2.8   Пример конфигурации

Рисунок 2.4 показывает типичный пример применения МПЦ. Система подсоединяется к напольным устройствам посредством двух петель связи.

2.9    Функции и построение системы объектных контроллеров (OCS)

2.9.1 Структура системы

Система объектных контроллеров (OCS) является составной частью микропроцессорной централизации Ebilock 950, предназначенной для рабо­ты на железнодорожном транспорте (Рис. 2.5).

 

Система объектных контроллеров представляет собой распределенную сеть, обеспечивающую контроль и управление напольным оборудованием, как для безопасного, так и для неответственного оборудования.

Центральное устройство централизации (CIS), которое обрабатывает за­висимости централизации, представляет собой центральный компьютер. Для обеспечения высокой готовности системы, центральный компьютер обеспе­чивается резервным комплектом в виде двухпроцессорной системы. Наполь­ное оборудование подключается к центральному компьютеру с помощью петель связи. Каждая петля связи представляет собой коммуникационный ка­нал, обслуживающий до пятнадцати концентраторов. Применение петлевого канала обеспечивает возможность связи с обеих сторон линии, обеспечивая работоспособность даже в случае повреждения кабеля. Каждый концентратор обеспечивает связь с восемью объектными контроллерами, как максимум. В свою очередь, каждый контроллер управляет или контролирует один или не­сколько напольных объектов, используя для этого собственный интерфейс, микропроцессор и специальное программное обеспечение.

Распределенная архитектура системы объектных контроллеров (OCS) поз­воляет размещать ее в том же помещении что и центральный компьютер или в непосредственной близости от контролируемого напольного оборудования. Использование последнего решения позволяет минимизировать стоимость многопроводных сигнально-блокировочных кабелей за счет сокращения их длины и более широкого применения телекоммуникационных кабелей.

Шкафы объектных контроллеров используются для установки одного или бо­лее концентраторов с соответствующим количеством объектных контроллеров и необходимых источников питания. В зависимости от размера и сложности стан­ции один шкаф объектных контроллеров может управлять и контролировать как отдельный район станции, так и целую станцию, или даже несколько станций.

Примечание: Общее адресуемое пространство зависит от количества обраба­тываемых данных (т.е., длины сообщений и скорости опроса) и требуемого вре­мени реакции системы для управления различным напольным оборудованием.

2.9.2    Компоненты

Система объектных контроллеров имеет два интерфейса: к CIS, используя петлевые порты, и к напольному оборудованию. Основными составными час­тями системы являются: петли связи, связевые концентраторы, каналы связи между концентраторами и объектными контроллерами, объектные контролле­ры и кабели между объектными контроллерами и напольным оборудованием.

Примечание: Петли связи и кабели между объектными контроллерами и напольным оборудованием не являются частью OCS. Данные изделия долж­ны специфицироваться отдельно.

2.9.3   Петлевой порт

Петлевой порт является частью Центрального устройства централизации (CIS) и соединяет его с концентраторами, расположенными в определенной петле связи, обеспечивая обмен данными (наборами сообщений). Петлевой порт также определяется как модуль ввода/вывода (ЮМ).

2.9.4    Петля связи

Петля связи представляет собой среду передачи между петлевым портом и концентраторами. Петля представляет собой четырехпроводный теле­коммуникационный кабель (две витые пары), используемый внутренними модемами. Существует возможность использования внешних систем с РСМ модуляцией, например, при использовании оптоволоконных каналов. В нор­мальных условиях CIS работает с петлей с первичной стороны (слева), кон­тролируя при этом ее состояние с вторичной стороны (справа). В случае повреждения кабеля, CIS автоматически изолирует поврежденный участок кабеля, реконфигурируя петлю таким образом, чтобы обеспечить работу с обеих ее сторон (слева и справа). Данная особенность позволяет предотвра­тить отказ всей петли связи в случае одиночного повреждения.

