Оборудование станции к Западно-Сибирской железной дороги микропроцессорной системой централизации Ebilock-950

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оборудование станции к Западно-Сибирской железной дороги микропроцессорной системой централизации Ebilock-950

Введение

светофор маршрутизация управление электропривод

Работники хозяйства СЦБ решают задачу повышения эффективности работы отрасли путем обновления технических средств и перехода на современные технологии обслуживания. Одной из основных задач комплексной модернизации является оздоровление технических средств железнодорожной автоматики. Наиболее рациональный путь - замена технических средств на альтернативные микропроцессорные и гибридные системы, взамен морально устаревших, плохо модернизируемых.

Применение микропроцессорных ЭЦ позволит: сократить капитальные вложения за счет уменьшения числа используемой аппаратуры, замены пультов управления, использования меньшего числа жил в цепях управления; оптимизировать работу оперативного персонала по управлению движением с помощью автоматизации рутинных операций ДСП; расширить выполняемые функции ЭЦ; повысить безопасность движения поездов и контроль за работой ДСП и устройств ЭЦ, используя средства диагностики, контроля и протоколирования их работы.

Микропроцессорные системы превосходят релейные и по основным критериям надёжности. Они имеют меньшее время восстановления, меньшее потребление электроэнергии, проще в эксплуатации и не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Микропроцессорные централизации станций, находящиеся в диспетчерском круге, легко организовываются в круг диспетчерской централизации и не требуют для этого установки дополнительных стативов с аппаратурой.

Специалисты ВНИИЖА, на основе анализа зарубежных МПЦ, рекомендовали для внедрения на железных дорогах России систему Ebilock-950 шведской фирмы АВВ. Эта система отвечает всем требованиям по безопасности движения поездов, проста и надёжна при эксплуатации. С этой целью создано совместное предприятие ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)».

Микропроцессорная централизация с центральным процессором Ebilock-950 разработана для управления стрелками, светофорами и другими объектами на станции [1]. Центральный процессор системы, адаптированный к условиям Российских железных дорог и система объектных контроллеров, являются основным звеном МПЦ. В системе МПЦ используется напольное оборудование и релейная аппаратура российского производства.

В дипломном проекте рассмотрим разработку и внедрение МПЦ для действующей станции К Западно-Сибирской железной дороги.

1. Эксплуатационные основы проектирования ЭЦ

1.1 Характеристика станции и существующих устройств ЭЦ

Станция К расположена на участке электрифицированном на постоянном токе. К станции примыкают двухпутные перегоны К-Чаны, К-Тебисская. Данные перегоны оборудованы двухпутной кодовой автоблокировкой постоянного тока частотой 50 Гц с постоянным вариантом смены направления движения по обоим путям. Сигнальные точки по альбому АБ-1-К-25-50-ЭТ-82 для обоих путей без светофоров в неправильном направлении и ездой по сигналам АЛСН.

Участок, на котором расположена станция, оборудован путевыми устройствами системы автоматического управления тормозами с программируемым и непрограммируемым генератором (САУТ-Ц).

Всего по станции К насчитывается 19 рельсовых цепей, 14 стрелок и 21 светофоров: 12 поездных и 9 маневровых. Все стрелки оборудованы устройствами электрообогрева стрелочных переводов и обогревом контактной системы автопереключателей.

Станция оборудована морально устаревшей и физически изношенной электрической централизацией, не отвечающей современным требованиям безопасности движения - МРЦ по типовым решениям ТР-43.

Технологическое оборудование ЭЦ и рабочее место дежурного по станции (ДСП) размещено в существующем здании поста ЭЦ.

Данным проектом предусматривается полная замена устаревших существующих устройств ЭЦ на микропроцессорную централизацию (МПЦ).

В маршрутизации предусматриваем все возможные варианты передвижения подвижного состава, допускаемые путевым развитием станции.

Расстановку поездных и маневровых светофоров выполняем с учетом особенностей технологии работы станции и принятой специализации приемо-отправочных путей.

В электрическую централизацию включаем стрелки, по которым производятся маршрутизированные поездные и маневровые передвижения. Стрелки, включенные в электрическую централизацию, оборудуем электроприводами ВСП-150 с электродвигателями переменного тока МСТ-0,3ВСП напряжением 190В с центральным питанием. Схема управления стрелочными приводами - семипроводная.

Рельсовые цепи - тональные по нормалям ГТСС. Рельсовыми цепями оборудуем все приемо-отправочные пути, централизуемые стрелки и участки пути в централизованных участках станции. Разбивку на изолированные участки производим с учетом разработанной маршрутизации, расстановки светофоров и условий работы станции.

Проектируемую МПЦ увязываем с существующими устройствами кодовой автоблокировки. Схему смены направления принимаем четырехпроводной с защитой от подпитки проводов контроля свободности перегона от постороннего источника.

Существующие устройства САУТ увязываем с МПЦ с использованием интерфейсных реле.

1.2 Выбор системы ЭЦ и ее общая характеристика

Федеральное агентство железнодорожного транспорта и ОАО «Российские железные дороги» в своих распоряжениях и решениях обязывают при проектировании объектов нового строительства, реконструкции и техническом перевооружении существующих устройств, применять релейно-процессорные и микропроцессорные централизации стрелок и светофоров. Во исполнении этих решений институтом ГТСС по указанию ОАО «РЖД» №1247/1612 от 01.11.05 г. были разработаны новые нормы технологического проектирования систем ЭЦ. По этим нормам предлагается ряд решений по проектированию систем ЭЦ, в частности для станций с числом стрелок до 60. Для таких станций проектируется микропроцессорная централизация типа Ebilock-950 по типовым материалам для проектирования 410207 «МПЦ Ebilock-950». Альбомы с первого по четвертый вместе с микропроцессорной автоблокировкой системы АБТЦ-Е. Также можно проектировать либо релейно-процессорную централизацию, либо микропроцессорную централизацию типа ЭЦ-ЕМ.

