МПЦ-И

МПЦ-И - МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ СТРЕЛОК И СИГНАЛОВ

 

Содержание

1Общие сведения 2Структура и функции МПЦ-И 3Надежность и безопасность 4Перспективы 5История создания

Общие сведения

Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов (МПЦ-И) является функциональным аналогом релейной электрической централизации (ЭЦ), предназначена для проектирования новых и реконструкции действующих ЭЦ.

МПЦ-И удачно сочетает в себе ряд важных потребительских качеств:

• система разработана в соответствии с российскими требованиями безопасности, которые не уступают требованиям CENELEC уровня SIL4;
• является одной из наиболее компактных МПЦ. Если нет возможности построить здание поста, можно разместить аппаратуру МПЦ-И в транспортабельных модулях, а также в высвобождаемых помещениях уже имеющихся зданий;
• обладает развитыми коммуникационными средствами и гибкой архитектурой, что позволяет интегрировать в МПЦ смежные системы железнодорожной автоматики, использовать современные сети передачи данных и создавать экономически оправданные конфигурации системы для станций различных классов;
• заложенные в МПЦ-И схемные, программные и конструктивные решения позволили минимизировать как стоимость внедрения, так и эксплуатационные расходы.

Структура и функции МПЦ-И

Комплекс программных и аппаратных средств МПЦ-И имеет многоуровневую структуру и включает в себя следующие компоненты:

• • управляющий контроллер централизации (УКЦ) с программой логики центральных зависимостей для осуществления маршрутизированных передвижений по станции;
• • систему гарантированного питания микроэлектронных систем СГП-МС;
• • телекоммуникационный шкаф (ШТК);
• • релейно-контактные устройства;
• • пульт-табло резервного управления (РУ);
• • напольные устройства;
• • автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) для задания управляющих команд и визуализации поездной ситуации;
• • автоматизированное рабочее место электромеханика (АРМ ШН) для обеспечения возможности удаленного мониторинга состояния объектов МПЦ-И;
• • пульт резервного управления для прямопроводного управления стрелками при возникновении неисправностей АРМ ДСП или УКЦ;
• • аппаратуру контроля свобод-ности/занятости участков пути, схемы коммутации стрелок, светофоров, схемы увязки с другими устройствами (ПАБ, АПС и пр.).

По расположению аппаратуры система является централизованной — УКЦ, ШТК, релейные и кроссовые стативы, СГП-МС размещаются на посту централизации (рис. 1).

Структура МПЦ-И (рис. 2) позволяет неограниченно наращивать число УКЦ и управлять станциями с любым количеством стрелок. Первый УКЦ обеспечивает управление 30 стрелками, второй и последующие — дополнительно 45 стрелками каждый. При этом обеспечиваются увязка с существующими устройствами полуавтоматической и автоматической блокировки, а также интеграция современных систем интервального регулирования, например СИР-ЭССО (интервальное регулирование движения поездов на основе счета осей).
Система МПЦ-И реализует все функции централизации, необходимые для безопасного управления технологическим процессом на станции:

• • установка, размыкание и отмена маршрутов;
• • управление показаниями светофоров;
• • кодирование маршрутов с проверкой всех условий безопасности;
• • разделка угловых заездов при маневровых передвижениях;
• • подача извещения на переезды;
• • включение пригласительного сигнала;
• • индивидуальный перевод и автовозврат остряков стрелок;
• • искусственное размыкание секций;
• • выключение стрелок и изолированных участков с сохранением пользования сигналами;
• • ограждение приемо-отправочных путей;
• • управление системами оповещения путевых бригад;
• • передача стрелок на местное управление и их возврат к централизованному управлению.
• Кроме традиционных функций электрической централизации, система МПЦ-И выполняет ряд новых функций технологического и информационно-сервисного характера:
• • логический контроль занятия путей и участков пути маршрутным порядком и их последующего освобождения маршрутным порядком для исключения возможности повторного открытия светофора на ложно освободившийся (при прекращении шунта) путь или участок пути;
• • установка маршрута без открытия светофора;
• • индивидуальная выдержка времени для каждого открываемого светофора;
  
• • индивидуальный отсчет выдержки времени для каждого отменяемого маршрута и размыкаемой секции;
• • непрерывное протоколирование действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станции и прилегающих к ней перегонах;
• • вывод на экран монитора АРМ дежурного по станции различных сообщений о ходе технологического процесса;
• • ввод управляющих команд с помощью манипулятора «мышь»;
• • возможность управления многопрограммной очисткой стрелок.

