1

Продовження таблиці 1.8

Поняття	Типи систем
Принципи побудови	Релейна СЗАТ	Мікропроцесорна СЗАТ
	В колах релейних пристроїв, перевіряючих умови безпеки і руху поїздів, повинні, як правило, використовуватися замикаючі (фронтові) контакти реле I класу надійності	Одноканальна самоперевіряюча структура
		Одноканальна з диверситетним програмним забезпеченням
	При використанні в колах, перевіряючих умови безпеки руху поїздів, розмикаючих (тилових) контактів реле I класу і будь-яких контактів реле більш низького класу надійності їх справна робота повинна контролюватися при нормальному функціонуванні пристроїв
		Двоканальна структура з помпомірними зв’язками
		Двоканальна система з сильними зв’язками
		Двоканальна система зі слабкими зв'язками
	Виконавчі та контрольні елементи і пристрої, що мають зовнішні (повітряні або кабельні) лінії зв'язку, повинні мати двохполюсне (багатополюсне) відключення від джерел електроживлення
		Двоканальна самоперевіряюча система
		Триканальна самоперевіряюча система
	Будь-які несправності елементів електричних схем СЗАТ, ймовірність виникнення яких вище ймовірності небезпечної відмови реле I класу надійності, повинні приводити до захисної відмови
		Триканальна система з сильними зв’язками
		Триканальна система з помірними зв’язками

В таблиці 1.9 представлені принципи побудови керуючої підсистеми існуючих систем МПЦ.

Таблиця 1.9 – Принципи побудови керуючої підсистеми існуючих систем мікропроцесорних централізацій

№ п/п	Назва керуючої підсистеми	Структури керуючих підсистем
1	Одноканальна самоперевіряюча структура
2	Одноканальна з диверситетним програмним забезпеченням
3	Двоканальна самоперевіряюча система
4	Двоканальна структура з помпомірними зв’язками
5	Двоканальна система з сильними зв’язками
6	Двоканальна система зі слабкими зв'язками
7	Триканальна система з сильними зв’язками
8	Триканальна система з помірними зв’язками
9	Триканальна самоперевіряюча система

1.2 Аналіз ієрархічної побудови структур систем мікропроцесорних централізацій

Перед порівняльною характеристикою системи, для їхнього чіткого бачення і розуміння, потрібно представити їх в вигляді структури. У своєму основному значенні, структура є внутрішнім складом чого-небудь. Внутрішній склад пов'язаний з категоріями цілого і його частин. Виявлення зв'язків, вивчення взаємодії та підпорядкованості складових частин різних за своєю природою – дозволяють виявити аналогії в їх організації і вивчати структури абстрактно – без зв'язку з реальними об'єктами.

Досліджуються ієрархічні структури систем [18], які розбиваються на рівні: виконавця, забезпечення, планування, керування та контролю, спряження та об’єктів керування та контролю.

Необхідність цих рівнів визвана тим, що з їхньою допомогою можливо детальніше розглянути систему.

Виконавець, наприклад ДСП, повинен забезпечити здійснення деякого технологічного процесу. Для цього між виконавцем та технологічним процесом повинно бути запропонований деякий інструмент – система керування, яка б забезпечувала фіксацію дій оператора, показувала стан технологічного процесу, виконувала перетворення команд, які сформував виконавець на систему, проводила аналіз цих дій та після цього формувала команди керування на об’єкти керування.

Інформація потрапляє від виконавця на забезпечуючий рівень. Цей рівень використовується для спряження виконавця з системою керування – інтерфейс користувача. Він забезпечується за допомогою технічних засобів – пульта-табло, АРМ-ДСП та АРМ-ШН. Далі інформація потрапляє на рівень планування обробляється та аналізується. На цьому рівні вибираються частини елементів технологічного процесу (елементи колійного розвитку). Після чого на рівні керування та контролю (ядро централізації) перевіряються умови безпеки. Це – керуюча підсистема, яка для вибраних об’єктів керування та контролю формує команди керування з перевіркою безпечності. Але, так як сама система керування може бути виконана на різній елементній базі, і об’єкти технологічного процесу потребують різну потужність енергетичних та часових ресурсів, потрібен ще один рівень – рівень спряження з об’єктами (РСО).

