СТДМ ЖАТ

СТДМ ЖАТ - система технической диагностики и мониторинга железнодорожной автомтаики и телемеханики.

Общие сведения

Техническая диагностика - это область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов. Данное направление в технической кибернетике возникло с появлением сложных систем автоматического управления и активно развивается на протяжении более чем полувека. За это время сформировались не только основы технической диагностики, описанные в большом количестве монографий и учебников отечественных и зарубежных авторов, но и ветви данного направления, связанные с практическими вопросами технического диагностирования объектов автоматики и вычислительной техники в различных областях промышленности и транспорта. Основоположниками технической диагностики в России и на всем постсоветском пространстве принято считать ученых Андрея Васильевича Мозгалевского (в области непрерывных систем) и Павла Павловича Пархоменко (в области дискретных систем) [27, 96—98, 103, 113, 114]. В области железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) одними из первых диагностов стали братья Валерий Владимирович и Владимир Владимирович Сапожниковы. Ими написан и первый учебник по основам технической диагностики для студентов железнодорожных вузов [135].

Сегодня практическая диагностика активно развивается, совершенствуются, внедряются в эксплуатацию системы технического диагностирования, снабженные искусственным интеллектом. Они способны не просто получать диагностическую информацию, но и производить мониторинг технического состояния объекта диагностирования [52], что является весьма полезным свойством, так как позволяет поддерживать отказоустойчивость объектов автоматики, а значит, переводить саму реализацию технологических процессов на более высокий уровень надежности и безопасности. Это касается и устройств реализации перевозочного процесса на железнодорожном транспорте.
Современные системы управления движением поездов, в первую очередь, средства обеспечения безопасного и безостановочного пропуска поездов 一 устройства и системы ЖАТ 一 имеют высокий уровень диагностирования и самодиагностирования. Становится возможным получение в автоматическом режиме с небольшим периодом диагностирования информации от подключенных к контрольным точкам схемных решений ЖАТ измерительных устройств. Кроме того, становится реальным автоматизированный анализ диагностической информации с выдачей предупредительных сообщений о текущем и прогнозируемом состояниях устройств управления движением поездов [51, 52]. Эти вопросы в области ЖАТ сегодня решаются за счет организации систем функционального (или рабочего) контроля и мониторинга, или систем технического диагностирования и мониторинга (СТДМ) [87].


Важным вопросом при создании систем автоматического и автоматизированного управления ответственными технологическими процессами, к которым относится и перевозочный процесс на железных дорогах, является обеспечение высокого уровня надежности и безопасности их функционирования. Эти свойства закладываются в системы управления на этапе конструирования и проектирования и поддерживаются в процессе эксплуатации путем технического обслуживания и ремонтов.
Ответственную роль в перевозочном процессе играют средства ЖАТ -они выполняют важные вспомогательные информационно-управляющие функции. От качества работы средств ЖАТ зависит эффективность перевозочного процесса, а отказы, неизбежно возникающие в процессе их функционирования, крайне негативно влияют на работу всего железнодорожного комплекса. Последствия отказов средств ЖАТ 一 это в лучшем случае отсутствие какого-либо влияния на перевозочный процесс при их возникновении в момент отсутствия поездов на железнодорожной линии, снижение пропускной способности при наличии движения, а в самых худших 一 авария или катастрофа. Таким образом, поддержание высокого уровня надежности и безопасности эксплуатируемых устройств и систем ЖАТ 一 крайне важная задача.
Современные системы автоматики и телемеханики, регулирующие движение на железных дорогах России, включают в себя технические средства, реализованные на различной элементной базе, 一 это и электромагнитные реле, и различного рода преобразователи, функционирующие с использованием разных физических эффектов, микроэлектронные и микропроцессорные компоненты. В настоящее время на железных дорогах России доминирующим типом систем автоматики и телемеханики являются релейные системы, однако в последние годы активно внедряются и системы на микроэлектронной и микропроцессорной основе [77, 78, 81, 93, 150, 194].