Для проектируемой станции К рассмотрим только микропроцессорную централизацию Ebilock-950.

Эта система одна из первых была внедрена и одобрена для работы на Российских железных дорогах. Впервые эта система была внедрена еще в июне 1999 г. в опытную эксплуатацию на станции Калашниково Октябрьской дороги. Через год приемочная комиссия приняла опытный образец системы в постоянную эксплуатацию и рекомендовала МПЦ Ebilосk-950 для применения на Российских железных дорогах.

В состав МПЦ входят (рисунок 1.1):

- аппаратура управления и контроля (АРМ ДСП, АРМ ШН, АРМ ПТО, АРМ МУ);

- центральная обрабатывающая система (центральный процессор ЦП);

- объектные контроллеры (ОК) и концентраторы связи (КС);

- напольное оборудование ЭЦ (объекты управления и контроля);

- устройства электропитания (ЭПУ).

МПЦ может быть как с централизованным, так и с децентрализованным расположением оборудования. В МПЦ с централизованным расположением аппаратура непосредственного управления напольными устройствами (ОК) располагается на центральном посту, а в МПЦ с децентрализованным расположением - в модулях контейнерного типа (МОК), установленных в горловинах станции. Для проектируемой станции выбираем централизованное расположение оборудования.

Один комплект центрального процессора может управлять объектами станции с 30 - 60 стрелками. Если необходимо централизовать станцию с большим количеством стрелок, то есть возможность расширить систему путём подключения к центральному компьютеру ещё одного или более компьютеров. При этом ёмкость системы характеризуется следующими параметрами:

- максимальное количество петель связи - 12;

- максимальное количество концентраторов в каждой петле связи - 15;

- максимальное количество ОК, подключаемых к концентратору - 8;

- максимальное количество ОК на петлю связи - 32;

- общее количество объектных контроллеров, подключаемых к одному комплекту Ebilock-950, не может превышать 64.

Рисунок 1.1 - Структурная схема МПЦ Ebilock-950

1.3 Однониточный план станции

Схематический план станции является первоначальным документом, на основе которого осуществляем проектирование устройств автоматики и телемеханики. Схематический план путевого развития станции с осигнализованием и указанием ординат объектов показан в приложении А.

На станции 4 станционных пути, по которым возможно передвижение в обоих направлениях, 2 подъездных пути, 1 тупик.

Маршруты сквозного пропуска поездов предусматриваем по сигналу Н по П на УП и по сигналу Ч по П на УП. Маршруты безостановочного пропуска на УП - по сигналу Н по , 3 путям, по сигналу Нд по , путям; на УП - по сигналу Ч по , 4 путям, по сигналу Чд по , путям.

Для кодирования маршрутов сквозного пропуска и пути оборудуем устройствами автоматической локомотивной сигнализацией непрерывного типа (АЛСН). Для кодирования маршрутов приёма и отправления поездов в чётном и нечётном направлениях и 3-ий приемоотправочные пути оборудуем устройствами АЛСН.

У входных сигналов с литерами Ч, Чд, Н, Нд на участках 2АП, 1БП, 1АП и 2БП, устанавливаем аппаратуру системы автоматического управления тормозами централизованную (САУТ-Ц).

На схематическом плане показываем: пост ЭЦ, изолирующие стыки рельсовых цепей, светофоры, релейные шкафы, переезд, а также другие объекты и данные, необходимость нанесения которых диктуется более полной постановкой задачи по проектированию.

Расстановка поездных и маневровых сигналов. Места установки и порядок нумерации станционных светофоров регламентируется нормалями.

Станцию со стороны перегонов ограждаем мачтовыми входными светофорами, имеющими литеры Ч и Н в соответствии с направлением прибывающих поездов. Дополнительные входные светофоры Нд и Чд, предназначенные для приема поездов следующих по неправильному пути, устанавливаем на расстоянии 303 м. от начала остряков первой противошерстной стрелки.

Выходные светофоры устанавливаем с учетом специализации станционных путей. С главных предусматриваем их мачтовыми, а с боковых - карликовыми. В случае, когда выходной светофор совмещен с маневровым, на общем носителе добавляем лунно-белый огонь. На однониточном плане имеют литеры: НI, НII, Н3, Н4, ЧI, ЧII, Ч3, Ч4.

Маневровые светофоры устанавливаем карликовыми. По своему эксплуатационному назначению подразделяются на следующие группы:

- разрешающие движение со станционных путей в горловину;

- разрешающие движение из тупиков;

- светофоры с участков перекрытия за входным светофором.

Специализация и нумерация путей. На плане проектируемой станции К все пути обезличены, то есть прием и отправление поездов может осуществляться в обоих направлениях.

Рядом с наименованием путей проставляем их полезные длины, которые определяем от соответствующего выходного светофора до предельного столбика противошерстной стрелки (изостыка пошерстной стрелки) в противоположной горловине.

Оборудование стрелок электроприводами. Стрелки на однониточном плане показываем в нормальном (плюсовом) положении.

Нумерацию стрелок осуществляем четными цифрами со стороны прибытия четных поездов, нечетными - со стороны прибытия нечетных в порядке возрастания, начиная от границы станции по направлению к пассажирскому зданию. Стрелкам съездов присваиваем последовательную пару цифр.

Марка крестовины стрелки и тип рельса:

- по главным путям - 1/11, Р65;

- по боковым и прочим - 1/9, Р65.

1.4 Маршрутизация передвижений и таблица зависимостей

Все передвижения на станции предусматриваем маршрутизированными. Маршрутизированными называются передвижения, производимые по разрешающему показанию светофоров с соблюдением безопасности движения поездов. Маршрутизацию необходимых маневровых и поездных передвижений производим на основании специализации путей и технологического процесса работы станции. Таблицы зависимостей приведены в приложении Б.

