Крейт специализированного комплекса управления автоматической блокировки системы АБЦМ-А

Предлагаемое устройство относится к средствам управления движением поездов на железнодорожном транспорте, в частности к устройствам автоматической блокировки движения поездов на перегонах.
Известно устройство автоматической блокировки на перегонах (см. патент РФ №2406635, МПК B61L 23/16. Способ контроля свободности рельсовой линии, входящей в зависимость светофора). Это устройство построено на электромагнитных реле, а его действие состоит в том, что после проследования поезда по блок-участку осуществляется проверка работы устройства управления светофором и рельсовой цепи, отсутствия ее ложной свободности или занятости при отключении и подключении питания, т.е. правильности работы рельсовой цепи в нормальном и в шунтовом режиме. Только после этого осуществляется включение разрешающего показания светофора. Данное устройство состоит из двух полукомплектов аппаратуры, каждый из которых предназначен для интервального регулирования движения поездов на половине перегона, прилегающей к станции, на которой этот полукомплект установлен. Полукомплекты связаны между собой линейными проводами. Каждый полукомплект состоит из отдельных устройств управления каждым проходным светофором своей половины перегона и контроля состояния рельсовых цепей, входящей в зависимость этого светофора. Устройство выполнено в виде стативов с установленными на них электромагнитными реле. При этом в известном устройстве используются реле, в которых конструктивно исключается возможность опасного для движения поездов отказа. При построении устройства управления аналогичного назначения на микроэлектронной элементной базе возможно появление неконтролируемых отказов при длительном отсутствии поездов, т.е. при большом перерыве между моментами контроля правильной работы устройства, что является недостатком рассмотренного способа.
Известны устройства интервального регулирования движения поездов на перегоне, построенные на микропроцессорной элементной базе (см. учебник «Системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», 2012, ч. 1, стр. 87). Эти устройства также состоят из двух полукомплектов аппаратуры, каждый из которых расположен на прилегающей к данной половине перегона станции. Полукомплект аппаратуры содержит два идентичных микропроцессорных канала обработки информации, работающих синхронно. Контроль их правильной работы осуществляется сравнением между собой сигналов в соответствующих контрольных точках каналов и разрешения выдачи команды управления при их совпадении или запрещении выдачи этой команды в противном случае. Аппаратура полукомплекта расположена в шкафах, в которые установлены крейты с микроэлектронными и микропроцессорными модулями.
Недостатком этого устройства является возможность влияния на процесс его функционирования внешних несанкционированных воздействий, а также появление недопустимых событий, связанных с информационными воздействиями или «кибератаками». Кроме того, в данном устройстве при проследовании поезда по участку не осуществляется последовательная проверка работы устройств управления светофором, что снижает эксплуатационную надежность и безопасность работы устройства. Данное устройство наиболее близко к заявляемому техническому решению.
Цель, на достижение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в исключении возможности информационного воздействия на процесс функционирования устройства за счет реализации логических зависимостей каждого проходного светофора в виде отдельных микроэлектронных модулей управления, чем обеспечивается высокая безопасность и устойчивость процесса движения поездов по перегону.
Для решения данной задачи логические устройства полукомплекта одной половины перегона, расположенные на прилегающей к этому перегону станции, выполнены в виде микроэлектронного специализированного комплекса управления (СКУ) - крейта СКУ с микроэлектронными модулями данной половины перегона, установленного в шкаф устройства интервального регулирования движения поездов на перегоне системы АБЦМ-А. В этом шкафу также установлены элементы для соединения с внешними цепями, источники бесперебойного питания, предохранители, реле, элементы индикации.
В крейте СКУ устанавливается два набора микроэлектронных модулей: основной и резервный. Каждый набор модулей содержит блок питания модулей этого набора, логический модуль управления и контроля первого от станции блок-участка, логические модули управления и контроля остальных блок-участков данной половины перегона, число этих модулей равно количеству таких блок-участков, и модуль увязки с устройствами второй половины перегона.
Техническим результатом, обеспечиваемым данной совокупностью признаков, является реализация одним крейтом СКУ всех логических функций автоблокировки на половине перегона, исключающая необходимость применения микропроцессорных устройств, подверженных влиянию несанкционированных информационных воздействий.
Построение устройства поясняется рисунками, на которых изображены:
фиг. 1 - внешний вид шкафа с установленным в нем крейтом СКУ и другим оборудованием при полной комплектации, т.е. максимальном количестве блок-участков на данной половине перегона, равном семи.
