Проектирование сети передачи дискретных сообщений железной дороги

Проектирование сети передачи дискретных сообщений железной дороги

1. Описание железной дороги

Красноярская железная дорога — главное звено транспортной инфраструктуры Восточной Сибири. Магистраль проходит через четыре крупных региона — Кемеровскую область, Хакасию, Иркутскую область и Красноярский край, связывая Транссибирскую и Южносибирскую магистрали. Образно говоря — это мост между европейской частью России, ее Дальним Востоком и Азией.

Управление дороги в Красноярске. В состав дороги входят 3 отделения: Абаканское, Ачинское и Красноярское. Эксплуатационная длина дороги (01.01.2001 г.) — 3159,8 км, ок. 1250 км двухпутных участков. Тепловозной тягой обслуживается 1121,5 км, электровозной — 2038,3 км. Дорога граничит с Западно-Сибирской (ст. Мариинск и Междуре-ченск) и Восточно-Сибирской (ст. Юрты, Тайшет) железными дорогами. На дороге 183 станции, из них 165 оборудованы электрической централизацией.

В среднем, железнодорожным транспортом здесь перевозится до 80% грузов и пассажиров. Услугами КраснЖД ежегодно пользуется более 17 млн. пассажиров, в том числе 15 млн. — в пригородном сообщении.

Для Красноярского края и Хакасии дорога — самый крупный работодатель: на железнодорожных предприятиях работает более 40 тыс. человек.

Эксплуатационная длина Красноярской дороги составляет 3159,8 км. Общая протяженность — 4544 км. Она относится к числу погрузочных дорог России: в больших объемах отгружает лес, уголь, нефть.

Территория, через которую проложена Красноярская магистраль, отличается сложным рельефом: многочисленные водные преграды, горные перевалы, неустойчивые и карстовые породы вносят дополнительные трудности при эксплуатации. В 1965 году был сдан в эксплуатации самый «трудный» участок: трасса мужества Абакан — Тайшет. Ее первооткрывателями были герои-изыскатели Александр Кошурников, Константин Стафато и Алексей Журавлев. Они погибли во время проведения исследовательских работ в 1942 году.

На магистрали расположено большое количество инженерных сооружений: 1081 мост (108 металлических, 954 железобетонных, 18 каменных и 1 смешанный), 2100 водопропускных труб, общей длиной более 59 км. На направлении Ачинск-Абакан, Красная Сопка-Кия-Шалтырь, Междуреченск-Тайшет проложено 18 тоннелей общей протяженностью 16,8 км (действуют 16 тоннелей, два закрыты на реконструкцию).

Мост через Енисей был первым в России и вторым на Евроазиатском материке по величине пролетов — 145 м.

Самое уникальное сооружение — мост через Енисей (расстояние между его опорами достигало 140 метров).

История его строительства такова: конце прошлого века строителям Транссиба великая сибирская река Енесей казалась непреодолимой преградой. Решить проблему взялся профессор Московского технического училища Лавр Проскуряков. В 1895 году им был составлен проект железнодорожного моста через Енисей. В том же году в Красноярск прибыл инженер-механик Евгений Кнорре: под его руководством возводился уникальный мост.

Уже через три года новый мост подвергся первым производственным испытаниям. А 28 марта 1899 года через Енисей прошел первый пассажирский поезд. В 1900 году это сооружение наряду с Эйфелевой башней было удостоено Гран-при и золотой медали Всемирной выставки в Париже — «За архитектурное совершенство и великолепное техническое исполнение». Позднее ученые ЮНЕСКО назвали красноярский железнодорожный мост «вершиной человеческой инженерной мысли». Мост упоминается и в «Атласе чудес света». Выдающиеся архитектурные сооружения и памятники всех времен и народов", изданном в 1991 году в США, — в разделе «Россия», наряду с Кремлем и Петродворецом.

Только через 103 года мост было решено демонтировать — металлические конструкции отслужили свой срок.

…И еще одна страничка истории Транссиба связана с Красноярской железной дорогой. В 1973 году в локомотивном депо Иланская потушили котел последнего паровоза. Отработавшую свой век машину отправили в Центральный музей железнодорожного транспорта в Санкт-Петербурге. А в Красноярском железнодорожном музее теперь хранятся первые рельсы магистрали.

Управление дороги находится в г. Красноярске.