Различают маршруты приема и отправления поездов, сквозного их пропуска по станции, передачи из парка в парк и маневровые. Маршрут называется основным, если он позволяет выполнить поездные или маневровые передвижения от начала до конца маршрута по кратчайшему расстоянию, с наибольшей скоростью и наименьшим количеством враждебных маршрутов. Вариантные маршруты имеют одинаковые с основным начало и конец, однако их трасса отличается от основного маршрута положением стрелок. Вариантные маршруты задаются при нажатии трех и более кнопок.

Требования по безопасности движения поездов взяты из [2] и сводятся к следующему:

- при неустановленном маршруте стрелки должны быть свободны для перевода, а сигнальные приборы - находится в запрещающем положении;

- открытие сигнала возможно только при готовом маршруте и свободном пути следования;

- при открытом сигнале должна быть исключена возможность перевода стрелки, входящей в маршрут. Освобождение её для перевода должно происходить только после фактического проследования по ней поезда.

Следовательно, органы и объекты управления на станциях находятся в определенных зависимостях друг от друга, которые выявляются в каждом конкретном случае при проектировании устройств централизации и излагаются в таблице зависимостей.

1.5 Двухниточный план станции

Двухниточный план станции приведен в приложении В. Он создается на стадии проектирования станции и является основным документом по оборудованию станции рельсовыми цепями и размещению путевого оборудования электрической централизации. За основу для построения двухниточного плана берем однониточный план станции.

Составление двухниточного плана выполняем в следующем порядке:

1) Вычерчиваем путевое развитие станции.

2) Переносим с однониточного плана все изолирующие стыки, добавляем дополнительные изостыки и устанавливаем перекидные соединители.

3) Осуществляем разгонку частот.

4) Устанавливаем ДТ и аппаратуру РЦ.

5) Производим нумерацию секций.

6) Проектируем канализацию обратного тягового тока и отсосы на ТП.

7) Расставляем приводы, светофоры.

Рассмотрим эти пункты подробнее. На первом этапе вычерчиваем план станции в двухлинейном представлении в соответствии со стандартами. После этого переносим с однониточного плана изолирующие стыки. На однониточном плане приведены не все изостыки, в частности там не указаны изолирующие стыки, устанавливаемые на стрелках для снятия КЗ через крестовину. При расстановке этих стыков учитываем тот факт, что на главных путях необходимо все изостыки ставить на ответвлении, чтобы не снижать надежность действия АЛС (передачу кодов на локомотив по РЦ). В разветвленных РЦ для обтекания сигнальным током ответвлений применяем двойные медные перекидные (стрелочные) соединители.

РЦ защищаем от взаимного влияния при замыкании ИС между ними. Так как мы применяем ТРЦ, то данную защиту обеспечиваем чередованием в смежных РЦ несущих и модулирующих частот. ТРЦ, работающие на одной несущей и одной модулирующей частоте, по возможности разделяем не менее чем тремя парами ИС. Поскольку с ростом частоты затухание сигнала возрастает, стремимся применять в более длинных ТРЦ меньшие несущие частоты. Так как приемо-отправочные пути обладают большой протяженностью, в середине ТРЦ этих путей устанавливаем путевые генераторы, а по краям путевые приемники.

Все РЦ проектируем двухниточными. На этом этапе расставляем дроссель-трансформаторы для пропуска тягового тока и указываем, где будут релейные и питающие концы у ТРЦ.

Дроссель-трансформаторы устанавливаем по концам рельсовых цепей, при этом учитываем, что с каждого изолированного участка должно быть не менее двух выходов для тягового тока (больше двух тоже нежелательно - увеличение аппаратуры). В тупике ДТ не устанавливаем. Средние точки ДТ соседних путей у входных светофоров со стороны ТП объединяем. В ТРЦ количество ДТ может быть любым, в отличие от фазочувствительных РЦ.

ИС съездов главных путей станции на двухпутных линиях оборудуем схемой контроля схода (КЗ) ИС - КСС. Данная схема исключает возможность восприятия чужого кода АЛС при параллельном движении поездов в случае схода ИС на съезде.

Стрелочные, бесстрелочные и приемоотправочные пути нумеруем на двухниточном плане между рельсами пути.

Приемоотправочные пути нумеруем также, как на однониточном плане.

Номер стрелочного участка состоит из номеров стрелок входящих в участок (номеров крайних стрелок, если их три) и букв «СП» (например: 2-8СП, 4-6СП, 10СП). Бесстрелочные участки после входных светофоров нумеруем в нечетной горловине - «НП» и «НДП», в четной горловине - «ЧП» и «ЧДП». Бесстрелочные участки в горловине обозначаем номерами стрелок, между которыми заключен участок.

Также предусматриваем аппаратуру кодирования АЛС, причем направление кодирования показываем буквой «к».

В горловинах станций и между приемоотправочными путями у нас образовались замкнутые контуры из РЦ. По условиям выполнения контрольного режима работы РЦ для исключения обходных цепей сигнального тока по междроссельным и междупутным перемычкам и другим РЦ длина такого контура должна быть не менее четырехкратной максимальной длины РЦ, входящей в контур, т.е. должно выполняться условие:

(1.1)

где - длина самой протяженной РЦ контура, м;

- суммарная длина всех РЦ контура.

Длину РЦ можно найти по формуле:

(1.2)

где - длины ответвлений РЦ;

- количество длин ответвлений РЦ.

Рассмотрим расчет обоих замкнутых контуров.

Первый контур: 10СП, 3АП, 16СП, 3БП, 11СП, IП.

Рассмотрим пример расчета длин РЦ с применением формулы (1.2):

, следовательно, в этом контуре не требуется расконтуровка.

Второй контур: 12СП, 14СП, IIП, 9СП, 4П.

, следовательно, контур тоже оставляем.

На рисунке 1.2 представлена схема канализации обратного тягового тока.



Рисунок 1.2 - Схема канализации обратного тягового тока

Нумерация стрелочных приводов аналогична нумерации стрелок на однониточном плане. Стрелочные электроприводы не допускается размещать в междупутье между главными путями. В остальных случаях приводы расставляем исходя из удобства обслуживания. Поскольку применяем семипроводную схема управления стрелочным электроприводом, возле каждой стрелки устанавливаем муфту.

