Глава 7. КОМПЬЮТЕРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИЕЙ.

7.1    Кибернетическая модель управления и автоматизация технологических процессов станции

Современные системы управления технологическими процессами основываются на широком использовании средств вычислительной техни­ки и представляют собой сложные автоматизированные системы управле­ния (АСУ), в которые включены не только технические звенья, но и конту­ры с участием человека. Человек-оператор является субъектом управления и поэтому от его деятельности зависит функционирование системы в це­лом. Его участие в контуре управления требует включения в состав АСУ технических средств, обеспечивающих взаимодействие человека с систе­мой в процессе управления.

В общем случае (рис.7.1) система управления состоит из датчиков (Д), предоставляющих описание технологического процесса значения параметров и текущее состояние объектов контроля, т.е. обеспечивающих получение информации X(t). Второй составляющей является модель объ­екта управления, отображающая с определенной степенью адекватности реально существующий объект управления. В общем случае в теории сис­тем модель учитывает не только текущее состояние, но также динамику изменений, ретроспективу с учетом взаимодействия с другими подсисте­мами. Располагая данными от датчиков X(t), сведениями о динамике моде­ли M[X(t), Y_n(t)], где Y_n(t) - предполагаемые управляющие воздействия, а также критериями эффективности К на основе анализа человек-оператор из альтернативных вариантов управляющего решения выбирает наилуч­ший с точки зрения цели управления. Последнее обстоятельство обуслав­ливает наличие в системе блока принятия решений Р. После выбора наи­лучшего решения определяются управляющие воздействия U(t), которые поступают на исполнительные органы И.

Принципиальной особенностью рассматриваемой системы является ее функционирование в реальном масштабе времени. Это означает, что решение должно вырабатываться по мере поступающих изменений со­стояния датчиков. Несвоевременность формирования управляющих воз­действий из-за реакции блока Р влечет снижение эффективности управле­ния. Это приводит к сложности деятельности оператора в условиях огра­ниченного лимита времени на выполнение функций управления.

Вторая особенность в построении системы состоит в формировании модели управления. Ее отсутствие не позволяет решать задачу выработки альтернативных вариантов решений, а, следовательно, применить для этих целей технические средства искусственного интеллекта.

Третья особенность заключается в том, что система управления яв­ляется замкнутой. Действительно, управляющее воздействие приводит к изменениям в объекте управления, что отражается в новых показаниях датчиков, т.е. возникает обратная связь между управляющим воздействием и информацией о состоянии объекта управления.

Все кибернетические системы управления с позиции включения че­ловека в контур управления могут быть размещены между двумя типами систем: автоматического и неавтоматического (ручного) управление. Не­автоматическое управление реализуется человеком на основе данных от непосредственного восприятия органами чувств, а управление ведется на основе концептуальной модели, возникающей в сознании человека на ос­нове наблюдения (например, работа токаря и т.п.). В автоматической сис­теме управление осуществляется на основе заранее заложенной модели, а роль человека сводится к наблюдению.

Между этими, как бы противоположными по участию человека в процессе управления, системами располагаются автоматизированные сис­темы управления, в которых участие человека в контуре управления обяза­тельно. К этому классу систем относятся станционные системы железно­дорожной автоматики и телемеханики.

Классификационным признаком для автоматизированных систем яв­ляется степень автоматизации, под которой понимается объем функций управления, переданный аппаратно-программному комплексу системы. В наиболее простых системах автоматизируются функции сбора информации и предъявление их человеку-оператору в виде информационной модели (ИМ) на средствах отображения (СО). Например, такая структура управле­ния соответствует работе дежурного по станции, оборудованной электри­ческой централизацией с раздельным управлением стрелками.

Второй по степени автоматизации является АСУ, структурная схема которой представлена на рис.7.2,б. Роль человека в такой системе сводится к оперативному вмешательству при обнаружении рассогласования пара­метров от требуемых, при которых достигается наибольшая эффектив­ность. Этот вид деятельности человека-оператора заключается в поддер­жании контролируемых им значений в заданных пределах. Примером мо­жет служить деятельность пилота при «слепом» полете по заданной траек­тории без использования автопилота.

Следующую степень автоматизации представляют системысоветчики, рис.7.2, в. В этой системе человеку предъявляется на средствах отображения не только информационная модель ситуации, но и выбранное системой одно из решений (ИР). Сравнивая его со своим решением, выра­ботанным на основе собственной концептуальной модели, оператор может согласиться с машинным вариантом или же реализовать свое решение, причем приоритет остается за человеком. Роль человека в этом случае сво­дится не только к оперативному, но в большей степени к тактическому управлению. Примером реализации этой структуры является АСУ диспет­черского управления с функцией построения прогнозного графика.

Четвертый уровень автоматизации (рис.7.2,г) предполагает участие человека в разрешении критической ситуации (Мр). На основе Мр система формирует альтернативные варианты решения и отображает их в виде возможных будущих ситуаций. Роль человека в такой системе заключается не только в оперативном или тактическом управлении, но, главным обра­зом, в выработке стратегии управления в целом. Примером таких систем являются системы организационно-административного управления для ру­ководителей высокого ранга иерархии управления, например главного диспетчера регионального центра управления перевозками.

Представленный структурный анализ АСУ позволяет нам опреде­лить достигнутый уровень системы управления станциями, который на се­годняшний день соответствует первому (низшему) из рассмотренных. Реа­лизация функций автоматизации путем более широкого использования средств вычислительной техники именно на уровне взаимодействия с опе­ратором открывает перспективу перехода к тактическому управлению на основе планирования работы станции, что соответствует третьему уровню автоматизации кибернетической системы.

