешнее воздействие составляет 1 - 2 секунды.

Максимальное количество одновременно обрабатываемых системой усредненных маршрутов в любой стадии обработки (установка, поддержание, отмена маршрутов и т.д.) составляет не менее 15.

При организации взаимодействия системы Основные функции управления и контроля реализуются в блоке БЦПУ, входящем в один из шкафов УВК РА. В свою очередь, блок БЦПУ содержит три одинаковых вычислительных канала, каждый из которых имеет две линии связи с двумя ПЭВМ РМ ДСП (до трех ПЭВМ в составе ЭЦ-ЕМ), с которого ведется управление объектами централизации. Каждая ПЭВМ физически связана с двумя различными вычислительными каналами. В процессе функционирования системы одна ПЭВМ находятся в рабочем режиме, вторая - в горячем резерве, третья (если есть) - в холодном резерве. При больших районах управления допускается деление станции на зоны управления с выделением самостоятельных комплектов органов управления и контроля для каждой из зон.

ЭЦ-ЕМ с вышестоящей системой дополнительно может использоваться координационно-согласующее устройство (КСУ), связанное со всеми ПЭВМ РМ ДСП.

В зависимости от состояния системы различаются три режима централизованного управления объектами:

- основной режим;

- вспомогательный режим;

- аварийный режим.

В процессе функционирования УВК РА обеспечивает реализацию технологических алгоритмов с целью обеспечения высокой пропускной способности станции при обеспечении необходимых условий безопасности.

Система ЭЦ-ЕМ позволяет организовать взаимодействие с вышестоящими системами. Такое взаимодействие организуется путем дополнительной установки координационно - согласующего устройства (КСУ), которое должно быть связано со всеми ПЭВМ РМ ДСП.

УВК РА системы ЭЦ-ЕМ обеспечивает связь с другими одноуровневыми комплексами и системами, а также с системами верхнего уровня, через интерфейс RS-422 методом последовательной передачи данных по проводам «витая пара».

1.2.2 Система EBILOCK - 950

В 1978 г. шведская фирма Ericson Signal установила первую электрон ную систему централизации в Гетеборге, в настоящее время эта фирма входит в состав компании Adtranz, где она слилась с сектором транспортной техники ныне прекратившего свое существование концерна AEG [6]. EBILOCK является частью семейства устройств, охватывающего весь спектр систем СЦБ. В него входят помимо МПЦ EBILOCK системы путевой блокировки EBILINE и переездной сигнализации EBIGATE. Для реализации центров управления движением поездов фирма предлагает систему EBICOS, в качестве системы автоматической локомотивной сигнализации - систему EBICAB.



Рисунок 1.6-Центральный блок обеспечения безопасности системы Ebilock - 950

Основу системы составляет центральный блок обеспечения безопас-ности (рис.1.6). Для управления и индикации выделен терминал, подключенный напрямую к этому блоку. При больших размерах или сложности зоны управления в установку монтируются другие устройства, в частности, предусмотрены системы автоматизированных рабочих мест. В этом случае терминал применяют для технического обслуживания и в качестве резервного средства управления. Центральный блок обеспечения безопасности выполнен как 16-разрядная ЭВМ со специализированными и стандартными компонентами. Он реализует всю логику системы централизации. Для крупных зон управления применяют несколько таких блоков, связанных последовательной линией передачи данных, которая для повышения надежности резервируется.

На рисунке 1.7 показаны: АРМ - рабочее место диспетчера; К-концентратор; OSG - приборы управления объектами. Линии передачи выполнены в виде кольца, которое начинается и заканчивается в центральном блоке обеспечения безопасности. При изломе кабеля в любом месте кольца работа системы продолжается без ограничений.

Каждому напольному устройству выделен свой прибор управления. Этот так называемый прибор управления содержит микропроцессор, диверситивное программное обеспечение для конкретного случая применения и платы для связи с центральным блоком обеспечения безопасности и управления напольным устройством. Прибор управления объектом не резервируется, причем даже в тех случаях, когда он управляет такими критически важными объектами, как входные стрелки на станциях. Приборы управления объектами вместе с концентраторами расположены в путевых аппаратных шкафах.