2.9.5    Концентратор

Концентратор обеспечивает обмен информацией между портом петли связи и объектными контроллерами. Он также может использоваться как восстанавливающий повторитель для усиления сигнала в том случае если расстояние между двумя активными концентраторами слишком велико. В связи с тем, что концентратор абсолютно прозрачен с точки зрения обмена сообщениями между объектными контроллерами и CIS, к нему не предъяв­ляются требования по обеспечению безопасности.

Каждый концентратор состоит из двух коммуникационных модулей (один модем на модуль). Для повышения готовности системы, обеспечивается из­быточное резервирование в виде второго микропроцессора. Это означает, что передача информации может продолжаться без нарушений в случае какого-либо аппаратного отказа. Однако в случае пропадания питания CIS автоматически изолирует отказавший концентратор и реконфигурирует петлю связи таким образом, чтобы обеспечить связь с остальными концент­раторами с обеих ее сторон. Другим названием концентратора является Ус­тройство контроля Передачи (CCU).

2.9.6    Канал связи Концентратор - Объектный контроллер

Контроллерный канал связи работает как канал связи между концентра­тором и объектными контроллерами. Данный канал связи может быть ис­пользован только внутри одного и того же места установки контроллеров.

2.9.7    Объектный контроллер

Каждый объектный контроллер представляет собой устройство с необ­ходимым набором интерфейсных модулей для управления и контроля со­стояния специфичного типа напольного оборудования. Объектный контрол­лер принимает приказы, транслируемые концентратором, и превращает их в сигналы управления для напольного оборудования. Подобным образом, объектный контроллер принимает сигналы от напольного оборудования и превращает их в телеграммы о состоянии и неисправностях, передаваемые в концентратор для трансляции в центральный компьютер. Критические ошибки в объектном контроллере изолируют соответствующий напольный объект и переводят его в предопределенное безопасное состояние.

2.9.8    Объектные кабели

Объектные кабели представляют собой многопроводные сигнально-бло- кировочные кабели и используются между объектными контроллерами и напольным оборудованием для подачи питания, а также сигналов управле­ния (приказов) и сбора информации о состоянии (статусов).

2.9.9   Напольное оборудование

Напольное оборудование представляет собой устройства для обеспечения движения поездов и располагаемое непосредственно вблизи железнодорож­ных путей (стрелки, сигналы и т.п.).

2.9.10    Конфигурация петель связи

2.9.10.1 Типовой вариант

 

В стандартной конфигурации (Рис. 2.6) две витые пары образуют петлю связи. Петля подключается непосредственно к CIS через петлевые порты и обеспечивает скорость передачи 19.2 Кб/сек. Расстояние между двумя прие­мопередатчиками зависит от параметров кабеля и уровня помех. Например, для медного кабеля диаметром 0.9 мм, используемого для передачи, макси­мальное расстояние составляет 20 км.

2.9.10.2 Случай больших расстояний

Малые станции, находящиеся на значительном удалении от центрального компьютера, также могут контролироваться стандартной петлей связи. В слу­чае если расстояние между начальным и конечным концентраторами превышает допустимое, один или несколько концентраторов могут использоваться как вос­станавливающие повторители для усиления сигнала. Рисунок 2.7 иллюстрирует ситуацию, когда допустимое расстояние между концентраторами не превышает 20 км, а расстояние от центрального компьютера до станции составляет 60 км.

 

Рис 2.7. Конфигурация петли связи для больших расстояний

2.9.10.3 Случай больших расстояний при использовании аппаратуры РСМ модуляции

 

Рис 2.8. Конфигурация петли связи для больших расстояний с применением аппаратуры РСМ модуляции

Вместо использования концентраторов как повторителей в типовой петле связи для больших расстояний существует возможность применения оптоволоконных каналов связи, например, уже существующих и имеющих запас по информацион­ной емкости. Система объектных контроллеров обеспечивает интерфейс RS-232 позволяющий подключение внешних устройств импульсно-кодовой модуляции (РСМ). В данной конфигурации стандартные петли связи не подключаются к основному компьютеру, а монтируются на удаленной станции и подключаются к аппаратуре РСМ (рис. 2.8). В случае использования существующей оптоволо­конной линии расстояние между центральным компьютером и петлей связи не имеет значения, т.к. предполагается наличие оптических повторителей, обеспечи­вающих требуемые качество сигнала и дальность связи. Однако ограничения по дальности внутри самой петли связи продолжают действовать.

