МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ СТРЕЛОК И СИГНАЛОВ МПЦТ

Техническое решение относится к области железнодорожной автоматики, в частности, к устройствам микропроцессорной централизации стрелок и сигналов на железнодорожном транспорте и метрополитене для управления перевозочным процессом, как в составе комплексной системы управления так и в качестве самостоятельного устройства.
Известна централизованная диспетчерская система, содержащая распределенные контролируемые пункты и центральный пункт управления с рабочим местом поездного диспетчера, объединенные внешней локальной сетью. Резервированный центральный блок управления каждого распределенного контролируемого пункта управления состоит из основного комплекта, резервного комплекта и модуля диагностики, которые связаны между собой. Каждый из упомянутых комплектов состоит из модуля управления и модуля связи. Модуль управления содержит компьютер, запоминающие устройства, устройства индикации, устройство сброса, устройство отображения, буфер ввода-вывода, устройство ввода, устройство согласования с локальной сетью, датчик температуры, счетчик времени, устройство преобразования интерфейса, устройство управления упомянутым комплектом и преобразователь напряжения (RU 2240245 С1, 07.02.2003).
Недостатками данного решения являются: недостаточная автоматизация процесса управления перевозочным процессом; многокомпонентность; сложность системы, большое количество функциональных блоков.
До недавнего времени на железных дорогах России применялись только системы централизации стрелок и сигналов, использующие в качестве основной элементной базы электромагнитные реле. Автоматизация технологических процессов управления движением поездов на станциях и перегонах оставалась консервативной областью в отношении применения компьютерных технологий.
Следует учитывать, что технические решения и средства для релейной централизации разрабатывались в 1908-2000 гг. и к настоящему моменту явно устарели. Реле как элементная база электрической централизации практически себя исчерпали. Попытки получения новых качественных показателей и расширения функций релейной централизации ведут к увеличению числа реле, потребляемой электроэнергии, затрат на техническое обслуживание, объемов проектных и монтажных работ и размещаются на значительно больших площадях.
По результатам анализа технических характеристик программируемых логических контроллеров (ПЛК) зарубежных компаний, за основу был взят программируемый логический контроллер (ПЛК) SIMATIC.
-7
-8
Запрограммированный по алгоритмам электрической централизации, при помощи программного обеспечения STEP, ПЛК SIMATIC, реализует функции микропроцессорной централизации и позволяет добиться требуемого уровня планируемой безопасности согласно ГОСТ Р МЭК 61508 не более 10-10 1/час.
Задачей настоящего технического решения является создание автоматизированной системы управления перевозочными процессами железнодорожного транспорта и метрополитенов без указанных недостатков при существенном повышении безопасности движения за счет высокой надежности и снижение эксплуатационных затрат.
Решая данную задачу была создана микропроцессорная централизация стрелок и сигналов (МПЦТ), которая в диалоговом режиме управляет, диагностирует и контролирует состояния напольных устройств (электроприводы, светофоры, устройства ограждения переездов, контроля состояния подвижного состава и др.), самодиагностирует элементы микропроцессорных устройств.
Технический результат, достигаемый при реализации предложенной микропроцессорной централизации, заключается в повышении качества перевозочного процесса, существенном повышении безопасности и надежности, автоматизации процесса, контроле соблюдения установленных регламентов, контроле состояния напольных устройств и управлении этими устройствами, диагностике технического состояния напольных устройств, самодиагностике аппаратуры, протоколировании работы системы, работе в диалоговом режиме.
При внедрении МПЦТ также достигаются следующие технические результаты: безопасное управление стрелками, светофорами на ж. д. станциях с целью организации движения поездов; дистанционное управление стрелками и светофорами станции, контроль состояния технических средств, участвующих в процессе управления, выдача дежурному по станции (ДСП) оперативной, архивной и нормативно-справочной информации, а также формирование протоколов работы устройств (событий и состояний) и действий персонала; повышение безопасности движения поездов за счет расширения контрольных, блокировочных и диагностических функций; повышение оперативности управления и улучшение условий труда персонала за счет расширения технологических возможностей управления станционными объектами, контроля их состояния и предоставления справочной информации; упрощение всей системы, за счет уменьшения объема релейной аппаратуры, сокращения потребных производственных площадей и использования диагностических функций для улучшения параметров надежности, что экономически приводит к снижению капитальных и эксплуатационных затрат; упрощение и сокращение сроков проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию новых или реконструируемых устройств за счет минимизации необходимого изменения схем и программного обеспечения при их адаптации к конкретной топологии станции; возможность организации диспетчерского управления или диспетчерского контроля, а также телеуправления с соседней станции без дополнительных аппаратных средств; обработка сигналов о состоянии напольных устройств, контроля позиции подвижных единиц и формирование маршрутных заданий; передача информации оперативному персоналу, подключенным к системе; ведении технологических протоколов работы.
