Автоматизация диспетчерского управления на участках и узлах

Размещено на http://allbest.ru

1

Введение

Экономика любого государства не может успешно функционировать без развитой транспортной системы. В России железные дороги по-прежнему остаются основным видом транспорта для перевозки массовых грузов, реализации экономических взаимосвязей между регионами. В сопоставлении с другими видами транспорта, железнодорожный является наиболее конкурентоспособным и доступным. Железная дорога при внешней своей простоте является сложнейшим механизмом, состоящим из множества звеньев единого технологического процесса, направленного на удовлетворение потребностей в перевозках пассажиров и грузов, и как любой механизм нуждается в обслуживании и управлении со стороны человека. Основной задачей управления технологическим процессом на железнодорожном транспорте является организация перевозочного процесса при безусловном обеспечении безопасности движения и эффективном использовании технических средств. В современных условиях возросли требования к качеству транспортной работы; научно-методическому уровню разработки технологических процессов; графику движения поездов; организационному, информационному и математическому обеспечению перевозочного процесса. В настоящее время на железных дорогах проводятся меры по повышению скорости движения грузовых и пассажирских поездов; совершенствованию конструкций пути, подвижного состава; разработке и использованию новых систем автоматизированного управления технологическими процессами, региональных и дорожных автоматизированных диспетчерских центров управления эксплуатационной работой; созданию автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала на различных уровнях управления. Один из наиболее эффективных способов повышения производительности железнодорожного транспорта - это повышение оперативности и качества управления перевозочным процессом на базе создания единых диспетчерских центров управления (ЕДЦУ). Создание таких центров обеспечит повышение оперативности и качества воздействия на перевозочный процесс и, как результат, экономию всех видов ресурсов (подвижной состав, электроэнергия, топливо и др.); своевременное, полное и качественное удовлетворение заявок на транспортные услуги; сокращение продолжительности каждого этапа управления; повышение достоверности и полноты информации, используемой для планирования эксплуатационной работы, а также ускорение самого процесса планирования; сокращение контингента за счет укрупнения объектов управления и устранения промежуточных звеньев; улучшение условий труда оперативно- диспетчерского персонала. Основой создания технической и технологической базы центров управления эксплуатационной работой являются системы диспетчерской централизации и диспетчерского контроля нового поколения на микропроцессорной основе, системы передачи данных и автоматизированные информационные технологии эксплуатационной работы, которые связаны технически и технологически.

1.Организация управления движением поездов

автоматизация диспетчер информационный

Железнодорожный транспорт представляет собой сложную, территориально рассредоточенную систему, состоящую из большого числа технологических подразделений (станции, депо, тяговые подстанции и т. д.) и технических средств (локомотивы и вагоны, системы автоматики, телемеханики и связи, контактная сеть и т. д.).

Главная задача железнодорожного транспорта - осуществление перевозок пассажиров и грузов с максимальной производительностью, минимальной себестоимостью и гарантированной безопасностью движения поездов.

Основой организации движения поездов является график движения, объединяющий работу всех подразделений железных дорог. Движение поездов строго по графику обеспечивается правильной организацией и точным выполнением технологического процесса работы станций, депо, тяговых подстанций, пунктов технического обслуживания и других подразделений, связанных с этим процессом. График определяет последовательность занятия перегонов поездами, время их отправления и прибытия на каждый раздельный пункт, скорости движения, продолжительность стоянок на станциях, весовые нормы и длины поездов. Необходимые условия для обеспечения безопасности движения поездов и своевременного выполнения производственных заданий - четкость действий работников, связанных с движением поездов, конкретная ответственность каждого. В основу организации движения поездов на железнодорожном транспорте положены принципы диспетчерского управления. [1]

Железнодорожные линии в пределах каждого отделения дороги делятся на диспетчерские участки (круги). Протяженность каждого из них зависит от интенсивности движения поездов и объема грузовой работы и составляет 50-200 км. Движением поездов на участке должен руководить только один работник - поездной диспетчер (ДНЦ), отвечающий за выполнение графика движения поездов по обслуживаемому им участку. Приказы поездного диспетчера подлежат безоговорочному выполнению работниками, непосредственно связанными с движением поездов на данном участке. Запрещается давать оперативные указания о движении поездов на участке всем, кроме поездного диспетчера. ДНЦ располагает селекторной связью со всеми станциями своего участка и стыковыми станциями соседних участков. ДНЦ имеет радиосвязь с локомотивными бригадами. Непрерывно получая информацию о движении поездов и положении на участке и учитывая конкретно сложившуюся обстановку, ДНЦ отдает необходимые указания дежурным по станциям (ДСП), локомотивным бригадам и другим работникам. [2]

Задачами ДНЦ являются: выполнение заданных размеров движения поездов на участке; обеспечение приема поездов с соседних участков, своевременного отправления поездов со станций, безопасного пропуска пассажирских и пригородных поездов по расписанию; соблюдение требований правил технической эксплуатации (ПТЭ), инструкции по движению поездов и маневровой работе, инструкции по сигнализации на железных дорогах. Основная задача поездного диспетчера заключается в обеспечении движения поездов по графику в пределах своего участка - диспетчерского круга, состоящего из обгонных пунктов, разъездов и промежуточных станций, лежащих между участковыми или сортировочными станциями. В случае опоздания поездов ДНЦ обязан ввести их в график. С этой целью он уменьшает продолжительность стоянок поездов на раздельных пунктах; изменяет порядок и пункты скрещения и обгона поездов; осуществляет безостановочные скрещения; организует отправление поездов по неправильному пути (на двухпутных участках).

