Увязка «Ebilock-950» с объектами управления и контроля

Система объектных контроллеров Для взаимодействия между центральным процессорным устройством и напольными устройствами служит система объектных контроллеров. Объектные контроллеры (ОК) подключаются к концентраторам связи (КС). Концентраторы собирают информацию о состоянии напольного оборудования от контроллеров и передают им приказы.

Типовая структура объектных контроллеров приведена на рисунке 2.13. Концентраторы соединяются в петли. Каждый конец петли подсоединен к модулю порта в разных платах IOM.

Центральный процессор контролирует напольное оборудование, посылая приказы и получая контроль состояния от объектных контроллеров через концентраторы. Системы централизации соседних районов могут взаимодействовать друг с другом через межмашинную связь. Например, когда поезд покидает один район управления и входит в другой.

Рисунок 2.13 — Типовая структура объектных контроллеров.

Система объектных контроллеров (OCS) является составной частью микропроцессорной централизации Ebilock 950, предназначенной для работы на железнодорожном транспорте Система объектных контроллеров представляет собой распределенную сеть, обеспечивающую контроль и управление напольным оборудованием, как для безопасного, так и для неответственного оборудования.

Центральное устройство централизации (CIS), которое обрабатывает зависимости централизации, представляет собой центральный компьютер. Для обеспечения высокой готовности системы, центральный компьютер обеспечивается резервным комплектом в виде двухпроцессорной системы. Напольное оборудование подключается к центральному компьютеру с помощью петель связи. Каждая петля связи представляет собой коммуникационный канал, обслуживающий до пятнадцати концентраторов. Применение петлевого канала обеспечивает возможность связи с обеих сторон линии, обеспечивая работоспособность даже в случае повреждения кабеля. Каждый концентратор обеспечивает связь с восемью объектными контроллерами, как максимум. В свою очередь, каждый контроллер управляет или контролирует один или несколько напольных объектов, используя для этого собственный интерфейс, микропроцессор и специальное программное обеспечение [3]. На рисунке 2.14 показана структура объектных контроллеров системы МПЦ Ebilock.

Распределенная архитектура системы объектных контроллеров (OCS) позволяет размещать ее в том же помещении что и центральный компьютер или в непосредственной близости от контролируемого напольного оборудования. Использование последнего решения позволяет минимизировать стоимость многопроводных сигнально-блокировочных кабелей за счет сокращения их длины и более широкого применения телекоммуникационных кабелей.

Шкафы объектных контроллеров используются для установки одного или более концентраторов с соответствующим количеством объектных контроллеров и необходимых источников питания. В зависимости от размера и сложности станции один шкаф объектных контроллеров может управлять и контролировать как отдельный район станции, так и целую станцию, или даже несколько станций.

Примечание: Общее адресуемое пространство зависит от количества обрабатываемых данных (т.е., длины сообщений и скорости опроса) и требуемого времени реакции системы для управления различным напольным оборудованием.

Система объектных контроллеров имеет два интерфейса: к CIS, используя петлевые порты, и к напольному оборудованию. Основными составными частями системы являются: петли связи, связевые концентраторы, каналы связи между концентраторами и объектными контроллерами, объектные контроллеры и кабели между объектными контроллерами и напольным оборудованием.

Примечание: Петли связи и кабели между объектными контроллерами и напольным оборудованием не являются частью OCS. Данные изделия должны специфицироваться отдельно.

Петлевой порт является частью Центрального устройства централизации (CIS) и соединяет его с концентраторами, расположенными в определенной петле связи, обеспечивая обмен данными (наборами сообщений). Петлевой порт также определяется как модуль ввода/вывода (IOM). Типовая конфигурация петли связи показана на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 — Типовая конфигурация петли связи.

Петля связи представляет собой среду передачи между петлевым портом и концентраторами. Петля представляет собой четырёхпроводный телекоммуникационный кабель (две витые пары), используемый внутренними модемами. Существует возможность использования внешних систем с РСМ модуляцией, например, при использовании оптоволоконных каналов. В нормальных условиях CIS работает с петлей с первичной стороны (слева), контролируя при этом ее состояние с вторичной стороны (справа). В случае повреждения кабеля, CIS автоматически изолирует поврежденный участок кабеля, реконфигурируя петлю таким образом, чтобы обеспечить работу с обеих ее сторон (слева и справа). Данная особенность позволяет предотвратить отказ всей петли связи в случае одиночного повреждения.

