Мониторинг сортировочной горки
В.Р. ОДИКАДЗЕ, начальник отдела Ростовского филиала ОАО«НИИАС»
Д.В. РОДИОНОВ, главный конструктор
Для повышения интенсивности работы железнодорожного транспорта и улучшения ее основных экономических показателей необходимо автоматизировать сложные технологические процессы. От ритмичной, бесперебойной работы сортировочных горок зависит пропускная способность всей сети дорог, ускорение оборота вагонов, сокращение простоев на сортировочных станциях при переработке, обеспечение сохранности грузов и подвижного состава в процессе расформирования поездов.
Для достижения поставленных задач на сортировочных горках внедряют разработанный Ростовским филиалом ОАО «НИИАС» комплекс систем автоматизации горок на базе промышленных компьютеров КГМ ПК. Используемые в комплексе промышленные компьютеры с мощными информационно-вычислительными возможностями, средства сбора, обработки и преобразования информации, распределенный обмен данными, быстродействующие специализированные серверы и сетевое оборудование в локальной вычислительной сети обеспечивают диагностирование, контроль и удаленный мониторинг функционирования систем автоматизации и параметров устройств СЦБ в масштабе реального времени.
Современная сортировочная горка имеет высокий уровень насыщенности устройствами централизации и механизации,сред-ствами управления и контроля напольных устройств. При комплексной автоматизации процесса расформирования составов горка дополнительно оборудуется устройствами счета осей, весомерами, индикаторами скорости отцепов, аппаратурой контроля заполнения путей сортировочного парка. Сигналы напольных устройств обрабатывает управляющий вычислительный комплекс УВК. Он формирует сигналы управления устройствами централизации и механизации для формирования маршрутов и регулирования скорости скатывания отцепов. УВК также инициирует диагностические сообщения эксплуатационному персоналу в соответствии с реальной технологической ситуацией, сложившейся во время роспуска, и результатами диагностики устройств, подсистем и горочного комплекса в целом.
Контроль состояния устройств и систем горочной автоматизации, оперативный поиск неисправностей, предотказную диагностику, анализ работы осуществляет комплекс контроля и диагностики станционных устройств КДК СУ ГАЦ с рабочим местом горочного электромеханика сортировочной горки АРМ ШН СГ. Контрольно-диагностический комплекс успешно эксплуатируется на автоматизированных сортировочных горках в составе КГМ ПК, а также комплексной системы автоматизации управления сортировочным процессом КСАУ СП. В целях повышения безопасности расформирования составов, эффективности управления технологическими процессами и уменьшения количества отказов устройств Ростовский филиал ОАО «НИИАС» дополнил комплекс КДК СУ ГАЦ системой поддержки принятия решений для оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки СППР КДК СУ. Впервые она была внедрена на горке станции Красноярск-Восточный.
Система поддержки принятия решений обрабатывает технологическую и диагностическую информацию, поступающую в сервер приложений и хранилище данных СППР из сервера баз данных технологической и диагностической информации подсистем КГМ ПК и КДК СУ, формируемой в реальном времени. СППР КДК СУ оснащена подсистемой мониторинга технологического процесса роспуска составов и формирования оповещений оперативного и обслуживающего персонала в режиме реального времени. Система поддержки принятия решений реализует мониторинг технологического процесса, состояния горочных устройств на самом высоком уровне и является «рабочим инструментом» для широкого круга пользователей - от старшего электромеханика, начальника горки до управленческого персонала станции, диспетчеров службы автоматики и телемеханики.
Отказы, а также предотказное состояние устройств фиксируются, и на их основе формируются различные виды оповещения обслуживающего и эксплуатационного персонала. Для этого применяются графические, анимационные, текстовые, звуковые и голосовые предупреждения. В сервере приложений осуществляется статистический анализ данных о функционировании устройств и подсистем. В результате формируются предложения и рекомендации по оптимизации проведения технического обслуживания и ремонта контролируемых горочных устройств. Аналитическая информация об основных показателях работы сортировочной горки предоставляется работникам службы управления перевозками в целях выявления отказов и оптимизации отдельных технологических операций, а также передается в корпоративную сеть Красноярской дороги.