фиг. 2 - размещение модулей в крейте СКУ (лицевая сторона) при полной комплектации;
фиг. 3 - вид на тыловую сторону крейта СКУ;
фиг. 4 - структурная схема системной шины крейта СКУ.
Устройство автоматической блокировки системы АБЦМ-А содержит шкаф 1 (фиг. 1), в котором установлены полки с сигнальными реле 2 управления проходными светофорами 2.1-2.7, реле включения тестовой проверки 3 рельсовых цепей 3.1-3.7, реле контроля работоспособного состояния основного и резервного наборов модулей 4 и 5 соответственно, светодиоды 6 индикации 6.1-6.4, предохранители 7.1-7.6, а также реле включения: 8 - вентиляторов, 9 - кондиционера, 10 - контроля критической температуры в шкафу и наличия постоянного напряжения на выходах первого 11 и второго 12 источников бесперебойного питания 13 и 14, которые установлены под крейтом 15 для питания соответственно основного и резервного набора модулей.
Крейт 15 располагается ниже перечисленных полок и содержит (фиг. 2) основной 15.1 и резервный 15.2 наборы модулей. В каждый из этих наборов входят модуль питающих напряжений данного набора (16.1 и 16.2) и модули управления первым от станции блок-участком БУПС (17.1 и 17.2), вторым и последующими блок-участками БУП1 - БУП6 по их числу (соответственно, 18.1-23.1 и 18.2-23.2) и модуль ССП (24.1 и 24.2) взаимного согласования двух полукомплектов одного перегона.
На тыловой стороне крейта 15 (фиг. 3) располагаются кросс-модули первого 15.1 и второго 15.2 набора модулей и группы разъемов 25.1 и 25.2 соответственно первого 15.1 и второго 15.2 набора модулей (соответственно, разъемы 17.1.3, 18.1.3, 19.1.3, 20.1.3, 21.1.3, 22.1.3, 23.1.3 и разъемы 17.2.3, 18.2.3, 19.2.3, 20.2.3, 21.2.3, 22.2.3, 23.2.3) для подключения цепей (кабелей) увязки соответственно основного и резервного наборов модулей с внешними устройствами - обмотками и контактами реле.
Конструктивной основой СКУ служит крейт 15 стандарта 6U ʺЕвромеханикаʺ, в котором располагаются оба набора модулей. В крейте предусмотрено принудительное воздушное охлаждение модулей с помощью постоянно включенного встроенного в крейт вентилятора, но возможно их конвективное воздушное охлаждение при кратковременном отказе вентилятора. Защита модулей от пыли и металлических включений обеспечивается тканевыми фильтрами, установленными в вентиляторе. Кроме этого, для поддержания требуемой рабочей температуры в шкафу установлен внешний вентилятор, включаемый контактами реле ВВ, и система кондиционирования, включаемая контактами реле ВК.
Электропитание крейта СКУ осуществляется постоянным током напряжением 24 В±20% от источников бесперебойного питания 13 и 14, установленных в шкафу 1, а в качестве резервного используется источник питания станционных устройств электрической централизации.
Каждый из модулей 17.1-24.1 и 17.2-24.2 выполнен в виде двухканальной структуры, поэтому он содержит два синхронно работающих канала, в каждом из которых имеется логическое устройство 17.1.1-24.1.1 (17.1.2-24.1.2) и 17.2.1-24.2.1 (17.2.2-24.2.2), ядро которого выполняет соответствующую данному модулю функцию (управления проходным светофором, увязки со станцией или увязку двух половин перегона). В эти логические устройства, кроме этого, входят генератор тестовых последовательностей, схема внутреннего контроля и схема формирования контрольной последовательности. Выходом схемы формирования контрольной последовательности является сдвиговый регистр. Сдвиговые регистры всех модулей одного канала включены между собой последовательно в кольцо, образуя общий контур контроля одного канала устройств крейта 15. Выходы контуров контроля, которыми являются выходы сдвиговых регистров последнего модуля (всегда ССП 24.1.1, 24.1.2 и 24.2.1, 24.2.2) обоих каналов подключены к двухкаскадной безопасной схеме сравнения, на выходе которой при синхронной и синфазной работе обоих каналов устройства формируется и поступает во все модули сигнал разрешения управления выходными объектами. Питание каждого канала модулей 17.1.1-24.1.1 (17.2.1-24.2.1) и 17.1.2-24.1.2 (17.2.2-24.2.2) осуществляется от модулей питающих напряжений данного набора (16.1 и 16.2), которые также имеют два канала преобразования и стабилизации питающих напряжений соответственно 16.1.1 (16.2.1) и 16.1.2 (16.2.2) для каждого канала логических устройств.
