МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ И АВТОБЛОКИРОВКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к области железнодорожной автоматики и телемеханики, и может быть использована в системах управления движением поездов, а именно, в микропроцессорных системах управления и контроля состояния устройств СЦБ на железнодорожных станциях и перегонах, для регулирования движения поездов на станции и прилегающих перегонах.
Известна «Микропроцессорная система управления маршрутами на малых станциях» (патент на полезную модель №90401, В61L 27/04, приоритет 10.09.2009, опубл. 10.01.2010), которая содержит 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. 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. 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. Технический результат заключается в упрощении и повышении надежности микропроцессорной системы.
Однако данная система предназначена для управления и контроля состояния устройств СЦБ на малых железнодорожных станциях, следовательно, обладает функциональной недостаточностью; имеет двухканальную структуру построения, следовательно, обладает недостаточной отказоустойчивостью.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является «Микропроцессорная система для регулирования движения железнодорожных транспортных средств», выбранная за прототип. Она содержит модуль центрального процессора, состоящий из двух процессорных комплектов, 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, по меньшей мере, один интерфейсный модуль сбора информации о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, содержащий токовые входы и выходы, предназначенные для подключения к контактам реле  объектов контроля железнодорожной станции, интерфейсные модули формирования управляющих сигналов, воздействующих на исполнительные устройства электрической централизации и интерфейсные модули передачи ответственных команд. Система представляет собой моноблочную конструкцию и имеет многомодульную структуру.
Все модули связаны между собой системной шиной, которая состоит из двух идентичных шин, каждая из которых подключена к соответствующему процессорному комплекту (патент на изобретение RU №2286279, B61L 27/04, G06F 11/00 приоритет 17.09.2004, опубликовано 27.10.2006). Система обладает достаточно широкими функциональными возможностями, повышена отказоустойчивость системы для контроля состояния некоторого определенного количества объектов на станциях и перегонах с возможностью осуществления функций управления.
К числу недостатков данной системы следует отнести:
- сравнительно низкий уровень отказоустойчивости в связи с тем, что при выходе из строя одного модуля система либо не выполняет всех возложенных на нее функций, либо прекращает функционирование.
- практическую сложность контроля и управления объектами на средних и крупных станциях в связи с тем, что при большом числе объектов число интерфейсных модулей становится таким, что их практически невозможно связать одной (дублированной) системной шиной.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение безопасности и, практически, исключение задержек в движении поездов из-за отказов системы управления и контроля объектами электрической централизации (ЭЦ) и автоблокировки (АБ) путем повышения качества самой системы.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в повышении качества и эффективности организации движения и эксплуатации объектов ЭЦ и АБ путем создания микропроцессорной отказоустойчивой безопасной системы для контроля и управления объектами ЭЦ и АБ, наиболее эффективной для применения на средних и крупных станциях с прилегающими перегонами.
Поставленная цель достигается за счет того, что в микропроцессорной системе централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте, содержащей центральный процессор, включающий микропроцессоры, устройства связи с объектом (УСО), включающие интерфейсные модули сбора информации (МСИ) о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, подключенные к контактам реле объектов контроля, интерфейсные модули передачи ответственных команд (МОК), выполненные с возможностью перехода в защитное отключенное состояние при возникновении отказов, которые подключены к исполнительным устройствам ЭЦ и АБ.
Центральный процессор содержит три микропроцессора для организации трехканальной структуры построения системы, которые межканально связаны между собой и каждый из них связан с двумя соседними микропроцессорами. К центральному процессору подключены с одной стороны автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) для формирования директив по управлению движением и представлению информации о состоянии объектов на станции и прилегающих перегонах, а с другой - трехканальные устройства связи с объектами (УСО), подсоединенные к исполнительным устройствам ЭЦ и АБ через релейно-контактный интерфейс (РКИ), содержащий реле объектов контроля и управляющие реле. При этом трехканальные УСО содержат периферийные микропроцессоры, МСИ, связанные с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами РКИ, а также модули МОК. Причем вход МОК каждого канала связан с выходами по питанию управляемого источника питания (ИП) своего канала, а выходы МОК по управлению связаны с входами ИП своего и соседних каналов, также вход включения ИП связан с кнопкой запуска.
Конструкция системы имеет многомодульную структуру и выполнена в соответствии со стандартом «Евромеханика» (МЭК 60297-3-101).
Таким образом, решение поставленной задачи достигается за счет использования в схеме устройства системы новых элементов, блоков и новых каналов связей которые обеспечивают контроль и управление большим числом объектов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлена структурная схема системы. На фиг.2 представлена структурная схема устройства связи с объектом УСО.