Концентраторы служат для регенерации сигналов и формируют пункты подключения к кольцевой линии передачи. Концентраторы через модемы обмениваются информацией друг с другом и с центральным блоком обеспечения безопасности. При отказе устройства электроснабжения одного из концентраторов информация передается через него таким образом, что это не нарушает работу других пунктов подключения к кольцевой линии. Передача информации с пути на поезд в системе АЛС EBICAB осуществляется посредством путевых приемоответчиков, получающих данные от приборов управления напольными сигналами.

Рисунок 1.7 - Структура системы МПЦ EBILOCK

Эти приемоответчики помимо сигнальных показаний передают также дополнительную информацию. К центральному блоку обеспечения безопасности системы EBILOCK - 850 может быть подключено примерно 300 приборов управления объектами. В системе начального уровня EBILOCK 950 возможно подключение до 100 приборов.

Обработка всех ответственных данных осуществляется двумя диверситивными программами А и В. Они выполняют идентичные функции и работают в одноканальной системе, хотя и используют ее по-разному (например, применяются разные регистры). Каждая из диверситивных программ создается своей группой разработчиков. Данные, вычисленные программами А и В, попеременно посылаются в прибор управления объектом, где происходит их сравнение. Команда управления объектом генерируется только при совпадении полученных данных. Передаваемые попеременно извещения прибора управления объектом, также сформированные диверситивными программами, сравниваются в центральном блоке обеспечения безопасности программными средствами. Для повышения эксплуатационной готовности возможно резервирование центрального блока обеспечения безопасности. В этом случае резервная ЭВМ получает все данные от рабочей ЭВМ, причем гарантируется, что данные обновляются не позднее чем через каждые 20 с. После переключения в режим рабочей резервная ЭВМ продолжает использовать имеющиеся данные, обновляя их при помощи извещений от приборов управления объектами. Однако уже разрешенные команды блокируются при этом через 2 мин.

1.3 Основные эксплуатационно-технические требования к МПЦ

МПЦ должна контролировать и отображать:

? положение и режим работы стрелок, включая передачу их на местное управление;

? состояние путей, стрелочных секций и путевых участков, включая участки приближения и удаления;

? состояние сигналов;

? задание и отмену маршрутов, включая их искусственное замыкание и размыкание;

? взаимодействие с другими устройствами автоматики на станции и перегонах;

? диагностическую и справочную информацию.

Управление стрелками, сигналами и задание маршрутов МПЦ должна обеспечивать в одном из трёх режимов: маршрутном, раздельного управления и ответственных команд. При невозможности реализации команд раздельного или маршрутного режима непосредственно в момент задания должен происходить сброс команды. Накопление команд не допускается. На устройства отображения должен выводиться путевой план станции в однониточном изображении с указанием номеров стрелок, светофоров, путевых участков и других объектов (участков приближения, переездов и пр.); восприятие графической и текстовой информации на мониторах должно быть однозначно понятным и не вызывать разногласий в чтении. МПЦ должна удовлетворять требованиям Инструкции по обеспечению безопасности при производстве работ по техническому обслуживанию устройств СЦБ ЦШ-530, предъявляемым к ЭЦ. МПЦ должна формировать и выводить в САУТ для передачи на локомотив информацию об установленном маршруте движения поезда по станции. Микропроцессорная аппаратура должна обеспечивать диагностику исправной работы устройств МПЦ. МПЦ должна содержать: оборудование рабочего места ДСП (АРМ ДСП), включая пульт резервного управления; управляющий вычислительный комплекс (УВК); исполнительные релейные или бесконтактные устройства; напольные устройства; устройства энергоснабжения. АРМ ДСП должен содержать основную и резервную ЭВМ индустриального исполнения с цветными мониторами, пульт резервного управления, кнопки ответственных команд и устройство регистрации. Для крупных станций, имеющих более одного АРМ ДСП, может предусматриваться выносное табло коллективного пользования. Аппаратура УВК должна обеспечивать сбор данных о состоянии объектов управления и отдельных исполнительных схем путем циклического опроса датчиков (через контроллеры). Ввод данных от релейных устройств должен осуществляться с использованием фронтового и тылового контактов реле через устройства гальванической развязки. Если по истечении времени, достаточного для реализации команды, сохраняется прежнее состояние объекта, то в УВК должен происходить сброс команды с выдачей на АРМ ДСП соответствующего сообщения. Релейные исполнительные схемы должны содержать схемы управления стрелками и сигналами, контроля их состояния, контроля состояния путевых участков и др. В МПЦ должны применяться как существующие напольные устройства систем ЭЦ, так и перспективные, разработанные для применения в МПЦ. Для управления стрелками преимущественно должны применяться схемы с электродвигателями переменного тока, для контроля участков - тональные рельсовые цепи. Система МПЦ, являющаяся устройством, обеспечивающим безопасность движения поездов, должна относиться к первой категории энергопотребителей. Каждый изолированный источник питания должен иметь устройства контроля сопротивления изоляции по отношению к земле, а также между цепями (допустимо осуществление косвенного контроля). Программное обеспечение должно быть объектно-ориентированным, содержать необходимый набор программных модулей, допускать оперативное изменение в соответствии с составом и взаимозависимостями элементов путевого развития станции и иметь защиту от несанкционированных изменений на аппаратном и программном уровне. Информационное обеспечение программных модулей должно включать в себя полный набор данных технологического характера с возможностью расширения, как области констант, так и устанавливаемых параметров, флагов и состояний объектов. Применяемая защита данных должна обеспечивать вероятность возникновения искажения для перечисленных информационных массивов на уровне не хуже 10^-14 на одно состояние объекта. Наработка на отказ постовой аппаратуры должна составлять не менее 10 000 час. Интенсивность опасных отказов МПЦ должна составлять не более 10^-111/ч на стрелку.