Централизованное управление технологическим процессом на станции обеспечивается возможностью совмещения в одном комплексе технологических функций ЭЦ, связи с объектом и связи с оперативно-технологическим персоналом — АРМ дежурного по станции (рис. 3), АРМ электромеханика СЦБ и др.

Надежность и безопасность

Показатели надежности и функциональной безопасности являются важнейшими характеристиками качества МПЦ-И. Под функциональной безопасностью устройства в условиях возникновения в нем внутренней неисправности понимают защищенность от формирования им на своих выходах команд и сигналов, нарушающих безопасность движения. В устройствах и системах железнодорожной автоматики обеспечение функциональной безопасности базируется на двух основных принципах. В основу первого из них положена избыточность — параметрическая, аппаратная, программная, информационная, временная. В основу второго принципа положено использование технических средств, локализующих развитие неблагоприятных процессов в системе при возникновении в ней неисправности и защищающих ее от выдачи неправильных воздействий, т. е. препятствующих возникновению опасного отказа и переводящих систему в защитное состояние.


Безопасность микропроцессорных систем СЦБ может обеспечиваться путем программной или аппаратной избыточности. В первом случае используется один микрокомпьютер, в котором каждая задача последовательно во времени решается два раза: вначале по одной программе, а затем — по другой (диверситетные программы) либо несколько микрокомпьютеров с одинаковыми программами. Для контроля правильности работы каналов используется аппаратное и программное сравнение результатов выполнения отдельных команд или решения отдельных задач. Это позволяет обеспечивать:

• • независимость отказов в однотипных элементах функционально избыточных структур;
• • защиту системы от сбоев и отказов;
• • исключение возможности накопления отказов;
• • контроль правильности работы программного обеспечения.

Создание диверситетных программ является высокозатратным и длительным по времени процессом, поэтому система МПЦ-И реализована как двухканальная или трехканальная (работающая по принципу «2 из 3») структура с умеренными связями (два или три одинаковых контроллера с одинаковым программным обеспечением). В ней используется защищенный интерфейс с исполнительными объектами (безопасные устройства сопряжения с объектами — УСО).
В МПЦ-И применяется высоконадежный комплекс технических средств, разработанный по техническому заданию НПЦ «Промэлект-роника» и использующий специализированную безопасную схемотехнику, а также операционную систему реального времени.

Наряду с типовыми для данного вида систем СЦБ способами обеспечения безопасности в МПЦ-И заложен ряд дополнительных мер, направленных на повышение безопасности. Архитектура системы безопасности управляющего контроллера предусматривает двух- или трехканальный мажоритарный («2 из 3») варианты исполнения. Программно-технический комплекс МПЦ-И имеет сертификат соответствия в системе ГОСТ Р.

Система МПЦ-И оснащена резервируемой системой управления и визуализации на базе компьютеров с клавиатурами и мониторами (либо проекционной установкой, в зависимости от размеров станции). При неисправностях управляющего контроллера централизации или АРМ дежурного по станции может использоваться пульт прямопроводного управления (рис. 4). В режиме резервного управления происходит аппаратное блокирование управляющих воздействий УКЦ.
Для большинства систем МПЦ проектирование программы логики (так называемой адаптационной части) требует значительного времени (в общем случае около одного — трех месяцев). Кроме того, критичность возможных ошибок приводит к необходимости значительного увеличения времени проверок. Как правило, к проектированию адаптационной части допускаются люди с уровнем знаний экспертов не только в области СЦБ, но и программирования. В МПЦ-И реализована возможность проектирования станции при помощи расстановки унифицированных программных блоков по географическому принципу (т. е. по плану станции, как это делается в БМРЦ), но без использования струн и схем свободного монтажа. При этом не нужны также таблицы маршрутизации, соответствия и враждебности. Срок проектирования адаптационной части программы для станции в 30 стрелок при этом силами одного обученного специалиста со средней квалификацией составляет всего одну-две недели. Более того, при необходимости возможно также перепроектирование логики силами соответствующим образом обученного персонала заказчика.

