Пути улучшения связи на железнодорожном транспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Транспорт во все времена является одним из важнейших факторов развития всех отраслей экономики. Железнодорожный транспорт составляет основу транспортного комплекса, так как основные объёмы перевозок разнообразных товаров выполняются именно этим видом транспорта.

Актуальностью данной темы дипломной работы совершенствования рабочего места дежурного по станции диспетчерского пульта управления. Устройства автоматизации являются важнейшими элементами технического вооружения железнодорожного транспорта. Эти устройства позволяют эффективно решать задачи перевозочного процесса, способствуя увеличению пропускной способности железнодорожных линий, обеспечивая безопасность движения поездов, бесперебойную связь между всеми подразделениями железнодорожного транспорта. За последнее время настолько изменилось техническое оснащение рабочего места, что из перечисленного перечня у диспетчера практически остались только различные виды связи. Полностью автоматизированное ведение графика исполненного движения и приложения к нему. И если диспетчеры ещё ведут вручную график движения, то в основном по старой привычке. Со сменой поколения диспетчеров и завершением оснащения участков диспетчерской централизацией или контролем отомрёт ручное ведение графика движения. И обоснованно: любое ручное ведение графика исполненной работы связанно с некоторым отставанием от происходящих событий и сбором необходимой информации. В то время как АРМ автоматизирует сбор информации, преобразует и выдаёт её в реальном времени, при необходимости её можно распечатать.

Цели: Модернизировать рабочее место диспетчера управления движения поездов по станции Кедр.

Использование терминала АРМ при создании дорожных диспетчерских центров включало в себя в основном источник информации для диспетчера. Даже позже, когда АРМ стал дополнительно содержать отчетную и аналитическую информацию, он продолжал ассоциироваться с информационным обеспечением. Как уже отмечалось раньше, историю АРМ следует начинать с ДЦ и ДК, когда началась автоматизация функций диспетчера. Задержка с использованием терминала АРМ диспетчера связана ещё с тем, что рабочее место дежурного по станции до сих пор не называют автоматизированным, хотя это право появилось очень давно, ещё тогда, когда ручной труд при переводе стрелок и управлении сигналами впервые был автоматизирован. Поэтому и при передаче от дежурного по станции поездному диспетчеру «неавтоматизированных» функций они не были названы автоматизированными.

Прежде всего, что является объектом диспетчерского управления? В оперативном управлении перевозочным процессом принимают участие большое количество диспетчеров на разных иерархических уровнях.

Станционный диспетчер - объекты управления: дежурная смена работников станции; приём, отправление и пропуск поездов; организация маневровой работы; контроль за техническим и коммерческим осмотром составов, ремонтом и подготовкой вагонов под погрузку; расформирование и формирование составов; планирование составообразования; подготовка к отправлению; обеспечение составов локомотивами и локомотивными бригадами; подача и уборка вагонов с грузовых фронтов; анализ работы станции.

Поездной диспетчер - объекты управления: организация движения поездов на участке, в том числе соблюдение графика движения и плана формирования; приготовление маршрутов следования поездов (при наличии диспетчерской централизации или контроля); подвод поездов к техническим, грузовым и стыковым станциям; приём и сдача поездов по стыковым пунктам; развоз и сбор местных вагонов; предоставление «окон» для ремонтно-строительных работ; обеспечение безопасности движения.

Локомотивный диспетчер - объекты управления: обеспечение составов локомотивами и локомотивными бригадами; регулирование эксплуатируемым парком локомотивов на участках обращения; постановка локомотивов в депо на техническое обслуживание и ремонт; вывоз локомотивных бригад на работу; соблюдение режима работы и отдыха локомотивных бригад; соблюдение норм содержания и использования локомотивов.

Диспетчер по регулированию вагонного парка - объекты управления: развози подача местных вагонов к фронтам погрузки и выгрузки; сбор и сдача порожних вагонов в регулировку; обеспечение погрузки порожними вагонами; контроль за соблюдением сроков доставки грузов; содержание и использование вагонов, принадлежащих государствам СНГ и Балтии; анализ местной и грузовой работы.

Дорожный диспетчер - объекты управления: организация поездопотоков на полигоне дороги; обмен поездами на международных стыковых пунктах; регулирование насыщением участков поездами и станций вагонным парком; распределение поездопотоков на полигоне в период предоставления «окон» и нештатных ситуациях; обеспечение составов локомотивами.

Если сопоставить укрупнённый перечень перечисленных функций различных диспетчеров и предоставляемые АРМ сообщения, то в настоящее время больше полезной информации получает станционный диспетчер. При необходимости он может получить натурные листы на прибывающие поезда, сортировочные листки на расформировываемые составы, наличие вагонов на путях станции, выполнение различных показателей работы и т.д. На некоторых сортировочных станциях на основе съёма информации с устройств СЦБ автоматизировано ведение графика исполненной работы. Много различной информации получают и другие диспетчеры. Но вся информация в настоящее время ограниченна рамками информационно-справочного этапа развития диспетчерских центров, т.е. пока в АРМах нет задач прогнозирования, планирования, управления, оптимизации, адаптации и т.д. [1].

Важнейшая составляющая АРМ диспетчера является программно-технический комплекс (ПТК), который в настоящее время определяет количество и качество предоставляемой информации, а в дальнейшем ещё и число решаемых задач. Если взять наиболее распространенные ПТК: «Оскар», «ГИД-Урал 92», «АСОУП», то у них больше общих признаков, чем различий. Общее у них: база данных, набор информации, пользователи и т.д. Общими у них являются и недостатки: большая избыточность информации, недостаточная достоверность, неудобное меню и т.д. Пока остановимся только на избыточности информации. Из чего это следует? Каждый из перечисленных ПТК содержит примерно 1,5 тыс. форм выходных сообщений (таблиц с информацией). А сколько форм в практической работе используют диспетчеры? Ответ: не более 20. Как же возник такой низкий КПД ПТК?