Для правильного планирования и оперативного руководства поездной работой необходимо знать фактическое положение на участке и иметь способность быстро влиять на перевозочный процесс. Для этого диспетчер должен обеспечиваться непрерывной, точной и наглядной информацией о поездной ситуации на участке, управлять стрелками и сигналами на станциях. Знание поездной ситуации позволяет диспетчеру прогнозировать работу участка и намечать оптимальный план - график движения поездов. До 70 % времени ДНЦ уходит на сбор информации. Если у диспетчера в распоряжении только средства телефонной связи с дежурными по станциям и радиосвязи с машинистами локомотивов, то эти устройства не представляют ДНЦ достоверной информации и не могут обеспечить высокое качество руководства движением. Диспетчер вынужден непрерывно вести переговоры со станциями и оценивать поездную ситуацию по вычерчиваемому им графику исполненного движения поездов. Установку маршрутов на станции участка выполняет дежурный по станции по распоряжению ДНЦ. [3]

Аппаратура диспетчерского контроля (ДК) дает ДНЦ точную и непрерывную информацию о передвижениях поездов в пределах участка. В кабинете у диспетчера на экранах монитора отображаются блок-участки автоблокировки, приемоотправочные пути раздельных пунктов, состояние входных и выходных светофоров на станциях. При этом сокращается время на ведение переговоров ДНЦ с дежурными по станциям и локомотивными бригадами. Установку маршрутов на станции участка выполняет дежурный по станции по распоряжению ДНЦ.

Наибольшее использование пропускной способности железнодорожных линий, в особенности однопутных, достигается при диспетчерской централизации (ДЦ), которая концентрирует управление всеми раздельными пунктами, обеспечивая исключительную четкость и оперативность диспетчерского регулирования движения поездов.

Диспетчерская централизация - это средство регулирования движения поездов, позволяющее ДНЦ управлять стрелками и сигналами на промежуточных станциях диспетчерского участка протяженностью 50-200 км. [1]

1.1 Руководство технологическим процессом управления движением поездов

Оперативное управление является основной функцией управления перевозочным процессом, обеспечивающей разработку оперативных планов, организацию контроля и регулирования. Реализация оперативного управления на железнодорожном транспорте осуществляется через систему диспетчерского руководства, которая выполняет системный контроль над ходом выполнения оперативных планов и реализует ход перевозочного процесса по участкам и станциям. Задача оперативного управления эксплуатационной работой заключается в обеспечении для конкретных условий на каждом участке сети выполнения плана перевозок и наилучшего использования технических средств. Оперативное руководство перевозочным процессом на железных дорогах осуществляет диспетчерский аппарат, представленный на трех уровнях управления: на станциях, в управлениях дорог и в открытом акционерном обществе "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") (г. Москва). Реализация управления на уровне ОАО "РЖД" осуществляется через оперативно-распорядительные отделы по районам сети главного департамента перевозок, на уровне дороги - оперативно-распорядительный отдел службы перевозок, на станции - станционный диспетчер или дежурный по станции. В главном департаменте перевозок оперативное руководство и контроль над эксплуатационной деятельностью осуществляется из автоматизированных диспетчерских центров управления (АДЦУ). Ревизоры-диспетчеры непосредственно и непрерывно контролируют и координируют эксплуатационную работу подразделений дорог, входящих в данное сетевое направление. Общее оперативное руководство работой дорог обеспечивает главный диспетчер ОАО "РЖД". В 1996-1997 гг. по заданию Министерства путей сообщения (МПС) научно-исследовательским институтом железнодорожной автоматизации (НИИЖА) были разработаны и утверждены МПС основополагающие документы по созданию единых диспетчерских центров управления перевозками на сети дорог. “ Программа автоматизации управления движением поездов на 1997-2005 гг.” разработана на основе анализа и оценки систем автоматизации управления движением поездов. Определены перспективные системы для внедрения и рассчитаны объемы капиталовложений, а также этапы подготовки технических средств: организация надежных каналов связи между отделениями дороги и центром внедрения устройств диспетчерского контроля и передача управления станциями в диспетчерский центр; внедрение автоматизированных систем диспетчерского контроля. В 2004 г. на Дальневосточной железной дороге введен в эксплуатацию единый диспетчерский центр управления перевозками. ЕДЦУ предназначен для управления поездами на всем полигоне дороги, что позволит снизить эксплуатационные расходы за счет ликвидации межотделенческих стыков и рационального использования локомотивного и вагонного парков, ликвидировать параллельность в управлении движением поездов, сократить численность аппарата управления за счет сокращения числа диспетчерских кругов и обеспечить более качественную и производительную работу. Создание ЕДЦУ дает возможность обеспечить диспетчерский персонал информацией об оперативной обстановке на полигоне управления (дислокация поездов, дислокация и состояние локомотивов, вагонов, действующие предупреждения, состояние устройств СЦБ, связи, электроснабжения и др.); автоматизировать управление поездной работой (оценка и прогноз положения в районах управления и на участках, планирование и организация пропуска поездов на участке); автоматизировать управление локомотивными ресурсами (обеспечение оперативной информацией о подходе локомотивов с поездами, оперативный контроль за состоянием и дислокацией локомотивов и локомотивных бригад на полигоне, планирование поставки локомотивов на все виды технического обслуживания (ТО) и технического ремонта (ТР), контроль наличия и состояния локомотивов в депо и др.). В ЕДЦУ железной дороги эксплуатационной работой оперативно управляет диспетчерский аппарат оперативно-распорядительного отдела. Его возглавляют: начальник отдела (ДГ-ДЗ) - начальник ЕДЦУ, заместители по оперативной работе, планированию и техническому обслуживанию, а также сменные заместители (ДГПС), которые руководят сменами дорожных диспетчеров (ДГП). Каждый из дорожных диспетчеров отвечает за оперативную работу групп отделений дороги или дорожного направления с примыкающими железнодорожными линиями, которые объединены в его диспетчерский круг. В состав ЕДЦУ входят старший локомотивный диспетчер (ДГЛ), диспетчер по грузовой работе. В состав смен входят поездные участковые (ДНЦ) и узловые диспетчеры (ДНЦУ). При диспетчерском контроле всеми видами эксплуатационной работы на станции руководит дежурный по станции (ДСП). При диспетчерской централизации на малых станциях (до 20 стрелок) всеми видами эксплуатационной работы руководит поездной участковый диспетчер ДНЦ. [4]

