Учебное пособие "Новые микропроцессорные системы внедряемые на станциях и перегонах"

И.И.МИХАЙЛИДИ Учебное пособие для студентов  специальности: 050702  «Автоматизация и управление» специализация: «Автоматика, телемеханика и управление на железнодорожном транспорте» НОВЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ НА СТАНЦИЯХ И ПЕРЕГОНАХ 1 УДК 656.256.3.656.259.12 Экибастуз 2010 Михайлиди   И.И.   Новые   микропроцессорные   системы   на   станциях   и   перегонах:   ­ г.Экибастуз,  2010г.  – 71 с.         Учебное пособие предназначено для студентов специальности: «Автоматика, телемеханика и управление на железнодорожном транспорте». В учебном пособии рассмотрены новые микропроцессорные системы внедряемые на станциях   и   перегонах.   Методическое пособие предназначено для изучения новых микропроцессорных систем являющихся   фундаментом   создания   единой линейной интегрированной системы управления перевозочным процессом. С их помощью в реальном масштабе времени можно получать информацию о местоположении и управлении различных   подвижных   единиц,   регистрировать   действия   работников,   обеспечивающих технологический процесс и безопасность движения поездов.            На современном этапе развития электрической централизации и автоблокировки ведутся   исследования   новых   систем   с   целью   снижения   стоимости   их   строительства, обеспечения   более   высокой   надежности,   повышения   типизации   и   удобства   обслуживания, использования современных энергосберегающих технологий. Решение   поставленных   задач   возможно   на   базе   компьютерных   технологий   с   при­ влечением   методов   и   средств   искусственного   интеллекта,   принципов   построения интеллектуальных   систем,   а   именно   создание   электрической   централизации   стрелок   и сигналов и автоблокировки на микропроцессорах   Рецензенты: инженер группы технической документации                            Квитко Г.А.                        Екибастузской  дистанции сигнализации и связи ШЧ ­25                        инженер группы технической документации                          Суббота Е.С.                      Екибастузской  дистанции сигнализации и связи ШЧ ­25 2 ©  Михайлиди И.И. ISBN 978 – 601 – 7160 – 19 ­7 ОГЛАВЛЕНИЕ   Стр. 1Введение. Системы микропроцессорной централизации.                                                            4 2 Микропроцессорная централизация «Диалог»                                                             6 3 Микропроцессорная централизация Ebilock­950                                                             7 4 Релейно­процессорная централизация ЭЦ­МПК                                                             9 5 Микропроцессорная централизация МПЦ – 2                                                                 11 6 Микропроцессорная централизация ЭЦ­ЕМ                                                                    14          7 Комплекс горочный микропроцессорный                                                                        19          8 Автоматизация Станционных Технологий Работы в увязке с Автоматикой                31           9 Микропроцессорная система автоблокировки АБ­ЧКЕ                                                  49          10 Микроэлектронная система автоблокировки АБ­Е1                                                       54         11Микроэлектронная система автоблокировки АБ­Е2                                                        62         12 Микропроцессорная  унифицированная система автоматической блокировки                    АБ­УЕ                                                                                                                              63          13 Системы автоблокировки типа КЭБ                                                                                70          14 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе КЭБ­1                               70          15 Кодовая автоблокировка на электронной элементной базе КЭБ­2                               72          16 Микропроцессорная система автоматической блокировки АБТЦ ­ М с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры                                          73          17 Система автоматического управления переездной сигнализацией                                Библиографический список                                                                                                                       76 3 ВВЕДЕНИЕ Системы микропроцессорной централизации До   недавнего   времени   на   железных   дорогах     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 1960 – 1980 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.   Поэтому целесообразно   использовать   в   качестве   технического   средства   автоматизации технологических процессов управления движением поездов на станциях микропроцессорную централизацию (МПЦ), успешно эксплуатируемую на зарубежных железных дорогах. В   настоящее   время   на   железных   дорогах   активно   внедряются   микропроцессорные централизации (МПЦ), являющиеся фундаментом создания единой линейной интегрированной системы управления перевозочным процессом. С их помощью в реальном масштабе времени можно   получать   информацию   о   местоположении   различных   подвижных   единиц, регистрировать   действия   работников,   обеспечивающих   технологический   процесс   и безопасность движения поездов. Использование  современной элементной базы  повышает надежность  и устойчивость работы   средств   ЖАТ,   а   создание   новых   интеллектуальных   автоматизированных   систем управления   — достоверность  и  качество  информации  о  дислокации  и  наличии   подвижны единиц на станциях и перегонах.  Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной             К преимуществам МПЦ по сравнению с релейными системами централизации, в  частности,относятся:       ­ более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов, включая  центральный процессор — ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим  4 процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);     ­возможность управления объектами многих станций и перегонов с одного рабочего места;   ­возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами  контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве;   ­расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия  светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, запрещающих показаний  светофоров, изолированных секций для исключения задания маршрута и др.;  ­предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о  состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в  региональный центр управления перевозками;  ­возможность централизованного и децентрализованного размещения объектных  контроллеров для управления станционными и перегонными объектами. Децентрализованное  размещение объектных контроллеров позволяет значительно снизить удельный расход кабеля  на одну централизуемую стрелку;  ­сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;  ­возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по  управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах;  ­ наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств  централизации и объектов управления и контроля;  ­возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также  всех отказов объектов управления;  ­значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие, в 3 – 4 раза меньший объем  помещений для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации  без строительства новых постов;  ­значительно меньший объем строительно­монтажных работ;  ­удобная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования  специализированных отладочных средств;  ­сокращение срока исключения из работы станционных и перегонных устройств в случаях  изменения путевого развития станции и связанных с этим зависимостей между стрелками и  сигналами;  ­использование в качестве среды передачи информации между устройствами управления и  управляемыми объектами не только кабелей с медными жилами, но и волоконно­оптических  кабелей;  ­возможность получения из архива параметров работы напольных устройств СЦБ для  последующего прогнозирования их состояния или планирования проведения ремонта и  регулировки, не допуская полных отказов этих устройств;  ­снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения энергоемкости системы, сокращения  примерно на порядок количества электромагнитных реле и длины внутрипостовых кабелей,  применения современных необслуживаемых источников питания, исключения из  эксплуатации громоздких пультов управления и манипуляторов с большим числом рукояток  и кнопок механического действия.                    Микроэлектронные и микропроцессорные системы АБ В  настоящее   время   в  технике   СЦБ  все   большее   внимание   уделяется   разработке  и применению   систем   с   использованием   микроэлектронных   элементов.   Особенно   большие преимущества дает микропроцессорная техника с программируемой логикой. В   процессе   разработки   и   совершенствования   систем   автоблокировки   были   созданы системы микропроцессорной числовой кодовой автоблокировки АБ­ЧКЕ, микроэлектронные 5 системы   АБ­Е1   и   АБ­Е2,   унифицированная   система   АБ­УЕ.   Каждая   последующая модификация   этих   систем   использует   наиболее   эффективные   технические   решения предыдущих   устройств   и   является   более   совершенной   за   счет   исключения   недостатков, вскрытых в процессе испытаний и эксплуатации этих устройств, а также за счет накопления опыта разработки микроэлектронных и микропроцессорных систем СЦБ.  Реализация устройств на основе микропроцессоров позволяет существенно повысить надежность   и   быстродействие   систем   автоматики,   расширить   их   функциональные возможности,   выполнять   алгоритм   любой   практически   необходимой   сложности,   создавать универсальные   блоки   и   легко   адаптировать   их   к   конкретным   условиям   применения   и изменять алгоритм или исходные данные при изменении параметров объекта управления. Широкие   возможности   программируемой   логики   позволяют   решать   задачи самопроверки   и   реконфигурации   собственной   структуры   при   отказах,   осуществлять диагностику объектов управления, а также большое число сервисных функций. Микропроцессорные СЖАТ обеспечивают взаимодействие и простое согласование с устройствами   автоматизированных   систем   управления   верхнего   уровня   и   устройствами локальной   автоматики,   производят   регистрацию   и   документирование   информации   о неисправностях, нештатных действиях эксплуатационных работников и других существенных событиях. Заслуживают   внимания  два   направления   разработки   бесконтактных   систем  – электронные   системы   АБ   типа   КЭБ   и   электронные   системы   единого   ряда   на   новой элементной базе. Ниже рассмотрены принципы построения некоторых микроэлектронных и микропроцессорных систем этих классов.                          