Система диспетчерского контроля и диагностики устройств железнодорожной автоматики

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

В дипломном проекте рассмотрено проектирование современной системы диагностики и удаленного мониторинга устройств железнодорожной автоматики.

Цель работы -- внедрение диспетчерского контроля на диспетчерском участке. Проектирование произведено на примере заданной станции и прилегающих перегонов.

Произведены расчеты эффективности инвестиций в модернизацию и развитие средств автоматики и телемеханики.

Произведены расчеты эффективности инвестиций в модернизацию и развитие средств автоматики и телемеханики. Так же в графическом материале приведены: структурные схемы, принципиальны схемы устройств АПК-ДК и схемы подключения контролируемых объектов на перегонах и станциях.

Дипломная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007 и графический материал в программах Visio 2003, sPlan.



ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АБ - автоматическая блокировка

АКСТ - автомат контроля сигнальной точки

АДСУ - автомат диагностики сигнальной установки

АПК-ДК - аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля

АПС - автоматическая переездная сигнализация

АРМ - автоматизированное рабочее место

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

ДК - диспетчерский контроль

ДСН - двойное снижение напряжения

ДСП - дежурный по станции

ДЦ - диспетчерская централизация

РШ - релейный шкаф

РЦ - рельсовая цепь

СЖАТ - системы железнодорожной автоматики и телемеханики

СЦБ - сигнализация, централизация и блокировка

СПД - сеть передачи данных

СЧД - селектор частоты-демодулятор

ТО - техническое обслуживание

УСЛ - устройство согласования с линией

ШНС - старший электромеханик

ШЧД - сменный инженер дистанции

ЭЦ - электрическая централизация



ВВЕДЕНИЕ

Перевозка грузов и пассажиров на железнодорожном транспорте является ответственным и технологическим процессом, который связан в свою очередь с жизнью людей и окружающей средой. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) предназначены для регулирования движения поездов с целью решения таких важных задач как обеспечение безопасности движения поездов и повышение эффективности перевозочного процесса. Внедрение современных технических средств позволяет повысить надежность и эффективность российских железных дорог. 5 % от общей стоимости основных фондов железнодорожного транспорта принадлежит средствам железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Которая в свою очередь определяет пропускную способность железнодорожных линий, участковую скорость, обеспечивают автоматизацию перевозочного процесса и повышение безопасности движения поездов.

Системы ЖАТ на российском железнодорожном транспорте с учетом высокой интенсивности движения поездов получили самое широкое распространение. Большинство систем ЖАТ, эксплуатируемых на железных дорогах России, включает в себя устройства, выполненные на релейной элементной базе. Построение схем на электромагнитных реле было вызвано сложностью реализации электронных аналогов реле 1-го класса надежности, не имеющих опасных отказов.

Но, не смотря на то, что внедрение систем ЖАТ на железнодорожном транспорте позволяет получить ряд преимуществ, оговоренных выше, также эти системы, как и любые другие сложные и взаимосвязанные системы, имеют и целый ряд недостатков:

- большое число отказов, вызванное использованием релейно-контактных элементов, особенно их динамических частей;

- наличие человеческого фактора, т.к. системы ЖАТ требуют постоянного контроля со стороны человека;

- недостаточная надежность большинства систем привела к необходимости применения трудоёмкого и недостаточно эффективного планово-профилактического метода обслуживания устройств СЖАТ, который занимает до 80 % всего рабочего времени линейных работников, что повышает расходы на эксплуатацию этих систем.

Необходимость дальнейшего совершенствования СЖАТ поспособствовало внедрению системы диагностирования и мониторинга которое позволит повысить эффективность эксплуатации за счет: снижения количества отказов и сбоев в работе устройств ЖАТ; оптимизации режимов работы рельсовых цепей и других устройств с регулируемыми параметрами; повышения технологической дисциплины (путем увеличения степени достоверности данных о состоянии устройств ЖАТ, пути, электроснабжения); снижения трудоемкости управления процессом эксплуатации устройств ЖАТ; повышения безопасности и сокращения времени задержки поездов при возникновении нештатных ситуаций. А удаленный мониторинг позволит следить за ситуацией на линейном пункте, дистанции и службе автоматики и телемеханики дороги.



1. СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

1.1. Анализ состояния существующих устройств железнодорожной автоматики

В современном мире, огромное внимание уделяется проблеме исключения отказов устройств ЖАТ. Средства ЖАТ комплексно влияют на экономические показатели всего железнодорожного транспорта, следовательно, их совершенствование и внедрение следует отнести к инновационным приоритетам компании, определенным Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «РЖД» на период до 2015 года. Применение электрической централизации и автоматизации перевозочного процесса, автоблокировки и других систем железнодорожной автоматики и телемеханики в значительной степени увеличили зависимость работы железных дорог от надежности отдельных устройств. С другой стороны, резко возрос ущерб, наносимый отказами в работе технических средств.

Обобщая, СЖАТ предыдущего поколения имеют следующие недостатки:

1) недостаточная надежность и контроле-пригодность, что объясняется следующими факторами:

а) наличие элементов с низкой надежностью (изолирующие стыки, электролитические конденсаторы большой емкости и др.);

б) работа большого числа контактных электромагнитных реле в динамическом режиме при коммутации цепей с индуктивной нагрузкой (импульсное путевое реле, все реле дешифратора) и большой коммутируемой мощностью (трансмиттерное реле). Указанные реле совершают порядка 4 млн. переключений в месяц;

в) работа устройств в тяжелых условиях (вибрация, пыль, влажность, температура) /1/.

г) отсутствие системы, выявляющей предотказное состояние устройств путем фиксации и анализа электрических и механических параметров (заблаговременно предотвращающей нарушения нормальной работы), т. е. системы диагностики и мониторинга /2/.

2) Анализ отказов устройств СЦБ свидетельствует о том, что большинство из них произошло вследствие некачественных профилактических работ, несвоевременного выполнения сроков проверки и осмотра технических средств, некачественной проверки аппаратуры специалистами ремонтно-технологического участка, несоблюдения правил производства работ, связанных с нарушением технологической дисциплины. Иначе говоря, явились следствием влияния «человеческого фактора» на эти события. И не удивительно: в эксплуатации находится в основном устаревшая, ресурсоемкая техника СЦБ, для поддержания работоспособности которой требуются значительные затраты труда.