1.2 Автоматизация информационного обеспечения поездных диспетчеров

Поездные диспетчеры участков и узлов (ДНЦ, ДНЦУ) являются непосредственными организаторами выполнения заданий сменно-суточного плана поездной и грузовой работы на участке или в узле. Основными конечными целями их деятельности являются: обеспечение беспрепятственного пропуска поездов всех категорий по перегонам и станциям; своевременный развоз груженых и порожних вагонов по станциям погрузки- выгрузки и их вывоз с участка, узла; организация погрузки маршрутов и сдачи порожних вагонов в регулировку при эффективном использовании перевозочных средств, пропускной и перерабатывающей способностей участков и станций и безусловном обеспечении безопасности движения. В процессе управления по каждому направлению деятельности диспетчер выполняет операции 20-22 видов. при этом различие в составе операций в первую очередь связано с видом действующих на участке средств СЦБ по управлению движением поездов: автоблокировки, полуавтоматической блокировки, устройств диспетчерской централизации или диспетчерского контроля. Существенную специфику в решаемые ДНЦ задачи управления вносит принадлежность диспетчерского круга к узлу: управление парком передаточных локомотивов в увязке с поездообразованием на сортировочных и грузовых станциях; организация продвижения местного вагонопотока с учетом хода грузовой работы на станциях узла и другие. Для повышения производительности труда поездного диспетчера, качества его регулировочной деятельности, освобождения диспетчера от рутинных операций и перехода к безбумажной технологии автоматизированного диспетчерского управления работой участка целесообразно автоматизировать следующие операции, на выполнение которых в целом затрачивается 50-75 % рабочего времени: [6]

? ведение графика исполненного движения поездов;

? ведение приложения к графику (получение и запись данных о составах поездов);

? выбор вариантов диспетчерской регулировки - оперативной разработки плана-графика движения поездов и его текущих корректировок (разработки прогнозного графика);

? составление плана пропуска поездов по участку в начале смены;

? составление, передачу и регистрацию диспетчерских приказов;

? приготовление маршрутов поездам на станциях участков с ДЦ;

? получение и передачу информации о подходах поездов.

При автоматизации ведения графика исполненного движения и приложения к нему, выдачи и регистрации диспетчерских приказов автоматизируется формирование отчетно-учетных документов: с выдачей на графопостроитель графика исполненного движения, с выдачей на печать приложения к графику (данных о составах поездов) и журнала диспетчерских приказов. Основными функциями диспетчера в условиях такого уровня автоматизации становятся: ввод-вывод информации, оценка хода перевозочного процесса на участке, принятие решений по рационализации текущих планов и регулировочных мер в диалоге с ЭВМ, связь с участниками перевозочного процесса. С учетом изложенного с достаточной степенью надежности величину общего снижения загрузки диспетчера за счет автоматизации можно принять равной 30-40 % от продолжительности. 12-часовой смены, что примерно равноценно повышению производительности диспетчерского труда в 1,4-1,8 раза на участках с расчетной загрузкой ДНЦ по сравнению с загрузкой до автоматизации его функций.

Работа ДНЦ на АРМ в условиях функционирования АСДК, несомненно, предъявит повышенные требования к профессиональному уровню, увеличит психологическую напряженность его работы. Для таких видов труда эргономика рекомендует устанавливать допустимый уровень общей загрузки работой в течение смены равным 75 % ее продолжительности, что ниже уровня загрузки, рекомендуемого для неавтоматизированной деятельности диспетчера (79-87 %). Автоматизированная система диспетчерского контроля призвана не только автоматизировать выполнение ряда функций управления, но и обеспечить предоставление диспетчеру на АРМ в реальном масштабе времени своевременной, полной и достоверной информации о состоянии каждого объекта управления (поезд, вагон, локомотив, станция, перегон, локомотивная бригада). Информация должна быть детальной или интегрированной, сводной или выборочной, подготовленной к удобному ее использованию при решении той или иной задачи. [5]

Велика потребность диспетчера и в аналитической информации о количественных и качественных показателях работы участка в процессе работы. Информационное обеспечение должно разрабатываться целенаправленно для каждой конкретной задачи управления, решаемой диспетчером. В первую очередь необходимо обеспечить автоматизацию представления наиболее важной, трудоемкой в получении информации. При выполнении функций управления наиболее часто диспетчер имеет дело со следующими блоками информации: поездным положением на перегонах и станциях; нормативным графиком движения поездов; графиком исполненного движения (ГИД); прогнозным графиком пропуска поездов; данными о составах поездов; наличием ограничений в пропуске поездов по перегонам и станциям; диспетчерскими приказами; планами отправления поездов со станций формирования; планом эксплуатационной работы участка (узла); данными о локомотивах и бригадах; опозданиями поездов (отклонения от графика); данными о ходе грузовой работы на станциях участка (узла); наличием и состоянием вагонного парка. [2]

2. Автоматизированная система диспетчерского управления «ДИАЛОГ»

Система "Диалог" является диспетчерской централизацией нового поколения и предназначена для управления движением поездов на одно-, двух- и многопутных участках железнодорожных линий, в том числе и высокоскоростных, а также управления объектами энергоснабжения железных дорог и контроля специализированного подвижного состава.

