Система объектных контроллеров
Nbsp; EBILOCK 950 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ Утверждение Утверждаю Алёшин В.Н. Должность : заместитель генерального директора Согласовано Согласовано Сураев А.В. Должность : Должность : руководитель проекта Лист изменений Изменение Подготовлено Что изменилось/Комментарии Дата Черняев С.И. Документ создан 20.01.00 Содержание 1. Программа логики централизации............................................................................. 4 2. Структура процесса создания логики централизации.............................................. 5 3. Компьютер централизации......................................................................................... 9 4. Система объектных контроллеров............................................................................. 15 5. Тестирование............................................................................................................... 26 6. Устройства электроснабжения................................................................................... 26 7. Автоматизированные рабочие места......................................................................... 33
Описание системы Ebilock 950
Программа логики централизации
Программа логики централизации представляет собой комплекс правил управления различными устройствами на основании полученной с поля информации и действий дежурного по станции. Эти правила включают в себя также функции передачи информации для отображения состояний напольных объектов на АРМ дежурного по станции. Они выполняются безопасным образом в центральном компьютере EBILOCK 950 с помощью двух процессоров, работающих параллельно, с последующей безопасной проверкой результатов расчетов. Вследствие того, что данные правила являются неотъемлемой частью обеспечения безопасности, особое внимание уделяется их разработке и тестированию.
|
|
|
Процесс создания может быть представлен следующей упрощенной схемой, показанной на рис.1
Анализ включает в себя обзор всех функций и требований на то, что и каким образом будет влиять на систему централизации в целом. Здесь рассматриваются все потоки информации, поступающие с напольных объектов и с АРМ дежурного по станции, а также реакция системы на внешние воздействия. На данном этапе важное значение имеет создание корректных и полных требований на систему, так как это является одним из главных факторов обеспечения безопасности, функциональности и сокращения времени разработки.
На этом этапе также решается в какой подсистеме и каким образом может быть реализована та или иная функция. В качестве пояснения можно привести такой пример. Функция снижения сигнальных показаний может быть реализована как в центральном компьютере, так и в системе объектных контроллеров (ОК), управляющих огнями светофоров. Если на стадии анализа решено эту функцию реализовать в ОК, это должно быть отражено в требованиях на эту подсистему.
|
|
|
Приведенная на рис.1 схема относится как к процессу создания системы в целом, так и к любой из подсистем. В начале стадии разработки должны быть решены вопросы взаимодействия отдельных частей системы. Правильное и своевременное решение этих проблем ускоряет время разработки.
Тестирование включает в себя проверку каждой из подсистем как в отдельности, так и окончательную проверку в составе всего комплекса.
Структура процесса создания логики централизации
Как известно, существует два основных принципа построения электрической централизации. Это- свободный монтаж, когда все зависимости устанавливаются индивидуально для каждой станции путем набора электрической схемы из отдельных реле; географический - ЭЦ представляет собой набор готовых блоков, соединенных по плану станции.
В создании централизации, построенной на основе компьютера, можно также выделить эти направления. У каждого из них свои достоинства и недостатки.
Основное преимущество технологии свободного монтажа - сокращение сроков разработки первой станции. При этом данный метод применим только для небольших станций с ограниченным числом напольных объектов. Кроме этого, недостаток данного метода в том, что он не позволяет сократить время разработки и тестирования для последующих станций.
|
|
|
Географический метод требует больших затрат при создании стандартных блоков, из которых может быть собрана программа логики для конкретной станции. После того как все зависимости будут описаны и вложены в блоки, применение их не вызывает больших трудностей и требует значительно меньше времени в сравнении с методом свободного монтажа.
В качестве средства разрешения данной проблемы было предложено использовать принципы построения релейных схем какой-либо существующей ЭЦ как прототип для создания программы логики. Необходимо выбрать ЭЦ, построенную по географическому принципу и максимально отражающую новые тенденции в развитии железнодорожной автоматики. Такой подход позволяет получить программу, построенную по географическому методу за максимально сжатые сроки.
Рассмотрим процесс создания логики централизации более подробно. Исходными данными для создания логики централизации являются требования на систему, полученные от заказчика, и альбом принципиальных схем ЭЦ, наиболее полно отражающий данные требования. (рис.2)
|
|
|
На первом этапе необходимо выявить различия между релейной схемой и требованиями заказчика. Данные отличия могут быть либо устранены непосредственно в релейной схеме, либо описаны в письменной форме со ссылками на типовой альбом.
Эта работа не требует знаний компьютера вообще и компьютерной централизации в частности и может быть выполнена опытным проектировщиком релейной электрической централизации. Заказчик или его представитель могут контролировать процесс внесения изменений на данном этапе.
Можно провести данный вид работ непосредственно для одной станции. Для этого необходимо провести проектирование ЭЦ по типовому альбому и затем внести новые функции. Этот путь более быстрый, так как позволяет учесть специфику требований только для одной станции. Для других же станций он приведет к необходимости внесения изменений в программу логики. Несмотря на это, такой путь более приемлем,, так как он сокращает время первой разработки и в то же время позволяет использовать сделанные наработки с минимальными изменениями.
Следующим шагом является изменение релейных схем в части увязки с объектными контроллерами. Одна часть функций схемы переходит к ОК (например схема управления стрелкой), другая остается в программе логики центрального компьютера (схемы установки и размыкания маршрутов, выбор сигнальных показаний и т.д.) и третья остается в виде релейной схемы и управляется через релейные ОК (различного рода увязки- с переездом, автоблокировкой и т.д.). Эта часть работ также не требует глубоких знаний компьютера и может быть выполнена проектировщиком, хорошо знающим релейные схемы выбранной централизации и функции ОК. На этом этапе результат работ может также проверяться заказчиком или его представителем.
