АПК-ДК

АПК-ДК - аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля


 

• 1История
• 2Назначение системы АПК-ДК
• 3Структура системы АПК-ДК
• 4Система диагностики и удалённого мониторинга СДУМ
• 5КЗ Мониторинг

История

Система диспетчерского контроля АПК-ДК разработана по заданию ЦШ МПС РФ кафедрой "Автоматика и телемеханика на ж. д." Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения (ПГУПС) в рамках отраслевой программы автоматизации хозяйства сигнализации и связи. Система рекомендована к применению на сети дорог Российской Федерации решением сетевой школы "Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля (АПК-ДК)", утвержденным заместителем министра Путей Сообщения А. С. Мишариным 11 декабря 1999 года. В 2001 году ПГУПС были выпущены методические указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте И-352-01 "Система диспетчерского контроля АПК-ДК".

Назначение системы АПК-ДК

Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля АПК-ДК предназначен для централизованного контроля, диагностики и регистрации состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, диагностики их технического состояния, а также организации управления движением поездов в пределах диспетчерского круга. АПК-ДК позволяет осуществлять сбор, обработку, хранение и отображение информации о состоянии объектов контроля в реальном масштабе времени.
Комплекс образует вычислительную сеть для обеспечения оперативной информацией диспетчерского аппарата отделения дороги, управления дороги и линейных предприятий (например, дистанций сигнализации и связи).
Система АПК-ДК выполняет контроль и диагностику технического состояния СЖАТ на перегонах и станциях, в том числе позволяет собирать статистику, выявлять предотказные состояния, анализировать причины некачественной работы и автоматизировать поиск отказов устройств СЦБ, т.е. обеспечивает возможность перехода на ремонтно-восстановительную технологию обслуживания СЖАТ за счет диагностики и прогнозирования состояния устройств и учета ресурса приборов по их фактической наработке. Данная информация передаётся дежурному электромеханику, диспетчеру дистанции сигнализации и связи, техническому персоналу, ответственному за сбор и обработку статистики отказов, а также, при необходимости, другим пользователям локальной вычислительной сети дистанции, отделения или управления дороги.
Также АПК-ДК обеспечивает поездного диспетчера информацией о поездном положении в пределах круга диспетчерского управления: свободности/занятости блок-участков перегонов, главных и боковых приемоотправочных путей промежуточных станций, показаний входных и выходных светофоров, установленном направлении движения, состоянии переездов, температуре буксовых узлов и др.

Структура системы АПК-ДК

АПК-ДК включает в себя три подсистемы, реализуемые с использованием программируемых контроллеров, промышленных компьютеров и специального программного обеспечения (ПО), а также каналов связи между ними, позволяющих организовать вычислительную сеть и автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей (структурная схема здесь).
Первая подсистема (подсистема нижнего уровня) состоит из специализированных контроллеров, обеспечивающих съём и первичную обработку информации, снимаемой с устройств ЖАТ.
Вторая подсистема (подсистема среднего уровня) состоит из концентраторов линейного поста (ЛП), собирающих информацию от подсистемы нижнего уровня и обеспечивающих обработку, хранение, архивацию и её передачу другим концентраторам, и концентраторов центрального поста (ЦП), которые кроме того обеспечивают передачу собранных данных на верхний уровень. Для выполнения указанных задач концентраторы объединяются в сеть передачи данных.
Третья подсистема (подсистема верхнего уровня) состоит из технических средств (АРМов) диспетчера дистанции сигнализации и связи и работников отделения дороги.
Структура системы АПК-ДК разрабатывается для каждого конкретного участка железной дороги с различным наполнением упомянутых подсистем источниками информации, устройствами сбора и передачи данных, концентраторами среднего уровня, с учетом количества и функционального назначения рабочих мест на верхнем уровне системы.
Информационное и программное обеспечение среднего уровня позволяет организовать сбор, обработку и передачу информации от низовых контроллеров, а также от других систем ЖАТ (микропроцессорных АБ, ЭЦ, ДЦ, автоведения поезда, контроля состояния подвижного состава и т.д.) на верхний уровень системы.
Информационное и программное обеспечение верхнего уровня позволяет реализовать выполнение специальных технологических функций и организовать различные виды АРМ: диспетчера дистанции сигнализации и связи (АРМ-ШЧД), поездного диспетчера (АРМ-ДНЦ) диспетчера железнодорожного узла (АРМ-ДНЦУ), вагонного оператора и т.д., а также обеспечивает обмен информацией с другими информационными системами (АСУ-Ш, АСОУП).

