Виды релейных централизаций и область их применения

Виды релейных централизаций определяются специфическими осо­бен­ностями станций – их назначением, объемом поездной и манев­ро­вой работы, качеством электроснабжения, возможностью техоб­слу­жи­ва­ния и другими местными условиями. В связи с этим в основу клас­си­фи­ка­ции релейных централизаций положены следующие признаки.

1. Количество централизованных стрелок. По этому признаку ЭЦ подраз­деляются на малые (до 10 стрелок), средние (до 30) и крупные (более 30 стрелок).

2. Место выполнения взаимного замыкания между стрелками и сигна­ла­ми. Различают ЭЦ с местным замыканием (соответствующая аппара­тура располагается в релейных будках в горловинах станций) и цен­траль­ным – (аппаратура устанавливается в центре станции на посту ЭЦ).

3. Место расположения источников электропитания. Различают ЭЦ с мест­ным питанием (необходимая аппаратура – выпрямители, акку­му­ля­торы, трансформаторы – размещаются в батарейных и релейных шка­фах в горловинах станции) и центральным (питающие пане­ли установлены на посту ЭЦ).

4. Способ задания маршрутов. Этот признак дает две разновидности ЭЦ: с раздельным и маршрутным управлением стрелками и светофорами. При раздельном управлении для перевода стрелки или открытия свето­фора используются индивидуальные стрелочные или сигнальные кноп­ки, при маршрутном – кнопки начала и конца передвижения. При этом осуществляется одновременный перевод всех стрелок, вхо­дя­щих в маршрут, и если требуется – автоматическое открытие попут­ных светофоров. В современных системах маршрутные кнопки груп­пи­ру­ю­т­­ся на центральной секции рабочего стола ДСП – мани­пу­ляторе. Со­от­ветствующее схемное обеспечение называется мар­ш­рутным на­бо­ром.

5. Способ отображения светосхемы станции на табло. По этому признаку раз­­личают ЭЦ, имеющие точечное и желобковое табло. На точечном таб­­ло занятие изолированного участка ведет к включению белой лам­поч­­ки, смонтированной в середине его мнемосхемы. Для такого же слу­­­чая желобковое табло дает линейную индикацию в виде красных по­­­лос в пределах светосхемы участка. Для формирования полос и в це­лом плана станции используются миниатюрные световые ячейки пря­мо­­­угольного типа. На крупных станциях для лучшего обозрения желоб­ко­­­вое табло устанавливается на расстоянии 2,5 – 3м от рабочего стола ДСП.

6. Способ размыкания маршрутов. Возможно применение схем, пре­д­­усматривающих одновременное размыкание всех стрелок, вхо­дя­щих в маршрут, после полного его использования (так называемый не­сек­ц­и­о­нированный способ) и обеспечивающих последовательное раз­мы­ка­ния стрелок по мере проследования состава по маршруту (сек­ци­о­ни­ро­ванный способ).

По совокупному проявлению перечисленных выше признаков релейные централизации подразделяются на следующие системы.

1. ЭЦ с местным питанием и местным замыканием (ЭЦ МПМЗ). В этой системе аппарат управления размещается в станционном здании, а не­об­­ходимая аппаратура – в горловинах станции в релейных будках (РБ) и батарейных колодцах (БК). В системе предусмотрено раздельное управ­ление стрелками и сигналами, наличие точечного табло, возможность несек­ци­о­ни­рован­ного размыкания маршрутов, стативный монтаж нештепсельной аппа­ра­ту­ры. Система в свое время предназначалась для малых станций, но вслед­­ствие рассредоточения аппаратуры, неудобства в обслуживании и морального старения в настоящее время не применяется.

2. ЭЦ с местным питанием и центральным замыканием (ЭЦ МПЦЗ). В этой системе все функциональные связи начинаются и заканчиваются на посту ЭЦ, однако часть приборов, обеспечивающих питанием элек­тро­двигатели стрелочных приводов, лампы светофоров, рельсовые це­пи, располагается в релейных и батарейных шкафах в горловинах стан­­ции. В системе применяются раздельное управление стрелками и све­то­­форами, точечное табло, несекционированное размыкание марш­ру­тов, стативный монтаж штепсельной аппаратуры. Система в свое вре­мя получила широкое распространение на малых станциях в нес­коль­ких модификациях, однако сейчас из-за рас­средоточенности приборов и морального старения больше не проектируется.

