
СРД / Микропроцессорные локомотивные системы
.doc
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Микропро
цессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения (Окончание) Назначением антенны радиоканала РК является канализация радиосигналов между локомотивной и стационарной радиостанциями системы. Диапазон частот — 455 — 470 МГц. Для автоматической подвижной связи АПС на перегоне расстояние между базовыми станциями БС (зона БС) составляет 20 км, число поездов, участвующих в АПС в зоне, — 12 и более, минимальный период связи БС с каждым поездом (при 12 в зоне) — 1 с, число случайных одиночных потерь связи в движении — максимум 5 %. Для АПС на станции максимальный размер станции, парка (зона БС) составляет 6 км, число локомотивов, связанных с постом станции, парка в зоне — от 2 до 20, минимальный период связи станции с каждым локомотивом в своей зоне — 1 с. Минимальное время доступа связи БС — локомотив в обоих случаях равно 0,1 с, вероятность необнаруженной ошибки в расчете на одно сообщение — 10–14. При разработке системы большое внимание уделялось повышению ее надежности. КЛУБ-У любого исполнения имеет следующие параметры надежности: средняя наработка на отказ не менее 27 000 ч; среднее время восстановления работоспособного состояния не более 1 ч; полный средний срок службы не менее 15 лет. Вероятность опасного отказа КЛУБ-У не превышает 10–9. Система КЛУБ-У расчленяется на самостоятельные функционально законченные модули и узлы. Эти модули можно заменять без дополнительной настройки и подгонки при установке. В системе КЛУБ-У реализованы конструктивные способы снижения опасных отказов: элементы каналов обработки информации и управления ЭПК в БЭЛ-У топологически разнесены для исключения взаимосвязи; схемотехническая реализация локальной микросети выполнена таким образом, чтобы отказ модулей не блокировал микросеть; входные и выходные цепи, высоковольтные и низковольтные, а также высокочастотные разнесены для исключения взаимовлияния. В системе предусмотрена встроенная диагностика, выявляющая и индицирующая отказы основного и резервного комплекта. Предусмотрен также фоновый тест в каналах двухканальных узлов системы, который способствует обнаружению скрытых ошибок. Подготовительный тест перед поездкой уменьшает возможность наследования скрытых ошибок от поездки к поездке. Для эффективного использования аппаратуры КЛУБ-У разработаны автоматическое устройство дешифрации регистрируемой информации и комплекс средств предрейсового контроля. Быстрая и объективная автоматическая дешифрация регистрируемой на съемном носителе информации позволяет анализировать качество работы локомотивной бригады и исправность локомотивного оборудования. Блок ввода данных предрейсового контроля БВД-У осуществляет проверку аппаратуры перед поездкой и предназначен для перепрограммирования электронной карты. На Российские железные дороги уже поставлено более 740 комплектов КЛУБ-У. Системой оборудованы локомотивы более 20 типов на 16 железных дорогах. Планами МПС предусмотрено оснащение аппаратурой КЛУБ-У всех локомотивов и моторвагонных поездов железных дорог страны. Аппаратура КЛУБ-П и КЛУБ-УП Для специального самоходного подвижного состава в 1999 г. на базе аппаратуры КЛУБ и КЛУБ-У разработаны специализированные устройства КЛУБ-П и КЛУБ-УП. Аппаратуру КЛУБ-П, предназначенную для специальных самоходных подвижных единиц второй категории, отличают уменьшенные размеры и масса, современная элементная база и повышенная надежность. Набор функций КЛУБ-П следующий: исключение несанкционированного движения подвижной единицы; измерение скорости движения и автостопное торможение при превышении допустимой скорости движения по показаниям светофоров; прием информации из канала АЛСН, ее дешифрация и индикация машинисту; контроль бдительности и бодрствования машиниста и формирование сигналов для внешнего устройства регистрации. Электропитание системы осуществляется из бортовой сети напряжением 24 В постоянного тока. В настоящее время аппаратурой КЛУБ-П оборудовано более 3600 единиц самоходного подвижного состава. Для специальных самоходных подвижных единиц первой категории создано устройство КЛУБ-УП (рис. 4). В нем в отличие от аппаратуры КЛУБ-У отсутствует горячее резервирование основных узлов и возможность работы по точечному каналу связи с путевыми индукторами, упрощен блок индикации. Питание производится от бортовой сети напряжением 24 и 12 В постоянного тока. Система КЛУБ-УП исключает несанкционированное движение путевой машины и нарушение скоростного режима, контролирует торможение перед запрещающим сигналом светофора и состояние тормозной системы, следит за бдительностью машиниста, посредством устройств спутниковой навигации представляет точное время, координату и фактическую скорость, выдает график движения, отображает на основании данных электронной карты информацию о названии контрольных точек (станция, переезд, мост, опасный участок и т. п.) и расстоянии до них, записывает параметры движения в электронной памяти кассеты регистрации. В дальнейшем с помощью компьютера обеспечивается быстрая дешифрация информации о параметрах движения. В настоящее время системой КЛУБ-УП оснащено 1600 единиц специального самоходного подвижного состава.