Рисунок 1 — Красноярская железная дорога

Рисунок 2 — Стилизованная схема Красноярской железной дороги

2. Определение среднесуточной нагрузки станции абонентского телеграфирования

Среднесуточная нагрузка проектируемой станции абонентского телеграфирования (АТ) зависит от потока телеграфного обмена местных и иногородних абонентов. Среднесуточная нагрузка местных абонентов может быть определена из выражения

(2.1)

где — средняя нагрузка местного абонента в минуто-занятиях за сутки; - количество местных телеграфных абонентов проектируемой станции.

мин-зан.

Среднесуточная нагрузка местных абонентов определяется суммой

(2.2)

где — нагрузка между местными абонентами; - нагрузка между местными абонентами и иногородними; - нагрузка между местными абонентами по сети общего пользования.

Следовательно,

мин-зан.

мин-зан.

мин-зан.

Общая среднесуточная нагрузка проектируемой станции АТ с другими телеграфными станциями определяется по формуле

(2.3)

где — нагрузка между иногородними абонентами через проектируемую станцию.

мин-зан.

Следовательно,

. (2.4)

мин-зан.

Распределение величины по направлению пропорционально среднесуточному обмену на участках заданной телеграфной сети

(2.5)

где — среднесуточный поток телеграфного обмена по системе прямых соединений (ПС) между проектируемой и i-й станциями; - число телеграфных станций, с которыми должна быть организована телеграфная связь по системе АТ ().

Произведем расчет среднесуточной нагрузки по участку ДУ-ОУ1 (Красноярск-Ачинск):

мин-зан.

Аналогично производим расчет среднесуточной нагрузки проектируемой станции по остальным участкам и результаты расчета сводим в таблицу 3.

Таблица 3 — Расчет среднесуточной нагрузки проектируемой станции

Среднесуточная нагрузка проектируемой станции АТ определяется из выражения

. (2.6)

мин-зан.

3. Определение потока телеграфного обмена по системе прямых соединений

Общий среднесуточный поток телеграфного обмена по каналам системы ПС проектируемой станции определяется из выражения

Q_кпс =,

где n — число станций, с которыми организуется связь по системе ПС (n=m=6).

Q_кпс = 345+860+330+435+270+600=2840 телеграмм.

Среднесуточный поток телеграфного обмена с помощью стартстопных аппаратов станции по направлениям может быть представлен в следующем виде:

Q_iссг = Q_iисх + Q_iвх + Q_iтр,

где Q_iисх, Q_iвх и Q_iтр — соответственно поток исходящих, входящих и транзитных телеграмм, передаваемых по каналам между проектируемой и i-й станциями.

Предположим, что потоки исходящих и входящих телеграмм по каждому направлению равны между собой Q_iисх = Q_iвх, тогда

Q_iисх = Q_iвх = 0,5 (Q_iссг — Q_iтр).

Q_1исх = Q_1вх = 0,5 (345 — 139)=103 телеграммы.

Общий среднесуточный поток исходящих и входящих телеграмм проектируемой станции по системе ПС определяется из выражения

Q_исх1 = Q_вх1 = 0,5 (Q_ссг — Q_тр),

где Q_исх1= - среднесуточный поток исходящих телеграмм, передаваемых по системе ПС;

Q_вх1 = - среднесуточный поток входящих телеграмм, передаваемых по системе ПС;

Q_ссг = - общий среднесуточный поток телеграфного обмена по системе ПС;

Q_тр = - среднесуточный поток транзитных телеграмм по связям, каналы которых эксплуатируются с отказами более 2%.

Q_исх1 = Q_вх1 = 103+345+117,5+164,5+78,5+175=984 телеграмм.

Q_ссг = 345+860+330+435+270+600=2840 телеграмм.

Q_тр = 139+170+95+106+113+250=873 телеграмм.

Q_исх1 = Q_вх1 = 0,5 (2840−873)=984 телеграмм.

Результаты расчета среднесуточного потока телеграфного обмена по системе ПС сведем в таблицу 4.

Таблица 4 — Среднесуточный поток телеграфного обмена по системе ПС

4. Коэффициенты неравномерности и прироста телеграфной нагрузки

Одной из основных особенностей телеграфной связи является неравномерность поступления сообщений, которая обусловлена графиком движения поездов, дневной работой большинства административно-хозяйственных органов железнодорожного транспорта и т. д. Поэтому расчет числа каналов и мощности оборудования станций производится по величине нагрузки в час ее наибольшего поступления, т. е. в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

Для характеристики неравномерности применяют коэффициент концентрации. Под коэффициентом концентрации часа наибольшей нагрузки понимают отношение нагрузки в час наибольшего её поступления к суммарной нагрузке за сутки, т. е.

