Современные системы микропроцессорных централизаций

Внедрение микропроцессорных централизаций на железных дорогах мира началось 25 лет назад. В табл. 3.15 приведены основные разработки МПЦ за это время. Первая микропроцессорная централизация IZH-850, созданная фирмой Ericsson, эксплуатируется с 1978 г. и постоянно совершенствовалась. Внедрено более 100 установок данной системы в разных странах. Система имеет трехуровневую иерархическую структуру (рис. 3.64). На верхнем уровне имеются основная О и резервная Р ЭВМ для управления вводом команд и данных и отображения данных [3.23]. Второй уровень содержит основной и резервный вычислительные комплексы ВК, выполняющие функции централизации. На нижнем уровне расположены концентраторы К, которые через устройства передачи данных УПД и устройства сопряжения УСО связывают ВК и напольные объекты.

 

Т а б л и ц а  3.15

Страна Фирма Обозначение системы Год внедрения Станции внедрения Безопасная структура
1 2 3 4 5 6
Швеция Ericsson IZH-850 1978 Гетеборг Хольсберг Дублирование Диверситет  
Дания DSI IZSD-770 1982 Хернинг Диверситетные программы
Германия Siemens SIMIS SIMIS-W SIMIS IS 1986   1988 Франкфурт-на-Майне Хоккенхайм Дублирование Мажоритарная
Германия Siemens EIS EIS- Regio SICAS 1989 Мурнад Ганновер Дублирование Мажоритарная
Германия Alcatel SEL AG ESTWL90 1989 1994 Нойфарн Люксембург-Центральный Мажоритарная
Германия AEG LOGISIRE Дибург Дублирование аппаратуры
Япония JNR SMILE Micro- SMILE 1985 Хигаси-Канагава Мажоритарная
Австрия Alcatel ELECTRA 1989 Ноймарк-Кальхам Мажоритарная Диверситетные программы
Великобритания GEC SSI 1985 Лимингтон Спа Мажоритарная
Великобритания Westing-house WEST-RACE Австралия Испания Диверситетные программы
Франция Alsthom PAI 1980 1983 Сен-Клу Лион Дублирование аппаратуры
США GRS VPI 1980 Нью-Йорк-Центральный   Дублирование программ
Болгария BHBTУ 1990 Бригадир Дублирование аппаратуры

Окончание Т а б л и ц ы  3.15

1 2 3 4 5 6
Швеция ABB Signal Adtranz Bombardier Transportation Ebilock 750 850 950 1984 Швеция Испания Дублирование Диверситет
Швеция VST ALISTER 2002 Швеция Аппаратный и программный диверситет
Россия Бомбардье Транспорттейшн Сигнал Ebilock-950 2000 Калашниково Дублирование Диверситет
Россия ГТСС Радиоавионика ЭЦЕ ЭЦЕМ 2001 Новый Петергоф Мажоритарная
Россия ГТСС СПбЭТЗ МПЦ2 2003 Шоссейная Мажоритарная
Россия Промэлектроника МПЦ-И Промышленный транспорт Дублирование Мажоритарная
Россия ПГУПС ЭЦ-МПК 2001 Пикалево Коли
Россия Диалог-Транс Диалог-Ц Бугач

 

Для обеспечения безопасного и надежного функционирования системы используются следующие приемы. Каждый ВК состоит из двух независимых вычислительных каналов, в которых информация кодируется и обрабатывается по-разному. Промежуточные данные и конечные результаты реализации алгоритмов сравниваются с помощью аппаратных средств. Программы, используемые в каждом из каналов, различны, их разрабатывали разные группы программистов. Процесс работы системы строится по циклическому принципу (время цикла 0,6 сек). В течение каждого цикла вычислительный канал подвергается тестированию. При обнаружении ошибок устройств переключения УП отключает неисправный ВК и включает резервный. Аппаратура централизации размещается в шкафах.

Датская система централизации JZSD-770 разработана фирмой DSI и внедрена во многих странах. Она имеет одноканальную структуру с дублированием программ. В базовый вариант системы могут входить следующие узлы (рис. 3.65): микроЭВМ рабочего места ДСП (МЭРМ), монитор М, клавиатура Кл, центральный процессор Ц (недублированная микроЭВМ), концентраторы К, относящиеся к определенному району станции (районные микроЭВМ), размещаемые на центральном посту и в непосредственной близости от напольных объектов.