Устройство системы "Диалог" функционально включает в себя современную систему телемеханики с дуплексным или полудуплексным высокоскоростным обменом информацией между центральным (распорядительным) постом и линейными (исполнительными или контролируемыми) пунктами. Система "Диалог" выполняет следующие функции: ? непрерывный контроль поездной ситуации на участке в автоматическом режиме с учетом номеров, индексов поездов, их ходовых качеств и других данных в реальном масштабе времени; ? автоматическое управление движением поездов на участке при отсутствии отклонений от заданного графика (задание маршрутов на станциях, управление стрелками, светофорами, объектами энергоснабжения и др.); ? прогнозирование возможного отклонения от заданного графика движения поездов и выдачу рекомендаций диспетчеру (в режиме "советчика") о необходимых мерах по предотвращению этого отклонения, оптимизации управления движением поездов на участке при отклонениях от заданного графика с выходом на регулярный график; ? отображение и документирование исполненного графика движения, действий диспетчера по управлению движением поездов и информации, вырабатываемой в автоматическом режиме; ? отображение прогнозируемого или регулярного графика движения поездов на заданный период времени; ? контроль и отображение (при необходимости и регистрация) состояния путевых объектов, энергообъектов и подвижных единиц в объеме, обеспечиваемом средствами автоматики на участке; ? передачу ответственных команд на линейные пункты; ? возможность работы в автоматическом, полуавтоматическом (система вырабатывает "совет" диспетчеру о каждой операции, решение принимает диспетчер) и ручном режимах. в ручном режиме все действия по формированию команд выполняет диспетчер, система только выполняет приказы и осуществляет сбор информации, её обработку и регистрацию; ? обмен информацией с устройствами системы "Диалог" соседних участков, автоматизированной системой оперативного управления перевозками (АСОУП) и другими информационными системами транспорта верхнего уровня; ? сбор диагностической информации о техническом состоянии средств системы, каналов передачи информации, устройств автоматики на перегонах и станцях, которая выдается на АРМ дежурного инженера службы сигнализации, централизации и блокировки, на резервные пульты линейных пунктов, на АРМ поездного диспетчера (с различной степенью детализации); ? перевод устройств линейного пункта в режим автодействия (по команде с центрального поста или при отказе канала связи), на режимы резервного или сезонного управления, на управление маневровой работой с местного пульта (маневровой колонки); ? сбор и предварительную обработку информации от путевых устройств контроля состояния подвижного состава (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ и др.); ? сбор и обработку информации о состоянии устройств контактной сети и энергоснабжения, отображение этой информации на АРМ энергодиспетчера, управление с него устройствами энергосети на участке; ? отображение информации о передвижениях локомотивов и пригородных поездов на участке, рефрижераторного и другого специализированного подвижного состава с выдачей этой информации на АРМ локомотивного (вагонного) диспетчера и в АСОУП; ? выдачу номеров пассажирских поездов и времени их прибытия (отправления) в информационные системы обслуживания пассажиров. [7]

2.1 Структура

Система "Диалог" состоит из устройств центрального поста (ЦП), устройств линейных пунктов (ЛП) и каналообразующей аппаратуры. Аппаратура ЦП включает персональные микроЭВМ, устройства ввода и отображения информации, устройства регистрации информации. Перечисленные устройства образуют автоматизированное рабочее место поездного диспетчера (АРМ ДНЦ). Кроме того, на ЦП могут устанавливаться АРМ энергодиспетчера, локомотивного диспетчера, дежурного инженера службы сигнализации, централизации и блокировки. Все АРМ объединяются в информационную сеть. Совокупность АРМ центрального поста одного или нескольких участков, объединенных вместе, представляет собой автоматизированный центр диспетчерского управления (АЦДУ) соответственно участка, региона, отделения или дороги в целом. Структурная схема АРМ ДНЦ системы "Диалог" представлена на рис. 1, где для связи ЦП с ЛП системы "Диалог" используются модемы канала передачи информации (Модем). На рис. 2 показана структурная схема АРМ дежурного инженера службы сигнализации, централизации и блокировки. Аппаратура ЛП включает специализированную управляющую безопасную микроЭВМ (БМ-1602), устройства ввода и отображения информации, безопасные интерфейсные элементы увязки с исполнительными и контролируемыми элементами устройств автоматики на станциях и перегонах. БМ-1602 имеет модульный принцип построения. В корпусе микроЭВМ устанавливаются два блока питания, дублированный процессорный модуль со схемой запуска и контроля, интерфейсные модули. В зависимости от количества команд ТУ и ТС для конкретной станции в корпусе БМ-1602 могут устанавливаться до 15 интерфейсных модулей. Место их установки определяется при проектировании и задается адресной настройкой. К интерфейсным относятся модули токовых выходов Т, а также модули дискретных входов I, аналоговых входов А и дискретных выходов управления О. На рис. 3 изображён каркас безопасной управляющей микроЭВМ типа БМ-1602 и его комплектация. Подключение внешних устройств контроля, управления и питания к БМ-1602 осуществляется с лицевой стороны. Соединение модулей между собой осуществляется посредством объединительной платы с двухсторонним печатным монтажом. На станциях могут дополнительно устанавливаться АРМ дежурных по станции, связанные с устройствами ЛП. [6]

2.2 Структурная схема центрального поста диспетчерской централизации

Специализированная управляющая безопасная микроЭВМ типа БМ-1602 предназначена для сбора информации о состоянии двухпозиционных объектов контроля, её обработки, а также управления двухпозиционными объектами управления и обмена информацией с устройствами центра управления. Управление объектами особой важности осуществляется с соблюдением требований безопасности, т. е. с исключением воздействия на них управляющих сигналов в случае отказа технических средств. [1]

БМ-1602 выполнена с защитой от появления необнаруживаемых отказов для обеспечения безопасности движения поездов. Состоит из двух идентичных комплектов, работающих синхронно от одного генератора тактовых импульсов с общими цепями синхронизации, первоначального запуска и повторного перезапуска. Для повышения надёжности возможно использование двух БМ-1602 (основной и резервной) для организации двойной дублированной структуры.

