Автоматизация процесса передачи информации с бортового регистратора на стационарный комплекс обработки

Крутова А.А.

ИТ0801

Оглавление

Введение 4

ГЛАВА 1. Обзор основных технологий передачи информации 7

1.1Модель OSI 8

1.2Системы идентификации объектов 11

1.2.1Оптическая идентификация 12

1.2.2Радиочастотная идентификация 13

1.3Технологии беспроводной передачи данных 16

1.3.1BlueTooth 16

1.3.2WiFi 19

1.3.3ZigBee 24

1.4Ethernet 28

1.5CAN 30

1.6USB-интерфейс 33

1.7Вывод 35

ГЛАВА 2. Проектирование автоматизированной системы передачи 36

2.1Система управления движением поезда «Витязь» 36

2.2 Принцип автоматизированной системы передачи и используемое оборудование 39

2.3 ТЗ на разработку ППП передачи информации 46

2.4 Выбор концепции программирования 47

2.5 Выбор среды и языка программирования 50

2.6 Структура регистрации 52

2.7 Вывод 53

ГЛАВА 3. Разработка пакета прикладных программ для передачи информации с РПДП 55

3.1 Организация сетевого соединения с РПДП 55

3.2 Абстракция процесса обмена информацией 62

3.3Алгоритм чтения оглавления РПДП 63

3.4Алгоритм чтения регистрации РПДП 69

3.5Анализ регистрации 71

3.6Вывод 74

ГЛАВА 4. Тестирование системы передачи. 76

4.1Цель тестирования 76

4.2Требования к ПО стенда РПДП 76

4.3Установление USB соединения 77

4.4Упаковка и отправка эталонной регистрации по USB 82

4.5Считывание регистрации с РПДП по Wi-Fi и сравнение. 87

4.6Вывод 88

ГЛАВА 5. Безопасность жизнедеятельности 89

5.1Безопасность условий труда инженера-программиста 89

5.1.1Эргономические требования к рабочему месту программиста 89

5.2.Вредные производственные факторы в помещениях 92

5.2.1Уровень шума 92

5.2.2Освещенность рабочего места 92

5.3Обеспечение мер противопожарной безопасности 95

5.4Вывод 96

Глава 6. Технико-экономическое обоснование автоматизированной системы передачи 97

6.1Расчет технико-экономических показателей системы передачи информации без использования радиоканала 98

6.2 Расчет технико-экономических показателей системы передачи информации с использованием радиоканала 101

6.3Расчет экономической эффективности автоматизированного процесса передачи информации с использованием радиоканала 107

6.4Вывод 108

Заключение 109

ЛИТЕРАТУРА 112

Введение

Актуальность

Начало нового столетия сопровождается урбанизацией населения, ростом требований к мобильности и сокращению сроков поездок в пределах городов. Улицы и проспекты, предназначенные для общественного и индивидуального автомобильного транспорта, уже не справляются с потоком машин, превращая в часы пик городские районы в огромные пробки. В этих условиях метрополитен становится единственным спасением для многих тысяч пассажиров каждый день. Следовательно, встает вопрос, каким образом обеспечить комфортное, скоростное, а главное, безопасное, передвижение на линиях метрополитена. Системы обеспечения безопасности движения давно стали обязательными для электроподвижного состава метрополитена и предназначены для обеспечения безопасной эксплуатации поездов.

Теоретическая и методологическая основа проектирования

Основой систем обеспечения безопасности движения является устройство автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости АЛС-АРС. В системе АЛС-АРС поезд получает значение допустимой скорости от рельсовой цепи в виде частотного кода. Данное значение действует в качестве скоростного ограничения на протяжении всего блок-участка. Выключение тяги и воздействие на тормоза электропоезда при получении менее разрешающего кода допустимой скорости должны обеспечить безопасность движения и интервальное регулирование движения поездов. Таким образом, АЛС-АРС обеспечивает следующие основные функции безопасности:

• прием и дешифрирование кодированных сигналов АЛС и формирование индикации о предельно допустимой скорости движения;

• непрерывный контроль предельно допустимой скорости движения и автоматическое торможение электропоезда при ее превышении фактической скоростью.

В настоящее время, современные достижения в науке и технике позволяют расширить функциональные возможности систем обеспечения безопасности движения электропоездов, обеспечить их более надежную работу и, как следствие, сделать эксплуатацию подвижного состава более безопасной.

В качестве примера расширения функциональных возможностей систем безопасности можно указать:

• введение функции самодиагностики устройств безопасности. В сочетании с резервированием устройств безопасности обеспечивается более высокая надежность их работы и безопасность движения;

• обеспечение функциональной безопасности устройств. Под функциональной безопасностью устройств надо понимать отсутствие возможности опасного отказа устройств, в результате которого может происходить нарушение безопасности движения. Для этого все модули, формирующие данные, непосредственно влияющие на безопасность движения, должны иметь в своем составе независимые каналы, осуществляющие параллельную обработку информации;

• выполнение функции определения местоположения подвижного состава на линии и, на ее основе, обеспечение прицельной остановки электропоезда у сигнального знака «Остановка первого вагона» (знак ОПВ);

• организация управления подвижным составом в автоматическом режиме без участия машиниста (локомотивной бригады) – режим автоведения;

• регистрация параметров движения поезда и контроль работоспособности оборудования, действий локомотивных бригад и ремонтного персонала.