Изготовление перечисленных устройств налажено в ОАО «Ижевский радиозавод». Спутниковая навигация и цифровая радиосвязь В настоящее время на Российских железных дорогах для определения местоположения локомотива все более широкое применение находят комбинированные приемники, осуществляющие автоматический поиск, прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Приемники позволяют непрерывно определять значения географических координат (широту и долготу) и пройденный путь транспортного средства независимо от других измерительных устройств, а также астрономическое время и скорость движения поезда. Протокол обмена с приемником обеспечивает вывод параметров движения и времени, контроль за достоверностью и точностью измеренных координат, текущим положением всех спутников, состоянием приема сигналов спутников в каналах приемника, исправностью приемника и другие возможности, которые используются при разработке новых функций навигации КЛУБ-У (например, точное определение положения мобильного объекта относительно стационарного объекта на железнодорожной станции). Навигационная аппаратура ведет одновременный прием по 12 каналам, точность автономного определения скорости (с вероятностью 95 %) составляет 0,1 м/с, точность метки единого времени относительно времени UTC — 1 мкс, среднеквадратическая горизонтальная ошибка автономного определения положения — 25 м, а среднеквадратическая горизонтальная ошибка определения положения на станции относительно опорного станционного приемника — 2 м. Приемники обеспечивают устойчивую работу как при запуске без известного альманаха CHC GPS и ГЛОНАСС («холодный старт»), так и при известной априорной информации («теплый старт»). Передача данных на локомотив в новых системах осуществляется несколькими способами. Работу путевых устройств АЛСН и АЛС-ЕН дополняют радиоканал системы координатного регулирования движения поездов, путевые индукторы точечной передачи и радиоканал маневровой автоматической локомотивной сигнализации МАЛС. Устройство цифровой радиосвязи позволяет:
Система МАЛС Одной из приоритетных задач ВНИИАС МПС России является разработка систем автоматизированного управления движением маневровых локомотивов на станциях с применением цифрового радиоканала связи. К числу таких систем относится маневровая автоматическая локомотивная сигнализация МАЛС, вторая версия программного обеспечения которой внедряется в настоящее время на железных дорогах страны. Ее разработкой и внедрением на основе технических заданий, представленных ВНИИАС, заняты конверсионные предприятия ОАО «Ижевский радиозавод» (станционная и бортовая аппаратура, сервисное оборудование) и ПО «Октябрь» (датчики импульсов). Система МАЛС предназначена для обеспечения безопасности проведения маневровых работ на железнодорожных станциях и запрета движения локомотива (состава) со скоростью выше допустимой, а также для автоматической его остановки перед закрытым сигналом или местом проведения работ. Применение этой системы позволяет исключить столкновения вагонов и локомотивов на станциях и предотвратить возникновение аварий из-за ошибок обслуживающего персонала. МАЛС включает в себя станционную и локомотивную аппаратуру (рис. 5).
Основными компонентами локомотивной аппаратуры МАЛС (рис. 6) являются: бортовой контроллер, блок переключателей, блок индикации, блок управления, приемопередатчик и антенна типа QW-70UM.
Бортовой контроллер получает команды от станционной аппаратуры через приемопередатчик. Контроллер опрашивает состояние электрооборудования локомотива через блок переключателей и считывает информацию с датчиков импульсов. Информация для машиниста отображается на экране монитора блока индикации, а команды машинист вводит в бортовой контроллер с помощью функциональной клавиатуры блока управления. Максимальное время задержки ответа на телеграмму станции равно 0,1 с, наибольшая длина телеграммы — 256 байт, напряжение питания локомотивной аппаратуры — 50±10 В, потребляемая мощность — 100 Вт, мощность излучения — 5 Вт, уровни входных сигналов — 50, 75 и 110 В, цикл опроса входных сигналов — 0,2 с, скорость передачи по радиоканалу — 9600 Бод. Локомотивная аппаратура может работать в трех режимах: ручном, автономном и телеуправления. В качестве канала передачи информации от стационарных устройств на локомотивные в системе МАЛС используется цифровой радиоканал, работающий в диапазоне 460 МГц. Цифровой радиоканал системы совместно с высокопроизводительным компьютером обеспечивает оперативность управления локомотивами и слежения за их местоположением, недостижимые традиционными средствами. Предусмотрена возможность получения информации о состоянии централизации станции от таких систем, как ДЦ «Сетунь» и др., а также передачи информации о состоянии ЭЦ станции этим системам. При стыковке МАЛС с аппаратурой «Диалог-Ц» появляется возможность передачи маршрутных заданий на локомотив непосредственно с АРМ дежурного по станции, что позволяет полностью автоматизировать управление маневровой работой. Таким образом, внедрение системы МАЛС на станциях совместно с другими системами железнодорожной автоматики обеспечивает комплексный подход к модернизации существующих устройств СЦБ. В системе МАЛС заложена возможность передачи маршрутных заданий на поездные локомотивы, оборудованные системой КЛУБ-У с цифровым каналом радиосвязи. Это позволяет повысить безопасность