Блочная микропроцессорная централизация (БМПЦ) Российский патент 2023 года по МПК G06F15/173 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике для управления движением поездов на станциях, перегонах и на промышленных предприятиях.

Известна микропроцессорная централизованная система по патенту РФ № 2240245 от 07.02.2003 под названием «Централизованная диспетчерская система с распределенными контролируемыми пунктами» на изобретение (МПК B61L 27/04). Известная система содержит распределенные контролируемые пункты и центральный пункт управления с рабочим местом поездного диспетчера, объединенные внешней локальной сетью. Каждый распределенный контролируемый пункт содержит блоки вывода сигналов телеуправления, блоки ввода сигналов телесигнализации, блоки ввода сигналов телеизмерения и резервированный центральный блок управления, предназначенный для связи по внешней локальной сети этого распределенного контролируемого пункта с другими контролируемыми распределенными пунктами и с упомянутым центральным пунктом управления, а также для связи по внутренней локальной сети с блоками вывода сигналов телеуправления, блоками ввода сигналов телесигнализации, блоками ввода сигналов телеизмерения. Централизованная диспетчерская система с распределенными контролируемыми пунктами имеет следующие недостатки: алгоритмы работы системы определяются программным обеспечением резервированного центрального блока управления; изменение алгоритмов работы системы невозможно без изменения программного обеспечения резервированного центрального блока управления; функции централизации стрелок и сигналов не выполняются; функциональные зависимости (блокировки) системой не осуществляются.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению аналогом (прототипом) является микропроцессорная система централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте по патентам РФ № 107753 на полезную модель (МПК B61L 27/04, B61L 19/04), № 133798 на полезную модель (МПК B61L 25/02, B61L 27/04), № 2692739 на изобретение (МПК B61L 21/04, B61B 1/00). Известные системы содержат центральный процессор, включающий микропроцессоры, устройства связи с объектом, включающие интерфейсные модули сбора информации о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, интерфейсные модули передачи ответственных команд, которые подключены к исполнительным устройствам электрической централизации и автоблокировки. Центральный процессор содержит как минимум два микропроцессора, которые межканально связаны между собой. Техническими проблемами данных микропроцессорных систем централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте являются: алгоритмы работы системы определяются программным обеспечением центрального процессора; изменение алгоритмов работы системы невозможно без изменения программного обеспечения центрального процессора; наличие предела количества объектов контроля и управления (особенно для крупных станций, при одновременном задании множества команд и большом объеме движения), при котором управление осуществляется в реальном времени (с приемлемой задержкой); сложность формирования функциональных зависимостей для всей станции, причем эту операцию следует выполнять для каждой новой станции; необходимость повторного формирования функциональных зависимостей для всей станции, даже при незначительном изменении топологии станции; необходимость повторной проверки всех функциональных зависимостей на станции, даже при незначительном изменении топологии станции. В известных системах централизации функциональные зависимости (блокировки) осуществляются в главном вычислительном устройстве, а устройства сопряжения осуществляют только ввод и вывод сигналов. Предлагаемое устройство характеризуется тем, что функциональные зависимости в нем осуществляются объединёнными в соответствии с топологическим развитием станции устройствами, каждое из которых реализует логические зависимости для одного элемента путевого развития. В результате становится возможным построение системы управления для конкретного объекта автоматизации путем выбора необходимых вычислительных устройств, соответствующих элементам путевого развития, и соединения их между собой каналами связи, а отсутствие необходимости разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации приводит к сокращению сроков и стоимости ввода объекта автоматизации в эксплуатацию при пуске или после изменения путевого развития станции.

Задачей изобретения является повышение безопасности и обеспечение гибкости и эффективности использования системы микропроцессорной централизации при управлении движением поездов. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и безопасности системы за счет распределенной архитектуры, отсутствия операционной системы в устройствах вычисления логики, обеспечивающих функциональную безопасность, наличия интегрированного пункта диспетчерской централизации. Также технический результат заключается в легкости адаптации системы при внесении изменений на объекте внедрения. Технический результат достигается всей совокупностью существенных признаков.