3) Большие затраты на обслуживание. Принятый в настоящее время планово-профилактический метод обслуживания устройств СЖАТ требует, по сравнению с ремонтно-восстановительным методом, больших затрат труда. Такой метод обслуживания принят в связи с недостаточной надежностью устройств автоблокировки (АБ) и их большим влиянием на безопасность и бесперебойность движения поездов. Профилактическое обслуживание с целью предупреждения отказов проводится в соответствии с Инструкцией по техническому обслуживанию устройств СЦБ с периодичностью и в сроки, установленные графиком технологического процесса обслуживания. При этом проводится наружный осмотр и чистка приборов на местах установки, осмотр элементов и измерение параметров рельсовых цепей и дешифратора, проверка алгоритма работы схемы, а также ряд других проверок и измерений. Большая часть времени расходуется на проверку рельсовых цепей и дешифратора, которые работают в тяжелых условиях. Кроме того, много времени и средств расходуется на периодическую замену приборов с последующей их проверкой, ремонтом и регулировкой в ремонтно-технологических участках (РТУ). Сложности поиска и устранения отказов в системе кодовой автоматической блокировки (КАБ) также приводят к увеличению расходов на техническое обслуживание

Следует учесть тот факт, что устройства и объекты ЖАТ применяются повсеместно на железной дороге и в большом количестве, и за время своего существования приобрели большое разнообразие видов и сосредоточены на большом расстоянии друг от друга. Для содержания этих устройств в надлежащем состоянии требуется большой штат обслуживающего персонала. Удаленное расположение устройств значительно осложняет и приводит к дороговизне технического обслуживания, а систематические выезды персонала для устранения отказа приводят к непроизводительным временным затратам /4/.

Перегонные системы с традиционными структурами чаще подвергаются негативным факторам, а этому способствует:

- невозможность организации обходных путей для поездов, что приводит к сбоям в движении,

- распределенность устройств в пространстве и удаленность от мест дислокации обслуживающего персонала, что привод к потере времени на устранение отказа,

- передача информации между отдельными объектами, что приводит к вероятности сбоев при влиянии помех,

- размещение аппаратуры перегонных устройств в релейных шкафах. При этом аппаратура подвергается отрицательному воздействию, влажности, пыли, вибрации, что снижает надежность и долговечность.

Для повышения эффективности технологического процесса по обслуживанию устройств автоматики, необходима его автоматизация на основе перехода к обслуживанию по фактическому состоянию, при которой все профилактические и ремонтные работы назначаются в зависимости от действительного технического состояния контролируемых объектов.

Действующие системы диагностирования и мониторинга осуществляют общий контроль процесса функционирования устройств ЖАТ. Эти системы не в полной мере обеспечивают необходимый контроль качественных показателей технического обслуживания, не устойчива к помехам, а возможность прогнозирования процессов недостаточна.

Как мы видим, традиционные системы ЖАТ перестали удовлетворять текущим требованиям современных условий, что, с учетом их изношенности, является важными факторами причины разработки и внедрения современных систем ДК, получивших название системы диагностики и удаленного мониторинга устройств железнодорожной автоматики.

1.2. Системы диагностики и удаленного мониторинга устройств железнодорожной автоматики

В настоящее время разработаны и приведены в действие такие комплексы диагностирования и удаленного мониторинга как: АСДК, АДК, СЦБ, АПК-ДК. Основной задачей которых являются сбор и обработка информации о состоянии устройств СЦБ для обеспечения оперативности принятия необходимых технических решений по восстановлению работоспособности контролируемых устройств и прогнозированию их поведения.

В начале 2002 года научно-исследовательской лабораторией "Системы диагностики и удалённого мониторинга" (НИЛ СДУМ) при кафедре "Автоматика и телемеханика на ж.д." Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения (ПГУПС) была начата разработка новой системы контроля и технической диагностики устройств СЦБ, по функциям принципиально отличающейся от существующих систем контроля.

Новая система СДУМ - это комплекс технических и организационных мер, направленных на минимизацию эксплуатационных расходов, техническое обслуживание, простой поездов при обеспечении высокого уровня безопасности движения поездов. В системе реализованы следующие целевые задачи:

- система обеспечивает переход на ремонтно-восстановительную технологию обслуживания СЖАТ за счет учета ресурса приборов и диагностики состояния устройств по их фактической наработке;

- система обеспечивает управленческий, оперативный и технический персонал дистанции сигнализации и связи полной и достоверной информацией о состоянии устройств СЦБ на участке контроля в реальном масштабе времени;

- аппаратно-программные средства системы обеспечивают контроль и диагностику существующих классических СЖАТ;

- аппаратно-программные средства системы обеспечивают обмен данными с любыми современными микроэлектронными и микропроцессорными СЖАТ, а также предусматривают возможность стыковки с перспективными разрабатываемыми системами, с целью их контроля и диагностики;

- система выполняет диагностику технического состояния контролируемых СЖАТ, что даёт возможность прогнозировать и своевременно устранять возможные неисправности;

- система обеспечивает обмен информацией с любыми существующими и внедряемыми информационными системами;

- измерительные приборы, используемые в системе, являются метрологически аттестованными как средство измерения, что позволяет исключить измерения электрических параметров устройств СЦБ по инструкции ЦШ-720 из графика технического обслуживания;

- аппаратные и программные средства системы построены с использованием современных информационных технологий, элементной и программной базы;

- система имеет развитые средства самодиагностики и настройки, позволяющие в минимальное время выявить и устранить отказ системы или изменять её конфигурацию;

- система проста в использовании и обслуживании, имеет удобный пользовательский интерфейс, не требует специальных знаний из области вычислительной техники;

- система строится по модульному принципу с возможностью оперативного изменения (наращивания) возможностей системы и переконфигурирования при изменении технических характеристик объектов контроля /6/.