прохода поезда по станции, исключить проезд запрещающего сигнала и превышение допустимой скорости движения. Программное обеспечение станционной аппаратуры системы МАЛС работает в операционной системе OS/2 и основано на использовании объектно-ориентированных подходов, что позволяет сделать систему гибкой, управляемой и способной органично адаптироваться к эксплуатационным требованиям. Исходным языком является С++. Прикладное ПО бортового оборудования МАЛС представляет собой стандартное приложение DOS, работающее в режиме реального времени. ПО осуществляет постоянный мониторинг состояния движения локомотива, клавиатуры, состояния электрооборудования локомотива, данных радиоканала (телеграммы Поста) и выводит на монитор информацию о допустимой скорости движения, ожидаемой скорости движения на следующей изолированной секции, числе свободных впередилежащих блок- участков, расстоянии до первого по ходу изолированного стыка; расстоянии до места проведения работ и до конца маршрутного задания; установленном режиме работы и заданном маршруте и другую информацию. В критических ситуациях программа воздействует на управление силовой установкой локомотива и производит плавное или экстренное его торможение. Структурно прикладное ПО состоит из ядра и драйверов, осуществляющих взаимодействие с подключенными устройствами (клавиатурой, радиомодемом и т. п.). Обмен данными между ядром и драйверами происходит посредством буферов обмена. На исходном языке программирования (С++) драйверы, как правило, представлены отдельными модулями. Такая структура позволяет независимо модифицировать модули, сохраняя при этом функциональную целостность программы. Контроль передаваемой информации между станционной и локомотивной аппаратурой осуществляется по протоколу CRC32. Функциональная безопасность МАЛС основана на двухкомплектном построении аппаратуры как на уровне считывания данных с реле электрической централизации, так и на уровне обработки данных, ввода команд пользователя и вывода оперативных данных, а также управления подвижными объектами по радиоканалу. Сейчас система выполняет основные задачи обеспечения безопасности при выполнении маневров на станции и запрещения проезда закрытого сигнала. Дополнительно она может информировать машиниста о негабаритных местах и местах работ на путях в заданном маршруте, допустимой скорости движения и т. д. Кроме того, конструкторские решения МАЛС создали предпосылки к интеллектуальному ее наполнению и превращению в систему нижнего уровня для формирования и передачи исходных данных в вышестоящие компьютерные системы, облегчения и изменения технологии работы дежурного по станции, маневрового диспетчера, электромеханика СЦБ. Создана основа для разработки новых программно-технических комплексов, обеспечивающих получение в локомотивном депо оперативной информации и создание единой информационной базы по техническому и функциональному состоянию подвижных единиц, приписанных к депо и оборудованных аппаратурой КЛУБ, МАЛС, горочной АЛС и других систем. Предварительные итоги Рассмотренные устройства выполняют задачи обеспечения безопасности и управления движением поезда. КЛУБ производит экстренное торможение поезда при проезде им запрещающего сигнала, САУТ — прицельную остановку поезда перед запрещающим сигналом с использованием режимов служебного торможения. Существенное внимание по-прежнему уделяется контролю бодрствования и бдительности машиниста. Все чаще применяется устройство ТС КБМ, контролирующее состояние машиниста путем отслеживания изменения электрического сопротивления кожи. Для выявления причин возникновения критических ситуаций при движении поезда необходимо регистрировать параметры движения, сигналы, формируемые системой, состояние машиниста и результаты диагностики локомотивного оборудования и тормозной системы на съемном носителе. Длительное время для этого использовалась бумажная лента. В последние годы используются кассеты с энергонезависимой электронной памятью. Для обеспечения высокого уровня безопасности движения необходимы системы автоведения, интеллектуальные возможности которых позволяют решать дополнительные принципиально важные задачи. Предпосылки для интегрального повышения безопасности движения создаются за счет рациональных режимов ведения поездов, стабилизации графика движения, облегчения труда машиниста и т. п. Опасные отказы микропроцессорных локомотивных устройств редки и трудно идентифицируемы. Накопленный опыт обеспечения безопасной работы бортовой аппаратуры свидетельствует о необходимости дублирования исходного устройства и применения специального устройства сравнения или мажоритарного избирания. Такая схема позволяет с высокой степенью вероятности выявлять все случаи отказов в системе и исключать накопление отказов при сохранении ее работоспособности. Надежная и безопасная работа локомотивного комплекса управления может обеспечиваться за счет взаимного резервирования параллельно работающих систем КЛУБ, САУТ и др. Появление всех перечисленных и иных высокотехнологичных средств регулирования движения поездов создало предпосылки для разработки и внедрения на железных дорогах Российской Федерации новой многоуровневой системы регулирования и обеспечения безопасности движения. Ее разработка ведется в настоящее время во ВНИИАС МПС России. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
К началу статьи |
|