1.4 Перспективы развития микропроцессорных централизаций

Опыт эксплуатации первых систем МПЦ на железных дорогах мира показал их эксплуатационные и технические преимущества перед релейными системами. Учитывая быстрые темпы развития и совершенствования микроэлектронной и микропроцессорной техники, снижение её стоимости, можно утверждать, что с течением времени МПЦ станут основными системами станционной автоматики. Основными преимуществами микропроцессорных централизаций являются: высокая безопасность и безотказность; расширенные функциональные возможности; упрощение процессов проектирования, изготовления, строительства и ремонта; уменьшение стоимости материалов. Общая безопасность и безотказность систем МПЦ более высока, чем у релейных систем ЭЦ.

Применение микропроцессорной техники позволяет дополнить ЭЦ новыми функциями, сделать уровень системы более интеллектуальным. При этом наметились следующие тенденции: включение МПЦ в общую систему управления движением поездов на участке; организация автоматизированного сбора информации с других станций и подсистем для оптимизации принимаемых решений; автоматическая установка маршрутов в соответствии с текущим временем и графиком движения поездов; использование компьютерной системы в режиме советника для ДСП и в качестве экспертной системы.

Принципиальным отличием МПЦ от релейных систем является то, что алгоритмы централизации реализуются в них программным способом. Это позволяет легко настраивать типовое программное обеспечение для конкретной станции и создавать системы автоматического проектирования (САПР). Изготовление и строительство МПЦ упрощается, так как в них исключается большой объем монтажных работ, неизбежный для релейных систем. Для облегчения процессов ремонта МПЦ снабжают развитой системой технического диагностирования и выполняют в виде контролепригодных систем с индикацией отказов. При разработке новых релейных систем ЭЦ наблюдалась устойчивая тенденция увеличения стоимости и расхода дефицитных материалов. В то же время наблюдается тенденция уменьшения стоимости устройств МПЦ. Результатом ?пересечения? этих двух тенденций является экономическая перспективность применения МПЦ.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технические требования, предъявляемые к разрабатываемой системе МПЦ.

Система микрокомпьютерной ЭЦ должна удовлетворять общим требованиям к электрической централизации стрелок и сигналов, изложенным в "Правилах технической эксплуатации железных дорог РФ". Москва, Транспорт, 2000 г.

Система должна предоставлять ДСП необходимую информацию для организации работы станции, а именно:

? Контроль положения стрелок.

? Контроль свободности и занятости стрелочных секций, путей, участков путей.

? Контроль подходов к станции.

? Контроль объектов, отключенных от управления.

? Контроль неисправного состояния объектов.

? Контроль кратковременных отказов устройств, не приводящих к перекрытию светофоров на запрещающее показание.

? Контроль установленного маршрута и открытого сигнала и контроль проследования поезда по маршруту.

2.1.1 Возможности системы МПЦ

Устройства МПЦ должны обеспечивать:

? Возможность установки и отмены поездных и маневровых маршрутов с обеспечением их условий безопасности в соответствии с путевым развитием станции.