Прежде всего, разработчики столкнулись с интересным парадоксом. Работу диспетчера нельзя строго формализовать. Действия диспетчеров подчинены складывающейся ситуации, т.е. носят ситуационный характер. Каждая ситуация требует своей информации. Так как в разных ситуациях диспетчеру требуется много разной информации, то напрашивалось максимально использовать имеющуюся базу данных АСОУП. Разработчик ПТК АРМ в этом преуспели и создали огромное количество выходных форм. После чего выяснилось, что диспетчеры благополучно обходятся без многих из них. Следует так же отметить, что многие диспетчеры ещё не очень глубоко изучили имеющиеся возможности АРМ и не в полной мере пользуются ими. Когда «зависает» или некоторое время не работает автоматизированная система, диспетчеры не всегда даже замечают. Был и другой путь создания ПТК АРМ диспетчера: установить функции пользователя, в данном случае диспетчера, разработать технологический процесс их выполнения и определить требуемую информацию [2].

Задачей: дипломной работы являлось поиск наиболее современного способа улучшения связи на железнодорожном транспорте. Одним из лучших способов на сегодняшний день является внедрение систем АСУ, позволяющих совершенствовать работу отделений железной дороги за счет улучшить связи между станциями. В данной работе рассмотрено внедрения АРМ ДНЦ.

1. Технико-эксплуатационная характеристика отделения перевозок

1.1 Характеристика отделения

Отделение состоит из 8-ми станций: 5 станций расположены на двухпутной линии (Роса, Дорохово, Омь, Гранит, Кедр) и 3 оставшиеся расположены на однопутной линии (Малиновое озер, Пионер и Авангард).

Перегоны Роса-Дорохово, Дорохово-Омь, Гранит-Кедр оборудованы двухпутной автоблокировкой с постоянным вариантом движения по обоим направлениям. Перегон Омь-Гранит (I путь) оборудован однопутной автоблокировкой. Перегон Омь-Гранит (II путь) оборудован однопутной полуавтоблокировкой. Перегоны Авангард - Пионер - Малиновое Озеро - Гранит оборудованы однопутной автоблокировкой.

Перегоны между станциями одинаковы по длине и равны значению 8,4 км.

Классификация станций с количеством путей:

Кедр - промежуточная станция III класса. Прием и отправление осуществляется с 4 станционных приемоотправочных путей (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 Схема станции Кедр

Гранит - участковая станция II класса. На станции имеется 8 станционных путей (Рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 Схема станции Гранит

Омь - грузовая станция II класса. Для осуществления приема отправления поездов станция располагает 5 станционными приемоотправочными путями (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 Схема станции Омь

Дорохово - промежуточная станция III класса. Для работы как поездной, так и маневровой станция оборудована 6 станционными путями (Рисунок 1.4).



Рисунок 1.4 Схема станции Дорохово

Роса - промежуточная станция III класса. Прием и отправление осуществляется с 4 станционных приемоотправочных путей (Рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 Схема станции Роса

Малиновое Озеро - станция 4 класса с 3 станционными путями (Рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 Схема станции Малиновое озеро

Пионер - станция 4 класса с 3 станционными путями (Рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 Схема станции Пион

Авангард - станция 5 класса с 2 станционными путями (Рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 Схема станции Авангард

Максимальные размеры перевозок, которые могут быть осуществлены на железнодорожной линии (перевозочная мощность), определяются ее пропускной и провозной способностью. Пропускная способность -- это наибольшее число поездов или пар поездов, которое может пропустить железнодорожная линия в единицу времени (обычно сутки) при имеющейся технической оснащенности и принятой организации движения поездов. Выражается пропускная способность в парах поездов для однопутных линий и числом поездов отдельно для каждого направления двухпутных линий. При расчете пропускной способности принимают во внимание: число главных путей на перегонах; мощность верхнего строения пути; систему средств сигнализации и связи, применяемых при движении поездов; тип тяги и серию локомотивов.

Мощность устройств электроснабжения, число и мощность экипировочных и ремонтных деповских устройств; тип графика движения.

Пропускная способность железнодорожного участка и линии определяется пропускной способностью основных элементов: перегонов, станций, устройств электроснабжения, локомотивного хозяйства.

Пропускная способность бывает:

Наличная пропускная способность -- та, которая может быть реализована при существующей технической вооруженности линии.

Потребная пропускная способность -- та, которой должен удовлетворять участок для пропуска заданных грузового и пассажирского потоков. Размер резерва должен обеспечить запас перевозочной мощности линии для освоения возрастающего в ближайшей перспективе объема перевозок с учетом их колебания из-за неравномерности движения.

Результативная пропускная способность определяется элементом с наименьшей пропускной способностью. Железнодорожная линия -- сложный комплекс технических устройств, которые тесно связаны между собой и только во взаимодействии обеспечивают необходимую перевозочную мощность. Диспропорции пропускной способности различных элементов железнодорожного хозяйства допускать нельзя, так как развитие отдельного элемента сверх потребного приведет к его недоиспользованию.

Пропускную способность рассчитывают аналитически, а в сложных случаях проверяют графически -- построением максимальных графиков.

Наличная пропускная способность определяется по формуле:

, пар поездов (1.1)

где - продолжительность технологического «окна» (120 мин);

- коэффициент надёжности работы технических устройств (0,9);

- число поездов или пар поездов в периоде графика (1пара);

- период графика (8 мин).

Потребная пропускная способность определяется по формуле:

, пар поездов (1.2)

где - соответственно, количество пар грузовых (43), пассажирских (2) и сборных поездов (1);

- коэффициенты съёма грузовых поездов пассажирскими (1,1) и сборными (1,3).

