МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАРШРУТАМИ НА МАЛЫХ СТАНЦИЯХ

Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использована в системах для управления и контроля состояния устройств СЦБ на железнодорожных станциях.
Известна микропроцессорная система для регулирования движения железнодорожных транспортных средств. Эта микропроцессорная система, выбранная в качестве прототипа, содержит два процессорных комплекта, работающих синхронно по одинаковой программе, схему встроенного аппаратного контроля, к которой подключены указанные процессорные комплекты и которая предназначена для сравнения работы процессорных комплектов и воздействия на работу системы, если один из комплектов неисправен. Система представляет собой моноблочную конструкцию и имеет многомодульную структуру, включающую в себя модуль центрального процессора, состоящего из упомянутых двух процессорных комплектов, по меньшей мере, один интерфейсный модуль сбора информации о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, интерфейсные модули формирования управляющих сигналов, воздействующих на исполнительные устройства электрической централизации, и интерфейсные модули передачи ответственных команд. Все модули связаны между собой системной шиной, которая состоит из двух идентичных шин, каждая из которых подключена к соответствующему процессорному комплекту (RU 2286279, B61L 27/04, 27.10.06). Система обладает широкими функциональными возможностями и представляет собой отказоустойчивую систему для контроля состояния большого количества объектов на станциях и перегонах с возможностью осуществления функций управления. Кроме того, повышенная устойчивость ее работы обусловлена использованием перехода в состояние защитного отключения или защитного отказа в модулях, предназначенных для реализации ответственных команд.
Недостаток известной микропроцессорной системы связан с необходимостью использования в ней уникального специализированного оборудования, что в свою очередь обуславливает недостаточно высокую ее надежность, а также относительную сложность, и как следствие высокие затраты на изготовление и поддержание ее производства.
Технический результат заключается в упрощении и повышении надежности микропроцессорной системы.
Технический результат достигается тем, что в микропроцессорной системе управления маршрутами на малых станциях, содержащей два комплекта персональных электронно-вычислительных машин, установленных на автоматизированном рабочем месте дежурного по станции и подключенных к аппаратуре диспетчерской централизации, персональные электронно-вычислительные машины через каналы связи подключены к соответствующим входам управляющего вычислительного комплекса, соединенного с блоком релейных исполнительных устройств, выходы которых являются выходами для подключения напольных устройств, согласно предложению управляющий вычислительный комплекс содержит соединенные между собой основной и резервный вычислительные блоки управления, каждый из которых состоит из ведущего и ведомого блоков, включающих контроллер, соединенный с входами управляющего вычислительного комплекса через блок асинхронного последовательного обмена данными, блок дискретного ввода данных, вход которого соединен с выходом контроллера, к входу которого подключен выход блока приема дискретных сигналов, вход которого подключен к модулю с матричным вводом информации блока релейных исполнительных устройств, выходы блока дискретного ввода данных соединены соответственно с первым входом модуля с матричным вводом информации и входом дешифратора команд, выход которого подключен ко второму входу модуля с матричным вводом информации, дополнительный вход управления блока релейных исполнительных устройств подключен к аварийному пульту управления.
В микропроцессорной системе управления маршрутами на малых станциях канал связи может содержать два модема, один из которых размещен в месте подключения к персональной электронно-вычислительной машине, а другой в месте подключения к входам управляющего вычислительного комплекса.
Техническое решение с вышеперечисленной совокупностью признаков обеспечивает:
- невысокую стоимость системы вследствие серийности выпускаемого оборудования;
- повышенную надежность вследствие сокращения числа электронных компонентов путем применения матричного мультиплексированного ввода, кодового матричного вывода и применения защиты от опасных отказов, выполненной на реле первого класса надежности;
- повышенную надежность за счет защиты от возникновения внезапных отказов путем применения резервирования;
- требуемый уровень безопасности, который достигается применением релейной исполнительной группы, в которой исключены все не основные функции (маршрутный набор, кратность перевода стрелок, взаимодействие с ДЦ, ДК, системами диагностики, схемы сброса нагрузки при длительной работе стрелок на фрикцию, и т.д.);
- дополнительные программно-аппаратные отключения элементов от управления и ограничения вместо пассивных информационных сообщений оператору;
- логический контроль выполняемых действий оператора и работы технических средств;
- логическое замыкание маршрута при неисправности напольного оборудования.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема микропроцессорной системы управления маршрутами на малых станциях.
