Принципы построения микропроцессорных систем

1. Эксплуатационно-технические требования к микропроцессорным системам ДЦ

Назначение. Системы ДЦ предназначены для реализации современных принципов управления эксплуатационной работой автоматизацией функций управления и контроля технологического процесса движения поездов с использованием средств вычислительной техники при сопряжении их с системами ЖАТ и связи, а также для обеспечения возможности обмена информацией с Автоматизированной системой управления железнодорожного транспорта.

Системы ДЦ могут использоваться для следующих целей:

автоматизации диспетчерского управления движением поездов на участках и направлениях железнодорожных линий;

организации управления движением в узлах;

концентрации управления на крупных станциях движением поездов по примыкающим станциям (предузловым развязкам) и передвижениями в удаленных парках;

концентрации на опорных станциях управления движением поездов на соседних близлежащих станциях (мини ДЦ).

Создание системы ДЦ предполагает достижение следующих целей:

производственно-экономических (сокращение численности дежурных по станциям, улучшение организации руководства движением поездов, снижение потерь в перевозочном процессе, интенсификация использования технических средств автоматики и подвижного состава, повышение производительности труда, улучшение эксплуатационных показателей работы участка);

социальных (улучшение условий и культуры труда, снижение загрузки диспетчеров).

Критериями оценки достижения цели создания ДЦ являются:

снижение капитальных вложений (сокращение занимаемых аппаратурой производственных площадей; уменьшение объемов и сроков проведения проектных, строительно-монтажных и пуско-наладочных работ);

сокращение численности оперативного и обслуживающего персонала;

уменьшение загрузки персонала и соответствующее этому увеличение зоны управления;

улучшение показателей выполнения графика движения поездов и обеспечения грузовой работы (среднее время нахождения поездов (вагонов) на участке по отношению к нормативному);

улучшение соотношения между нормативом рабочего парка подвижных единиц и обеспечением ниток графика. Снижение материалоемкости и энергоемкости оборудования.

Характеристика объектов автоматизации. Для внедрения на полигоне железных дорог систем кодового управления необходимо соблюдение трех главных требований: оснащенность участков системами интервального регулирования, электрической централизации и устройствами связи.

Перегоны участка или направления железной дороги должны быть оборудованы автоматической блокировкой или полуавтоматической блокировкой, дополненной устройствами контроля прибытия поезда в полном составе. Последнее требование обусловлено необходимостью автоматического контроля целостности состава, до внедрения ДЦ выполняемого дежурными по станции визуальной проверкой наличия хвостового вагона — ограждения пассажирских поездов тремя красными огнями или диском красного цвета для грузовых поездов. При автоблокировке это обеспечивается рельсовыми цепями.

Станции, обгонные пункты, разъезды участка должны быть оборудованы системой электрической (релейной, релейно-процессорной или микропроцессорной) централизации стрелок и сигналов.

Системы ДЦ должны разрабатываться с учетом использования линий, систем передачи и других типовых средств железнодорожной связи.

Вид управления (диспетчерское — ДУ, автономное — АУ) каждым раздельным пунктом и протяженность участка определяются разработчиками и согласовываются с заказчиком системы ДЦ расчетом загрузки дежурных по станциям (ДСП) и поездного диспетчера (ДНЦ). Объем и содержание информации, передаваемой по каналам телеуправления, телесигнализации и телеизмерения, определяются в процессе проектирования привязки к конкретному участку железной дороги и должны обеспечивать выполнение функций системы ДЦ.

В число контролируемых объектов обязательно включаются участки приближения и удаления на прилегающих к станциям перегонах. На участках, оборудованных односторонней автоблокировкой при отсутствии контроля занятия перегона, а также при новом строительстве систем интервального регулирования для полноты информационного описания следует контролировать все блок-участки на перегоне. Кроме того, в полном объеме должен обеспечиваться контроль путевых объектов (стрелок, светофоров, рельсовых цепей) станций автономного управления, что позволит предоставить диспетчеру полную информацию о технологической обстановке.

На участках ДЦ, наряду с другими видами оперативно-технологической связи, должна быть обязательно предусмотрена поездная радиосвязь, подключаемая к цепи поездной диспетчерской связи. На станциях АУ поездная радиосвязь должна быть ориентирована на ДСП, который при необходимости подключает диспетчера.

Общие требования к системе. Объектами управления и контроля на полигоне железной дороги (участке, направлении, станции, в узле) являются: системы железнодорожной автоматики и телемеханики и их элементы, а именно стрелки, светофоры, рельсовые цепи, шлагбаумы, устройства специальных видов сигнализации (тоннельной, обвальной, сейсмической и т.п.); поезда, вагоны, локомотивы.