На данном этапе происходит также разделение функций централизации на различные подсистемы. Для программы логики основой является функциональная часть релейной схемы. Она описывает логику работы централизации и не включена в релейные интерфейсы объектных контроллеров и в сами ОК. На схеме (см. рис.2) эта часть показана серым прямоугольником «Функции ЭЦ + новые функции».
На основании анализа системы в целом и при тесном сотрудничестве с разработчиками других подсистем составляется описание их взаимодействия. На этом этапе определяются все входные и выходные параметры, протоколы обмена между подсистемами в рамках, определяемых разработчиками EBILOCK 950 и при непосредственном их участии.
Следующий этап включает разработку программы логики и ее ввод этой на специализированном языке STERNOL. Этот язык является внутренней разработкой фирмы и максимально приспособлен для описания различного рода зависимостей и функций централизации. Основу языка составляют переменные. Они имеют некоторое число внутренних состояний и набора правил. По ним каждая из переменных принимает то или иное состояние. Все взаимодействие с внешними объектами происходит также посредством переменных. Их состояние представляет собой состояние внешних устройств (управление и контроль напольных объектов, прием команд с АРМ дежурного по станции, индикация состояний объектов на экране компьютера). Такая специфика языка STERNOL очень хорошо подходит для описания логики релейных схем и ввода их в виде программы, пригодной к выполнению на центральном компьютере. Кроме этого, графический редактор языка STERNOL позволяет вводить и редактировать программу в удобном для восприятия виде. Это сокращает число возможных ошибок.
Для тестирования и отладки необходимо создать тестовое описание станции. Это может быть описание как реальная, так и вымышленная станция, но обладающей всем набором возможностей по управлению и контролю. Так как первая версия программы логики пишется для конкретной станции, в качестве тестового описания можно использовать описание реальную станцию. При переходе к проектированию следующей станции и расширении функциональности программного пакета описание станции придется расширить, чтобы охватить весь набор функций, реализованных в программе логики. При этом описание станции уже не будет соответствовать реальной станции. Такой подход позволяет использовать без изменений тестовые инструкции, созданные для предыдущей версии программного пакета, и добавить дополнительные, охватывающие его новые возможности.
Основой для создания тестовых инструкций служит документ. Он называется Описание Тестов (Test Specification) и содержит полный набор случаев, которые должны быть протестированы с целью проверки функциональности и безопасности программы логики, и составляется с использованием специальной методики. На основе этого документа, а также STERNOL - кода и описания тестовой станции создаются тестовые инструкции - специального рода директивы, воспринимаемые и обрабатываемые компьютером в автоматическом режиме. Программа автотеста проверяет корректность выполнения тестовых инструкций и выдает протокол проверки. Следует обратить внимание, что на данном этапе происходит проверка только программы логики. Все внешние воздействия, как корректные так и некорректные, могут быть только смоделированы. Это означает, что существует возможность проверить, например, формируется ли приказ на перевод стрелки при выполнении необходимых условий, но нет возможности проверить пойдет ли этот приказ в петлю связи, и, тем более, переведет ли стрелку объектный контроллер. Все это должно быть протестировано непосредственно на станции перед сдачей системы в эксплуатацию.
После ввода, отладки и тестирования программа на языке STERNOL компилируется и на выходе получаются два файла на стандартном языке программирования С (программа A и программа B). Компиляция происходит безопасным образом, так как сам компилятор состоит из двух программ, написанных двумя независимыми группами программистов. Каждый из файлов защищен контрольной суммой от попыток внести изменения непосредственно в С - файл. Полученная программа логики может быть применена к любой станции, не выходящей за пределы функциональности, вложенной в программный пакет.
На следующем этапе программный пакет логики вместе с большим набором других файлов (описания станции, привязки к ОК и др.) обрабатывается программой PSI950 и получается выполняемый машинно-зависимый код для EBILOCK 950.
Следует отметить, что здесь весь процесс разработки программы логики описан очень кратко. Существует большое число других вспомогательных программ, не упомянутых выше, но облегчающих редактирование, отладку и документальное сопровождение программы, написанной на языке STERNOL.
Компьютер централизации
На железных дорогах России устанавливается система EBILOCK 950 (рис.3).
Автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) служит для контроля и управления поездным движением. Это интерфейс между системой централизации и человеком. От диспетчера в систему поступают команды (например, отмена или установка маршрута), из системы на АРМ идёт индикация - визуальное представление событий на станции. Работа со станционными объектами ведется через систему объектных контроллеров, скомпонованных в концентраторы. Концентраторы и компьютер централизации связаны между собой петлей связи.
Рисунок 3
На терминал электромеханика поступает информация о различных неисправностях в системе, например, обрыв петли связи или перегорание лампы в светофоре. Электромеханик дает чисто технические команды, связанные с функционированием системы.
Для непосредственного управления станционными объектами (стрелками, светофорами, сигналами и т.д.) служит система объектных контроллеров. Объектные контроллеры монтируются в специальных шкафах, размещаемых на территории станции.
Ядром системы является компьютер централизации (КЦ), который проверяет все условия для безопасного движения поездов и с помощью системы объектных контроллеров управляет станционными объектами. Как в любой вычислительной системе в этом компьютере выделяется аппаратная часть (hardware) и программное обеспечение (software).
Структура компьютера централизации приведена на рис.4. Процессорный блок централизацииInterlocking Processing Unit (IPU)- содержит два синхронно работающих процессорных блока централизации: один функционирует в рабочем режиме (on-line), а другой - в резервном (standby). Резервный процессор не влияет на функционирование рабочего, но к нему непрерывно поступает информация со стороны системного программного обеспечения о состоянии рабочего процессора. В случае сбоя рабочего процессора резервный берет на себя всю обработку информации.
