Общее
описание
системы EBILOCK 950

Содержание

1. Обоснование выбора системы Ebilock 950……………………………………………3

2.Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной…….4

3. Компьютерная система электрической централизации Ebilock 950              6

3.1 Назначение              6

3.2 Конфигурация системы              8

3.3 Связь со смежными системами Ebilock 950              9

3.4 Общие функции              10

3.4.1 Представление основных функций              10

3.4.2 Обзор управления данными и информацией              11

3.4.3 Конфигурация компьютера              12

3.4.4 Две независимые программы А и В, функция безопасности              13

3.4.5 Поток данных в общем              14

3.4.6 Циклическая обработка              15

3.4.7 Условия зависимостей              17

3.4.8 Автоматическая работа              18

3.5 Некоторые положения функции обеспечения безопасности              18

4. Система обработки зависимостей EBILOCK 950              19

4.1 Немного о компьютере централизации              19

4.2 Механическое исполнение              19

4.3 Источник питания              19

5. Структура МПЦ Ebilock 950 …………………………………………………….……20

1.     Обоснование выбора системы Ebilock 950

По результатам анализа технических решений зарубежных компаний, оценки затрат на адаптацию и приобретение оборудования, условий сотрудничества и сроков достижения практических результатов МПС России приняло решение об использовании на железных дорогах микропроцессорной централизации Ebilock 950. Для адаптации системы МПЦ к техническим требованиям и технологии работы Российских железных дорог, последующего проектирования ее для конкретных объектов, организации поставок оборудования, выполнения пусконаладочных работ и сервисного обслуживания было создано российско-шведское предприятие —ООО «Бомбардье Транспортейшн Сигнал».

Первым этапом адаптации МПЦ Ebilock 950 стала разработка Всероссийским научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом железнодорожной автоматики (ВНИИАС, Москва), Петербургским государственным университетом путей сообщения (ПГУПС) и институтом Гипротранссигналсвязь (Санкт-Петербург) технического задания на микропроцессорную централизацию стрелок и сигналов для Российских железных дорог. Техническое задание позволило определить объем и сложность работ по адаптации системы.

Техническим заданием на МПЦ для российских железных дорог предусмотрено использование напольного оборудования электрической централизации (электроприводы, светофоры, устройства ограждения переездов, контроля состояния подвижного состава и др.) российского производства. Кроме того, признано целесообразным сохранить требования и принципы управления перечисленными напольными устройствами в том виде, в каком они применялись в релейных системах. Сохранялись и принципы построения систем регулирования движения поездов на перегонах (автоматическая и полуавтоматическая блокировки), а также автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа. В связи с этим потребовалось переработать программное обеспечение центрального процессора Ebilock 950 и создать объектные контроллеры нового типа.

В июне 1999 г. первая система Ebilock 950 была введена в опытную эксплуатацию на станции Калашниково Октябрьской железной дороги.

Переход от релейной централизации к микропроцессорной не является данью моде. Это — объективная необходимость обновления всего технологического процесса управления перевозками и работой структурных подразделений железнодорожного транспорта на основе применения информационных технологий. Здесь сразу проявляются преимущества МПЦ, которая служит удобным связующим звеном между источниками получения первичной информации (подвижной состав, объекты СЦБ и др.) и системами управления перевозочным процессом более высокого уровня, позволяя обойтись без дополнительных надстроек, которые были бы нужны при использовании электрической централизации на базе реле. Поэтому принятая коллегией Министерства путей сообщения программа внедрения информационных технологий не могла не затронуть и технические решения, используемые на станциях в качестве низового звена многоуровневой системы управления процессом перевозок на железнодорожном транспорте. Программой предусмотрено, в частности, внедрение систем микропроцессорной централизации.

2.     Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной .

К преимуществам МПЦ по сравнению с релейными системами централизации, в частности, относятся:

*более высокий уровень надежности за счет дублирования 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, запрещающих показаний светофоров, изолированных секций для исключения задания маршрута и др.;

*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 централизованного и децентрализованного размещения объектных контроллеров для управления станционными и перегонными объектами. Децентрализованное размещение объектных контроллеров позволяет значительно снизить удельный расход кабеля на одну централизуемую стрелку;

*сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

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

*наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля;

*возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также всех отказов объектов управления;

*значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие, в 3 – 4 раза меньший объем помещений для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации без строительства новых постов;

*значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

*удобная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования специализированных отладочных средств;

*сокращение срока исключения из работы станционных и перегонных устройств в случаях изменения путевого развития станции и связанных с этим зависимостей между стрелками и сигналами;

*использование в качестве среды передачи информации между устройствами управления и управляемыми объектами не только кабелей с медными жилами, но и волоконно-оптических кабелей;

*возможность получения из архива параметров работы напольных устройств СЦБ для последующего прогнозирования их состояния или планирования проведения ремонта и регулировки, не допуская полных отказов этих устройств;

*снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения энергоемкости системы, сокращения примерно на порядок количества электромагнитных реле и длины внутрипостовых кабелей, применения современных необслуживаемых источников питания, исключения из эксплуатации громоздких пультов управления и манипуляторов с большим числом рукояток и кнопок механического действия.