Расчет:

пар поездов

пар поездов

1.2 Из истории развития систем диспетчерской централизации

Диспетчерское управление -- это оперативное управление ходом производственного процесса, при котором взаимная увязка и координация отдельных его составных частей осуществляется одним оператором -- диспетчером. Слово «диспетчер» происходит от английского «dispatch», означающего «отправлять», «быстро выполнять». Диспетчерское управление технологическими процессами сегодня используется на всех видах транспорта и во многих отраслях промышленности. Из-за специфических особенностей железнодорожного транспорта, в первую очередь его территориальной распределенности, диспетчерское управление на железных дорогах появилось задолго до его применения на промышленных предприятиях.

Первое диспетчерское распоряжение было отдано главным инженером одной из железных дорог в США Чарльзом Майнотом в 1851 г. Определив, что встречный поезд значительно опаздывает, он по телеграфу передал распоряжение об изменении порядка скрещения поездов, перенеся его на следующую станцию.

Диспетчерское управление оказалось эффективным, и в США его быстро ввели на всех железных дорогах. В Европе диспетчерское управление движением поездов появилось в 1909 г. в Англии, а затем распространилось и на другие страны (кроме Германии, где оно было введено только после второй мировой войны).

На дорогах России диспетчерское руководство движением поездов не применялось, хотя передовые инженеры ставили вопрос о необходимости перехода на диспетчерское управление. Так, инженеры Н.О. Рогин-ский и В.В. Ландсберг во время командировки в США в 1914 г. ознакомились с системой диспетчерского регулирования и дали ей высокую оценку.

Отсутствие необходимых технических средств (телеграфной и телефонной связи), консерватизм чиновников, прогерманская ориентация царского правительства -- основные причины задержки с внедрением диспетчерского управления движением поездов в нашей стране. Только в 1915 г. железным дорогам было указано дать предложения и обоснования по разработке особой телеграфной связи для оперативных целей, несмотря на то, что и телеграфная, и телефонная связь на железнодорожном транспорте уже широко применялись.

Первый опыт внедрения диспетчерского управления на отечественных железных дорогах был проведен в 1918-1919 гг. на железных дорогах Сибири, когда американцы оборудовали ряд линий телефонной связью с избирательным вызовом. Опыт не удался, после гражданской войны оборудование было демонтировано и установлено на участке Москва - Александров специально для организации на нем диспетчерской связи.

Диспетчерское руководство движением поездов на участке Москва - Александров в полном объеме началось в 1924 г. Преимущества диспетчерского управления стали видны сразу - возросли средние техническая и коммерческая скорости движения пассажирских и грузовых поездов.

Процесс внедрения диспетчерского руководства на дорогах России был начат в 1925 г., завершен к 1934 г., когда система диспетчерского управления уже действовала на всей сети железных дорог СССР. В дальнейшем принцип диспетчерского руководства распространился на все уровни управления - станционный, отделенческий, дорожный и сетевой. Появились диспетчеры отдельных хозяйств: локомотивные, вагонные, энергодиспетчеры и др.

Была разработана и нормативная база. В 1923 г. приняли первое «Временное положение о регулировании движения поездов при посредстве диспетчерской системы».

Диспетчерское управление немыслимо без технических средств. Первоначально это был телеграф. На смену ему пришла телефонная и селекторная связь. Недостатки такой организации диспетчерского управления очевидны - низкое качество передачи информации, большие затраты времени на передачу команд и получение подтверждений их исполнения и сведений о дислокации поездов, большое количество ошибок и др.

Поэтому возникла идея создания телемеханической системы, позволяющей диспетчеру самому управлять пропуском поездов по станциям участка, не прибегая к помощи дежурных по станциям и стрелочников, являющихся по сути дела посредниками между диспетчером и объектами управления. Такая система получила название диспетчерской централизации. Она совместила устройства интервального регулирования движения поездов на перегонах (автоблокировку), электрическую централизацию для управления стрелками и светофорами на станциях (ЭЦ) и средства телемеханики для передачи команд управления (ТУ) и контроля (ТС). Все это позволило управлять из одного пункта маршрутами движения поездов на участках большой протяженности. Внедрению систем диспетчерской централизации предшествовала разработка устройств автоблокировки, электрической централизации, средств телемеханики.

70 лет назад, в 1936 г., на участке Люберцы -Куровская была принята в эксплуатацию первая в нашей стране система диспетчерской централизации. Разработка ее была начата в 1933 г. в Транссигналстрое - так тогда назывался известный сегодня проектно-изыска-тельский институт Гипротранссигналсвязь (ГТСС). Задача была не простой, поэтому для ее решения была создана специальная группа, в которую вошли опытные специалисты А.Д. Шумилов, П.Н. Жильцов, Н.В. Старостина и др.

Применение системы дало положительные результаты, однако до начала Великой Отечественной войны новые участки ДЦ не были построены. Это объясняется тем, что первые образцы аппаратуры были изготовлены на заводе им. Козицкого, но в дальнейшем возникла необходимость освоения ее производства на заводах Народного комиссариата путей сообщения (НКПС). Начавшаяся война помешала реализовать эти планы.

В первой системе ДЦ применялся временной код для передачи команд телеуправления и телесигнализации. Поэтому она получила название ДВК-1. Новый этап внедрения систем диспетчерского управления начался после окончания Великой Отечественной войны. В 1946 г. НКПС рекомендовал при строительстве однопутной автоблокировки, если позволяют производственные возможности, предусматривать диспетчерскую централизацию. В это время производство аппаратуры ДЦ было освоено на заводе «Транссвязь» в Харькове, впоследствии ставшем основным производителем устройств ДЦ.

Устройства системы ДВК-1 были модернизированы. Это касалось в первую очередь принципов управления. На участках Черусти - Муром и Куровская - Черусти был впервые применен маршрутный принцип управления линейными станциями. Кроме того, в обновленной системе, получившей название ДВК-2, были усовершенствованы аппаратура и схемы линейной цепи. Так, на участке Черусти - Муром (1950 г.) управление из Москвы осуществлялось по фантомной цепи, наложенной на телефонные провода, а на участке Куровская -- Черусти (1951 г.) - по каналам высокой частоты.