КДК СУ ГАЦ обеспечивает комплексный углубленный контроль работы каждого горочного устройства и выдает эксплуатационному персоналу оперативную информацию об его техническом состоянии, возникновении предотказных состояний и сбоев в работе. Обслуживающему и эксплуатационному персоналу предоставляется мощный графический интерфейс для просмотра работы устройств в реальном времени, статистической обработки информации, накопленной в базах данных. Это позволяет вести мониторинг и анализ работы отдельных устройств и всего горочного комплекса, в том числе удаленно, без выезда на объект.
Комплекс базируется на современных технических средствах и передовых информационных и коммуникационных технологиях, а также на глубокой алгоритмической проработке причин возникновения неисправностей устройств СЦБ, технологии поиска и устранения неисправностей. Благодаря используемым методам программирования можно гибко варьировать функциональный состав КДК СУ ГАЦ, наращивать количество контролируемых сигналов и устройств. К информационным каналам обеспечивается доступ зарегистрированных пользователей, вычислительные средства которых включены в корпоративную сеть системы передачи данных ОАО «РЖД» и работают под различными операционными системами, в том числе и Windows.
В КДК СУ ГАЦ входят подсистемы:
сбора, оперативного анализа и выдачи в базу данных информации о работе и состоянии контролируемых устройств, состоящая из контроллера сбора информации КСИ, средств гальванической изоляции и нормализации уровней, коммутации и преобразования сигналов;
хранения и предоставления протокольной информации, функционирующая на базе промышленного сервера баз данных с резервированием сохраненной информации;
мониторинга состояния сортировочной горки, осуществляемого на глубину контроля заполнения путей, включая парк формирования, а также графического отображения технологического состояния процесса расформирования поездов, статистической обработки накопленной информации о количественных показателях работы напольных, постовых устройств и сортировочной горки в целом. Персональный компьютер находится на рабочем месте горочного электромеханика. Программное обеспечение устанавливается на необходимое количество компьютеров зарегистрированных пользователей служб управления перевозками, автоматики и телемеханики;
СППР, обеспечивающая информационно-аналитическую поддержку технического обслуживания и ремонта устройств сЦб, предоставляющая аналитическую информацию об основных показателях работы сортировочной горки работникам службы управления перевозками.
Все подсистемы КДК СУ ГАЦ включены в локальную вычислительную сеть КГМ ПК или КСАУ СП и защищены информационным шлюзом, обеспечивающим доступ в систему передачи данных ОАО «РЖД». Такая информационная структура локальной сети позволяет, с одной стороны, защитить комплекс от несанкционированного доступа, а с другой - представить информацию в систему передачи данных по защищенному каналу.
КДК СУ ГАЦ собирает и отображает информацию о состоянии постовых и напольных устройств СЦБ, контролирует срабатывание магнитных педалей и работу их блока, выдавая предупреждения о сбоях в работе. Комплекс измеряет величину рабочего и фрикционного тока электродвигателя и продолжительности перевода стрелки, просматривая их эпюры; напряжение батарей для горки и замедлителей; питающее и выходное напряжение различных датчиков и реле, фиксируя значение во время предотказа; сопротивление изоляции питающих цепей энергоустановок горочного поста относительно «земли», а также между цепями источников, фиксируя его снижение до опасного уровня. В том числе КДК СУ ГАЦ измеряет уровень изменения напряжения и контролирует его скорость на путевых реле, фиксируя снижение до предотказного состояния, контролирует наличие напряжения фидеров питания и измеряет его, фиксируя выход уровней за пределы допустимых значений, измеряет и контролирует наличие напряжения питания стрелочных электроприводов, а также контролирует перегорание предохранителей.