Автоматизированная система диспетчерского контроля АСДК представляет собой аппаратно-программный комплекс АПК, предназначенный для создания системы диспетчерского контроля состояния отдельных узлов и устройств автоматики, телемеханики и связи, поездных передвижений, свободности и занятости рельсовых цепей приемоотправочных путей и блок-участков, состояние переездов, входных и выходных светофоров станций и обеспечения этой информацией любого абонента сети АСДК.

АСДК состоит из двух подсистем, условно их можно обозначить как «верхний» и «нижний»:

- подсистема «нижнего» уровня предназначена для сбора и передачи информации, которая состоит из электрических датчиков состояния контролируемых технических средств (контакты соответствующих реле постовых и перегонных устройств, измерительные панели рельсовых цепей и др.) и устройств считывания дискретной информации, измерения аналоговых сигналов для передачи этой информации программируемыми котроллерами;

- подсистема «верхнего» уровня выполняет прием и маршрутизацию потоков, ее обработку и отображение информации и связи с внешними автоматизированными рабочими местами (АРМ), в том числе с системой АСОУП и автоматизированной системой службы СЦБ (АС-Ш). ). В состав подсистемы верхнего уровня входят различные технологические АРМы пользователей (поездного и узлового диспетчеров, сменного инженера дистанции сигнализации и связи, дежурного по станции, электромеханика постов ЭЦ и ГАЦ, диспетчера локомотивного депо, дежурного по пассажирским и грузовым паркам и др.). Все АРМы системы АСДК поддерживают единый протокол обмена. Сеть системы АСДК выполняет функции электронной почты и открыта для подключения АРМов других разработчиков.

Комплекс автоматического диагностирования АДК-СЦБ разработан специалистами НПП «Югпромавтоматизация» г. Ростов-на-Дону. Технические решения по автоматизации функций контроля, диагностирования и технического обслуживания устройств СЦБ КД 62130-00-ДТР утверждены в 2002 г.

Комплекс диагностики АДК-СЦБ используется для выполнения следующих основных функций:

- сбор первичной обработки информации от постовых и напольных устройств ЭЦ, формирование и просмотр базы данных о работе устройств СЦБ с контролем отказных и предотказных ситуаций;

- хранение оперативной информации на флэш-диске ИВК-АДК (с выводом информации по запросу электромеханика на экран в виде таблиц или графиков);

- формирование, хранение и вывод протокола действий дежурного по станции при работе с устройствами СЦБ;

- накопление и протоколирование результатов самодиагностики технических средств АДК - СЦБ промышленным компьютером ИВК-АДК и возможность оперативного просмотра результатов на экране АРМ ДК-ШН;

передача результатов диагностирования на сервер КДК для просмотра протокольных форм информации о работе постовых и напольных устройств СЦБ (диагностических, динамических, текущих измерений и др.) и результатов самодиагностики технических средств АДК-СЦБ по запросу диспетчера ШЧ на экране АРМ ДК-ШЧД /9/.

Областью применения комплекса АДК-СЦБ являются станции, оборудованные различными системами ЭЦ. Комплекс АДК-СЦБ позволяет решать следующие технологические задачи:

- минимизация регламентных работ, выполняемых вручную и требующих измерений параметров устройств;

- совершенствование технологии обслуживания и повышения производительности труда;

- повышение надежности и безопасности движения поездов в условиях сокращения численности обслуживающего персонала;

- непрерывный автоматический сбор, обработка, хранение и протоколирование, контроль и диагностирование состояний устройств СЦБ в реальном масштабе времени (создание информационного архива работы источников электропитания, светофоров, рельсовых цепей, стрелочных электроприводов, вагонных замедлителей и других устройств в ходе выполнения технологического процесса);

- формирование целостной картины действий оперативного персонала при работе с устройствами СЦБ в ситуациях, влияющих на безопасность движения.

АПК-ДК - аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля разработки научно-исследовательской лаборатории «Компьютерные информационные технологии» (КИТ) при кафедре "Автоматика и телемеханика на ж.д." ПГУПС. Система рекомендована к применению на сети дорог Российской Федерации в 1999 году.

АПК-ДК включает в себя три уровня, реализуемые с использованием программируемых контроллеров, промышленных компьютеров и специального программного обеспечения (ПО), а также каналов связи между ними, позволяющих организовать вычислительную сеть и АРМы пользователей.

К среднему уровню относятся концентраторы первичной обработки информации (концентраторы линейных пунктов), концентраторы сбора информации с ЛП (концентраторы центральных постов) и каналообразующая аппаратура для формирования каналов обмена информацией.

Аппаратура верхнего уровня включает: сервер АПК-ДК, локально вычислительную сеть и автоматизированные рабочие места (АРМы) заинтересованных служб.

Комплекс АПК-ДК организует на дорожный уровень два потока информации. Первый поток предназначен для диспетчерского и административного аппарата служб СЦБ и связи, а второй поток обеспечивает информацию о поездах, исполненный график движения что необходимо диспетчерам дорожного уровня и аппарату службы движения. Таким образом, позволило расширить функциональные возможности системы АПК-ДК не только для поездного диспетчера, но и решить основные задачи по контролю состояния технических средств систем железнодорожной автоматики на перегонах и станциях диспетчерского участка.

АПК-ДК обеспечивает оперативный съем информации с сигнальных установок перегонов о состоянии рельсовых цепей блок-участков, светофоров, на станциях о состоянии путевых объектов и передачу ее на станции для последующего использования для контроля поездного положения. Так же обеспечивает обработку и отображение информации у пользователей по: ведению исполняемого графика движения поездов; расчету прогнозируемого графика по текущему поездному положению; расчету показателей работы участка и выдаче справок; логическому определению ложной свободности участка и опасного сближения поездов; анализу работы устройств СЦБ; определению предотказного состояния устройств; обнаружению отказа; оптимизации поиска и устранению неисправностей; архивации и восстановлению событий; статистике и учету ресурсов приборов /6/.