Концентратор обеспечивает обмен информацией между портом петли связи и объектными контроллерами. Он также может использоваться как восстанавливающий повторитель для усиления сигнала в том случае если расстояние между двумя активными концентраторами слишком велико. В связи с тем, что концентратор абсолютно прозрачен с точки зрения обмена сообщениями между объектными контроллерами и CIS, к нему не предъявляются требования по обеспечению безопасности.

Каждый концентратор состоит из двух коммуникационных модулей (один модем на модуль). Для повышения готовности системы, обеспечивается избыточное резервирование в виде второго микропроцессора. Это означает, что передача информации может продолжаться без нарушений в случае какого-либо аппаратного отказа. Однако в случае пропадания питания CIS автоматически изолирует отказавший концентратор и реконфигурирует петлю связи таким образом, чтобы обеспечить связь с остальными концентраторами с обеих ее сторон. Другим названием концентратора является Устройство контроля передачи (CCU).

Контроллерный канал связи работает как канал связи между концентратором и объектными контроллерами. Данный канал связи может быть использован только внутри одного и того же места установки контроллеров.

Каждый объектный контроллер представляет собой устройство с необходимым набором интерфейсных модулей для управления и контроля состояния специфичного типа напольного оборудования. Объектный контроллер принимает приказы, транслируемые концентратором, и превращает их в сигналы управления для напольного оборудования. Подобным образом, объектный контроллер принимает сигналы от напольного оборудования и превращает их в телеграммы о состоянии и неисправностях, передаваемые в концентратор для трансляции в центральный компьютер. Критические ошибки в объектном контроллере изолируют соответствующий напольный объект и переводят его в предопределенное безопасное состояние.

Объектные кабели представляют собой многопроводные сигнально-блокировочные кабели и используются между объектными контроллерами и напольным оборудованием для подачи питания, а также сигналов управления (приказов) и сбора информации о состоянии (статусов).

Напольное оборудование представляет собой устройства для обеспечения движения поездов и располагаемое непосредственно вблизи железнодорожных путей (стрелки, сигналы и т. п.).

Все устройства устанавливаются на типовую 19-ти дюймовую стойку, помещённую в типовой шкаф. В шкафу размещаются следующие устройства:

источник питания объектных контроллеров и концентраторов PSU71;

источник питания напольного оборудования (стрелки, сигналы, релейное оборудование) PSU41 — PSU61;

4 полки с электронными платами объектных контроллеров и концентраторов, каждая из которых является типовым заводским изделием — рамой (конструктивом) со штепсельными разъёмами и направляющими для установки 23-х электронных плат контроллеров и концентраторов. Монтаж штепсельных разъёмов является типовым и выполняется заводом. На одной полке (раме) может быть установлено до 4-х объектных контроллеров и один концентратор. На один концентратор можно подключить до 8-и контроллеров;

DIN-рейки для предохранителей, автоматических выключателей;

DIN-рейки для клемм подключения монтажных проводов.

В зависимости от проектных решений возможна установка источников питания напольного оборудования (PSU51, PSU61) в отдельных шкафах.

В приложении Г показан внешний вид шкафа с объектными контроллерами Параметры:

Вес: полностью укомплектованный шкаф — 200 кг.

Размеры:

ширина 600 мм;

глубина 800 мм;

высота для внутреннего монтажа 2000 мм;

высота 2100 мм.

Передняя и задняя части шкафа закрываются дверью.

Ввод кабеля сверху (возможен вариант с нижним подводом кабеля).

Напряжение, подводимое к источнику питания PSU71, — однофазное 200- 250 В, 50 Гц ±2%.

При размещении шкафа предусматривается свободное пространство перед ним и за ним для открытия дверей (шкаф двухстороннего обслуживания).

На полках объектных контроллеров предусмотрены места для печатных плат объектных контроллеров и концентраторов.

Объектные контроллеры и концентраторы связи комплектуются из плат, перечень которых приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Наименование платы.

Плата ССМ связывается с платой СОМ концентратора через системную шину, расположенную на задней панели полки ОК, та, в свою очередь, связывается с центральным процессором.

Электропитание платы ССМ включается с помощью одного из выключателей на передней панели платы ОСТ и подаётся на плату через системную шину на задней панели полки ОК.

Плата ССМ имеет интерфейс для считывания адреса (А1 и А2), индивидуализации (IND) и контрольной суммы (CRC), настраивающихся на задней панели с помощью DIP-переключателей.