Сущность изобретения состоит в том, что блочная микропроцессорная централизация состоит из по меньшей мере одного автоматизированного рабочего места, по меньшей мере одной локальной вычислительной сети, подсистемы серверов и рабочих станций, по меньшей мере одного канала связи, подсистемы исполнительной группы, по меньшей мере одного объекта управления, интегрированного линейного пункта диспетчерской централизации, причем локальная вычислительная сеть соединяет автоматизированное рабочее место с серверами и рабочими станциями, а подсистема серверов и рабочих станций выполнена с возможностью осуществления функций наборной группы электрической централизации и увязки с подсистемой исполнительной группы посредством каналов связи, подсистема исполнительной группы представляет собой по меньшей мере одно устройство вычисления логики, подключённое к локальной вычислительной сети и к по меньшей мере одному устройству безопасного сопряжения, которое подключено к объектам контроля и управления, а интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации соединен с подсистемой серверов и рабочих станций и с коммутатором локальной сети диспетчерской централизации, имеющим связь с внешним удаленным рабочим местом поездного диспетчера. Причем автоматизированное рабочее место выполнено с возможностью осуществления функций управления и отображения визуальной и звуковой информации. Кроме того, локальная вычислительная сеть представляет собой оптическую вычислительную сеть с Ethernet окончанием. А подсистема серверов и рабочих станций состоит из двух серверных шкафов. Вместе с тем канал связи представляет собой двукратно резервированную сеть связи, обеспечивающую взаимодействие всех элементов системы, построенную по кольцевой структуре. Причем устройство вычисления логики выполнено с возможностью осуществления проверки условий безопасности одного конкретного объекта контроля и управления, выполнения команды в данный момент времени, приема сообщений от подсистемы серверов и рабочих станций и передачу команд телеуправления в устройство безопасного сопряжения. Также устройства вычисления логики в подсистеме исполнительной группы соединены между собой каналами связи в соответствии со связями между элементами путевого развития объекта автоматизации. Кроме того, устройство безопасного сопряжения выполнено с возможностью приема команды от устройства вычисления логики, регулирования работой объектами управления, контроля состояния объектов управления и передачи полученной информацию в устройство управления логикой. А объект управления выполнен с возможностью регулирования, контроля и мониторинга процесса движения поездов. Также интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации выполнен с возможностью удаленного контроля и управления железнодорожной станцией с рабочего места поездного диспетчера. А к подсистеме серверов и рабочих станций дополнительно подключены промышленный компьютер терминальных клиентов с рабочими местами местного управления стрелками и пункта технического обслуживания.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 представлена схема блочной микропроцессорной централизации.