Применение АПК-ДК позволяет решить следующие задачи:

- своевременное устранение возникших отказов или их предотвращение;

- обеспечить информацией о поездном положении и состоянии устройств аппарат поездных диспетчеров и систем других хозяйств;

- фиксировать и отображать поездную ситуацию на участках и станциях;

- диагностика и прогнозирование состояния устройств, определения предотказных состояний устройств, автоматизации поиска неисправностей в устройствах ЭЦ и АБ, автоматизации части работ по обслуживанию устройств ЭЦ и АБ;

- сбор статистики по отказам устройств СЖАТ, выявление и анализ причин некачественной работы технических средств СЖАТ, другими словами реализация комплексного мониторинга нарушений работы средств СЖАТ;

- контроль выполнения персоналом графика технологического процесса по обслуживанию устройств СЦБ;

- внедрение процедуры автоматизированного поиска неисправности с помощью программы “Поиск неисправности”. Программа позволяет локализовать неисправность до уровня отдельного прибора или контакта путем подсказок исполнителю в диалоговом режиме /3/.

В связи с увеличением длины участка поездного диспетчера гарантия автоматизации управления должна быть достаточно высокой, поэтому необходим подход к созданию систем СЦБ с технологически замкнутыми системами управления движением поездов и маневровой (сортировочной) работой.

В состав автоматизированных систем диспетчерского управления должен входить ряд функциональных подсистем, информационно связанных между собой и дополняющих друг друга. Так, подсистема телемеханики высокой информативности, универсальности, защищенности сообщений и живучести является технической основой автоматизации диспетчерского управления и обеспечивает высокую достоверность передачи данных, информационную безопасность с точки зрения движения поездов и других технологических процессов, своевременность поступления сообщений /11/.

Автоматизированное рабочее место диспетчера дистанции СЦБ (АРМ-ШЧД) обеспечивает контроль технического состояния и планирование технического обслуживания устройств СЦБ участка. Он предназначен для автоматизации выполняемых инженером дистанции СЦБ задач по сбору и обработке оперативной информации о состоянии устройств СЦБ, оперативному управлению деятельностью дистанции и формированию баз данных, необходимых для решения долгосрочных задач.

АРМ-ШЧД решает такие задачи как отображение поездного положения на участке, контроль движения поездов и технологических ситуаций, фиксация и просмотр физических и логических отказов, выявление и автоматизация процесса поиска неисправностей, подсчет выработанного ресурса приборов, выявления предотказного состояния устройств, ведение архивов технологических ситуаций, аналоговых измерений, отказов приборов и т.д.

Автоматизированное рабочее место поездного диспетчера (АРМ-ДНЦ) предназначено для обеспечения оперативной и точной информацией о поездном положении на участке и автоматизации работы с графиком движения поездов.

Низовые уровни АПК-ДК обеспечивают информационную наполненность подсистемы верхнего уровня позволяющую:

- производить контроль за процессом технического обслуживания устройств на станциях и перегонах;

- отображать критические состояния и отказы в работе контролируемых устройств ЖАТ;

- выявлять внештатные технологические ситуации в движении поездов, включая опасное сближение поездов на перегоне, ложную занятость и ложную свободность рельсовых цепей с выдачей соответствующего сообщения на экран монитора.

Время хранения архивов: на АРМах - не менее 30 суток, в базе данных сервера - не менее 1 года.

Основные функции АРМов ШНС - контроль состояния устройств ЖАТ на станциях и перегонах, выявление неисправностей и предотказных состояний, контроль параметров (напряжения, сопротивления изоляции кабелей) рельсовых цепей и питающих фидеров, ведение протоколов событий с возможностью динамического восстановления поездной ситуации и т.д.

Решение задач контроля поездной ситуации на станции и прилегающих перегонах, автоматическое слежение за подвижными единицами, идентификации подвижных единиц, ведение журнала диспетчерских приказов и т.д. выполняют АРМы ДСП

Выбор направлен в сторону системы АПК-ДК так как элементами этой системы является современная микропроцессорная техника, но основным, и, пожалуй единственным отличием от подобных систем является наличие (среднего) уровня организации системы (концентраторы линейных пунктов, каналообразующая аппаратура).

В соответствии с заданием проектирование в данной дипломной работе заключается в выборе типов устройств комплекса АПК-ДК, расчете объема оборудования, составления схем электрических соединений, на примере одного линейного пункта.

информация сигнал дистанционный поезд



2. Обзор системы АПК-ДК

Комплекс образует вычислительную сеть для обеспечения оперативной информацией диспетчерского аппарата регионального центра управления, оперативного персонала, дистанций автоматики и телемеханики и других линейных предприятий.

Система АПК-ДК выполняет контроль и диагностику технического состояния СЖАТ на перегонах и станциях, в том числе позволяет собирать статистику, выявлять предотказные состояния, анализировать причины некачественной работы и автоматизировать поиск отказов устройств СЦБ, т.е. обеспечивает возможность перехода на ремонтно-восстановительную технологию обслуживания СЖАТ за счет диагностики и прогнозирования состояния устройств и учета ресурса приборов по их фактической наработке. Данная информация передаётся дежурному электромеханику, диспетчеру дистанции сигнализации и связи, техническому персоналу, ответственному за сбор и обработку статистики отказов, а также, при необходимости, другим пользователям локальной вычислительной сети дистанции, отделения или управления дороги /10/.

Структура системы АПК-ДК - четырехуровневая (см. рис.2.1).

Первый уровень - подсистема сбора и обработки информации нижнего уровня, начинается датчиками, фиксирующими дискретную и аналоговую информацию о состоянии аппаратуры ЭЦ, автоматической блокировки (АБ), автоматической переездной сигнализации (АПС), устройств контроля нагрева букс подвижного состава (ДИСК) и других объектов, определяемых при проектировании (например, пожарно-охранная сигнализация).

Далее, собранная информация отправляется на второй уровень.

Второй уровень АПК-ДК - подсистема сбора информации со станций и передачи ее концентратору центральному посту (ЦП) АПК-ДК.

Во второй уровень, входит аппаратура сбора информации с датчиков, включая перегонную. Потом идет станционный концентратор, реализующий функции сбора низовой информации, автоматизированным рабочим местом механика электрической централизации (АРМ-ШН) с возможностью выдачи информации к дежурному по станции (ДСП) и функции составляющей подсистемы второго уровня.