Система диагностики и удалённого мониторинга СДУМ

В начале 2002 года научно-исследовательской лабораторий "Системы диагностики и удалённого мониторинга" (НИЛ СДУМ) при кафедре "Автоматика и телемеханика на ж.д." Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения (ПГУПС) была начата разработка новой системы контроля и технической диагностики устройств СЦБ, по функциям принципиально отличающейся от существующих систем контроля.
Новая система (рабочее название СДУМ) - это комплекс технических и организационных мер, направленных на минимизацию эксплуатационных расходов, техническое обслуживание, простой поездов при обеспечении высокого уровня безопасности движения поездов. На стадии разработки в системе должны быть реализованы следующие целевые задачи:

• Система должна обеспечивать управленческий, оперативный и технический персонал дистанции сигнализации и связи полной и достоверной информацией о состоянии устройств СЦБ на участке контроля в реальном масштабе времени;
• Система должна обеспечить переход на ремонтно-восстановительную технологию обслуживания СЖАТ за счет учета ресурса приборов и диагностики состояния устройств по их фактической наработке;
• Аппаратно-программные средства системы должны обеспечивать контроль и диагностику существующих классических СЖАТ;
• Аппаратно-программные средства системы должны обеспечивать обмен данными с любыми современными микроэлектронными и микропроцессорными СЖАТ, а также предусматривать возможность стыковки с перспективными разрабатываемыми системами, с целью их контроля и диагностики;
• Система должна обеспечивать обмен информацией с любыми существующими (АСУ-Ш, АСОУП) и внедряемыми информационными системами;
• Система должна выполнять диагностику технического состояния контролируемых СЖАТ, что даёт возможность прогнозировать и своевременно устранять возможные неисправности
• Измерительные приборы, используемые в системе, должны быть метрологически аттестованы как средство измерения, что позволяет исключить измерения электрических параметров устройств СЦБ по инструкции ЦШ-720 из графика технического обслуживания;
• Система должна быть построена по модульному принципу с возможностью оперативного изменения (наращивания) возможностей системы и переконфигурирования при изменении технических характеристик объектов контроля;
• Система должна иметь развитые средства самодиагностики и настройки, позволяющие в минимальное время выявить и устранить отказ системы или изменять её конфигурацию;
• Система должна быть проста в использовании и обслуживании, иметь удобный пользовательский интерфейс, не требовать специальных знаний из области вычислительной техники;
• Аппаратные и программные средства системы должны быть построены с использованием современных информационных технологий, элементной и программной базы.

Прототипом для создания СДУМ является комплекс диспетчерского контроля АПК-ДК, хорошо зарекомендовавший себя на сети железных дорог.

КЗ Мониторинг

Для работы пользователя (технолога дистанции СЦБ или ситуационного центра, электромеханика или диспетчера и др.) с результатами мониторинга необходим АРМ. АРМ технолога СТДМ ЖАТ, как и АРМ многих других систем управления и контроля во всех областях промышленности и транспорта, представляет собой программно-технический комплекс, предназначенный для автоматизации процесса анализа результатов мониторинга.

АРМ СТДМ ЖАТ представляет собой персональный компьютер с периферийными устройствами, позволяющими оказывать управляющие воздействия (мышь, клавиатура и пр.) и выводить информацию на экран или бумажный носитель (монитор, принтер и др.), а также установленный на компьютере комплекс программ по работе с результатами мониторинга. Для удобства работы пользователя АРМ работает с известной всем операционной системой Windows.