В 1952 г. была разработана система ДВК-3, затем -- ДВК-ЗА. В этих системах были несколько упрощены схемы и аппаратура и увеличена емкость по количеству команд. Они внедрялись до 1956 г., всего было оборудовано более 1400 км однопутных линий.

Положительный опыт применения ДЦ на однопутных участках показал ее эффективность по сравнению с электрожезловой системой. Поэтому в 1951 г. во ВНИИЖТе была организована лаборатория диспетчерской централизации, в которой разработали новую систему с полярным кодированием команд управления и частотным кодированием сигналов ТС - ПЧДЦ. Испытания этой системы были проведены в 1956 г. С 1957 г. она начала внедряться на железных дорогах страны (этой системой было оборудовано около 4000 км линий).

В 1961 г. впервые была принята в эксплуатацию система ЧДЦ, в которой все команды передавались частотным кодом. Эта была первая система СЦБ, в которой логические схемы выполнены на полупроводниковых элементах -- диодах и транзисторах. Применение новой элементной базы и частотного кода позволило существенно увеличить быстродействие и емкость системы, надежность и устойчивость ее работы. После некоторой модернизации (ЧДЦМ) эта система внедрялась на многих участках железных дорог.

Совершенствование систем диспетчерской централизации продолжалось. В 1966 г. появилась система ЧДЦ-66, а в 1967 г. - совершенно новая система, получившая название «Нева». Это была первая система с циклическим контролем состояния объектов. Она отличалась высоким быстродействием, надежностью, простотой обслуживания. Все это обеспечило долгую жизнь системы на железных дорогах. Эта система продолжает работать и сегодня на многих участках, по крайней мере, в качестве линейных устройств и тракта передачи команд.

В 1977 -- 1978 гг. система «Нева» была модернизирована и получила название «Луч». В ней применили более современные для того времени кремниевые полупроводниковые элементы, фазовый метод модуляции сигналов в тракте телеуправления. Была предусмотрена возможность управления маневровой работой на промежуточных станциях. Впервые в системах диспетчерской централизации была предусмотрена возможность передачи ответственных команд -- вспомогательное изменение направления движения поездов на перегонах. Предусматривалось также автоматическое управление маршрутами при скрещении поездов.

Системы ДЦ не только совершенствовались по элементной базе, способам представления и передачи информации, увеличению количества управляемых и контролируемых объектов, но и развивались по своим функциональным возможностям. Их начали применять как на однопутных, так и на двухпутных линиях для построения более сложных систем управления, таких как автодиспетчер. Первая в мире система «Участковый автодиспетчер» на железнодорожном транспорте, в которой применена ЭВМ, была разработана ВНИИЖТом и испытана в 1959-1963 гг. К началу 1980 г. диспетчерская централизация применялась более чем на 27 тыс. км линий. Начали создаваться дорожные центры диспетчерского управления. Первые такие центры были организованы на Донецкой и Белорусской дорогах в 80-х годах прошлого столетия.

Необходимо отметить значительный вклад в развитие систем ДЦ сотрудников лаборатории ВНИИЖТа: многолетнего руководителя этой лаборатории Н.Ф. Пенкина, С.Б.Карвацкого, И.М. Кутьина, В.Я. Соболева, Н.Г. Егоренкова, Г.А. Терпугова, М.П. Красникова.

В 80-е годы в основном велось строительство системы «Луч». Но развитие систем диспетчерской централизации продолжалось. Во ВНИИЖТе была создана система АСДЦ, не нашедшая, к сожалению, в свое время применения. На Белорусской железной дороге разрабатывается система «Минск», по эксплуатационным характеристикам повторяющая систему «Нева», но построенная на совершенно новой элементной базе -- интегральных микросхемах. И, наконец, в Ростове-на-Дону в РИИЖТе (сейчас РГУПС), под руководством И.Д.Долгого создается принципиально новая система ДЦ -- «Дон», основу которой составляют микропроцессорные унифицированные модули промышленной автоматизации.

Начало 90-х годов прошлого века характеризуется появлением нового поколения систем ДЦ, построенных на основе персональных компьютеров. В 1990 г. на сетевой школе, посвященной вопросам применения систем ДЦ (г. Минск), впервые была представлена новая система автоматизированного диспетчерского управления ДЦУ-Е, впоследствии получившая наименование «Диалог». Разработка системы основывалась на результатах проводимых в МИИТе под руководством В.М. Лисенкова исследований по созданию единого ряда систем и устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, направленных на унификацию их технических средств. Такой подход позволял значительно сократить время и стоимость разработки устройств, их производства, проектирования, внедрения и содержания.

При разработке диспетчерской централизации «Диалог» были впервые использованы промышленные ПЭВМ и организована многомониторная система для автоматизированных рабочих мест диспетчерского персонала, применена цифровая обработка сигналов в каналах передачи информации. Система создавалась не как телемеханическое устройство, переносящее пульт оператора в центр управления, а как комплекс, решающий все задачи автоматизации диспетчерского управления. К таким задачам, кроме установки маршрутов проследования поездов по станциям, относятся и управление маневровой работой, ведение графика исполненного движения, прогнозирование возможных отклонений и выработка рекомендаций по их устранению. Другими словами, это экспертная система, призванная помогать поездному диспетчеру в его работе, исключая одновременно возможные ошибки и нарушения регламента движения поездов.

Особое внимание уделялось разработке устройств линейного пункта, которые представляют собой микро-ЭВМ с реализацией в ней всех логических функций, включая выполнение требований безопасности. Микро-ЭВМ разрабатывалась как безопасное универсальное микропроцессорное устройство, специализация применения которого определяется только объектным программным обеспечением и внешними подключениями. Такой подход позволил впоследствии использовать эти разработки для реализации других микропроцессорных систем, выполняющих функции электрической централизации. Таким образом, был решен вопрос интеграции устройств диспетчерской централизации и исполнительных станционных устройств.