Микропроцессорная система централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте содержит:
центральный процессор (ЦП) - 1;
микропроцессоры (МП1, МП2, МП3) - 1.1, 1.2 и 1.3;
автоматизированное рабочее место дежурного по станции
(АРМ ДСП) - 2;
устройства связи с объектом (УСО1…УСОn) - 3;
релейно-контактный интерфейс (РКИ) - 4;
исполнительные устройства ЭЦ и АБ - 5;
В состав устройства связи с объектом (УСО) - 3 входят:
Интерфейсные модули сбора информации (МСИ) о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов (МСИ) - 6;
Интерфейсные модули передачи ответственных команд (МОК) - 7; Периферийные микропроцессоры - 8
ПМШ - 8.1, ПМП2 - 8.2 и ПМП3-8.3;
Управляемый источник питания (ИП) - 9.
В состав релейно-контактного интерфейса (РКИ) - 4 входят:
объекты контроля - 10, при этом
- нормально-разомкнутые («фронтовые») контакты реле объекта контроля 10;
- нормально-замкнутые («тыловые») контакты реле объекта контроля 10;
управляющие реле - 11.
Система содержит центральный процессор 1, включающий микропроцессоры 1.1, 1.2, 1.3, работающие синхронно по одинаковой программе, устройства связи с объектом (УСО) 3, включающие интерфейсные модули сбора информации (МСИ) - 6 о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, подключенные к контактам реле объектов контроля 10, интерфейсные модули передачи ответственных команд (МОК) - 7, выполненные с возможностью перехода в защитное отключенное состояние при возникновении отказов, которые через управляющие реле 11 подключены к исполнительным устройствам электрической централизации и автоблокировки (ЭЦ и АБ) - 5. Конструктивное построение системы многомодульное.
Система имеет трехканальную структуру. Она содержит центральный процессор (ЦП) 1, включающий три микропроцессора (МП1, МП2, МП3) соответственно 1.1, 1.2, 1.3, работающие по одинаковой программе. Синхронное функционирование, контроль и диагностика микропроцессоров 1.1, 1.2, 1.3, осуществляются на основе их взаимных связей.
К ЦП 1 с одной стороны подключено автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) - 2, обеспечивающее возможность формирования директив по управлению движением и представление информации о состоянии объектов на станции и прилегающих перегонах. С другой стороны к нему подключены устройства связи с объектом (УС01…УСОn) - 3. Эти устройства взаимодействуют с исполнительными устройствами (ЭЦ и АБ) - 5 через релейно-контактный интерфейс (РКИ) - 4, содержащий реле объектов контроля - 10 и управляющие реле - 11.
Устройства связи с объектом (УСО) - 3 организованы следующим образом.
Интерфейсные модули МСИ - 6 и МОК - 7 с источниками питания - 9 каждого канала объединены в группы, имеющие магистрально-модульное построение. Они функционируют под управлением своего периферийного микропроцессора ПМП1 - 1.1, ПМП2 - 1.2 или ПМП3 - 1.3. Три соответствующих канала конструктивно оформлены в виде отдельных модулей УСО - 3.
С целью повышения достоверности получения информации о состоянии объектов контроля - 10 модули МСИ - 6 осуществляют опрос нормально-разомкнутых контактов объектов контроля в один момент времени, а в другой - опрос нормально-замкнутых контактов. В соответствии с этим имеем, так называемое, парафазное кодирование состояния объектов контроля - 10, при котором достоверной будет информация при инверсных значениях этих опросов.
Каждый интерфейсный модуль МОК - 7 питается от своего управляемого источника питания ИП - 9. Напряжение на выходе данного источника - 9 появляется только в случае подачи на его входы управляющих импульсных сигналов от интерфейсного модуля ответственных команд МОК 7 своего канала и, по крайней мере, одного модуля другого канала. Данные сигналы формируются программой лишь при положительных результатах диагностики, включая межканальное сравнение данных. Это обеспечивает возможность перехода конкретного модуля МОК - 7, канала, УСО - 3 или системы в целом в защитное отключенное состояние при возникновении соответствующих отказов. Это состояние является автоматически необратимым. Переход из него в нормальное функционирование осуществляется путем нажатия специалистом кнопки «Запуск».
Микропроцессоры ПМП 8.1, 8.2, 8.3 работают по одинаковой программе. Синхронное функционирование, контроль и диагностика осуществляются на основе обмена информацией по взаимным связям, аналогично микропроцессорам МП1 - 1.1, МП.2 - 1.2 и МП.3 - 1.3, составляющие ЦП1.