Указанные технические результаты достигаются тем, что микропроцессорная централизация стрелок и сигналов представляющая собой объектно-ориентированное программируемое устройство с переменным составом функциональных блоков, необходимых для создания требуемых конфигураций каналов ввода-вывода и реализации конкретных функций и задач железнодорожной автоматики и телемеханики с целью организации перевозочного процесса, отличающаяся тем, что ее аппаратное обеспечение реализуется в виде трехуровневой иерархической структуры: информационного обеспечения, логического обеспечения и непосредственного управления, при этом первый уровень информационного обеспечения содержит автоматизированное рабочее место дежурного по станции, которое обеспечивает отображение состояния объектов контроля и управления, а также формирование задач по управлению объектами в диалоговом режиме в реальном масштабе времени, второй уровень логической обработки содержит управляющий вычислительный комплекс, выполняющий прием сигналов управления от первого уровня и формирующий команды устройствам напольного оборудования и реализующий, в частности, функции управления логикой установки и отмены маршрута, управления показаниями светофоров и стрелками, замыкания и размыкания маршрутов, третий уровень содержит релейно-контактные устройства, которые обеспечивают выполнение команд управляющего вычислительного комплекса по непосредственному управлению напольным оборудованием и контролю за его состоянием, при этом управляющий вычислительный комплекс построен на базе программируемого логического контроллера SIMATIC с переменным составом, функций, реализующих функции и задачи железнодорожной автоматики и телемеханики по алгоритмам.
Оборудование и программное обеспечение, применяемое в составе МПЦТ позволют согласовать МПЦТ с любыми типами стрелочных электроприводов и светофоров. Интегрировать в свой состав любые системы счета осей ССО, переездную тоннельную и иную сигнализации, системы речевого оповещении, автостопы, контрольно габаритные устройства,, системы интервального регулирования, диспетчерского управления и контроля, функции сервиса и диагностики.
На фиг.1 изображено аппаратное обеспечение системы МПЦТ.
МПЦ состоит из технических средств и программного обеспечения.
Технические средства подразделяются на аппаратуру, расположенную на посту электрической централизации, и напольное оборудование.
Все оборудование системы МПЦТ отвечает требованиям ГОСТ Р 50656 «Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики».
Построение системы для конкретной станции обеспечивается за счет применения функционально законченных блоков.
В состав напольного оборудования входят стрелочные электроприводы, светофоры, аппаратура системы счета осей, кабельные сети и т.д.
В состав постового оборудование входят устройства электропитания, управляющий вычислительный комплекс (УВК), станция распределенного ввода-вывода, релейные стативы, кроссовый статив, автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ, автоматизированное рабочее место дежурного по станции, защитное заземление.
Электропитание МПЦТ осуществляется от известных устройств электропитания, которые предусматривают полное резервирование источников питания в течение времени.
МПЦТ представляет собой комплекс функциональных блоков, позволяющий создавать любые конфигурации системы в соответствии с конкретным проектом станции. МПЦТ легко переконфигурируется при изменении путевого развития.
Аппаратное обеспечение системы МПЦТ фиг.1 реализуется в виде трехуровневой иерархической структуры: информационного, логического обеспечения и непосредственного управления.
Первый уровень информационного обеспечения системы содержит автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ ДСП) и при необходимости рабочее место электромеханика (АРМ ШН), а также дополнительные устройства сопряжения с информационными системами различного назначения.
Автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) обеспечивает отображение состояния объектов контроля и управления, а также формирование задач по управлению объектами в диалоговом режиме в реальном масштабе времени (без проверки зависимостей и условий безопасности), а также ведение и чтение архива событий.
Ввод команд управления на всех АРМ осуществляется с помощью стандартных средств вычислительной техники (алфавитно-цифровой клавиатуры, манипуляторов типа «мышь»).
Контроль состояния объектов на станции и прилегающих перегонах и поездной ситуации осуществляется по изображению на мониторах.
АРМ ДСП размещаются в помещении дежурного по станции (ДСП) и могут состоять из двух комплектов устройств (основного и резервного) на базе промышленной микро ЭВМ.
Управление производится с одного из комплектов АРМ ДСП, находящегося в режиме управления. Связь основного и резервного комплектов АРМ ДСП с другими потребителями (удаленный мониторинг, АСОУП) также осуществляется по каналам связи.
На устройства отображения выводится путевой план станции в однониточном изображении с указанием номеров стрелок, светофоров, путевых участков и других объектов (участков приближения, переездов и пр.). Часть информации отображается по запросу ДСП, такой как отображение диагностической и справочной информации.
АРМ ШН позволяет вести сбор и обработку диагностической информации о техническом состоянии устройств автоматики на станции, прогнозировать появление отказов и оптимизировать процесс технического обслуживания.
Устройства второго уровня логической обработки информации фиг.1 выполняют прием сигналов управления от первого уровня; формирование контрольной информации о состоянии путей и участков; реализуют функции управления логикой установки и отмены маршрута, управление показаниями светофоров и стрелками, замыкания и размыкания маршрутов с соблюдением условий безопасности. На этом уровне формируются команды управления релейно-контактным интерфейсом.
