Микропроцессорная централизация Ebilock-950.

До недавнего времени на железных дорогах России применялись только системы централизации стрелок и сигналов, использующие в качестве основной элементной базы электромагнитные реле. Автоматизация технологических процессов управления движением поездов на станциях и перегонах оставалась консервативной областью в отношении применения компьютерных технологий.

Следует учитывать, что технические решения и средства для релейной централизации разрабатывались в 1960 – 1980 гг. и к настоящему моменту явно устарели. Реле как элементная база электрической централизации практически себя исчерпали. Попытки получения новых качественных показателей и расширения функций релейной централизации ведут к увеличению числа реле, потребляемой электроэнергии, затрат на техническое обслуживание, объемов проектных и монтажных работ. Поэтому целесообразно использовать в качестве технического средства автоматизации технологических процессов управления движением поездов на станциях микропроцессорную централизацию (МПЦ), успешно эксплуатируемую на зарубежных железных дорогах.

Выбор системы централизации

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.

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.

Структура МПЦ Ebilock 950

Основными компонентами МПЦ Ebilock 950 являются:

-управляющая и контролирующая система — автоматизированные рабочие места дежурного по станции, электромеханика, 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.

Ядром системы является центральный компьютер, который безопасным способом осуществляет все взаимозависимости, принятые для электрических централизаций стрелок и сигналов. Он также взаимодействует с автоматизированными рабочими местами операторов, а также с системой объектных контроллеров, непосредственно управляющих электроприводами стрелок, светофорами, контактами реле, посредством которых считывается информация о состоянии рельсовых цепей и всех релейных систем, увязанных с компьютерной централизацией. Длительность цикла опроса всех объектов составляет согласно техническому заданию не более 600 мс.

Безопасность в системе обеспечивается за счет перевода объектов в защитное состояние при выявлении отказов, а также благодаря выполнению норм Европейского комитета по стандартизации в области электротехники (CENELEC), использованию системных принципов создания программного обеспечения и разработки аппаратных средств.

Системный принцип подразумевает заданный уровень безопасности и способ его обеспечения, защиту от систематических и случайных ошибок, диверсификацию программ.

Принципы безопасного построения аппаратных средств заключаются в использовании двух процессоров, работающих с диверсифицированными программами, двойного таймера управления памятью, контрольных запусков и перезапусков, а также других мероприятий.

Принципы программирования подразумевают использование защищенных программ, проверку времени, контроль версий программ, безопасную передачу информации, синхронизацию и сравнение данных, а также использование логики типовых технических решений для ЭЦ Российских железных дорог.

На подтверждение безопасной работы микропроцессорной централизации потребовалось продолжительное время. Более года МПЦ находилась на станции Калашниково в опытной эксплуатации, где проверялись ее функциональные возможности, запас прочности и выполнение требований по обеспечению безопасности движения поездов. Одновременно ПГУПС проводил сертификацию системы на соответствие требованиям обеспечения безопасности движения.

Связь центрального компьютера с объектными контроллерами осуществляется по симметричному медному четырехпроводному или волоконно-оптическому кабелю (петля связи) через модемы и концентраторы с использованием цифровой системы передачи. Это позволяет разместить объектные контроллеры в непосредственной близости от объектов управления. В результате значительно (примерно в 3 раза) снижается расход кабеля по сравнению с размещением объектных контроллеров на центральном посту. Управляемый объект (рельсовая цепь, электропривод, светофор) находится в непосредственной близости от системы управления и контроля, что способствует облегчению поиска повреждений и регламентного обслуживания. Окончательное решение об использовании на станции централизованного или децентрализованного размещения объектных контроллеров принимает заказчик.

