ДИПЛОМ (Разработка системы удаленного мониторинга узлов локомотива), страница 4

Составляющие элементы комплекса БЛОК. Еще на этапе разработки ком-плекса были заложены возможности интеграции его с микропроцессорными системами управления и диагностики локомотива. При этом для реализации функций на локомотиве используются как новые, так и ранее разработанные технические решения, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации. Основные составляющие комплекса бортового оборудования БЛОК:

• системный шкаф СШ;

• блок индикации и блок индикации локомотивный помощника машиниста;

• блок регистрации БР и кассета регистрации КР;

• универсальный блок приема сигналов АЛС-ТКС;

• речевой информатор;

• блок связи с датчиками скорости БС-ДПС;

• приемная катушка сигналов из рельсовой цепи КПРС;

• приемник сигнала ТСКБМ.

К оборудованию, используемому в работе комплекса БЛОК, относятся электропневматический клапан ЭПК, блок контроля несанкционированного отключения ЭПК ключом КОН, датчики пути и скорости ДПС, антенное оборудование локомотива.

Назначение основных составляющих комплекса БЛОК. Программно-вычислительное ядро комплекса реализовано в виде ячеек, компактно разме-щенных в системном шкафу. Этот шкаф реализует функции обработки данных о значениях спутниковой навигационной системы, организации радиообмена информацией по каналам 160 МГц, «Тетра», стандарта GSM, ГСМ-Р, параметров работоспособности машиниста, а также контроля и организации режима обмена данными с другими устройствами с помощью внутреннего могут и дополнительного цифрового интерфейса связи RS-485.

В системном шкафу размещаются высокочастотное оборудование, аппаратура управления и модули электропитания. Высокочастотное оборудование состоит из модулей «Тетра» и сети GSM/ГСМ-Р, радиомодема 160 МГц, которые обеспечивают двухсторонний обмен информацией и командами между стационарным (диспетчерским) пунктом и подвижным составом по цифровому радиоканалу на частотах 160 МГц «Тетра», стандарта GSM. При этом для подключения поездной радиостанции в системном шкафу предусмотрен дуплексный фильтр.

Рисунок 1.11 – Пульт управления 2ЭС10, оборудованный аппаратурой комплекса БЛОК

Аппаратура управления включает в себя (рисунок 1.11):

- двухканальный модуль центральной обработки информации, который контролирует работоспособность на основании данных, полученных от дру-гих модулей по внутреннему и внешнему может-интерфейсам, задает окончательные значения допустимой и целевой скоростей движения, необходимость проведения периодической или однократной проверки бдительности с учетом физиологического состояния машиниста, формирует данные для управления ЭПК и КОН, информацию универсальному комплексу тормозного оборудования локомотива для служебного торможения, микропроцессорной системе управления локомотива, а также данные для их схемы сравнения модулем безопасности, выполняет аппаратное сравнение сообщений по двум каналам;

модуль спутниковой навигационной системы и электронной карты, который принимает и обрабатывает данные с использованием Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) совместно с уже применяемой «глобальной системы позиционирования» (по GPS) от совмещенной антенны «Тетра»/GSM и ГСМ-Р/ХГС, определяет железнодорожную координату локомотива и другие параметры движения (допустимую и целевую скорости), тип и название впереди лежащего по ходу движения поезда железнодорожного объекта, расстояние до него;

модуль-шлюз может, который предназначен для согласования взаимодействия комплекса БЛОК с микропроцессорными системами управления локомотивом;

модуль вычислителя системы автоматического управления локомотива ВС-САУТ, функции которого — расчет программных скоростей и прицельного торможения, выдачи команд на разбор тяги и торможение, контроль скорости с учетом текущих ограничений;

модуль контроллера телемеханической системы контроля бодрствования машиниста ТСКБМ-К, осуществляющий обработку информации о физиологических параметрах машиниста, формирующий во внутренний может-интерфейс информацию о необходимости дополнительной проверки работоспособности машиниста путем нажатия на специальную рукоятку бдительности;

фильтры внешних цепей, которые выполняют функцию фильтрации вход-ных сигналов.

Блок источника электропитания, также располагаемый в системном шкафу, предназначен для преобразования нестабилизированного напряжения первичной (бортовой) сети электропитания постоянного тока с номинальными значениями 35-150 В (в зависимости от типа локомотива) в стабилизированное напряжение постоянного тока с номинальным значением 50 В.
Кроме системного шкафа, установленного в кузове локомотива, остальная аппаратура комплекса размещается также в кузове или в кабине машиниста. Располагаемый в кабине на пульте машиниста блок индикации, представляющий собой жидкокристаллический дисплей, предназначен для индикации поездной информации: отображения сигналов светофоров, текущего времени, времени движения по графику, фактической скорости, допустимой скорости, рекомендуемой скорости, целевой скорости, ускорения, режима работы (поездной, маневровый, двойной тягой), частоты канала АЛСН или работы канала АЛС-ЕН.