Первые релейные системы на железных дорогах России (в указанный период 一 СССР) стали внедряться в 30-е гг. XX в. Первой чисто релейной системой ЖАТ в 1934 г. была оборудована станция Гудермес Северо-Кавказской железной дороги [93]. От внедрения в России первой микропроцессорной системы ЖАТ эта дата отстоит на 65 лет — в 1999 г. установкой системы электрической централизации (ЭЦ) EBILock-950 была оборудована станция Калашниково Октябрьской железной дороги. География страны, прежде всего масштабы расстояний (Россия занимает третье место после США и Китая по протяженности железнодорожных линий), определили большое разнообразие функционирующих на железных дорогах средств управления движением поездов. В последующие после внедрения первой релейной системы ЭЦ годы в СССР было разработано свыше десятка различных релейных систем управления. Сегодня ими оборудовано свыше 5 тыс. станций.

Основным объектами управления и контроля систем автоматики являются рельсовые цепи, стрелки и светофоры, входящие в комплекс напольного технологического оборудования ЖАТ. Данные устройства взаимодействуют непосредственно с подвижным составом, позволяя следить за его перемещением, управлять скоростью движения и регулировать его направление. Статистика говорит о том, что наибольшая доля отказов среди всех средств ЖАТ как раз приходится на напольное технологическое оборудование -от 50 до 80 % [3, 134]. Сами системы управления движением поездов отказывают гораздо реже.

С целью поддержания высокого уровня надежности и безопасности функционирования средств ЖАТ используются, как отмечалось выше, конструктивные меры и мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту. Для решения последней задачи на всех железных дорогах организованы дистанции СЦБ, сотрудники которых призваны поддерживать высокое качество работы средств управления движением поездов. В их функции входит также решение задач технической диагностики 一 определение технического состояния, прогнозирование дальнейших изменений и локализация возникающих неисправностей [33, 113]. Другими словами, специфика работы сотрудников дистанций СЦБ включает в себя решение задачи ручного технического диагностирования (зачастую с применением автоматизированных средств измерения различных параметров средств автоматики). Для повышения эффективности работы сотрудников дистанций СЦБ, а также для снижения влияния на процесс управления человеческого фактора средства ЖАТ снабжаются системами автоматизированного технического диагностирования. Такие средства внедряются в основном в сами управляющие комплексы ЖАТ, но при этом позволяют косвенно определять многие ответственные параметры напольного технологического оборудования. Современные микропроцессорные и микроэлектронные системы ЖАТ уже содержат в себе развитые подсистемы автоматизированного и автоматического технического диагностирования, тогда как системы релейного типа, в которые данный принцип не был заложен при разработке, требуют постановки специальных измерительных контроллеров для определения рабочих параметров. Разнообразие систем ЖАТ и их элементной базы, различные принципы поддержания высокого уровня надежности и безопасности в релейных и микропроцессорных системах, отсутствие в релейных системах средств самодиагностирования 一 все это предопределило возникновение активно развивающихся в начале XXI в. СТДМ ЖАТ [52, 87].


Под мониторингом, как известно, понимают постоянную проверку, надзор, наблюдение и определение текущего состояния с целью выявления изменений по сравнению с ожидаемыми или требуемыми показателями [157]. Организация систем мониторинга средств ЖАТ позволяет решать задачу обеспечения высокого уровня их надежности и безопасности. Так, СТДМ ЖАТ позволяют автоматизировать решение задач технической диагностики (диагностирование и прогнозирование технического состояния, локализация неисправности), снизить влияние человеческого фактора на процесс обслуживания устройств управления движением поездов, а значит, вывести работу всего железнодорожного комплекса на новый, более высокий уровень.