1 Микропроцессорная централизация «Диалог» МПЦ   «Диалог»,   разработанная   ООО   «Диалог_транс»,   предназначена   для оборудования   станций   устройствами   управления   стрелками   и   светофорами   при   новом строительстве, полной или частичной реконструкции, а также для подключения станционных устройств к системам диспетчерской централизации (ДЦ), диспетчерского контроля (ДК) и систем   передачи   данных   линейных   предприятий   (СПД   ЛП).   Эта   система   обеспечивает управление стрелками, светофорами и формирование маршрутов в режимах диспетчерского телеуправления   при  ДЦ  или   с   автоматизированного   рабочего  места   (АРМ)   дежурного   по станции   в   одном   из   режимов:   маршрутном,   раздельного   управления   и   ответственных команд.МПЦ   «Диалог»   представляет   собой   комплекс   микропроцессорных   устройств, обеспечивающих установку, замыкание и размыкание маршрутов на станции при соблюдении требований безопасности движения поездов.  В МПЦ «Диалог» интегрированы  функции: электрической централизации; линейного пункта   систем   ДЦ   и   ДК;   аппаратуры   телеуправления   соседними   станциями;   постовой аппаратуры маневровой автоматической локомотивной сигнализации (МАЛС); логического контроля за действиями дежурного по станции при нарушении нормальной работы устройств СЦБ и проследования поездов на станциях и прилегающих к ним перегонах; аппаратуры СПД ЛП   в   части   сбора   и   подготовки   информации   для   передачи   по   каналу   связи;   оповещения работающих на путях. МПЦ «Диалог» содержит: автоматизированное рабочее место дежурного по станции, включая пульт ответственных команд; АРМ электромеханика; управляющий вычислительный комплекс   (УВК);   исполнительные   устройства;   напольные   устройства;   устройства электроснабжения; устройства увязки с системами ДЦ и ДК. УВК построен на безопасной микро_ЭВМ БМ1602, применяемой в системах ДЦ «Диалог» и РПЦ «Диалог_Ц». 6 Дорожный центр технической диагностики и мониторинга устройств автоматики и телемеханики                           2 Микропроцессорная централизация Ebilock­950             По результатам анализа технических решений зарубежных компаний, оценки затрат на  адаптацию и приобретение оборудования, условий сотрудничества и сроков достижения  практических результатов МПС России приняло решение об использовании на железных  дорогах микропроцессорной централизации Ebilock 950. Для адаптации системы МПЦ к  техническим требованиям и технологии работы Российских железных дорог, последующего  проектирования ее для конкретных объектов, организации поставок оборудования,  выполнения пусконаладочных работ и сервисного обслуживания было создано российско­ шведское предприятие — ООО «Бомбардье Транспортейшн Сигнал».              Первым этапом адаптации МПЦ Ebilock 950 стала разработка Всероссийским научно­ исследовательским и проектно­конструкторским институтом железнодорожной автоматики  (ВНИИАС, Москва), Петербургским государственным университетом путей сообщения  (ПГУПС) и институтом Гипротранссигналсвязь (Санкт­Петербург) технического задания на  микропроцессорную централизацию стрелок и сигналов для Российских железных дорог.  Техническое задание позволило определить объем и сложность работ по адаптации системы.  Основными компонентами МПЦ Ebilock 950 являются:     ­управляющая и контролирующая система — автоматизированные рабочие места дежурного по станции, электромеханика, пункта технического обслуживания вагонов, оператора  местного управления стрелками;   ­система обработки зависимостей централизации (центральное процессорное устройство);  ­система объектных контроллеров;  ­управляемые и контролируемые объекты СЦБ (стрелочные электроприводы, светофоры,  переезды, рельсовые цепи и др.);  ­стативы с релейным оборудованием, генераторами и приемниками рельсовых цепей,  трансформаторами и т. п.;  ­петли связи (включая концентраторы) между центральным процессором и объектными  контроллерами;  7 ­устройства электроснабжения (первичные и вторичные источники);  ­устройства защиты (заземления, разрядники, предохранители, устройства контроля  сопротивления изоляции монтажа, встроенные в объектные контроллеры и индивидуальные);  ­кабельные сети, состоящие из кабелей от объектных контроллеров к напольным устройствам  СЦБ;  ­устройства диагностики, позволяющие локализовать отказы устройств вплоть до отдельной  печатной платы.              Ядром системы является центральный компьютер, который безопасным способом  осуществляет все взаимозависимости, принятые для электрических централизаций стрелок и  сигналов. Он также взаимодействует с автоматизированными рабочими местами операторов, а также с системой объектных контроллеров, непосредственно управляющих  электроприводами стрелок, светофорами, контактами реле, посредством которых  считывается информация о состоянии рельсовых цепей и всех релейных систем, увязанных с  компьютерной централизацией. Длительность цикла опроса всех объектов составляет  согласно техническому заданию не более 600 мс.                                                                 Структура МПЦ Ebilock 950               Безопасность в системе обеспечивается за счет перевода объектов в защитное  состояние при выявлении отказов, а также благодаря выполнению норм Европейского  комитета по стандартизации в области электротехники (CENELEC), использованию  системных принципов создания программного обеспечения и разработки аппаратных средств.             Системный принцип подразумевает заданный уровень безопасности и способ его  обеспечения, защиту от систематических и случайных ошибок, диверсификацию программ.              