7.2       Режимы управления и информационная структура управления работой станции

В системах электрической централизации дежурный по станции осуществляет дистанционное управление стрелками, сигналами и другими объектами. В связи с этим возникает необходимость формирования в АСУ адекватной информационной модели технологического процесса. Объем информации, включаемый в модель, и правила ее организации должны со­ответствовать задачам для реализуемого режима управления.

При компьютерном управлении устройствами электрической цен­трализации, кроме традиционных видов (индивидуального управления объектами системы, маршрутного управления объектами ЭЦ с указанием начала и конца маршрута и простейших функций автоматического дейст­вия сигналов), в системе должно обеспечиваться

-         накопление маршрутов и других заданий;

-         автоматизированного предложения маршрутных заданий, реали­зуемых по согласию дежурного по станции;

-         автоматическое управление.

В ЭЦ различают следующие режимы функционирования системы:

основной режим

Управление перевозочным процессом в основном режиме осуществ­ляет дежурный по станции, при этом системой обеспечивается:

-         централизованный контроль и централизованное управление объ­ектами ЭЦ;

-         централизованный контроль состояния соседних зон управления на крупных станциях (участковых, пассажирских, технических, сортировочных) с нужной степенью детализации информации;

-         централизованный контроль и местное управление объектами;

вспомогательный режим

Этот режим реализуется в системе при возникновении отказов в уст­ройствах СЦБ путем передачи "ответственных" команд, исполняемых без проверки условий безопасности и формируемых дежурным с соблюдением определенного регламента (запись в журналах, пользование пломбируе­мыми кнопками или со счетчиками числа нажатий и др.).

К таким командам относятся:

-         вспомогательная смена направления движения на перегоне, обо­рудованном двухсторонней автоблокировкой;

-         вспомогательный перевод стрелок при ложной занятости стре­лочного участка;

-         -искусственное размыкание замкнутых в маршруте путевых и стрелочных участков;

-         пользование пригласительными сигналами;

-         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 "Инструкции по движению поездов и маневровой работе".

аварийный режим

При повреждениях устройств СЦБ, не указанных в предыдущем пункте, на станциях осуществляется аварийный режим управления пере­вод стрелок курбелем, запирание их на висячий замок. В этом режиме пе­редвижения могут выполняться под запрещающие сигналы светофоров по командам дежурного, передаваемым голосом по радиосвязи, или органи­зуются с проводником. При этом может сохраняться централизованный контроль.

При использовании средств вычислительной техники изменяются подходы к отображению технологической информации. Средства отобра­жения технологической информации играют важную роль в обеспечении эффективной деятельности оперативного персонала станции, т.к. до 80% информации он получает посредством зрения. Несмотря на многообразие и сложность функций, выполняемых современной автоматикой, роль дежур­ных остается достаточно сложной и ответственной, в особенности при вспомогательном и аварийном режимах.

Традиционно в России и за рубежом основными устройствами инди­кации поездного положения были панорамные табло желобкового или мо­заичного типа на основе ламп накаливания или светодиодов. Традицион­ные табло обладают рядом недостатков:

-         малая информативность;

-         сложность при изменении статической информации (планы стан­ций и участков, сигналы и т.п.);

-         относительно большой объем проектных, монтажных и строи­тельных работ;

-         неприспособленность к отображению различной информации (со­стояние напольных устройств, видеоинформации, текстовых со­общений и т.п.);

-         относительно большие габариты;

-         необходимость прокладки соединительных кабелей большой ем­кости из релейной в аппаратное помещение оперативного персо­нала.

В настоящее время в связи с внедрением компьютерной техники все чаще используются многомониторные и видеопроекционные установки, а также панели с жидкокристаллическим дисплеем.

Эти устройства более универсальны, их монтаж можно осуществить в рабочем помещении за 1 2 часа, однако их использование, как правило, требует несколько больших начальных капиталовложений по сравнению с традиционным табло. На экранах можно отображать не только информа­цию о состоянии стрелок, рельсовых цепей и сигналов, но и различную текстовую, нормативно-справочную информацию, информацию от видео­камер и т.п. Для отображения используется богатая цветовая палитра, функции масштабирования и прокрутки (скроллинга). Кроме того, на од­ном и том же экране поочередно можно отображать справочную информа­цию из АСОУП и т.п. Учитывая прогресс в совершенствовании мониторов и видеопроекторов, а также их возможности в отображении графической, многоцветной информации, по показателям качества следует отдать им предпочтение по сравнению с традиционным табло.

Однако проблема обслуживания предъявляет дополнительные тре­бования к вновь создаваемым системам, которые должны включать в со­став программного обеспечения средства диагностики и проверки обору­дования, а, с точки зрения пользования, должны иметь дружественный и максимально простой интерфейс, базирующийся на традиционной симво­лике и индикации и обеспечивающий получение при необходимости соот­ветствующих подсказок.

В практической деятельности пользователей (оперативного и обслу­живающего персонала) информационная модель является источником ин­формации, на основе которого формируется образ реальной поездной об­становки, производится анализ и формируются управляющие действия в системе. Полнота описания информационной модели определяют ее адек­ватность, а, следовательно, и эффективность системы управления. Дейст­вительно, чтобы принять решение об установке маршрута предварительно необходимо оценить ситуацию на станции по многим составляющим тех­нологического процесса. Поскольку конечной целью перевозочного про­цесса является целенаправленное перемещение подвижных единиц (поез­дов, вагонов, локомотивов), то для организации любого перемещения ис­ходными данными является точное знание места, назначения, состояния каждой единицы, технологического состояния систем и подразделений, технического состояния устройств.