Сервисное процессорное устройство-Service Processing Unit (SPU) - выполняет все асинхронные функции, например, операции по вводу/выводу данных и команд). Работа устройства происходит под управлением UNIX- совместимой операционной системы реального времени DNIX. С помощью синхроимпульсов устройство организует работу с резервном процессорным блоком и с блоками защиты от сбоя.
Коммуникационный блок-Communication Unit (COU) - организует соединение процессорного блока с АРМ ДСП и с концентраторными петлями. В качестве коммуникационного используется широко распространённый протокол HDLC, на физическом уровне - протокол V.24.
Внутри каждого IPU-блока находятся по два обособленных друг от друга безопасных процессорных модуля- Fail-Safe Processing Unit FSPU (FSPA, FSPB).
Рисунок 4
Каждый из них выполняет собственную программу (А и В соответственно) по проверке всех зависимостей централизации параллельно с другим. Каждый блок имеет собственный микропроцессор, память и высокоскоростной двухнаправленный канал, что позволяет отсылать обработанные данные своему «двойнику» в резервной системе. Разные версии алгоритма работы (А и В программы) обеспечивают корректность выполнения зависимостей в системе централизации.
В случае обнаружении неисправности в работе модуля IPU по каналу Fail-over происходит переключение на резервный процессорный блок.
Каждый блок IPU использует собственную коммуникационную подсистему (COU), подсоединенную к общему интерфейсному адаптеру- Common Interface Adapter (CIA) и служащую для связи с концентраторами и с автоматизированным рабочим местом дежурного по станции.
Автоматизированное рабочее место электромеханика- Field Engineering Unit (FEU) стыкуется с компьютером централизации по протоколу Ethernet.
Адаптация системы под определенные требования железнодорожной администрации с точки зрения корректной работы централизации состоит в правильном описании логики работы компьютера централизации. Для описания условий работы системы централизации шведской компанией Adtranz Signal создан специальный язык программирования STERNOL, совместимый со всеми версиями системы EBILOCK. Являясь декларативным, он описывает логику централизации. Значения переменных определяют состояние системы. Правила изменения значений переменных описываются по законам булевой алгебры (И, ИЛИ, НЕ). Рассмотрим простейший пример: требуется описать состояния реле R1 (рис. 5). Примем, что у переменной R1 значение 1 аналогично состоянию «реле под током», а значение 0 эквивалентно состоянию «реле без тока»:
R1=1, если (R2=1) OR ((R1=1) AND (R3=1)).
Рисунок 5.
|
Рисунок 6
Рисунок 7
Состояние переменной R1 на языке STERNOL показано на рис.6
Файл, созданный на языке STERNOL, транслируется в машинный код для последующего ввода его в компьютер централизации. Системные программы в целях безопасности работы диверсифицируются, т.е. существуют в двух версиях. Каждый вариант написан отдельной группой программистов. Пакет, описывающий логику централизации, существует в одном варианте, но в процессе компиляции создается дополнительная версия (рис. 7).
Каждая программа включает в себя логику централизации, описывающую все зависимости между станционными объектами, и установочные данные, настраивающие логику под определенную станцию. Для каждого объекта в составе логики описываются возможные вариации (например, стрелка может быть одиночной или спаренной, с автовозвратом или без и т.д.).
Рисунок 8.
Рассматривать работу компьютера централизации лучше всего на взаимодействии трех основных составляющих блока IPU: SPU, FSPA, FSPB (рис.8). Обработка логики централизации в FSPU происходит циклически. На каждый цикл отводится примерно 0.3 секунды. В течение цикла происходят следующие события:
собирается информация, касающаяся состояния всех станционных объектов;
происходит обработка информации;
формируются приказы на объектные контроллеры;
информация о станции передается для индикации на дисплей дежурного.
Результаты обработки из FSPA и FSPB сравниваются. Процесс сравнения происходит следующим образом:
блок FSPA считывает результаты работы программы В из блока FSPB;
блок FSPB считывает результаты работы программы А из блока FSPА;
если результаты различны, действие системы прекращается до устранения неисправности;
если один из модулей FSPU закончит обработку раньше другого, то на время ожидания он перейдет в состояние отсечки.
Система EBILOCK 950 может контролировать до 100 логических объектов и до 1000 объектов IPU. Максимальное время срабатывания системы 1 с. Это время между изменением состояния какого-нибудь из станционных объектов и выдачей приказа на объектный контроллер.
Аппаратные характеристики компьютера централизации следующие: 3 процессора Motorola MC68030 с тактовой частотой 32 МГ, под FSPA и FSPB отводится по 4 МВ памяти, а под SPU - 8 MB. Компьютер централизации представляет собой 19-ти дюймовую стойку с вертикальным расположением печатных плах, габариты - 483 х 299 х 405 мм, вес - 16 кг.
Система объектных контроллеров
Система объектных контролеров (СОК 950) является составной частью микропроцессорной централизации Ebilock 950. Она базируется на опыте, приобретенном при установке системы на более чем 100 станций различного назначения и размера, начиная с 1978 года.
Основные особенности СОК 950: высокая надежность передачи данных; короткое время реакции на события; расширенная система диагностики; возможность взаимодействия с ответственными (безопасными) и не ответственными объектами; возможность быстрой адаптации, функционирование и интерфейс для обеспечения взаимодействия с новыми типами напольного оборудования; упрощенное создание проектов для новых станций; уменьшенные физические размеры; модульная структура, упрощающая монтаж и обслуживание; обратная совместимость с системами предыдущего поколения (Ebilock 850); возможность адаптации системы к специальным требованиям заказчика; сокращение расходов в течение жизненного цикла системы; сокращение времени возврата средств вложенных в систему.
Каждый объектный контроллер может управлять и контролировать один или несколько напольных объектов в зависимости от их типа, используя для этого микропроцессор со специальной программой (Рис. 9).
Рисунок 9.