Кроме того, жидкокристаллический дисплей отображает желез-нодорожные координаты, названия впередилежащих объектов и расстояния до них, данные о давлениях, а также информирует о режиме записи на кассету регистрации, обеспечивает индикацию предварительной световой сигнализации бдительности и проверки.

Блок регистрации БР осуществляет прием сообщений с внутреннего может-интерфейса и их записи на кассету регистрации. Блок индикации Локомотивный помощника БИЛ-ПОМ отображает сигналы светофоров.

Блок согласования сигналов датчика пути и скорости БС-ДПС обеспечивает прием данных от датчиков пути и скорости ДПС, контроль работоспособности датчиков, первоначальную обработку сигналов с гальванической развязкой от бортовой сети, вычисляет и формирует вектор фактической скорости, ускорения и фактической скорости движения поезда. Блок БС-ДПС также хранит данные о поездных характеристиках в энергонезависимой памяти.
Блок универсального приемника АЛС-ТКС предназначен для приема непрерывных рельсовых каналов АЛСН, АЛС-ЕН, путевых генераторов САУТ. Данный блок формирует во внутренний может-интерфейс и дополнительный цифровой интерфейс связи RS-485 информацию о текущем показании АЛСН от приемных катушек и данных, полученных от напольных устройств САУТ.

Блок приемника подсистемы контроля бодрствования машиниста ТСКБМ-П осуществляет прием по радиоканалу от носимой части ТСКБМ данных о физиологических параметрах машиниста и передает их по может-интерфейсу. Носимая часть ТСКБМ-Н передает по радиоканалу данные о физиологических параметрах машиниста, на основании которых делается вывод о его бодрствовании.

Приемные катушки КПРС предназначены для работы в двух диапазонах частот. Первый диапазон частот (НЧ) – сигналы рельсовых цепей АЛСН, второй диапазон (ВЧ) – сигналы путевых устройств САУТ.

Совмещенная антенна радиоканала «Тетра»/GSM и ГСМ-Р/ СНС предназначена для работы с локомотивными радиостанциями, а также в составе систем определения местоположения подвижного состава на базе стандартов GPS и/или ГЛОНАСС. Антенна радиоканала 160 МГц предназначена для работы на подвижных объектах железнодорожного транспорта в диапазоне частот 160 МГц. Пульт речевой информации ПРИС используется для воспроизведения речевых сообщений.

В комплексе БЛОК впервые конструктивно реализован принцип объединения функциональных элементов в общую систему с рациональным размещением интеллектуальных микропроцессорных компонентов в общем корпусе. Конструкция получилась достаточно компактной и удобной для обслуживания. Так, контроллер ТСКБМ-К, занимавший пространство в кабине машиниста, или аппаратура обработки информации САУТ, которая располагалась в виде отдельного блока в кузове локомотива, в комплексе БЛОК реализованы в виде ячеек системного шкафа.

Предусмотрены широкие возможности реконфигурации и взаимозаменяе-мости отдельных элементов. Например, при выходе из строя блока индикации системы управления блок БИЛ отображает информацию как БЛОК комплекса, так и системы управления локомотива.

Значительное внимание при создании комплекса БЛОК было уделено со-вершенствованию алгоритмов работы при обеспечении безопасности ведения поезда. Исключены случаи неоправданного применения автостопного торможения, которое заменено служебным. Доработаны с учетом дополнительных параметров алгоритмы определения максимально допустимой скорости, анализ функционального состояния машиниста осуществляется с учетом его действий по управлению локомотивом. Ведется совершенствование единой базы данных путевых объектов для обеспечения оптимальной работы локомотивной электроники.

Следующим положительным моментом, который обеспечивается внедрением комплекса БЛОК, является организация регистрации всей необходимой информации по поездке на едином носителе. В ближайшей пер-спективе в качестве такого носителя будет применяться бесконтактный картридж комплекса КИО-САУТ, разработанный специалистами ООО «НПО САУТ» в 2010 г.

В современных условиях одним из определяющих факторов является во-прос стоимости. Несмотря на инновационную составляющую, значительное расширение функциональных возможностей и существенный задел на перспективу развития, разработчиками комплекса БЛОК были выполнены жесткие условия, поставленные руководством ОАО «РЖД» в части стоимости новой системы.