На уровне дистанции СЦБ размещается центральный пункт диагностирования и мониторинга (ЦПДМ), обеспечивающий:

- непрерывный, автоматический мониторинг функционирования устройств ЖАТ о режиме реального времени;

- отображение информации на АРМ - ШЧДМ (выявление отказов, сбоев в работе устройств ЖАТ (протоколирование режимов их работы);

- организацию процесса поиска неисправностей, в случае их возникновения;

- хранение нормативной и ведение справочной информации;

На ЦП стоит операционная система (OS) QNX, которая с использованием каналов тональной частоты (ТЧ) реализуются функции системы передачи данных (СПД) с возможностью выдачи информации на верхний уровень системы и другим пользователям, при необходимости.

Третий уровень системы - служба автоматики и телемеханики дороги (инженер-технолог по мониторингу ЦДМ, диспетчер службы, руководители ЦДМ). На базе дорожного (регионального) центра управления перевозками или головной дистанции СЦБ размещается центр диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ, обеспечивающий:

- непрерывный автоматический мониторинг функционирования устройств ЖАТ в режиме реального времени;

- комплексный анализ функционирования технических средств ЖАТ на дороге на основе диагностических данных;

- формирование баз данных для принятия управленческих решении;



Рис. 2.1 Структурная схема системы АПК-ДК



Уровень 4 - ПКТБ ЦШ, ЦШ (инженер-технолог по мониторингу) ПКТБ ЦШ (руководители департамента). На основании собранной информации, система АПК-ДК должна предоставлять данные на АРМы, необходимые для организации работы по обеспечению:

- безопасной и надежной работы систем и устройств ЖАТ;

- реализации единой технической политики при формировании программы обновления и развития средств ЖАТ и ее выполнения;

- внедрения на сети железных дорог устройств СЦБ нового поколения;

- контроля за выполнением требований нормативных документов по внедрению, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту
средств ЖАТ;

- совершенствованию системы технического обслуживания, ремонта, повышения надежности работы устройств и систем ЖАТ;

- учета и анализа статистических данных об отказах работы устройств, необходимых для оценки надежности и долговечности эксплуатируемых, создаваемых и изготавливаемых устройств и систем ЖАТ;

- определение приоритетных направлений развития технических средств ЖАТ.

Ниже приведено назначение основных узлов и этапы проследования информации по «уровням» в структурной схеме системы АПК-ДК:

- селектор частот - демодулятор (СЧД-Ф-8) - предназначен для приема, выделения и демодуляции информационных сигналов, переданных по многоканальной линии связи с фазо-частотным уплотнением каналов и представляет собой 8-канальный синхронный детектор с общим для всех каналов синтезатором частот;

- автомат диагностики сигнальной установки (АДСУ 24/16) предназначен для контроля функционирования устройств автоматической блокировки (АБ) и автоматической переездной сигнализации (АПС), устанавливаемых на железнодорожных перегонах. Обеспечивает съем, кодирование и передачу информации о текущем состоянии устройств АБ и АПС в концентратор линейного пункта по многоканальной линии с частотным уплотнением каналов;

- контроллер дискретных сигналов (КДС-120) предназначен для применения в системах диспетчерского контроля и системах технического диагностирования и мониторинга устройств электрической централизации и автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры в качестве устройства, осуществляющего функции сбора дискретной информации с сухих контактов реле, ламп;

- устройство согласования с линией (УСЛ) служит для коммутации параллельно включенных в линию ДСН, ОДСН контроллеров АДСУ 24/16 с приёмниками СЧД-Ф-8;

- модуль ADAM-3014 представляет собой гальванически изолированный преобразователь входных сигналов постоянного и переменного напряжения в пропорциональный выходной сигнал;

- АКНСИ-8 предназначен для измерения напряжений и токов, а так же сопротивления изоляции жил кабеля.

- АРМ-ШЧД решает такие задачи как отображение поездного положения, автоматическое слежение за подвижными единицами, автоматическое ведение графика исполненного движения, ведение журнала диспетчерских приказов, подготовка план-графика, расчет показателей работы и анализ графика, ведение баз данных, связь с другими информационными системами и т.д.

- автоматизированное рабочее место поездного диспетчера (АРМ-ДНЦ) предназначено для обеспечения оперативной и точной информацией о поездном положении на участке и автоматизации работы с графиком движения поездов.

Работа АРМов осуществляется под управлением ОС Windows.



3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ АПК-ДК

В данной работе проектирование проводится на основании типовых материалов 410726-ТМП «Система диспетчерского контроля и диагностики устройств железнодорожной автоматики и телемеханики АПК-ДК»

3.1 Съем и передача информации с перегонных устройств

В зависимости от условий эксплуатации перегонная аппаратура АПК-ДК подразделяется на контроллеры снятия информации отдельных объектов, размещаемая в релейных шкафах (РШ) и станционная, размещаемая в постовых помещениях.

В качестве аппаратуры контроля работоспособности устройств сигнальных точек автоблокировки, а также переездов, расположенных на перегонах контролируемого участка в системе АПК-ДК используются специализированные контроллеры. Так же в настоящее время разработан и проходит опытную эксплуатацию блок контроля автоблокировки БКА, который, по сравнению с АДСУ, имеет увеличенное количество каналов дискретного ввода и измерения напряжения. В настоящее время наибольшее распространение получили контроллеры типа АКСТ-СЧМ, АКСТ-Ч и АДСУ в различных модификациях. Они различаются способом модуляции информационной посылки, используемой элементной базой и количеством контактных и пороговых датчиков /9/.

Контроллеры АКСТ-СЧМ имеют недостаточное количество датчиков для решения задач контроля и диагностики технического состояния сигнальной точки, большой цикл опроса, а значит и большое время хранения ошибки, и относительно низкую помехозащищенность за счёт применения амплитудной манипуляции. Эти недостатки устранены в контроллерах АКСТ-Ч.