Положение светофоров переносим на двухниточный план с однониточного, их нумерация также не изменяется.

На двухниточном плане указываем ординаты воздушных промежутков КС, релейные шкафы входных светофоров, кабельную трассу с указанием ординат разветвительных муфт, различные станционные сооружения.

2. Техническое обеспечение ЭЦ

2.1 Структурная схема МПЦ

Система централизации Ebilock-950 фирмы Adtranz Signal является расширяемой электронной и компьютерной системой, предназначенной для обеспечения безопасности при движении поездов. Система разработана для управления станциями с любыми типами путевого развития независимо от их размера и перегонов. В совместном предприятии ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)» выполнены адаптационные работы шведского и финского АРМ к условиям российских железных дорог.

Структурная схема системы МПЦ Ebilock-950 [3], а также автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ-ДСП) и дежурного электромеханика (АРМ-ШН) представлены в приложении Г.

На структурной схеме МПЦ показано:

- автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП);

- автоматизированное рабочее место электромеханика (АРМ ШН);

- резерв АРМ ДСП;

- источник бесперебойного питания (ИБП);

- распределительный щит входной (РЩ);

- центральный компьютер (ЦК);

- концентраторы (КС);

- объектные контроллеры (ОК);

- внешние устройства.

Автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) служит для контроля и управления поездным движением. Это интерфейс между системой централизации и человеком. От дежурного по станции в систему поступают команды (например, отмена или установка маршрута), из системы на АРМ идёт индикация - визуальное представление событий на станции. Работа со станционными объектами ведется через систему объектных контроллеров, скомпонованных в концентраторы. Концентраторы и компьютер централизации связаны между собой петлей связи.

АРМ может быть как локальным, т.е. располагаться на станции, так и удаленным при диспетчерской централизации в перспективе.

Аппаратные требования к АРМ-ДСП взяты из [4]:

- монитор 18,1 LCD (плоский);

- графический адаптер «Matrox Millenium»;

- промышленный компьютер в корпусе РАС-125 на базе процессора Celeron-466, память SDRAM-64 Mb, HDD-10 Gb;

- сетевая карта для включения в локальную сеть;

- клавиатура G-83;

- манипулятор типа «мышь»;

- принтер Oki Microline-3310;

- звуковая карта с внутренними усилителями;

- пассивные колонки.

АРМ может:

- устанавливать маршруты для пропуска поездов, задавать команды и получать индикацию от напольного оборудования;

- обеспечить обработку поступающих сбоев / неисправностей и событий.

При подключении АРМ в информационную сеть существует возможность предоставлять достоверную оперативную информацию по «истории» поездной работы руководству дороги.

Применение стандартного персонального компьютера в качестве аппаратной реализации АРМ позволяет снизить стоимость и упростить эксплуатацию и обслуживание системы МПЦ.

Основными функциями АРМ-ДСП являются:

- отображение путевого развития станции с показом текущего состояния объектов контроля и управления;

- обработка команд дежурного по станции;

- регистрация событий;

- обработка сигналов о неисправностях;

- отображение журнала событий и списка неисправностей.

Автоматизированное рабочее место электромеханика (АРМ ШН). Пользовательский интерфейс и общие принципы построения АРМ дежурного по станции и дежурного электромеханика во многом схожи. В АРМ дежурного электромеханика сокращен набор допустимых команд. Общие принципы построения пользовательского интерфейса приведены на примере АРМ дежурного по станции.

Аппаратные и программные требования взяты из [4]:

- монитор 18,1 LCD (плоский);

- Pentium 133 MHz, 64 Mb RAM, 10Gb жесткий диск, CD-ROM и / или накопитель ZIP;

- операционная система Windows NT 4.0 должна поддерживать взаимодействие по протоколу TCP/IP и иметь стандартные программы ftp и telnet для связи с IPU950;

- стандартная сетевая карта, поддерживаемая операционной системой, для взаимодействия между АРМ и системой.

Возможно три способа подключения АРМа к системе через плату DEM:

- используя AUI разъем. Разъем в системе IPU950 - типа DB15, «мама»;

- используя коаксиальный кабель. Используется разъем BNC, 3 Т-образных разветвителя и две 50-омные заглушки;

- используя адаптер. Данный способ используется для соединения оборудования, например, витой парой. В этом случае на AUI разъем устанавливается переходной адаптер.

АРМ ШН подсоединяется к IPU950 и обеспечивает взаимодействие электромеханика с системой. АРМ ШН представляет собой экранное приложение, работающее на персональном компьютере и использующее сетевое взаимодействие.

АРМ ШН также имеет следующие возможности:

- индикация ошибочных сообщений. Сбои/неисправности, и сообщения об ошибках показываются в окне журнала. Поддерживается два типа журнала - системный журнал и журнал безопасности. Для удобства просмотра, существует возможность выбора временного интервала.

- контроль состояния напольных объектов. В окне журнала выводится состояние выбранного объекта. Возможность сортировки объектов.

- контроль состояния подключенных систем, т.е. АРМ ДСП, объектные контроллеры.

- печать сбоев / неисправностей. АРМ ШН может печатать любую выделенную информацию.

- возможность изменения настроек системы в тестовой версии. В рабочей версии такая возможность отсутствует.

- анализ журналов.

- загрузка программного обеспечения безопасности.

Для непосредственного управления станционными объектами (стрелками, светофорами, сигналами и т.д.) служит система объектных контроллеров. Объектные контроллеры монтируются в специальных шкафах, размещаемых на территории станции.