Обобщенная структура информационной модели технологического процесса станции представлена на рис.7.3. Источниками информации для динамического функционирования моделей являются, прежде всего, тех­нические средства автоматизации средства автоматической идентифика­ции подвижных объектов, контроля состояния напольных устройств (стре­лок, сигналов, рельсовых участков), устройства ПОНАБ, ДИСК, КТСМ и др., а также формируемые на основе данных о перемещениях сведения о расположении подвижных единиц на станции. Трудно формализуемые процессы сбора информации о технологическом положении на станции (динамика процессов погрузки/выгрузки на фронтах, исправность техниче­ских средств механизации и др.) компенсируются путем переговоров и за­просов данных.

7.3.    Техническая и функциональная структуры релейно­процессорной централизации

7.3.1.     Общие сведения

Для оперативного управления перевозочным процессом Петербург­ским Государственным Университетом Путей Сообщения разработана и внедрена на магистральном транспорте и в метрополитене система элек­трической централизации на базе микроЭВМ и программируемых кон­троллеров (ЭЦ-МПК).

Система ЭЦ-МПК обеспечивает реализацию функций автоматизации задания маршрутов, управления и контроля объектами на станции. ЭЦМПК является современной, открытой и наращиваемой системой, легко адаптируется к условиям конкретной станции при проектировании, а также при изменениях во время эксплуатации. ЭЦ-МПК интегрируется с испол­нительными схемами традиционных релейных ЭЦ.

Благодаря реализации ряда функций средствами вычислительной техники достигается сокращение площадей служебно-технических поме­щений здания поста по сравнению с ЭЦ релейного типа. Поэтому система эффективна как при новом строительстве, так и при реконструкции уст­ройств на станции с возможностью размещения аппаратуры в существую­щих зданиях постов ЭЦ. Кроме того, технические средства ЭЦ-МПК реа­лизуют функции линейного пункта ДЦ без дополнительных затрат.

Использование современных стандартных средств вычислительной техники для ввода и отображения информации не требует изготовления специализированных средств контроля и органов управления (табло и манипуляторов). Информационный обмен между компонентами системы базируется на стандартных протоколах вычислительных систем и локаль­ных сетей.

7.3.2     Функциональная структура

Реализация функций ЭЦ по автоматизации установки маршрутов и других, не связанных с обеспечением безопасности, выполняется средст­вами вычислительной техники. Такое техническое решение позволяет оп­тимизировать и упростить принципиальные электрические схемы, сокра­тить количество используемых реле. В этом случае, с точки зрения тради­ционных функций ЭЦ, на средства вычислительной техники возлагается ряд задач:

1)  выполнение функций маршрутного набора;

2)   реализация режима автодействия светофоров;

3)   двукратный перевод стрелки;

4)   последовательный перевод стрелок;

5)   фиксация неисправностей;

6)   оповещение монтеров пути;

7)   обдувка стрелок;

8)  резервирование предохранителей.

Кроме того, обеспечивается выполнение и ряда новых функций, по­лучаемых благодаря использованию программируемой элементной базы:

1.     автоматическое протоколирование действий персонала, работы системы и устройств (функция «черного ящика»);

2.     оперативное предоставление нормативно-справочной информа­ции и данных технико-распорядительного акта (ТРА) станции;

3.     реализация функций линейного пункта ДЦ для кодового управле­ния станцией без дополнительных капитальных затрат;

4.     автоматизация управления путем формирования маршрутных за­даний на предстоящий период без ограничения емкости буфера;

5.     накопление маршрутов, как по принципу очереди, так и по време­ни исполнения (без ограничения емкости буфера) для схем испол­нительной группы, допускающих такую возможность;

6.     хранение, просмотр и статистическая обработка отказов в ЭЦ;

7.     поддержка оперативного персонала в нештатных ситуациях (ис­ключение некорректных действий пользователя, режим подсказ­ки);

8.     реконфигурация зоны управления (возможность привлечения по­мощника при увеличении загрузки или наоборот использование нескольких человек в дневной период и одного ночью или пере­дача на кодовое управление с близлежащей соседней станции в ночное время суток);

9.     сопряжение с информационными системами вышестоящего уров­ня (АСОУП, АСУСС и др.).

В системе реализуются программное маршрутное и индивидуальное управление стрелками, кроме того, обеспечивается возможность автомати­ческой установки маршрутов на предстоящий период (при согласии ДСП) с выдачей речевых сообщений в случаях недопустимых отклонений и на­рушениях работы устройств. Функциональная структура релейно­процессорной ЭЦ представлена на рис.7.4

7.3.3.     Техническая структура системы и аппаратные средства ЭЦ-МПК.

ЭЦ-МПК строится по трехуровневой структуре (рис.7.5), где верх­ний уровень устройств представляют автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ ДСП) и электромеханика поста централиза­ции (АРМ ШНЦ). Ко второму уровню относится комплекс технических средств управления и контроля (КТС УК). Третий уровень включает ис­полнительные схемы релейной централизации, при этом выполнение функций, обеспечивающих безопасность движения, возлагается на мини­мальное число реле I класса надежности.

АРМ ДСП реализован на резервированных РС компьютерах (ком­плекты «А» и «Б»), промышленного исполнения стандартной конфигура­ции с процессором типа Pentium.