Микропроцессорная система управления маршрутами на малых станциях, содержит два комплекта персональных электронно-вычислительных машин 1, 2, в которых для ввода ответственных команд предусмотрены внешние аппаратные ключи 3 и 4. Персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) 1, 2 установлены на автоматизированном рабочем месте 5 дежурного по станции и подключены каналами связи 6 и 7 к аппаратуре 8 диспетчерской централизации, ПЭВМ через каналы 9 и 10 связи подключены к соответствующим входам управляющего вычислительного комплекса 11 соединенного с блоком 27 релейных исполнительных устройств, выходы которых являются выходами для подключения напольных устройств 28, управляющий вычислительный комплекс 11 содержит два, соединенных между собой, вычислительных блока (основного 12 и резервного 13) управления, каждый из которых состоит из ведущего 14 (16) и ведомого 15 (17) блоков, включающих контроллер 19, соединенный с входами управляющего вычислительного комплекса (УВК) 11 через блок 18 асинхронного последовательного обмена данными, блок 20 дискретного ввода данных, вход которого соединен с выходом контроллера 19, к входу которого подключен выход блока 24 приема дискретных сигналов, вход которого подключен к модулю 23 с матричным вводом информации блока 27 релейных исполнительных устройств, выходы блока 20 дискретного ввода данных соединены соответственно с первым входом модуля 23 с матричным вводом информации и входом дешифратора 21 команд, выход которого подключен ко второму входу модуля 23 с матричным вводом информации, дополнительный вход управления блока 27 релейных исполнительных устройств подключен к аварийному пульту 32 управления. Обмен между ПЭВМ 1 и 2, а также с УВК 11 осуществляется по двум каналам связи (независимым шинам данных) 9 и 10. Канал связи строится по шинной архитектуре, либо по схеме «точка - точка». Для организации передачи данных при значительном удалении абонентов друг от друга могут применяться модемы и абонентские окончания.
Дешифратор команд по физическим линиям 26 управляет различными реле 22 блока релейных исполнительных устройств 27 (исполнительной группы ЭЦ). Исполнительная группа связана с объектами напольных устройств 28 кабельными физическими линиями 29. Контроль напольных объектов, передающих свое состояние в ЭЦ по кабельным физическим линиям 30 осуществляется модулем 23 с матричным вводом информации. Данные с модуля 23 считываются контроллером 19 через блок 24 приема дискретных сигналов. Кроме данных о состоянии напольных объектов в модуль 23 введены контакты управляющих реле, что позволяет организовать обратную связь при выдаче управляющих команд.
Ведущий 14 (16) и ведомый 15 (17) блоки имеют внутрисистемную связь по каналу 33. Кроме того, осуществляется обмен служебной информацией между ведущим и ведомым блоками по каналу 24.
Каждый контроллер имеет систему контроля самодиагностики, реализуемую на принципах динамического контроля работы контрольного порта, разрешающего выдачу команд управления, либо активизирующего команду переключения комплектов.
Микропроцессорная система управления маршрутами на малых станциях работает следующим образом.
Система является релейно-процессорной системой, предназначенной для обеспечения безопасности движения поездов. Она обеспечивает выполнение основных функций по контролю состояния объектов и управлению маршрутами, стрелками, светофорами и другими объектами на станции и прилегающих перегонах. Система предназначена для управления станциями с любыми типами путевого развития и используемых перегонных устройств.
ПЭВМ 1 (2), установленная на автоматизированном рабочем месте 5 (АРМ) дежурного по станции обеспечивает отображение состояния объектов управления и формирование заданий по управлению объектами в диалоговом режиме взаимодействия пользователя и системы. Она осуществляет взаимодействие с управляющим вычислительным комплексом 11, а также с аппаратурой 8 диспетчерской централизации. Управляющий вычислительный комплекс 11 обеспечивает сбор данных о состоянии объектов, создание массивов данных, необходимых для управления и контроля, передачу данных в ПЭВМ, проверку допустимости поступающих от ПЭВМ команд (проверку зависимостей на программном уровне), управление исполнительными релейными устройствами, диагностику технических средств.
Одна из ПЭВМ является активной (основной), вторая находится в состоянии «горячего резерва». Приоритета у ПЭВМ нет, они равноправны. Выбор активного комплекта при их штатной работе осуществляется оператором из условий удобства взаимного расположения компонентов АРМ и других устройств в помещении дежурного по станции. Режимы работы ПЭВМ устанавливаются в меню режимов - «основной/резервный» и отображаются на экране монитора. Обе ПЭВМ получают контрольную информацию от управляющего вычислительного комплекса 11. Передача сигналов и управление объектами СЦБ может выполняться только с основной (активной в данный момент) ПЭВМ. Резервная ПЭВМ получает от активной ПЭВМ информацию обо всех действиях дежурного по станции, выполняемых на АРМ по управлению объектами СЦБ, а также о вводимых им ограничениях на управление.