До основних функцій РСО відноситься перетворення енергетичних та часових параметрів з системи керування на об’єкти керування до таких, в відповідності з якими вони функціонують. Під часовими параметрами розуміється формування команди стільки, стільки цього потребує цей об’єкт.

На рисунку 1 простежується закономірність ієрархічної упорядкованості – не залежно яка елементна база використовується принцип не змінюється. На структурі блочної маршрутно-релейної централізації (БМРЦ) (рисунок 1) набірна група зв’язується з виконавчою через монтажні дроти, як по командам контролю так і керування, тобто кожний елемент зв’язується з іншим елементом іншої підсистеми, фізичним зв’язком. В мікропроцесорній системі з’являється зв’язок, який називається – мережею. Отже всі системи взаємодіють між собою по ієрархії, а це значить, що кожна з підсистем зв’язана з іншою підсистемою. По таким ієрархічним структурам систем розбитих по рівнях можливо детально порівняти мікропроцесорні системи централізації.

Досліджуються наступні мікропроцесорні системи централізацій: Ebilock-950, ЕЦ-ЄМ, Ипуть, МПЦ-І, МПЦ-МПК, МПЦ-М, МПЦ-М3-Ф, МПЦ-Т, МПЦ-У та МПЦ «НВП« САТЕП » структури яких представлені в Додатку А.

Рівень виконавця для представлених структур МПЦ буде однаковим. До цього рівня відноситься обслуговуючий персонал станції, а саме:

– черговий по станції (ДСП);

– електромеханік (ШН).

Як ДСП так і ШН мають зв’язок з рівнем, який знаходиться вище та зв’язок на своєму рівні (наприклад між собою).

Рисунок 1.8 – Структури систем керування рухом поїздів на станції

В структурі БМРЦ ДСП задає керуючі дії через інтерфейс взаємодії на пульт маніпулятор. Пульт маніпулятор також може надавати інформацію ДСП (індикація положення стрілок тощо), що на рисунку 1 показано штриховою стрілкою з пульту. Виносне табло в свою чергу здійснює відображення технологічного процесу, але ДСП також може задавати з нього керуючі дії, що також показано штриховою стрілкою з табло [17].

У структурі МПЦ ДСП також здійснює керуючий вплив, але замість пульта використовується алфавітно-цифрова клавіатура та маніпулятор типу «мишка», які в свою чергу можуть також нести інформацію в вигляді індикації.

Відображення технологічного процесу забезпечує монітор. Він може приймати керуючі команди, так як може бути сенсорним, що й показано штриховою стрілкою до нього від ДСП. ШН приймає інформацію про стан пристроїв з монітора, та здійснює незначний вплив на них через алфавітно-цифрову клавіатуру та маніпулятор типу «мишка» з метою діагностування.

До рівня забезпечення відносяться автоматизоване робоче місце (АРМ) ДСП, резервний АРМ ДСП, та АРМ ШН. Це притаманно всім системам МПЦ, які розглядаються.

В МПЦ Ипуть та МПЦ-Т передбачено сервер диспетчерської централізації (ДЦ). Він призначений для зв'язку з системами верхнього рівня та виконує функції лінійного пункту з обміну інформацією з центральним постом ДЦ. Вся необхідна технологічна інформація, телесигналізація (ТС), надходить на сервер ДЦ з АРМа чергового електромеханіка. Таким чином, виключається будь-який вплив сервера ДЦ на роботу МПЦ. Керуючі команди, отримані з центрального поста, сервер ДЦ передає в АРМ чергового по станції для їх виконання. Це виключає можливість одночасного керування об'єктами МПЦ від декількох джерел, які можуть призвести до конфліктних ситуацій. Команди на виконання надходять в ядро МПЦ з АРМа чергового по станції, в якому є інформація про тип керування на станції: місцевому або дистанційному.