Одной из функций платы ССМ является мониторинг состояния подключенных к ней контактов реле (до 4 реле). В данном дипломном проекте потребовалось 28 таких плат.

Сигнальный контроллер состоит из платы ССМ и одной либо двух плат LMP.

Плата ССМ содержит ПЗУ с программой работы данного контроллера. Плата ССМ содержит процессор управления объектным контроллером. Плата ССМ используется во всех типах объектных контроллеров (сигнальный, стрелочный, релейный). На плате также устанавливается ПЗУ, содержащее программное обеспечение и файлы данных, необходимые для работы конкретного типа объектного контроллера.

Плата LMP содержит выходы, к которым подключаются обмотки сигнальных трансформаторов. Для подачи напряжения с источника питания на выход платы используются семисторы (Solid State Relays (SSRs)). Плата LMP управляет лампами светофора.

Плата LMP содержит безопасные реле, которые обесточиваются в случае потери связи контроллера с ЦП или обнаружения неисправностей платы, которые могут повлиять на безопасность. В состоянии «без тока» безопасные реле коммутируют напряжение питания с входа платы LMP прямо на запрещающие выходы. Поэтому эти выходы жёстко закреплены для использования под запрещающие показания. В данном дипломном проекте потребовалось 17 таких плат. В приложении Е показана принципиальная схема включения светофоров Ч2, Ч4, в приложении Ж — светофора Н, а в приложении И — светофоров М1, М11. Схемы разработаны по типовому альбому [6].

Компоновка и размещение объектов контроля на стативе показано в приложении Г. Сигнальный ОК может обеспечивать работу светофора в режимах «день», «ночь» и «двойное снижение напряжения». Переключение режимов «день» и «ночь» осуществляется внутри платы LMP, при получении соответствующего приказа. Переключение в режим «ДСН» осуществляется при помощи внешних реле, коммутирующих напряжение питания сигналов. Реле ДСН устанавливаются по одному на каждую обмотку источника питания PSU- 61 (PSU-41), их обмотки запитываются при помощи «сухих контактов», расположенных на плате LMP. Кроме того, каждый ЦП выдаёт приказы на включение режима ДСН только по петлям связи, подключённым к нему непосредственно. Поэтому, в случае использования на станции нескольких ЦП — реле ДСН включаются, исходя из их количества.

Сигнальный контроллер должен «знать», какой тип сигнала подключён к его выходам. Тип сигнала определяется индивидуализацией, настраиваемой с помощью DIP-переключателей, расположенных на задней панели полки ОК.

Стрелочный объектный контроллер состоит из платы ССМ и одной либо двух плат МОТ1. Каждая плата МОТ1 предназначена для управления одним стрелочным приводом. В системе МПЦ Ebilock 950 применяется семипроводная схема включения стрелки, где 3 провода используются как рабочие цепи, и 4 провода — как контрольные. В дипломном проекте потребовалось 10 плат МОТ1. В приложении Д показана принципиальная схема включения/контроля съезда 23/39. Схема разработана по типовому альбому [6].

Плата ССМ содержит программируемое ПЗУ с хранящимся на ней описанием работы стрелки.

В отличие от других объектных контроллеров, в стрелочном ОК используются лишь два безопасных входа на плате ССМ из четырех. Также для подключения контактов реле в стрелочном контроллере используются безопасные входы платы МОТ1 (1 вход на плату). Не задействованные безопасные входы платы ССМ используются в стрелочном объектном контроллере для работы со стрелкой в режиме местного и резервного управления.

Плата МОТ1 коммутирует 3-х фазное питающее напряжение 3*220 В в рабочую цепь стрелки при помощи семистора и двух безопасных реле, а также выдаёт в контрольную цепь стрелки переменное напряжение амплитудой 35 В, следя за прохождением импульсов в контрольной цепи. Положение стрелки контролируется по полярности и амплитуде импульсов, проходящих в контрольной цепи. Положение стрелки принимается плюсовым, если напряжение в контрольной цепи: в жилах JI5-J17 равно 17−27 В = (+ на JI5) и J14-J16 равно 30−40В-; положение стрелки принимается минусовым если, напряжение в контрольной цепи: в жилах JI5-JI7 равно 30−40Ви JI4-JI6 равно 17−27В= (+ на Л6).

Изменение направления вращения двигатели достигается изменением чередования фаз в рабочей цепи стрелки.