Применение распределенной структуры объектных контроллеров позволяет разместить их в непосредственной близости от напольного оборудования. Для этого могут быть использованы специальные шкафы. Они позволяют установить два УКП, шестнадцать ОК и необходимый источник питания. В зависимости от сложности конфигурации напольного оборудования один шкаф объектных контроллеров может быть использован для управления объектами в одном районе станции, нескольких районах или всей станции. Общая емкость системы по адресации может быть сокращена в зависимости от объема данных (длина телеграммы) и требуемого времени реакции системы для обслуживания различного напольного оборудования.
Система объектных контроллеров поддерживает два интерфейса: с петлей связи для компьютера централизации и с напольными устройствами. Основными компонентами системы являются: петля связи между устройствами контроля передачи- концентраторами и КЦ, концентраторы (УКП), система связи УКП с объектными контроллерами ОК и кабели от них к напольному оборудованию. Требования безопасности при передаче телеграмм обеспечиваются КЦ и объектными контроллерами. В то же время петля связи, УКП и система связи с ОК является только средой передачи данных и не обеспечивается специальными средствами безопасности данных. Петля связи между КЦ и УКП, кабели от объектных контроллеров к напольному оборудованию не являются частями СОК. Заказчику могут быть предоставлены рекомендации по применению кабелей для данных целей.
Порт петли связи является частью КЦ. Он обеспечивает ее подключение к центральному компьютеру, подготовку телеграмм необходимого формата и поддержание протокола приема и передачи информации по петле связи. В системе СОК данное устройство обозначается как модуль ввода/вывода (IOM).
Петля связи с концентраторами используется для передачи данных между модулем ввода/вывода IOM и концентраторами. Физической основой петли является четырехпроводный телекоммуникационный кабель, подключаемый к внутренним модемам. Обычно КЦ взаимодействует с концентраторами с одной стороны петли, передавая информацию и контролируя ее с другой. В случае повреждения кабеля КЦ автоматически изолирует его поврежденный участок, обеспечивая связь с концентраторами с обеих сторон петли. Такое решение обеспечивает непрерывность передачи информации для работоспособной части петли.
Концентратор (УКП) является промежуточным передаточным звеном между модулем ввода/вывода IOM и объектными контроллерами. Он также используется для регенерации сигналов, когда расстояние между двумя концентраторами достаточно большое. Концентратор является “прозрачным” устройством для КЦ и объектных контроллеров. В связи с этим к нему не предъявляются требования по безопасности.
Являясь аппаратно избыточным устройством, УКП (концентратор) обеспечивает непрерывность передачи информации в случае аппаратных отказов. При сбое в системе питания КЦ автоматически изолирует отказавший УКП, реконфигурируя петлю и обеспечивая связь с другими концентраторами с обеих ее сторон.
Связи с объектными контроллерами используются для передачи данных между УКП и объектными контроллерами. Данные каналы связи могут быть использованы только внутри одного шкафа.
Объектный контроллер- устройство, осуществляющих контроль и управление специфичным напольным оборудованием. Объектные контроллеры от концентратора принимают приказы, передаваемые КЦ, и преобразуют их в электрические сигналы для управления напольными устройствами. Аналогичным образом сигналы, принятые от напольного оборудования, преобразуются в телеграммы его состояния и через концентраторы передаются в КЦ. Отказы в объектном контроллере приводят к изоляции соответствующего подключенного напольного оборудования. При этом данная ситуация обрабатывается безопасным образом.
Объектные кабели представляют собой многопроводные сигнальные кабели СЦБ. Они используются для передачи контрольных и управляющих сигналов между объектными контроллерами и напольным оборудованием.
Напольное оборудование- это набор различных устройств, обеспечивающих движение поездов (стрелки, сигналы и т.п.).
Сигнальный объектный контроллер управляет сигнальными показаниями и контролирует состояния светофорных ламп.
Снижение сигнальных показаний. Включение более запрещающего сигнального показания вместо требуемого в случае обнаружения неисправности в лампах, необходимых для его отображения (например, сигнальное показание “желтый” при неисправности лампы зеленого огня светофора).
“Мягкое” включение ламп. Снижает нагрузку на лампы при их включении из холодного состояния.
Регулировка уровня яркости ламп. Выходное напряжение может быть между двумя различными уровнями “высокий” и “низкий” - в зависимости от требуемой яркости свечения ламп (например: “день”/”ночь”).
Двухнитевые лампы. Надежность работы сигналов может быть повышена за счет применения двухнитевых ламп вместо однонитевых.
Мигающие сигнальные показания. Возможность отображения сигнальных показаний с мигающим состоянием ламп.
Обнаружение ошибок заземления. Ошибки заземления жил кабеля между объектным контроллером и сигнальными лампами обнаруживаются и индицируются.
Основными функциями стрелочного объектного контроллера являются: определение состояния стрелки (левое, правое, потеря контроля, взрез); управление электродвигателем стрелочного электропривода в соответствии с командами КЦ при централизованном управлении или состоянием кнопок местного управления в соответствующем режиме; контроль состояния стрелочных замков. Данная функция обеспечивает контроль состояния внешних замков стрелочного привода или замков стрелок с ручным управлением.
Стрелочный объектный контроллер поддерживает использование следующих типов электродвигателей для стрелочных электроприводов: однофазный переменного тока, трехфазный переменного тока, постоянного тока.
Электродвигатель стрелочного электропривода подключается непосредственно к объектному контроллеру. Это исключает необходимость применения дополнительных устройств.
В связи с тем что выходы объектного контроллера не предназначены для продолжительной работы, возможно кратковременное прерывание операции перевода стрелки в случае перегрузки выхода.
Если операция перевода стрелки не будет завершена в течение предопределенного периода времени, напряжение будет отключено от электродвигателя для предотвращения возможности его дальнейшего вращения и защиты от повреждения.
