РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ КОНТРОЛИРУЕМЫЙ ПУНКТ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в автоматизированных цифровых системах управления железнодорожным транспортом как для автономного управления так и в составе централизованной диспетчерской системы (диспетчерского управления).
Известен распределенный контролируемый пункт, включающий блоки ввода и вывода сигналов и центральный блок управления, соединенный с локальной сетью (см. патент RU 27370, кл. B61L 27/04, опубл. 27.01.2003). Недостатками известного устройства являются сложность и большой цикл подготовки системы к сдаче в эксплуатацию, невозможность непрерывного диагностирования элементов системы и объекта контроля и управления, большой объем проектных и строительно-монтажных работ, большое количество проводов, кабелей межстативных соединений и приборов.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении и сокращении цикла подготовки устройства к сдаче в эксплуатацию, обеспечение возможности непрерывного автоматического диагностирования элементов, уменьшение объема проектных и строительно-монтажных работ с уменьшением расхода проводов и кабелей межстативных соединений и уменьшением объема приборов исполнительной части. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что распределенный контролируемый пункт, включающий блоки ввода и вывода сигналов и центральный блок управления, соединенный с локальной сетью, содержит рабочее место дежурного по станции и рабочее место электромеханика, каждое из которых оснащено, по меньшей мере, двумя равнозначными по отображению компьютерами с сетевыми портами Ethernet, объединенными в дублированную локальную сеть с помощью коммутаторов, причем рабочее место электромеханика дополнительно оснащено модемами для удаленного мониторинга, при этом центральный блок управления включает, по меньшей мере, два промышленных компьютера с сетевыми портами Ethernet и CAN, модуль связи, обеспечивающий возможность подключения через устройства защиты к другим распределенным контролируемым пунктам, и коммутаторы локальной сети Ethernet, связанные между собой дублированной локальной сетью, и обеспечивает взаимодействие по двум локальным сетям типа CAN с двумя комплектами блоков ввода и вывода сигналов, включающими: блоки вывода сигналов телеуправления, блоки ввода сигналов телесигнализации и блоки вывода сигналов ответственного телеуправления, а также взаимодействие посредством третьей локальной сети типа CAN с блоками ввода сигналов телеизмерения, осуществляющими диагностику и контроль технического состояния стационарных устройств автоматики и телемеханики.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого распределительного контролируемого пункта.
Распределенный контролируемый пункт РКП представляет собой набор отдельных функциональных узлов (блоков). Он содержит рабочее место дежурного по станции 1, рабочее место электромеханика 2, резервированный центральный блок управления 3, блоки ввода сигналов телесигнализации 4, блоки вывода сигналов телеуправления 5, блоки вывода сигналов ответственного телеуправления 6 и блоки ввода сигналов телеизмерения 7.
Рабочее место дежурного по станции 1 содержит не менее двух равнозначных по отображению персональных компьютеров индустриального исполнения 8 и 9, с двумя сетевыми портами Ethernet 10 и 11, с алфавитно-цифровыми клавиатурами, манипуляторами типа "мышь" и жидкокристаллическими видеотерминалами. Коммутаторы локальной сети Ethernet (Switch) 12 и 13 позволяют построить дублированную локальную сеть, подключить к локальной сети аппаратуру рабочего места дежурного по станции 1, а также обеспечить связь с коммутаторами локальной сети резервированного центрального блока управления 3 и рабочим местом электромеханика 2. Рабочее место электромеханика 2 содержит не менее двух равнозначных по отображению персональных компьютеров индустриального исполнения 14 и 15, с двумя сетевыми портами Ethernet 16 и 17, с алфавитно-цифровыми клавиатурами, манипуляторами типа "мышь", жидкокристаллическими видеотерминалами и подключенными к ним модемами 18 и 19 для удаленного мониторинга. Коммутаторы локальной сети Ethernet (Switch) 20 и 21, позволяют построить дублированную локальную сеть, подключить к локальной сети аппаратуру рабочего места электромеханика 2 и обеспечить связь с коммутаторами локальной сети центрального блока управления 3.
Резервированный центральный блок управления 3 РКП состоит из, по меньшей мере, двух одноплатных промышленных компьютеров 22 и 23, с сетевыми портами Ethernet 24 и 25, минимум с тремя сетевыми портами CAN 26 и 27 и модулем связи 28 и 29, предназначенным для связи по внешней локальной сети этого распределенного контролируемого пункта, через устройства защиты 30 и 31, с другими контролируемыми распределенными пунктами в случае использования в составе диспетчерского центра. Блок управления 3 включает также коммутаторы локальной сети Ethernet (Switch) 32 и 33, которые связаны между собой дублированной локальной сетью. Эти коммутаторы обеспечивают связь между компьютерами 22 и 23 и компьютерами рабочих мест 1 и 2 по локальной сети.