Взаимодействие каждого канала УСО - 3 с соответствующим каналом ЦП - 1 осуществляется за счет связей: МП1 1.1 - ПМП1 8.1; МП2 1.2- ПМП2 8.2; МП3 1.3 - ПМП3 8.3 по последовательному интерфейсу.
В связи с тем, что в микропроцессорной системе централизации и автоблокировки вопросы безопасности и отказоустойчивости решаются на программно-аппаратном уровне, а релейная часть системы (релейно-контактный интерфейс - 4) выполняет функции согласования сигналов с напольным оборудованием, практически все управляющие сигналы и все сигналы о состоянии объектов управления, являются ответственными, требующими обеспечения отказоустойчивости и безопасности.
Отказоустойчивость системы обеспечивается трехканальным построением системы и средствами диагностики. В трехканальной системе выход из строя любого модуля или канала не приводит к нарушению функционирования по прямому назначению. Средства диагностики локализуют неисправность с точностью до модулей, что позволяет оперативно заменить неисправную аппаратуру. Безопасность обеспечивается как трехканальным построением, позволяющим осуществлять сравнение результатов сбора информации о состоянии объектов контроля, результатов программной реализации центральных зависимостей, формирования управляющих сигналов, так и переходом в защитное отключенное состояние при возникновении отказов за время, недостаточное для срабатывания исполнительных устройств централизации и автоблокировки.
Конструкция системы выполнена в соответствии со стандартом «Евромеханика» (МЭК 60297-3-101). Следует отметить, что данный стандарт является наиболее широко распространенным для микропроцессорных систем. При конструировании систем в соответствии с данным стандартом максимальное число модулей (слотов), устанавливаемых в один крейт (каркас), равно 21. Соответственно максимальное число модулей, устанавливаемых на одну магистраль, обычно не превышает 21 модуль.
Система обеспечивает контроль и управление большим числом объектов по сравнению с прототипом.
Программное обеспечение (ПО) ЦП-1 выполняется в микропроцессорах МП1, МП2, МП3 и состоит из системного ПО (СПО) и технологического ПО (ТПО). СПО предназначено для инициализации системы, обеспечения рабочего цикла, обмена информацией через последовательные интерфейсы, выполнения функций безопасности путем сравнения результатов вычислений в разных каналах и тестирования аппаратных средств. ТПО предназначено для реализации функций технологических зависимостей между объектами контроля и управления. ТПО представляет собой самостоятельную программу, предназначенную для реализации алгоритмов центральных зависимостей объектов станции и перегонов, выполняемую под управлением СПО в каждом рабочем цикле.
ПО ЦП-1 в трех каналах выполняется циклически и синхронно в рамках рабочего цикла. ПО ЦП-1 каждого вычислительного канала в рамках одного рабочего цикла выполняет поочередно фиксированный набор технологических операций и тестовую программу. Условием для выполнения программами каждого следующего цикла является совпадение собственных вычисленных данных в текущем цикле, с данными, полученными от одного из соседних каналов в результате обмена. Невыполнение вышеуказанного условия считается отказом канала и приводит к его отключению. Таким образом, функционирование ЦП-1 в целом возможно только при одинаковом функционировании трех или двух вычислительных каналов, что и обеспечивает требуемый уровень безопасности системы.
Программное обеспечение УСО-3 (ПО УСО) выполняется в периферийных микропроцессорах ПМП1, ПМП2, ПМП3 и предназначено для инициализации УСО, обеспечения рабочего цикла, обмена информацией через последовательные интерфейсы, взаимодействием с модулями МСИ-6 и МОК-7 своего канала, а также выполнения функций безопасности путем сравнения результатов вычислений в разных каналах и тестирования аппаратных средств аналогично СПО в ЦПУ-1.
ПО УСО-3 в трех каналах выполняется циклически и синхронно в рамках рабочего цикла. ПО УСО-3 каждого вычислительного канала в рамках одного рабочего цикла выполняет поочередно взаимодействие с каждым модулем МСИ-6 и МОК-7, а также тестовую программу. Аналогично с ПО ЦП-1, условием для выполнения программами каждого следующего цикла является совпадение собственных вычисленных данных в текущем цикле, с данными, полученными от одного из соседних каналов в результате обмена. Невыполнение вышеуказанного условия считается отказом канала и приводит к его отключению. Таким образом, аналогично с ЦП-1, функционирование УСО-3 возможно только при одинаковом функционировании трех или двух вычислительных каналов, что и обеспечивает требуемый уровень безопасности системы.