2.9.11 Функции системы объектных контроллеров

2.9.11.1 Управление сигналами

Сигнальный объектный контроллер обеспечивает возможности управле­ния сигнальными показаниями светофоров и индикаторов с одновременным контролем состояния сигнальных цепей (ламп).

•    Снижение Сигнальных Показаний. Переключение на более запрещаю­щее показание, например, запрещающее, в случае обнаружения неис­правности и невозможности включения требуемого показания.

•  Контроль Яркости Свечения. Выходное напряжение может быть пере­ключено между высоким и низким уровнями для обеспечения высокой и низкой яркости свечения, соответственно (например, день/ночь).

•    Контроль Состояния Цепей. Следующие четыре состояния рабочих цепей могут быть проконтролированы: включено, выключено, обрыв в цепи (например, перегорание нити лампы) и короткое замыкание.

•    Проверка Холодных Нитей. Обрыв в цепи может быть определен на выключенной (темной) нити светофорной лампы.

•  Двухнитевые Лампы. Использование двухнитевых светофорных ламп с основной и резервной нитями вместо однонитевых обеспечивает повы­шенную надежность работы сигналов.

•    Мигающие Сигнальные Показания. Обеспечивается возможность ис­пользования мигающих показаний с предопределенными параметрами и контролем их соответствия.

•  Детектор Ошибки Заземления. Определение и индикация утечки тока на землю.

2.9.11.2 Управление Стрелками

Стрелочный объектный контроллер обеспечивает контроль и управление стрелками. Основными функциями объектного контроллера являются: • Определение состояния стрелки (т.е. "плюс", "минус", отсутствие кон­троля положения).

•   Управление мотором стрелочного привода может осуществляться как по командам CIS, в режиме центрального управления, так и с использо­ванием аппаратуры местного управления в соответствующем режиме.

2.9.11.3    Управление мотором стрелочного привода

•    Различные Типы Моторов. Объектный контроллер может управлять однофазными, трехфазными и моторами постоянного тока.

•   Безопасный Выход Высокой Мощности. В связи с тем, что мотор уп­равляется непосредственно объектным контроллером, отсутствует не­обходимость в дополнительных промежуточных элементах.

•   Контроль Времени. В случае если перевод стрелки не закончен в тече­ние заранее определенного времени, перевод стрелки будет прекращен для предотвращения ее повреждения.

•  Детектор Ошибки Заземления. Определение и индикация утечки тока на землю.

2.9.11.4    Контроль нескольких стрелочных приводов

Стрелки с несколькими стрелочными приводами (например, спаренные стрел­ки или стрелки с подвижными сердечниками) требуют скоординированного уп­равления. В этой ситуации централизация работает с этими стрелочными при­водами как с одним логическим объектом. В тоже же время система объектных котроллеров (OCS) управляет каждым стрелочным приводом индивидуально. В существующих системах механизм отключения стрелочных приводов реализо­ван дополнительными средствами (внутри стрелочного привода). OCS может уп­равлять как одиночными, так и спаренными стрелками, содержащими до четырех стрелочных приводов, рассматривая их как один логический объект.

Следующие основные функции выполняются объектным контроллером при работе с несколькими стрелочными приводами:

•   Определение Положения. Объектный контроллер вычисляет состояние логического объекта для передачи в CIS, используя логическую опера­цию И Булевой алгебры применительно ко всем приводам, относящимся к стрелочному переводу.