Объектные контроллеры МПЦ Ebilock 950 способны взаимодействовать с отечественными рельсовыми цепями, сигналами, электроприводами, реле и выполнять увязки со всеми существующими системами автоблокировки, переездной сигнализации и другими устройствами. Поэтому к числу важных задач при проектировании относятся определение границ зоны действия МПЦ и построение интерфейсов для увязки с оставшимися устройствами в релейном исполнении. Система МПЦ может взять на себя непосредственное управление прилегающими перегонами, переездами и другими объектами, что сводит к минимуму использование реле.

Для станций разработаны интерфейсы увязки с автоблокировкой, переездом, а также со схемами кодирования рельсовых цепей, очистки стрелок, АЛСН и системой автоматического управления тормозами, устройствами контроля состояния подвижного состава.

С помощью одного центрального процессорного устройства можно управлять 150 логическими объектами и 100 объектными контроллерами, т. е. станцией с числом стрелок до 50 или станцией с числом стрелок до 30 и устройствами автоблокировки на прилегающих перегонах с централизованным (на посту МПЦ) размещением аппаратуры. При необходимости включения в централизацию большего числа управляемых объектов центральная система обработки может быть расширена за счет подключения дополнительных компьютеров и соединения их между собой с помощью локальной сети.

В МПЦ Ebilock 950 используется мощный источник бесперебойного питания с необслуживаемой аккумуляторной батареей (рис. 6), от которого запитываются как электронные устройства, так и рельсовые цепи, электроприводы, светофоры, реле, что позволяет исключить отказы при грозовых разрядах, коротких замыканиях в контактной сети и других помехах.

Интеграция с перегонными устройствами

Интеграция в МПЦ Ebilock 950 автоблокировки позволила дополнить ее рядом функций, которыми не обладает автоблокировка, построенная на релейной элементной базе: блокирование и деблокирование схемы смены направления движения поездов, рельсовой цепи, запрещающего показания проходного и выходного светофоров станции.

Рельсовая цепь блокируется автоматически при вступлении на нее поезда и деблокируется только при выполнении заданной последовательности ее освобождения, блокирования и деблокирования соседних рельсовых цепей при прохождении поезда. При прекращении шунтирования рельсовой цепи под поездом она остается в заблокированном состоянии.

Под блокированием запрещающего показания светофора понимается исключение возможности включения на проходном и выходном светофорах станции отправления разрешающего сигнального показания в следующих случаях:

при нахождении поезда на одной или нескольких рельсовых цепях блок-участка или защитного участка вне зависимости от состояния путевых приемников (под током или без тока) этих рельсовых цепей;

при освобождении поездом блок-участка и защитного участка и наличии в пределах этого блокучастка и/или защитного участка хотя бы одной рельсовой цепи, на которой в процессе движения поезда имело место нарушение условий ее последовательного занятия и освобождения.

Под блокированием схемы смены направления движения поездов понимается исключение возможности смены направления движения поездов в нормальном и вспомогательном режимах при наличии на перегоне хотя бы одной рельсовой цепи в заблокированном состоянии. Для ее разблокирования в МПЦ существует специальная ответственная команда, которая дается дежурным по станции с соблюдением определенных условий.

Произвести смену направления движения дежурный по станции может в нормальном режиме при отсутствии на перегоне рельсовых цепей, находящихся в занятом и/или заблокированном состоянии, или во вспомогательном режиме при наличии на перегоне рельсовых цепей, находящихся в занятом состоянии, и отсутствии заблокированных рельсовых цепей.

Наиболее эффективным решением является использование на станции МПЦ Ebilock 950 с интеграцией в нее функций управления перегонными системами регулирования движения поездов и выносом интерфейса увязки с релейными устройствами на соседние станции. По мере оборудования станций участка системами МПЦ центральные процессоры соседних станций напрямую соединяются между собой, чем исключается использование релейных интерфейсов для увязки станций с перегонами. Связь между станциями осуществляется по цифровому каналу, а все взаимозависимости реализуются логическим путем в компьютерах МПЦ.