Безопасность функционирования системы достигается последовательной во времени реализацией алгоритмов централизации в одном и том же процессоре, но с помощью двух различных программ, а также сравнением полученных результатов. Между центральным процессором и концентраторами данные передаются по медным шинам в виде телеграмм. При этом информация кодируется избыточными кодами. Время цикла работы системы 1 с. Непосредственное управление объектами выполняют релейные блоки.

Структура МПЦ ESTWL90 (рис. 3.66) фирмы Alcatel SEL AG включает в себя четыре уровня. На уровне 1 размещен АРМ ДСП. В его состав входят два монитора для обзорных и детальных изображений плана станции, монитор для диагностирования и вывода сообщений о неисправностях, принтер и клавиатура. Модуль извещения и ввода информации МЕМ (второй уровень) проверяет введенные оператором команды на достоверность и синтаксис. Кроме того, он обрабатывает полученные от модуля обеспечения безопасности SM сигналы и передает их на уровень АРМ ДСП. С помощью блока ВА имеется возможность сопряжения с релейной электрической централизацией, а через блок LZB-K – с автоматической локомотивной сигнализацией. На третьем уровне обеспечения безопасности проверяются все взаимозависимости между объектами централизации. Каждый модуль SM обеспечивает функционирование определенного района станции. На исполнительном уровне применяются модули управления элементами ЕАМ и параллельные интерфейсы с напольным оборудованием. Модули ЕАМ обеспечивают дальность управления до 6,5 км.

Модули МЕМ, SM и ЕАМ построены на базе микропроцессорного УВК без опасных отказов SELMIS (рис. 3.67), где: 1 – устройства последовательного ввода данных; 2 – распределительное устройство; 3, 4, 5 – микроЭВМ; 6 – блок управления переключателем; 7 – переключатель; 8 – устройства последовательного вывода данных. Безопасность функционирования обеспечивается благодаря многократной обработке информации в независимых друг от друга микроЭВМ 3–5 и сравнению входных, контрольных, промежуточных и выходных данных с помощью программного обеспечения самих микроЭВМ. Сравнение результатов реализовано по мажоритарному принципу «2 из 3». При обнаружении несоответствия данных обеспечивается безопасное отключение периферийных устройств от микроЭВМ.

В настоящее время на железных дорогах мира внедрено более 100 установок ESTW L90. Наибольшее распространение они получили в Германии, Испании и Португалии. Самая крупная система введена в 1994 г. на ст. Люксембург-Центральный для управления 930 объектами.

Фирма «Siemens», являясь лидером в области разработок средств СЦБ, начиная с 1980 г. создала целую серию МПЦ на базе безопасного микропроцессорного блока SIMIS (рис. 3.23). Эти системы внедрены во многих странах и удовлетворяют высоким требованиям безопасности и надежности. В 1989 г. на станции Мурнау внедрена первая установка системы EIS, предназначенная для крупных станций. Для применения на малодеятельных линиях разработана МПЦ EIS Regio, которая позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные расходы. Система SICAS (Siemens Computer Aided Signalling) разработана для использования в специальных случаях (региональные участки железных дорог, заводские пути, железнодорожные переезды, грузовые дворы).

Дальнейшим развитием системы ESTW является разработанная подразделением «Транспортные системы» фирмы Siemens отказобезопасная микропроцессорная система для глобального применения SIMIS W, построенная по модульному принципу. В соответствии с этим принципом система централизации представляется в виде отдельных элементов (объектов). Эти элементы соединяются друг с другом в соответствии с топологией напольного оборудования. Логическими элементами выражаются типы элементов напольного оборудования (стрелки, сигналы, переезды и т.д.). Такой подход дает возможность представлять самые различные типы централизаций – от небольших, состоящих всего из нескольких объектов, до очень крупных узловых станций (до 2000 элементов).

Система SIMIS W разделяется на функциональные уровни (рис. 3.68), которые взаимодействуют друг с другом посредством стандартизированных интерфейсов. Для передачи информации используются две различные системные шины PROFIBUS и IL-BUS, которые обладают избыточностью. Безопасность данных при передаче обеспечивается кодированием по Хэммингу с кодовым расстоянием 5. Все компьютеры, которые выполняют обработку информации, связанную с безопасностью, спроектированы с использованием принципа «SIMIS 2 из 3». Система SIMIS W применяется на более чем 100 железнодорожных полигонах в Германии, Австрии, Швейцарии и других странах. Разновидность системы с маршрутными зависимостями SIMIS IS предназначена для малых и средних станций.

