Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ СТРЕЛОК И СИГНАЛОВ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Бочков Константин Афанасьевич Харлап Сергей Николаевич Коврига Анатолий Николаевич Логвиненко Андрей Владимирович Кузьмич Максим Сергеевич Ермоленко Антон Викторович Зобов Сергей Михайлович Сивко Борис Витальевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) 1. Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов, содержащая объединенные в локальную вычислительную сеть, по меньшей мере, одно автоматизированное рабочее место дежурного по станции, по меньшей мере, одно автоматизированное рабочее место электромеханика, по меньшей мере, одно средство для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня, по меньшей мере, одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий в 15306 1 2011.12.30 виде двух промышленных компьютеров с идентичным или с диверситетным программным обеспечением управления и микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, подключенный к двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два идентичных последовательных порта с интерфейсом с возможностью использования одного порта одного промышленного компьютера и второго порта другого промышленного компьютера двухканального устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий, причем микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств содержит модули управления для обеспечения безопасного включения исполнительных реле и модули сигнализации для обеспечения безопасного контроля состояния контактов исполнительных реле, первыми и вторыми входами подключенные к интерфейсу одного последовательного порта и к интерфейсу другого последовательного порта соответственно, а выходы упомянутых модулей являются выходами микропроцессорного блока управления и контроля состояния напольных устройств и через релейные схемы увязки подключены к напольным устройствам, причем к каждому двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два дополнительных идентичных последовательных порта с интерфейсом подключен дополнительный микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, идентичный первому, выходы первого и второго микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств объединены по схеме логического ИЛИ посредством дополнительной релейной схемы и через релейные схемы увязки подключены к одним и тем же напольным устройствам. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что содержит систему поддержки принятия решений в виде промышленного компьютера с соответствующим программным обеспечением, подключенного посредством локальной сети к автоматизированному рабочему месту электромеханика. Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам автоматики и телемеханики, конкретно к системам электрической централизации (ЭЦ). Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов (МПЦ) предназначена для реализации современных принципов управления движением поездов и маневровой работой на железнодорожных станциях с помощью средств микропроцессорной вычислительной техники и релейных схем с сохранением правил управления устройствами сигнализации,централизации и блокировки (СЦБ) и действий дежурного по станции (ДСП) при обеспечении требуемой степени безопасности и безотказности. Известна система микропроцессорной системы централизации (МПЦ) 1, содержащая автоматизированное рабочее место дежурного по станции, автоматизированное рабочее место электромеханика, средство для организации передачи информации между МПЦ и внешней системой диспетчерского управления, по меньшей мере одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий, содержащее два микропроцессора, работающих под управлением идентичного программного обеспечения и обменивающихся информацией с помощью шин данных. Устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий связаны с напольным оборудованием через электронные модули ввода-вывода. Выходы модулей через релейные схемы увязки подключены к объектам железнодорожной станции, а именно к стрелкам, сигналам и рельсовым цепям. Недостатком данной системы является невозможность управления объектами при отказе нерезервированного модуля ввода-вывода, управляющего этими объектами. Этот недостаток снижает общую надежность системы. Задачей, решаемой изобретением, является повышение общей надежности системы. 2 15306 1 2011.12.30 Поставленная задача достигается тем, что микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов содержит объединенные в локальную вычислительную сеть, по меньшей мере, одно автоматизированное рабочее место дежурного по станции, по меньшей мере, одно автоматизированное рабочее место электромеханика, по меньшей мере, одно средство для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня(например, диспетчерской централизацией - ДЦ), по меньшей мере, одно двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий и микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий реализовано в виде двух промышленных компьютеров с идентичным или с диверситетным программным обеспечением управления. К двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два идентичных последовательных порта с интерфейсом подключен микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики с возможностью использования одного порта одного промышленного компьютера и второго порта другого промышленного компьютера двухканального устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий. Микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств содержит модули управления (МУ) для обеспечения безопасного включения исполнительных реле и модули сигнализации (МС) для обеспечения безопасного контроля состояния контактов исполнительных реле, первыми и вторыми входами подключенные к интерфейсу одного последовательного порта и к интерфейсу другого последовательного порта соответственно. Выходы упомянутых модулей являются выходами микропроцессорного блока управления и контроля состояния напольных устройств и через релейные схемы увязки подключены к напольным устройствам. К каждому двухканальному устройству обработки информации и выработки управляющих воздействий через два дополнительных идентичных последовательных порта с интерфейсом подключен дополнительный микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств, идентичный первому. Выходы первого и второго микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств объединены по схеме логического ИЛИ посредством дополнительной релейной схемы и через релейные схемы увязки