Блочная микропроцессорная централизация (показана на фиг. 1) состоит из по меньшей мере одного автоматизированного рабочего места 1, по меньшей мере одной локальной вычислительной сети 2, подсистему серверов и рабочих станций 3, по меньшей мере одного канала связи 4, подсистему исполнительной группы 5, по меньшей мере одного объекта управления 6, интегрированного линейного пункта диспетчерской централизации 7. Автоматизированное рабочее место 1 представляет собой персональный промышленный компьютер (ППК). Автоматизированное рабочее место 1 предназначено для выполнения функций управления и отображения визуальной и звуковой информации. Для отображения визуальной информации используется жидкокристаллические мониторы, звуковая информация воспроизводится через звуковые колонки. В качестве органов управления используется стандартная клавиатура компьютера и манипулятор типа «мышь». Автоматизированное рабочее место 1 соединено с рабочими станциями и серверами 3. Локальная вычислительная сеть 2 представляет собой оптическую вычислительную сеть с Ethernet окончанием. Локальная вычислительная сеть 2 предназначена для связи автоматизированного рабочего места дежурного по станции с серверами и рабочими станциями. Локальная вычислительная сеть 2 соединяет автоматизированное рабочее место 1 и сервер с рабочими станциями 3. Подсистема серверов и рабочих станций 3 состоит из двух серверных шкафов (ШС1 и ШС2), каждый из которых размещается в 19-ти дюймовом шкафу стандарта «Евромеханика». В состав шкафа серверного входят: промышленный компьютер дежурного по станции ПК ДСП; сервер ЭЦ; промышленный компьютер, интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации 7 (Шлюз ДЦ); промышленный компьютер терминальных клиентов ПК ТРМ (опционально); коммутатор локальной сети диспетчерской централизации КЛС ДЦ. Подсистема серверов и рабочих станций 3 предназначена для выполнения функций наборной группы электрической централизации и увязку с подсистемой исполнительной группы 5 посредством каналов связи 4. Канал связи 4 представляет собой двукратно резервированную сеть связи, обеспечивающую взаимодействие всех элементов системы, построенную по кольцевой структуре. Канал связи 4 соединяет сервер с рабочей станцией 3 и подсистему исполнительной группы 5. Подсистема исполнительной группы 5 состоит из по меньшей мере одного устройства вычисления логики 8 и по меньшей мере одного устройства безопасного сопряжения 9. Устройства вычисления логики 8 подключены к локальным вычислительным сетям 2, к соседним устройствам вычисления логики 8, а также к устройствам безопасного сопряжения 9. Каждому устройству вычисления логики 8 соответствует как минимум одно устройство безопасного сопряжения 9. Устройство вычисления логики 8 осуществляет проверку условий безопасности и возможности выполнения команды в данный момент времени. В частности, устройство вычисления логики 8 в конкретном примере исполнения выполнены нескольких типов: входного светофора, выходного светофора, маневрового светофора, участка пути, приемо-отправочного пути, стрелки и прочее. Каждое устройство вычисления логики 8 определенного типа соответствует одному элементу путевого развития объекта автоматизации. Устройства вычисления логики 8 соединены между собой каналами связи в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации. Подсистема исполнительной группы 5 представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий безопасность движения и выполняющий функции исполнительной группы электрической централизации и увязку с подсистемой релейного интерфейса. Подсистема исполнительной группы 5 состоит из 19-ти дюймовых шкафов исполнительной группы (ШГИ) стандарта «Евромеханика», количество которых напрямую зависит от количества станционных объектов. В состав подсистемы исполнительной группы 5 входят: крейт с устройствами вычисления логики 8; крейт с устройствами безопасного сопряжения 9. Устройства вычисления логики 8 осуществляют прием сообщений от серверов и рабочих станций 3 и передачу команд телеуправления в устройства безопасного сопряжения 9. Устройство безопасного сопряжения 9 подключено к по меньшей мере одному устройству вычисления логики 8 и к объектам контроля и управления 6. Устройство безопасного сопряжения 9 представляет собой модуль съема сигналов телесигнализации и вывода команд телеуправления. Устройство безопасного сопряжения 9 получает команды от устройств вычисления логики 8, управляет объектами, контролирует состояние объектов и передает полученную информацию назад в устройства управления логикой 8. Объект управления 6 представляет собой совокупность объектов: стрелки, светофоры, электрические рельсовые цепи, переезды, устройства УКСПС, маневровые колонки, средства оповещения работающих на путях, и т.д. Объект управления 6 предназначен для обеспечения управления, контроля и мониторинга процесса движения поездов с требуемым уровнем безопасности. Объект управления 6 соединен с устройствами безопасного сопряжения 9. Интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации 7 представляет собой промышленный компьютер Шлюз ДЦ устанавливаемый в серверных шкафах подсистемы серверов и рабочих станций 3. Интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации 7 предназначен для удаленного контроля и управления ж.д. станцией с рабочего места поездного диспетчера. Интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации 7 соединен с сервером ЭЦ в подсистеме серверов и рабочих станций 3, и с коммутатором локальной сети диспетчерской централизации КЛС ДЦ, имеющий связь внешним удаленным рабочим местом поездного диспетчера. При наличии на станции района местного управления стрелками или пункта технического обслуживания, к подсистеме серверов и рабочих станций 3 дополнительно подключают промышленный компьютер терминальных клиентов с рабочими местами местного управления стрелками и пункта технического обслуживания.