Центральный блок управления 3 распределенного контролируемого пункта обеспечивает взаимодействие с множеством блоков 4, 5, 6 и 7 по трем внутренним локальным сетям CAN, что позволяет обеспечить полностью резервированный контроль и управление станционными устройствами автоматики 34. Первый комплект блоков 4, 5 и 6 включены в первую локальную сеть CAN, а второй - во вторую локальную сеть CAN. Одноименные типы блоков и одноименные номера входов-выходов блоков подключены к одним и тем же устройствам исполнительной части станционных устройств автоматики 34 по схеме монтажного «ИЛИ». При этом состояние одного объекта контроля читается одновременно двумя блоками 4, которые включены в первую и вторую локальные сети CAN. Управляющие воздействия выдаются из одного блока 5, другой находиться в горячем резерве. Третья локальная сеть CAN используется для подключения блоков телеизмерения 7, осуществляющих диагностику и контроль технического состояния станционных устройств автоматики 34.
Распределенный контролируемый пункт обеспечивает программное выполнение и контроль реализации логики маршрутного набора, не требующее дополнительных схемных решений. Кроме того, он формирует квитирующие сообщения, контролирует техническое состояние устройств автоматики и телемеханики 34, диагностирует аппаратные средства системы.
Блок 4 предназначен для ввода контролируемых двухпозиционных сигналов напряжения постоянного и переменного тока и передачи их в блок управления 3 распределенного контролируемого пункта. Один блок 4 позволяет обработать 20 групповых сигналов. Каждый блок 4 содержит модуль управления и модуль ввода.
Модуль управления содержит стабилизатор напряжения (СН), однокристальную электронную вычислительную машину (ОЭВМ), устройство индикации (УИ) и устройство согласования с локальной сетью (УСЛС). Стабилизатор напряжения осуществляет преобразование напряжения +24В от внешнего источника питания в напряжение +5В. Стабилизатор состоит из импульсного стабилизатора на +5В и обеспечивает ОЭВМ, УСЛС и УИ напряжением питания +5В.
ОЭВМ реализует следующие функции:
- прием сообщений из внутренней локальной сети CAN;
- передачу сообщений состояния входов блоков 4 во внутреннюю локальную сеть CAN;
- проверку работоспособности (диагностику) модуля;
- формирование и передача диагностических сообщений.
УСЛС предназначено для согласования сигналов локальной сети CAN (спецификация ISO-11898) с сигналами ОЭВМ. УИ позволяет визуально оценить работу блока 4 при приеме и передаче сообщений, а также при возникновении аварийных ситуаций в работе.
Модуль ввода каждого блока 4 состоит из элементов гальванической развязки. Входы блока организованы в виде четырех изолированных групп по пять сигналов. Входная цепь каждого входа блока образована последовательно включенными: резистором 3.6 кОм, стабилитроном с напряжением стабилизации 10В и входом оптопары. Выход оптопары подается на вход ОЭВМ.
Блок 5 предназначен для реализации команд неответственного телеуправления общего назначения (включения управляющих реле), поступающих от блока управления 3. Каждый блок имеет на выходе 8 релейных тройников. Блок 5 содержит модуль управления, аналогичный модулю блоков 4, и модуль вывода.
Модуль вывода части блоков 5 состоит из элементов схем усиления и согласования и электромагнитных реле с двумя переключающими контактами. Выходы ОЭВМ модуля управления через схемы усиления и согласования управляют электромагнитными реле. Один из тройников каждого реле выведен из блока и используется для управления внешними устройствами. Контакты второго тройника подключены к входам ОЭВМ и используется для контроля срабатывания. Модуль вывода другой части блоков 5 состоит из элементов схем усиления и согласования и твердотельных ключей с оптронной развязкой. Выходы ОЭВМ модуля управления в этом случае через схемы усиления и согласования управляют твердотельными ключами с оптронной развязкой. Каждый ключ реализует один замыкающий контакт, имеющий одностороннюю проводимость. Выходы ключей выведены из блока и используются для управления внешними устройствами. Для защиты от перенапряжения каждый выход защунтирован защитным стабилитроном с двухсторонней проводимостью на напряжение 39 Вольт.
Блок 6 предназначен для реализации команд ответственного телеуправления (включения управляющих реле дешифратора ответственных команд), поступающих от блока управления 3. Каждый из этих блоков позволяет подключить 8 управляющих реле. Блок 6 содержит модуль управления, аналогичный указанным выше, модуль контроля и модуль вывода.
Модуль контроля состоит из устройства управления ключом УК, устройств управления преобразователями энергии УПР, устройства контроля ключа КК, устройств контроля напряжения на выходах блока КОТУ. УПР выполнены на оптронах и предназначены для осуществления гальванической развязки между ОЭВМ и преобразователями энергии ПР. КК и КОТУ позволяют контролировать питание преобразователей и напряжение на выходах 1-8 блока 6.
Модуль вывода блока 6 состоит из ключа К, преобразователей энергии ПР, трансформаторов Т, выпрямителей - фильтров ВФ. Преобразователи ПР управляются ОЭВМ и вырабатывают импульсы амплитудой 24В и частотой ~ 50 кГц. Нагружены преобразователи на трансформаторы Т.