_,

Учитывая неравномерность распределения нагрузки по дням недели, определяют коэффициент суточной неравномерности:

_,

где — нагрузка в максимально загруженные сутки недели;

— среднесуточная нагрузка за неделю.

Неравномерность распределения нагрузки по месяцам года характеризуется коэффициентом месячной неравномерности, представляющим отношение нагрузки в максимально загруженном месяце года к среднемесячной нагрузке за год:

,

Увеличение телеграфной нагрузки за счет ее роста в ближайшие годы учитывается коэффициентом:

_,

где — коэффициент, учитывающий влияние на величину телеграфной нагрузки объема работы железнодорожного транспорта, развития иных видов электрической связи и других факторов;

— темп ежегодного прироста телеграфной нагрузки;

— период роста телеграфной нагрузки в годах.

Произведем ручной расчет коэффициента концентрации часа наибольшей нагрузки и коэффициента суточной неравномерности для сети ПС и сети АТ по первому направлению. Для сети ПС:

где ,

t_зкр.2=1,23 мин; t_зка.2=0,8 мин где — среднесуточная нагрузка по сети ПС.

Для сети АТ:

час-зан где — среднесуточная нагрузка по сети АТ.

Расчет коэффициентов концентрации часа наибольшей нагрузки К_чнн и коэффициентов суточной неравномерности К_сн для сети ПС и сети АТ по другим направлениям выполнен на ПЭВМ. Результаты расчета представлены в таблице 5.

Таблица 5 — Результаты расчета коэффициентов концентрации часа наибольшей нагрузки Кчнн и коэффициентов суточной неравномерности Ксн для сети ПС и сети АТ

Коэффициент месячной неравномерности составляет:

для сети АТ и сети ПС — К_мн = 1,20.

Коэффициент роста составляет:

для сети АТ — К_р = 1,00

для сети ПС — К_р = 1,10

5. Коэффициент добавочной нагрузки

При расчетах каналов и оборудования телеграфных станций сети ПС необходимо учитывать не только нагрузку по передаче и приему телеграмм, но и нагрузку в виде потерянных вызовов, передачи справок, запросов и т. д.

Добавочная нагрузка за счет потерянных вызовов принимается равной 10%, а нагрузка по передаче справок и запросов — 5%. При этом общий коэффициент, учитывающий добавочную нагрузку, К_дн =1,15.

6. Расчет нагрузки каналов сети прямых соединений

Расчет нагрузки каналов и необходимого оборудования телеграфной станции при любой системе телеграфирования производится для часа наибольшего значения потоков телеграфных сообщений.

При системе ПС, в случае занятости каналов внутридорожной сети, транзитные телеграммы направляются на автоматизированные аппараты переприема.

Исходя из оптимальных капитальных затрат и эксплуатационных расходов, процент отказов на внутридорожных связях в среднем принимается около 50%, а это значит, что при равном количестве исходящих и входящих телеграмм 25% транзитных телеграмм с проектируемой станции будут передаваться по каналам внутри дорожной сети с помощью автоматизированных аппаратов.

Тогда нагрузку внутридорожных каналов в ЧНН между проектируемой и i-й станцией можно определить по формуле, Эрл

— произведение коэффициентов неравномерности, прироста и добавочной нагрузки для сети ПС.

Для первого отделения:

.

Значения коэффициентов К_пс и нагрузок У_кпс приведены в таблице 6 в параграфе 8.

7. Расчет нагрузки каналов сети абонентского телеграфирования

При организации самостоятельной сети АТ нагрузку каналов в ЧНН между проектируемой и i-й станциями можно представить в следующем виде, Эрл

где — общий коэффициент при расчете нагрузки каналов сети АТ; - коэффициент добавочной нагрузки в виде потерь вызовов на сети АТ.

Произведем все необходимые расчеты для первого участка:

.

Эрл.

Значения коэффициента и нагрузок приведены в таблице 6 в параграфе 8.

8. Расчет нагрузки каналов общей сети абонентского телеграфирования и прямых соединений

Объединение сетей АТ и ПС позволяет достигнуть лучшего использования каналов для обеих систем за счет укрепления пучков и смещения максимумов нагрузки на сетях АТ и ПС. Хотя общая сеть АТ и ПС предусматривается для передачи сообщений по каналам магистральной связи, но в ряде случаев целесообразно применение общей сети АТ и ПС на внутридорожной связи.