Блочная микропроцессорная централизация функционирует следующим образом. Автоматизированные рабочие места 1 выполняют функции контроля состояния и управления напольными устройствами не связанные с обеспечением безопасности движения. Посредством локальных вычислительных сетей 2 взаимодействуют с подсистемой серверов и рабочих станций 3, обеспечивающей выполнение функций наборной группы электрической централизации и увязку с подсистемой исполнительной группы 5 посредством каналов связи 4. Подсистема серверов и рабочих станций 3 состоит из двух серверных шкафов (ШС1 и ШС2), каждый из которых размещается в 19-ти дюймовом шкафу стандарта «Евромеханика». В состав шкафа серверного входят: промышленный компьютер дежурного по станции ПК ДСП; сервер ЭЦ; промышленный компьютер Шлюз ДЦ; промышленный компьютер терминальных клиентов ПК ТРМ (опционально); коммутатор локальной сети диспетчерской централизации КЛС ДЦ. ПК ДСП воспринимает команду от подсистемы управления и отображения информации и передает воздействие на сервер ЭЦ. Один из серверов ЭЦ активен, другой находится в режиме горячего резерва. Между серверами происходит обмен диагностической информацией (сообщениями) и при выходе из строя активного сервера, его автоматически сменит второй, без прерывания работы системы. Сервер ЭЦ проверяет доступность и возможность задания команды и после проверки выдает воздействие в подсистему исполнительной группы для ее последующей реализации. Промышленный компьютер шлюз ДЦ выполняет информационную защиту внутренней сети, фильтрует и преобразует пакеты данных, объединяет рабочие сети. Промышленный компьютер ДСП выводит информацию с сервера ЭЦ на АРМ ДСП. При наличии на станции района местного управления стрелками (МУ) или пункта технического обслуживания (ПТО), в ШС дополнительно устанавливают промышленный компьютер терминальных клиентов (ПК ТРМ) с рабочими местами МУ и ПТО. Подсистема исполнительной группы 5 представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий безопасность движения и выполняющий функции исполнительной группы электрической централизации и увязку с подсистемой релейного интерфейса. Подсистема исполнительной группы 5 состоит из 19-ти дюймовых шкафов исполнительной группы (ШГИ) стандарта «Евромеханика», количество которых напрямую зависит от количества станционных объектов. В состав подсистемы исполнительной группы 5 входят: крейт с устройствами вычисления логики 8; крейт с устройствами безопасного сопряжения 9. Устройства вычисления логики 8 осуществляют прием сообщений от серверов и рабочих станций 3 и передачу команд телеуправления в устройства безопасного сопряжения 9. Одно устройство вычисления логики 8 обеспечивает управление одним объектом централизации. Для передачи команд управления на объекты централизации и получения сигналов контроля обеспечивается возможность подключения к каждому такому устройству вычисления логики 8 до четырех устройств безопасного сопряжения 9. Устройство безопасного сопряжения 9 получает команды от устройств вычисления логики 8, управляет объектами, контролирует состояние объектов и передает полученную информацию назад в устройства управления логикой 8. Устройства управления логикой 8 устанавливают в соответствии с топологией станции тем самым образуя единую систему распределенного типа (релейным аналогом является система БМРЦ). Программное обеспечение устройств вычисления логики 8 зависит от типа объекта, которым он управляет и загружается в них в соответствии с конкретным проектом.

