МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ СТРЕЛОК И СИГНАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК B61L21/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам автоматики и телемеханики, конкретно к системам электрической централизации (ЭЦ). Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов (МПЦ) предназначена для реализации современных принципов управления движением поездов и маневровой работой на железнодорожных станциях с помощью средств микропроцессорной, вычислительной техники и релейных схем с сохранением правил управления устройствами сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и действий дежурного по станции (ДСП) при обеспечении требуемой степени безопасности и безотказности.

Наиболее близкой по сущности к заявляемой системе является система микропроцессорной системы централизации (МПЦ) [1], содержащая автоматизированное рабочее место дежурного по станции, автоматизированное рабочее место электромеханика, средство для организации передачи информации между МПЦ и внешней системой диспетчерского управления, по крайней мере одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий, содержащее два микропроцессора, работающих под управлением идентичного программного обеспечения и обменивающиеся информацией с помощью шин данных. Устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий связаны с напольным оборудованием через электронные модули ввода-вывода. Выходы модулей через релейные схемы увязки подключены к объектам железнодорожной станции, а именно стрелкам, сигналам и рельсовым цепям.

Недостатком данной системы является невозможность управления объектами при отказе модуля ввода-вывода, управляющего этими объектами. Этот недостаток снижает общую надежность системы.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение общей надежности системы.

Поставленная задача достигается тем, что микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов содержит по крайней мере одно автоматизированное рабочее место дежурного по станции, по крайней мере одно автоматизированное рабочее место электромеханика, по крайней мере одно средство для организации передачи информации между микропроцессорной системой централизации и другими внешними информационными системами, по крайней мере одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий, по крайней мере один микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств. Автоматизированные рабочие места дежурного по станции, автоматизированные рабочие места электромеханика, средства для организации передачи информации между микропроцессорной системой централизации и другими внешними информационными системами и двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий объединяются в локальную вычислительную сеть. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий содержит два промышленных компьютера, работающих под управлением идентичного или различного (диверситетного) программного обеспечения. Кроме того, микропроцессорная система централизации содержит по крайней мере один микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, подключенный к двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два идентичных последовательных порта с интерфейсом RS485, таким образом, что используется один порт одного промышленного компьютера, а второй порт - второго промышленного компьютера. Микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств включает в себя безопасные многоканальные модули включения исполнительных реле (БУ) и безопасные многоканальные модули контроля состояния контактов исполнительных реле (БС). При этом один вход каждого модуля подключен к одному интерфейсу RS485, а второй - ко второму интерфейсу, а выходы модулей через релейные схемы увязки подключены к напольным устройствам железнодорожной автоматики. К каждому многоканальному устройству обработки, информации и выработки управляющих воздействий через два дополнительных последовательных интерфейса RS485 подключается второй микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, идентичный первому. Выходы первого и второго блоков управления и контроля состояния напольных устройств объединены по схеме логического «ИЛИ» через дополнительную релейную схему и через релейные схемы увязки подключены к одним и тем же напольным устройствам..

На фиг.1 представлена блок-схема микропроцессорной системы централизации стрелок и сигналов системы.

На фиг.2 представлена типовая релейная схема, реализующая логическое «ИЛИ».

Согласно заявляемому техническому решению структура системы строится по иерархическому принципу с выделением следующих основных уровней иерархии:

Верхний уровень включает в себя:

- автоматизированные рабочие места дежурного по станции АРМ ДСП 1;

- автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ АРМ ШН 2;

- систему поддержки принятия решений СППР ДСП 3;

- средства организации передачи информации между МПЦ и другими информационными системами (сервер ДЦ - 4);

- средства организации передачи информации между элементами верхнего и среднего уровней МПЦ посредством резервированной локальной сети Ethernet (локальная сеть верхнего уровня - 5).

Средний уровень (уровень реализации логических зависимостей) включает в себя:

- одно или несколько резервированных двухканальных устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий, каждое из которых включает в себя два промышленных компьютера (канал A и канал B) 6 с технологическим прикладным программным обеспечением для данной станции, реализующих функции центральных зависимостей и блокировок ЭЦ в соответствии с требованиями к аппаратуре автоматики и телемеханики на ж.д. транспорте. Программное обеспечение каналов A и B может быть как идентичным, так и различным (диверситетным).

Нижний уровень включает в себя:

- один или несколько микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств 8, включающих блоки управления (БУ), предназначенные для безопасного включения исполнительных реле, и блоки сигнализации (БС), предназначенные для безопасного контроля состояния исполнительных реле;

- средства организации передачи информации между элементами нижнего и среднего уровней МПЦ посредством локальной сети RS-485 (локальная сеть нижнего уровня - 7);

- релейная схема 9, реализующая логическое «ИЛИ» между выходами резервируемых блоков управления и контроля состояния напольных устройств;

- релейные схемы увязки с напольным оборудованием 10 с использованием реле I класса надежности;

- устройство формирования парафазных сигналов 11 для обеспечения безопасного контроля состояния контактов реле микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8.

