Современные компьютерные технологии для обучения персонала службы движения

- ремонт и замена стрелочных электроприводов, а также электроприводов автошлагбаумов;

- подготовка и замена всех видов светофоров, релейных и батарейных шкафов, оснований для них, а также замена светофорных головок;

- комплексная проверка и ремонт питающих установок, а также ремонт дизель-генераторов (ДГА);

- ремонт и замена кабелей СЦБ;

- сопровождение работ, сопутствующих капитальному ремонту смежных служб железной дороги.

Структурные преобразования в хозяйстве автоматики и телемеханики Октябрьской ж. д. можно назвать смелым экспериментом в разделении функций обслуживания и ремонта устройств и систем СЦБ.

В соответствии с изложенными фактами можно сделать вывод о том, что разработанный в 2003 году Типовой проект требует существенных изменений.

В частности, в его состав необходимо включить следующие принципиально новые разделы:

• Организация обслуживания и ремонта устройств на механизированной сортировочной горке (с учетом разработанных ПГУПС проектов ТОиР СЖАТ для Пензенской и Ульяновской дистанций СЦБ Куйбышевской ж. д.);

• Особенности организации технического обслуживания и ремонта устройств и систем СЦБ с применением средств диагностики и мониторинга (с учётом разработок в этой области ГТСС).

При корректировке положений действующего Типового проекта должны быть также учтены результаты структурных преобразований на Красноярской и Октябрьской железных дорогах.

УДК 656.25

В. В. Комаров, С. В. Ракчеев

СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПЕРСОНАЛА СЛУЖБЫ ДВИЖЕНИЯ

Центром компьютерных железнодорожных технологий (ЦКЖТ) кафедры «Автоматика и телемеханика на ж. д.» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) выполнены изыскатель-

97

ские, проектные, монтажные и пусконаладочные работы по модернизации учебной базы кафедры «Управление эксплуатационной работой», результатом которых стало создание Учебного центра управления перевозками (УЦУП ПГУПС).

Эта работа требовала капитального переустройства эксплуатировавшегося с 1960-х годов учебного макета железной дороги и устройств управления движением поездов лаборатории «Организация движения» ПГУПС. Потребовалась разработка программно-аппаратного имитатора электрической и диспетчерской централизации, автоматической и полуавтоматической блокировки для участка железной дороги, а также устройства для непосредственного управления движением поезда, которыми могли бы пользоваться студенты в учебном процессе.

В ходе предпроектных проработок была создана Концепция организации УЦУП, в которой, в свою очередь, нашли отражение основные задачи, требования и цели модернизации и переоснащения учебно-лабораторной базы. На этой стадии также были решены вопросы:

- организационной структуры УЦУП;

- технического обеспечения;

- функциональных возможностей;

- объемов и сроков выполнения работ.

Основным критерием выбора организационной структуры управления УЦУП явилось обеспечение работы максимального количества учащихся на автоматизированных рабочих местах (АРМ) всех уровней управления с учетом имеющегося путевого развития макета и возможных учебных задач.

Была выбрана следующая схема организации:

- высший уровень АРМ старшего диспетчера, обеспечивающий контроль за всем участком макета;

- средний уровень, включающий в себя три АРМ поездных диспетчеров (ДНЦ), каждый из которых обеспечивает управление перевозочным процессом в переделах своего диспетчерского круга;

- нижний уровень - восемь АРМ и два пульт-табло дежурного по станции (ДСП), обеспечивающих выполнение перевозочного процесса в пределах станции.

В качестве технических средств реализации Концепции УЦУП использованы разработки ЦКЖТ, применяемые на магистральном железнодорожном транспорте и в метрополитене - системы диспетчерской и электрической централизации на базе микроЭВМ и программируемых контроллеров ДЦ-МПК и ЭЦ-МПК.

Использование в качестве путевых датчиков миниатюрных герконо-вых реле, интеграция управления несколькими станциями в одном контро-

98

лируемом пункте (КП) позволило сократить расходы на проектирование и монтаж всего комплекса устройств УЦУП.