Для выдачи команды управления оператор посредством манипулятора «мышь» или клавиатуры, как резервного варианта, указывает объект, на который должна выдаваться команда. Если для выдачи команды требуется определение ее подтипа (например, при открытии совмещенного сигнала), то оператору предлагается выбрать соответствующий подтип (например, поездной или маневровый), перед вводом команды выдается запрос на подтверждение правильности воспринятой инструкции. При подтверждении со стороны оператора программа проверяет ее допустимость и при положительном результате проверки формирует сообщение в каналы 9 и 10 связи.
Обмен данными осуществляется по шине данных (канал 9). Для повышения надежности канал связи дублируется (канал 10).
Программное обеспечение ПЭВМ 1 (2) дежурного по станции кроме задач отображения и формирования команд управления осуществляет диалоговый режим с оператором, выполняет расширенные функции логического контроля допустимости тех или иных действий оператора, ведет протоколирование действий оператора и работы устройств СЦБ. Также заложена расширенная справочная информация по принципам работы на основе Инструкции о порядке пользования устройствами СЦБ конкретной станции.
Каждая ПЭВМ постоянно ведет журналы неисправностей дискретных датчиков и архив поездной обстановки на станции и действий дежурного по станции.
Для повышения защищенности ответственные команды выдаются с дополнительными организационно-техническими мероприятиями. Так, для возможности начала формирования ответственной команды оператор должен нажать внешнюю кнопку (внешний аппаратный ключ 3 или 4) ответственных команд. Команда выдается в два этапа. Сначала передается предварительная команда, затем, после получения квитанции восприятия от УВК 11 выдается окончательная команда. УВК 11 исполнит такую команду только при совпадении значений двух команд, а также в заданный промежуток времени и при отсутствии в этом промежутке других команд.
Команда от активной в данный момент ПЭВМ 1 (2) поступает по каналам 9 и 10 связи в управляющий вычислительный комплекс 11, который при правильном приеме выдает подтверждение восприятия в АРМ, а также проверяет допустимость ее выполнения, т.к. за время передачи команды могли измениться условия допустимости ее выполнения. Управляющий вычислительный комплекс 11 состоит из двух комплектов управления, один из которых является основным, а другой - резервным. Комплекты равноправны и любой из них может быть активным.
Вычислительные блоки управления 12 (13) состоят из двух блоков (называемых МПСУ): ведущего 14 (16) и ведомого 15 (17). Их статус определен постоянно и в эксплуатации не меняется.
Обмен данными УВК 11 организован через блок 18 асинхронного последовательного обмена с последующей передачей данных контроллеру 19.
Контроллер 19 представляет собой одноплатную микро ЭВМ с шестнадцатиразрядным процессором. Запоминающее устройство контроллера имеет изменяемую конфигурацию и состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) статического типа, и репрограммируемого запоминающего устройства.
Контроллер формирует команды управления, которые посредством блока 20 дискретного вывода преобразуются в электрический сигнал, подаваемый на релейный дешифратор 21 команд.
Дешифратор 21 команд является устройством сопряжения электронной аппаратуры с блоком 27 релейных исполнительных устройств. Дешифратор двухступенчатый и построен на реле первого класса надежности. Команды на выходе дешифратора 21 присутствуют только на время их передачи исполнительным устройствам ЭЦ возбуждением соответствующего исполнительного реле. Если возбуждения исполнительного реле не происходит, то команда сбрасывается по истечении выдержки времени и формируется сообщение о невыполнении команды. В процессе выдачи команды принимают участие три реле: одно объектное и два групповых, расположенных в одном корпусе реле.
Выдача управляющего воздействия из дешифратора 21 (команды на внешнее управляющее реле) происходит в два этапа. Сначала, по получении команды, процессоры ведущего и ведомого блоков независимо друг от друга формируют команды. Ведущий блок 14 формирует команду возбуждения объектного реле, ведомый 15 - того же объектного реле и второго группового реле. Питание на объектное реле подается из блока 20 дискретного ввода данных ведущего блока последовательно через модуль 20 ведомого блока. Таким образом, объектное реле возбуждается при одновременном открытии ключей в модулях 20 обоих МПСУ.