Безопасность микро-ЭВМ, получившей наименование БМ1602, основана на двухканальной обработке информации и безопасного сравнения результатов этой обработки специальной схемой, в которой исключается появление необнаруженных отказов. Такое построение устройства исключает необходимость применения внешних схем сравнения и упрощает согласование с другими устройствами, как релейными, так и микропроцессорными.

Впервые система «Диалог» была включена в постоянную эксплуатацию на участке Газачак -- Кунград железных дорог Узбекистана в 1993 г. Впоследствии, после значительной модернизации, с 1996 г. эта система была внедрена на участках Белорусской, Октябрьской, Западно-Сибирской, Московской железных дорог, а также на железных дорогах Узбекистана и Казахстана. Широко внедрялась и система телеуправления малыми станциями «Диалог-МС», разработанная на ее основе. На основе системы «Диалог» в 1998 г. был создан первый в нашей стране автоматизированный центр диспетчерского управления движением поездов на Московском отделении Октябрьской железной дороги.

К концу 90-х годов прошлого века на дорогах страны внедрялось и применялось несколько систем диспетчерской централизации на основе компьютеров: «Диалог», «Дон» (впоследствии «Юг»), ДЦ-МПК, «Сетунь», «Тракт» [3].

На сети железных дорог Казахстана широко осуществляется внедрение дорожных центров диспетчерского управления, основанных на системах диспетчерской централизации. Концентрация управления движением поездов в региональных (дорожных) центрах приблизила решение задачи полного оборудования железных дорог системами диспетчерского управления, позволяющими максимально автоматизировать процесс управления перевозками на основе современных информационных технологий. Такой подход позволяет оптимизировать эксплуатационную работу железных дорог, снизить затраты на оборудование их средствами автоматики, уменьшить эксплуатационные расходы.

При значительной длине участка поездного диспетчера степень автоматизации управления должна быть достаточно высокой, обеспечивающей требуемый уровень размеров движения и, что особенно важно, безопасность движения поездов. Поэтому изменился подход к системам ДЦ: от локальных устройств по выполняемым функциям к технологически замкнутым системам управления движением поездов и маневровой (сортировочной) работой с открытыми стыками для связи с информационно-управляющими системами верхнего уровня.

Такие дорожные центры управления (ДЦУ) реализованы на ряде дорог Казахстана. Общее руководство и координация перевозок осуществляется диспетчерским центром (ЦУП).

Эффективность концентрации управления перевозками в ДЦУ определяется рядом показателей. К ним относятся: улучшение использования локомотивов и вагонов, повышение производительности труда оперативного персонала, уровня выполнения графика движения и плана формирования поездов и др. Улучшение качества регулирования процесса движения благодаря автоматизации планирования и контроля позволяет исключить влияние на перевозочный процесс различных отклонений от планов работы станций и узлов, повысить уровень безопасности, сократить затраты на содержание устройств и реализацию перевозок.

Другим не менее важным направлением, реализованным в последние годы, можно считать применение цифровых каналов передачи информации между устройствами центрального поста и линейных пунктов ДЦ, в первую очередь по волоконно-оптическим линиям. Такие системы связи позволили значительно сократить время передачи информации, повысить ее достоверность, обеспечить резервирование и успешную эксплуатацию систем ДЦ.

В современные автоматизированные системы диспетчерского управления должен входить ряд функциональных подсистем, информационно связанных между собой и дополняющих друг друга. Это подсистема телемеханики, обладающая высокой информативностью, универсальностью, защищенностью сообщений, интерфейсы пользователя (оператора), подсистемы обработки графиков движения поездов, диспетчерского контроля, линейного уровня, безопасности движения поездов.

Современная система ДЦ должна обеспечивать возможность бесперебойного регулирования движения поездов на укрупненных диспетчерских кругах при значительной интенсивности движения поездов. При концентрации управления участками в ДЦУ должны использоваться высокопроизводительные и эффективные средства передачи, обработки и представления информации, включающие в себя базы данных, средства моделирования и прогнозирования возможных изменений поездной ситуации, АРМы диспетчерского персонала различных оперативных служб.

При построении диспетчерской централизации по иерархической структуре появляется возможность рационального распределения функций между уровнями управления по критериям загрузки технических средств, обеспечения их высокой надежности и эффективности. Среди функций, распределенных между уровнями системы управления, существуют такие, которые относятся к обеспечивающим безопасность движения поездов по условиям технического состояния подвижного состава, пути, искусственных сооружений и поездной ситуации, сложившейся на участке в данный момент времени.

При автоматизированном диспетчерском управлении процессы сбора, обработки, хранения и распределения информации о временных ограничениях скорости (как плановых, так и внеплановых), о снятии ограничений по условиям безопасности сконцентрированы в ДЦУ. Это позволяет обеспечить их своевременную оперативную обработку, ввод и отмену, сократить вынужденные задержки поездов. При этом возникает необходимость обеспечения безопасной обработки и передачи информации в устройствах ДЦ, т.е. создании и применении специализированных устройств и методов обеспечения безопасности в них.

Новые требования к системам управления определяют необходимость единого системного подхода к процессу диспетчерского управления и его автоматизации. Возникла потребность в создании интегрированных многоуровневых систем управления, включающих в себя как станционные устройства с реализацией в них функций управления стрелками и сигналами на станциях и автоблокировки на перегонах, так и устройства верхнего уровня, обеспечивающие автоматизированное диспетчерское управление движением поездов в регионе.