Поскольку объем диагностических данных велик (для станций с количеством стрелок до 30 число диагностических параметров устройств ЖАТ может достигать 1-2 тыс.), необходимо выводить результаты мониторинга в удобной графической форме. АРМ системы АПК-ДК является одним из наиболее удобных среди АРМ других систем мониторинга устройств ЖАТ [38]. Название программного комплекса АПК-ДК - «Комплекс задач “Мониторинг”» (КЗ «Мониторинг»). Информация в нем представляется в виде следующей иерархии: железнодорожная сеть Российской Федерации 一 конкретная железная дорога 一 участок 一 дистанция СЦБ 一 диспетчерский круг 一 станция (перегон) 一 типовой объект диагностирования, функционирующий на станции (перегоне). В зависимости от того, какому пользователю (электромеханик СЦБ, технолог дистанции СЦБ или ситуационного центра и т. д.) предоставляется диагностическая информация, КЗ «Мониторинг» может содержать набор тех или иных объектов диагностирования.
В КЗ «Мониторинг» диагностическая информация выводится в удобном для пользователя виде (использована некоторая аналогия с действующими устройствами вывода информации в системах ЖАТ). Например, в релейных системах ЖАТ на станциях большинство дискретной диагностической информации получают с аппарата управления движением (пульта управления и табло вывода данных), на котором с использованием некоторого набора условных изображений показано путевое развитие станции с управляющими и контролирующими элементами - стрелками, светофорами, рельсовыми цепями, переездами и пр. Аппараты управления имеют стандартное исполнение в виде набора блоков трех типов: желобкового, мозаичного и с применением субблоков на светодиодах. На рис. 2.22 показано выносное табло станции с релейной системой ЖАТ. Разработчики АПК-ДК в КЗ «Мониторинг» сохранили соответствующий принцип представления диагностической информации (рис. 2.23), что удобно для работы железнодорожного персонала дистанций СЦБ и ситуационных центров.

Для отображения технических состояний объектов диагностирования в системах функционального контроля устройств ЖАТ используется цветовая гамма, подобранная с учетом психологического восприятия человеком того или иного цвета. Например, наибольшее внимание привлекают красный и красный мигающий цвета как максимально тревожные, меньшее внимание привлекает зеленый цвет. При выборе условных обозначений в комплексах программ АРМ СТДМ ЖАТ применяется отраслевой стандарт [156].
На рассматриваемом АРМ КЗ «Мониторинг» на сером нейтральном фоне находятся индикаторы объектов диагностирования, позволяющие просматривать как дискретные, так и аналоговые данные о состоянии устройств автоматики. Как отмечалось выше, КЗ «Мониторинг» выполнен по иерархическому принципу, позволяющему фильтровать диагностические данные [100]. Информация предоставляется в различных масштабах. Имеется возможность просмотра состояния объектов диагностирования всей железной дороги, отдельной дистанции СЦБ, определенного участка контроля, станции, перегона или сложного технического объекта (например, устройства бесперебойного питания или электропитающей установки). Переходы от менее детализированного изображения к более детализированному и наоборот осуществляются манипулятором «мышь». Двойной щелчок левой кнопкой мыши по пустому серому полю позволяет технологу уменьшить масштаб предоставляемых данных и наоборот - щелчок левой кнопкой мыши по выделенному объекту позволяет детализировать диагностическую информацию.


КЗ «Мониторинг» является постоянно совершенствуемым АРМ: оптимизируются методы предоставления данных, создаются новые технологические окна предоставления данных и различные фильтры диагностической информации. Автором данной монографии совместно с инж. Н. А. Богдановым в период с 2008 по 2010 г. в отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Автоматизация технического обслуживания» кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС разработано несколько типовых технологических окон предоставления результатов диагностирования техническому персоналу дистанции СЦБ. Они включают в себя сложные технические объекты диагностирования, сгруппированные и централизованные в отдельном окне, всплывающем при щелчке манипулятором «мышь» по условному обозначению сложного объекта в технологическом окне станции или перегона. В такие технологические окна вынесены следующие сложные объекты ЖАТ: электропитающая установка, устройства автоматики сигнальной точки на перегоне, кабельный план и подсистема самодиагностирования.
Опишем технологические окна комплекса программ КЗ «Мониторинг».