3. ЭЦ с центральным питанием и центральным замыканием (ЭЦ ЦПЦЗ). В настоящее время эта система получила широкое распространение на сети дорог страны, неоднократно модифицировалась. Предус­мат­ривает секционированное построение основных функциональных це­пей, использование малогабаритных штепсельных реле и блочное офор­мление повторяющихся схемных узлов.

В настоящее время решение функциональных задач ЭЦ на релейной элементной базе приводит к созданию неконкурентоспособных систем. Релейные централизации обладают громоздкостью, медленнодействием, значительными расходами по обслуживанию, ограниченными возможностями решения ряда новых функциональных задач (накопления маршрутов, повышения достоверности информации, технической диагностики, про­грам­ми­рования работы устройств и действий ДСП и др.) Релейные централизации создают труд­ности при их сопряжении с командно-информационными системами выс­шего по­ряд­ка. Поэтому основным направлением в развитии устройств же­лез­но­до­рожной автоматики и телемеханики на современном этапе является переход на новую элементную базу с привлечением вычислительной техники.

В соответствии с решением Федерального агентства железнодорожного транспорта и ОАО «Российские железные дороги» о при­ори­тетном развитии процессорных систем проектирование релейных централизаций отходит на второй план.

В области ЭЦ предпочтение отдается микропроцессорным (МПЦ) и релейно-процессорным (РПЦ) системам. МПЦ имеет трехуровневое по­стро­е­ние, в котором первый уровень представляют автоматизированные рабочие мес­та, второй – управляющий вычислительный комплекс (УВК), третий – объек­ты управления и контроля, имеющие непосредственную связь с УВК. РПЦ отличается тем, что УВК связан с напольными объектами через исполнительную группу какого-либо вида релейной централизации.

Анализ зарубежного и отечественного опыта разработки и экс­плу­атации МПЦ позволяет определить следующие мероприятия по повышению безопасности функционирования системы: программное и аппаратное дублирование, троирование с последующим мажоритированием, периодическое тестирование наиболее ответственных узлов, импульсный характер передачи информации.

На российских железных дорогах в различные годы в опытную эксплуатацию или в серию были внедрены следующие виды релейно-процессорных централизаций:

1. ТУМС (система телеуправления малодеятельными станциями). Раз­ра­ботчиками системы являются СКБ ВТ и ВНИИЖТ МПС РФ (1999 г.).

2. МСТУ (комплекс микропроцессорных систем телеуправления маршрутами на станциях). Система представляет собой интеграцию ЭЦ, МАЛС (маневровой автоматической локомотивной сигнализации) и ДЦ (диспетчерской централизации). Разработчиками системы являются СКБ ВТ и ВНИИУП МПС РФ (2001г.).

3. Диалог-Ц. РПЦ трансформирована из соответствующей системы ДЦ. Рассчитана на сопряжение с исполнительной группой реле любой системы релейной централизации. Разработана ВНИИАС МПС РФ совместно с ООО «Диа­лог-Транс» (1998 г.).

4. ЭЦ-МПК. Разработчиком системы является Центр компьютерных железнодорожных технологий ПГУПСа (2001г.)

Все перечисленные системы РПЦ имеют сходные общие принципы работы и структурное построение. Поэтому в качестве примера рассмотрим систему ЭЦ-МПК, рекомендованную к внедрению на станциях с количеством стрелок 11 – 30 (при количестве стрелок до 60 – наряду с МПЦ).

Система построена по трехуровневой структуре, в которой верхний уровень представляют АРМы дежурного по станции (ДСП) и электро­ме­ха­ника (ШН), средний – комплекс технических средств управления и контроля (КТС-УК), нижний – исполнительные схемы ЭЦ (рис. 6.1).

Рабочее место дежурного по станции зарезервировано. В состав ап­па­ра­туры АРМ ДСП входят две ПЭВМ типа IBM PC AT, два ЖК-монитора 21”, две звуковые карты, две сетевые карты, четыре аудиоколонки, кнопка ответственных приказов, щиток ответственных приказов. Приборы АРМ ДСП размещаются на основном и дополнительном сто­лах ДСП.