Ошибки заземления жил кабеля между объектным контроллером и стрелочным электроприводом обнаруживаются и индицируются.
Стрелочный объектный контроллер позволяет управлять несколькими электроприводами (спаренные стрелки, стрелки с подвижным сердечником). Многоприводные стрелки требуют координированного управления несколькими электроприводами. Система централизации рассматривает такие стрелки, как один логический объект, в то же время СОК управляет каждым из стрелочных приводов отдельно. Стрелочный объектный контроллер может оперировать не более чем с двумя стрелочными электроприводами, объединенными в один логический объект.
Состояние стрелки передается в КЦ как состояние одного логического объекта. Оно получено в результате логической операции «И» над состояниями стрелочных электроприводов, относящихся к данному логическому объекту.
В связи с тем, что одновременный запуск нескольких электродвигателей стрелочных электроприводов может служить причиной значительного возрастания потребляемого тока, для каждого управляющего выхода предусматривается индивидуальная временная задержка.
В случае механических повреждений стрелочного перевода, приведших к невозможности работы одного из электродвигателей логического стрелочного перевода, все электроприводы будут отключены с целью сохранения работоспособности остальных компонентов стрелочных переводов.
Некоторые типы стрелок требуют применения отдельных замков, которые могут контролироваться СОК. Обычно такие замки представляют собой электромагнитные устройства. Управляющее воздействие для таких замков представляет собой сигнал постоянного тока, генерируемый безопасным образом. Состояние таких замков может контролироваться схемой, определяющей состояние свободных контактных групп.
Для некоторых случаев требуется возможность местного управления стрелкой. При работе в таком режиме состояние стрелки контролируется КЦ, но управление ею осуществляется локально. Местное (локальное) управление стрелками может быть осуществлено с помощью соответствующего набора оборудования. Он состоит из одной или двух кнопок для перевода стрелки и ламп, индицирующих ее состояние при этом режиме работы.
СОК может быть переключена в различные режимы управления стрелкой (стрелками). В режиме центрального управления стрелка управляется и контролируется КЦ. Переход на местное управление стрелкой выполняется по команде КЦ. В режиме местного управления стрелка управляется при помощи соответствующих кнопок, в то же время КЦ контролирует ее состояние. В режиме местного управления объектный контроллер отвергает все команды от КЦ на перевод стрелки, пока она не будет возвращена на центральное управление.
Локальные лампы индикации состояния стрелки располагаются совместно с другим оборудованием местного управления. Они подключаются к соответствующим выходам объектного контроллера и индицируют состояние стрелки.
Режим резервного управления представляет собой специальную разновидность режима местного управления. Полный набор реализуемых функций зависит от конкретных требований рынка. Следующие функции, однако, могут служить иллюстрацией этого режима работы.
Ключ резервного управления. Установка специального ключа проверяется системой объектных контроллеров СОК.
После установки резервного ключа СОК информирует центральный компьютер централизации КЦ о новом состоянии объекта. После предопределенной временной задержки появляется возможность управления стрелкой аналогично режиму местного управления. Стрелка в режим центрального управления возвращается после изъятия ключа резервного управления и проверки КЦ корректности состояния стрелочного перевода.
Стрелка с ручным управлением (без электродвигателя) может быть также подключена к централизации. Обычно стрелка заперта в некотором определенном положении и должна быть открыта перед ее переводом в соответствии с командой КЦ. Электромагнитное устройство запирает стрелку при использовании специального ключа.
Объектный контроллер безопасного ввода/вывода обеспечивает управление выходным напряжением, контроль состояния контактов схем и управление реле первого класса надежности.
Могут быть определены следующие состояния контактов релейной схемы: замкнут, разомкнут, обрыв, короткое замыкание.
Типичными примерами использования данного типа контроллеров является построение интерфейсов с такими релейными устройствами как, счетчики осей, автоблокировка, переездная сигнализация.
Объектный контроллер не ответственного ввода/вывода обеспечивает управление выходным напряжением для схем и устройств, не предъявляющих специальных требований по безопасности. Типичными примерами различного применения этого типа контроллеров является построение систем обогрева и обдува стрелок.
Задачей контроля состояния рельсовых цепей является определение их свободности/занятости.
В случае проследования короткой подвижной единицы через короткую рельсовую цепь вводится определенная временная задержка на изменение состояния рельсовой цепи с занятого на свободное.
Для предотвращения нежелательного кратковременного изменения состояния контактов (“дребезг”) можно использовать определенное время диагностики состояния контактов реле.
Основной задачей функции контроля состояния контактов является достоверное определение состояния различного типа релейных интерфейсов и подобных устройств (стрелки, контакты реле, специальные ключи, кнопки). Эта задача может быть решена как для безопасного определения состояния контактов, так и для случая не ответственных приложений, в зависимости от решаемой задачи.
В связи с тем что к обмену информацией между центральным компьютером централизации КЦ и системой объектных контроллеров СОК предъявляются высокие требования по безопасности, данные сообщения имеют большую информационную избыточность. Такое решение обеспечивает высокую степень защиты данных от искажений с точки зрения безопасности.
Управляющие сообщения представляют собой битовую последовательность. Она генерируется центральным компьютером и передается определенному объектному контроллеру для воздействия на необходимый элемент напольного оборудования. Сообщения о его состоянии генерируются объектным контроллером. Это необходимо для информирования центрального компьютера о состоянии соответствующего напольного оборудования. Все сообщения приказов и состояний дублируются для обеспечения безопасности системы. Программа А генерирует сообщение А в то время, когда программа Б генерирует сообщение Б. В дополнение к данным каждое сообщение снабжается уникальным адресом, ссылочным типом, меткой времени и избыточными данными для обеспечения безопасности.