СТДМ, пременяемые на железных дорогах России

Известные СТДМ в России:
АПК-ДК ООО КИТ
АПК-ДК Имсат
АДК-СЦБ
АСДК
ТД-ЭЛ
ТДМ УК РСУДП

История

Первые системы, позволяющие передавать на центральный пост информацию с децентрализованного объекта управления на железнодорожном транспорте, возникли на советских железных дорогах. В 1934 г. инженер Д. С. Спасский изобрел «устройство для подачи сигналов с линии на диспетчерский пункт» [153]. Уже в 1935 г. стали появляться первые американские патенты на изобретение устройств диспетчерского контроля. Развитие науки и техники в первой половине XX в. привело к созданию первых прототипов СТДМ ЖАТ (естественно, в те годы данные системы такого названия не имели) - систем диспетчерского контроля.
В 1949 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта разработал первую систему диспетчерского контроля, получившую название ДК-ЦНИИ-49. В период с 1949 по 1951 г. ею был оборудован опытный участок Московско-Курской железной дороги Тула -Пахомово протяженностью 53 км (примечательно, что спустя ровно полвека на этом же объекте будет внедрена первая микропроцессорная система диспетчерского контроля под названием «Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля» (АПК-ДК) [56, 153]). С 1951 г. началось активное внедрение первой системы диспетчерского контроля на железных дорогах СССР.

В 1957 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта усовершенствовал свою систему диспетчерского контроля и создал быстродействующую систему БДК-ЦНИИ-57. Система стала активно тиражироваться на советских железных дорогах. В 1966 г. была создана еще одна система диспетчерского контроля, работающая с применением частотного принципа передачи информации 一 система ЧДК [160]. К 70-м гг. XX в. более 50 тыс. км советских железных дорог были оборудованы системами диспетчерского контроля [56].
Первые СТДМ ЖАТ 一 системы диспетчерского контроля 一 имели возможность получения ограниченного количества диагностической информации. Ими контролировались только дискретные параметры устройств ЖАТ 一 свободность/занятость рельсовых цепей, открытие/закрытие светофоров, положение стрелок, состояния переездов и т. п. Мощность множества передаваемой информации была ограничена (например, в системе ЧДК общее количество контролируемых объектов 480).
16 декабря 1947 г. физики Bell Labs Уолтер Браттейн и Джон Бардин создали первый в мире работоспособный точечный транзистор. Это событие перевернуло мир техники, в том числе используемой на железнодорожном транспорте. Транзисторная техника стала активно развиваться, появились транзисторы на кристалле, затем логические элементы, микросхемы и микропроцессоры. Сегодня все они составляют элементную базу СТДМ ЖАТ. Использование аналогово-цифровых преобразователей дало возможность получения непрерывной диагностической информации (напряжения, токи, сопротивления и т. д.), стал возможным не только диспетчерский контроль, но и прогнозирование технического состояния.

В 80-е гг. XX в. на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта под руководством А. В. Гриненко проводятся первые работы по автоматизации измерений параметров устройств ЖАТ [36, 37]. Первые прототипы современных СТДМ ЖАТ были получены в лабораториях кафедры в 1994 г. В 1996 г. в Чудовской дистанции сигнализации и связи Октябрьской железной дороги впервые был внедрен «Аппаратно-программный комплекс диспетчера дистанции сигнализации и связи» (АРМ-ШЧД). Впоследствии он вошел в АПК-ДК. Эта система стала активно развиваться и внедряться в эксплуатацию на Восточно-Сибирской железной дороге. Параллельно разработкой аналогичного средства технического диагностирования занимался Институт по проектированию сигнализации, централизации, блокировки, связи и радио на железнодорожном транспорте «Гипротранссигналсвязь» - филиал АО «Росжелдорпроект». Впоследствии систему, разработанную его сотрудниками, назвали «Автоматизированная система диспетчерского контроля» (АСДК) [1, 126].