3.     Компьютерная система электрической централизации Ebilock 950

3.1  Назначение

Система централизации Ebilock 950 фирмы АББ Даймлер-Бенц Транспортейшн Сигнал АБ - полностью электронная, компьтиризированная система централизации.

Система Ebilock 950 включает в себя следующие основные части:

     Систему обработки зависимостей, которая выполняет функции централизации, и

     Систему объектных контроллеров, которая является интерфейсом к напольным объектам, таким как стрелочные электроприводы, сигналы и рельсовые цепи. Объектные контроллеры располагаются в контейнерах.

Рис. 1. Система централизации

Ebilock 950

Главная задача системы Ebilock 950 - обеспечить процесс обработки данных таким образом, чтобы система действовала как фильтр, предотвращая выполнение опасных команд, поступающих от системы управления и отображения. Программное обеспечение системы использует для этого следующий алгоритм:

                   корректные команды от системы управления и отображения преобразуются в приказы, которые безопасно передаются на стрелки, сигналы, переездное оборудование и другие управляемые объекты;

                   объекты, включенные в поездной маршрут, замыкаются, что предотвращает их использование в других маршрутах;

                   замкнутые объекты размыкаются при размыкании поездного маршрута автоматически или вручную.

Задача Системы объектных контроллеров является интерфейсом для управляемых объектов станции. Функции ввода/вывода отделены от центральной системы обработки зависимостей и приближены к станционным объектам.

3.2 Конфигурация системы 

На рис. 2. Представлена конфигурация системы.

Рис. 2. Конфигурация системы

Система обработки зависимостей (центральное процессорное устройство) Ebilock 950 включает в себя два компьютера: Левый (Л) и Правый (П), один из которых работает в реальном времени, а второй является горячим резервом. Для увеличения коэффициента готовности системы компьютер горячего резерва может заменить рабочий компьютер, если в последнем обнаружена неисправность.

Ebilock 950 может быть подключен к местной (внешней) и дистанционной системе управления и отображения.

3.3 Связь со смежными системами Ebilock 950

Граница системы Ebilock 950 по направлению к смежной системе Ebilock 950 показана на рис. 3.

Система Ebilock 950 нормально управляется системой управления и отображения (АРМ ДСП), например системой Ebicos 900.

Интерфейс к напольным объектам контроля и управления формируется системой объектных контроллеров, располагаемых в контейнерах.

Рис. 3. Объединение систем Ebilock 950

Кроме того, центральное процессорное устройство Ebilock 950 может подключаться к другим устройствам в соответствии с рис.3, на котором показано как три парка станции могут быть объединены в одну сеть.

3.4 Общие функции

3.4.1        Представление основных функций

В обычной системе централизации всегда есть некоторое число основных функций:

                   Функции централизации

                   Функции автоблокировки

                   Функции создания интерфейса

                   Функции управления

                   Функции отображения

                   Функции дистанционного управления

Рис. 4 показывает в общем как функции системы Ebilock 950 выполняются. Система является системой реального времени, где данные от напольных объектов (входные данные) загружаются, обрабатываются и снова передаются к объектам для выполнения.

Рис. 4. Представление основных функций

Результат обработки зависит от:

                   входных данных

                   системы логических зависимостей

3.4.2        Обзор управления данными и информацией

Основу системы составляет компьютер зависимостей с тремя процессорами, один из которых служит для выполнения не безопасных функций и два процессора для выполнения безопасных функций. Однако, для того, чтобы повысить коэффициент готовности системы, компьютер горячего резерва может заменить рабочий компьютер в случае, если обнаружена его неисправность.

Примеры безопасных функций:

                   Управление входными данными

                   Обработка зависимостей

                   Управление выходными данными

Рис. 5. Конфигурация процессоров

Для каждого объекта станции (стрелок, сигналов и т.д.) есть объектный контроллер (О.К.). Относительные условия объектов (зависимости) управляются только программой в компьютере и поэтому физических соединений между объектными контроллерами для выполнения зависимостей не производится.