•   Задержка последовательного пуска. В связи с тем, что одновременный пуск нескольких стрелочных моторов приводит к значительным скач­кам рабочего тока, для каждого выхода управления мотором стрелочно­го привода применяется индивидуальная задержка.

•   Синхронизация Управления. В случае, когда один из моторов не запус­тился при работе остальных, объектный контроллер отключает все мо­торы для предотвращения повреждения стрелки.

2.9.12 Местное управление

В отличие от основного режима центрального управления, когда CIS кон­тролирует и управляет стрелочным приводом, существуют ситуации, где требуется возможность местного управления стрелочным приводом. Режим местного управления реализован таким образом, что контроль состояния стрелочного привода осуществляется CIS, в то же время команды на пере­вод стрелок передаются от оборудования местного управления. Для реше­ния данной задачи на поле должно устанавливаться оборудование местного управления. В данном режиме работы не допускается установка маршрутов через стрелку, находящуюся на местном управлении, таким образом, все приказы от CIS для данного контроллера будут отвергнуты, за исключением приказа на возврат в режим центрального управления.

Следующие функции реализованы для решения задач местного управления:

•  Контрольные лампы местного управления. Одна или две лампы для индикации положения стрелки и режима местного или резервного уп­равления могут быть использованы. Данные лампы подключаются к выходам управления лампами объектного контроллера и могут быть ис­пользованы только в режимах местного и резервного управления.

•  Кнопки местного управления. Одна или две кнопки местного управле­ния могут быть использованы. Состояние кнопок проверяется по входам контроля состояния контактов и может быть использовано только в ре­жимах местного и резервного управления.

•  Переключение с центрального на местное управление. Оператор может разрешить режим местного управления, используя специальную коман­ду, формируемую CIS, в ответ на запрос данного режима работы.

•  Переключение с местного на центральное управление. Оператор может разрешить режим центрального управления, используя специальную ко­манду, формируемую CIS, в ответ на запрос о прекращении режима мес­тного управления.

2.9.13 Резервное управление

В некоторых случаях может применяться режим резервного управления стрелочным приводом. Данный режим во многом аналогичен режиму местного управления, но отличается от него в части перехода в данный режим и возврата из него. Переход в данный режим и возврат из него осуществляется поворотом специального ключа, а не по команде CIS, как в случае местного управления.

•  Ключ резервного управления. Специальный ключ, установленный в за­мок, используется для перехода в режим резервного управления. Сис­тема объектных контроллеров постоянно проверяет состояние замка. При обнаружении ключа резервного управления начинается отсчет пре­допределенного временного интервала, по окончанию которого CIS ин­формируется о новом состоянии объекта.

•  Переключение с центрального на резервное управление. Режим резервного управления включается непосредственно ключом резервного управления.

•  Переключение с резервного на центральное Управление. Возврат в ре­жим центрального управления осуществляется непосредственно клю­чом резервного управления.

2.9.14  Управление безопасными и не ответственными входами/выходами

Контроллер Безопасных/Не ответственных Входов/Выходов позволяет как управлять безопасными выходами и контролировать состояние входов (контактов) безопасным образом (безопасная конфигурация), так и осу­ществлять управление и контроль для не ответственных входов и выходов в существующей конфигурации. В зависимости от выбранной конфигурации следующие функции могут быть использованы:

•      Управление безопасными реле. Возможно управление безопасными реле различных типов.

•  Различные безопасные применения. Типовыми примерами таких прило­жений могут служить интерфейсы для счетчиков осей, автоблокировки и переездной сигнализации.

•    Контроль состояния контактов. Следующие четыре состояния мо­гут быть определены: включено, выключено, обрыв в цепи, короткое замыкание. Данные функции не используются в полном объеме для не ответственных приложений.

•  Различные не ответственные применения. Типовыми примерами таких приложений могут служить интерфейсы для систем обдува и обогрева стрелочных приводов.