Органами управления в системе являются манипуляторы типа «мышь» и клавиатуры. Выдача команд возможна только с одного комплек­та активного, второй компьютер находится в горячем резерве и может быть использован только как средство визуализации для отображения об­щего плана станции или нормативно-справочной информации. Система может дополняться пультом резервного управления с упрощенной индика­цией и пломбируемыми кнопками вспомогательных режимов. Для вариан­та, когда эта функция реализуется программно-аппаратными средствами ЭЦ-МПК, у дежурного устанавливается модуль, где монтируются группо­вая пломбируемая кнопка ответственных команд и ключи жезлы примы­кающих перегонов.

В качестве средства отображения используются 17-21” мониторы в зависимости от размеров станции. С помощью акустических колонок в системе обеспечивается возможность выдачи речевых сообщений об отка­зах устройств, задержках открытия сигналов и др.

Компьютеры АРМ ДСП объединены в локальную вычислительную сеть (ЛВС). В эту сеть включен АРМ ШНЦ, а также при необходимости могут быть включены другие пользователи информации о передвижении поездов. За счет использования локальной сети АРМы (в том числе ДСП) могут быть территориально рассредоточены на станции в наиболее пред­почтительных с точки зрения контроля технологического процесса местах размещения оперативного и обслуживающего персонала.

Второй уровень системы - оборудование КТС УК также имеет 100% резерв и основывается на двух РС-совместимых промышленных контроллерах и периферийных платах сопряжения с электрическими схе­мами ЭЦ.

Внутри корпуса контроллера размещена несущая пассивная плата расширения BP-8S, которая имеет восемь равнозначных между собой сло­тов (разъемов) ISA и служит для обмена информацией между компонента­ми контроллера. Вертикально в плату расширения устанавливаются одно­платный компьютер и платы дискретного ввода-вывода ACL-7122, необ­ходимое число которых определяется количеством объектов управления и контроля на станции (рис.7.6 ).

Основу одноплатного компьютера составляют центральный процес­сор марки AMD 486-DX/2 или аналогичный; энергонезависимое постоян­ное запоминающее устройство (ПЗУ) Flash емкостью 16 МВ; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью до 64МВ. Кроме того, на мате­ринской плате компьютера располагается видеоадаптер, контроллер кла­виатуры, система портов, обеспечивающих подключение внешних уст­ройств (мыши, жесткого диска, накопителя на гибких дисках, сети Ethernet и др.). Это позволяет значительно упростить отладку системы и диагно­стирование в процессе эксплуатации.

Плата ACL-7122 является цифровым 144-х битным модулем вво­да/вывода дискретных сигналов для компьютеров с ISA-шиной. На плате расположены шесть 50-ти контактных разъемов для подключения посред­ством полосового кабеля внешних устройств интерфейсных плат сопря­жения.

Сбоку, на корпусе контроллера, находится винтовая клеммная па­нель, через которую на контроллер подается питание от источника. Рядом с клеммным терминалом находятся четыре светодиода, сигнализирующие о наличие питания 12В, -12В, +5В и -5В соответственно. Сверху компо­ненты контроллера закрыты металлической крышкой с перфорацией. Пи­тание контроллеров осуществляется от импульсных источников.

Номенклатура периферийного оборудования включает:

-         платы сопряжения для контроля состояния объектов устройство матричного ввода УМВ-56/8;

-         модули вывода по управлению устройство управления УДО-48Р и УДО-24Я;

-         релейные платы вывода TB-24R или DB-24R

-         модули аналогового ввода RIO7017.

Устройство матричного ввода обеспечивает съем информации о со­стоянии 56 двухпозиционных объектов электрической централизации. Контакты контролируемых объектов подключаются к электронной схеме, в которой для обеспечения гальванической развязки по питанию между контроллерами КТС УК и поста ЭЦ используются оптроны (рис. 7.7,а). Оптронами называются оптоэлектронные приборы, в которых использу­ются излучатели и фотоприемники, оптически и конструктивно связанные друг с другом (фотопары Дарлингтона). Принцип действия оптрона осно­вывается на двойном преобразовании энергии. При включенном состоянии контакта контролируемого реле во входной цепи через излучатель в пря­мом направлении протекает ток и энергия электрического сигнала преоб­разуется в оптическое излучение. Внутри оптрона связь входа и выхода осуществляется с помощью оптического сигнала. Световой сигнал, попа­дая на фотоприемник, на базу транзистора приемной части оптрона, вызы­вает ионизацию в кремнии и образование зарядов в открытой базовой об­ласти, что вызывает протекание коллекторного тока теперь уже от источ­ника питания контроллера через резистор R3 (так же, как от внешнего ба­зового тока). Включение резистора R2 в цепь базы оптрона повышает бы­стродействие схемы и обеспечивает пороговый эффект, поскольку фото­транзистор не переходит в состояние проводимости до тех пор, пока ток фотодиода не превысит величины, достаточной для получения разности потенциалов база-эмиттер на резисторе R2. При обработке сигнала кон­троллером низкому потенциалу на коллекторе транзистора оптрона соот­ветствует логическая единица (реле включено). Использование оптронов в электрической схеме считывания состояния контролируемых объектов ЭЦ обеспечивает высокую электрическую изоляцию (гальваническую развязку питания контролируемых объектов от питания контроллера ) входа и вы­хода (более 1000В), однонаправленность потока информации отсутствие обратной связи с выхода на вход, невосприимчивость оптического канала к воздействию электромагнитных полей. Во входной цепи оптрона включен ограничивающий резистор R1 тока через излучатель. Универсальным из­лучателем для оптронов является инжекционный диод. Наиболее распро­страненными типами фотоприемников в современных оптронах являются фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Конструктивно пары из­лучатель-фотоприемник располагаются в одном корпусе.