Ядром системы является центральный компьютер (ЦК), который проверяет все условия для безопасного движения поездов и с помощью системы объектных контроллеров управляет станционными объектами. Как в любой вычислительной системе, в этом компьютере выделяется аппаратная часть (hardware) и программное обеспечение (software). Структура ЦК приведена на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1 - Схема процессорного устройства

Компьютер централизации представляет собой 19-ти дюймовую стойку (конструктив типа Metric DIN4335610-1) с вертикальным расположением печатных плах (14 позиций, 30 мм), габариты - 483х299х405 мм, вес - 16 кг.

Аппаратные характеристики компьютера централизации взяты из [4]:

- 3 процессора Motorola MC68030;

- тактовая частота 32 МГ;

- под FSPA и FSPB отводится по 4 МВ памяти;

- под SPU - 8 MB.

Каждый блок IPU использует собственную коммуникационную подсистему (COU), подсоединенную к общему интерфейсному адаптеру Common Interface Adapter (CIA) и служащую для связи с концентраторами и с автоматизированным рабочим местом дежурного по станции.

Процессорный блок централизации Interlocking Processing Unit (IPU) содержит два синхронно работающих процессорных блока централизации: один функционирует в рабочем режиме (on-line), а другой - в резервном (standby). Резервный процессор не влияет на функционирование рабочего, но к нему непрерывно поступает информация со стороны системного программного обеспечения о состоянии рабочего процессора. В случае сбоя рабочего процессора резервный берет на себя всю обработку информации.

Сервисное процессорное устройство Service Processing Unit (SPU) выполняет все асинхронные функции, например, операции по вводу / выводу данных и команд). Работа устройства происходит под управлением UNIX - совместимой операционной системы реального времени DNIX. С помощью синхроимпульсов устройство организует работу с резервным процессорным блоком и с блоками защиты от сбоя.

Коммуникационный блок Communication Unit (COU) организует соединение процессорного блока с АРМ ДСП и с концентраторными петлями. В качестве коммуникационного используется широко распространённый протокол HDLC, на физическом уровне - протокол V.24.

Внутри каждого IPU-блока находятся по два обособленных друг от друга безопасных процессорных модуля - Fail-Safe Processing Unit FSPU (FSPA, FSPB).

Каждый из них выполняет собственную программу (А и В соответственно) по проверке всех зависимостей централизации параллельно с другим. Каждый блок имеет собственный микропроцессор, память и высокоскоростной двунаправленный канал, что позволяет отсылать обработанные данные своему «двойнику» в резервной системе. Разные версии алгоритма работы (А и В программы) обеспечивают корректность выполнения зависимостей в системе централизации.

Каждая программа включает в себя логику централизации, описывающую все зависимости между станционными объектами, и установочные данные, настраивающие логику под определенную станцию. Для каждого объекта в составе логики описываются возможные вариации (например, стрелка может быть одиночной или спаренной, с автовозвратом или без и т.д.).

Рассматривать работу компьютера централизации лучше всего на взаимодействии трех основных составляющих блока IPU: SPU, FSPA, FSPB. Время начального запуска: 60 с. Время переключения: 2,5 цикла. Обработка логики централизации в FSPU происходит циклически. На каждый цикл отводится 560 мс.

В течение цикла происходят следующие события:

- собирается информация, касающаяся состояния всех станционных объектов;

- происходит обработка информации;

- формируются приказы на объектные контроллеры;

- информация о станции передается для индикации на дисплей дежурного по станции.

Результаты обработки из FSPA и FSPB сравниваются. Процесс сравнения происходит следующим образом:

блок FSPA считывает результаты работы программы В из блока FSPB;

блок FSPB считывает результаты работы программы А из блока FSPА;

если результаты различны, действие системы прекращается до устранения неисправности;

если один из модулей FSPU закончит обработку раньше другого, то на время ожидания он перейдет в состояние отсечки.

Система Ebilock-950 может контролировать до 100 логических объектов и до 1000 объектов IPU. Максимальное время срабатывания системы 1 с. Это время между изменением состояния какого-нибудь из станционных объектов и выдачей приказа на объектный контроллер.

Автоматизированное рабочее место электромеханика Field Engineering Unit (FEU) стыкуется с компьютером централизации по протоколу Ethernet.

Вся система централизации сводится к управлению внешними объектами станции и контролю их состояния при помощи автоматизированного рабочего места дежурного по станции [5]. Условия обеспечения безопасного движения поездов, то есть все зависимости и замыкания, закладываются в программное обеспечение централизации, в алгоритм её работы.

2.2 Программное обеспечение системы

Программа логики централизации представляет собой комплекс правил управления различными устройствами на основании полученной с поля информации и действий дежурного по станции. Эти правила включают в себя также функции передачи информации для отображения состояний напольных объектов на АРМ дежурного по станции. Выполняются безопасным образом в центральном компьютере Ebilock-950 с помощью двух процессоров, работающих параллельно, с последующей безопасной проверкой результатов расчетов.

Операционная система центрального компьютера: D-NIX в системе сервисного процессора (SPU); монитор реального времени в безопасных процессорах (FSP). Системное программное обеспечение SPU: система SDL/SDT в среде UNIX на языке ANSI C. Системное программное обеспечение FSP: система SDL/SDT в среде UNIX на языке подмножество ANSI C. Прикладное программное обеспечение: система Ebitool.

Для описания условий работы системы централизации шведской компанией Adtranz Signal создан специальный язык программирования Sternol, совместимый со всеми версиями системы Ebilock. Являясь декларативным, он описывает логику централизации.

Файл, созданный на языке Sternol, транслируется в машинный код для последующего ввода его в компьютер централизации. Системные программы в целях безопасности работы диверсифицируются, т.е. существуют в двух версиях. Каждый вариант написан отдельной группой программистов. Пакет, описывающий логику централизации, существует в одном варианте, но в процессе компиляции создается дополнительная версия

Подсистема объектных контроллеров имеет собственный монитор реального времени и программное обеспечение на языке программирования ANSI C, Assembler, PL/M.