Применение заявленного изобретения имеет следующие достоинства: построение системы управления для конкретного объекта автоматизации осуществляется путем выбора необходимых вычислительных устройств, соответствующих элементам путевого развития и соединения их между собой каналами связи 4 в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации, в результате отсутствует необходимость разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации; формирование функциональных зависимостей всего объекта автоматизации осуществляется несколькими вычислительными устройствами, каждое из которых осуществляет функциональные зависимости для одного элемента путевого развития; сокращаются сроки и стоимость ввода в эксплуатацию объекта автоматизации ввиду отсутствия необходимости разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации; при изменении путевого развития станции, изменение функциональных зависимостей объекта автоматизации осуществляется путем изменения количества и типов вычислительных устройств, а также соединения их между собой каналами связи в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации; возможно применение устройства на сколь угодно крупной станции, так как с увеличением элементов путевого развития увеличивается и количество вычислительных устройств. Таким образом, заявленное изобретение является универсальным, и его можно использовать на любом объекте железной дороги (станция, перегон, разъезд, блок-пост, сортировочная горка). При этом, использование заявленного изобретения сокращает сроки ввода объекта в эксплуатацию при его первоначальном запуске или при внесении изменений в него. Повышение надежности и работоспособности системы достигается за счет распределенной архитектуры. Выход из строя одного или нескольких устройств вычисления логики 8 приведет частичному нарушению работоспособности системы. В отличие от аналогичных систем с центральным обработчиком наибольший экономический эффект от применения изобретения достигается при внедрении системы на малых и средних станциях за счет отсутствия дорогостоящего центрального вычислительного устройства. Применение блочной микропроцессорной централизации позволит сократить сроки ввода в эксплуатацию объекта автоматизации при сохранении заданного уровня безопасности, а также упростить процесс проектирования.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике для управления движением поездов на станциях, перегонах и на промышленных предприятиях. Задачей изобретения является повышение безопасности и обеспечение гибкости и эффективности использования системы микропроцессорной централизации при управлении движением поездов. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и безопасности системы за счет распределенной архитектуры, отсутствия операционной системы в устройствах вычисления логики, обеспечивающих функциональную безопасность, наличия интегрированного пункта диспетчерской централизации. Также технический результат заключается в легкости адаптации системы при внесении изменений на объекте внедрения. Технический результат достигается всей совокупностью существенных признаков. Сущность изобретения состоит в том, что блочная микропроцессорная централизация состоит из по меньшей мере одного автоматизированного рабочего места, по меньшей мере одной локальной вычислительной сети, подсистемы серверов и рабочих станций, по меньшей мере одного канала связи, подсистемы исполнительной группы, по меньшей мере одного объекта управления, интегрированного линейного пункта диспетчерской централизации, причем локальная вычислительная сеть соединяет автоматизированное рабочее место с серверами и рабочими станциями, а подсистема серверов и рабочих станций выполнена с возможностью осуществления функций наборной группы электрической централизации и увязки с подсистемой исполнительной группы посредством каналов связи, подсистема исполнительной группы представляет собой по меньшей мере одно устройство вычисления логики, подключённое к локальной вычислительной сети и к по меньшей мере одному устройству безопасного сопряжения, которое подключено к объектам контроля и управления, а интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации соединен с подсистемой серверов и рабочих станций и с коммутатором локальной сети диспетчерской централизации, имеющим связь с внешним удаленным рабочим местом поездного диспетчера. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Блочная микропроцессорная централизация состоит из по меньшей мере одного автоматизированного рабочего места, по меньшей мере одной локальной вычислительной сети, подсистемы серверов и рабочих станций, по меньшей мере одного канала связи, подсистемы исполнительной группы, по меньшей мере одного объекта управления, интегрированного линейного пункта диспетчерской централизации, причем локальная вычислительная сеть соединяет автоматизированное рабочее место с серверами и рабочими станциями, а подсистема серверов и рабочих станций выполнена с возможностью осуществления функций наборной группы электрической централизации и увязки с подсистемой исполнительной группы посредством каналов связи, подсистема исполнительной группы представляет собой по меньшей мере одно устройство вычисления логики, подключённое к локальной вычислительной сети и к по меньшей мере одному устройству безопасного сопряжения, которое подключено к объектам контроля и управления, а интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации соединен с подсистемой серверов и рабочих станций и с коммутатором локальной сети диспетчерской централизации, имеющим связь с внешним удаленным рабочим местом поездного диспетчера, где устройство вычисления логики выполнено с возможностью осуществления проверки условий безопасности одного конкретного объекта контроля и управления, выполнения команды в данный момент времени, приема сообщений от подсистемы серверов и рабочих станций и передачи команд телеуправления в устройство безопасного сопряжения, устройство безопасного сопряжения выполнено с возможностью приема команды от устройства вычисления логики, регулирования работой объектами управления, контроля состояния объектов управления и передачи полученной информацию в устройство управления логикой, при этом каждое устройство вычисления логики определенного типа соответствует одному элементу путевого развития объекта автоматизации.

2. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что автоматизированное рабочее место выполнено с возможностью осуществления функций управления и отображения визуальной и звуковой информации.

3. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что локальная вычислительная сеть представляет собой оптическую вычислительную сеть с Ethernet окончанием.

4. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что подсистема серверов и рабочих станций состоит из двух серверных шкафов.

5. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что канал связи представляет собой двукратно резервированную сеть связи, обеспечивающую взаимодействие всех элементов системы, построенную по кольцевой структуре.

6. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что устройства вычисления логики в подсистеме исполнительной группы соединены между собой каналами связи в соответствии со связями между элементами путевого развития объекта автоматизации.

7. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что объект управления выполнен с возможностью регулирования, контроля и мониторинга процесса движения поездов.

8. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что интегрированный линейный пункт диспетчерской централизации выполнен с возможностью удаленного контроля и управления железнодорожной станцией с рабочего места поездного диспетчера.

9. Блочная микропроцессорная централизация по п. 1, отличающаяся тем, что к подсистеме серверов и рабочих станций дополнительно подключены промышленный компьютер терминальных клиентов с рабочими местами местного управления стрелками и пункта технического обслуживания.