Наиболее значимым и в то же время простейшим звеном в КЗ «Мониторинг» является технологическое окно отображения данных на станции (либо на перегоне). Здесь приводится мнемосхема путевого развития станции (по дежурного по станции), а также индикаторы ячеек контроля устройств ЖАТ. Ранее данные о состоянии устройств ЖАТ «давали» лампочки пульта-табло дежурного по станции, соответственно кроме состояния рельсовых цепей, светофоров, стрелок и переездов в окне отображения станции можно найти индикаторы всех ячеек технологического назначения (наличие/отсутствие электропитания, режим горения сигналов, контроль сигнализаторов заземления, срабатывание устройств контроля схода подвижного состава и пр.). Каждому объекту диагностирования в режиме реального времени ставится диагноз. Информация о наличии неисправности, отказа или предотказа выводится на данное технологическое окно соответственно красным мигающим или желтым мигающим цветами. При желании пользователь КЗ «Мониторинг» может включить режим просмотра аналоговых данных по контролируемым объектам, применив в меню соответствующий фильтр. Пример технологического окна станции дается на рис. 2.25.
Как отмечалось выше, диагностические данные отображаются с учетом психологических особенностей восприятия информации. В индикации рельсовых цепей выделены такие цвета: красный, сигнализирующий о логической занятости; желтый - о замкнутости стрелочно-путевой секции или участка пути в маршруте; желтый мигающий, обозначающий включение режима искусственной разделки секции; черный 一 свободность рельсовой цепи; серый 一 потерю диагно стиче ской информации или неисправность системы АПК-ДК. Для светофоров характерны такие цвета: зеленый, сигнализирующий о включении одного из разрешающих показаний светофора, красный 一 соответствующий горению запрещающего показания, желтый (для перегонных светофоров) 一 горение желтого огня светофора, серый 一 потеря диагностической информации или неисправность системы АПК-ДК. Стрелки в нормальном (плюсовом) положении подсвечиваются в технологическом окне зеленым цветом, в переведенном (минусовом) положении 一 желтым цветом. В технологическом окне станции также присутствуют индикаторы стрелочных коммутаторов, стиль представления которых аналогичен исполнению на пультах-манипуляторах дежурных по станциям: зеленый 一 плюсовое положение, желтый 一 минусовое, красный 一 потеря контроля.
Кроме дискретной информации о состоянии устройств ЖАТ в КЗ «Мониторинг» можно видеть результаты предусмотренных разработчиком измерений, например, напряжения на путевых элементах рельсовых цепей, напряжения источников питания и пр. Они высвечиваются цифрами, вписанными в прямоугольное поле. Если то или иное значение находится в норме, цифры горят черным цветом, достижение предотказного состояния обозначается желтым мигающим цветом, выход за границы работоспособности 一 красным мигающим цветом.
Кроме информации о состоянии объектов контроля на станции, КЗ «Мониторинг» выдает сообщение об общем количестве отказов и предот-казов, возникшем на станции и на текущий момент не устраненных, что показывается большими цифрами справа от наименования станции: красный шрифт соответствует числу отказов, желтый - числу предотказов.