Плата COM обеспечивает обмен информацией с другими системами, например с ЦП, через петлю связи, а также персональным компьютером для диагностики и тестирования. Две платы СОМ (одна находится в горячем резерве) совместно с платой ОСТ образуют концентратор связи, который может обеспечивать связь с восемью ОК. В данном дипломном проекте потребовалось 8 таких плат.

Плата OCT используется для обеспечения взаимодействия между объектными контроллерами и концентратором связи, а также для разводки питания внутри полки, необходимого для работы объектных контроллеров. Кроме этого, данная плата используется для соединения концентратора связи с объектными контроллерами на соседних полках, когда это необходимо. В данном дипломном проекте потребовалось 8 таких плат.

В системе объектных контроллеров применяются следующие типы источников питания:

для питания рабочих цепей стрелок — PSU51;

для питания светофоров и интерфейсных реле — PSU61, PSU41;

для питания вентиляторных модулей и логики объектных контроллеровPSU71.

Иногда в МПЦ Ebilock-950 источники питания PSU-71 используются для питания интерфейсных реле и для выдачи питания в линейные провода (П, М и ЛП, ЛМ).

В источниках питания PSU71 используются выходные автоматические выключатели номиналом: для питания логики OK — 10А; для питания вентиляторных модулей — 2А. В источниках питания PSU61 и PSU41 используются выходные автоматические выключатели для питания интерфейсных реле номиналом 10А.

Функции системы объектных контроллеров Управление сигналами. Сигнальный объектный контроллер обеспечивает возможности управления сигнальными показаниями светофоров и индикаторов с одновременным контролем состояния сигнальных цепей (ламп).

Снижение сигнальных показаний. Переключение на более запрещающее показание, например, запрещающее, в случае обнаружения неисправности и невозможности включения требуемого показания.

Контроль яркости свечения. Выходное напряжение может быть переключено между высоким и низким уровнями для обеспечения высокой и низкой яркости свечения, соответственно (например, день/ночь).

Контроль состояния цепей. Следующие четыре состояния рабочих цепей могут быть проконтролированы: включено, выключено, обрыв в цепи (например, перегорание нити лампы) и короткое замыкание.

Проверка холодных нитей. Обрыв в цепи может быть определен на выключенной (темной) нити светофорной лампы.

Двухнитевые лампы. Использование двухнитевых светофорных ламп с основной и резервной нитями вместо однонитевых обеспечивает повышенную надежность работы сигналов.

Мигающие сигнальные показания. Обеспечивается возможность использования мигающих показаний с предопределенными параметрами и контролем их соответствия.

Детектор ошибки заземления. Определение и индикация утечки тока на землю.

Управление стрелками. Стрелочный объектный контроллер обеспечивает контроль и управление стрелками. Основными функциями объектного контроллера являются:

Определение состояния стрелки (т.е. «плюс», «минус», отсутствие контроля положения).

Управление мотором стрелочного привода может осуществляться как по командам CIS, в режиме центрального управления, так и с использованием аппаратуры местного управления в соответствующем режиме.

Управление мотором стрелочного привода:

Различные типы моторов. Объектный контроллер может управлять однофазными, трехфазными и моторами постоянного тока.

Безопасный выход высокой мощности. В связи с тем, что мотор управляется непосредственно объектным контроллером, отсутствует необходимость в дополнительных промежуточных элементах.

Контроль времени. В случае, если перевод стрелки не закончен в течение заранее определенного времени, перевод стрелки будет прекращен для предотвращения её повреждения.

Детектор ошибки заземления. Определение и индикация утечки тока на землю.

Стрелки с несколькими стрелочными приводами (например, спаренные стрелки или стрелки с подвижными сердечниками) требуют скоординированного управления. В этой ситуации централизация работает с этими стрелочными приводами как с одним логическим объектом. В тоже же время система объектных котроллеров (OCS) управляет каждым стрелочным приводом индивидуально. В существующих системах механизм отключения стрелочных приводов реализован дополнительными средствами (внутри стрелочного привода). OCS может управлять как одиночными, так и спаренными стрелками, содержащими до четырех стрелочных приводов, рассматривая их как один логический объект.

Следующие основные функции выполняются объектным контроллером при работе с несколькими стрелочными приводами:

Определение положения. Объектный контроллер вычисляет состояние логического объекта для передачи в CIS, используя логическую операцию И Булевой алгебры применительно ко всем приводам, относящимся к стрелочному переводу.

Задержка последовательного пуска. В связи с тем, что одновременный пуск нескольких стрелочных моторов приводит к значительным скачкам рабочего тока, для каждого выхода управления мотором стрелочного привода применяется индивидуальная задержка.