Система включает в себя:

устройства пункта управления (ПУ), которые устанавливаются у диспетчера (в отделении, региональном или дорожном центре и т.п.) и могут объединяться в локальную сеть;

аппаратуру контролируемых пунктов (КП), которая размещается на постах ЭЦ станций, включаемых в диспетчерскую централизацию;

каналы связи между КП и ПУ;

каналы связи для объединения ДЦ с другими автоматизированными системами железнодорожного транспорта, в том числе с ДЦ соседних диспетчерских участков.

Технические характеристики КП и ПУ (емкость системы) не должны ограничивать их применение на сети дорог.

Структура ДЦ должна обеспечивать автономное функционирование каждой системы ДЦ на каждом диспетчерском участке при отказе любых элементов в этих системах с заданной вероятностью безотказной работы.

Функционирование ДЦ должно обеспечиваться для диспетчерского круга на линейном участке, нескольких радиальных линейных участках, на линейных участках с разветвлениями железнодорожных линий, в узле. Каналообразующая аппаратура ДЦ должна обеспечивать возможность организации любой из следующих структур каналов связи: магистральной, радиальной, радиально-магистральной, древовидной, смешанной.

В состав аппаратуры ПУ входят:

информационно-управляющий вычислительный комплекс (ИУВК), включающий в себя устройства ввода-вывода технологической информации (печатающее устройство, плоттер, цветные мониторы, выносные видеопроекционные, плазменные или светодиодные табло);

каналообразующая аппаратура (КА) или аппаратура передачи данных (АПД);

устройства сопряжения ИУВК с другими информационными сетями (локальной сетью, объединяющей АРМы причастных работников, сетью связи с АСОУП и др.);

вводно-коммутационные устройства (ВКУ), обеспечивающие подключение аппаратуры к линиям связи, источникам питания;

средства оперативно-технологической связи:

устройства электроснабжения, включая источники бесперебойного питания.

Средства отображения, управления и оконечная аппаратура диспетчерской связи должны размещаться непосредственно на рабочем месте поездного диспетчера. Место расположения других устройств выбирается исходя из удобства их обслуживания.

В состав аппаратуры КП ДЦ входят: программно-аппаратный комплекс; устройство сопряжения с ЭЦ; каналообразующая аппаратура или аппаратура передачи данных; вводно-коммутационные устройства; средства оперативно-технологической связи.

При разработке ДЦ должны создаваться средства автоматизации изготовления, проектирования, отладки и тестирования программного и информационного обеспечения системы.

Ввод команд управления должен осуществляться с использованием стандартных технических средств вычислительной техники (алфавитно-цифровой клавиатуры АРМа, манипуляторов «мышь», «трэкбол» и др.) или специализированного манипулятора.

Действия диспетчера по установке маршрутов должны быть одинаковыми независимо от типа системы ЭЦ.

Управляющими воздействиями диспетчера могут быть: команды телеуправления объектами СЦБ; задание режима представления информации, выводимой на экраны мониторов; ввод в систему данных, не получаемых автоматически (пометки диспетчера на графике и т.п.).

Формирование команд ТУ возможно в режимах:

индивидуального управления объектами системы;

маршрутного управления объектами ЭЦ с указанием начала и конца маршрута;

программного управления (накопление маршрутов и других заданий, автоматизированное предложение маршрутных заданий, реализуемых по согласию диспетчера, автоматическое управление).

Дальность действия ДЦ не должна быть ограничена использованием современных средств связи. Оперативная связь с ДСП и машинистами поездов должна обеспечиваться на всем участке ДЦ.

Скорость передачи информации в канале не менее 600 Бод.

Информационный обмен между компонентами системы должен базироваться на стандартных протоколах вычислительных систем и локальных сетей.

Способ передачи данных между КП и ПУ может быть циклическим, асинхронно-циклическим или спорадическим. При спорадическом способе передачи необходимо контролировать работоспособность КП.

ПУ ДЦ должен обеспечивать совместимость с существующими КП систем ДЦ «Нева», «Луч» и др.

Система ДЦ должна быть также увязана с информационными системами дорожного вычислительного центра; системами автоматизированной выдачи предупреждений; вышестоящими системами долговременного планирования дорожного уровня (АРМами дорожных диспетчеров ДГП).

Способ обмена информацией с указанными системами — спорадический с квитированием сообщений и обеспечением взаимодействия с использованием общих баз данных, размещаемых на серверах локальных вычислительных сетей.