? Возможность индивидуального управления стрелками.

? Возможность отключения стрелок, светофоров и секций от управления.

? Возможность подключения стрелок, светофоров и секций к управлению.

? Возможность замыкания маршрутов при отдельных неисправностях с приемом и отправлением по пригласительному сигналу или приказу.

? Автоматическое посекционное размыкание.

? Автоматическое размыкание неиспользованной части маршрута при угловых заездах.

? Искусственное размыкание секций.

? Возможность предоставления обслуживающему персоналу необходимого сервиса для проведения процесса технического обслуживания.

? Возможность передачи необходимой информации ДНЦ, ШЧД и др.

? Возможность передачи станции на дистанционное управление.

? Необходимую увязку с работой переезда на станции и перегоне.

? Возможность увязки с перегонными системами, системами АЛС, САУТ, ПОНАБ, ДЦ и др.

? Возможность увязки с системами оповещения монтеров пути.

? Возможность изменения направления движения на перегоне.

? Возможность передачи определенных путей и стрелок станции на местное управление.

? Возможность накопления маршрутов и возможность исключения накопления маршрутов на уровне АРМ.

? Возможность введения режима передачи на управление с соседней станции светофоров главных путей при релейной полуавтоматической и автоматической блокировках, организации дополнительных физических линий связи.

? Возможность автоматической нормализации устройств полуавтоматической блокировки на обеих станциях при отмене маршрута отправления.

Устройства МПЦ должны исключать:

? Открытие входного (маршрутного, выходного) светофора на занятый путь.

? Установку поездного маршрута или маневрового маршрута по двум белым огням на путь, на который установлен встречный поездной или маневровый маршрут, или на путь, переданный на местное управление. Возможность установки поездного или маневрового маршрута на путь или с пути, переданного на ограждение.

? Возможность установки маневрового маршрута по трассе установленного поездного маршрута и возможность установки поездного маршрута, включающего в себя установленный маневровый маршрут.

? Возможность установки встречных маневровых маршрутов на бесстрелочный участок в горловине станции.

? Перевод замкнутой или заблокированной стрелки.

? Перевод стрелки входящей в занятую секцию, без специальной команды.

? Установку маршрута, если отсутствует контроль положения стрелки.

? Установку и замыкание маршрута при занятой секции, без специальной команды ДСП.

? Открытие сигнала, при занятой секции, входящей в маршрут.

? Возможность передачи стрелок на местное управление, если одна из секций, входящих в район местного управления, замкнута, или на один из путей, передаваемых на местное управление, установлен поездной маршрут, или путь "взят на ограждение", или, если одна из стрелок, формирующих вытяжку или район местного управления, не имеет необходимого контроля положения.

? Возможность установки маршрута отправления, если перегон не установлен в направлении отправления.

? Возможность установки маршрута на перегон, если ранее на перегон был отправлен хозяйственный поезд с ключом- жезлом, и ключ-жезл не возвращен на место.

? Возможность смены направления на перегоне, если изъят ключ-жезл для хозяйственного поезда, или если на перегон установлен маршрут отправления, или если для двухпутного перегона не получено согласие ДСП соседней станции на смену направления.

? Возможность сохранения разрешающего показания на светофоре, ограждающем маршрут при искусственной разделке секций по трассе маршрута.

? Возможность сохранения на светофоре темного показания при перегорании лампы разрешающего огня.

? Возможность сохранения на светофоре разрешающего показания при потере положения стрелки, входящей в маршрут или являющейся охранной. Возможность сохранения на светофоре разрешающего показания при занятости секции, за исключением первой секции в маневровом маршруте.

? Возможность отмены маршрута при открытом сигнале.

? Возможность отмены маршрута без необходимой выдержки времени при занятости участка приближения.

? Возможность отмены маршрута при переходе короткой подвижной единицы через стык.

? Возможность размыкания секций маршрута при кратковременной потере шунта.

? Возможность размыкания первой секции поездного маршрута при нахождении поезда на участке приближения и перемежающемся коротком замыкании (менее 4 сек.) в стыках между первой и второй секциями маршрута.

? Возможность размыкания секций маршрута при переключении питания рельсовых цепей в результате разновременной работы путевых реле.

? Возможность перекрытия сигнала при переключении фидеров питания.