ИМ1...ИМ10 - интерфейсные модули; ГТИ (К1810ВГ86) - системный генератор тактовых импульсов f = 3,3 МГц; ФТИ - формирователь тактовых импульсов, обеспечивает работу всех устройств; СхП - схема перезапуска (для первоначального запуска всех устройств при включении и перезапуска при сбоях); СС - схема сравнения контролируемых сигналов (дублированная) отвечает требованиям защиты от опасных отказов, вырабатывает специальный сигнал управления интерфейсным модулям при выполнении функций, связанных с обеспечением безопасности движения поездов; ЦП (К1810ВМ86) - центральный 16-разрядный процессор; ФШ - формирователь внутренних шин: шины данных (ШД) и шины адреса (ША); ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ДША - дешифратор адреса для управления элементами модуля ЦП; ТП - системный таймер (К1810ВИ53); КП - контроллер прерываний (К1810ВН59); СТ - схема временного контроля (защита от зависаний); СИ - схема индикации состояний; СК - системный контроллер (К1810ВГ88); СВК - схема встроенного контроля контролирует работу процессора, интерфейсных модулей и вырабатывает сигнал контроля, соответствующий текущему состоянию устройств; ФСШ - формирователь системной шины образует сигналы адреса, данных и управления шины SB16 для интерфейсных модулей; SB16x2 - дублированная системная шина образуется двумя шинами SB16 от Р1 и Р2. [3]

Рассмотрим работу БМ-1602 на структурном уровне. В каждом процессоре Р1 (Р2) сигналы со всех выходов и шины данных поступают на схему встроенного контроля (СВК), которая формирует общий контрольный сигнал А. Этот сигнал поступает в модуль запуска и контроля Z, где сравнивается с аналогичным сигналом В, поступающим от второго модуля центрального процессора Р2. При положительном результате сравнения этих сигналов, т. е. при их синхронности и синфазности, схема сравнения СС вырабатывает управляющий сигнал VF частотой 83 кГц, поступающий в интерфейсные модули (ИМ1... ИМ10) и разрешающий им выполнять функции, связанные с обеспечением безопасности движения поездов. При появлении неравнозначности в сигналах схема переходит в защитное состояние, в котором выполняются функции, не связанные с безопасностью движения поездов. При включении питания схема перезапуска (СхП) формирует импульс общего сброса, который приводит схему в исходное состояние. [6]

2.3 Устройство и работа составных частей БМ-1602

Структурная схема модуля запуска и контроля представлена на рис. 5.

Модуль запуска и контроля Z включает в себя схемы формирования тактовых импульсов, обеспечивающих работу и синхронизацию всех узлов БМ-1602 (ГТИ и Д); схемы первоначального запуска СЗ при возникновении сбоя в работе (рассогласовании двух комплектов), а также дублированную схему сравнения (СС1 и СС2) контрольных сигналов А и В, поступающих от двух процессорных модулей Р1 и Р2, с фиксацией их рассогласования. Генератор тактовых импульсов ГТИ построен на микросхеме К1810ГФ84. Частота импульсов (10 МГц) стабилизирована кварцевым резонатором. С помощью делителя частоты Д формируются тактовые импульсы, необходимые для работы всех узлов БМ-1602, в том числе с частотой 83 кГц для схемы контроля. Схема первоначального запуска СЗ построена на микросхеме 1533АГ3, осуществляющей временную задержку для установления нормативных значений напряжения питания и формирующей импульс полного сброса процессорных и интерфейсных модулей и модемов. Аналогичное построение имеет схема перезапуска СПЗ при сбоях, которая включается сигналом от схемы формирования сигнала запуска ZAP1 или от сигнала сброса от модуля центрального процессора Р1 (Р2). Схема формирования сигнала запуска первых каскадов схемы сравнения ZAP1 построена на двух счетчиках К555ИЕ5, один из которых используется для счета числа перезапусков. При этом допускается до 8 перезапусков подряд, если при этом работа схемы восстановилась, то счетчик перезапуска сбрасывается, в противном случае осуществляется переход на работу всех устройств БМ-1602 в одноканальном режиме (исключается возможность передачи или выполнения ответственных команд). Схема формирования сигнала запуска вторых каскадов схемы сравнения ZAP2 построена на четырёх счётчиках К555ИЕ5, один из которых используется для счёта числа перезапусков, а два - для задержки выдачи этого сигнала на время тестирования модуля центрального процессора Р1 (Р2).

Схема сравнения имеет два идентичных канала СС1 (СС2) (основной и резервный) и предназначена для непрерывного сравнения сигналов контроля А и В, поступающих от модуля центрального процессора Р1 (Р2). Эта схема построена по специальным принципам, исключающим возможность появления необнаруживаемых отказов. На выходах схемы сравнения появляется сигнал VF частотой 83 кГц, который поступает в интерфейсные модули для управления выходами ответственных команд. На модуле Z имеется индикация работы обоих каскадов в обоих каналах схемы сравнения. В модуле Z также установлена схема синхронизации импульсов прерываний от модемов, построенная на триггерах микросхемы К1533ТМ2. [2]

Модуль дискретных входов I предназначен для приёма сигналов от контролируемых элементов. Модуль содержит два идентичных комплекта логических устройств, каждый из которых включает в себя дешифратор адреса, схему задания номера модуля, схему контроля подключения внешнего разъёма, шестндцать входных ключей, два регистра памяти и шинный формирователь. Параметры модуля I.

Схема задания номера модуля содержит в каждом комплекте четыре оптоэлектронных ключа, входы которых попарно соединены последовательно, а выходы ключей каждого комплекта подключены к входам цифрового компаратора. Входы цифрового компаратора подключены к соответствующим разрядам шины адреса. Таким образом, выходной сигнал цифрового компаратора появится только при совпадении сигналов на шине адреса и установленного перемычками на входе разъёма двоичного номера модуля. Схема контроля подключения внешнего разъёма построена аналогично, но содержит по одному оптоэлектронному ключу в каждом комплекте, входы которых соединены последовательно. Аналогичные схемы задания номера модуля и контроля подключения внешнего разъёма используются и в других интерфейсных модулях, кроме модуля модемов. [4]

Входные ключи через инверторы-формирователи соединены с входами регистров памяти, выходы которых через шинные формирователи включены в шины данных.