2.9.15    Контроль состояния контактов

Основной задачей безопасной проверки состояния входов является про­верка состояния различных контактов (контакты реле, переключатели, кнопки) как в безопасных, так и в не ответственных схемах. Данная функ­ция реализуется во всех типах объектных контроллеров.

•   Контроль состояния схем. Следующие четыре состояния могут быть определены: включено, выключено, обрыв, короткое замыкание.

2.9.16    Состояние рельсовой цепи

Задачей данной функции является достоверное определение состояния рельсовой цепи (свободно/занято). Данная функция является разновиднос­тью случая контроля состояния безопасного входа и реализована во всех объектных контроллерах за исключением релейного.

•   Контроль состояния. Следующие четыре состояния путевого реле мо­гут быть определены: занято, свободно, обрыв, короткое замыкание.

•   Время задержки. Для обеспечения достоверного проследования корот­кой подвижной единицы по короткой рельсовой цепи с высокой ско­ростью, существует возможность настройки времени для определения занятия/освобождения рельсовой цепи.

•   Подавление дребезга контактов. Существует возможность настройки временных соотношений при определении состояния рельсовой цепи для предотвращения появления ложной информации, например, в результа­те вибрации.

2.9.17 Передача информации

2.9.17.1 Общие положения

Существует два различных формата передаваемой информации: сообще­ния и кадры (Рис. 2.9). Данные между конечными точками сети (централь­ный компьютер и объектные контроллеры) собираются в информационные сообщения специального формата.

 

Данные между двумя любыми узлами сети (петлевой порт и концентра­торы, или между двумя концентраторами) собираются и передаются в виде HDLC кадров.

В связи с тем, что обмен сообщениями между центральным компьютером и объектными контроллерами должен осуществляться безопасным образом, данная информация содержит большое количество избыточных данных. Данное решение позволяет исключить возможность влияния испорченных данных на безопасность работы системы. Несмотря на тот факт, что пере­дача информации различается по объему и формату, принципы обеспечения безопасности везде идентичны и применяются только для обмена информа­цией между конечными точками сети.

2.9.17.2 Обработка сообщений

Сообщение приказа представляет собой битовый набор, генерируемый центральным компьютером и передаваемый определенному объектному контроллеру для воздействия на требуемый элемент напольного оборудо­вания. Подобным образом, сообщения состояния генерируются объектным контроллером для передачи в центральный компьютер информации о состо­янии соответствующего элемента напольного оборудования. Каждое сооб­щение приказа или состояния дублируется с применением принципов дивер­сифицированного программного обеспечения для обеспечения безопасной реализации требуемых функций. Программа А генерирует сообщения А, а программа В генерирует сообщения В. В дополнение к данным каждое со­общение снабжается уникальным адресом, указателем длины сообщения, меткой времени и проверочной информацией.

Оба сообщения подготавливаются и передаются в одном и том же цикле передачи. Несколько сообщений собираются в кадр, прежде чем будут пере­даны в петлю связи и соответственно разделяются после передачи по петле. Данная задача решается петлевым портом (упаковка сообщений приказов от центрального компьютера для определенных концентраторов и распаковка ответных кадров с сообщениями от объектных контроллеров) и концентра­тором (упаковка сообщений состояния от всех подключенных к нему объ­ектных контроллеров в один кадр и распаковка командных кадров для соот­ветствующих объектных контроллеров).

Когда требуемый концентратор принимает командный кадр, он распако­вывает его и распределяет пары сообщений для соответствующих объект­ных контроллеров. Каждый объектный контроллер использует программы А и В для проверки принятых сообщений А и В, для того чтобы убедиться, что сообщения корректны, идентичны (с логической точки зрения) и при­шли в один и тот же момент времени (в одном цикле). Если одна из программ обнаружит различия между сообщениями А и В, то оба они будут отвергну­ты, соответствующее предупреждение будет передано CIS, как информация об источнике возможной ошибки.