Таким образом, если все станции диспетчерского круга оборудовать МПЦ, то при наложении системы диспетчерской централизации любого типа аппаратура МПЦ Еbilock 950 на станциях будет, в частности, выполнять функции линейных пунктов. Автоматизированные рабочие места дежурных по станциям (АРМ ДСП) будут играть роль пультов резервного управления. На посту диспетчерской централизации остается установить только АРМ поездного диспетчера и связать его с АРМ ДСП на станциях каналом связи.

Первые результаты

К настоящему времени МПЦ Еbilock 950 рекомендована Департаментом сигнализации, централизации и блокировки МПС России для применения на сети железных дорог страны. Разработана и утверждена вся документация, необходимая для производства пусконаладочных работ и эксплуатации МПЦ.

Активно ведется «русификация» системы. Специалистами «Бомбардье Транспортейшн Сигнал» разработано прикладное программное обеспечение для центрального процессора, автоматизированных рабочих мест дежурного по станции и электромеханика. Лосиноостровский электротехнический завод МПС выпускает источники питания, монтирует шкафы для объектных контроллеров и центрального процессора, подготовил рабочие места и оборудование для ремонта печатных плат, оснащает технологическую линию для их производства.

На первом этапе освоения микропроцессорной централизации ставилась задача — построить МПЦ на одной-двух станциях каждой железной дороги с целью изучения ее возможностей и преимуществ, подготовки обслуживающего персонала для начального периода эксплуатации. В настоящее время эту задачу можно считать почти выполненной: МПЦ работает на 16 малых, средних и крупных станциях участков с автономной тягой и электрифицированных на постоянном и переменном токе девяти железных дорог России. Этими станциями являются: Угрешская, Канатчиково, Кожухово, Александров-2, Карабаново, Бельково, Киржач, Монино, Бекасосо-Сортировочное (парк М) на Московской железной дороге; Ук, Куйтун, Тимлюй, Таловка, Дивизионная на Восточно-Сибирской дороге, Уяр на Красноярской дороге, Кемерово на Западно-Сибирской дороге, Шагол на Южно-Уральской дороге, Линда на Горьковской дороге, Калашниково на Октябрьской дороге, Деболовская на Северной дороге, Пост 6 км на Приволжской дороге. Наиболее крупными из них являются станции Уяр (87 стрелок), Угрешская (74 стрелки), Канатчиково (55 стрелок). В настоящее время проектируется МПЦ для станции Свердловск-Сортировочный (116 стрелок).

Совместное предприятие «Бомбардье Транспортейшн Сигнал» реализует проекты и в других странах. Компания участвовала в разработке проекта и подготовке к вводу в эксплуатацию МПЦ на станции Рига (120 стрелок) железных дорог Латвии, ведет строительство МПЦ (9 станций) и автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры на участке протяженностью 100 км железных дорог Литвы.

За время эксплуатации МПЦ Еbilock 950 не было зарегистрировано ни одного системного отказа. Наблюдались отказы отдельных печатных плат стрелочных и сигнальных объектных контроллеров из-за повреждений кабеля или других причин, а также перезапуски объектных контроллеров вследствие слишком высокой чувствительности к изменениям параметров напольных устройств СЦБ. На малых станциях были случаи сбоев в системе передачи информации. Все эти недостатки учтены в новой версии прикладного программного обеспечения для центрального процессора.

На втором этапе освоения микропроцессорной централизации предусмотрено ее внедрение на крупных станциях и использование для комплексной модернизации железнодорожных узлов или диспетчерских кругов, поскольку именно здесь достигается максимальный эффект от применения компьютерных технологий. Компания «Бомбардье Транспортейшн Сигнал» уже получила заказы на реализацию таких проектов.

Система Еbilock 950 пригодна для применения на железных дорогах России, стран СНГ и Балтии, так как все эксплуатируемые на них средства СЦБ соответствуют утвержденным (еще МПС СССР) техническим требованиям или отличаются от них лишь незначительно.

29