Схема одного входного ключа показана на рис. 1.

Рис. 1. Входной ключ модуля дискретных входов: IN - вход, на который подается входной сигнал; VF - сигнал частотой 83 кГц от модуля запуска и контроля Z; ED1 и ED2 - транзисторные оптопары; СМ - минус батареи 24 В; VCC - плюс источника напряжением 12 В; OUT - выход ключа

Модуль потенциальных выходов O предназначен для выдачи дискретных сигналов в цепи управления с индуктивным входом (обмотки реле). Модуль содержит два идентичных комплекта логических устройств, каждый из которых включает в себя дешифратор адреса, схему задания номера модуля, схему контроля подключения внешнего разъёма, три регистра памяти, двадцать обычных выходных ключей, четыре безопасных выходных ключа и схему формирования контрольного сигнала. В модуле установлены схемы задания номера модуля и контроля подключения внешнего разъёма. Параметры модуля О приведены в табл. 2.

Три восьмиразрядных регистра памяти, входы которых через шинный формирователь подключаются к шине данных ШД, служат для записи сигналов, выдаваемых на выходы модуля. Регистры памяти управляются дешифратором адреса, подключенным к шине адреса ША. Выходы регистров памяти подключены с гальванической развязкой на оптопаре к выходным ключам, причём двадцать ключей предназначены для включения объектов управления, не отвечающих требованиям безопасности движения поездов. [5]

Схема формирования контрольного сигнала (С и Д, см. рис. 2) представляет собой устройство сжатия сигналов на основе контроля по чётности. На вход этой схемы подаются все сигналы с выходов регистров и контрольный сигнал от входа 1KTin для подключения аналоговых схем других интерфейсных модулей, а на выходе схемы 1KTout получается контрольный сигнал, поступающий на вход схемы встроенного контроля модуля центрального процессора Р1 (Р2) непосредственно или через входы 1KTin и выходы 1KTout других интерфейсных модулей.

Рис. 2. Выходной ключ для объектов, отвечающих требованиям безопасности движения поездов

2.4 Обеспечение безопасности движения поездов

Объектами управления и контроля для ДЦ являются системы автоматики: на станциях - электрическая централизация (ЭЦ), и перегонах -автоматическая блокировка (АБ), с которыми непосредственно связаны устройства линейных пунктов системы ДЦ. При отказах технических средств автоматики на станциях и перегонах ДНЦ вводит временные ограничения скорости и снимает некоторые условия безопасности с устройств автоматики для сохранения движения поездов. Информацию о временных ограничениях скорости и о снятии некоторых условий безопасности с устройств ЭЦ, возникающую на верхних уровнях управления и реализуемую на нижних уровнях системы управления, принято называть "ответственными" командами. Обеспечение безопасности движения поездов в аппаратных средствах системы ДЦ "Диалог" базируется на следующих основных принципах:

1) приемопередающая аппаратура строится в виде двухканальных устройств, обеспечивающих независимость обработки информации в каналах и сравнение результатов этой обработки безопасной схемой сравнения;

2) в каналообразующей аппаратуре используется циклическая передача информации с фиксированным временем цикла, а также избыточность в информационных сообщениях с минимальным кодовым расстоянием по Хэммингу dmin = 4;

3) элементы сравнения и исполнительные элементы для реализации ответственных команд строятся по принципам самоконтроля одиночных отказов по полному перечню элементов;

4) контроль длительности периодов циклической обработки информации, поступающей из канала связи, производится независимыми аппаратными селекторами времени, имеющими непосредственный выход на блокирование выходных сигналов исполнительных элементов обрабатывающих комплектов;

5) система запуска при включении аппаратуры и её перезапуска при сбоях содержит временную задержку, исключающую действия выходных сигналов аппаратуры на этот период; 6) устройства обработки информации циклически обрабатывают полезную и тестовую информацию.

Период тестирования выбирается достаточным для обнаружения одиночной ошибки за время, меньшее, чем необходимо для накопления двух необнаруженных отказов.

Техническая реализация обеспечения безопасности:

1) обрабатывающие устройства на базе специализированной микроЭВМ строятся с синхронной работой каналов обработки информации и контролем синхронности и синфазности сигналов на шинах данных и на выходе каждой специализированной микроЭВМ с помощью безопасной схемы сравнения;

2) входные сигналы специализированной микроЭВМ через гальванические развязки с гарантированным сопротивлением изоляции поступают одновременно на оба обрабатывающих канала и сравниваются по результатам их обработки в фиксированных по длительности циклах. Длительность каждого цикла обработки информации не превышает 15 мс;

3) в каждый цикл обработки информации входит обработка части тестирования узлов аппаратуры, при этом полное время проверки исправности аппаратуры в процессе её функционирования не превышает 5 с. Кроме того, предусмотрено полное тестирование аппаратуры при её включении и в случаях перезапуска;

4) схемы устройства сравнения, элементов изоляции входных цепей и исполнительных элементов построены на основе их динамической работы по классу одиночных отказов;

5) питание каждого канала обработки информации осуществляется от гальванически развязанных между собой вторичных источников питания, сохраняющих работоспособность при кратковременном отключении первичной цепи питания за счет внешнего резервирования;

6) ввод ответственной информации с пульта в варианте человекомашинной системы осуществляется двумя независимыми операторами в режиме самоконтроля на независимых индикаторах вводимой информации;

7) достоверность передачи ответственной информации обеспечивается дублированием информационных сообщений, отличающихся содержанием, с их взаимным контролем, что одновременно является тестом периферийных устройств по классу одиночных отказов;

8) индикационные сообщения для отображения информации на дисплеях формируются в виде двух независимых потоков информации, отображаемой на разных дисплеях с контролем их оператором. На дисплеях формируются тестовые сообщения, позволяющие оператору контролировать правильность цветопередачи каждого дисплея;

9) конструктивное исполнение аппаратуры, реализующей ответственные команды, основано на использовании независимого модульного построения обрабатывающих устройств. конструкция печатных плат, модулей и межмодульных соединений гарантирует исключение взаимовлияний и подпиток, неконтролируемых схемами контроля;

10) каждый из независимых каналов обработки информации содержит специальный преобразователь контрольной информации в последовательное сообщение, построенный по принципу динамической работы, с помощью которого обеспечивается связь каналов обработки информации между собой для контроля их идентичного функционирования по регламентируемым циклам.