Требования к режимам функционирования системы. Управляет перевозочным процессом в основном режиме поездной диспетчер. Основной режим работы ДЦ должен обеспечивать:

централизованный контроль КП и централизованное управление объектами ЭЦ;

централизованный контроль состояния зон крупных станций (участковых, пассажирских, технических, сортировочных) с нужной степенью детализации информации;

централизованный контроль и местное управление объектами;

комбинированное управление и централизованный контроль объектов ЭЦ (управление маршрутами в зоне главных путей станции осуществляется ДНЦ, а передвижениями в других районах станции руководит ДСП).

Вспомогательный режим реализуется в системе при возникновении отказов в устройствах СЦБ передачей на КП ответственных команд, исполняемых без проверки условий безопасности устройствами ЭЦ и посылаемых диспетчером с соблюдением определенного регламента.

К таким командам относятся:

аварийная смена направления движения на перегоне, оборудованном двусторонней автоблокировкой;

вспомогательное разблокирование перегона на участках с полуавтоматической блокировкой (искусственная дача прибытия поезда в полном составе);

вспомогательный перевод стрелок при ложной занятости стрелочного участка;

искусственное размыкание замкнутых в маршруте путевых и стрелочных участков;

управление переездом, расположенным в пределах станции.

Пользование ответственными командами допускается после проверки на месте состояния стрелочного перевода, путевых стрелочных участков и станционных путей с выполнением требований пп. 2.15, 2.16, 2.17 Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации.

В аварийном режиме (при выходе из строя канала связи, оборудования ДЦ и других повреждениях устройств СЦБ, не указанных выше) на станциях вводится резервное управление (РУ). При этом может сохраняться централизованный контроль у ДНЦ.

Резервное управление на станциях, входящих в диспетчерский круг, возможно только дежурным по станции непосредственно с пульта ЭЦ. Переход на РУ и обратно должен осуществляться ДСП поворотом ключа в пульте управления на раздельном пункте по устному распоряжению диспетчера. Должны исключаться одновременные управляющие воздействия поездного диспетчера и дежурного по станции при РУ и дистанционном управлении.

Развитие, модернизация и наращивание системы должно обеспечиваться: модульностью программных средств; формализацией описания объектов управления и контроля; использованием языков программирования высокого уровня; модульностью структуры технических средств; применением серийно выпускаемых аппаратных средств; использованием стандартных интерфейсов обмена с другими системами различных иерархических уровней.

Критерием отказа ДЦ является невыполнение любой из функций. Аппаратура должна обеспечивать круглосуточную эксплуатацию в непрерывном режиме.

При одиночных отказах в аппаратуре ПУ или КП действие системы ДЦ не должно нарушаться, т.е. система должна быть отказоустойчивой. Отказоустойчивость ДЦ может обеспечиваться самодиагностированием, «горячим» резервированием, автоматической реконфигурацией и восстановлением ПУ и КП при отказе отдельных элементов. Требования отказоустойчивости могут не предъявляться к КП станций АУ, включаемых только по контролю, так как непрерывность перевозочного процесса при отказах обеспечивается оперативным персоналом станции.

Динамические модели должны вестись на основе объективных данных, получаемых техническими средствами в режиме реального времени. Участие человека-оператора по вводу данных при отсутствии необходимых технических средств должно контролироваться устройствами.

Средний срок службы аппаратуры ПУ и КП должен быть не менее 10 лет с момента пуска в эксплуатацию. Средняя наработка на отказ при выполнении всех перечисленных функций ДЦ — не менее 10 000 ч. Коэффициент готовности системы ДЦ должен быть не менее 99,95 %.

Среднее время восстановления системы не более 15 мин (не учитывается время до прибытия ремонтного персонала на КП).

Требования безопасности. По достоверности передачи сигналов ТУ и ТС и допустимой вероятности образования ложных сообщений системы ДЦ должны относиться к телемеханическим комплексам I категории по ГОСТ 26.205—88. При вероятности искажения элементарного сигнала и независимых ошибках системы ДЦ должны обеспечивать:

вероятность трансформации сигнала ТУ не более ;

вероятность трансформации сигнала ТС не более ;

вероятность потери информации (допускается повторение до 5 раз) в канале ТУ не более ;

то же в канале ТС не более .

В тех случаях, когда по каналам ТС не передаются данные, связанные с безопасностью движения поездов, допускается снижение требований к достоверности передачи информации до уровня телемеханических комплексов III категории. В этом случае вероятность трансформации сообщений и потери информации не должны превышать соответственно и .

Безопасность при формировании ответственных команд должна обеспечиваться также организационными мерами и реализовываться с участием двух агентов движения.

Безопасность программных и аппаратных средств, участвующих в передаче и приеме ответственных команд, должна отвечать требованиям отраслевых нормативных документов «Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики».

Интенсивность опасных отказов аппаратуры передачи и реализации ответственных команд должна быть не более 3 •  1/ч на одну команду.