Платы формирования управляющих воздействий TB-24R (DB-24R) (отличаются коммутационными характеристиками) взаимодействуют с од­ноплатным компьютером через плату ACL-7122 по параллельному интер­фейсу 8255. Коммутационными элементами на этих платах являются 24 малогабаритных электромеханических реле, благодаря чему обеспечивает­ся гальваническая развязка сигналов управления контроллера и выходных цепей. Для управления исполнительным объектом (например, реле ЭЦ) контроллер формирует команду в соответствующий порт вывода платы

ACL-7122 и через параллельный интерфейс осуществляется включение электронного ключа на плате управления (рис.7.7,б). Вследствие протека­ния тока через обмотку выходного реле последнее включается и, в зависи­мости от использования фронтового или тылового контакта, замыкает или размыкает цепь управления исполнительным реле ЭЦ.

В отличие от рассмотренных устройств сопряжения для управления в платах UDO-48Р и UDO-24R используется последовательный интерфейс RS-485 , а также микропроцессор.

Устройство управляющих выходов (окончаний) предназначено для подключения к контроллеру соответственно 48 и 24 внешних объектов управления и обеспечения гальванической развязки между источником пи­тания КТС УК и источником питания объектов. В качестве релейных окончаний в модуле UDO-24R используются малогабаритные электроме­ханические реле (аналогичные как и на плате TB-24R). Отличие составляет то, что сигнал управления на обмотку реле формируется не от контроллера КТС УК, а от собственного микропроцессора платы, получающего коман­ды от КТС УК по последовательному интерфейсу RS-485, чем достигается малопроводность монтажа (применяется двухпроводная линия). В платах UDO-48Р выходными элементами являются оптоэлектронные приборы твердотельные реле (рис.7.7,в). Поступившая команда от контроллера об­рабатывается микропроцессором платы, а последний формирует управ­ляющее слово на микросхему дешифратора. Вследствие этого через соот­ветствующий излучающий диод оптопары протекает электрический ток, образующийся световой поток открывает силовой полупроводниковый ключ в выходной цепи (например, сильноточный семистор), где включено исполнительное реле.

При включении питания программа управления микропроцессором считывает 8-битный адрес платы UDO и переходит в режим ожидания ко­манд от контроллера комплекта.

При обмене информацией с UDO-48Р используется блочный цикли­ческий код. Байт адреса, определяющий конкретную плату UDO, входит в состав кодируемой информации с кодовым расстоянием настройки d=3.

При получении команды, адресная часть которой совпадает с собст­венным адресом, микропроцессор проверяет правильность приема (отсут­ствие ошибок при приеме) и, если команда принята верно, переключает соответствующие объекты, после чего передает в линию сигнал квитиро­вания о реализации команды. Если при приеме возникли ошибки, то при­нятая команда аннулируется, и микропроцессор опять переходит в режим ожидания команд.

Установленные на плате светодиоды индицируют состояние каждого выходного ключа: горящему светодиоду соответствует замкнутое состоя­ние, а погасшему разомкнутое. Варисторы предназначены для защиты твердотельных реле от перенапряжений.

КТС УК состоит из двух параллельно и независимо функционирую­щих комплектов «основного » и «резервного», включенных в ЛВС. Один из них является активным, он осуществляет реализацию управляющего воздействия на объекты и передачу информации о состоянии контроли­руемых объектов по каналу связи АРМам. Другой комплект при этом яв­ляется пассивными и находится в "горячем" резерве. Оба комплекта в про­цессе работы обмениваются информацией между собой по ЛВС. Схема пе­реключения комплектов обеспечивает переход управления с одного ком­плекта на другой

•         автоматически при нарушениях работы активного комплекта на ос­нове диагностической информации, которой обмениваются комплек­ты по ЛВС;

•         автоматически для обеспечения периодической проверки исправно­сти пассивного комплекта;

•         дистанционно из АРМ ДСП при систематических сбоях индикации или затруднениях в реализации команд управления;

•         вручную электромехаником с помощью кнопок переключения ком­плектов на панели управления КТС УК для ремонта или профилак­тического обслуживания КТС УК.

При этом осуществляются переключения шин питания плат управ­ления объектами, а также индикация активного и пассивного состояний комплектов на панели управления и мониторах АРМов. Благодаря инфор­мационному обмену между комплектами по ЛВС, а также непрерывному контроля устройств пассивным комплектом исключаются в процессе пере­ключений нарушения в работе исполнительных схем (перекрытия сигна­лов, сброс искусственной разделки, нештатные переключения режимов «День/ночь» и др.).

Схема переключения комплектов представлена на рис.7.8 и включа­ет реле ГРУ и его повторитель ПГРУ. В схеме переключения комплектов обмотки реле ГРУ включены встречно-параллельно. Положение контактов реле и кнопок соответствуют активному состоянию основного комплекта КТС УК.

При необходимости передачи функций управления резервному ком­плекту, от АРМ ДСП передается соответствующая команда, адресованная резервному комплекту. Контроллер этого комплекта кратковременно включает твердотельное реле Р и создается цепь питания обмотки 1-3 реле ГРУ. Реле ГРУ, включившись, встает на самоблокировку через контакты 41-42 своего повторителя ПГРУ, а все полюса питания цепей управления переключаются на аппаратуру резервного комплекта.

Для того чтобы вернуть функции управления основному комплекту, по соответствующей команде с АРМ ДСП включается твердотельное реле О основного комплекта и замыкает цепь питания встречно включенной обмотки 4-2 реле ГРУ. Магнитные потоки обоих обмоток будут компенси­ровать друг друга и реле ГРУ выключится, выключив затем свой повтори­тель ПГРУ. Схема придет в исходное состояние.