При организации объединенной сети АТ и ПС внутридорожной связи общую нагрузку каналов в ЧНН между проектируемой и i-той станциями можно определить по формуле

где — нагрузка каналов системы ПС в ЧНН на i-м участке общей телеграфной сети при отказах не более 2%; - коэффициент, выражающий нагрузку каналов системы АТ на i-м участке через величину во время наибольшего значения общей нагрузки.

Нагрузка каналов сети ПС в ЧНН, Эрл

.

Произведем все необходимые расчеты для первого участка:

Эрл.

Эрл.

Аналогично произведем расчеты для всех остальных участков. Результаты расчетов занесем в таблицу 6.

Таблица 6 — Результаты расчета нагрузки каналов

9. Определение числа телеграфных каналов

Для определения необходимого числа каналов на участках между проектируемой станцией и заданными узлами связи дороги воспользуемся номограммой. Процент отказов на внутридорожных связях примем для сети ПС — 50% (P_в = 0,5), АТ — 20% (P_в = 0,2), общей сети АТ и ПС — 20% (P_в = 0,2).

Найденное число каналов для каждого участка при организации общей и раздельных сетей АТ и ПС внутридорожной связи представим в виде таблицы 7.

Сопоставляя результаты определения числа каналов, выбирают тот вариант организации внутридорожной телеграфной связи на каждом участке, который требует наименьшего числа каналов.

Количество соединительных линий между проектируемой станцией и ее абонентами можно принять равным числу заданных абонентов.

Таблица 7 — Число телеграфных каналов полученное в результате расчетов

10. Расчет коэффициента готовности каналов связи

Анализ статистических данных показал, что отказы в телефонных каналах, образованных в кабельных магистралях связи по ряду причин делят на три группы:

— длительные (от нескольких десятков минут до нескольких часов) — отказы первого рода;

— средней длительности (от 3 до 30 мин) — отказы второго рода;

— кратковременные (менее 3 мин) — отказы третьего рода.

Длительные отказы возникают в результате повреждений кабеля и общих станционных устройств. Для них характерен выход из строя всех каналов данной магистрали.

Отказы средней длительности возникают при повреждении отдельных узлов станционного оборудования, перегорании предохранителей, а также в результате действий техперсонала. Анализ причин возникновения этих отказов показал, что в большинстве случаев отказы второй группы обусловлены настройками каналов, в ряде случаев причину пропадания канала установить не удается, некоторые отказы вызваны действием помех, выходом из строя источников питания и т. д.

Наиболее многочисленными являются кратковременные отказы. Исследование причин кратковременных отказов показало, что в большинстве случаев (80%), они возникают в результате повреждений аппаратуры или действий обслуживающего персонала, 20% составляют кратковременные отказы, вызванные импульсами помех. Средняя длительность кратковременных отказов существенно зависит от критерия отказа и почти не меняется от длины магистрали.

Коэффициент готовности — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени в период нормальной эксплуатации. Он характеризует одновременно два различных свойства объекта: безотказность и ремонтопригодность.

где — среднее время наработки на отказ, — среднее время восстановления отказа.

Коэффициент готовности рассчитывается следующим образом:

где — среднее время наработки на отказ для отказов первого рода;

где — расстояние от проектируемой станции до отделения дороги в км;

— среднее время восстановления при отказах первого рода;

часа.

Отказы второго рода бывают некоррелированные и коррелированные.

Для некоррелированных отказов второго рода среднее время наработки на отказ

.

Для коррелированных отказов второго рода среднее время наработки на отказ

.

Среднее время восстановления для отказов второго рода часа.

Отказы третьего рода также могут быть некоррелированными и коррелированными.

Для некоррелированных отказов третьего рода среднее время наработки на отказ

.

Для коррелированных отказов третьего рода среднее время наработки на отказ

.

Среднее время восстановления для отказов третьего рода часа.

Расчет коэффициента готовности произведем для участка Красноярск-Ачинск. При этом расстояние км.

Тогда

час,

час,

час,

час, час.

Коэффициент готовности Аналогичным образом произведен расчет для остальных участков, и результат сводим в таблицу 8.

Таблица 8 — Результаты расчета коэффициента готовности

Список источников

станция нагрузка сообщение передача

1. Кудряшов В. А., Семенюта Н. Ф. Передача дискретной информации на железнодорожном транспорте. М.: 1999.

2. Шварцман В. О., Михалев Д. Г. Расчет надежностных характеристик трактов передачи данных. М.: 1975.

3. Фомичев В. На, Буй П. М. Передача дискретных сообщений. Пособие для выполнения лабораторных работ. Часть ЙЙЙ, 2005.