Рис. 6.1. Структура ЭЦ-МПК

В состав аппаратуры АРМ ШН входят: ПЭВМ типа IBM PC AT, мони­тор 17”, блок бесперебойного питания, звуковая карта, сетевая карта, две аудиоколонки. Вся аппаратура устанавливается в релейном помещении.

Комплекс технических средств КТС-УК основывается на двух РС-сов­мес­ти­мых про­мыш­лен­ных контроллерах (основного и резервного), каждый из которых включает в себя одноплатный компьютер 486/586. Необходимое число плат ввода-вывода устройств сопряжения с объектами (УСО) КТС-УК определяется размерами станции. На одной станции можно применить несколько КТС-УК. Для разработки исполнительной части ЭЦ-МПК нормами технологического проектирования рекомендуется применять типовые схемные решения из альбома ЭЦ-12-03 или ЭЦ-9 с использованием блоков БН.

Сопряжение КТС-УК со схемами реле исполнительной группы ЭЦ осу­щес­твляется в точках, к которым традиционно подключались выходы блоков мар­шрутного набора. В этом случае в качестве связующего звена используется ре­ле НК (рис. 6.2, а).

Рис. 6.2. Увязка КТС-УК со схемами ЭЦ:

а – по управлению; б – по контролю

Через контакты реле НК включаются реле направления, начальные по­езд­ные маневровые, конечные маневровые, контрольно-секционные, сиг­нальные реле и реле отмены маршрута. Кроме того, в УСО КТС-УК предусматриваются выходы для подключения реле управления стрелочными электроприводами.

Привязка КТС-УК по контролю осуществляется с помощью УСО мат­рич­ного ввода (рис. 6.2, б). Матрица формируется из контактов реле, уп­рав­ляющих индикацией, 64 шин опроса (N) и 8 шин съема ин­фор­ма­ции (М). Шины N переключаются последовательно во времени. Таким образом, на каждом шаге опроса снимается информация о состоянии восьми объектов. В целом по контролю система обеспечивает 512 дискретных выводов.

МПЦ предназначена для управления стрелками, сигналами, переездной сигнализацией и другими устройствами на станциях и прилегающих к ним перегонах и, в сравнении с централизацией стрелок и сигналов релейного типа, имеет ряд преимуществ:

- более высокий уровень надёжности, за счёт дублирования многих узлов,

- более высокий уровень обеспечения безопасности движения поездов, за счёт непрерывного обмена информацией между управляющим процессором и объектами управления и контроля;

- расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении;

- повышенную информативность для эксплуатационного и технического персонала о состоянии устройств СЦБ на станции, с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками;

- меньшую энергоёмкость;

- непрерывное архивирование действий эксплуатационного персонала по управлению объектами СЦБ и всей поездной ситуации на станции;

- встроенный диагностический контроль состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля;

- возможность регистрации всех отказов устройств СЦБ на станции и перегоне;

- значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие возможность замены на станциях централизации устаревшего типа без строительства новых постов ЭЦ;

- значительно меньший объём строительно-монтажных работ;

- пониженные затраты на эксплуатационное обслуживание.

В настоящее время на сети железных дорог внедряются несколько типов МПЦ. К ним относятся МПЦ-2, МПЦ- 2Б, МПЦ-И, ЭЦ-ЕМ и МПЦ Ebilock-950.

Также был проанализирован ряд зарубежных систем МПЦ на предмет их адаптации к условиям российских железных дорог на конкурентной ос­но­ве. В результате была предложена система Ebilock-950 шведской фирмы АВВ. С этой целью в 1996 г. было создано сов­­­местное российско-шведское предприятие, именуемое в настоящее время как ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)». Система Ebilock-950 рекомендована к внедрению на средних и крупных станциях. В сибирском регионе она занимает лидирующие по­зи­ции. Рассмотрим структурную схему МПЦ Ebilock-950 как пример решения функциональных за­дач ЭЦ на базе вычислительного комплекса без промежуточных релейных ступеней.

В структуру МПЦ входят следующие функциональные узлы (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Структура МПЦ Ebilock-950

1. Автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ ДСП), электромеханика (АРМ ШН), оператора пункта технического осмотра вагонов (АРМ ПТО), маневрового диспетчера (АРМ МУ).