Кроме этого, на экране АРМа электромеханика отображается оперативное состояние контролируемых устройств в виде осциллограмм и диаграмм, эпюр, графиков и других наглядных форм представления информации, а также хранящаяся в базе данных информация за прошедший месяц о состоянии устройств в режимах ускоренного, замедленного и нормального хода времени. При этом можно остановить картинку, просмотреть, перейти на начало необходимого интервала по времени или событию. По сохраненной в базе данных информации о работе устройств формируются временные графики их состояния и уровней аналоговых сигналов. Для определения работоспособности устройств в заданном периоде времени осуществляется статистическая обработка информации. Информация о состоянии устройств отображается в графическом виде на мнемосхеме горки, а также в виде таблиц уровней напряжений и токов, измеряемых на контролируемых устройствах. Затем выдаются результаты самодиагностики компонентов комплекса, состояния внутренних и внешних соединений локальной сети.
Структура информационных потоков (трафиков) верхних уровней средств мониторинга и контроля функционирования сортировочной горки представлена на рис. 1. Источниками диагностической и технологической информации являются перечисленные системы автоматизации, которые обрабатывают, анализируют, группируют и передают информацию на горочный сервер базы данных. Последний принимает технологическую и диагностическую информацию и хранит ее в таблицах , а также выдает по запросу подключившимся к серверу пользователям локальной сети и удаленным пользователям из системы передачи данных ОАО «РЖД» через шлюз ЛВС. Сервер базы данных хранит и выдает настроечные параметры при запуске промышленных компьютеров систем автоматизации и АРМа электромеханика, осуществляет автоматическую репликацию данных на сервер-шлюз ЛВС для резервирования его функций на случай отказа сервера базы данных.
В составе каждого источника информации используется программный модуль, контролирующий работоспособность канала локальной вычислительной сети и работу сервера базы данных. Для исключения потери данных при отсутствии связи с сервером технологическая и диагностическая информация записывается на магнитный диск промышленного компьютера, а при устранении неисправности автоматически восстанавливается на сервере. Программный модуль реализует логику функционирования средств мониторинга и контроля работы горки при накоплении данных в сервере. Алгоритмы модуля приведены на рис. 2 и 3.
Информация мониторинга работы горки в режиме реального времени передается на средства отображения непосредственно от источников - промышленных компьютеров систем автоматизации и контрольно-диагностического комплекса.
Объекты автоматизации оснащены средствами технологического мониторинга и технической диагностики. К средствам отображения технологической информации относятся горочное табло коллективного пользования, АРМы дежурного по горке, операторов технологического процесса, машиниста компрессорной станции.
К средствам технической диагностики относятся АРМы: электромеханика горочного комплекса АРМ ШН СГ, обслуживающего весомеры, датчики прохода осей, аппаратуру контроля заполнения путей сортировочного парка; электромеханика, обслуживающего централизованные стрелочные переводы, рельсовые цепи, радиотехнические датчики свободности и другое напольное оборудование; электромеханика, обслуживающего горочные и парковые вагонные замедлители; начальника горки, контролирующего состояние всех устройств СЦБ; машиниста компрессорной станции, обслуживающего системы оборотного водоснабжения и вентиляции, расходомеры и клапаны слива конденсата.
АРМ электромеханика горки отображает информацию в режиме реального времени. В режиме просмотра информации за прошедший период времени АРМ запрашивает и получает данные от сервера базы данных.
Хранилище данных системы поддержки принятия решений периодически запрашивает из сервера БД диагностическую и технологическую информацию, накопленную за определенный период времени, систематизирует ее и записывает в базу знаний горки. Сервер приложений СППР в интегрированном виде предоставляет накопленную информацию пользователям.