Программное обеспечение АРМ функционирует под управлением операционной системы Windows NT. Она хорошо зарекомендовала себя в обеспечении живучести приложений. Программное обеспечение АРМ состоит из ряда связанных между собой подсистем. Среди них - управляющая система реального времени; программа построения символов; программа построения мнемосхемы; база данных; обмен данными [6].

Система реального времени выполняет прием и передачу данных от оборудования централизации, их обработку, управление графическим отображением плана станции, ведет обработку и регистрацию событий и неисправностей. Программа построения символов объектов позволяет разрабатывать графическое представление стрелок, сигналов и др. в различных состояниях. Программа построения мнемосхемы - инструмент для проектирования размещения на экране путевого развития станции, объектов контроля и управления с использованием символов, разработанных предыдущей программой. АРМ использует две базы данных: описания всех объектов станции и их перекрестные связи; оперативную, в которую заносятся данные в процессе работы системы. Подсистема обмена данных объединяет все компоненты АРМ и базы данных.

Программа MultiRCOS предназначена для работы в операционной системе MS Windows NT 4.0 Service Pack 3 и выше. Дополнительного программного обеспечения не требуется, кроме (не обязательного) драйвера ODBC для доступа к базам данных MS Access. В комплект поставки входит утилита для конфигурирования установок системы MultiRCOS, хранящихся в инициализационных файлах MultiRcos.ini и RcosServer.ini в директории WinNT.

2.3 Ввод команд управления и отображение информации

Обмен информацией между ЦП и объектными контроллерами осуществляется через концентраторы, которые подключаются к шине ввода / вывода компьютера через петли связи с последовательной передачей телеграмм. Телеграммы к объектам содержат в основном информацию управления. Эта информация является результатом обработки данных о зависимостях между объектами и построена на принципах защиты от опасных отказов.

Графический пользовательский интерфейс базируется на возможностях операционной системы Microsoft Windows NT. Он обеспечивает интегрированную среду для всех операций дежурного по станции, предоставляя единые принципы построения системы меню, диалоговых окон ввода и вывода сообщений. Кроме этого, пользовательский интерфейс обеспечивает единые правила отображения текущего состояния системы и различных подсистем в строке состояния соответствующего окна. Для облегчения освоения и удобства эксплуатации графический пользовательский интерфейс содержит встроенную систему подсказок. Она базируется на возможностях Microsoft Windows Help.

Все рабочее поле экрана представляется в виде поверхности стола. Дежурный по станции может перемещать каждое отдельное окно с информацией по его поверхности, добавлять новые и удалять ненужные окна. Он может использовать Program Manager для запуска и настройки основных и дополнительных программ АРМ. После запуска основной программы пользовательского интерфейса она создает главное окно на поверхности стола. Другие окна, отображающие информацию дополнительных и вспомогательных программ АРМ, располагаются внутри главного окна. Дополнительные окна могут содержать обзорную мнемосхему станции, детальные ее фрагменты, список неисправностей или журнал событий. Более чем одно из этих окон, может быть открыто одновременно. Все окна содержат стандартные для Windows элементы. Они позволяют легко управлять отображением окна и отображать справочную информацию.

Главное окно содержит в верхней части экрана заголовок, строку выпадающего меню, строку быстрого выбора (toolbar); в центральной части - индикаторы неисправностей и кнопки управления их отображения, мнемосхему станции; в нижней части - диалоговое окно командной строки, строку состояния системы.

Отображение мнемосхемы станции используется для представления динамической информации текущего состояния объектов управления (свободность и занятость рельсовых цепей, замыкание и блокирование секций, положение и состояние стрелок и т.д.). Отображение мнемосхемы станции используется также для выбора объектов управления при формировании команд. В АРМ предусмотрена возможность изменения детализации отображения мнемосхемы станции. Это - обзорное представление плана станции и детальное отображение ее части для контроля и проведения специальных работ. Существует возможность иметь несколько открытых окон одновременно с разным обзором станционного развития. Окна могут перемещаться, минимизироваться, максимизироваться и изменять размеры в пределах определенных ограничений.

Команды управления вводятся дежурным по станции с клавиатуры или с помощью манипулятора «мышь». Командная строка используется в основном для ввода команд с клавиатуры. Она содержит следующие элементы:

- Окно ввода команд. В этом окне набирают мнемонику команды. Стрелочка вниз в правой части окна позволяет получить список последних заданных команд для повторного использования. Попасть в это окно можно, нажав на клавиатуре клавишу F12 или наведя курсор мыши.

- Кнопка посылки команды. Она представлена в виде стрелки с загнутым концом. Набранная команда посылается серверу системы, если пользователь нажмет эту кнопку. Исключение составляют команды ответственных операций. Они реализуются при нажатии кнопки посылки с подтверждением набора в специальном диалоговом окне.

- Кнопка очистки в виде метелки и совка. Предназначена для очистки окна ввода команд и сброса начатого набора маршрута.

- Окно расшифровки команд. В это окно копируется расшифровка мнемоники команды, а также ответ на команду от Ebilock-950. Если панель подсказки закрыта, то последняя также выводится в это окно.

Существуют следующие виды команд управления, задаваемые с помощью мыши:

- Команды без параметров, относящиеся ко всей станции. Мнемоника команд без параметров состоит только из сокращенного названия команды, например, ДНН - Дать Ночное Напряжение. Меню команд без параметров в окне станции появляется после правого щелчка мыши при наведении курсора на название станции.

- Команды с одним параметром или элементарные, относящиеся к конкретному объекту, который и является этим параметром. Всплывающее меню со списком возможных команд для данного объекта появляется при наведении курсора на объект и нажатии правой клавиши мыши.

- Маршрутные команды. В этом случае в качестве параметров используются объекты, через которые устанавливают маршрут. Маршрут задается путем выбора левой клавишей мыши начального объекта, после чего система переходит в режим задания, и курсор изменяет форму. При наведении курсора на объект, до которого нужно установить маршрут, этот объект и все промежуточные выделяются зелеными прямоугольниками. В случае, когда между двумя сигналами можно установить маршруты нескольких типов с отличающимся набором параметров, набор маршрута двумя нажатиями клавиши мыши в начале и конце маршрута сопровождается расшифровкой в появившемся меню, в котором будут присутствовать только команды на установку самого короткого маршрута. Такая методика исключает вероятность задания неверного маршрута из-за невнимательности ДСП.