В 1999 г. систему АПК-ДК внедрили на станции Тула Московской железной дороги. Это событие произошло под руководством научных сотрудников кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения А. В. Гриненко и Б. Л. Горбунова [56, 77]. Чуть позже, в начале XXI в., на базе научных лабораторий кафедры были созданы предприятия ООО «Компьютерные информационные технологии» и ЗАО МГП «ИМСАТ», функционирующие до сих пор.
В 2001 г. были изданы первые методические указания по проектированию АПК-ДК. Можно сказать, образовался новый класс устройств ЖАТ 一 систем автоматизированного контроля и технического диагностирования (рис. 1.22).
В 2002 г. в Ростове-на-Дону научно-производственным предприятием «Югпромавтоматизация» была создана «Автоматизированная система диагностирования и контроля устройств сигнализации, централизации и блокировки» (АДК-СЦБ). Сегодня системы АПК-ДК, АСДК, АДК-СЦБ 一 это основные СТДМ ЖАТ, действующие на железных дорогах России (табл. 1.1) [87]. Данные системы внедряются на различных полигонах по всей стране. Например, основной объект внедрения АДК-СЦБ 一 Северо-Кавказская железная дорога [142, 143, 145, 169]; система АПК-ДК, к слову, внедрена на всех железных дорогах России. На некоторых из них даже в пределах одной дистанции действует несколько СТДМ ЖАТ.
Для централизации процесса обработки диагностической информации с линейных постов данные передаются в концентраторы информации центральных постов, расположенных в зданиях дистанций СЦБ, а затем в специальные ситуационные центры - центры мониторинга [25, 82, 102, 105, 108]. Первый такой центр начали строить в 2003 г. в Санкт-Петербурге - центр мониторинга Октябрьской железной дороги [77]. В 2007 г. он был сдан в эксплуатацию. Сотрудники центра мониторинга, анализируют диагностическую информацию, получаемую от устройств ЖАТ. За годы работы центра количество отказов удалось сократить более чем в два раза [119, 174].
К концу 2000-х гг. центры мониторинга устройств ЖАТ были спроектированы для многих железных дорог 一 в первую очередь, Западно-Сибирской, Северо-Кавказской, Московской и Куйбышевской.

Современные СТДМ ЖАТ постоянно совершенствуются: создаются новые измерительные контроллеры, улучшаются каналы передачи информации, повышается надежность самих элементов СТДМ ЖАТ, используются логические методы обработки диагностической информации, минимизируется количество измерительного оборудования и соответственно стоимость самой СДТМ ЖАТ и т. д. [12, 15-18, 22, 23, 30, 32, 47, 48, 54, 59, 64, 67, 69-71, 122]. Более того, к началу 2010-х гг. руководители железных дорог пришли к важному выводу о необходимости комплексного анализа диагностической информации от всех объектов инфраструктуры железных дорог и, прежде всего, от объектов путевого хозяйства, хозяйства автоматики и телемеханики и хозяйства энергоснабжения. Стали создаваться ситуационные центры, куда стекается информация от систем автоматизированного диагностирования различных объектов инфраструктуры железных дорог [101].
СТДМ ЖАТ внедряются не только на магистральных железных дорогах, но и на сортировочных горках и в метрополитенах. Например, Ростовским отделением ОАО «НИИАС» с 2002 г. внедряется система «Контрольнодиагностический комплекс устройств сортировочных горок» (КДК-СУ), ориентированная на автоматизацию и механизацию сортировочных процессов, а также диагностирование устройств автоматики, обеспечивающих данные процессы [109, 131, 141, 179]. В 2010 г. был согласован проект оборудования станции «Парнас» Петербургского метрополитена средствами автоматизированного технического диагностирования АПК-ДК [60].
Отмечается единая тенденция совершенствования СТДМ ЖАТ. Каждая из СТДМ реализует концепцию технического диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ, которую можно сформулировать так: повышение отказоустойчивости и ремонтопригодности устройств железнодорожной автоматики достигается за счет непрерывного процесса диагностирования, обработки и автоматизированного анализа получаемой от объектов контроля информации.

Реализация СТДМ концепции технического диагностирования и мониторинга позволяет решать задачи технической диагностики, в том числе:

• -контролируется техническое состояние устройств ЖАТ с возможностью фиксации отклонений их рабочих параметров от допустимых норм;
• 一сокращается количество отказов благодаря выявлению момента их зарождения на стадии предотказного состояния;
• 一контролируется качество технического обслуживания, а в некоторых случаях данный процесс автоматизируется;
• 一создаются предпосылки к переходу на техническое обслуживание устройств по их фактическому состоянию;
• 一сокращается время на поиск неисправностей и восстановление работоспособного состояния устройств ЖАТ;
• 一осуществляются архивация, хранение, восстановление событий и сбор статистической информации.