Порядок расположения модулей в крейте 15 строго определен: по порядку слева направо в каждом наборе располагаются: модуль питающих напряжений 16.1 (16.2), модуль 17.1 (17.2), модули 18.1-23.1 (18.2-23.2), модуль 24.1 (24.2). Модули 16.1 (16.2), 17.1 (17.2) и 24.1 (24.2) присутствуют всегда в обоих наборах. Наличие модулей 18.1-23.1 (18.2-23.2) и их количество зависит от конкретного применения устройства - наличия промежуточных блок-участков на перегоне, их максимальное количество равно 6. Все модули устанавливаются друг за другом, без промежутков, т.е. модуль 24.1 (24.2) устанавливается за последним из модулей 18.1-23.1 (18.2-23.2) или за модулем 17.1 (17.2), если модули 18.1-23.1 (18.2-23.2) для данной половины перегона отсутствуют. Оставшиеся свободные места в крейте 15 закрываются заглушками.
Кросс-модули устанавливаются для каждого набора модулей, основного и резервного, на тыловой стороне крейта 15. На нем установлены разъемы основного 15.1 и резервного 15.2 наборов модулей, эти разъемы соединены между собой системными шинами крейта 15. В разъемы вставляются модули по установленному порядку. Каждое место установки модуля имеет номер, заданный трехзначным двоичным кодом на контактах всех разъемов для первого и для второго каналов. Установочные места имеют следующие двоичные номера: 000-место 1, всегда занято модулем 17.1(17.2), 001 - место 2, 010 - место 3, 011 - место 4, 100 - место 5, 101 - место 6, 110 - место 7, 111 - место 8. Сигналы определения места формируются модулем 24.1 (24.2) в зависимости от места его установки и имеют следующие значения:
- 001 - установлены два модуля 17.1 и 24.1 (17.2 и 18.2);
- 010 - установлены три модуля 17.1, 18.1 и 24.1 (17.2, 18.2 и 24.2);
- 011 - установлены четыре модуля 17.1, 18.1, 19.1 и 24.1 (17.2, 18.2, 19.2 и 24.2);
- 100 - установлены пять модулей 17.1, 18.1, 19.1,20.1 и 24.1 (17.2, 18.2, 19.2, 20.2 и 24.2);
-101 - установлены шесть модулей 17.1, 18.1, 19.1, 20.1, 21.1 и 24.1 (17.2, 18.2, 19.2, 20.2, 21.2 и 24.2);
- 110 - установлены семь модулей 17.1, 18.1, 19.1, 20.1, 21.1, 22.1 и 24.1 (17.2, 18.2, 19.2, 20.2, 21.2, 22.2 и 24.2);
- 111 - установлены восемь модулей 17.1, 18.1, 19.1, 20.1, 21.1, 22.1, 23.1 и 24.1 (17.2, 18.2, 19.2, 20.2, 21.2, 22.2, 23.2 и 24.2).
Таким образом, исключается возможность ошибочной установки модулей в крейте 15.
На фиг. 4 показана структурная схема системных шин одного (основного 15.1 или резервного 15.2) набора модулей крейта 15. В каждом наборе модулей системная шина состоит из двух идентичных частей 26 и 27 отдельно для каждого логического канала модуля.
Системная шина каждого канала 26 и 27 соответственно состоит из:
- параллельной магистрали управляющих, информационных, контрольных и диагностических сигналов 26.0 (27.0);
- совокупности однонаправленных шин 26.12, 26.21, 26.23, 26.32, 26.34, 26.43, 26.45, 26.54, 26.56, 26.65, 26.67, 26.76, 26.78, 26.87 (27.12, 27.21, 27.23, 27.32, 27.34, 27.43, 27.45, 27.54, 27.56, 27.65, 27.67, 27.76, 27.78, 27.87) межмодульного информационного обмена, соединяющих между собой соседние модули;
- шины питания 26.1 (27.1).
Кроме этого, в системную шину входят цепи питания и управления устройствами включения исполнительных реле 28. Эти цепи соединены с разъемами 25.1 (25.2) на тыловой стороне крейта 15 (фиг. 3), к которым подключаются кабели, соединяющие их с исполнительными и контрольными реле автоблокировки (сигнальными, кодовключающими, тестовой проверки рельсовых цепей, путевыми, огневыми, увязки со станцией и т.д.).