Отображение информации на экранах мониторов осуществляется посредством цветового изображения путевого плана станции - расположения путей, стрелок, светофоров и т.д. Данная система позволяет открыть несколько таких окон, в каждом из которых по желанию пользователя может отображаться как вся, так и часть станции. Масштаб отображения станции не ограничен, станцию можно полностью отобразить в самом маленьком окошке и в то же время можно одну стрелку растянуть на весь экран.

Когда пользователь передвигает курсор мыши по окну станции, объекты, над которыми двигается курсор, выделяются толстой зеленой рамкой, а сам курсор изменяет форму в зависимости от типа объектов.

Если участок пути свободный, то он закрашивается черным цветом. При занятии пути, участка пути, стрелочной секции, блок-участка подвижной единицей, его изображение на экране монитора закрашивается красным цветом. При подходе поезда к станции (занятии второго, а затем первого участка приближения) звучит кратковременный звуковой сигнал. После замыкания поездного маршрута его трасса закрашивается зеленым цветом, а маневрового - желтым. Если секция замкнута в поездном маршруте и занята составом, то это состояние отображается красной линией с двумя зелеными точками с каждой стороны. Если же секция замкнута в маневровом маршруте и занята, то это состояние отображается красной линией с двумя желтыми точками с каждой стороны. При условии, что секция замкнута в поездном маршруте и от рельсовой цепи отсутствует информация о ее состоянии, то линия мигает с белого цвета на черный с двумя зелеными точками с каждой стороны. В случае, если секция замкнута в маневровом маршруте и отсутствует контроль состояния рельсовой цепи, то линия мигает с белого на черный цвет с двумя желтыми точками с каждой стороны.

Закрытый поездной светофор на экране монитора отображается повторителем, сигнальные ячейки которого закрашиваются красным и серым цветами, в открытом состоянии - зеленым и серым цветами. Погасший поездной светофор обозначается как два серых сигнала и красная рамка вокруг повторителя. Повторитель закрытого маневрового светофора закрашивается серым, а открытого - белым цветами. В случае неисправности маневрового светофора, его повторитель на экране закрашивается серым цветом с красной рамкой вокруг повторителя.

Установленное направление движения на перегоне отображается стрелкой зеленого цвета в случае отправления и желтого - при приеме поездов.

О положении стрелок можно судить по ломаным линиям путевого развития горловин станции, которые высвечиваются на экране монитора. Если стрелка потеряла контроль своего положения или нет информации от объектного контроллера, но РЦ свободна, то она отображается как разрыв пути. Если стрелка потеряла контроль или нет информации от ОК, а РЦ занята, то она отображается пересечением сходящихся путей. Каждая стрелка на мониторе имеет цифровую маркировку, соответствующую однониточному плану.

2.4 Система концентраторов и объектных контроллеров

Система объектных контролеров (СОК-950) является составной частью микропроцессорной централизации Ebilock-950. Основные особенности СОК-950: высокая надежность передачи данных; короткое время реакции на события; расширенная система диагностики; возможность взаимодействия с ответственными (безопасными) и не ответственными объектами; возможность быстрой адаптации; функционирование и интерфейс для обеспечения взаимодействия с новыми типами напольного оборудования; упрощенное создание проектов для новых станций; уменьшенные физические размеры; модульная структура, упрощающая монтаж и обслуживание; обратная совместимость с системами предыдущего поколения (Ebilock-850); возможность адаптации системы к специальным требованиям заказчика; сокращение расходов в течение жизненного цикла системы; сокращение времени возврата средств, вложенных в систему.

СОК поддерживает два интерфейса: с петлей связи для КЦ и с напольными устройствами. Основными компонентами системы являются: петля связи между устройствами контроля передачи - концентраторами и КЦ, концентраторы (КС), система связи КС с объектными контроллерами (ОК) и кабели от них к напольному оборудованию. Требования безопасности при передаче телеграмм обеспечиваются КЦ и объектными контроллерами. В то же время петля связи, КС и система связи с ОК является только средой передачи данных и не обеспечивается специальными средствами безопасности данных. Петля связи между КЦ и КС, кабели от объектных контроллеров к напольному оборудованию не являются частями СОК.

Порт петли связи является частью КЦ. Он обеспечивает ее подключение к центральному компьютеру, подготовку телеграмм необходимого формата и поддержание протокола приема и передачи информации по петле связи. В системе СОК данное устройство обозначается как модуль ввода / вывода (IOM).

Петля связи с концентраторами используется для передачи данных между модулем ввода / вывода IOM и концентраторами. Физической основой петли является четырехпроводный телекоммуникационный кабель, подключаемый к внутренним модемам. Обычно КЦ взаимодействует с концентраторами с одной стороны петли, передавая информацию и контролируя ее с другой. В случае повреждения кабеля КЦ автоматически изолирует его поврежденный участок, обеспечивая связь с концентраторами с обеих сторон петли. Такое решение обеспечивает непрерывность передачи информации для работоспособной части петли.

Концентратор (КС) является промежуточным передаточным звеном между модулем ввода / вывода IOM и объектными контроллерами. Он также используется для регенерации сигналов, когда расстояние между двумя концентраторами достаточно большое. Концентратор является «прозрачным» устройством для КЦ и объектных контроллеров. В связи с этим к нему не предъявляются требования по безопасности.

Являясь аппаратно избыточным устройством, КС обеспечивает непрерывность передачи информации в случае аппаратных отказов. При сбое в системе питания КЦ автоматически изолирует отказавший КС, реконфигурируя петлю и обеспечивая связь с другими концентраторами с обеих ее сторон.