Объединение и реализация перечисленных выше функций в одной системе придает ей свойство комплексности и определяет ее как комплексную систему безопасности движения поезда (КСБДП).

Таким образом, комплексная система безопасности должна состоять из следующих основных функциональных подсистем:

- АЛС-АРС на основе рельсовых цепей;

- измерения скорости минимум двумя независимыми устройствами;

- определения местоположения поезда и автоведения;

- технической диагностики и регистрации параметров движения.

В настоящее время существует большое количество масштабируемых систем автоматического управления движением поездов. Они различаются по принципам и техническим решениям, используемым при их разработке, а также по степени автоматизации – от автоматизированного движения поезда с информационной поддержкой машиниста (режим подсказки) до полностью автоматического управления движением с максимальной эксплуатационной гибкостью. Сегодня метрополитены крупнейших городов мира осуществляют переход на микропроцессорные системы централизации и управления, в которых меняются принципы передачи данных (на радиосвязь), что является очень эффективным. Такие системы способны объединять в семе весь комплекс перечисленных выше мер по обеспечению безопасности движения.

Первая в мире система управления движением поездов на базе радиосвязи была внедрена на линии Canarise нью-йоркского метрополитена протяженностью 17 км. Это была система Trainguard MT компании Siemens. В дальнейшем такие крупные города, как Париж, Пекин, Стамбул и многие другие осознали необходимость перехода на микропроцессорные системы.

Система Trainguard MT с помощью установленного на локомотиве одометра и радара определяет направление движения, скорость и местоположение поезда, которое уточняется при проезде им контрольных точек пути. Эта информация через бортовую антенну и расположенные на участках пути точки доступа непрерывно передается на центральный пост, который определяет местоположение последнего вагона как точку прицельного торможения, производит расчет безопасных поездных интервалов и отправляет эту информацию на следующие поезд. Бортовой компьютер следующего поезда, исходя из переданной с центрального поста информации, рассчитывает кривые торможения, принимая во внимание различные параметры.

В Московском метрополитене используется система управления, безопасности и технической диагностики «Витязь», построенная как многопроцессорная локальная вычислительная сеть. Система «Витязь» предназначена для установки на вагонах метро моделей 81-740/741, 81-760/761 и их модификаций.

Система «Витязь» выполняет следующие основные функции:

• обеспечение управления поездом и вагонным оборудованием в режиме ручного управления;

• автоматическое ограничение скорости поезда по сигналам с рельсовой линии (автоматическое регулирование скорости – АРС);

• сигнализацию о допустимой, предупредительной и текущей скоростях (автоматическая локомотивная сигнализация – АЛС);

• обеспечение технической диагностики и сигнализации о неисправностях вагонного оборудования и самой системы;

• обеспечение управления климатическими установками салонов вагона, переключение режимов работы кондиционеров (зима/лето);

• обеспечение обмена информации между блоками системы «Витязь»;

• ввод информации с устройства первоначального ввода и вывод информации на устройство отображения информации;

• выдачу рекомендаций машинисту по оптимальному управлению электропоездом.

Разработка системы «Витязь» началась в 1993 году. С 1998 года началась её опытная эксплуатация на Люблинской линии Мосметрополитена. В 2002 году была проведена глубокая модернизация системы с изменением её структурной схемы, принципов построения основных блоков и используемой элементной базы.

В настоящее время свыше 150 составов различной длины с системой «Витязь» эксплуатируются на Филевской, Арбатско-Покровской, Люблинской, Бутовской и Кольцевой линиях Московского метрополитена и в метрополитенах городов Казани и Софии.

Сегодня эту систему нельзя назвать комплексной, так как она не включает в себя функции централизованного автоведения по командам диспетчерского центра и функции регистрации параметров движения поезда с дальнейшей передачей этих параметров на стенд расшифровки регистратора параметров движения поезда (РПДП) по радиоканалу. В настоящее время ведется активная работа по организации разработки функциональных подсистем, которые практически реализуют данные функции.

Цель и задачи дипломного проектирования

Данный дипломный проект обеспечивает решение задачи автоматизации процесса передачи зарегистрированных системой «Витязь» параметров на удалённый стенд расшифровки РПДП. Производится проектирование системы и написание пакета прикладных программ для обеспечения передачи информации и тестирования отдельных элементов.

Автоматизация позволит заметно снизить скорость реакции инженеров метрополитена на возникающие в поездах неполадки и сразу их устранять, тем самым, значительно увеличивая безопасность движения. Помимо этого произойдет заметное снижение затрат на систему передачи информации, так как сейчас в каждом депо все данные переносятся вручную, отдельными людьми, что требует постоянного присутствия большого количества персонала на линии.

В дальнейшем планируется установить систему для считывания информации не только на въездах в депо, но и на станциях, а также в тоннелях. Это обеспечит максимальную скорость выявления и устранения возникающих неисправностей, оптимизацию оперативного управления, повысит гибкость системы.

Апробация результатов

Результаты данного дипломного проекта обсуждались на технической конференции в секции «Мультимедийные сети и услуги связи» и были опубликованы.