Пары сообщений генерируются и передаются в течение одного и того же цикла передачи. До передачи информации в петлю связи с концентраторами несколько сообщений может быть объединено в одну телеграмму. После приема данная информация распаковывается и анализируется. Эти операции выполняются портом петли связи (IOM) со стороны КЦ и УКП со стороны СОК. Несмотря на то, что передаваемые сообщения приказов и состояний имеют некоторые отличия формата, используемые принципы обеспечения безопасности данных являются универсальными для всех случаев.
При приеме адресованной УКП телеграммы он распаковывает ее и передает информацию соответствующим объектным контроллерам. Каждый объектный контроллер проверяет принятые телеграммы А и Б на логическое совпадение и осмысленность, используя при этом программы А и Б, соответственно. В случае обнаружения программами А и/или Б несоответствия между телеграммами весь приказ для соответствующего объектного контроллера отвергается и ЦКЦ посылается сообщение о некорректной телеграмме с указанием причины ошибки.
Рекомендуемые шкафы для размещения объектных контроллеров системы СОК 950 представляют собой пару соединенных между собой шкафов. Каждый из них предназначен для установки стандартной 19” стойки (рис.10). 
Рисунок 10.
Левый шкаф служит для размещения полок с объектными контроллерами (до 16 ОК), связевых концентраторов (УКП), источника питания и панели предохранителей. Правый шкаф предназначен для установки монтажных (клеммных) колодок. Они необходимы для подключения всех внешних кабелей, которые вводятся в правый шкаф через специальные кабельные вводы. Отсутствие внутренней стенки между двумя шкафами дает возможность организовать кабельные переходы между ними.
Шкафы объектных контроллеров могут быть установлены как внутри станционных помещений, так и в специальных контейнерах в непосредственной близости от напольного оборудования. Следует заметить что допускается использование любых видов контейнеров для размещения железнодорожного оборудования при условии обеспечения ими защиты от атмосферного влияния.
Рисунок 11
Каждая полка (рис.11) имеет 23 посадочных места для плат интерфейсных модулей. Посадочные места разбиты на пять групп. Позиции с первой по четвертую отводятся для размещения объектных контроллеров. Пятая позиция предназначена специально для связевого концентратора.
Необходимые внутренние соединения между отдельными платами выполняются методом печатного монтажа, выполненного на задней стенке полки. Позиции “а” и первая ”б” в каждой группе, кроме этого, имеют необходимые соединения с посадочными местами, отведенными для УКП. Эти посадочные места предназначены для установки “главных” модулей объектного контроллера.
Для настройки объектных контроллеров в соответствии с проектом для конкретной станции применяются микропереключатели. Они расположены на задней стенке полки. Микропереключатели используются для установки типа и адреса каждого ОК. Кроме этого, применяются специальные ключи-маркеры для модулей и кабелей. Все необходимые соединения между объектными контроллерами и напольным оборудованием выполняются кабелями. Они подключаются через передние разъемы плат.
Система объектных контроллеров СОК представляет собой модульную систему. Она обеспечивает взаимодействие с большим набором различных напольных устройств. Интерфейсные модули монтируются на печатных платах и устанавливаются на полках для объектных контроллеров. Типичный объектный контроллер представляет собой набор печатных плат для обеспечения функций ввода/вывода и обработки информации в соответствии с заданными требованиями.
Плата CCM- модуль является ядром объектного контроллера. Она обеспечивает контроль состояния контактов. Модуль содержит четыре канала безопасного контроля состояния контактов (рельсовые цепи), шесть каналов не ответственного вывода данных и два канала не ответственного ввода данных.
Концентратор осуществляет обмен информацией с другими системами, например, с КЦ через петлю связи, а также с персональным компьютером для диагностики и тестирования. Две платы СОМ (одна находится в горячем резерве) совместно с модулем ОСТ образуют УКП. УКП может обеспечивать связь с восемью объектными контроллерами.
Плата LMP применяется для управления сигналами и маршрутными указателями. Каждый модуль может управлять и контролировать до шести ламп (две лампы для запрещающих показания и четыре для разрешающих).
Плата MOT1 служит для управления стрелочными электроприводами переменного тока. Один объектный контроллер может управлять максимум двумя стрелочными электроприводами (спаренные стрелки или стрелка с подвижным сердечником).
Плата MOT2 используется для управления стрелочными электроприводами постоянного тока. Один объектный контроллер может управлять максимум двумя стрелочными электроприводами (спаренные стрелки или стрелка с подвижным сердечником).
Плата OCT (“Осьминог”) служит для обеспечения взаимодействия между объектными контроллерами и УКП, а также разводки внутри полки питания, необходимого для работы ОК. Кроме этого, этот модуль применяется для соединения УКП с объектными контроллерами на соседних полках, когда это необходимо.
Плата OUT- модуль, используется для управления не ответственными устройствами, например, системой обогрева и обдува стрелок. Объектный контроллер с набором таких плат может иметь максимум 78 выходов данного типа.
Плата SRC- может быть применена для безопасного управления реле первого класса надежности. Объектный контроллер, оснащенный такими платами, может управлять максимум 12 реле. Примерами использования такого объектного контроллера могут быть интерфейсы с релейными устройствами (автоблокировка, переездная сигнализация и т.п.).
Обеспечение безопасности является первоочередной задачей на всех этапах: разработка системы, ее проектирование, монтаж, тестирование и обслуживание. Система объектных контроллеров обеспечивает безопасность за благодаря применению ряда технических решений. К ним относятся: диверсификация программ, принцип обратной связи, безопасное аппаратное обеспечение.
Диверсификация программ является технологией разработки программного обеспечения. При ней программы, выполняющие одинаковые логические функции, разрабатываются двумя командами программистов с целью обнаружения ошибок и повышения надежности работы системы. Обе программы работают на одном микропроцессоре в реальном масштабе времени со сравнением результатов вычислений. В случае обнаружения расхождения между результатами работы программ система переходит в безопасное состояние.