Автоматизированное рабочее место дежурного по станции 1 предназначено для отображения технологической информации и ввода команд по управлению движением поездов на станции. АРМ ДСП включает в себя промышленный компьютер, подключенный в локальную сеть, средства отображения информации (монитор, плазменную панель, табло) и средства формирования управляющих команд (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол, специализированный пульт). Количество АРМ ДСП определяется размерами станции. В помещении ДСП устанавливаются основные и резервные АРМ ДСП, при этом резервные АРМ ДСП находятся в «холодном» резерве. Вся необходимая технологическая информация поступает в АРМ ДСП из двухканальных устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через резервированную локальную сеть 5. Команды управления, формируемые АРМ ДСП, поступают в двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 также через резервированную локальную сеть 5. Кроме того, АРМ ДСП выполняет протоколирование всех действий дежурного по станции. Автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ АРМ ШН 2 предназначено для контроля технического состояния элементов системы МПЦ. АРМ ШН включает в себя промышленный компьютер, подключенный в локальную сеть, средства отображения информации (монитор) и средства формирования специальных команд диагностики (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол). АРМ ШН отображает сообщения о техническом состоянии диагностируемого оборудования. Дополнительно АРМ ШН отображает технологическую информацию и протоколирует действия дежурного электромеханика и сообщения встроенной системы диагностики оборудования МПЦ. Вся необходимая технологическая информации поступает в АРМ ДСП из двухканальных устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через резервированную локальную сеть 5. АРМ ШН не имеет возможности формирования управляющих команд. При необходимости более глубокой диагностики отказавшего оборудования дежурный электромеханик может послать специальные команды диагностики в двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через резервированную локальную сеть 5. Система поддержки принятия решений СППР ДСП 3 предназначена для оказания помощи в принятии решений дежурному по станции в штатных и нештатных ситуациях. СППР ДСП включает в себя промышленный компьютер, средства отображения информации (монитор) и средства управления (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол). Система является вспомогательной, не влияет на работу МПЦ, но позволяет повысить общую надежность функционирования системы МПЦ за счет более быстрого принятия ответственных решений дежурным по станции и снижения вероятности формирования неверных управляющих команд ДСП, нарушающих правильное функционирование системы МПЦ. Для исключения влияния СППР на работу МПЦ она подключается к АРМ ШН 2, с которого и получает всю необходимую технологическую информацию. Средства организации передачи информации между МПЦ и другими информационными системами 4 предназначены для организации взаимодействия системы МПЦ с системами управления движением поездов верхнего уровня, такими как системы диспетчерской централизации, диспетчерского контроля и другими. Данные средства представляют собой отдельный промышленный компьютер, через локальную сеть 5 взаимодействующий с двухканальными устройствами обработки информации и выработки управляющих воздействий 6, а через отдельный интерфейс - с соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 включает в себя два промышленных компьютера (канал A и канал B) с технологическим прикладным программным обеспечением для данной станции. Оно реализует функции центральных взаимозависимостей и блокировок ЭЦ в соответствии с требованиями по обеспечению безопасного управления движением поездов. Устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий обеспечивает ввод, обработку по заданному алгоритму и вывод технологической информации о состоянии объектов контроля и управления на станции. В процессе функционирования оно выполняет реализацию алгоритмов управления и центральных взаимозависимостей стрелок и сигналов с целью обеспечения высокой пропускной способности станции при обеспечении необходимых условий безопасности движения поездов. Двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 взаимодействуют через резервированную локальную сеть 5 с АРМ ДСП 1, АРМ ШН 2 и средствами организации передачи информации между МПЦ и другими информационными системами 4. Кроме того, устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через интерфейс RS-485 7 взаимодействует с микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8. Микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств 8 включает в себя блоки управления (БУ), предназначенные для безопасного включения исполнительных реле, и блоки сигнализации (БС), предназначенные для безопасного контроля состояния исполнительных реле. Он предназначен для организации управления и контроля исполнительных объектов через релейный интерфейс. При поступлении управляющих команд микропроцессорный блок управления и контроля 8 посредством блоков БУ осуществляет безопасное включение соответствующих реле I класса надежности, а посредством блоков БС - безопасный контроль состояния контактов реле. Количество блоков БУ и БС определяется размерами станции и количеством исполнительных объектов. Устройство формирования парафазных сигналов 11 предназначено формирования сигналов специальной формы для обеспечения безопасного контроля состояний контактов реле. Устройство формирования парафазных сигналов 11 подключается через контакты релейных схем 9 и 10 к блокам сигнализации (БС), входящим в микропроцессорные блоки управления и контроля состояния напольных устройств 8.