Принципы безопасного построения аппаратных средств заключаются в использовании  двух процессоров, работающих с диверсифицированными программами, двойного таймера  управления памятью, контрольных запусков и перезапусков, а также других мероприятий.              Принципы программирования подразумевают использование защищенных программ,  проверку времени, контроль версий программ, безопасную передачу информации,  синхронизацию и сравнение данных, а также использование логики типовых технических  решений для ЭЦ Российских железных дорог.              Связь центрального компьютера с объектными контроллерами осуществляется по  симметричному медному четырехпроводному или волоконно­оптическому кабелю (петля  связи) через модемы и концентраторы с использованием цифровой системы передачи. Это  позволяет разместить объектные контроллеры в непосредственной близости от объектов  управления. В результате значительно (примерно в 3 раза) снижается расход кабеля по  сравнению с размещением объектных контроллеров на центральном посту. Управляемый  объект (рельсовая цепь, электропривод, светофор) находится в непосредственной близости от системы управления и контроля, что способствует облегчению поиска повреждений и  регламентного обслуживания. Окончательное решение об использовании на станции  централизованного или децентрализованного размещения объектных контроллеров принимает заказчик.               Объектные контроллеры МПЦ Ebilock 950 способны взаимодействовать с  отечественными рельсовыми цепями, сигналами, электроприводами, реле и выполнять увязки  со всеми существующими системами автоблокировки, переездной сигнализации и другими  устройствами. Поэтому к числу важных задач при проектировании относятся определение  границ зоны действия МПЦ и построение интерфейсов для увязки с оставшимися  устройствами в релейном исполнении. Система МПЦ может взять на себя непосредственное  управление прилегающими перегонами, переездами и другими объектами, что сводит к  минимуму использование реле.  8 Для станций разработаны интерфейсы увязки с автоблокировкой, переездом, а также  со схемами кодирования рельсовых цепей, очистки стрелок, АЛСН и системой  автоматического управления тормозами, устройствами контроля состояния подвижного  состава.               С помощью одного центрального процессорного устройства можно управлять 150  логическими объектами и 100 объектными контроллерами, т. е. станцией с числом стрелок до  50 или станцией с числом стрелок до 30 и устройствами автоблокировки на прилегающих  перегонах с централизованным (на посту МПЦ) размещением аппаратуры. При  необходимости включения в централизацию большего числа управляемых объектов  центральная система обработки может быть расширена за счет подключения дополнительных  компьютеров и соединения их между собой с помощью локальной сети.             В МПЦ Ebilock 950 используется мощный источник бесперебойного питания с  необслуживаемой аккумуляторной батареей (рис. 6), от которого запитываются как  электронные устройства, так и рельсовые цепи, электроприводы, светофоры, реле, что  позволяет исключить отказы при грозовых разрядах, коротких замыканиях в контактной сети  и других помехах.                                               Интеграция с перегонными устройствами            Интеграция в МПЦ Ebilock 950 автоблокировки позволила дополнить ее рядом  функций, которыми не обладает автоблокировка, построенная на релейной элементной базе:  блокирование и деблокирование схемы смены направления движения поездов, рельсовой  цепи, запрещающего показания проходного и выходного светофоров станции.            Рельсовая цепь блокируется автоматически при вступлении на нее поезда и  деблокируется только при выполнении заданной последовательности ее освобождения,  блокирования и деблокирования соседних рельсовых цепей при прохождении поезда. При  прекращении шунтирования рельсовой цепи под поездом она остается в заблокированном  состоянии.             Под блокированием запрещающего показания светофора понимается исключение  возможности включения на проходном и выходном светофорах станции отправления  разрешающего сигнального показания в следующих случаях:   ­ при нахождении поезда на одной или нескольких рельсовых цепях блок­участка или  защитного участка вне зависимости от состояния путевых приемников (под током или без  тока) этих рельсовых цепей;   ­ при освобождении поездом блок­участка и защитного участка и наличии в пределах этого  блокучастка и/или защитного участка хотя бы одной рельсовой цепи, на которой в процессе  движения поезда имело место нарушение условий ее последовательного занятия и  освобождения.              Под блокированием схемы смены направления движения поездов понимается  исключение возможности смены направления движения поездов в нормальном и  вспомогательном режимах при наличии на перегоне хотя бы одной рельсовой цепи в  заблокированном состоянии. Для ее разблокирования в МПЦ существует специальная  ответственная команда, которая дается дежурным по станции с соблюдением определенных  условий.              Произвести смену направления движения дежурный по станции может в нормальном  режиме при отсутствии на перегоне рельсовых цепей, находящихся в занятом и/или  заблокированном состоянии, или во вспомогательном режиме при наличии на перегоне  рельсовых цепей, находящихся в занятом состоянии, и отсутствии заблокированных  рельсовых цепей.            Наиболее эффективным решением является использование на станции МПЦ Ebilock 950 9