Связи с объектными контроллерами используются для передачи данных между КС и объектными контроллерами. Данные каналы связи могут быть использованы только внутри одного шкафа.

Объектный контроллер - устройство, осуществляющее контроль и управление специфичным напольным оборудованием. Объектные контроллеры от концентратора принимают приказы, передаваемые КЦ, и преобразуют их в электрические сигналы для управления напольными устройствами. Аналогичным образом сигналы, принятые от напольного оборудования, преобразуются в телеграммы его состояния и через концентраторы передаются в КЦ. Отказы в объектном контроллере приводят к изоляции соответствующего подключенного напольного оборудования. При этом данная ситуация обрабатывается безопасным образом. Система объектных контроллеров поддерживает два интерфейса: с петлей связи для компьютера централизации (КЦ) и с напольными устройствами. Каждый объектный контроллер может управлять и контролировать один или несколько напольных объектов в зависимости от их типа, используя для этого микропроцессор со специальной программой.

В связи с тем, что к обмену информацией между центральным компьютером централизации КЦ и системой объектных контроллеров СОК предъявляются высокие требования по безопасности, данные сообщения имеют большую информационную избыточность. Такое решение обеспечивает высокую степень защиты данных от искажений с точки зрения безопасности.

Управляющие сообщения представляют собой битовую последовательность (протокол - HDLC; режим - полный дуплекс; скорость - 19,2 Kbps). Она генерируется центральным компьютером и передается определенному объектному контроллеру для воздействия на необходимый элемент напольного оборудования. Сообщения о его состоянии генерируются объектным контроллером. Это необходимо для информирования центрального компьютера о состоянии соответствующего напольного оборудования. Все сообщения приказов и состояний дублируются для обеспечения безопасности системы. Пары сообщений генерируются и передаются в течение одного и того же цикла передачи. До передачи информации в петлю связи с концентраторами несколько сообщений может быть объединено в одну телеграмму. После приема данная информация распаковывается и анализируется. Эти операции выполняются портом петли связи (IOM) со стороны КЦ и КС со стороны СОК. Несмотря на то, что передаваемые сообщения приказов и состояний имеют некоторые отличия формата, используемые принципы обеспечения безопасности данных являются универсальными для всех случаев.

Система объектных контроллеров разработана таким образом, что профилактическое обслуживание в процессе ее эксплуатации не требуется. Для удобства же пользователей существует возможность внешних проверок СОК. Это снижает вероятность отказов системы.

Технические характеристики взяты из [4]:

- нагрузка по выходу ОК (по управлению лампами) - 40Вт, 220В, переменного тока;

- нагрузка по выходу ОК (по управлению стрелочными приводами) - 3*220 В, 1600 ВА (соединение «звезда»);

- нагрузка по выходу ОК (по управлению реле) - 24/36/48/60 В, постоянного тока. Сопротивление обмотки не менее 500 Ом;

- допустимая температура окружающей среды - от минус С до С;

- относительная влажность окружающей среды - 10-95%;

- конструктивные размеры субмодуля - полка 299х483х325 мм (ВхШхГ), шкаф 200х800х600 мм (ВхШхГ);

- вес полностью укомплектованного шкафа - 200 кг;

- источники питания 19 - 3*380-420 В, 50-60 Гц, переменного тока.

Система объектных контроллеров СОК представляет собой модульную систему. Она обеспечивает взаимодействие с большим набором различных напольных устройств. Интерфейсные модули монтируются на печатных платах и устанавливаются на полках для объектных контроллеров. Объектный контроллер представляет собой набор печатных плат для обеспечения функций ввода / вывода и обработки информации в соответствии с заданными требованиями.

Плата CCM - модуль является ядром объектного контроллера. Она обеспечивает контроль состояния контактов. Модуль содержит четыре канала безопасного контроля состояния контактов (рельсовые цепи), шесть каналов не ответственного вывода данных и два канала не ответственного ввода данных.

Плата LMP применяется для управления сигналами и маршрутными указателями. Каждый модуль может управлять и контролировать до шести ламп (две лампы для запрещающих показаний и четыре - для разрешающих).

Плата MOT1 служит для управления стрелочными электроприводами переменного тока. Один объектный контроллер может управлять максимум двумя стрелочными электроприводами (спаренные стрелки или стрелка с подвижным сердечником).

Плата OCT («Осьминог») служит для обеспечения взаимодействия между объектными контроллерами и КС, а также разводки внутри полки питания, необходимого для работы ОК. Кроме того, этот модуль применяется для соединения КС с объектными контроллерами на соседних полках, когда это необходимо.

Плата OUT - модуль, используется для управления не ответственными устройствами, например, системой обогрева и обдува стрелок. Объектный контроллер с набором таких плат может иметь максимум 78 выходов данного типа.

Плата SRC - может быть применена для безопасного управления реле первого класса надежности. Объектный контроллер, оснащенный такими платами, может управлять максимум 12 реле. Примерами использования такого объектного контроллера могут быть интерфейсы с релейными устройствами.

Шкафы объектных контроллеров устанавливаем внутри станционных помещений. Каждая полка (рисунок 2.2) имеет 23 посадочных места для плат интерфейсных модулей. Посадочные места разбиты на пять групп. Позиции с первой по четвертую отводятся для размещения объектных контроллеров. Пятая позиция предназначена специально для связевого концентратора. Левый шкаф служит для размещения полок с объектными контроллерами (до 16 ОК), связевых концентраторов (КС), источника питания и панели предохранителей. Правый шкаф предназначен для установки монтажных (клеммных) колодок. Они необходимы для подключения всех внешних кабелей, которые вводятся в правый шкаф через специальные кабельные вводы. Отсутствие внутренней стенки между двумя шкафами дает возможность организовать кабельные переходы между ними.

Необходимые внутренние соединения между отдельными платами выполняются методом печатного монтажа, выполненного на задней стенке полки. Позиции «а» и первая «в» в каждой группе, кроме этого, имеют необходимые соединения с посадочными местами, отведенными для КС.