Обеспечение безопасности движения поездов в системах автоматизированного диспетчерского управления является обязательной функцией, выполняемой каждой из функциональных, технических или программных подсистем. Специальные технические решения и дополняющие их алгоритмы обработки ответственных команд определяют возможность создания устройств с параметрами, обеспечивающими безопасность движения поездов при минимальной аппаратной избыточности вычислительных средств и аппаратно-программных методов контроля их функционирования.

Современная система диспетчерской централизации не должна иметь ограничений для применения. Ее задачи - обеспечивать возможность включения одного или нескольких распорядительных постов в любом месте управляемого участка, подключение с помощью специальных адаптеров к каналам существующих систем ДЦ с сохранением их функций и расширением возможностей поездного диспетчера по автоматизации его действий и оптимизации управляемого процесса. Длина управляемого и контролируемого участка при этом не ограничивается техническими средствами, как и количество управляемых и контролируемых объектов.

Система должна обеспечивать автоматическое управление движением поездов на участке при отсутствии отклонений от заданного графика, прогнозировать возможные отклонения от заданного графика и выдавать диспетчеру рекомендации о необходимых мерах по предотвращению этого отклонения. Предусмотрено отображение и документирование графика исполненного движения поездов, действий операторов по управлению движением поездов и информации, вырабатываемой в автоматическом режиме.

В зависимости от поездной ситуации, наличия ограничений скорости и установленного маршрута следования по станции система осуществляет управление скоростью движения поездов на участке и обеспечивает обмен необходимой информацией с устройствами соседних участков и информационно-управляющими системами верхнего уровня. Система должна быть открытой. При необходимости перечень ее функций и АРМ диспетчерского или оперативного персонала может быть расширен без значительных затрат на технические средства.

Движение на железнодорожном транспорте относится к сложным объектам управления. Это обусловлено распределенными в пространстве объектами управления при большом их количестве, наличием подвижных объектов, перемещающихся в пространстве, часто со случайным характером исходных параметров и необходимостью быстрого принятия решения с высокой ответственностью за безопасность управляемого процесса.

Одной из важных характеристик любой сложной системы управления является оптимальное сочетание принципов централизации и децентрализации, которые должны реализоваться в системе диспетчерского управления. Органы оперативного управления, расположенные на нижнем уровне иерархии, самостоятельно решают свою тактическую задачу -- управление работой конкретных станций и диспетчерских участков. Они оперируют быстро меняющейся информацией о поездной ситуации и ходе маневровой работы. На верхних уровнях иерархии управления проводится анализ сложившейся ситуации, выявляются отклонения от планового графика технологического процесса и решается стратегическая задача координации работы нижних уровней, смежных по управлению между собой.

Основным элементом системы диспетчерского управления является человек -- диспетчер. От того, насколько рационально решен вопрос его взаимодействия с техническими средствами, во многом зависит эффективность всей системы

2. Технико-эксплуатационная характеристика центра управления перевозками

2.1 Структура и технология информационного обеспечения ЦУП

Чтобы обеспечить соответствие организационной схемы работы возросшим требованиям, разработана программа реформирования железнодорожного транспорта. Ее цель - повышение эффективности за счет развития конкуренции и привлечения инвестиции. При этом сохраняется единство железнодорожного транспорта и государственный контроль его деятельности.

С технической точки зрения высокий уровень требований к эффективности управления в настоящее время во многом определяется уровнем информатизации. Информационные технологии сегодня - это не просто средства поддержки управления, а основной элемент инфраструктуры железнодорожного транспорта. Из разряда вспомогательных средств они переместились в класс основных технологий и превратились в один из главных механизмов совершенствования управления перевозками. Сегодня можно сказать, что информационные технологии стали бизнес-образующим фактором для железнодорожного транспорта и во многом определяют, насколько эффективно он может работать на рынке перевозок.

В связи с этим в настоящее время мы существенно пересмотрели подходы к информатизации. Было выстроено дерево целей отрасли. В программе информатизации определены глобальные цели и на их основе конкретизированы среднесрочные задачи, в число которых вошли и рост эффективности работы железнодорожного транспорта, и повышение безопасности движения, и создание единого информационного пространства как основы эффективного управления отраслью. Среднесрочные цели определяют направления работ на несколько лет.

В соответствии с этими целями осуществляется интенсивная модернизация информационной среды отрасли. Создается сеть ЦУПов - интегрированная система мониторинга перевозочного процесса и диспетчерского управления на уровне АО НК «КТЖ», регионов (РЦУП) и опорных центров (ОЦ). Целью ставится не автоматизация отдельных рабочих мест, функций и элементов технологии, а разработка сквозных комплексных информационно-технологических «вертикалей» управления перевозочных процессом. Это позволяет увеличить эффективность управления, снизить эксплуатационные затраты.

Введена в промышленную эксплуатацию система номерного слежения за вагонами ДИСПАР. Она позволяет лучше обеспечивать заявки отправителей, контролировать работу вагона, анализировать эффективность его использование и лучше управлять вагонным парком.

Вводится в действие АСУ контейнерными перевозками. Она обеспечивает информационное обслуживание работников контейнерных пунктов и грузовых станций и улучшает контроль передвижения и использования контейнеров. В дальнейшем предполагается продлить слежение до склада получателя и обеспечить более полный информационный сервис клиентам.

Новые условия работы отрасли на рынке перевозок заставляют по-новому взглянуть на задачи автоматизации управления. Произошло резкое усложнение функций управления. Начат переход от информационных систем к информационно-управляющим.

В рыночных условиях произошло изменение целей управления. Если раньше основная задача железных дорог формулировалась как «перевозки», то теперь это - «транспортное обслуживание». Эти два понятия оперируют разными экономическими категориями. При взаимодействии транспорта и производства возникают так называемые «стыковые потери». Предприятия создают резервы перерабатывающей способности грузовых фронтов, складов, содержат дополнительные пути, вагоны, локомотивы, штат. Из-за несвоевременного подвода порожняка и грузов простаивает оборудование. При первой задаче (перевозке) стыковые потери относились на производство, при второй («транспортное обслуживание») - на железные дороги.