АКСТ-Ч тоже имеет недостатки, такие как отсутствие каналов для измерения токов и напряжения, скорость передачи информации. Эти недостатки отсутствуют в автомате диагностики сигнальной установки (АДСУ).

АДСУ обеспечивает:

- съём информации с сухих контактов шестнадцати реле релейного шкафа АБ (АПС);

- измерение величины постоянного или действующего значения переменного напряжения синусоидальной формы в шестнадцати контрольных точках в системах кодовой АБ (АПС);

- измерение величины действующего значения импульсов напряжения полученных в результате амплитудной манипуляции постоянного или переменного напряжения частотой (25±1) Гц, (50±1) Гц или (75±1) Гц кодовой последовательностью, формируемой кодовыми путевыми трансмиттерами КПТШ-5, КПТШ-7, КПТШ-10 и их модификациями;

- при обнаружении импульсов переменного или постоянного напряжения

- измерение временных параметров элементов цикла манипулирующей последовательности, определение её кода («З», «Ж», «КЖ»,) и типа путевого трансмиттера её сформировавшего;

- опрос автономных устройств измерения среднеквадратического значения постоянного, переменного или импульсов переменного тока в собственной сети, организованной на последовательном интерфейсе RS-485;

- формирования информационной посылки в виде циклического последовательного кода;

- передачи информации на станцию по цепи ДСН способом фазовой манипуляции на номинальных частотах с 1 по 30 (табл.3.1), используемых для уплотнения цепи ДСН в системе АПК-ДК.

Конструкция АДСУ-24/16 представляет собой модульную структуру, состоящую из основного объединяющего устройства - контроллера АДСУ-24/16 и восьми автономных модулей измерителей тока ИТДК /5/.

Все АКСТ и АДСУ на перегоне подключены параллельно к линии связи, обеспечивая, таким образом, независимую передачу информации на станцию.

На рис.3.1 и плакате 2 представлена электрическая схема подключения АДСУ 24/16 к аппаратуре проходной сигнальной установке кодовой автоблокировки.

Таблица 3.1 Частота настройки АДСУ-24/16

При необходимости подключения большего количества устройств линию связи необходимо разделить на несколько частей с организацией каналов связи на прилегающие станции. К одной линии связи можно подключить до 30 контроллеров АКСТ или АДСУ. Для уменьшения влияния помех контроллеры с высшей частотой рекомендуется устанавливать на ближайшей к станции приема сигнальной точке или переезде, а контроллеры с низшей частотой - на дальней. Вызвано это тем, что на более высоких частотах сопротивление линии связи выше. Максимальная длина кабельной линии связи составляет 20 км.

В настоящее время из АКСТ наибольшее распространение получили контроллеры типа АКСТ-СЧМ и АКСТ-Ч в различных модификациях. Они различаются способом модуляции информационной посылки, используемой элементной базой и количеством контактных и пороговых датчиков.

Контроллеры АКСТ-СЧМ/Ч обеспечивают:

- Съем информации о состоянии 8/12 реле релейного шкафа АБ (АПС);

- Контроль исправности изолирующих стыков в системах кодовой АБ (датчик "ИС");

- Контроль величины постоянного напряжения 12 В блока БС-ДА, выпрямителя ВАК, БПШ (датчик "ДА") или действующего значения переменного напряжения 198 В основного и резервного фидеров питания (датчики "ОФ" и "РФ");

- Формирование информационной посылки в виде циклического последовательного кода;

- Передачу информации на станцию по цепи двойного снижения напряжения (ДСН-ОДСН) или специально выделенной линии диспетчерского контроля (ДК-ОДК) способом амплитудной/частотной манипуляции.

АКСТ представляет собой генератор, формирующий в линию связи частотную посылку, содержащую информацию о состоянии контролируемых объектов /7/.

АКСТ формирует выходной сигнал в виде последовательного циклического кода. Один цикл этого кода называется посылкой. Посылка состоит из определенного числа элементов, каждый из которых несет информацию о состоянии соответствующего датчика.

Особенность АКСТ-СЧМ является в что это устройство с амплитудной модуляцией. Базовая модификация АКСТ-СЧМ формирует восемь импульсов в блоке информации и имеет в своем составе семь контактных и два пороговых датчика: контроль состояния изолирующих стыков; датчик снижения напряжения и исправности диодов выпрямителя дешифратора ДА.

Каждый кодовый сигнал всегда содержит восемь импульсов с интервалами между ними, т.е. всего 15 элементов, причем состояние реле Ж кодируется длительностью всех интервалов между импульсами.

Контактом контрольного реле формируется 8 импульсов, подключаемого к входной клемме АКСТ-СЧМ. При этом, когда цепь замкнута, формируется импульс в один такт (длительностью 0,468+0,007 с), когда цепь разорвана формируется импульс длительностью в два такта. Если блок-участок свободен (реле Ж под током) или переезд открыт то длительность интервалов в цикле между импульсами равна двум тактам; если блок-участок занят (реле Ж без тока) или переезд закрыт, то длительность интервалов в цикле равна одному такту. Длительность раздельного интервала между блоками из 8 импульсов информации равна трем тактам /7/.

Кроме базовой имеется два ряда модификаций АКСТ-СЧМ-8 и АКСТ-СЧМ-16, набор контактных и пороговых датчиков которых оговаривается при заказе. Цифра в числителе АКСТ-СЧМ (8 или 16) обозначает количество информационных импульсов, формируемых АКСТ-СЧМ в блоках информации. Цифра в знаменателе (1 или 3) указывает на количество пороговых датчиков.

Контроллеры АКСТ-СЧМ имеют недостаточное количество датчиков для решения задач контроля и диагностики технического состояния сигнальной точки, большой цикл опроса, а значит и большое время хранения ошибки, и относительно низкую помехозащищенность за счёт применения амплитудной манипуляции. Эти недостатки устранены в контроллерах АКСТ-Ч /6/. В АКСТ-Ч применяется частотная манипуляция на несущих частотах 384-4224 + 1,5 Гц и частотой сдвига + 8 Гц. Но частотная манипуляция имеет следующий недостаток -- большее энергопотребление, по сравнения с амплитудной манипуляцией.