подключены к одним и тем же напольным устройствам. Микропроцессорная система централизации стрелок и сигналов может быть дополнена системой поддержки принятия решений (СППР) в виде промышленного компьютера с соответствующим программным обеспечением, подключенного посредством локальной сети к автоматизированному рабочему месту электромеханика. На фиг. 1 представлена блок-схема микропроцессорной системы централизации стрелок и сигналов. На фиг. 2 представлена типовая релейная схема, реализующая логическое ИЛИ. Согласно заявляемому техническому решению, структура системы строится по иерархическому принципу с выделением следующих основных уровней иерархии. Верхний уровень включает в себя автоматизированные рабочие места дежурного по станции АРМ ДСП 1,автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ АРМ ШН 2,систему поддержки принятия решений СППР ДСП 3,средство для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня (сервер ДЦ - 4),средства организации передачи информации между элементами верхнего и среднего уровней МПЦ посредством резервированной локальной сети(локальная сеть верхнего уровня - 5). 3 15306 1 2011.12.30 Средний уровень (уровень реализации логических зависимостей) включает в себя одно или несколько резервированных двухканальных устройств обработки информации и выработки управляющих воздействий, каждое из которых включает в себя два промышленных компьютера (канал А и канал В) 6 с технологическим прикладным программным обеспечением для данной станции, реализующих функции центральных зависимостей и блокировок ЭЦ в соответствии с требованиями к аппаратуре автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте. Программное обеспечение каналов А и В может быть как идентичным, так и различным (диверситетным). Нижний уровень включает в себя один или несколько микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики 8, включающих модули управления для обеспечения безопасного включения исполнительных реле (МУ) и модули сигнализации для обеспечения безопасного контроля состояния контактов исполнительных реле (МС),средства организации передачи информации между элементами нижнего и среднего уровней МПЦ посредством нескольких идентичных последовательных портов (локальная сеть нижнего уровня - 7),релейную схему 9, реализующую логическое ИЛИ между выходами резервируемых модулей управления и контроля состояния напольных устройств,релейные схемы увязки с напольным оборудованием 10 с использованием релекласса надежности,устройство формирования парафазных сигналов 11 для обеспечения безопасного контроля состояния контактов реле микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8. Автоматизированное рабочее место дежурного по станции 1 предназначено для отображения технологической информации и ввода команд по управлению движением поездов на станции. АРМ ДСП включает в себя промышленный компьютер, подключенный в локальную сеть, средства отображения информации (монитор, плазменную панель, табло) и средства формирования управляющих команд (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол,специализированный пульт). Количество АРМ ДСП определяется размерами станции. В помещении ДСП устанавливаются основные и резервные АРМ ДСП, при этом резервные АРМ ДСП находятся в холодном резерве. Вся необходимая технологическая информация поступает в АРМ ДСП из двухканальных устройств обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через резервированную локальную сеть 5. Команды управления, формируемые АРМ ДСП, поступают в двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 также через резервированную локальную сеть 5. Кроме того, АРМ ДСП выполняет протоколирование всех действий дежурного по станции. Автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ АРМ ШН 2 предназначено для контроля технического состояния элементов системы МПЦ. АРМ ШН включает в себя промышленный компьютер, подключенный в локальную сеть, средства отображения информации (монитор) и средства формирования специальных команд диагностики (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол). АРМ ШН отображает сообщения о техническом состоянии диагностируемого оборудования. Дополнительно АРМ ШН отображает технологическую информацию и протоколирует действия дежурного электромеханика и сообщения встроенной системы диагностики оборудования МПЦ. Вся необходимая технологическая информация поступает в АРМ ДСП из двухканальных устройств обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через резервированную локальную сеть 5. АРМ ШН не имеет возможности формирования управляющих команд. При необходимости более глубокой диагностики отказавшего оборудования дежурный электромеханик может послать специальные команды диагностики в двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через 4 15306 1 2011.12.30 резервированную локальную сеть 5. Система поддержки принятия решений СППР ДСП 3 предназначена для оказания помощи в принятии решений дежурному по станции в штатных и нештатных ситуациях. СППР ДСП включает в себя промышленный компьютер,средства отображения информации (монитор) и средства управления (клавиатура, манипулятор мышь, трекбол). Система является вспомогательной, не влияет на работу МПЦ,но позволяет повысить общую надежность функционирования системы МПЦ за счет более быстрого принятия ответственных решений дежурным по станции и снижения вероятности формирования неверных управляющих команд ДСП, нарушающих правильное функционирование системы МПЦ. Для исключения влияния СППР на работу МПЦ она подключается к АРМ ШН 2, с которого и получает всю необходимую технологическую информацию. Средство для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня 4 предназначено для организации взаимодействия системы МПЦ с системами управления движением поездов верхнего уровня, такими как системы диспетчерской централизации, диспетчерского контроля и другими. Данные средства представляют собой отдельный промышленный компьютер, через локальную сеть 5 взаимодействующий с двухканальными устройствами обработки информации и выработки управляющих воздействий 6, а через отдельный интерфейс - с соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 включает в себя два промышленных компьютера(канали канал ) с технологическим прикладным программным обеспечением для данной станции. Оно реализует функции центральных взаимозависимостей и блокировок ЭЦ в соответствии с требованиями по обеспечению безопасного управления движением поездов. Устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий обеспечивает ввод, обработку по заданному алгоритму и вывод технологической информации о состоянии объектов контроля и управления на станции. В процессе функционирования оно выполняет реализацию алгоритмов управления и центральных взаимозависимостей стрелок и сигналов с целью обеспечения высокой пропускной способности станции при обеспечении необходимых условий безопасности движения поездов. Двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 взаимодействуют через резервированную локальную сеть 5 с АРМ ДСП 1, АРМ ШН 2 и средством для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня 4. Кроме того, устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 через последовательные порты 7 взаимодействуют с микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8. Микропроцессорный блок управления и контроля состояния напольных устройств 8 включает в себя модули управления (МУ), предназначенные для безопасного включения исполнительных реле, и модули сигнализации (МС), предназначенные для безопасного контроля состояния исполнительных реле. Он предназначен для организации управления и контроля исполнительных объектов через релейный интерфейс. При поступлении управляющих команд микропроцессорный блок управления и контроля 8 посредством модулей МУ осуществляет безопасное включение соответствующих релекласса надежности, а посредством модулей МС - безопасный контроль состояния контактов реле. Количество модулей МУ и МС определяется размерами станции и количеством исполнительных объектов. Устройство формирования парафазных сигналов 11 предназначено для формирования сигналов специальной формы для обеспечения безопасного контроля состояния контактов реле. Устройство формирования парафазных сигналов 11 подключается через контакты релейных схем 9 и 10 к модулям сигнализации (МС), входящим в микропроцессорные блоки управления и контроля состояния напольных устройств 8. 5 15306 1 2011.12.30 Релейная схема 9, реализующая логическое ИЛИ между выходами резервируемых блоков управления и контроля состояния напольных устройств, предназначена для включения общего реле, непосредственно управляющего включением исполнительного объекта,при включении хотя бы одного реле резервируемыми микропроцессорными блоками управления и контроля состояния напольных устройств 8 (фиг. 2). В качестве релейных схем увязки с напольным оборудованием 10 используются типовые схемы увязки существующих систем ЭЦ, описанные в 2. МПЦ представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих установку, замыкание, размыкание маршрутов на станции и проверку выполнения требуемых взаимозависимостей. Кроме традиционных функций электрической централизации система обладает рядом новых свойств технологического и информационного характера более высоким уровнем надежности за счет резервирования многих узлов, включая центральный процессор - ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности) возможностью управления объектами прилегающих станций и перегонов с одного рабочего места возможностью интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве расширенным набором технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, озвучивание событий на станции, ведение журнала событий, команд дежурного и опасных ситуаций возможностью предоставления эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками возможностью непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах возможностью встроенного контроля состояния аппаратных средств МПЦ оказание помощи впринятии решений дежурному по станции и электромеханику в штатных и нештатных ситуациях посредством системы поддержки принятия решений. Система работает следующим образом. Дежурный по станции с АРМ ДСП 1 формирует команду управления, которая отправляется по локальной сети 5 на двухканальные устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6. Двухканальное устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 проверяет возможность реализации этой команды и в случае положительного решения формирует соответствующие команды, которые по последовательному интерфейсу 7 поступают в модули МУ, входящие в состав микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств 8. По этому же интерфейсу устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 с модулей МС, входящих в состав микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств 8, получает информацию о текущем состоянии объектов управления, которую посредством локальной сети 5 передает на АРМ ДСП 1, АРМ ШН 2 и средство для организации обмена информацией между микропроцессорной системой централизации и соответствующей системой управления движением поездов верхнего уровня 4. С АРМ ШН 2 технологическая информация передается на систему СППР 3, где при необходимости вырабатываются рекомендации по действиям ДСП после идентификации прикладным программным обеспечением нештатной ситуации. Вся технологическая информация протоколируется в АРМ ДСП 1, СППР ДСП 3, АРМ ШН 2 и устройстве обработки информации и выработки управляющих воздействий 6. При возникновении неисправности данное событие регистрируется в АРМ ШН 2. При необходимости уточнения места и причин неисправности дежурный электромеханик может послать с АРМ ШН спе 6 15306 1 2011.12.30 циальные команды диагностики, которые через локальную сеть 5 поступают в устройство обработки информации и выработки управляющих воздействий 6 и при необходимости передаются по последовательному интерфейсу 7 в устройства обработки информации и выработки управляющих воздействий 6. Результат выполнения диагностических команд передается в АРМ ШН 2 через указанные блоки в обратном порядке. Такой способ подключения микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств позволяет обеспечить их полное резервирование и тем самым повысить общую надежность системы. Опыт эксплуатации и расчеты показывают, что более 70 всех отказов устройств микропроцессорных систем централизации стрелок и сигналов приходится на блоки управления и контроля состояния напольных устройств. Указанный способ подключения микропроцессорных блоков управления и контроля состояния напольных устройств позволяет повысить коэффициент готовности системы на порядок. Источники информации 1.1 693 273 1, МПК В 61 21/04, 2006. 2. Сапожников В, Елкин Б.Н., Кокурин И.М. и др. Станционные системы автоматики и телемеханики учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. В.В.Сапожникова. - М. Транспорт, 2000. - 432 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7