Этот сервер обеспечивает работу следующих подсистем СППР: мониторинга и выдачи предупреждений оперативному персоналу в режиме реального времени;
статистического и интеллектуального анализа состояния устройств, показателей выполнения технологического процесса роспуска составов и отдельных его стадий;
планирования и контроля технического обслуживания и ремонта ТОиР горочных устройств СЦБ.
Мониторинг технического состояния, автоматизацию технического обслуживания и ремонта горочных устройств СЦБ обеспечивает АРМ ТОиР. В сервер приложений заложены функции генерации технологических карт по каждому горочному устройству. За каждым электромехаником закрепляются обслуживаемые им устройства ЖАТ. По результатам контроля состояния и предотказной диагностики оповещается персонал и ведутся электронные технологические карты. Таким образом, АРМ ТОиР обеспечивает контроль и автоматизацию технологического процесса обслуживания устройств ЖАТ, контроль за параметрами устройств, плановыми и ремонтно-восстановительными работами.
Внешний мониторинг осуществляется обменом информацией через сервер-шлюз локальной вычислительной сети по каналам системы передачи данных ОАО «РЖД». При этом данные передаются только по разрешенным к использованию и открытым в установленном порядке информационным портам.
Сервер-шлюз реализует следующие функции: выдачу информации пользователям в систему передачи данных ОАО «РЖД», защиту от несанкционированного доступа, информационную безопасность, автоматическое резервирование серверных функций и репликацию данных на случай отказа сервера БД.
Технологическая информация и статистические отчеты о показателях работы оперативного персонала предоставляются средствами многоуровневого мониторинга и контроля функционирования сортировочной горки. Руководящие работники станции, находясь на своих рабочих местах, могут пользоваться средствами внешнего мониторинга. В их рабочих персональных компьютерах, например в техническом отделе станции, устанавливается соответствующая программа, настроенная на информационную увязку горочного сервера базы данных с системой передачи данных ОАО «РЖД» для получения и просмотра технологической и статистической информации. Работники станции используют средства внешнего мониторинга для контроля технологического процесса в реальном времени, анализа статистической информации, отображающей основные показатели работы станции: объем переработки вагонов, фактическое значение горочного цикла и интервала,длительность и динамику роспусков, данные по качеству работы тормозных позиций и накоплению вагонов в сортировочном парке и др.
Клиентами системы поддержки принятия решений могут быть как работники станции, использующие интегрированную технологическую информацию о работе горки, так и работники дистанции СЦБ, использующие данные по технической диагностике и статистике работы устройств ЖАТ. Для просмотра информации СППР применяют стандартную программу веб-обозревателя, например фирмы Microsoft. Каждому клиенту присваиваются уникальные параметры подключения к серверу приложений.
Сервер АСУ сортировочной станции интенсивно обменивается информацией с промышленным компьютером ГАЦ о ведении модели роспуска и модели сортировочного парка, включая контроль маневровых передвижений в горочной горловине.
АРМ диспетчера дистанции обеспечивает техническую диагностику устройств ЖАТ на втором уровне и входит в систему технической диагностики и мониторинга устройств ЖАТ (СТДМ), построенной по иерархическому принципу. Последняя автоматизирует процессы контроля, диагностирования и мониторинга технического состояния устройств ЖАТ горки. К функциям СТДМ также относятся автоматизация технического обслуживания устройств ЖАТ, мониторинг работы горки, действий оперативного персонала, отображение диагностической информации.
На уровне сортировочных станций размещаются линейные пункты диагностирования КДК СГ, автоматически контролирующие состояние устройств, выявляющие отказы и сбои, протоколирующие режимы работы, собирающие информацию от управляющих систем горочного комплекса, краткосрочно хранящие данные и передающие результаты диагностики на второй уровень - в АРМ диспетчера дистанции.