Структура МПЦ системы SMILE (рис. 3.69) содержит безопасную микропроцессорную подсистему FSM, выполняющую функции централизации и блокировки [3.11]. Подсистема, построенная на микропроцессорах Intel 8085 по принципу тройного резервирования (см. рис. 3.26), управляет напольными объектами ESD. В систему входят следующие микропроцессоры: предварительной обработки информации РРМ; планирования работы станции SPM; контроля движения поездов TSM; контроля работы системы SMM; сопряжения SIM с центром управления движением поездов CTS; сопряжения IFM подсистем FSM, а также общая память СМ, пульт оператора ОС, терминал контроля движения поезда ТМТ, терминал телеконт-роля RMT.

Через дублированную шину SB и общую память микропроцессоры осуществляют обмен информацией и проверку выполнения операций. К шине SB может быть подключено до 16 микропроцессоров. Для передачи информации между терминалами связи оператора и комплексом обработки информации на посту централизации разработана местная информационная сеть SN, использующая шлейфовые линии волоконно-оптической связи. К сети SN может быть подключено до 128 терминалов. При установке системы SMILE на крупной станции с удаленными горловинами предусмотрены дополнительные подсистемы FSM, подключаемые к сети SN. Показатели производительности системы SMILE: 2000 маршрутов, по 255 сигналов, стрелок и рельсовых цепей.

Для австрийских железных дорог фирмой Alcatel Austria разработана МПЦ ELECTRA. Система имеет двухканальную структуру с программным диверситетом. Процессоры, выполняющие логические зависимости и обеспечивающие безопасность, имеют трехканальное исполнение со сравнением результатов вычислений программными средствами по мажоритарному принципу. Прикладное программное обеспечение создано независимыми группами программистов с использованием различных спецификаций и различных структур баз данных. Первая система ELECTRA была введена в эксплуатацию на станции Ноймарк-Кальхам в Австрии в 1989 г.

В Великобритании разработаны и внедряются две системы МПЦ типа SSI (фирма GEC) и типа WESTRACE (фирма Westinghouse). Система SSI применяется на крупных и средних станциях и построена на базе безопасного многопроцессорного модуля, работающего в режиме «2 из 3» с программным сравнением результатов обработки информации. Для управления путевыми устройствами используются путевые функциональные модули, которые работают в режиме «2 из 2» и управляют четырьмя стрелками и двумя сигналами. Эти модули устанавливаются децентрализованно в путевых шкафах на расстоянии не более 180 м от объектов. Каждый центральный модуль может взаимодействовать с 63 путевыми модулями. Первая система SSI была введена в эксплуатацию в 1985 г.

Система WESTRACE выполнена по одноканальному варианту с дублированным диверситетным программным обеспечением. Она применяется на протяженных участках магистральных и городских железных дорог с раздельными пунктами малых размеров. Отдельные системы централизации малых размеров соединяются линией последовательной передачи данных, за счет чего достигается экономия стоимости кабельных линий.

Система МПЦ VPI разработана фирмой General Railway Signal (США) в начале 80-х годов. Система имеет одноканальное исполнение с циклической обработкой программ первичной логики (программы централизации) и логики обеспечения безопасности (контрольной программы). Диверситет программ обеспечивается за счет специального размещения данных в памяти. Наиболее крупная установка VPI функционирует на станции Нью-Йорк-Центральный, где совместно работают 17 центральных процессоров.

Система МПЦ Ebilock эксплуатируется на многих станциях Швеции, Дании, Норвегии, Финляндии, Испании, Польши, Литвы и России. Модификации системы Ebilock-750, 850, 950  разрабатывались последовательно шведскими фирмами АВВ Signal, AdTranz, Bombardie Transportation. Описание системы Ebilock-950 дано в 8 главе.

В последнее время в Швеции разработана новая система компьютерной централизации ALISTER (фирма Vossloh System Technik). В ней, в отличие от системы Ebilock, использована новая компьютерная платформа, подобная платформе специализированных аппаратных средств (SIMIS, SELMIS). Чтобы получить уровень безопасности SIL4 (Safety Integrity Level), который требуется по европейским нормам (CENELEC) при использовании промышленных компонентов, разработчики применили принцип диверситета как по отношению к программному обеспечению, так и по отношению к аппаратным средствам.