Устройство работает следующим образом.
Каждый модуль 17.1,18.1,19.1,20.1,21.1,22.1,23.1 (17.2, 18.2, 19.2, 20.2, 21.2, 22.2, 23.2) управляет показаниями одного проходного светофора, ограничивающего блок-участок, причем на этом блок-участке может быть от 3 до шести рельсовых цепей. Поэтому к входам каждого модуля через соответствующую группу разъемов 25.1 и 25.2 (соответственно, разъемы 17.1.3, 18.1.3, 19.1.3, 20.1.3, 21.1.3, 22.1.3, 23.1.3 и разъемы 17.2.3, 18.2.3, 19.2.3, 20.2.3, 21.2.3, 22.2.3, 23.2.3) подключены контакты путевых реле рельсовых цепей данного блок-участка. Путевые реле вместе с путевыми приемниками и путевыми генераторами установлены на отдельном стативе.
При движении поезда по блок-участку срабатывают путевые приемники и путевые реле, фиксирующие последовательное занятие и освобождение рельсовых цепей этого блок-участка. Эта информация обрабатывается в соответствующих модулях основного 15.1 и резервного 15.2 набора и управляет состоянием его сигнального реле 2.1-2.7. При нахождении поезда в пределах блок-участка соответствующее сигнальное реле 2.1-2.7 находится в выключенном состоянии, после полного освобождения всех рельсовых цепей блок-участка происходит включение реле тестовой проверки 3.1-3.7 рельсовых цепей этого блок-участка, контактами которых происходит управление работой путевого генератора этих рельсовых цепей. В соответствующих логических модулях из наборов 15.1 и 15.2 в крейте 15 проверяется реакция путевых реле на эти тестовые воздействия, после чего при их правильной реакции, выдается сигнал на включение соответствующего сигнального реле 2.1-2.7, контактами которых управляются лампы проходных светофоров в зависимости от количества свободных впереди блок-участков.
Кроме сигнальных реле 2.1-2.7 к выходам модулей крейта 15 подключены реле включения кодовых сигналов локомотивной сигнализации, схема которых аналогична применяемой в известных устройствах. Эти реле установлены на отдельном стативе. Они подключены к выходам модулей через разъемы 17.1.3, 18.1.3, 19.1.3, 20.1.3, 21.1.3, 22.1.3, 23.1.3 (17.2.3, 18.2.3, 19.2.3, 20.2.3, 21.2.3, 22.2.3, 23.2.3) группы разъемов 25.1 (25.2) и клеммные колодки шкафа.
На лицевой панели модуля 24.1 (24.2) установлена кнопка «перезапуск» с защитой от случайного нажатия, разъем для подключения крейта 15 к сети Ethernet (ЕТН) и два разъема (ПОРТ1 и ПОРТ2) для подключения портов RS-422. Эти разъемы позволяют подключить крейт 15 к станционным устройствам автоматики, к АРМ дежурного по станции, а также к устройствам сбора информации систем диагностики и мониторинга и диспетчерской централизации.
Работа крейта 15 контролируется по элементам индикации, установленным на лицевых панелях модулей.
На модуле 16.1 (16.2) по первому и второму каналам отображается:
- наличие входного нестабилизированного напряжения 24 В;
- наличие выходного стабилизированного напряжения 5 В;
- наличие выходного стабилизированного напряжения 3,3 В.
На модуле 17.1 (17.2) отображается состояние:
- реле (исключающего, путевого участка приближения со стороны станции, огневого красного огня входного светофора, сигнального, контрольного, искусственного размыкания, путевых для трех рельсовых цепей этого блок-участка);
- интерфейсных реле управления сигнальным реле, включением тестовой проверки, реле защитного участка со стороны перегона и кодово-включающими реле.
На модулях 18.1-23.1 (18.2-23.2) отображается состояние:
- реле (сигнального, контрольного, искусственного размыкания, путевых для всех рельсовых цепей);
- интерфейсных реле управления включением тестовой проверки, сигнальным реле, тестовым реле, реле защитных участков и кодово-включающими реле.
На модуле 24.1 (24.2) отображается состояние:
- первого и второго каскадов схемы сравнения;
- реле (замыкающего, второго счетчика, путевого участка приближения, защитного участка, контроля рельсовых цепей, смены направления на прием и отправление);
- сигналов управления интерфейсными реле (замыкающего, второго счетчика, аварийного);
- портов на прием и передачу информации.
Кроме этого, на всех модулях крейта 15 отображается состояние первого и второго каналов устройства.