Передача между компьютером зависимостей и объектными контроллерами производится через концентраторы, которые подключаются к шине ввода/вывода компьютера через петли передачи.

Обмен информацией между компьютером и концентраторами производится последовательной передачей.

Телеграммы к объектам в основном содержат информацию управления, например, зеленый огонь светофора или изменение положения стрелки. Необходимо отметить, что эта информация является результатом обработки данных о зависимостях между объектами и поэтому должна быть безопасной.

Информация от объектных контроллеров к компьютеру зависимостей также должна быть безопасной и должна быть передана с высокой степенью безопасности.

Качество передачи обычно выражается количеством ошибочных бит, при которых возможно безошибочный прием сообщения и называется расстоянием Хемминга.

Все события записываются на жесткий диск компьютера. Подключив АРМ механика, возможно распечатать записанные события.

3.4.3        Конфигурация компьютера

Схематически конфигурация компьютера показана на рис. 6.

Нормально как компьютер Л так и компьютер П включены и подсоединены, но только компьютер Л обменивается данными с управляемыми объектами, работая в реальном времени.

Переключатели шины в этом случае подсоединяют к канальной шине компьютер Л. Компьютер П получает данные от компьютера Л через двойную линию связи и в этом случае работает в горячем резерве.

Если произойдет ошибка в компьютере Л, “ждущая собака” (наименование специального аппаратно-программного средства для обнаружения ошибок) прекратит работу компьютера в реальном времени и переключит переключатели шины на компьютер П, так что компьютер П немедленно начнет работу в реальном времени. Компьютер Л будет остановлен. После разгрузки памяти он автоматически сделает попытку перезапуска. Двойное переключение может быть инициировано только компьютером, работающем в реальном времени.

Петлевые концентраторы располагаются в концентраторных петлях и подсоединяются к центральному устройству через устройство ввода/вывода компьютеров Л и П. Как устройство ввода/вывода так и петлевые концентраторы оборудуются устройствами передачи (модемами).

Рис. 6 Конфигурация компьютеров

3.4.4        Две независимые программы А и В, функция безопасности

Для обеспечения безопасности программная секция зависимостей системы разделена на две части, А и В, каждая из которых обрабатывает зависимости. Каждая из этих двух частей использует свой собственный формат данных. И каждая из этих двух частей вырабатывает свои собственные приказы, которые передаются на объектные контроллеры. Эти приказы затем сравниваются между собой двумя программами А и В и объектными контроллерами.

Эта технология называется диверсицированным программированием. Программа А независима от программы В и наоборот. Для этого эти две программы разрабатываются двумя отдельными группами программистов. Для обеспечения аппаратной безопасности программы А и В работают в разных процессорах.

Рис. 7. Принцип А и В диверситета

3.4.5        Поток данных в общем

На блок-схеме рис. 8 система программного обеспечения сокращена до:

                   Подсистемы передачи

                   Двух подсистем обработки зависимостей

                   Программы обработки команд

                   Программы отображения

Эти программы достаточны для иллюстрации потока данных.

Данные всегда протекают через систему только в одном направлении. Более того, вся обработка от принятия состояния объекта до приказа выполняется в течение одного программного цикла через подсистему передачи и подсистемы обработки зависимостей.

Рис. 8. Поток данных в общем

3.4.6        Циклическая обработка

Обработка данных в компьютере централизации - циклическая. Время цикла 0.6 сек. За время каждого цикла:

                   вся информация о состоянии различных объектов собирается

                   все входные А и В данные сравниваются

                   данные о зависимостях обрабатываются в двух различных программах

                   выходные данные сравниваются на соответствие

                   приказы к объектам составляются и передаются

                   информация, касающаяся состояния объектов, передается как индикация на систему управления и отображения.

Команды от системы управления и отображения обрабатываются в фоновом режиме и не являются частью фиксированного цикла.

3.4.7        Условия зависимостей

3.4.7.1                Географические зависимости

Условия зависимостей задаются строгим математическим описанием. Условия могут быть описаны как географическим методом, так и методом свободного монтажа.

Географический метод означает, что внутренние объекты связываются с различными напольными объектами, такими как стрелки, сигналы и т.д. Рис. 9 показывает принципы географического метода. Каждый объект имеет связанную с ним область данных с интерфейсами к:

                   системе управления

                   напольному объекту

                   области данных для “географического соседа”

Интерфейсы к соседним объектам одни и те же для всех объектов, в то время как интерфейсы к системе управления и напольным объектам одни и те же для каждого типа объекта.