Аналогично передача управления основному или резервному ком­плекту может осуществляться также нажатием соответствующих кнопок на панели управления.

7.4.     Алгоритмы функционирования и программное обеспече­ния ЭЦ-МПК

7.4.1.     Структура программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) ЭЦ-МПК состоит из ПО АРМов и ПО контроллера КТС УК.

ПО АРМ включает исполняемый модуль, и файлы баз данных для конкретной станции с описанием: объектов плана станции, таблиц занятия канала контролируемых объектов (ТЗК ТС), таблицы распределения ко­манд объектов управления (ТЗК ТУ), алгоритмов формирования управ­ляющих приказов. Формирование баз данных осуществляется модулем инициализации, обеспечивающим преобразование записей из текстового в двоичный вид, с выполнением тестирования на этапе адаптации ПО к ус­ловиям станции.

Основное назначение программы АРМ предоставление ДСП ин­терфейса для контроля и управления стрелками и сигналами на станции. Оперативная информация о состоянии объектов контроля отображается на экране монитора в виде плана (схемы) станции с индикацией состояния объектов стрелок, сигналов и другой информации. С учетом текущей по­ездной обстановки путем задания в системе меню соответствующего ре­жима дежурным формируются команды оперативного управления движе­нием поездов на станции. Выбор в верхней части экрана других окон по­зволяет предоставить пользователю диагностическую и нормативно­справочную информацию из технико-распорядительного акта (ТРА) стан­ции. Для оперативного контроля информационного обмена в системе на экран монитора могут выдаваться сведения о пакетах ЛВС, а также ТЗК канала ТС в виде матрицы импульсов или текстовой таблицы.

В процессе работы системы на обоих комплектах АРМ ДСП автома­тически протоколируются двоичный файл поездной обстановки и тексто­вый протокол результатов диагностики и действий дежурного по станции. Эти данные недоступны для корректировки и сохраняются в течении одно­го месяца, при необходимости могут быть перенесены на дискеты. Данные мероприятия позволяют отказаться от традиционного использования пломбируемых кнопок для формирования ответственных команд во вспо­могательном режиме. Каждый файл записывается в течение часа, после че­го создается новый файл с новым именем по моменту создания.

ПО контроллера КТС УК состоит из исполняемого модуля и баз дан­ных:

•         объектов ТС (адрес расположения в ТЗК, адреса подключений к устройствам сопряжения (УСО), вид контролируемого сигнала);

•         объектов ТУ (адрес расположения в ТЗК, адрес подключения к УСО, вид управляющего сигнала);

•         маршрутов (тип маршрута поездной или маневровый, названия точек начала и конца маршрута, требуемое положение стрелок по трассе, включаемые реле исполнительной группы ЭЦ (Н, НМ, КМ, КС, С, ОТ), относящиеся к данному маршруту).

Основными функциями ПО контроллера КТС УК являются:

•         получение информации о состоянии контролируемых объектов с УСО;

•         обработка информации о контролируемых объектах и формиро­вание сообщений для передачи по ЛВС в АРМ;

•         поддержка интерфейса с ЛВС;

•         прием и дешифрация команд управления от АРМ;

•         формирование и реализация требуемых управляющих воздейст­вий в соответствии с принятой командой;

•         прием и реализация ответственных команд управления;

•         получение измеряемых величин аналоговых сигналов;

•         обработка информации об измерениях и формирование сообще­ний для передачи по ЛВС в АРМ.

•         диагностика работоспособности парного комплекта КТС УК.

На обоих комплектах инсталлируется одинаковые исполняемые мо­дули ПО, отличие составляют только поля адресов привязки к объектам в базе данных каждого контроллера.

При запуске ПО осуществляется инициализация баз данных из фай­ла ПЗУ, принудительный сброс управления с плат ТУ, инициализация ЛВС, программирование работы таймера компьютера.

Известительная информация ТС от контроллера КТС УК на АРМ пе­редается пакетами циклически, каждый пакет содержит имя канала ТС и все группы двухпозиционных объектов ТС (ТЗК ТС). Приказ ТУ передает­ся спорадически от АРМа на контроллер КТС УК одним пакетом и содер­жит имя канала ТУ, номер станции в канале (для случая управления при­мыканиями или парками) и местоположение объекта в ТЗК ТУ, т.е. номер группы в канале ТУ, номер импульса в группе и номер признака.

7.4.2    Алгоритмическое обеспечение КТС УК

Контроль состояния объектов ТС

Опрос состояния контролируемых объектов осуществляется с плат УМВ. Конструктивно на плате входы ТС сгруппированы по 8, из которых один является диагностическим. Общее число групп равно 8. Таким обра­зом, каждая плата УМВ обеспечивает подключения до 56 сигналов ТС. Для определения состояния группы объектов необходимо выдать на плату соответствующую маску, затем считать байт состояния 8 входов. Эта про­цедура выполняется по прерыванию от таймера с периодом 0.2 мс после­довательно по всем восьми группам. Опрос всех объектов на плате осуще­ствляется в течение 1.6 мс. Сигналы состояния контролируемых объектов физически представлены потенциалом. Логически объект считается актив­ным в том случае, если на входе платы УМВ есть постоянное напряжение, пассивным, если напряжение отсутствует. Определение логического со­стояния объекта осуществляется за период времени 0.2 секунды методом накопления. Байты состояния объектов, считанные с периодом 0.2 мс, за­носятся в буфер накопления по условию конъюнкции. Если в течение 0.2 секунд на соответствующем входе платы УМВ обнаружен высокий потен­циал, объект ТС считается активным.