Во втором случае транспорт стремится обеспечить надежные и эффективные транспортные связи между поставщиками и потребителями, то есть сделать территориально распределенную производственную систему высокоорганизованной. Теперь нужно не просто привезти груз (допустим, выдержав срок доставки), а осуществлять транспортное обслуживание по различным классам качества, минимизируя стыковые потери. Ранее эта задача не могла быть поставлена из-за чрезвычайной перегрузки железной дороги. Сейчас ситуация изменилась. Но качественное транспортное обслуживание с минимальными резервами не может быть эффективно осуществлено без принципиально новых функций автоматизации управления [5].

Новый объект управления - сеть транспортных связей поставщиков и потребителей- характеризируется структурой, направлениями и объемами перевозок, а также их динамикой: темпами отгрузки, ритмами перевозок и графиками поставок. При управлении необходимо учитывать динамически меняющиеся требования клиентов к темпам и объемам отправки и получения грузов, резервы и ресурсы транспортной системы.

Новая цель управления - обеспечение надежных и эффективных транспортных связей - предполагает:

· снижение стыковых потерь;

· сокращение простоев транспорта, а также оборудования поставщиков и потребителей;

· минимизацию затрат на перевозки;

· оптимальное согласование ритмов работ поставщиков, потребителей и транспорта.

В соответствии с этим в структуру новой АСУ перевозочным процессом наряду с информационной компонентой, собирающей информацию о ходе перевозок, включена управляющая система, которая формирует оптимизированные управляющие воздействия на объекты транспорта. Управляющая компонента призвана решить ряд серьезных проблем. Среди них, например, согласованный подвод грузов к портам (поскольку сейчас судовая партия накапливается на припортовых складах, где лежит до подхода судна, затем ее снова грузят в вагоны и перегружают на судно). Важная задача - согласованный подвод грузопотоков к крупным потребителям, пограничным переходам. Что касается управления потоками порожняка, то они сейчас стали многоструйными (вагоны могут как российские, так и стран СНГ; кроме того, учитывается вид груза, под который они пригодны).

При рассмотрении этих в динамике диспетчер из-за изобилия возможных вариантов не в силах в разумные сроки выбрать лучший из них. Для этого требуются специальные оптимизационные модели. Для оптимизации используется метод динамического согласования производства и транспорта. Согласование состоит в возможном сдвиге во времени ритмов работы поставщиков. В основе метода - модель строгой оптимизации. Ее функционал выражает минимум суммы транспортных расходов, расходов на содержание резервов и затрат на изменение ритмов работы поставщиков, а качестве ограничений служат условия баланса потребления и наличия продукта у поставщика и потребителя. Эти модели будут работать совместно с задачами мониторинга и контроля перевозочного процесса, обеспечивая работу диспетчерского аппарата в системе ЦУП АО НК «КТЖ» - РЦУП-ОЦ.

В основу вертикали управления ЦУП АО НК «КТЖ» - РЦУП - ОЦ - положена система серверов баз данных и приложений, обеспечивающих доступ к оперативной модели перевозочного процесса сети и дорог. Существующая модель основана на информации из АСОУП. Ее ведение обеспечивается на серверах ИВЦ дорог. При этом дорожные базы недостаточно взаимоувязаны, могут содержать рассогласования, не позволяют эффективно отслеживать объекты, выходящие за пределы дорог, управлять грузопотоками и вагонопотоками в рамках регионов, охватывающих несколько дорог, или сети в целом.

Для преодоления этих ограничений в настоящее время развернуты работы по созданию новой единой модели перевозочного процесса (ЕМПП), которая придет на смену старой АСОУП. Новая ЕМПП - это логически упорядоченная и непротиворечивая совокупность текущих (оперативных), исторических (архивных) и прогнозных данных, правил и способов их ведения, предназначенная для организации, управления и осуществления перевозок. Она позволит реализовать ряд принципиально важных функций для АСУ перевозочным процессом, в частности:

· мониторинг и контроль грузопотоков, вагонопотоков и тяговых ресурсов в рамках регионов и сети диспетчерским аппаратом РЦУП и ЦУП АО НК «КТЖ»;

· сквозное управление потоками по вертикали ЦУП - РЦУП - ОЦ, включая планирование, оперативное регулирование и диспетчерское управление;

· оценку эффективности управления и параметров транспортных связей на основе аналитических приложений;

· адаптацию расчетных и прогнозных моделей к текущим условиям работы за счет использования аналитических оценок.

Новая модель будет приспособлена для автоматизированного управления грузопотоками, погрузочными и тяговыми ресурсами на уровне регионов и сети. Как база оперативных состояний любой сложной системы управления она будет включать модель состояния объектов управления (транспорта и грузопотоков), описание целей управления (плановых и технологических нормативов), модель поведения объектов системы (показатели перевозочного процесса, параметры транспортных связей и грузопотоков, оценки эффективности результатов планирования и диспетчерского управления).

АСУ перевозочным процессом на базе новой ЕМПП - сложная иерархическая система, в которой процессы управления реализуются взаимосвязанными контурами, располагающимися на разных уровнях системы. Основными из этих контуров являются планирующий и отслеживающий сформированные планы.

На верхних уровнях системы (сеть и регион) должно осуществляться оптимальное планирование грузопотоков, а также распределение погрузочных и тяговых ресурсов в соответствии с заявками клиентов на согласованный подвод грузо- и вагонопотоков. Для этого на уровне сетевого и регионального центра появляются новые приложения:

· автоматизированное управление грузопотоками в рамках региона и сети (планирование согласованного подвода грузов к крупным потребителям, планирование и управление потоками порожняка, управление тяговыми ресурсами);

· формирование управляющих воздействий через ЕМПП;

· автоматизация прогнозирования, контроля и оперативного отслеживания планов по грузопотокам на базе ЕМПП;

· анализ эффективности управления на основе данных из ЕМПП.