Прочитав по обратной связи состояние сработавших объектного и второго группового реле, ведущий МПСУ выдает команду на первое групповое реле. При возбужденном состоянии двух групповых реле и одном объектном реле формируется цепь питания внешнего управляющего реле 22 исполнительной релейной группы (блока 27 релейных исполнительных устройств), которое в свою очередь по физическим кабельным линиям 29 управляет схемами ЭЦ, управляющими напольными устройствами 28.
Команда удерживается в выходном интерфейсе до получения измененного состояния объекта управления (возбуждение сигнального реле, обесточивание реле предыдущего положения стрелки) или до истечения времени выдержки (т.н. аварийное окончание). Т.е. все команды нормально снимаются по обратной связи.
Состояние напольных устройств 28 контролируется по кабельным физическим линиям 30 блока 27 релейных исполнительных устройств.
Для сбора информации о состоянии контролируемых устройств используется матричный ввод данных, осуществляемый с помощью матрицы сбора данных в модуле 23, образованной из контактов реле.
По команде контроллера 19 ведущего МПСУ 14 активного вычислительного блока 12 управления посредством блока 20 дискретного вывода данных на входах матрицы модуля 23 поочередно появляется отрицательный потенциал, который проходит через развязывающие диоды, установленные на стативах (на чертеже не показано) и в зависимости от положения контролируемых реле, через фронтовые или тыловые контакты попадает в прямую или инверсную шину данных. Эти шины (до 40 пар) заводятся на блок 24 приема дискретных сигналов. Кроме того, шина адреса включается шлейфом и с конца также заводится на вход блока 20.
Котроллер 19 поочередно выставляет адрес группы чтения. После считывания выставленной группы контроллер 19 выдает команду на выдачу потенциала в следующую группу. После опроса 14-ти групп выставляется пятнадцатая внутренняя группа, при которой проверяется чтение данных по всем входам. Таким образом, осуществляется самотестирование.
Матрицей сбора данных модуля 23 кроме внешних реле опрашивается и состояние контактов релейного дешифратора 21 команд для организации обратной связи. Кроме того, в процессе работы управляющий вычислительный комплекс 11 постоянно контролирует отсутствие несанкционированного возбуждения реле дешифратора 21 (наличие подпитки), и при обнаружении срабатывания немедленно снимает питание с дешифратора. При сохраняющемся несанкционированном состоянии реле выдается принудительная команда останова процессора контроллера 19, и управление полностью передается с активного вычислительного блока 12 управления на находящийся в «горячем» резерве вычислительный блок 13.
Полученные из матрицы данные обрабатываются контроллером 19 по программе, записанной в ПЗУ, и формируются сообщения для передачи их в канал связи 9 (10).
Данные поступают в ПЭВМ 1 и 2, где своей программой распаковываются в объекты, обрабатываются и отображаются на экране. Время изменения отображения контролируемого объекта на экране не превышает двух секунд с момента фактического изменения его состояния.
При отказах микропроцессорных устройств, выполнении регламентных работ и т.д. выполняется переход на управление с помощью аварийного пульта 32 управления, в качестве которого может быть использован пульт-табло ЭЦ типа ППНБ. Элементы управления и контроля этого пульта непосредственно связаны с релейными исполнительными устройствами блока 27. Индикация на пульте аналогична той, которая принята для релейных систем ЭЦ. В основном режиме управления (при отсутствии отказов в микропроцессорной системе) управляющие элементы аварийного пульта 32 управления отключены, индикация при необходимости сохраняется.
Таким образом, простота и высокая надежность предлагаемой микропроцессорной системы обусловлена отсутствием в ней релейной наборной группы и применением матричного ввода данных. Все функции маршрутного управления выполняются микропроцессорными устройствами. Кроме замены функций наборной группы в полном объеме управляющий вычислительный комплекс позволяет применять расширенные средства диагностики, протоколирования работы устройств СЦБ и действий оператора (дежурного по станции), а также обеспечивает более простой способ взаимодействия с электронными системами верхнего уровня (ДЦ, ДК, сети передачи данных, внешние устройства диагностики, и т.д.). Платы ввода дискретных сигналов позволяют организовать ввод до 96 дискретных сигналов (при установке трех плат). Применение матричного ввода данных позволило организовать сбор информации о состоянии 560 объектов. При этом осуществляется ввод парафазного состояния контактов, т.е. производится опрос как фронтового, так и тылового контактов тройника.