В ходе работы над программным обеспечением были реализованы функции электрической централизации стрелок и сигналов.

Для организации обмена данными между АРМ использована стандартная локальная вычислительная сеть Ethernet 10/100 Мбит/с, в которую включены АРМ ДСП, АРМ ДНЦ, контроллеры КП, сервер данных (рис. 1).

Рабочие места ДСП, ДНЦ

Контроллер макета

Командная станция

V

Локомотивы

Напольное оборудование

Рис. 1. Структурная схема УЦУП

План и схема размещения оборудования УЦУП ПГУПС показаны на рисунке 2.

По аналогии с системой управления, используемой на макете УЦУП ПГУПС, была разработана система с виртуальным полигоном для лаборатории управления движением Петрозаводского колледжа железнодорожного транспорта, где технологическая ситуация задается на АРМ преподавателя, а управление движением поездов по шести станциям участка осуществляется с АРМ ДСП и АРМ ДНЦ.

99

SIAM***

и

о

о

П

Р<*|0№41

V

rinni* immTi

5

КП

10

АРМ

1-8-ДСП 9-ЛРМ ДСПГ Ш-12ДНЦ 13-ДНЦГ

П -пульты 14-серпср

КП - шкаф КП ЭЦ/ДЦ-М1IK

Рис. 2. План и схема размещения оборудования УЦУП

С учетом опыта, полученного при выполнении описанных работ, ЦКЖТ выполнил разработку и монтаж системы управления макетом ин-тремодальных перевозок РЖД, демонстрируемым в настоящее время в выставочном зале Центра научно-технической информации ОАО РЖД, а также ведет работу по реконструкции учебной базы кафедры «Управление эксплуатационной работой» Уральского государственного университета путей сообщения.

Работа УЦУП кафедры «Управление эксплуатационной работой» ПГУПС основывается на действии макета железной дороги типоразмера Н0, состоящего из:

- 10 станций;

- 11 перегонов, 2 из которых - возвратные петли;

- 3 контролируемых пунктов на базе комплексов технических средств управления и контроля (КТСУК);

- устройств локальной автоматики на основе плат управления и контроля УДО-48Р, УДО-24Р, УМВ-64/8-S, УКППС;

- 2 пульт-табло аппаратов управления станций Отрадная и ЛИИЖТ-Сортировочный;

- 8 автоматизированных рабочих мест дежурных по станции АРМ

ДСП;

- 1 АРМ дежурного по горке и району формирования;

- 3 АРМ ДНЦ (диспетчеров) и 1 АРМ ДНЦГ (старшего диспетчера);

- сервера данных;

- локальной вычислительной сети;

- устройств электроснабжения.

УЦУП условно представляет собой отделение дороги, состоящее из трех диспетчерских кругов: ДНЦ-1, включающий станции Отрадная, Новая, ЛИИЖТ-Сортировочный; ДНЦ-2, включающий станции Мирная, Солнечная, Движенец, Фонтанка; ДНЦ-3, включающий станции Находка, Лужайка, Новинка.

Проектом УЦУП предусмотрено два типа рабочих мест дежурных по станции. Для малых станций Новинка, Лужайка, Находка, Фонтанка, Движенец, Солнечная, Мирная, Новая применяется автоматизированное рабочее место ДСП на базе персональной микроЭВМ, для станции ЛИИЖТ-Сортировочный сохраняются существующие пульт-табло желобкового типа совместно с АРМ дежурного по горке, для станции Отрадная - пульт типа «домино» c точечной индикацией.

В качестве аппарата управления движением поездов на участке макета УЦУП, входящего в диспетчерский круг, применяется автоматизированное рабочее место поездного диспетчера (АРМ ДНЦ) на базе персональной микроЭВМ. ДНЦ-2 и ДНЦ-3 обеспечивают диспетчерский контроль за поездной ситуаций и диспетчерское управление движением поез-

101

дов в пределах кругов, ДНЦ-3 обеспечивает диспетчерский контроль за поездными передвижениями на ст. ЛИИЖТ-Сортировочный и Новая и диспетчерское управление на ст. Отрадная.