Обеспечение безопасности движения поездов в программных средствах системы ДЦ "Диалог" базируется на использовании одинаковых программных средств в каналах обработки информации. Гарантия отсутствия ошибок программном обеспечении основана на использовании аттестованных или многократно апробированных средств по операционной среде; команд управления ответственными операциями языка нижнего уровня с применением принципов структурного программирования и обязательного тестирования каждой выполняемой задачи с периодом не более 5 с. Для систем передачи информации основным методом обеспечения безопасности является введение информационной избыточности в кодовые комбинации. При этом адресная часть сообщения, метки ответственных команд представляются кодом Хэмминга, а информационная часть - в виде матрицы (по группам) с контролем четности по вертикали (внутри каждой группы) и по горизонтали (между группами) с добавлением контрольной суммы. Передача информации осуществляется модемами, обеспечивающими современный протокол сжатия и контроля информации Х.25, со скоростью до 2400 бит/с. Для ответственных команд в сообщении телеуправления добавляется специальная метка и осуществляется специальная процедура их передачи и обработки, предусмотрено введение квитирования каждого сообщения телеуправления. [3]

В устройствах линейных пунктов требования безопасности и надежности обеспечиваются введением аппаратной избыточности (дублированием функциональных модулей), причем правильность их работы (синхронность и синфазность) контролируется специальным элементом сравнения, защищенным от собственных опасных отказов. Линейный пункт состоит из двух идентичных специализированных, безопасных микроЭВМ БМ-1602, работающих от одного тактового генератора с аппаратным сравнением их контрольных сигналов между собой. Контроль работы этих микроЭВМ осуществляется в каждом такте по сигналам шины данных, а также по выходным сигналам интерфейсных модулей. Выходы устройства линейных пунктов разделены на две группы. В первую группу входят выходы, предназначенные для реализации команд в штатных ситуациях, когда условия безопасности полностью обеспечиваются исполнительными устройствами. Схемы этих выходов реализованы на оптронно-транзисторных ключах, причем выходы двух комплектов микроЭВМ соединены между собой по схеме ИЛИ, т. е. обеспечивается горячее резервирование выполнения соответствующих функций. Во вторую группу входят выходы, реализующие "ответственные" команды, снимающие ответственность за безопасность с устройств нижнего уровня. Схемы этих "безопасных" выходов выполнены с обеспечением требований безопасности, они управляются командами обоих комплектов микроЭВМ по схеме И при наличии сигнала разрешения от схемы сравнения. Для ввода информации от устройств нижнего уровня в устройства линейного пункта служат безопасные специальные интерфейсные схемы с двойной оптронной развязкой, позволяющей уменьшить влияние электромагнитных помех на входные цепи микроЭВМ и обеспечить высокую достоверность формирования информации телесигнализации. Для повышения безопасности по цепям контроля рекомендуют снимать данные с обоих контактов свободного тройника контролируемого реле. Если в результате сравнения контрольных сигналов обнаруживается их рассогласование и восстановить работу устройства автоматическим перезапуском не удается, то блокируются все входы и выходы, влияющие на безопасность движения поездов. [4]

3.Диспетчерская централизация системы "Тракт"

Система ДЦ "Тракт" предназначена для применения на железнодорожном транспорте в целях обеспечения заданной пропускной способности железных дорог и безопасности движения при централизованном (диспетчерском) управлении устройствами сигнализации на станциях за счет использования средств вычислительной техники при сопряжении их с устройствами СЦБ и реализации функций АДЦУ. ДЦ "Тракт" представляет собой резервированную систему, которая при однократной неисправности любого функционального узла продолжает выполнять все функции, при увеличении кратности отказов система продолжает функционировать с потерей некоторых рабочих характеристик. Аппаратные средства ДЦ "Тракт" относятся к восстанавливаемым изделиям с непрерывным режимом эксплуатации. Для обеспечения заданного уровня надежности предусматривается резервирование основных узлов системы с реализацией функций самоконтроля. []

Система ДЦ "Тракт" имеет следующие характеристики:

? количество ЛП на участке диспетчерского управления определяется допустимой загрузкой диспетчера и пропускной способностью каналов связи;

? количество выделенных каналов связи до 4;

? количество объектов управления на одном ЛП до 1024;

? количество контролируемых объектов на одном ЛП до 8192;

? максимальное время цикла контроля ТС не более 2,2 с;

? максимальное время передачи сигнала ТУ не более 0,2 с;

? скорость передачи информации по каналам ТУ/ТС от 600 до 9600 Бод в зависимости от состояния канала связи и протокола обмена (при использовании ЛП существующих систем ДЦ время циклов ТУ/ТС и скорость передачи в каналах связи определяются характеристиками этих систем);

? время реакции системы на запрос диспетчера не более 2,5 с;

? вероятность искажения одного бита сообщения в каналах ТУ и ТС не более 10^-4;

? вероятность трансформации сообщения в каналах ТУ и ТС в другое разрешенное сообщение не более 10^-16;

? вероятность потери информации в канале ТУ не более 10^-12;

? вероятность потери информации в канале ТС не более 10^-12. требуемая помехозащищенность сообщений обеспечивается кодированием информации и квитированием сообщений;

? выходы модуля вывода ответственных команд защищены от срабатывания при отказах в схемах с расчетной вероятностью появления опасного отказа не более 10^-12;

? способ передачи приказов ТУ - спорадический;

? способ передачи сообщений в каналах ТС - циклический;

? идентификация неисправных модулей, установленных на объектах автоматизации, осуществляется немедленно;

? среднее время обнаружения неисправности модуля в условиях мастерской сприменением средств диагностики не более 20 мин;

? среднее время устранения неисправности модуля не более 1 часа.