Структура системы ALISTER показана на рис. 3.70. Ядро системы составляют два канала А и В с различной аппаратной и программной реализацией. Канал А представляет собой программируемый логический контроллер на базе процессора Intel (I 80186), а канал В – контроллер на базе процессора Motorola (М 68040). Диверситет программного обеспечения достигается за счет использования различных операционных систем и различных инструментальных средств.

Модули управления напольными объектами М являются двухканальными и построены на специализированных интегральных схемах с высокой степенью интеграции. Вероятность отказа модуля 10–12, что удовлетворяет требованиям SIL4. Связь между блоками А, В и модулями М осуществляется по волоконно-оптическому кабелю. Диверситет на этом уровне обеспечивается за счет использования дублированных шин данных, работающих по различным стандартам. Модули М могут располагаться на расстоянии до 3 км от объектов, либо в непосредственной близости к ним в светофорных шкафах при диапазоне температур от –40 ° до +70 °С.

В Ленинградском институте инженеров железнодорожного транспорта (ЛИИЖТе) в 70-х годах были выполнены первые отечественные разработки электронной и компьютерной централизаций. На станции Новый Петергоф Октябрьской железной дороги прошла испытания система электронной централизации. Для ее построения были использованы безопасные элементы на феррит-транзисторных модулях, работающие во временном парафазном коде [B.3]. Компьютерная централизация строилась на базе двухпроцессорной миниЭВМ М7000. реализация алгоритмов централизации осуществлялась в одном из процессоров по двум различным программам последовательно во времени. Второй процессор при этом находился в нагруженном резерве [3.24]. Обе разработки не были доведены до стадии серийного внедрения.

В настоящее время на железных дорогах России внедряются два типа систем ЭЦ – релейно-процессорные и микропроцессорные централизации. Релейно-процессорная централизация (РПЦ) является системой компьютерного управления для релейной централизации. В такой системе схемы, обеспечивающие безопасность движения поездов сохраняются релейными (построенные на реле первого класса надежности). Все другие функции, не связанные с обеспечением безопасности, реализуются средствами вычислительной техники. Первая система РПЦ типа ЭЦ-МПК, разработанная в центре компьютерных железнодорожных технологий Петербургского государственного университета путей сообщения, введена в эксплуатацию на станции Коли и Пикалево Октябрьской железной дороги в 2001 г. Эта система и система Диалог-Ц (разработка ООО «Диалог-Транс») описаны соответственно в 5 и 6 главах. Следует отметить, что зарубежные фирмы не осуществляют разработок и внедрения РПЦ.

Система МПЦ Ebilock-950 (поставщик ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)») является в настоящее время наиболее функционально развитой системой и получила наибольшее внедрение. Система адаптирована к условиям российских железных дорог. Первая установка введена в эксплуатацию в 2000 г. на станции Калашниково Октябрьской ж.д. На начало 2004 г. системой оборудовано 27 станций. Описание Ebilock-950 дано в главе 8.

Система МПЦ ЭЦ-ЕМ (описывается в главе 7) разработана специалистами института Гипротранссигналсвязь (ГТСС) и ОАО «Радиоавионика» на базе управляющего вычислительного комплекса УВК-РА. Первая установка внедрена на станции Новый Петергоф Октябрьской ж.д. в 2001 г. Данная система является развитием первой отечественной системы микропроцессорной централизации ЭЦ-Е, которая проходила опытную эксплуатацию с 1997 года на станции Шоссейная Октябрьской ж.д. [3.26].

Система МПЦ-2 разработана институтом ГТСС совместно с Санкт-Петербургским электротехническим заводом на базе троированного управляющего вычислительного комплекса УВК-ЭЦМ (рис. 3.71). Система рассчитана на серийно выпускаемое напольное оборудование и использует бесконтактные блоки управления и контроля. МПЦ-2 включена в опытную эксплуатацию на станции Шоссейная в 2003 г. Система МПЦ-И разработана специалистами Научно-производственного центра «Промэлектроника» Уральского государственного университета путей сообщения и внедряется на промышленном транспорте. Система (рис. 3.72) построена с применением защищенной архитектуры (дублированная или мажоритированная с умеренными связями) и защищенного интерфейса с исполнительными объектами (безопасные устройства сопряжения УСО). Алгоритмы централизации реализуют два или три управляющих контроллера централизации УКЦ. Непосредственное управление стрелками, светофорами и контроль положений стрелок осуществляется стандартными релейными схемами на основе реле первого класса надежности.

Дата: 2018-11-18, просмотров: 40.