У системі МПЦ-М3-Ф забезпечується зв'язок основного і резервного комплектів АРМ ДСП з іншими споживачами (віддалений моніторинг, АСОУП, ДЦ) це здійснюється по каналах зв'язку TCP / IP.

Системи віддаленого моніторингу (ВМ) призначені для контролю об'єктів з використанням ліній зв'язку і передачі даних.

У структурі БМРЦ до рівня забезпечення відносяться виносне табло та пульт-маніпулятор, а до рівня планування – маршрутний набір. В структурі МПЦ є можливість об’єднати ці рівні – АРМ ДСП та АРМ ШН відносяться як до рівня забезпечення так і до рівня планування. Це показано в таких системах як Ebilock-950, ЕЦ-ЄМ, Ипуть, МПЦ-І, МПЦ-М, МПЦ-Т та МПЦ «НВП« САТЕП ». Але як було виявлено в результаті дослідження можна також розбити їх на два рівня, тоді монітор з алфавітно-цифровою клавіатурою та маніпулятором типу «мишка» можна віднести до рівня забезпечення, а системний блок до рівня планування. Такий підхід приведений в системі МПЦ-МПК, МПЦ-М3-Ф.

У системі БМРЦ для зв’язку рівня забезпечення та планування з рівнем керування та контролю застосовується прямопровідне з’єднання, коли в системах МПЦ використовуються локальні мережі різних типів. В системах ЕЦ-ЄМ, Ипуть, МПЦ-І, МПЦ-М, МПЦ «НВП« САТЕП », Ebilock-950 та МПЦ-МПК використовується локальна мережа типу Ethernet.

При роботі мережі Ethernet використовується топологія «зірка», в якій кожен вузол (пристрій) з'єднаний по мережі з іншим вузлом за допомогою активного мережного обладнання. Дані відправляються у вигляді пакетів. Фізичним середовищем для організації каналу передачі в системах МПЦ служить вита пара.

Для організації резервного каналу зв’язку в системі МПЦ-М застосовується мережа передачі даних Modbus Plus. Вона використовує метод передачі даних або формату «точка-точка», або з передачею маркера. Таким чином, мережі, побудовані на цьому протоколі обміну, є одноранговими, будь-який пристрій може бути як провідним, так і веденим, а так само ініціювати обмін даними. Фізичний рівень протоколу Modbus Plus представлений RS-485 інтерфейсом.

В системі МПЦ-Т та МПЦ-М3-Ф застосовується мережа передачі даних Profibus.

Мережа Profibus об'єднує технологічні і функціональні особливості послідовного зв'язку. Вона дозволяє об'єднувати розрізнені пристрої автоматизації в єдину систему. Мережа використовує обмін даними між ведучим і веденими пристроями (протоколи DP і PA).

На рівні керування та контролю в системі МПЦ-МПК застосовуються контролери А та Б, а також контролери комплектів. Вони забезпечують виконання наступних завдань:

– збір та обробка інформації про стан об'єктів (положення стрілок, вільність або зайнятість рейкових кіл, цілісність ниток світлофорних ламп) відповідно до алгоритму функціонування систем централізації стрілок і сигналів;

– обмін інформацією з АРМ ДСП та іншими АРМами по локальній обчислювальній мережі (ЛОМ);

– реалізація команд ДСП з установки, скасування маршрутів, переведення стрілок та інше з дотриманням всіх вимог щодо забезпечення безпеки руху поїздів;

– спряження з системами ДЦ.