Автомат контроля сигнальной точки с частотной модуляцией (АКСТ-Ч) имеет адаптивную длительность информационной посылки, которая зависит от состояния групп датчиков: 3, 9 или 19 элементов + пауза, с частотой синусоидального напряжения для нечетных элементов равной fном + 8 Гц, для четных элементов - fном - 8 Гц (обозначаются как АКСТ-Ч-16). Это позволило обойтись без промежутков между импульсами кодовой комбинации и в четыре раза уменьшить длительность одного элемента.

В зависимости от количества и набора контактных и пороговых датчиков к обозначению АКСТ добавляется цифра, обозначающая количество пороговых датчиков, записываемая через дробь, например - АКСТ-Ч-16/3.

Длительность каждого элемента, как упоминалось выше, зависит от состояния соответствующего датчика: кодовый сигнал АКСТ-Ч-16 содержит 3 элемента, если «все в норме» или отказ в каком-либо из первых трех датчиков; 9 элементов - если отказ в датчиках с четвертого по девятый; 19 элементов - если отказ в каком-либо из последующих датчиков. Из 19 элементов кодовой комбинации: 16 являются полезными (несут информацию), 3 - вспомогательные. Из 16 полезных элементов 3 элемента несут информацию о состоянии блок-участка /6/..

Максимальное время реакции системы передачи данных с перегона на станцию (tр) в первом случае - 1 с, во втором случае tр = 2,5 с, а для третьего случая tр = 4,8 с. При этом время реакции системы на занятие / освобождение блок участка при любом случае остается неизменным и составляет не более одной секунды.

Длительность такта составляет 0,117 0,0007 с.

Все модификации АКСТ-Ч-16/3 имеют в своем составе одиннадцать дискретных и три пороговых датчика и отличаются набором последних, который оговаривается при заказе.

В зависимости от типа применяемых пороговых датчиков, АКСТ-Ч-16/3 выпускается в следующих модификациях:

- АКСТ-Ч-16/3Б - для участков, оборудованных автоблокировкой с тональными рельсовыми цепями (АБТ);

- АКСТ-Ч-16/3М - для участков, оборудованных кодовой АБ 50 Гц;

- АКСТ-Ч-16/3Н - для участков, оборудованных кодовой АБ 25 Гц.

Все же АКСТ-Ч имеет ряд недостатков: жесткая настройка на определенную частоту вызывает трудности в процессе пуска и эксплуатации системы, невозможность измерения постоянного или переменного напряжения в системах кодовой АБ и АПС, морально и физически устаревшие АКСТ не позволяют в полной мере реализовать возможности нововведенных устройств и устройств, планируемых внедрить в перспективе.

В настоящее время в качестве перегонных контроллеров широко внедряются автоматы диагностики сигнальных установок, являющиеся более совершенными в техническом исполнении и по выполняемым функциям. Поэтому в данной работе применены АДСУ-24/16. На участке, в соответствии с заданием, необходимо внедрить данные контроллеры в количестве 22 штук.

Автомат диагностики сигнальной установки АДСУ-24/16 предназначен для комплексного контроля параметров работы устройств АБ, АПС, входных сигналов и других систем, устанавливаемых на железнодорожных перегонах.

АДСУ-24/16 обеспечивает:

- съём информации с «сухих» контактов шестнадцати реле релейного шкафа АБ (АПС);

- измерение постоянного или переменного напряжения в шестнадцати контрольных точках в системах кодовой АБ (АПС);

- измерение величины действующего значения импульсов напряжения полученных в результате амплитудной манипуляции постоянного или переменного напряжения частотой (25±1) Гц, (50±1) Гц или (75±1) Гц кодовой последовательностью, формируемой кодовыми путевыми трансмиттерами КПТШ-5, КПТШ-7, КПТШ-10 и их модификациями;

- при обнаружении импульсов переменного или постоянного напряжения - измерение временных параметров элементов цикла манипулирующей последовательности, определение её кода («З», «Ж», «КЖ», «А1») и типа путевого трансмиттера её сформировавшего;

- опрос автономных устройств измерения постоянного, переменного или импульсов переменного тока в собственной сети, организованной на последовательном интерфейсе RS-485;

- формирования информационной посылки в виде циклического последовательного кода;

- передачи информации о текущем состоянии контролируемых устройств в концентратор линейного пункта либо по физической цепи - линии ДСН (до 20 км) способом фазовой манипуляции на номинальных частотах с 1 по 30 (см. табл. 3.1), используемых для уплотнения цепи ДСН в системе АПК-ДК, либо по последовательному каналу передачи данных RS-485 (до 1 км) /7/. В качестве линии связи между контроллерами перегонных объектов и станционной приемной аппаратурой в данном проекте использована линия ДСН-ОДСН.

Конструкция АДСУ-24/16 представляет собой модульную структуру, состоящую из основного объединяющего устройства - контроллера АДСУ-24/16 и восьми автономных модулей измерителей тока ИТДК.

На задней панели контроллера АДСУ-24/16 расположены коммуникационные разъемы ХР1 РП10-30 Л и ХР2 РП10-42 Л.

Разъём ХР1 (РП 10-30 Л) предназначен для подключения следующих линий: источника питания; сигналов каналов контроля целостности цепи типа «сухой контакт реле» (контактные датчики); сигналов многоканальной линии передачи данных; установки перемычек задания уровня выходного сигнала;

Разъём ХР2 (РП10-42Л) предназначен для подключения следующих линий: сигналов последовательного коммуникационного интерфейса RS-485; установки перемычек задания номера несущей частоты и уровня выходного сигнала; входных аналоговых сигналов.

Питание АДСУ-24/16 и модулей ИТДК осуществляется от источника постоянного тока с выходным напряжением от 10 В до 19 В, либо (как в данном проекте) от вторичной обмотки понижающего трансформатора с выходным напряжением от 8 В до 13,5 В при напряжении сети 220±10% В.