Проектом УЦУП предусмотрена также реализация функций управления и контроля устройствами ЭЦ и АБ на станциях и перегонах, а также управление поездами средствами вычислительной техники по цифровому рельсопроводному каналу.

Электрическая централизация ЭЦ-МПК строится по трехуровневой структуре, где верхний уровень представляет собой автоматизированные рабочие места дежурных по станции (АРМ ДСП). К среднему уровню относится комплекс технических средств управления и контроля (КТСУК), к нижнему уровеню - напольные устройства макета (стрелки, светофоры, устройства контроля занятости участка пути).

Интерфейс пользователя на АРМ ДСП макета по контролю и управлению объектами построен по тем же принципам, что и на АРМ ДСП действующих станций магистральных железных дорог, оборудованных системой ЭЦ-МПК.

Для малых станций применяется типовая архитектура ЭЦ-МПК, обеспечивающая выполнение следующих функций:

- задание поездного маршрута;

- отмена поездного маршрута;

- индивидуальное управление стрелками;

- смена направления на перегоне;

- для станций Мирная и Солнечная - режим автодействия сигналов в правильном направлении;

- прием-отправление поезда по запрещающему показанию светофора;

- искусственное размыкание секций маршрута;

- открытие пригласительного сигнала;

- перевод ложно занятой стрелки;

- аварийная смена направления на перегоне.

Набор реализуемых ЭЦ функций расширен следующими:

- на ст. Отрадная введено переключение режимов управления дис-петчерское/резервное ключом-жезлом;

- на ст. Новая и ЛИИЖТ-Сортировочный реализуется маневровая маршрутизация.

Автоблокировка (АБ) в УЦУП представляет собой независимую автоматическую систему, работающую самостоятельно при подаче управляющего напряжения на исполнительные модули.

Контроль занятости участка пути производится с помощью специализированных модулей УКППС (устройство контроля проследования подвижного состава). В основе работы УКППС лежит счетный принцип: на

102

каждое ветвление отдельного контролируемого участка устанавливается два геркона типа МКА-10109, которые подключаются к счетным входам УКППС. При проследовании над парой герконов локомотивов или вагонов состава, на котором установлены контрольные магниты, происходит счет подвижных единиц - в зависимости от направления движения сложение или вычитание общей суммы. Если сумма равна нулю, то участок считается свободным, в противном случае - занятым. Подобным образом осуществляется функционирование системы счета осей (ЭССО) магистральных железных дорог.

Модуль УКППС имеет три установочных входа для предварительного ввода данных (например, для инициализации устройств при включении макета или обнуления в случае ложной занятости) и три выхода для подключения контрольных реле. УКППС может конфигурироваться под различные варианты путевого развития контрольного участка (путь с двумя ветвлениями, одиночная стрелка с тремя ветвлениями, две стрелки в одной секции с четырьмя ветвлениями, три стрелки в одной секции с пятью ветвлениями) и обслуживать от одного до трех таких участков. На макете выделено 150 контролируемых путевых участков, для их контроля используется 100 модулей УКППС.

Управление движением поездов осуществляется на уровне программного обеспечения (ПО) контроллера макета путем формирования команд на локомотивы. Существуют два режима управление локомотивами: маршрутный и принудительный. При маршрутном режиме команды на движение локомотива формируются в момент задания маршрута. Каждому элементу путевого развития, входящему в маршрут, соответствует свое значение скорости. При занятии рельсовой цепи на локомотив отправляется команда с соответствующим значением скорости. При прохождении поезда по маршруту программа отслеживает его местоположение (на какой РЦ он находится) и сохраняет его адрес в базе данных.

При принудительном режиме управление поездом осуществляется с любого АРМ ДСП путем непосредственного формирования команд для выбранного локомотива. Программно-аппаратные средства УЦУП позволяют управлять движением до 10 поездов одновременно.