Трансформаторы Т предназначены для реализации «безопасного выхода», т.е. напряжение на выходе будет присутствовать только при исправном состоянии элементов схемы преобразователей ПР. Выпрямители обеспечивают выпрямление переменного тока после соответствующих трансформаторов Т выполнены по мостовой схеме. Фильтры осуществляют подавление частоты преобразования - сглаживают напряжение на соответствующих выходах.
При выполнении команды ОЭВМ выдает сигналы в УК на включение ключа К. При срабатывании ключа К напряжение +24В от внешнего источника питания поступает на преобразователи ПР. Подача напряжения на преобразователи ПР контролируется ОЭВМ через устройство контроля ключа КК. Далее ОЭВМ начинает вырабатывать последовательность управляющих импульсов частотой 50 кГц, которые через УПР элементы гальванической развязки поступают на преобразователи ПР. С выхода преобразователей ПР импульсы амплитудой 24В поступают на трансформаторы Т, с выхода которых на выпрямители и фильтры ВФ. Выходное напряжение с выхода фильтра поступает на выходы блока 6 и на входы элементов контроля КОТУ, через которые ОЭВМ контролирует фактические наличия напряжений на выходах блока 6.
Часть блоков 7 предназначена для измерения постоянных и переменных напряжений и передачи их значений в блок управления 3 РКП. Один блок 7 позволяет обработать 8 объектов измерения. Каждый блок 7 содержит модуль управления, аналогичный указанным выше, и два модуля ввода.
Модули ввода каждого блока 7 состоят из устройств усилителей -аналоговых фильтров АФ, устройств преобразователей - стабилизаторов ПС, аналого-цифровых преобразователей АЦП и элементов гальванической развязки ОР. Все измерительные каналы построены по идентичным схемам. Измеряемое напряжение поступает на вход усилителя - фильтра АФ, играющего одновременно роль усилителя и фильтра нижних частот, а с выхода АФ подается на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП. Выходные сигналы АЦП через оптопары ОР поступают на ОЭВМ модуля управления. ОР обеспечивают гальваническую развязку измерительных каналов и ОЭВМ. Обработку результатов АЦП и формирование величины измеренного напряжения выполняет ОЭВМ, вычисляется действующее значение измеряемого напряжения. Преобразователи - стабилизаторы ПС необходимы для обеспечения питанием АФ и АЦП, а также гальванической изоляции измерительных каналов по питанию.
Другая часть блоков 7 предназначена для измерения переменных напряжений тональной частоты и передачи их значений в блок управления 3. Один такой блок 7 позволяет обработать 8 объектов измерения. Каждый блок 7 в этом случае также содержит модуль управления и два модуля ввода.
Модули ввода второй части блоков 7 состоят из согласующих усилителей СУ, устройств преобразователей - стабилизаторов ПС, цифровых сигнальных процессоров ЦСП и элементов гальванической развязки ОР. Все измерительные каналы построены по идентичным схемам. Измеряемое напряжение поступает на вход согласующего усилителя СУ, играющего одновременно роль усилителя и фильтра нижних частот, а с выхода СУ подается на вход цифрового сигнального процессора ЦСП. Связь между ЦСП и ОЭВМ осуществляется через оптопары ОР, обеспечивающие гальваническую развязку измерительных каналов и ОЭВМ. Сигнальный процессор измерительного канала ЦСП выделяет огибающую измеряемого сигнала и по ее форме вычисляет напряжение сигнала каждой из контролируемых частот. Обработку результатов вычисленных напряжений ЦСП и формирование величины измеренного напряжения выполняет ОЭВМ. Преобразователи-стабилизаторы ПС необходимы для обеспечения питанием СУ и ЦСП, а также гальванической изоляции измерительных каналов по питанию.
Предлагаемый распределенный контролируемый пункт имеет следующие достоинства:
- кроме диагностирования аппаратуры РКП, возможно диагностирование станционных устройств автоматики и телемеханики (объектов контроля и управления);
- полностью резервированы контроль и управление станционных устройств;
- применен другой тип локальной сети для связи с блоками РКП (CAN), что позволило реализовать обмен сообщениями с блоками РКП не только циклически (запрос-ответ) но и спорадически (сообщения передаются при возникновении изменения состояния);
- для повышения надежности функциональные блоки разделены на три независимые группы (Связь между функциональными блоками в пределах одной группы осуществляется по отдельной сети связи. Две группы блоков взаимно дублируют друг друга и решают задачи непосредственного контроля и управления станцией. Третья группа осуществляет диагностику и контроль технического состояния устройств электрической централизации);
- добавлено резервированное рабочее место дежурного по станции, т.е. управление возможно не только с рабочего места диспетчерского центра (при использовании в составе системы диспетчерского управления), но и на станции с рабочего места дежурного по станции (при использовании в автономном режиме).