Перспективы

Одним из важнейших видов деятельности НПЦ «Промэлектрони-ка» является создание технических решений с использованием МПЦ-И. Созданы, утверждаются или разрабатываются технические решения по увязкам практически со всеми основными системами СЦБ, применяемыми на сети ОАО «Российские железные дороги». В новых и модернизируемых технических решениях особое внимание уделено защите от перенапряжений и грозовых разрядов.
Аппаратура МПЦ-И разработана с учетом мировых тенденций развития электроники, системотехники, программного обеспечения и конструктивных решений, чтобы предоставить заказчику максимальную защиту от морального и технического старения системы. Кроме того, МПЦ-И непрерывно совершенствуется. Производство данной аппаратуры выполняется по техническим требованиям и под непосредственным контролем НПЦ «Промэлектроника» российскими предприятиями-партнерами в соответствии со стандартом управления качеством ISO 9000.

В 2007 г. запланирована реализация таких проектов, как адаптивная система безопасности МПЦ-И для применения на малодеятельных участках. В свою очередь, для станций, расположенных на участках с интенсивным движением, в лучшей степени подходит система с резервированием и возможностью горячей замены отказавших элементов. Переход на бесконтактную коммутацию объектов управления, а также повышение живучести станции при отказах отдельных объектов обусловливают необходимость создания необслуживаемых объектных контроллеров стрелки и светофора с расширенным диапазоном рабочих температур. Объектный контроллер светофора также снимает проблемы использования светофоров различных типов и конфигураций, в том числе светодиодных с контролем «нити в холодном состоянии», а также исключает необходимость регулирования напряжения на лампах. Расчетное снижение числа интерфейсных реле в МПЦ-И составит при этом до 40 %.

В самом начале разработки системы МПЦ-И выявился огромный пласт проблем с организацией качественного электропитания микроэлектронных устройств ЖАТ. Существующие электроустановки не могли комплексно решить эти задачи. Так, в рамках разработки станционных систем СЦБ была создана система гарантированного питания СГП-МС. СГП-МС представляет собой линейку электропитающих установок, различающихся по мощности (от 10 до 30 кВ^А) и по времени резервирования всей станции, оборудованной МПЦ (от 10 мин до 8 ч). Ведутся интенсивные работы по созданию СГП-МС нового поколения.
В настоящее время МПЦ-И работает на пяти станциях магистральных железных дорог и промышленного транспорта, строится на семи и проектируется еще на 24. География — от побережья Северного Ледовитого океана до пустынь Средней Азии. В дальнейшем планируется проектирование от 50 до 150 станций в год в зависимости от потребностей заказчиков.

В результате применение МПЦ-И становится экономически целесообразным не только на сети дорог магистрального транспорта, но и на подъездных путях промышленных предприятий.

МПЦ-И реализует все функции централизации, необходимые для безопасного управления технологическим процессом на станции. Кроме традиционных функций ЭЦ, система МПЦ-И выполняет также ряд новых функций:

• круглосуточно функционирует в реальном масштабе времени и в наглядном виде отображает поездное положение, состояние объектов контроля и управления, действия дежурного по станции и электромеханика. При этом время цикла обработки данных и время начального запуска системы составляет не более 100 мс;
• непрерывно протоколирует действия эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станции и прилегающих к ней перегонах;
• выводит на экран монитора автоматизированного рабочего места дежурного различные сообщения о ходе технологического процесса;
• ввод управляющих команд осуществляется с помощью компьютерной мыши;
• возможен индивидуальный отсчет выдержки времени для каждого отменяемого маршрута и размыкаемой секции; индивидуальная выдержка времени для каждого открываемого светофора, а также управление многопрограммной очисткой стрелок.

