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 1УДК 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 3ВВЕДЕНИЕ 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  4процессором 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 5системы   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». 6Дорожный 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;  7­устройства 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.  8Для 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