Безпека мікропроцесорної централізації забезпечується за рахунок дублювання обчислювальних засобів і використання принципу керування, при якому активізація виконавчих об'єктів здійснюється лише за наявності відповідних команд на виходах обох каналів дубльованої системи. До рівня входять 4 контролера МПЦ і контролери комплектів, що утворюють безпечну дубльовану структуру з резервуванням, функціонуючу за принципом 2 з 2.

В системі МПЦ-М3-Ф використовується керуючий комп’ютер. Він представляє комплекс мікропроцесорних пристроїв, який забезпечує установку, замикання і розмикання маршрутів на станції при дотриманні вимог безпеки руху поїздів шляхом перевірки виконання необхідних взаємозалежностей програмно мікропроцесорними засобами.

Керуючий обчислювальний комплекс побудований на базі керуючого комп'ютера ЕСС SIMIS-W і забезпечує виконання основних функцій МПЦ-МЗ-Ф

з контролю стану об'єктів та керування стрілками, світлофорами та іншими об’єктами станції та прилеглих перегонів з дотриманням вимог безпеки руху поїздів у відповідності до принципів, прийнятих в існуючих пристроях ЕЦ.

Контролер збору даних містить наступну апаратуру: мережеві комутатори, термінальні плати з блоками введення, термінальні плати з блоками виведення, клеми введення, клеми виведення, блоки вентиляторів, блоки живлення комутаторів, резервувати розподілену матрицю опитування та два комплекти пристроїв, встановлених в одному каркасі мікропроцесорної комп'ютерної системи. Своєчасний контроль помилок релейного матриці опитування дозволяє виключити передачу помилковою інформації на керуючий обчислювальний комплекс, що виключає формування помилкових команд для маневрових локомотивів, обладнаних бортовою апаратурою і тим самим знижує ймовірність аварійних ситуацій на станції.

В МПЦ-М використовуються програмно-логічні комплекси (ПЛК). Після обробки керуючих команд в основному і резервному ПЛК кожного з обчислювальних каналів здійснюється керування виконавчими пристроями за допомогою віддалених модулів вводу/виводу. Інформація на ці модулі надходить з основного ПЛК за умови, що він справний. В іншому випадку, віддалені модулі введення/виведення працюють з інформацією, що надійшла від резервного ПЛК. Інформація на віддалені модулі вводу / виводу для кожного обчислювального каналу передається одночасно по двох окремих незалежним груповим каналах передачі даних мережі «RIO». Пріоритетним каналом є основний. Коли він відмовить або віддалений модуль введення/виведення прийме помилкову інформацію, тоді буде задіяний резервний канал.

В системі ЕЦ-ЄМ застосовують триканальний керуючий обчислювальний комплекс (КОК). Центральною ланкою цієї системи є програмно-апаратні засоби в складі технологічного програмного забезпечення. Він вирішує всі завдання з виконання залежностей ЕЦ в процесі керування напільними об'єктами і їх контролю. У складі керуючого комплексу функціонують наступні основні підсистеми ЕЦ-ЕМ:

– введення/виведення, які контролюють і керують об'єктами автоматики;

– діалогова, що забезпечує взаємодію ДСП з КОК а також зв'язок ЕЦ-ЕМ з розташованими вище системами;

– центральних залежностей, що реалізує виконання технологічних функцій ЕЦ по централізації і блокуванню стрілок і світлофорів;

– діагностики, що забезпечує контроль справного стану всіх блоків КОК, виявлення відмов і відключення несправної апаратури.

Система МПЦ-І використовує керуючі контролери централізації (ККЦ). ККЦ конструктивно складається з 3-х компонентів:

– шафи керування (ШУ) з розташованою в ньому системою комутації зовнішніх підключень;

– двох контролерів централізації;

– пристроїв сполучення з об'єктами.

Пристрої сполучення з об'єктами одночасно виконують функції порівняння керуючих впливів однойменних виходів контролерів та прийняття рішення про вплив на об'єкт керування. Кожен ККЦ апаратно складається з монтажного блоку, модулів підключення, модуля центрального процесора, модулів базових, модуля послідовного інтерфейсу і блоку стабілізованого живлення.