Технически сложные объекты диагностирования централизованно размещаются в отдельных окнах АРМ (так называемые «четвертые виды»). Среди таких объектов: электропитающая установка; устройство бесперебойного питания; дизель-генераторный агрегат; управляющий вычислительный комплекс микропроцессорной системы централизации; устройства сигнальных точек, оборудованных измерительными контроллерами блока контроля автоблокировки (БКА) 4 и АДСУ; структурная схема подсистемы самодиагно-стирования средств СТДМ. Во всех сложных технических объектах показаны взаимосвязи элементов, текущее техническое состояние, указываются пути протекания токов, а рядом с индикаторами объектов контроля при необходимости выводится аналоговая информация.
Для контроля устройств энергоснабжения предусмотрено сразу несколько технологических окон, где отображаются электропитающая установка (рис. 2.26), устройства бесперебойного питания (рис. 2.27) и дизель-генераторный агрегат (ДГА) (рис. 2.28).
В питающей установке условными обозначениями показаны пути протекания токов 一 по зеленому цвету линий можно определить объекты, от которых осуществляется питание (например, на рис. 2.26 это фидер 2, напряжение в фидерах 1 и 3 есть (см. зеленые линии в устройстве ввода питания фидеров ВУФ1 и ВУФ3)). В окне отображения электропитающей установки отдельно изображен трансформаторный щит (ТЩ), где выведены полюса питания. При необходимости технолог может включить режим просмотра измерительной информации по данным объектам. Наведение курсора мыши на измерительное поле дает подсказку, какой именно параметр измеряется.

На рис. 2.27 показано окно вывода данных о состоянии объектов устройства бесперебойного питания (УБП). Перейти в это окно можно после двойного щелчка левой кнопкой «мыши» по соответствующему объекту в окне отображения станции или электропитающей установки. В окне контроля УБП приведен весь набор существующих элементов, видны их взаимозависимости и необходимая аналоговая информация (ее также можно скрыть, поставив в меню соответствующий фильтр).
Контроль ДГА с целью концентрации диагностической информации о сложном объекте выведен в отдельном окне, разворачивающемся при двойном щелчке по соответствующему полю отображения станции или питающей установки (рис. 2.28). Смысл обозначений тот же.
Отдельно в КЗ «Мониторинг» выводится информация о состоянии управляющего вычислительного комплекса (УВК) микропроцессорной централизации. На рис. 2.29 изображена функциональная схема управляющего вычислительного комплекса (УВК) системы микропроцессорной централизации ЭЦ-ЕМ [93]. Три рабочих места дежурного по станции связаны между собой и блоками центральных постовых устройств (ЦПУ). В исправном состоянии все линии связи подсвечиваются зеленым цветом, сигнализация красным цветом соответствует случаям нарушений в работе. Для контроля триад модулей съема информации (МСИ), модулей выходных усилителей (МВУ), модулей безопасного контроля и отключения (МБКО) предусмотрены ячейки, при работоспособности каждого из объектов горящие зеленым цветом, а в случае отказов - красным.
В конце 2000-х гг. автором монографии был разработан принцип отображения информации о состоянии сигнальных точек при использовании в качестве контроллера съема данных АДСУ, устанавливаемых взамен устаревших малофункциональных диагностических приборов АКСТ. Типовое окно отображения данных сегодня используется при проектировании АПК-ДК на всех участках, где применены АДСУ (рис. 2.30). В окне отображения оборудования сигнальных точек показан принцип действия рельсовой цепи. Зеленым цветом обозначаются пути протекания токов при четном и нечетном направлениях движения поездов. По сравнению с предыдущими отображениями, появились уникальные индикаторы состояния реле и кодовых путевых трансмиттеров (КПТШ). Стрелка реле направлена вверх и горит зеленым при включенном состоянии реле, в противном случае стрелка направлена вниз. Индикатор КПТШ показывает цвет, соответствующий вырабатываемому им коду (З, Ж или КЖ).
Для контроля состояния самих устройств СТДМ предусматривается окно самодиагностирования системы, также разработанное автором монографии (рис. 2.31). Здесь фактически индикаторы отображают состояния всех устройств получения диагностической информации в пределах одной дистанции СЦБ, а также взаимосвязи между концентраторами. В нормальном состоянии (когда все устройства СТДМ исправны) все индикаторы черные. В случае потери работоспособности одним из устройств получения диагностических данных ячейка возле наименования станции загорается желтым цветом (см. концентратор информации станции «Спирово» на рис. 2.31). При отказе всех измерительных контроллеров на станции или самого концентратора информации ячейка горит красным. Для контроля состояния сервера предусмотрено отдельное поле: здесь индицируется состояние самого сервера и программных средств АРМ АПК-ДК.