ДЦ "Тракт" выполняет следующие функции:

- сбор информации о поездном положении на всех ЛП;

- передачу информации с ЛП на ЦП;

- прием на ЦП информации о поездном положении, поступающей с ЛП, в протоколах ДЦ "Тракт", "Нева", "Луч", и выдачу ее на экран мониторов автоматизированного рабочего места поездного диспетчера;

- передачу команд телеуправления с ЦП на ЛП в протоколах на ДЦ "Тракт", "Нева", "Луч";

- прием команд ТУ с ЦП на ЛП;

- выполнение команд телеуправления на ЛП;

- тестирование всего комплекса и выдачу сигналов неисправностей его функционирования с точностью определения до сменной единицы (модуль) на монитор АРМ электромеханика;

- архивирование результатов работы всех узлов системы;

- автоматическое ведение графика исполненного движения;

- связь (при наличии сопряжения) со смежными автоматизированными системами управления и контроля: автоматизированной системой оперативного управления перевозками (АСОУП), информационными системами дорожного вычислительного центра (ИС ДВЦ), системами автоматизированной выдачи предупреждений (САВП), вышестоящими системами долговременного планирования дорожного уровня (АРМ ДТП), аппаратно-программным комплексом диспетчерского контроля (АПК ДК). [4]

Система ДЦ "Тракт" состоит из взаимосвязанных подсистем: пункта управления (ПУ) и контролируемых пунктов (КП), установленных на станциях участка и коммуникационной подсистемы, имеющей распределенную структуру. Аппаратное и программное обеспечение системы строится по модульному принципу. Используется архитектура многомашинных микропроцессорных систем с несколькими уровнями информационного взаимодействия и обеспечения безопасности функционирования, с автоматическим резервированием и возможностью перераспределения функций, развитыми средствами диагностики. Используются прогрессивные конструктивы, высоконадежная система электропитания, развитые средства индикации состояния системы, средства ведения протокола функционирования для центрального поста и контролируемых пунктов. Обеспечена технологичность комплексирования КТС “Тракт” «под задачу» как в части аппаратных средств, так и в программном обеспечении.

3.1 Структурная схема центрального поста диспетчерской централизации

Пункт управления располагается на центральном посту диспетчерской централизации, который ещё называется диспетчерским центром управления (ДЦУ). Например, структурная схема ДЦУ Читинского отделения Забайкальской железной дороги представлена на рис. 3. В состав подсистемы ПУ входят: АРМ поездного диспетчера соответствующих участков с подсистемой ГИД (АРМ ДНЦ и АРМ ГИД - на схеме не показан); АРМ энергодиспетчера (АРМ ЭЧЦ); АРМ электромеханика ДЦ (АРМ ШНЦ-ДЦ); КТС “Тракт-ЦП”; сервер сети и сетевое соединительное оборудование; архиватор (может быть в составе сервера); программно-технический шлюз системы (на схеме не показан); программное обеспечение общего и специального назначения. В подсистеме ПУ реализована резервированная сетевая архитектура построения с топологией типа “звезда”. АРМ ДНЦ является объектно-ориентированным программно-аппаратным комплексом, предназначенным для контроля поездного положения на участке диспетчерского управления и выдачи команд телеуправления на контролируемые пункты посредством пользовательского интерфейса. АРМ ШНЦ-ДЦ является объектно-ориентированным комплексом, предназначенным для контроля поездного положения на участке диспетчерского управления и работоспособности каналообразующей аппаратуры ПУ, каналов ТС.

Информационный обмен осуществляется с использованием резервированной локальной вычислительной сети ПУ. АРМ ГИД (является подсистемой АРМ ДНЦ) выполняет функции автоматического ведения графика исполненного движения, автоматического слежения за подвижными единицами, подготовки план-графика, получения справочной информации, расчета показателей работы.

Рис. 3. Структурная схема диспетчерского центра управления Читинского отделения Забайкальской железной дороги

Резервированный сервер локальной сети ПУ предназначен для хранения единой нормативной базы и исполняемых файлов всех рабочих станций ПУ, а также для хранения архивных файлов ТС системы, просмотр которых осуществляется с АРМ электромеханика. Корректная работа ПУ возможна и при отключении сервера. Резервированный комплекс технических средств КТС "Тракт-ЦП" осуществляет прием информации ТС, поступающей с контролируемого пункта, и выдачу ее в АРМ ДНЦ и АРМ ШНЦ-ДЦ, прием команд ТУ из АРМ ДНЦ и передачу их на КП, тестирование комплекса и выдачу сигналов неисправностей при его функционировании. КТС "Тракт-ЦП" осуществляет обмен информацией с КП участка диспетчерского управления по основному полукомплекту аппаратно-программных средств. В случае неисправности основного полукомплекта обмен информацией осуществляется с помощью резервного полукомплекта. Структурная схема АРМ ДНЦ диспетчерского участка показана на рис. 13 и представляет собой комплект резервированных аппаратно-программных средств, состоящий из двух индустриальных компьютеров типа IPC-6806/PCA6168; двух функциональных специализированных клавиатур Ti Pro, или аналогичных программируемых (одна - в ненагруженном и резерве). Конфигурация клавиатур максимально приближена к конфигурации стандартного пульта - манипулятора ДЦ “Нева”; манипуляторов типа “мышь”; двух цветных графических мониторов с размером экрана 17” и 21” разрешением не ниже 1024768 точек на дюйм; специализированного программного обеспечения. АРМ ГИД (на схеме не показан) также реализован на индустриальном компьютере IPC-6806/PCA6168, но с видеомонитором 21”. Клавиатура - стандартная. [3]