Для задания несущей частоты выходного сигнала АДСУ-24/16 необходимо установить перемычки на разъёме ХР2. При отсутствии перемычек АДСУ-24/16 получает несущую частоту с номером 1. При установке перемычек АДСУ-24/16 автоматически настраивается на нужную частоту (см. табл. 3.1) в момент рестарта (при включении питания).

Подключение автономных модулей измерения тока ИТДК к линии связи последовательного интерфейса АДСУ-24/16 осуществляется «в разрез» линии, без отводов, что обеспечивает отсутствие помех и отражений в сегменте /4/.

Через коммуникационный разъем 2EHDR-05, расположенный на боковой поверхности ИТДК, осуществляется подключение сигнальных линий интерфейса RS-485 и внешнего источника питания.

На плакате 2 и рис. 3.1 показана типовая схема включения АДСУ-24/16 на сигнальных точках двухпутной кодовой автоблокировки (в качестве примера выбрана сигнальная точка № 1).



Рис. 3.1 Схема включения АДСУ

Общий принцип функционирования АДСУ-24/16 заключается в следующем. АДСУ-24/16 постоянно опрашивает состояние контактных датчиков, уровни напряжений на входах собственных и автономных (висящих в сети RS-485) измерительных модулей (измерительных датчиков) и на основе этой информации формирует управляющий сигнал в виде последовательного циклического кода, представляющего собой переменную широтно-импульсную манипуляцию. Один цикл этого кода так же как в АКСТ называется посылкой. Посылка состоит из N элементов, совокупность которых несет бинарную информацию о структуре посылки и состоянии контактных и измерительных датчиков. Длительность элемента посылки может быть равна одному или двум базовым тактам в зависимости от логического состояния бинарной информации. Посылки разделяются паузами, длительность которых равна трем базовым тактам.

Длительность элемента посылки равна одному такту, если соответствующий контактный датчик находится в состоянии «норма», и двум тактам, если датчик находится в состоянии «не норма». Состоянию «норма» соответствует замкнутое состояние внешних контактов датчиков S1..S16.

Длительность элементов посылки, соответствующих измерительным датчикам и служебной информации, равна одному такту, если соответствующий разряд двоичного кода имеет значение логического нуля и равна двум тактам, если соответствующий разряд двоичного кода имеет значение логической единицы.

Полная управляющая посылка АДСУ-24/16 (включая разделительную паузу) манипулирует несущей частотой АДСУ-24/16 таким образом, что выходной сигнал представляет собой последовательность следующих друг за другом фазовых сдвигов между пар смежных базовых тактов на ±к??/4, где к=1,3. Относительный сдвиг фазы определяется качеством передаваемой в текущий момент времени управляющей последовательности в соответствии с табл. 3.2.

Таблица 3.2

Зависимость изменения фазы от качества управляющей посылки

качество посылки	относительное изменение фазы
00	-3 ? /4
01	- ? /4
10	+3 ? /4
11	+ ? /4

Управляющая посылка представлена на плакате 2 и на рис. 3.1.1 и состоит из трёх полей, имеющих следующее назначение. Первое поле состоит из двух элементов и отображает состояние контактного датчика с номером 1 (реле «З») и с номером 2 (реле «Ж»). Второе поле - служебная информация - состоит их 5 элементов двоичного кода и несет информацию о номере датчика в третьем поле данных. Третье поле - измерительных данных - имеет переменную длительность и подчиняется следующим законам.

- Измерительный канал (датчик) присутствует в поле данных в виде 14-и или 24-х разрядного кода данных (блока данных).

Рис.3.1.1 Блок измерительных данных

- Состояние четырнадцати контактных датчиков (S3..S16) кодируется 14-разрядным блоком данных и представлено в структуре управляющей посылки в виде 25-го канала измерительных данных.

- 14-разрядный блок измерительных данных формируется если измеряемый ток или напряжение имеет форму непрерывного сигнала. Двадцати четырёх разрядный блок измерительных данных формируется если измеряемый ток или напряжение имеет форму импульсного сигнала.

- Каждый измерительный канал, включая 25-ый канал состояния контактных датчиков, последовательно циклически включается в третье поле управляющей посылки, что индицируется двоичным кодом во втором поле. Первое поле неизменно индицирует состояние реле «З» и состояние реле «Ж».

- Внеочередное включение канала в третье поле и соответственно его номера во второе поле управляющей посылки может быть обусловлено либо срабатыванием одного из контактных датчиков (для двадцать пятого канала), либо резким изменением (более 10%) значения измеряемой величины (в каналах контроля напряжения и тока) за время передачи предыдущей управляющей посылки.

- Данные измерительных каналов передаются старшим разрядом вперёд. Состояние контактных датчиков в двадцать пятом канале передаются последовательно с S3 по S16.

В качестве физического интерфейса связи контроллера АДСУ-24/16 с автономными измерителями тока ИТДК использован стандартный последовательный интерфейс RS-485. Связь осуществляется на скорости 9600 бит/сек. Период обновления данных 2 секунды /10/.

На плакате 3 и рис. 3.2 показана схема включения модулей измерителей тока ИТДК на сигнальных точках двухпутной кодовой автоблокировки.



Как видно из схем, с помощью АДСУ-24/16 контролируется следующие параметры на сигнальных установках АБ /7/:

- величина напряжения основного (контакты 11-1 ) и резервного (контакты 12-2) фидеров питания (контакты принадлежат разъему ХР2 АДСУ 24/16);

- ток потребления (основного или резервного фидеров) сигнальной установки ПХ-ОХ (датчик ИТДК-3);

- ток в цепи обогрева ячейки БК-ДА, обогрева реле ИВГ, питания ламп светофоров СХ12-МСХ (датчик ИТДК-5);

- ток в цепи обогрева релейного шкафа (датчик ИТДК-4);

параметры сигнальной установки для рельсовой цепи для движения в правильном направлении:

- импульсный ток в обмотке 1ДТ, длительность первого интервала между импульсами кодового цикла кода АЛСН и определение кода АЛСН на 1ДТ (датчик ИТДК-1);

- импульсное напряжение на обмотке 2ДТ, длительность первого интервала между импульсами кодового цикла кода АЛСН и определение кода АЛСН - контакты 33-23;

...