С целью минимизации увязки на вход платы УМВ может подаваться не только постоянный потенциал, но и импульсный сигнал. Для определе­ния этого режима используется следующий алгоритм обработки: известно максимальное время нахождения объекта в активном и пассивном состоя­нии, если объект три раза изменил свое состояние и не находился в актив­ном или пассивном состоянии больше максимального времени, то объект считается работающим в импульсном режиме. Для кодирования таких объектов в ТЗК ТС используется два бита информации включен/выключен и импульсный режим.

•         В ТЗК также указываются и переменные, не имеющие физических входов (виртуальные объекты), представляющие собой сервисные данные для АРМ, например, диагностическая информация о комплектах, логическая блокировка стрелок и др. Состояния виртуальных объектов ТС изменяются на основе логики вычислений.

Обработка команд ТУ

При приеме команд ТУ коды дешифрируются, анализируются на корректность формата данных и записываются в буферы команд ТУ, один из которых организован по принципу "первый пришел - первый вышел" и второй одиночной ответственной команды ТУ. В основном цикле ПО осу­ществляется идентификация команд ТУ, выбор объектов управления и формируются управляющие воздействия (УВ) согласно типов команд.

Различают следующие типы команд ТУ:

•         простые команды воздействия на одиночный объект;

•         команды установки и отмены маршрутов;

•         команды перевода стрелок;

•         множественные команды, т. е. при поступлении одной команды ТУ осуществляется одновременное формирование управляющих воздействия несколькими объектами;

•         команда на переключение комплектов (обрабатывается только пассивным комплектом);

•         виртуальные команды, т.е. команды, не управляющие реле, а воз­действующие только на состояние переменной (виртуального объекта) в ТЗК ТС.

При управлении стрелкой осуществляется контроль ее текущего по­ложения, т.е. если пришла команда перевести стрелку в плюсовое положе­ние и стрелка имеет плюсовой контроль, то УВ в схему стрелки не будет сформировано. УВ осуществляется только для перевода стрелки в крайнее положение, противоположное имеющемуся контролю, а также при его отсутствии для реверсирования стрелки.

Каждая стрелка может быть логически заблокирована для управле­ния. В этом случае команды индивидуального или маршрутного управле­ния не будет реализованы до тех пор, пока не будет снята блокировка. Блокировка и снятие блокировки стрелки реализуется простыми команда­ми ТУ без подачи УВ в управляющую цепь стрелки.

Для задания маршрута от АРМ ДСП в КТС УК должны прийти две команды, из которых первая начало, вторая конец маршрута. Эти ко­манды связаны с идентификаторами светофоров, по которым задается маршрут. Согласно принятых команд идентифицируется задаваемый мар­шрут и его тип (поездной или маневровый). Идентификатор маршрута за­носится в список маршрутов принятых к реализации. Последующие про­цедуры задания маршрута описываются алгоритмом, представленным на рис.7.9.

Перед началом реализации задания определяются стрелки маршрута, положение которых не соответствует требуемому, после чего выдаются команды на их перевод. По истечении времени, отведенного на перевод стрелок, выполняется проверка соответствия положения стрелок (про­граммный аналог схемы соответствия). Если полученный контроль стрелок соответствует выданному управляющему воздействию (УВ) на их перевод, то реализация задания продолжается, иначе маршрут не задается, а его идентификатор удаляется из буфера.

Далее в зависимости от вида маршрута для маневровых выдается УВ на включение конечно-маневрового реле КМ в блоке конца маршрута, а за­тем в блоке начала маршрута последовательно на начальное реле (Н или НМ), в цепи контрольно-секционных реле (КС), и сигнального (С или МС). Для поездных маршрутов УВ формируется только в блоке начала маршру­та на включение начального реле Н, контрольно-секционных КС и сиг­нального С.

Включение реле КС приводит к выключению маршрутных реле 1М и 2М, а затем реле З. С проверкой релейной схемой всех условий безопасно­сти подается команда на включение сигнального реле.

При получении контроля фактического открытия светофора на раз­решающее показание питание сигнального реле переходит на цепь само­блокировки, маршрут задан. Если время ожидания открытия сигнала пре­высит допустимое, то идентификатор маршрута удаляется.

При перекрытии сигнала во время движения поезда по маршруту по­сле перекрытия сигнала происходит сброс цепи самоблокировки сигналь­ного реле и удаление идентификатора маршрута из списка реализуемых.

При отмене маршрута от АРМ поступает две команды: первая иден­тификатор процедуры отмены, вторая код начала маршрута. Затем выпол­няется определение маршрута в списке принятых на реализацию, если та­ковой не найден, то поиск производится по буферу данных всех маршру­тов. После этого такой маршрут заносится в список маршрутов принятых на реализацию. Далее осуществляется сброс УВ в цепи самоблокировки сигнального реле и контролируется перекрытие сигнала. При получении контроля перекрытия сигнала выдается УВ на включение реле ОТ блока соответствующего светофора и реле групповой отмены (ВОГ1), после чего идентификатор маршрута удаляется из списка маршрутов.

После того, как включится и перейдет на цепь самоблокировки реле ОТ, алгоритм последующей отмены реализуется исполнительной группой.