В региональный центр интегрируются задачи ЕДЦУ по автоматизации работы поездных диспетчеров (АРМ ДНЦ в увязке с ДЦ или АСДК).

На уровнях сети и региона должны работать контуры оперативного отслеживания сформированных планов, решающие диспетчерские задачи контроля и регулирования грузопотоков в соответствии с рассчитанными плановыми нормами. Их цель состоит в обеспечении продвижении конкретных грузо- и вагонопотоков к потребителям в соответствии с рассчитанными оптимальными планами с учетом заданных ограничений и запретов. При обнаружении существенных отклонений потоков от расчетных должно происходить обращение к вышестоящему контуру для перепланирования.

В результате решения задач управления грузо- и вагонопотоками формируются установочные задачи для контуров управления поездной работой диспетчерского аппарата ЕДЦУ. Задания по местной работе адресуются управленческому аппарату линейных опорных центров и станций.

Принципиально важные функции приложений ОЦ заключаются в управлении местной работой, начально-конечными операциями, грузопотоками в рамках опорного линейного района и автоматизации технологических операций с одновременным формированием и ведением ЕМПП. В рамках работ по ОЦ ведется увязка существующих АСУ СС со средствами автоматики [6].

3. Расчет массы и длинны состава грузового поезда

3.1 Определение массы состава грузового поезда

Для определения размеров движения на заданном участке выполняем тяговые расчеты.

Тяговые расчеты позволяют рационально использовать подвижной состав и поездо-участок эксплуатации, контролировать и выполнять расчеты весовых норм поездов, определять перегонное время хода поездов, необходимого для выполнения графика движения поездов.

Грузовое движение на заданном полигоне обслуживается локомотивами серии 2ТЭ10В.

Расчет массы состава грузового поезда ведется по формуле:

, тонн (3.1)

где - расчетная сила тяги локомотива при расчетной скорости;

- расчетная масса локомотива;

- основное удельное сопротивление движению локомотива при расчетной скорости в кг/т, определяемое по формуле:

, кг/т (3.2)

кг/т

- основное удельное средневзвешанное сопротивление движению состава при расчетной скорости, которое определяется по формуле:

, кг/т (3.3)

где - количественное соотношение 4-хосного вагона в составе соответственно на подшипниках скольжения и качения (0,8; 0,2);

- доля четырех- и восьмиосных вагонов в составе, которая вычисляется по выражениям:

(3.4)

где - количественные соотношения соответственно 4,8-осных вагонов в составе (0,83; 0,17)

,

,

,

Для определения основного удельного сопротивления движению состава вычисляем следующие формулы:

ѕ для груженых 4-хосных вагонов на роликовых подшипниках

, кг/т (3.5)

ѕ для груженых 8-осных вагонов

, кг/т (3.6)

где - нагрузка от оси вагона на рельсы, в т/ось

, т/ось (3.7)

, т/ось (3.8)

т/ось

т/ось

кг/т

кг/т

Представляя полученные значения в формулу (3.3), получим средневзвешенное удельное основное сопротивление движению состава.

, кг/т

Для получения массы состава в исходную формулу (3.1) подставляются значения и :

т

3.2 Определение количества вагонов в составе груженного поезда

Для определения длины поезда необходимо вычислить число вагонов в составе, которое определяется по формуле:

, вагонов (3.9)

вагонов

Устанавливаем фактическую массу состава:

т

3.3 Определение длинны груженного поезда

Длина поезда из груженных вагонов определяется по формуле:

, м (3.10)

где - длинна локомотива в м, для тепловоза 2ТЭ10В, м

- длинна состава в м

, м (3.11)

м

10 - запас длины на неточность установки поезда

м

3.4 Установка полезной длины приемоотправочных путей станции

По полученной длине поезда устанавливается (проверяется) длина приемоотправочных путей станции по условию . Значение в зависимости от длины поезда принимается типовое: 850, 1050, 1250 м.

По расчету длина состава груженого поезда составила = 970 м. Поэтому стандартная длина станционных путей принята м.

3.5 Определение массы состава по длине станционных путей

Масса поезда, соответствующая полному использованию полезной длины станционных путей, определяется по формуле:

,т (3.12)

где - погонная нагрузка вагонов на путь, т/м определяется

т/м (3.13)

т/м

т

Это наибольшая масса поезда по длине станционных путей, которая может быть использована для формирования тяжеловесных поездов.

3.6 Определение количества вагонов в составе порожнего поезда

Количество вагонов в составе порожнего поезда определяется из условий полной совместимости приемоотправочных путей станции по формуле:

, ваг (3.14)

где - средняя длина физического вагона, определяема по формуле:

, м (3.15)

м

вагонов

3.7 Проверка массы состава на трогание с места

Рассчитанная масса грузового состава по формуле (3.1) проверяется на трогание с места на остановочных пунктах по формуле:

, т (3.16)

где - крутизна наибольшего уклона на остановочных пунктах заданного участка %, ;

- сила тяги локомотива при трогании с места;

- удельное сопротивление состава при трогании с места, определяемое по формуле:

ѕ для вагонов на подшипниках качения

, кг/т (3.17)

т/ось,

кг/т

кг/т

тогда:

кг/т (3.18)

где - количественное соотношение вагонов соответственно на подшипниках скольжения качения.

кг/т

Подставляя полученное значение получим:

т

Вывод:

Следовательно, полученная масса состава отвечает условию , следовательно, поезд может останавливаться на всех разделенных пунктах участка и для трогания с места не требуется вспомогательный локомотив.

4. Разработка графика движения поездов и расчет пропускной способности

4.1 График движения поездов

На железнодорожном транспорте движение поездов осуществляется по графику. График движения поездов является основой организации перевозок. Он объединяет деятельность всех подразделений и выражает план всей эксплуатационной работы железных дорог.