В системі САТЕП застосовується ПЛК на основі процесорних модулів. Вони виконують наступні задачі:

– забезпечення всіх логічних залежностей електричної централізації; перевірку всіх умов функціональної безпеки системи;

– обробку інформації, що надходить з апаратури верхнього рівня і ОК;

– видачу управляючих впливів на елементи системи: контроль поточного стану всіх пристроїв МПЦ, ведення архіву стану всіх пристроїв системи і дій оператора у вигляді "чорного ящика", надання діагностичної інформації;

– проведення періодичних тестів системи; контроль працездатності ОК, АРМ ДСП;

– аналіз коректності запитів на керуючі дії від оператора.

Програмно-логічний комплекс Ebilock-950 та Ипуть складається з центрального комп’ютера до якого входять два ядра – основне та резервне. В МПЦ-Т ПЛК на основі Simatic S7.

Для зв’язку між рівнем керування та забезпечення і рівнем спряження в системах МПЦ-М та САТЕП використовується мережа RIO. Інформація з модулів надходить з основного ПЛК за умови, що він справний. В іншому випадку, віддалені модулі введення / виведення працюють з інформацією, що надійшла від резервного ПЛК. Інформація на віддалені модулі вводу / виводу для кожного обчислювального каналу передається одночасно по двох окремих незалежним груповим каналах передачі даних мережі «RIO». Пріоритетним каналом є основний. Коли він відмовить або віддалений модуль введення/виведення прийме помилкову інформацію, тоді буде задіяний резервний канал.

Системи Ebilock-950, ЕЦ-ЄМ, Ипуть, МПЦ-І, МПЦ-МПК, МПЦ-М3-Ф використовують шину даних RS-485, а система МПЦ-Т для передачі даних застосували мережу Profibus (таблиця 1.10).

На рівні спряження система Ebilock-950 використовує концентратори та об’єктні контролери. Концентратор забезпечує обмін інформацією між портом петлі зв'язку та об'єктними контролерами. Він також може використовуватися як відновлюючий повторювач для посилення сигналу в тому випадку якщо відстань між двома активними концентраторами занадто велике. Кожен концентратор складається з двох комунікаційних модулів. Для підвищення готовності системи, забезпечується надлишкове резервування у вигляді другого мікропроцесора. Це означає, що передача інформації може тривати без порушень в разі якогось апаратного відмови. Однак у випадку зникнення живлення CIS автоматично ізолює концентратор що відмовив і реконфігурує петлю зв'язку таким чином, щоб забезпечити зв'язок з іншими концентраторами з обох її сторін.

Кожен об'єктний контролер являє собою пристрій з необхідним набором інтерфейсних модулів для керування і контролю стану специфічного типу напільного обладнання. Об'єктний контролер приймає накази, трансльовані концентратором, і перетворює їх в сигнали керування для напільного обладнання. Подібним чином, об'єктний контролер приймає сигнали від напільного обладнання і перетворює їх на телеграми про стан і несправності, що передаються в концентратор для трансляції в центральний комп'ютер.

Петля зв'язку являє собою середовище передачі між петльовим портом і концентраторами. Петля являє собою чотирьохпровідний телекомунікаційний кабель (дві кручені пари), використовуваний внутрішніми модемами. У нормальних умовах центральний комп’ютер працює з петлею з первинної сторони (ліворуч), контролюючи при цьому її стан з вторинної сторони (праворуч). У разі пошкодження кабелю, центральний комп’ютер автоматично ізолює пошкоджену ділянку кабелю, реконфігурує петлю таким чином, щоб забезпечити роботу з обох її сторін. Дана особливість дозволяє запобігти відмови всієї петлі зв'язку у разі поодинокого ушкодження.