На уровне дистанции размещается центральный пост диагностирования и мониторинга, на котором собирается, длительно хранится и централизованно обрабатывается информация, поступающая с линейных пунктов диагностирования. Средствами аРм ШЧД и АРМ ТДМ (на рис. 1 не показан) автоматически мониторится функционирование устройств ЖАТ в режиме реального времени, отображается диагностическая информация, оповещается персонал по результатам предотказной диагностики, выявляются отказы и сбои в работе устройств ЖАТ, а также протоколируются режимы их работы, хранится нормативная и ведется справочная информация. Оперативный персонал, управляющий диагностическим комплексом, на основе полученных данных и прогноза изменения технического состояния устройств ЖАТ планирует их техническое обслуживание и ремонт, а также организует поиск неисправностей.
На уровне центрального поста технического диагностирования и мониторинга СТДМ взаимодействует с системой управления хозяйством автоматики и телемеханики АСУ-Ш-2 и дорожными центрами мониторинга устройств ЖАТ. При этом обеспечивается интеграция с действующими и создаваемыми системами контроля и управления технической диагностикой и мониторингом устройств, взаимодействие с базой данных АСУ-Ш-2.
Для технического сопровождения систем автоматизации горки, их сервисного обслуживания, модернизации и функционального развития осуществляются мониторинг и контроль функционирования с помощью сервера базы данных центра авторского сопровождения ЦАС и соответствующих АРМов. Последние установлены на рабочих местах диспетчера центра, а также программистов и электроников-разработчиков соответствующих микропроцессорных и электронных устройств ЖАТ.
Сервер базы данных ЦАС стыкуется с сервером базы данных объекта автоматизации для запроса технологической и диагностической информации; принимает и хранит информацию в таблицах баз данных; выдает информацию по запросу подключившимся к серверу пользователям локальной сети; хранит и выдает уникальные параметры автоматизированных горок при настройке программ, запускаемых для просмотра информации; резервно хранит и восстанавливает данные на сервере базы данных объекта автоматизации в случае отказа технических средств.
Таким образом, выстраивается логическая цепочка каналов передачи информации, в узлах которой находятся серверы, накапливающие данные и снабжающие пользователей интересующими их сведениями о функционировании автоматизированной горки.
Для исключения потери данных при возможном отказе технических средств в состав программного обеспечения всех промышленных компьютеров включен соответствующий модуль, работающий по следующим алгоритмам.
Алгоритм записи информации защищает ее от потери при невозможности передачи данных в сервер базы данных (см. рис. 2), а также от переполнения буфера FIFO и накопителя на жестком диске.
Буфер FIFO представляет собой стандартный накопитель информации, работающий по принципу «первый вошел - первый вышел». Буфер размещается в оперативной памяти компьютера и должен иметь объем, достаточный для записи в него информации в течение времени, необходимого для оперативного восстановления канала передачи на сервер базы данных. Накопитель на жестком диске сохраняет информацию при длительном отсутствии передачи данных по техническим причинам. Время хранения информации на жестком диске должно соответствовать отраслевым требованиям, предъявляемым к серверу.
При отсутствии достаточного пространства для записи информации в буфере FIFO проверяется размер свободного пространства на жестком диске. При его недостаточности освобождается минимальный объем, необходимый для сохранения данных из буфера FIFO. После этого необходимо записать данные из буфера FIFO на диск, а в буфер - очередную порцию свежей информации. При наличии свободного пространства в буфере или на жестком диске соответствующие процедуры очистки и перезаписи пропускаются.
С помощью алгоритма передачи информации в сервер БД (см. рис. 3) оперативно освобождаются ее накопители, и данные передаются в порядке поступления.
Если есть канал передачи данных на сервер БД, проверяется наличие информации на жестком диске и при необходимости осуществляется первоочередная передача. После этого проверяется наличие информации в буфере FIFO, и при необходимости она также передается в сервер. При ее отсутствии соответствующие процедуры пропускаются.
Таким образом, обеспечивается алгоритмическое резервирование функций накопления, а также полное восстановление диагностической и технологической информации в системном накопителе на сервере базы данных.