Кроме указанных выше составляющих системы мониторинга, в отдельные виды отображения результатов технического диагностирования в КЗ «Мониторинг» выносятся ячейки диагностирования пожарной сигнализации, сигнализаторов заземления, фиксации отмены маршрутов. Такая структура КЗ «Мониторинг» позволяет централизовать диагностическую информацию от элементов диагностирования, относящихся к одному объекту, что обеспечивает удобство использования АРМ. Однако следует заметить, что такой подход к отображению результатов мониторинга дает возможность только наглядного представления информации, более удобного ее восприятия, но практически не позволяет улучшить поиск возникающей неисправности техническому персоналу дистанций СЦБ. Дальнейшее совершенствование системы может быть связано с внедрением в ее программное обеспечение систем поддержки принятия решений (СППР), а также с оптимизацией предоставления диагностической информации пользователю.
Персоналу дистанций СЦБ, как основным пользователям системы АПК-ДК, гораздо удобнее работать со схематическими планами станций, с принципиальными схемными решениями ЖАТ - тем более, что поиск неисправностей в работе систем управления движением поездов зачастую связан с анализом схемных решений. Целесообразно именно их отражать в технологических окнах АРМ СТДМ ЖАТ.


Сегодня многие схемы ЖАТ переводятся в электронный вид, например, с использованием АРМ проектирования технической документации (АРМ ПТД) [19, 124]. В АПК-ДК уже добавлена функция стыковки данных от АРМ ПТД [50]. Принципиальные схемы, изображенные с помощью АРМ ПТД, записываются в формате «*.odx» и воспринимаются программным обеспечением АПК-ДК. Данные схемы выводятся на технологическое окно АПК-ДК (рис. 2.32).
Используя измерительные контроллеры, можно анимировать схемы, выделять различными цветами пути протекания токов, состояния реле и их контактов, выводить значения некоторых аналоговых измерений. Это возможно только при наличии соответствующего множества контрольных точек в схемных решениях ЖАТ, куда подключены измерительные контроллеры. Описываемый подход позволит, в свою очередь, выдавать информационные сообщения об отклонениях параметров устройств от норм, о возникающих неисправностях (отказах и предотказных состояниях), а также прогнозировать дальнейшие изменения состояний. Таким образом, анимация схем расширяет функциональные возможности и совершенствует работу АПК-ДК, что позволяет использовать данную систему более эффективно с позиции технического персонала дистанций СЦБ.
Работа эксплуатационного штата дистанций СЦБ, как отмечалось выше, нередко связана с анализом схемных решений ЖАТ, и наличие функции «подсказки» в АРМ СТДМ заметно бы упростило данный процесс.
Ясно, что в существующих системах ЖАТ невозможна полная анимация схем, так как установка измерительных контроллеров во все схемные узлы невозможна. С другой стороны, даже частичная анимация схем представляется существенным улучшением АПК-ДК, поскольку позволяет сузить поле поиска неисправностей и упростить анализ схемных решений.
Следует отметить, что анимация схем ЖАТ ранее использовалась для поиска неисправностей в результате машинного моделирования [86, 99], где в качестве исходных данных выступали реальные дискретные и аналоговые величины, значения которых были получены от устройств ЖАТ.

Таким образом, представление диагностической информации в программных комплексах современных СТДМ ЖАТ еще несовершенно, однако находится на вполне хорошем уровне. Перспективным является увеличение полноты и глубины технического диагностирования с возможной выдачей информационных сообщений об отклонениях от норм рабочих параметров с большей степенью детализации, чем теперь. Это сделает более точным прогнозирование технического состояния устройств ЖАТ.