Синхронизация управления. В случае, когда один из моторов не запустился при работе остальных, объектный контроллер отключает все моторы для предотвращения повреждения стрелки.

В отличие от основного режима центрального управления, когда CIS контролирует и управляет стрелочным приводом, существуют ситуации, где требуется возможность местного управления стрелочным приводом. Режим местного управления реализован таким образом, что контроль состояния стрелочного привода осуществляется CIS, в то же время команды на перевод стрелок передаются от оборудования местного управления. Для решения данной задачи на поле должно устанавливаться оборудование местного управления. В данном режиме работы не допускается установка маршрутов через стрелку, находящуюся на местном управлении, таким образом, все приказы от CIS для данного контроллера будут отвергнуты, за исключением приказа на возврат в режим центрального управления.

Следующие функции реализованы для решения задач местного управления:

Контрольные лампы местного управления. Одна или две лампы для индикации положения стрелки и режима местного или резервного управления могут быть использованы. Данные лампы подключаются к выходам управления лампами объектного контроллера и могут быть использованы только в режимах местного и резервного управления.

Кнопки местного управления. Одна или две кнопки местного управления могут быть использованы. Состояние кнопок проверяется по входам контроля состояния контактов и может быть использовано только в режимах местного и резервного управления.

Переключение с центрального на местное управление. Оператор может разрешить режим местного управления, используя специальную команду, формируемую CIS, в ответ на запрос данного режима работы.

Переключение с местного на центральное управление. Оператор может разрешить режим центрального управления, используя специальную команду, формируемую CIS, в ответ на запрос о прекращении режима местного управления.

В некоторых случаях может применяться режим резервного управления стрелочным приводом. Данный режим во многом аналогичен режиму местного управления, но отличается от него в части перехода в данный режим и возврата из него. Переход в данный режим и возврат из него осуществляется поворотом специального ключа, а не по команде CIS, как в случае местного управления.

Ключ резервного управления. Специальный ключ, установленный в замок, используется для перехода в режим резервного управления. Система объектных контроллеров постоянно проверяет состояние замка. При обнаружении ключа резервного управления начинается отсчет предопределенного временного интервала, по окончанию которого CIS информируется о новом состоянии объекта.

Переключение с центрального на резервное управление. Режим резервного управления включается непосредственно ключом резервного управления.

Переключение с резервного на центральное Управление. Возврат в режим центрального управления осуществляется непосредственно ключом резервного управления.

Контроллер безопасных/не ответственных входов/выходов позволяет как управлять безопасными выходами и контролировать состояние входов (контактов) безопасным образом (безопасная конфигурация), так и осуществлять управление и контроль для не ответственных входов и выходов в существующей конфигурации. В зависимости от выбранной конфигурации следующие функции могут быть использованы:

Управление безопасными реле. Возможно управление безопасными реле различных типов.

Различные безопасные применения. Типовыми примерами таких приложений могут служить интерфейсы для счетчиков осей, автоблокировки и переездной сигнализации.

Контроль состояния контактов. Следующие четыре состояния могут быть определены: включено, выключено, обрыв в цепи, короткое замыкание. Данные функции не используются в полном объеме для не ответственных приложений.

Различные не ответственные применения. Типовыми примерами таких приложений могут служить интерфейсы для систем обдува и обогрева стрелочных приводов.

Основной задачей безопасной проверки состояния входов является проверка состояния различных контактов (контакты реле, переключатели, кнопки) как в безопасных, так и в не ответственных схемах. Данная функция реализуется во всех типах объектных контроллеров.

• — Контроль состояния схем. Следующие четыре состояния могут быть определены: включено, выключено, обрыв, короткое замыкание.
• — Состояние рельсовой цепи

Задачей данной функции является достоверное определение состояния рельсовой цепи (свободно/занято). Данная функция является разновидностью случая контроля состояния безопасного входа и реализована во всех объектных контроллерах за исключением релейного.

Контроль состояния. Следующие четыре состояния путевого реле могут быть определены: занято, свободно, обрыв, короткое замыкание.

Время задержки. Для обеспечения достоверного проследования короткой подвижной единицы по короткой рельсовой цепи с высокой скоростью, существует возможность настройки времени для определения занятия/освобождения рельсовой цепи.

Подавление дребезга контактов. Существует возможность настройки временных соотношений при определении состояния рельсовой цепи для предотвращения появления ложной информации, например, в результате вибрации.