Обслуживание технических средств ДЦ должно включать в себя два аспекта:

периодическое обслуживание технических средств на ПУ и КП и централизованный ремонт сменных модулей и блоков с использованием сервисных комплексов системы;

фирменное сервисное обслуживание технических средств вычислительной техники ПУ.

Сопровождение программного обеспечения осуществляет разработчик или проектировщик системы.

Техническое обслуживание устройств ДЦ должно выполняться специально подготовленным персоналом дистанции сигнализации и связи. Его периодичность, а также допустимое время с момента обнаружения неисправности до ее устранения должны обеспечивать заданный коэффициент готовности. При профилактическом обслуживании необходимо предусмотреть сравнение постоянной информации с эталонной для данного полигона управления и в случае несовпадения — восстановление заменой вышедших из строя модулей постоянного запоминающего устройства на исправные комплекты запасных инструментов и принадлежностей (ЗИП). Количественные показатели периодичности и трудоемкости, а также численность и квалификация обслуживающего персонала должны быть определены на этапе опытной эксплуатации.

Система должна быть снабжена комплектом ЗИП с вероятностью достаточности не менее 0,9, позволяющим обеспечить ее работоспособность в течение гарантированного срока эксплуатации. При хранении комплекта ЗИП должно обеспечиваться его исправное состояние в течение гарантированного срока и возможность немедленного использования.

Несанкционированный доступ к информации исключается особенностями построения программного обеспечения и существующими организационными мерами, не допускающими нахождения посторонних в АДЦУ. По желанию заказчика несанкционированный доступ к системе может исключаться вводом паролей и (или) дополнительных индивидуальных аппаратных средств (ключей, магнитных карт), блокирующих работу АРМа. Аппаратура КП должна размещаться в запираемых помещениях.

Сохранность информации обеспечивается резервированием технических средств ее хранения. Данные ПУ и КП должны быть защищены от разрушений при отказах и сбоях устройств энергоснабжения.

Программное обеспечение должно поддерживать функци-онирование системы в ручном режиме при длительном непоступлении данных от КП, из-за перерывов в энергоснабжении, отказов КП и каналов передачи данных при обеспечении автоматического запуска и перезапуска системы.

Сбои в передаче и приеме сигналов не должны приводить к прекращению функционирования системы.

Требования к защите от влияния внешних воздействий. Аппаратура ДЦ должна соответствовать требованиям устойчивости к помехам в соответствии с ГОСТ Р 50656. Амплитуды испытательного воздействия для различных видов помех при степени жесткости 3 и критерии качества функционирования А для ответственных команд и критерия В для остальных команд приведены ниже.

 

1. Амплитуда испытательного воздействия при подаче помехи на цепь электропитания.

2. Амплитуда испытательного воздействия при подаче помехи на цепь ввода-вывода.

3. U_H — номинальное напряжение электропитания.

Для выполнения требований защиты от электромагнитных помех необходимо предусмотреть:

использование адаптеров ввода-вывода, обеспечивающих гальваническую развязку вычислительной техники и линии связи;

оборудование источника питания сетевым фильтром, при необходимости разработку дополнительных мероприятий на стадии технического проекта с учетом реальной электромагнитной обстановки;

защиту от кратковременных возмущений в программе ввода информации о состоянии объектов СЦБ.

Устройства ДЦ должны относиться к потребителям электроэнергии особой группы I категории. Система ДЦ должна быть рассчитана на электропитание от сети переменного тока частотой 50 Гц номинальным напряжением 220В с допустимыми отклонениями от 187 до 242В. Устройства электропитания аппаратуры ДЦ на ПУ должны обеспечивать бесперебойное питание при переключениях фидеров питания или перерывах в подаче электроэнергии до 6 ч.

При прекращении поступления сигналов ТС из линии система должна исключать представление устаревшей информации оперативному персоналу по истечении времени не более 1 мин после последнего получения ТС от КП с индикацией отсутствия связи с КП. Система ДЦ должна допускать возможность выборочного исключения и обратного включения в систему КП.

Система ДЦ является системой реального времени. Время предоставления оперативному персоналу информации об изменениях контролируемых объектов (включая съем информации, передачу по каналам связи и обработку на ПУ) не должно превышать 6 с.

Допустимое время реакции системы на клавиатуру не должно быть более 0,5 с.

Время передачи команд ТУ от ПУ на КП должно быть не более 1 с.

При проектировании системы должна обеспечиваться возможность настройки приоритетов предоставления различных видов информации.

Обработка оперативной информации должна проводиться в соответствии с функциональными задачами на общей базе данных, основу которых составляет информация о состоянии путевых объектов устройств СЦБ, характеристики подвижных средств и т.д.