Для каждого блока данных в области данных, как показано на рис. 9. Существует описание того, как блок данных должен реагировать на входные сообщения и какие сообщения блок должен посылать своим соседям, своему собственному объекту и системе управления.

Система включает в себя различные типы блоков (например):

                   сигналы

                   стрелки

                   пересечения путей

                   переезды

                   конечный блок в направлении путей, не включенных в централизацию

                   интерфейс к автоблокировке

                   вспомогательный блок к другим системам централизации

3.4.7.2                Метод свободного монтажа

В методе свободного монтажа каждый поездной маршрут представляется как два логических объекта. Команды проходят через таблицу зависимостей точно также, как при релейных зависимостях. Используется стандартный набор функций централизации. Привязка данных затем осуществляется с использованием стандартных функций централизации.

3.4.8        Автоматическая работа

Если связь с дистанционной системой управления нарушается, предварительно заданная автоматизация работы включается в действие. Эта автоматическая работа управляет основными передвижениями поездов по станции.

3.5 Некоторые положения функции обеспечения безопасности

Использование компьютеров в устройствах с функцией обеспечения безопасности требует применения системных решений, которые никогда не установят управляемый объект в опасное состояние для движения поездов, даже если произошел отказ аппаратных средств или ошибка в программном обеспечении. Поэтому обработка данных, которая, например, ведет к формирование такого приказа, как разрешающее показание сигнала, всегда производится двумя отдельными программами в двух различных процессорах, А и В, с различным представлением данных, и результаты сравниваются на внешнем компараторе, как показано на рис. 7. Только когда обработка в А и В программах дала один и тот же результат, управляющий приказ может быть выполнен.

Две программы создаются двумя различными коллективами программистов и подвергаются внимательной проверке и тестированию. Программа А работает параллельно и независимо от программы В. Две программы реализуют одни и те же функции, но данные в них обрабатываются различными способами. Программы вместе с предназначенными для них данными работают в разных процессорах.

Одно из необходимых требований к системе - данные, которые должны быть обработаны, не должны быть устаревшими. Поэтому информация в компьютере о состояниях объектов и т.д. обновляется каждый программный цикл. Если данные для одного или больше объектов теряются в течении двух последовательных циклов, состояние объекта устанавливается в соответствии с заранее определенным более безопасным значением. Таким образом достигается косвенная проверка возраста данных.

Математическое описание правил движения, которое формирует фундамент системы, проверяется детально экспертами СЦБ и движения на симуляторе. Существует три версии описания, одна для системы А, другая для системы В и третья для претеста.

4       Система обработки зависимостей EBILOCK 950

4.1 Немного о компьютере централизации

Эта глава дает более детальное представление о собственно системе обработки EBILOCK 950, например:

                   механическое исполнение и источники питания

                   логика зависимостей

                   программное обеспечение

4.2 Механическое исполнение

Система обработки реализована на процессоре 68030 фирмы Motorola как основном оборудовании. Эти процессоры широко применяются в промышленности и для военных целей. Процессор специализирован для расширенного температурного диапазона. Компьютерная электроника построена на печатных платах, которые собраны в стандартные 19-ти дюймовые каркасы METRIPAC. Соединения между платами выполнены с помощью специальной задней платы генмонтажа.

4.3 Источник питания

Возможно подключение центрального компьютера Ebilock 950 к различным источникам электропитания. Обычно используется батарейный резерв для обеспечения питания электроэнергией при перерывах питающей сети.

5.     Структура МПЦ Ebilock 950

Основными компонентами МПЦ Ebilock 950 являются (рис. 1):

        управляющая и контролирующая система — автоматизированные рабочие места дежурного по станции (рис. 2), электромеханика (рис. 3), пункта технического обслуживания вагонов, оператора местного управления стрелками;

        система обработки зависимостей централизации (центральное процессорное устройство);

        система объектных контроллеров;

        управляемые и контролируемые объекты СЦБ (стрелочные электроприводы, светофоры, переезды, рельсовые цепи и др.);

        стативы с релейным оборудованием, генераторами и приемниками рельсовых цепей, трансформаторами и т. п.;

        петли связи (включая концентраторы) между центральным процессором и объектными контроллерами;

        устройства электроснабжения (первичные и вторичные источники);

        устройства защиты (заземления, разрядники, предохранители, устройства контроля сопротивления изоляции монтажа, встроенные в объектные контроллеры и индивидуальные);

        кабельные сети, состоящие из кабелей от объектных контроллеров к напольным устройствам СЦБ;

устройства диагностики, позволяющие локализовать отказы устройств вплоть до отдельной печатной платы.