Принцип обратной связи обеспечивает сравнение фактического состояния напольного оборудования с ожидаемым в результате выдачи управляющих воздействий. Данное сравнение ведется непрерывно с выдачей сообщения об ошибке и переводом системы в безопасное состояние в случае обнаружения расхождений.
Средства безопасности анализируются с применением анализа дерева отказов (FTA) и возможных отказов и их последствий (FMEA). Ведется контроль времени жизни и актуальности данных. Высокие требования безопасности должны поддерживаться высокими стандартами качества. Система обеспечения качества ADtranz Signal сертифицирована в соответствии с международным стандартом ISO 9001.
СОК оборудована расширенной системой диагностики и самотестирования. Диагностические операции начинаются в момент включения системы и продолжаются в фоновом режиме в процессе ее работы. Такое решение исключает возможность появления систематической ошибки.
Кроме этого, возникающие сбои и ошибки быстро обнаруживаются и идентифицируются. СОК передает предупреждения в КЦ, если объектный контроллер или какой либо из элементов напольного оборудования отклоняется от нормального режима работы. Проверки ведутся во всех точках принятия решения о дальнейших действиях системы.
Если обнаруженный отказ ведет к невозможности дальнейшей безопасной работы устройств, то объектный контроллер будет остановлен. Контролируемые им напольные устройства переведены в безопасное состояние.
Данные по установке системы и монтажные документы готовятся с применением специального набора инструментария EBITOOL. Использование “дружественного” к пользователю программного обеспечения позволяет получить большую часть данных автоматически по окончанию разработки чертежей для станции. Существуют дополнительные возможности проверки правильности и логической корректности полученных данных.
На этапе проектирования выдается прикладное программное обеспечение КЦ, документация на установку КЦ, АРМов, контейнеров СОК, документация по кабельной сети, спецификация необходимого оборудования.
Тестирование
Единственной формой тестирования системы, проводимой на месте перед ее пуском, являются тесты проверки правильности подключения напольного оборудования. Кроме этого, проводится регулировка тока питания светофорных ламп в соответствии с конкретными параметрами первичной системы электроснабжения. По окончанию этих операций система может передаваться в эксплуатацию.
Система объектных контроллеров СОК тестируется при монтаже с применением специализированных аппаратных и программных средств. На этом этапе работ производятся следующие виды тестирования: соответствие набора возможных команд заданному для каждого объектного контроллера, для каждой подсистемы, объединенной одной петлей связи; специфичные последовательности команд для каждого объектного контроллера; контроль изменения состояния напольного оборудования; соответствие набора возможных команд заданному для каждого связевого концентратора (УКП).
Профилактическое обслуживание. Система объектных контроллеров разработана таким образом, что профилактическое обслуживание в процессе ее эксплуатации не требуется. Для удобства же пользователей существует возможность внешних проверок СОК. Это снижает вероятность отказов системы.
Диагностика. В дополнение к внутренним средствам диагностики системы объектных контроллеров СОК имеются дополнительные средства для ускорения работ, связанных с обнаружением и устранением неисправностей. Для обеспечения этой функции ряд плат оснащается светодиодными индикаторами режима работы.
Ремонт объектных контроллеров. В случае обнаружения неисправности какого- либо модуля он должен быть заменен запасным. При необходимости замены платы ССМ следует снять блок «модуль памяти» с неисправной платы и установить на новую.
Необходимо указать, что все операции по замене печатных плат объектных контроллеров должны производиться при выключенном питании. Несоблюдение данного правила может привести к повреждению электронных компонентов печатных плат объектного контроллера.
Устройства электроснабжения.
Неотъемлемой частью любого электронного устройства (а тем более такого сложного, как система МПЦ Ebilock 950) являются устройства и источники питания, назначение которых бесперебойно обеспечивать его электрической энергией требуемого вида и качества. За последние годы источники электропитания существенно изменились. Это вызвано непрерывным стремлением уменьшить их массу и габариты, повысить КПД за счет применения наиболее рациональных схем, использования высокочастотного преобразования энергии постоянного тока, экономичных импульсных методов регулирования, интегральных микросхем.
Создание высоконадежных, экономичных и малогабаритных блоков питания является трудной научно-технической задачей. Разработкой устройств электропитания занимаются за рубежом более 110 крупных специализированных фирм, причем их количество непрерывно увеличивается. Производство питающих устройств является достаточно прибыльным и перспективным делом.
Система питания МПЦ Ebilock 950 разрабатывается в соответствии с общими для российских ж.д. принципами построения систем питания электрической централизации. Вместе с тем имеются и некоторые отличия. Обобщенная структурная схема системы питания объектных контроллеров показана на рис. 14.
К сожалению, параметры электросетей не всегда соответствуют норме, поэтому актуален вопрос о гарантированном питании системы в случае возникновения неполадок электросети. К неполадкам в электросети следует относить любые отклонения параметров питающего напряжения от установленных стандартом значений. На территории России ГОСТ 13109-87 определяет следующие параметры сетевого напряжения : напряжение - 220 В ±10%; частота - 50 Гц ± 1 Гц; коэффициент нелинейных искажений формы напряжения меньше 8% (длительно) и меньше 12% (кратковременно). Основными неполадками сетевого питания являются: авария сетевого напряжения (полное пропадание напряжения); долговременные и кратковременные подсадки и всплески напряжения; высоковольтные импульсные помехи; высокочастотный шум; выбег частоты.
Применение двух независимых фидеров питания позволяет только значительно снизить вероятность полного пропадания сетевого напряжения, но остается полная зависимость системы от качества этого напряжения.
Рисунок 12.