Релейная схема 9, реализующая логическое «ИЛИ» между выходами резервируемых блоков управления и контроля состояния напольных устройств предназначена для включения общего реле, непосредственно управляющего включением исполнительного объекта, при включении хотя бы одного реле резервируемыми микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8 (фиг.2). В качестве релейных схем увязки с напольным оборудованием 10 используются типовые схемы увязки существующих систем ЭЦ, описанные в [2]. МПЦ представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих установку, замыкание, размыкание маршрутов на станции и проверку выполнения требуемых взаимозависимостей.

Кроме традиционных функций электрической централизации система обладает рядом новых свойств технологического и информационного характера:

- более высокий уровень надежности за счет резервирования многих узлов, включая центральный процессор - ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);

- возможность управления объектами многих станций и перегонов с одного рабочего места;

- возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве;

- расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, озвучивание событий на станции, ведение журнала событий, команд дежурного и опасных ситуаций;

- предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками;

- возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах;

- наличие встроенного контроля состояния аппаратных средств МПЦ.

Система работает следующим образом.

Дежурный по станции с АРМа ДСП 1 формирует команду управления, которая отправляется по локальной сети 5 на двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 проверяет возможность реализации этой команды и в случае положительного решения формирует соответствующие команды, которые по интерфейсу RS-485 7 поступают в блоки БУ, входящие в состав микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств 8. По этому же интерфейсу устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 8 с блоков БС, входящих в состав микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств 8, получает информацию о текущем состоянии объектов управления, которую посредством локальной сети 5 передает на АРМ ДСП 1, АРМ ШН 2 и средства организации передачи информации между МПЦ и другими информационными системами 4. С АРМ ШН 2 технологическая информация передается на систему СППР 3, где вырабатываются рекомендации по действиям ДСП. Вся технологическая информация протоколируется в АРМ ДСП 1, СППР ДСП 3, АРМ ШН 2 и устройстве обработки информации и выработки управляющих воздействий 6. При возникновении неисправности данное событие регистрируется в АРМ ШН 2. При необходимости уточнения места и причин неисправности дежурный электромеханик может послать с АРМ ШН специальные команды диагностики, которые через локальную сеть 5 поступают в устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 и, при необходимости, передаются по интерфейсу RS-485 7 в устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 8. Результат выполнения диагностических команд передается в АРМ ШН 2 через указанные блоки в обратном порядке.

Такой способ подключения микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств позволяет обеспечить их полное резервирование и, тем самым, повысить общую надежность системы. Опыт эксплуатации и расчеты показывают, что более 70% всех отказов устройств микропроцессорных систем централизации стрелок и сигналов приходятся на блоки управления и контроля состояния напольных устройств. Указанный способ подключения микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств позволяет повысить коэффициент готовности системы на порядок.

Источники информации

1. European patent application EP 1693273 A1, B61L 21/04 (2006.01).

2. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Вл. Сапожников, Б.Н.Елкин, И.М.Кокурин и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. - М.: Транпорт, 2000. - 432 с.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам автоматики и телемеханики, конкретно к системам электрической централизации. Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов содержит автоматизированное рабочее место дежурного по станции, автоматизированное рабочее место электромеханика, средство для организации передачи информации между микропроцессорной системой централизации и другими внешними информационными системами, двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий, объединенные в локальную вычислительную сеть. Также система содержит микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, подключенный к двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два идентичных последовательных порта. К каждому двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два дополнительных последовательных интерфейса подключается второй микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств. Выходы первого и второго блоков управления и контроля состояния напольных устройств соединены по схеме логического «ИЛИ» через дополнительную релейную схему и через релейные схемы увязки подключены к одним и тем же напольным устройствам. Решение направлено на повышение надежности системы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов, содержащая по крайней мере одно автоматизированное рабочее место дежурного по станции, по крайней мере одно автоматизированное рабочее место электромеханика, по крайней мере одно средство для организации передачи информации между микропроцессорной системой централизации и другими внешними информационными системами, по крайней мере одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий, содержащее два промышленных компьютера, работающих под управлением идентичного или диверситетного программного обеспечения, объединенные в локальную вычислительную сеть, а также по крайней мере один микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, подключенный к двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два идентичных последовательных порта таким образом, что используется один порт одного промышленного компьютера, а второй порт - второго промышленного компьютера и состоящий из безопасных многоканальных модулей включения исполнительных реле и безопасных многоканальных модулей контроля состояния контактов исполнительных реле, при этом один вход каждого модуля подключен к одному последовательному интерфейсу, а второй - ко второму интерфейсу, а выходы модулей через релейные схемы увязки подключены к напольным устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, отличающаяся тем, что к каждому двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два дополнительных последовательных интерфейса подключается второй микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, идентичный первому, при этом выходы первого и второго блоков управления и контроля состояния напольных устройств объединены по схеме логического ИЛИ через дополнительную релейную схему и через релейные схемы увязки подключены к одним и тем же напольным устройствам.

2. Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов по п.1, отличающаяся тем, что к автоматизированному рабочему месту электромеханика посредством локальной сети подключен промышленный компьютер с программным обеспечением системы поддержки принятия решений.