2. Центральный процессор (ЦП), состоящий из основного и резервного компьютеров.

3. Концентраторы связи (КС), подключаемые к ЦП через модемы и петли связи (четырехпроводный кабель).

4. Объектные контроллеры (ОК), подключаемые через напольный кабель к объектам управления и контроля.

5. Устройства бесперебойного электропитания (УБП).

Автоматизированные рабочие места строятся на базе типовых ПЭВМ. Установка АРМ ПТО и АРМ МУ предусматривается по потребности. С АРМ ДСП осу­ще­ст­вляется управление стрелками и сигналами, для чего используется клавиатура или манипулятор «мышь». Состояние объектов управления отражается на эк­ра­­не монитора. Функции АРМ ШН заключаются в диагностике и контроле тех­нического состояния МПЦ, протоколировании работы устройств и действий ДСП.

ЦП безопасным способом осуществляет все функции ЭЦ. При этом резервный компьютер ЦП находится в го­рячем резерве, обрабатывая только сигналы ТС. ЦП строится на ис­поль­зо­ва­нии трех процессоров Motorola MC 68030 с общим объемом памяти 12 мб и энер­­гонезависимой памяти объемом 8 кб.

Концентраторы связи предназначены для распознавания объекта, для которого передается приказ от ЦП, а также для формирования телеграмм сос­то­яния объектов для ЦП. В каждой петле связи может содержаться до 15 кон­цен­траторов. При этом к одному компьютеру допускается подключать не более 12 петель связи. Объект­ные контроллеры принимают приказы от концентраторов связи и пре­об­ра­зу­ют их в сигналы по управлению объектами, а также принимают сигналы состояния от объектов и через КС передают их в ЦП. Эле­мент­ной базой для ОК послужили микропроцессоры Intel 8031.

Системные программы МПЦ Ebilock-950 в целях без­опасности работы диверсифицируются, т. е. существуют в двух версиях. Каждый вариант написан отдельной группой программистов. Обработка логики централизации происходит циклически с периодом в 0,3 с.

В течение цикла выполняются следующие операции: собирается и обрабатывается информация о состоянии всех станционных объектов; ре­зуль­таты сравниваются в двух обособленных друг от друга безопасных про­цес­сорных модулях, и если результаты различны, действие системы пре­кра­щается до устранения неисправности; информация о станции передается на дисплей; формируются приказы на ОК.

Для повышения работоспособности петель связи в случае повреждения ка­­беля в системе предусматривается переход ЦП с одностороннего режима оп­роса КС на двухсторонний с автоматической отсечкой неисправного участка.

Концентраторы связи и объектные контроллеры собираются из печатных плат различного назначения. Рассмотрим наиболее употребительные из них. Сигнальные ОК используют платы LMP (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Включение ламп маневрового светофора

К одной плате мож­но подключить лампы двух маневровых, одного выходного (или входного) светофоров. Сигнальные ОК управ­ля­ют лампами, контролируют их целостность, включают более запрещающее пока­за­ния при неисправности ламп, переключают питание на резервную нить, регу­лируют уровень яркости, обеспечивают режим мигания, обнаруживают заземление жил кабеля.

Стрелочные ОК используют платы МОТ (рис. 6.5). К одной плате мож­но подключить не более двух электроприводов. Они обеспечивают непо­сред­ствен­ное подсоединение электродвигателя (постоянного или переменного то­ка), защиту его от перегрузок, контроль крайних и промежуточных поло­же­ний остряков, времени перевода и заземления жил.

Рис. 6.5. Включение стрелочного электропривода

Релейные ОК ввода-вывода обеспечивают контроль состояния схем (контакт замкнут / разомкнут, обрыв, КЗ) и управление (постановку под ток реле увязки со вспомогательной системой: путевой блокировкой, переездной сигнализацией и т. п.). В первом случае используются печатные платы ССМ (рис. 6.6), во втором – SRC (рис. 6.7). К таким платам можно подключить не более четырех контактных групп или управляющих реле.

Рис. 6.6. Контроль состояния стрелочного путевого участка

Рис. 6.7. Включение реле управления ОП