Для сопряжения с контроллером макета разработана командная станция DCC-ЦКЖТ, осуществляющая посылку кодов в рельсовые нити. Передача команд управления движением поездов осуществляется по цифровому каналу в стандарте NMRA (наиболее распространенный международный стандарт цифрового управления модельными железными дорогами). Каждый локомотив оборудован стандартным микроконтроллером (декодером), настроенным на определенный адрес. Приняв команду со своим адресом, декодер выдает управляющее воздействие в соответствии с этой командой на тяговый двигатель локомотива.

103

Питание устройств макета осуществляется с использованием двух универсальных источников питания, обеспечивающих выдачу ряда напряжений для:

- ламп светофоров +6 В;

- стрелок и контрольных схем ~16 В;

- плат УКППС и путевых реле +12 В;

- управляющих плат, расположенных непосредственно под макетом ~ 36 В.

Для питания элементов УЦУП организованы продольные шины электроснабжения по всей длине макета. Соответствующая шина заводится на клеммную панель макета или на плату управления/контроля.

Для питания устройств АРМ и КП используется внешнее электроснабжение 220 В.

Потребляемая мощность устройствами АРМ - 1000 Вт.

Потребляемая мощность устройствами КТСУК - 250 Вт.

Потребляемая мощность напольным оборудованием макета - 500 Вт.

Потребляемая мощность пульт-табло - 2 кВт.

Общая потребляемая мощность устройств УЦУП составляет ~30

кВт.

Все подключения источников электроснабжения выполнены через отдельные предохранители.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) обеспечивает передачу данных между АРМ ДСП, КП, АРМ ДНЦ, сервером. Общее количество абонентов ЛВС равняется 16.

Кабельная сеть проложена кабелем «витая пара» категории 5 или 5Е от розеток абонентов до патч-панели типа 110, размещаемой на стойке сетевым оборудованием.

ЛВС УЦУП построена на основе технологии коммутируемого Ethernet 10/100 Мбит/с. Скорость 10 Мбит/с используется контроллерами КП, АРМ работают на скорости 100 Мбит/с.

Применение системы цифрового управления при создании УЦУП позволило расширить функциональность макета, добавив новые функции:

- возможность плавного изменения скорости движения;

- управление локомотивом напрямую с компьютера АРМ;

- прицельная остановка в пределах пути;

- управление дополнительными функциями (звук, освещение, отцепка);

- слежение за каждым локомотивом.

В процессе реконструкции макета было разработано новое программное обеспечение для АРМ и для контроллера, которое, помимо зависимостей ЭЦ, установки маршрутов, выбора сигнальных показаний на све-

104

тофорах, включает в себя функции цифрового управления локомотивами. Программа контроллера в зависимости от технологической ситуации формирует команды управления локомотивом. Команды передаются через командную цифровую станцию в рельсы и далее на декодер локомотива. Обмен данными между командной станцией и контроллером построено по последовательному интерфейсу RS-485.

Основные особенности программной реализации цифрового управления заключаются в следующем.

1. Адреса декодеров локомотивов прописываются в исходных данных.

2. При движении поездов по маршрутам программа отслеживает и сохраняет в базе данных текущее местоположение локомотива (на какой РЦ он находится).

3. Все возможные передвижения поездов по макету на станциях и перегонах поделены на маршруты. В каждый маршрут входит минимум два участка: как правило, перед светофором (предмаршрутный) и за светофором.

4. Имеется возможность ручного управления локомотивом с АРМ ДСП или АРМ ДНЦ.

Принцип работы программы при движении поезда по маршруту представлен в виде блок-схемы алгоритма на рисунке 3. При открытии сигнала и нахождении поезда на предмаршрутном участке по адресу локомотива подается команда на движение в соответствующем направлении со скоростью, указанной в исходных данных маршрута. Далее ожидается занятие поездом следующей РЦ по маршруту в течение определенного времени. Если этого не происходит, то на локомотив посылается команда остановки, так как в данном случае возможна нештатная ситуация - сход локомотива или ложная свободность РЦ, по причине которой невозможно дальнейшее отслеживание движения поезда по макету.