В настоящее время для обеспечения должного качества электропитания получили широкое распространение источники бесперебойного питания (ИБП). Они позволяют гарантировать параметры питающего напряжения в жестких пределах (напряжение ± 1%, частота ± 0,1%), избавится от всякого рода высокочастотных и низкочастотных помех. В случае полного пропадания питающего напряжения ИБП способен поддерживать автономную работу системы в течение нескольких часов.
Существует также дополнительный режим работы ИБП, называемый bypass (“обход”), который заключается в питании нагрузки отфильтрованным входным сетевым напряжением в обход основной схемы преобразования ИБП. Различают автоматический и ручной режимы bypass. Автоматический переход в режим “bypass” производится устройством управления ИБП в случае перегрузки на его выходе или при неполадках в его жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от изъянов питающего напряжения, но и от неполадок в самом ИБП. Ручное переключение в режим bypass предусмотрено для возможности проведения сервисного обслуживания ИБП или его замены в “горячем” режиме, т.е. без прерывания питания нагрузки (см. рис.12).
Рисунок 13
Рисунок 14
Центральный процессор Ebilock 950 является системой с дублированием. Он имеет два абсолютно идентичных комплекта аппаратуры, один из которых находится в горячем резерве и включается в работу в случае сбоя или выхода из строя другого.
Каждый комплект имеет свой блок питания 220 В, который вырабатывает все необходимые напряжения.
Таблица 1
| Температурный диапазон | -40 +70 0С |
| Влажность | до 90% |
| Изоляция | 2,5 кВ (обмотки между собой и на корпус) |
| Входное напряжение | 3*380 В +/-10% (3-фазный) 220/110 В +/- 10% (1-фазный) |
Трехфазный источник питания:
Таблица 2
| Обмотка | Ток, А | Примечание |
| ~220 В (для сигналов) | 9 | Каждая обмотка, продолж. |
| ~3*380/220 В (для стрелок) | 10/17 А | Звезда/треугольник |
| =24 В (для контроллеров) | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
| =24В (для релейных плат) | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
| ~32 В | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
Однофазный источник питания:
Таблица 3
| Обмотка | Ток, А | Примечание |
| ~220 В (для сигналов) | 27 | продолжительно |
| ~110/220 В (для стрелок) | 40 | не более 5 сек. |
| =24 В (для контроллеров) | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
| =24В (для релейных плат) | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
| ~32 В | 6 | Макс. снижен 0,5 В при 6А |
Для повышения надежности системы целесообразно питать левый и правый комплекты от различных фаз. Такое решение позволяет избежать полной остановки системы в случае пропадания одной из фаз питающего напряжения- система безопасно переключится на резервный комплект (см. рис. 13).
Питание АРМ ДСП и АРМ ШН осуществляется по такому же принципу.
Система МПЦ Ebilock 950 - распределенная, поэтому контейнеры с объектными контроллерами могут располагаться на значительном расстоянии от центрального поста. Для повышения надежности каждый контейнер получает питание с распределительного щита центрального поста по двум силовым кабелям, проложенным в разных траншеях. Такое решение требует установки в каждом контейнере вводного щита, способного контролировать фидеры и, в случае необходимости, производить переключение нагрузки с одного на другой (см. рис. 14).
В каждом контейнере может находиться несколько шкафов объектных контроллеров. В шкафу размещается до четырех полок с контроллерами и источник питания, который вырабатывает все напряжения, необходимые для работы контроллеров.
Для питания шкафа объектных контроллеров могут применяться два типа источников питания: трехфазный или однофазный. Выбор конкретного источника определяется необходимыми выходными напряжениями (в основном для питания стрелок) 3х220 В или 220 В.
Основные параметры этих источников питания приведены в таблицах 1,2 и 3.
Рисунок 15
Рисунок 16
Распределение напряжений по контроллерам происходит следующим образом. Постоянное напряжение 24 В, питающее сами контроллеры, подается на специализированную плату (см. рис.14), через которую питание распределяется по разъемам задней стенки. Все другие напряжения, необходимые различным контроллерам для управления объектами (стрелками, светофорами, релейными интерфейсами), подаются непосредственно на платы. Возможные принципы установки предохранителей в контроллерном шкафу приведены на рис.15
Вариант А требует наименьшего числа предохранителей. Каждое напряжение, вырабатываемое источником питания, защищается одним предохранителем. Такое решение, хотя и требует минимального количества предохранителей, имеет серьезный недостаток: при срабатывании этого предохранителя все объектные контроллеры останутся без питания.
При использовании варианта В каждый тип напряжения имеет несколько предохранителей, по одному на каждый контроллер. При срабатывании предохранителя только один контроллер остается без питания. Для варианта С необходимо наибольшего число предохранителей.
Каждый тип напряжения имеет несколько предохранителей, по одному на каждую плату в контроллере. При срабатывании предохранителя только одна плата остается без питания. Однако в большинстве случаев обесточивание одной платы приводит к остановке всего контроллера, поэтому применение данного способа не оправдано. При оборудовании шкафов применяется вариант В, как наиболее логичный и соответствующий структурной организации системы.
Все применяемые автоматические предохранители имеют дополнительные контрольные контакты. Схема контроля перегорания представляет собой токовую петлю, которая подключается к специальному входу на концентраторе (см. рис.16). В случае срабатывания предохранителя концентратор посылает сообщение центральному компьютеру, которое затем отображается на АРМ ДСП для дежурного по станции. Сообщение содержит только номер шкафа, в котором это произошло, и не позволяет определить срабатывание какого именно предохранителя его вызвало. Такой подход оправдан тем, что в любом случае электромеханику придется пойти в контейнер объектных контроллеров и выяснить причину перегорания предохранителей. Определение предохранителя на месте не представляет никакой сложности, так как сработавший автоматический предохранитель имеет чисто визуальные отличия и для идентификации не требует никаких приборов.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 2858; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!