Цена локомотивокомплекса в настоящий момент не превышает суммарной стоимости оборудования КЛУБ-У, САУТ-ЦМ и ТСКБМ. При этом продолжается работа, направленная на снижение стоимости путем оптимизации элементной базы, дальнейшего рационального улучшения конструктива, поиска новых решений. В этих условиях БЛОК и его модификации имеют все шансы стать в ближайшее время базовым комплексом для оснащения всех видов тягового подвижного состава.1.7

Коммуникационное оборудование MOXA

Коммуникационное оборудование MOXA активно используется в составе систем мониторинга и управления на транспорте, в частности в системах управления дорожным движением, централизованных системах управления железными дорогами, тоннелями, метро и т.д.

Коммуникационные решения MOXA соответствуют международным отраслевым стандартам: EN50155 и EN121 (железнодорожный транспорт), NEMA TS2 (управление дорожным движением) и E-Mark (компоненты транспортного средства). В линейке оборудования MOXA имеются модели, специально разработанные для применения на транспорте: промышленные коммутаторы серии TN (с антивибрационными разъемами M12), серия коммутаторов PowerTrans, системы беспроводной связи с поддержкой технологии быстрого роуминга, системы видеонаблюдения и др.

Использование MOXA на железнодорожном транспорте:

• коммуникационная сеть на борту поезда на базе IP;

• централизованная система управления движением поездов;

• системы безопасности на железнодорожных платформах;

• коммуникационная сеть железнодорожных станций.

Промышленные коммуникационные сети на базе Ethernet позволяют внедрить новые сервисы, такие как информационные и развлекательные системы, которые повышают комфорт пассажиров во время поездки, а также оптимизируют эффективность перевозок. Коммуникационная Ethernet-сеть высокой пропускной способности позволяет внедрить системы видеонаблюдения высокого разрешения, а также системы внутренней связи реального времени. Кроме того, передовая технология беспроводного роуминга может использоваться для осуществления непрерывной двусторонней связи подвижного состава со станциями, диспетчерскими пунктами и объектами железнодорожной инфраструктуры. Ключевыми требованиями к данным сетевым инфраструктурам являются высокие стандарты устойчивости к вибрации, резервирование сети, промышленное исполнение устройств, электромагнитная совместимость.

Конкретное применение МОХА: Автоматизированная система мониторинга технического состояния поездов Тайвань. Структура показана на рисунке 1.12.

Для задач удаленного мониторинга используется: беспроводной контроллер, Active OPC server и утилита DA Center.

Автоматизированная система мониторинга технического состояния поездов состоит из двух центральных блоков управления (ЦБУ) и нескольких локальных блоков управления (ЛБУ). ЦБУ расположены в голове и хвосте поезда и отображают всю информацию, полученные от ЛБУ, установленных в каждом вагоне. В качестве ЛБУ были использованы контроллеры MOXA ioPAC 8020-C. Контроллеры ioPAC осуществляют сбор данных о техническом состоянии поезда, таких как данные бортовых сигнальных устройств, данные об осевой нагрузке, состоянии тормозной системы, системе кондиционирования, резервного электропитания, состоянии дверей, информационной системы. Мониторинг всех этих систем осуществляется с помощью бортовых инструментов, а далее по выходным каналам выхода 37.5 В (пост.) передаются на контроллеры ioPAC. Контроллер ioPAC обнаружит изменение состояния входного канала при возникновении любой неисправности в вышеперечисленных системах и автоматически передаст тревожное сообщение на ЦБУ. Все контроллеры ioPAC подключены к коммуникационной сети Ethernet по топологии “шина”. Для того, чтобы предотвратить ситуацию, когда сбой на одном из узлов приведет к отказу всей сети, в системе реализовано резервирование ЦБУ, а на ЛБУ включена функция bypass, которая аппаратно обеспечивает целостность линии передачи данных в случае выхода устройства из строя. Даже при отказе одного из контроллеров ioPAC, данные все равно будут переданы на ЦБУ.

Одним из преимуществ устройств ioPAC также является компактный размер, что облегчает задачу размещения устройств в вагонах. Контроллеры ioPAC имеют модульный дизайн, поэтому в случае необходимости развертывания Ethernet-ориентированных приложений, заказчик может использовать соответствующие модули расширения. Так, в описываемом проекте, помимо развертывания системы мониторинга технического состояния, стояла также задача модернизации информационной системы для пассажиров. Для этого потребовалось использовать дополнительные Ethernet-модули расширения: через Ethernet-модули контроллеров ioPAC мониторы информационной системы были подключены к ЦБУ, расположенным в голове поезда.