В кожному стативі можна розмістити до 15 концентраторів, а на кожний концентратор припадає по 8 об’ктних контролерів, які в свою чергу керують приколійними пристроями.

Система об’ктних контролерів застосовується і в системі ЕЦ-ЄМ.

Система МПЦ-МПК використовує контролери безпечного спряження. Контролери безпечного спряження відносяться до пристроїв спряження логічного рівня (таблиця 1.10).

В інших системах використовуються модулі вводу/виводу. Вони призначені для безпечного двоканального введення і виведення дискретних сигналів контролю та керування з контролем справного стану комутаційних ланцюгів.

Таблиця 1.10 – Елементи структур систем МПЦ

Рівні

Елементи

МПЦ «ІПУТЬ»

Ebilock-950

ЕЦ-ЕМ

МПЦ-У

МПЦ-Т

Рівень забезпечення та планування

АРМ

АРМ ДСП (осн.)

+

+

+

+

+

АРМ ДСП (рез)

+

+

+

+

+

АРМ ШН

+

+

+

+

+

АРМ СДПР ДСП

+

–

–

–

–

АРМ ВМ

–

–

–

–

–

АРМ Оператора

–

–

–

+

–

ЕОМ

Тип ЕОМ

Офісні

Проми-слові

Проми- слові

Проми- слові

Проми-слові

Вид операційної системи

MS Windows NT

MS Windows NT 4.0.

Linux

Linux Fedora Core

MS Windows 3.11

Рівень керування та контролю

Мережа

Тип мережі

Ethernet

Ethernet

Ethernet

Оптична мережа

Profibas

Протокол

TCP-IP

TCP-IP

TCP-IP

FMS

FDL

Пристрої керування та контролю

Центра-льний комп’ютер

Центра-льний комп’ютер

Керуючий обчислюва-льний комплекс

Обчислювач керуючий

ПЛК на основі Simatic S7

Рівень спряження

Мережа

Тип мережі

Ethernet

Ethernet

Ethernet

Оптична мережа

Profibas

Протокол

TCP-IP

TCP-IP

TCP-IP

TCP-IP

FMS

Пристрої спряження

Блоки спряженя

Конце-нтратори та об’єктні контролери

Модулі in-out та об’єктні контролери

Контролер вводу-виводу

Станція розподі-леного in-out

Продовження таблиці 1.10

Рівні

Елементи

МПЦ-М3-Ф

МПЦ-М

МПЦ-МПК

МПЦ-І

МПЦ НВП «САТЕП »

Рівень забезпечення та планування

АРМ

АРМ ДСП (осн.)

+

+

+

+

+

АРМ ДСП (рез)

+

+

+

+

+

АРМ ШН

+

+

+

+

+

АРМ СДПР ДСП

–

–

–

–

–

АРМ ВМ

+

–

–

–

–

АРМ Оператора

–

–

+

–

–

ЕОМ

Тип ЕОМ

Промислові

Проми-слові

Проми- слові

Офісні

Проми-слові

Вид операційної системи

Linux

Windows NT

Linux

Microsoft Windows NT

QNX Neutrino

Рівень керування та контролю

Мережа

Тип мережі

Profibas

Modbus Plus Ethernet

Ethernet

Ethernet

Ethernet

Протокол

FDL

HDLC TCP-IP

TCP-IP

TCP-IP

Qnet

Пристрої керування та контролю

Керуючий комп’ютер ЕСС та апаратура збору даних

Програ-мнологі-чний комплекс

Контролери (основні та резервні)

Керуючі контролери централізіції

ЭВМ залежно-стей

Рівень спряження

Мережа

Тип мережі

Profibas

Rio

Інтерфейс RS-485

Ethernet

Rio

Протокол

FDL

TCP-IP

TCP-IP

CAN

Пристрої спряження

Модулі вводу-виводу

Віддалені модулі in-out

Контролери безпечного спряження

Блоки спряженя

об’єктні контро-лери