Второй уровень логической обработки содержит управляющий вычислительный комплекс (УВК), выполняющий прием сигналов управления от первого уровня и формирующий команды устройствам напольного оборудования и реализующий указанные функции.
Управляющий вычислительный комплекс (УВК) МПЦТ построен на базе безопасного модульного программируемого контроллера (ПЛК) SIMATIC и модульных станций распределенного ввода-вывода семейства SIMATIC.
Устройства третьего уровня (релейно-контактный интерфейс) фиг.1 обеспечивают безопасное выполнение команд второго уровня (УВК) по непосредственному управлению напольными объектами и контролю их состояния (путевые реле, стрелочные пусковые и контрольные реле, сигнальные и огневые реле и некоторые другие).
Информационное, математическое и программное обеспечение системы МПЦТ содержит данные о путевом развитии станции, алгоритмы и программы, реализующие функции системы. Технические алгоритмы и процедуры, составляющие математическое обеспечение системы, не зависят от путевого развития станции.
Для безопасного управления и контроля применяются реле первого класса надежности (НМШ, РЭЛ). Конкретный тип реле определяется в соответствии с требованиями. Для небезопасного управления и контроля могут применяться любые малогабаритные реле.
Увязка станций с существующими системами электрической централизации осуществляется при помощи релейного или бесконтактного интерфейса.
Управление включением и контроль ЭПК пневматической обдувки стрелок осуществляется при помощи реле. Управление включением ЭПК, режимами обдувки, индивидуальная обдувка осуществляется по команде УВК.
Для оповещение монтеров пути используется система звукового оповещения. Включение оповещения и контроль осуществляется УВК. Для увязки с блоком ПУО используется релейный интерфейс. Вся логика работы оповещения выполняется на программном уровне.
Пульт резервного управления на станции не требуется в связи с высокой надежностью системы.
Оборудование и устройства управления размещаются в существующих зданиях постов ЭЦ.
Связь между безопасным модульным программируемым контроллером SIMATIC, АРМ и модульными станциями распределенного ввода-вывода SIMATIC осуществляется по локальной сети Profibus.
МПЦТ предусмотрено использование напольного оборудования электрической централизации (электроприводы, светофоры, устройства ограждения переездов, контроля состояния подвижного состава и др.) российского производства. Кроме того, сохранились требования и принципы управления перечисленными напольными устройствами в том виде, в каком они применялись в релейных системах. Сохранились и принципы построения систем регулирования движения поездов на перегонах (автоматическая и полуавтоматическая блокировки), а также автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа.
МПЦТ обеспечивает выполнение функций контроля состояния объектов и управления состоянием объектов, диагностики технического состояния устройств, самодиагностики аппаратуры, протоколирование работы системы, контроля и управления системой МПЦТ в диалоговом режиме.
Функции контроля и управления:
контроль положения и режим работы стрелок; контроль состояния путей и изолированных участков (занятость, свободность); контроль состояния (показания, неисправность) светофоров; контроль состояния (занятость, свободность) участков стыкования; контроль состояния других устройств СЦБ; контроль состояния устройств электроснабжения; отображение на экранах мониторов состояния (включение, выключение и т.п.) объектов контроля и управления; задание и отмену маршрутов, включая их искусственное размыкание; проверку условий безопасности движения поездов; автоматическое посекционное размыкание маршрута, в том числе размыкание неиспользованной части маршрута при угловых заездах; управление стрелками, светофорами и другими устройствами СЦБ, в том числе и направлением движения участков стыкования; выключения и обратного включения в ЭЦ стрелок, как с сохранением, так и без сохранения пользования сигналами и путевых участков с и без сохранения пользования сигналами; блокировки управления стрелками и открытия светофоров; автовозврат охранных стрелок в соответствии с проектом (с защитой от кратковременной потери шунта); управление устройствами переездной сигнализации, расположенными в пределах станционной зоны извещения в соответствии с проектом; управление полуавтоматической блокировкой (ПАБ); управление автоматической блокировкой (АБ).
Функции самодиагностики аппаратуры:
поддержание параметров надежности и достоверности функционирования аппаратуры на заданном уровне; полное тестирование аппаратного и программного обеспечения системы при ее включении, после восстановления работоспособности и при внесении изменений в ее аппаратное и программное обеспечение, а также фоновое тестирование в процессе функционирования.
Функции протоколирования работы системы:
протоколирование и хранение на жестком диске информации о состоянии объектов контроля, команд управления и действий ДСП, сбоев и отказов функционирования устройств системы, результатов самодиагностики устройств и их регламентных проверок, а также тестирования системы; просмотр архива на АРМ ДСП и АРМ ШН в статическом, пошаговом и динамическом режимах с применением фильтров событий, а также предоставлять протокол в виде твердой копии и на магнитном носителе.
Функции контроля и управления системой МПЦТ в диалоговом режиме:
отображение на мониторе диагностической и справочной информации.