7.5 Особенности организации пользовательского интерфейса. Условные графические изображения и индикация

Выполнение всех функций в системе электрической централизации, возлагаемых на человека, возможно при обеспечении соответствующих условий наличие информации об управляемых объектах станции и воз­можность реализации управления в соответствии с выбранным типом мо­дели. Сложные системы при проектировании рассматриваются как компо­зиции подсистем, между которыми должны быть определены правила и средства взаимодействия. Граница, через которую осуществляется взаимо­действие, называют интерфейсом. Границу взаимодействия в композиции технической части и оперативного персонала системы называют пользова­тельским интерфейсом (или интерфейсом «человек-компьютер»), который представляет собой совокупность аппаратно-программных средств и про­токолов обмена.

Техническими средствами интерфейса взаимодействия являются (рис.7.10):

•         программно-аппаратные средства увязки (АПК-И) с комплексом АСУ, включающие платы видеоадаптера, аппаратные стыки под­ключения органов управления, драйверы и т.п.;

•           средства отображения информации (СОИ), которыми могут быть мониторы, видеопроекционные устройства, жидкокристалличе­ские экраны, специализированные табло;

•           средства ведения диалога (СВД) алфавитно-цифровая клавиа­тура, манипуляторы типа «мышь», дигитайзеры, специализиро­ванные пульты и т.п.

Наиболее удобным видом связи как между людьми, также и между техническими средствами и оперативным персоналом является двусторон­ний обмен диалог. Поэтому в основу закладывается формальный прото­кол этого взаимодействия, что по аналогии соответствует понятию «язык общения», но в виде конвенциональной знаковой системы. На этапе разра­ботки АСУ она создается в виде соглашений, в которых знаки и сигналы (символы, графические изображения, речевые сообщения) обеспечивают диалоговый режим.

Аппарат управления при компьютерном управлении ЭЦ базируется на технических средствах АРМ, где органами управления являются мани­пулятор типа «мышь» и/или клавиатура (стандартная или специализиро­ванная). Система может дополняться пультом резервного управления с уп­рощенной индикацией и пломбируемыми кнопками вспомогательных ре­жимов. Для варианта, когда эта функция реализуется програмноаппаратными средствами, у дежурного устанавливается модуль, где мон­тируются групповая пломбируемая кнопка (или со счетчиком числа нажа­тий) для ответственных команд, стрелочный коммутатор установки стре­лок на макет, а также ключи-жезлы примыкающих перегонов.

В качестве средства отображения используются 17-21 мониторы в зависимости от размеров станции. На крупных станциях могут использо­ваться видеопроекционные табло на просвет или отражения также управ­ляемые с компьютера.

Многообразие данных для индикации и ограниченные возможности экранов для размещения их условных изображений, определяют особенно­сти проектирования аппарата управления и отображения в компьютерных системах. Основными принципами, которыми руководствуются при этом, являются:

•         Использование многооконного интерфейса;

•         Формирование вложенной системы меню;

•         Разработка отдельных подменю для редких команд управления;

•         Вызов дополнительной информации через горячие клавиши (номера и подсветка положения стрелок, наименования рельсовых цепей, длина путей в условных вагонах и т.п.).

•         Индикация вспомогательной и диагностической информации только в случаях нарушений;

•         Совмещение, как правило, объекта управления и объекта контроля с привязкой к топологии станции.

Каждое окно формируется выделением на экране монитора трех ос­новных функциональных зон, представленных на рис. 7.11.

Базовая зона содержит главное меню окон, индикацию режима управления, текущие дату и время, кнопку отключения звуковой сигнали­зации. Базовая зона является неизменной для всех спроектированных в системе окон.

В основной зоне отображается информация, для визуализации кото­рой предназначено окно.

Диалоговая зона представляет собой меню задач и обеспечивает взаимодействие пользователя по выбору подрежимов и функций текущего окна (вызов дополнительных меню, масштабирование, переключение ре­жимов управления, отказ от незавершенных действий и т.п.).

Для систем оперативного управления на железнодорожном транс­порте эта задача решена по заданию Министерства путей сообщения уче­ными и специалистами кафедры «Автоматика и телемеханика на ж.д.» ПГУ ПС в конце 90-х годов. На основе обобщения мирового и отечествен­ного опыта создания компьютерных систем управления были разработаны нормативные документы отрасли: стандарт ОСТ 32.111-98 «Системы же­лезнодорожной автоматики и телемеханики. Условные графические изо­бражения и индикация» и руководящий технический материал РТМ 32ЦШ III5842.04-97 «Рекомендации по учету влияния человеческого фактора на безопасность при разработке и проектировании систем железнодорожной автоматики и телемеханики». В указанных документах определены основ­ные требования для инженерно-психологического проектирования пользо­вательского интерфейса систем диспетчерского управления, диспетчерско­го контроля и компьютерных (микропроцессорных и релейно­процессорных) электрических централизаций.

Глава 7. КОМПЬЮТЕРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИЕЙ...................................................................................................................... 1

7.1          Кибернетическая модель управления и автоматизация технологических процессов станции ..................................................................................  1

7.2   Режимы управления и информационная структура управления работой станции                 3

7.3.           Техническая и функциональная структуры релейно­процессорной централизации .........................................................................................  6

7.3.1.  Общие сведения.................................................................. 6

7.3.2   Функциональная структура................................................. 7

7.3.3. Техническая структура системы и аппаратные средства

ЭЦ-МПК............................................................................................... 8

7.4.    Алгоритмы функционирования и программное обеспечения ЭЦ-МПК  13

7.4.1.  Структура программного обеспечения                               13

7.4.2  Алгоритмическое обеспечение КТС УК                              14

7.5 Особенности организации пользовательского интерфейса.

Условные графические изображения и индикация.................................. 17