Еще одна возможность МПЦ-И – это объединение нескольких зон управления. Такая система удаленного управления сразу несколькими станциями дает ощутимый экономический эффект. На промышленном транспорте Российской Федерации благодаря системе МПЦ-И впервые была применена такая возможность (станционный комплекс Скрапная – Слябовая Западно-Сибирского металлургического комбината).

И самое главное, наша система предоставляет Вам возможность в дальнейшем самостоятельно вносить изменения и редактировать управляющую программу в случае возникновения такой необходимости (например, в случае изменения путевого развития станции, функционального назначения объектов или изменения сигнализации светофоров). Для этого специалистам, которые будут работать с системой автоматизированного проектирования (САПР), необходимо пройти специальное обучение в нашем центре, сдать экзамены и получить сертификат, разрешающий пользоваться САПРом на устройства МПЦ-И. Таким образом, Вы не будете чувствовать себя постоянно зависимыми от поставщика оборудования и сможете оперативно и без лишних затрат реализовывать изменения в проекте станций.
Структура МПЦ-И включает в себя:
управляющий контроллер централизации (УКЦ) с программой логики центральных зависимостей для осуществления маршрутизированных передвижений по станции. УКЦ оснащены средствами внутренней диагностики, что позволяет выявить выход из строя элементов УКЦ или сбой в программе и привести дискретные выходы и управляемые ими напольные устройства в безопасное состояние;
автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) с удобным интерфейсом, обеспечивающим комфортную работу пользователя;
автоматизированное рабочее место электромеханика (АРМ ШНЦ) для обеспечения возможности удаленного мониторинга состояния объектов МПЦ-И. АРМ ШН предоставляет электромеханику возможность просмотра диагностической информации и архива выполненных действий МПЦ-И. Емкость хранилища данных МПЦ-И рассчитана не менее чем на 30 дней и может быть увеличена по требованию заказчика;
телекоммуникационный шкаф ШТК. ШТК обеспечивает работу всех автоматизированных рабочих мест на станции (с полным автоматическим резервированием всех аппаратуры), предоставляет возможность простой увязки с любой из внешних систем, в т. ч. ДЦ, АСУТП, а также обеспечивает информационную безопасность, протоколирование и архивирование работы оборудования и действий персонала;
пульт резервного управления для прямопроводного управления стрелками при возникновении неисправностей АРМ ДСП или УКЦ;
аппаратуру контроля свободности/занятости участков пути, схемы коммутации стрелок, светофоров, схемы увязки с другими устройствами (ПАБ, АПС и пр.);
систему гарантированного питания (СГП-МС), также разработанную специалистами НПЦ «Промэлектроника».


К особым преимуществам СГП-МС по сравнению с аналогами можно отнести: сокращение аппаратуры для питания устройств СЦБ под нужды МПЦ-И (элементы питания размещаются на стативах свободного монтажа), продолжительное время резервирования электропитания всех устройств СЦБ на станции (до 8 часов), удобство и простоту технического обслуживания.

Проектирование устройств электропитания сводится к расчету мощности, потребляемой аппаратурой СЦБ на станции, и выбору необходимого типа СГП-МС из существующей линейки.

Напольная аппаратура МПЦ-И включает в себя типовое оборудование: стрелки, светофоры, переездное оборудование и т.д. Постовая аппаратура рельсовых цепей, УКЦ, стрелочно-путевые блоки и реле свободного монтажа монтируются либо в шкафах, либо на стандартных релейных стативах (СРКМ-75, СУР и пр.), размещенных в релейных помещениях.

Открытая структура контроллеров позволяет наращивать и модернизировать МПЦ-И при возникновении такой необходимости.

Программное обеспечение МПЦ-И обновляется без замены оборудования в течение всего жизненного цикла системы.

История создания

К работам над созданием систем микропроцессорной централизации (МПЦ) научно-производственный центр «Промэлектроника» приступил в 1998 г., а уже в 2001 г. был получен готовый опытный образец МПЦ-И первого поколения. С тех пор система быстро развивалась, и сейчас широко внедряется МПЦ-И уже третьего поколения.