При занятии следующей РЦ фиксируется нахождение локомотива и устанавливается скорость движения. Когда локомотив занимает последнюю РЦ по трассе маршрута, проверяется состояние следующего светофора (светофора следующего маршрута). Если светофор открыт, то движение поезда переходит под управление следующего маршрута (рис. 4). Если светофор закрыт, то устанавливается соответствующая скорость движения и на локомотив поступает команда остановки через выдержку времени, необходимого для проследования поездом до закрытого светофора.

105

Рис. 3. Блок-схема алгоритма управления движением поезда на макете УЦУП

106

Маршрут 1 Маршрут 2

Маршрут 3

о*@—I ♦

i---------------1-----------------ь

г-

г-

Рис. 4. Технологический алгоритм управления движением поезда

Проведенные мероприятия по созданию УЦУП ПГУПС позволяют в полной мере кардинально изменить уровень обучения и переподготовки специалистов службы движения. Это в первую очередь касается интерфейса автоматизированных рабочих мест дежурных по станции и диспетчеров, которые получают возможность обучаться на программных средствах, тиражируемых по сети дорог. Кроме того, широкие возможности цифрового управления дают возможность развивать и совершенствовать содержание и методы учебного процесса. К последнему, в частности, относятся:

- моделирование маневровой работы на станции, связанной с переформированием поездов;

- моделирование погрузочно-выгрузочной работы;

- моделирование работы локомотивного депо;

- моделирование действий оперативного персонала при возникновении неисправностей;

- ведение и анализ графика исполненного движения и пр.

К существенному качественному изменению подготовки специалистов следует отнести возможность осуществлять роспуск состава на сортировочной горке по заранее сформированному в отдельном программном приложении листку сортировки, также реализованному на цифровой программно-аппаратной базе. Работа по роспуску состава показана на макете в полном соответствии с технологией работы существующих в реальности устройств горочной сортировочной системы.

Расширено функциональное содержание работы на сортировочной станции. Если ранее ДСП мог только принимать и отправлять поезда с возможностью передачи из парка в парк маневровыми маршрутами, то теперь на сортировочной станции появился отдельный АРМ дежурного по горке, в задачи которого входит обеспечение процесса роспуска и формирование поездов.

Немаловажным фактором в эксплуатации комплекса устройств УЦУП ПГУПС является визуальное восприятие студентами и учащимися целостной картины работы железнодорожного участка, что способствует лучшему пониманию технологии работы железной дороги и ее составляющих частей (устройств СЦБ, локомотивной и вагонной служб и т. д.).

107

Разработанные для УЦУП варианты нормативного графика движения поездов от самого простого, содержащего только прием, отправление и пропуск поездов, до более сложного, охватывающего местную, сортировочную и вывозную работу, дают возможность в течение семестра научить студентов решать самые разнообразные задачи, связанные с организацией управления перевозочным процессом как на уровне линейного предприятия - станции, так и на вышестоящих уровнях в отделении или управлении дороги - диспетчерского круга, дежурного по отделению, оперативного отдела.

Компьютерные средства управления позволяют также выполнять имитацию неисправностей (ложная занятость или свободность, потеря контроля стрелки, неразмыкание маршрута и т. п.), что способствует отработке действий в различных аварийных ситуациях.

УДК 656.25 Д. Г. Никулин

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Комплексная автоматизированная система диспетчерского управления движением поездов (КАСДУ) предназначена для оперативного управления объектами инфраструктуры линии метрополитена. Ее неотъемлемой частью является сеть передачи данных (СПД), предназначенная для информационного обмена между компонентами вычислительных средств. Для сложной иерархической системы, каковой является КАСДУ, вопросы передачи данных могут решаться наилучшим образом при её разработке. При изменениях и модернизации уже существующей системы эти же вопросы могут быть решены по-другому. В результате СПД модернизированной системы становится неоднородной. Эта тенденция прослеживается на примере развития СПД КАСДУ, в котором можно выделить несколько этапов.

На первом этапе развития СПД КАСДУ была выполнена адаптация её программных средств к технологии работы Санкт-Петербургского метрополитена, которая обеспечивала замену устаревших устройств центрального поста (ЦП) диспетчерского управления вычислительными средствами пункта управления (ПУ) системы диспетчерской централизации ДЦ 108