? Возможность установки встречных поездных маршрутов до поездных светофоров в створе.

? Возможность установки маршрута, если отсутствует контроль положения охранной стрелки или контроль свободности негабаритного участка (при снятии ДСП проверки соответствующего контроля маршрут должен устанавливаться, но светофор на разрешающее показание не должен открываться).

? Возможность установки поездного или маневрового маршрута, если продолжение установленного маневрового маршрута (при перегорании запрещающего показания на светофоре прикрытия) пересекает предполагаемый к установке маршрут.

? Возможность установки маневрового маршрута светофора прикрытия при перегорании на светофоре прикрытия запрещающего показания, если продолжение этого маршрута пересекает установленный поездной или маневровый маршрут.

2.1.2 Функции системы МПЦ

Система МПЦ должна обеспечивать выполнение следующих функций:

? Технологическое управление объектами на станции (основные функции ЭЦ по централизации стрелок и сигналов).

? Контроль состояния объектов на станции.

? Обеспечение безопасности движения поездов.

? Диагностика.

? Взаимодействие с оператором.

? Сопряжение с системами такого же или более высокого уровня.

Технологические функции управления объектами на станции должны включать в себя функции основного режима управления и функции вспомогательного режима управления. При выполнении функций управления объектами на станции системой МПЦ должны автоматически проверяться условия выполнения данных функций.

Технологические функции основного режима управления объектами на станции должны выполняться при полностью работоспособной системе МПЦ, выполняющей все требования алгоритмических зависимостей взаимного замыкания стрелок, сигналов, переездов и перегонов и др. при полностью работоспособных объектах управления и контроля. Эти функции должны включать в себя:

? Установку маршрутов и их отмену с необходимой выдержкой времени (поездных и маневровых, в том числе и поездных маршрутов с автодействием), открытие сигналов, ограждающих маршрут, с проверкой необходимых условий безопасности и замыканием элементов (секций) маршрута.

? Автоматическое посекционное размыкание использованных секций маршрута (поездного и маневрового) по ходу движения поезда. Автоматическое групповое размыкание поездного маршрута после проследования поезда и оставления вагонов на участке приближения.

? Автоматическое размыкание неиспользованной части маневрового маршрута при угловых заездах.

? Автоматическое перекрытие поездного сигнала на запрещающее показание при вступлении поезда на маршрут.

? Перекрытие разрешающего показания светофора без отмены установленного маршрута.

? Перекрытие разрешающего показания светофора с отменой установленного маршрута.

? Повторное открытие сигнала ДСП (при его случайном перекрытии или при прерывании отмены), ограждающего замкнутый маршрут, за исключением выходных сигналов при полуавтоматической блокировке, перекрывающегося в результате занятости рельсовой цепи по маршруту.

? Увязку с переездными устройствами, находящимися в пределах станции, и переездными устройствами на перегоне, если в участки приближения к ним входят станционные рельсовые цепи, и устройствами ограждения пешеходных дорожек и оповещения монтеров пути (подача извещения о приближении поезда и снятие извещения о приближении поезда).

? Передачу путей, вытяжек и стрелок на местное управление (МУ) и возврат их на центральное управление (ЦУ).

? Управление стрелками и маневровыми светофорами в районе местного управления.

? Ограждение путей по запросу от ПТО (пункт технического осмотра) и снятие ограждения.

? Увязку с напольными устройствами автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) и системами автоматического управления тормозами (САУТ), предусмотренными на станциях и участках приближения.

? Управление устройствами смены направления движения на перегоне.

? Индивидуальный перевод стрелок с контролем свободности стрелочной секции.

? Индивидуальное отключение стрелки от управления и индивидуальное подключение стрелки к управлению. Индивидуальное отключение стрелки от управления должно индицироваться.

? Снижение напряжения на лампах станционных и проходных светофоров.

? Увязку с системами пневматической очистки стрелок и электрообогрева стрелочных переводов.

Реализация функции "установка поездного маршрута приема или передачи с открытием светофора" осуществляется в соответствии со следующими этапами: замыкание маршрута от начального светофора до поездного светофора ограничивающего маршрут и открытие сигнала на разрешающее показание.

При замыкании маршрута должны проверяться следующие условия:

а) Свободность путевых и стрелочных секций, участвующих в маршруте, свободность негабаритных участков;