Предложены основные принципы построения системы электрической централизации, состоящей из релейной и микропроцессорной систем управления движением поездов, для станции Киевского метрополитена «СИРЕЦЬКА».АБРАМОВИЧ Г.А., начальник отдела АТ и С ПИ «Укрметротуннельпроект»КЛИМЕНКО К.С., к.т.н., доцент УкрГАЖТКУЗЬМЕНКО Д.М., директор НПП «ЖЕЛДОРАВТОМАТИКА»РЕЗНИЦКИЙ Д.М., заместитель начальника службы сигнализации и связиКиевского метрополитенаТИХОНЕНКО В.А., заместитель начальника дистанции автоматики службы АТСХарьковского метрополитена Введение и постановка задачиВ настоящее время для станций магистрального, промышленного транспорта и метрополитена разрабатываются и внедряются большое количество систем электрической централизации (ЭЦ), использующих микропроцессорную элементную базу [3-16].К системам ЭЦ предъявляются жесткие требования по обеспечению безопасности. Микропроцессорная элементная база не относится к элементам первого класса надежности, поэтому имеется множество трудностей по доказательству безопасности и без применения специальных технических решений нет возможности обеспечить требуемую безопасность.При проектировании новой ЭЦ для станции «СИРЕЦЬКА» Киевского метрополитена были поставлены следующие задачи:
- В разрабатываемой микропроцессорной системе (МПЦ-М) все логические функции ЭЦ, влияющие и не влияющие на безопасность системы, должны осуществляться аппаратными и программными средствами промышленных компьютеров (ПромЭВМ) и программируемых логических контроллеров (ПЛК), а непосредственная связь с напольным оборудованием – выполняться существующими релейными схемами управления и контроля.
- Разрабатываемая МПЦ-М должна иметь как высокую безопасность, так и отказоустойчивость, чтобы нарушение в работе МПЦ-М не приводило к появлению опасного отказа и срыву сложного технологического процесса работы метрополитена (нарушение интенсивного графика движения поездов, остановка подвижного состава с пассажирами в тоннеле и большое скопление пассажиров на станциях метрополитена).
- В МПЦ-М должны использоваться серийно выпускаемые технические средства с открытыми протоколами передачи данных.
- На время опытной эксплуатации МПЦ-М существующая релейная ЭЦ должна работать параллельно в холодном резерве. При отказе МПЦ-М релейная ЭЦ должна подключаться к схемам управления напольным оборудованием.
Основные принципы построения системыМПЦ-М представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, которые обеспечивают управление технологическим процессом движения поездов. Технические средства с программной логикой обеспечивают выполнение логики централизации с проверкой условий безопасности в соответствии с требованиями, предъявляемыми к системам управления движением в метрополитене, а также само-диагностирование.Релейные схемы управления напольным оборудованием и датчики состояния устройств централизации выполняют коммутацию электрических цепей, гальваническую развязку между микропроцессорными и исполнительными устройствами. К релейным схемам относятся следующие типовые схемы: рельсовые цепи, схемы управления стрелками, схемы сигналов и сигнальных реле, схемы управляющих реле выбора сигнальной частоты для системы автоматического регулирования скорости движения поездов (АРС).Для проектируемой системы ЭЦ используется структурная схема, представленная на рисунке 1. Как видно из рисунка МПЦ-М состоит из нескольких подсистем, в которые входят различные комплексы технических средств, образующие три уровня управления и контроля:верхний уровень – подсистема диалога МПЦ-М с дежурным станционного поста централизации (ДСЦП) и электромехаником (ШН);средний уровень – подсистема логики централизации;нижний уровень – подсистема управления исполнительными устройствами и контроля состояния устройств централизации и АРС.

Рис.1. Структурная схема централизации
- резервирование технических средств с программной логикой, которые обеспечивают: выполнение функций ЭЦ, передачу данных между микропроцессорными устройствами и электропитание;
- резервные технические средства, работающие в горячем ненагруженном режиме, и автоматически подключающиеся при отказе основных технических средств;
- во время работы резервных технических средств основные должны быть восстановлены и автоматически подключаются после установки их техническим персоналом;
- использование высоконадежного оборудования, которое можно устанавливать без снятия напряжения;
- применение стандартных протоколов передачи данных;
- обмен информацией между всеми микропроцессорными устройствами выполняется по высокоскоростным каналам передачи данных;
безопасность системы обеспечивается:
- использованием двухканальной схемы для технических средств с программной логикой среднего уровня МПЦ-М;
- применением в релейных схемах реле первого класса надежности для коммутации исполнительных устройств;
- использованием двухполюсной коммутации реле первого класса надежности микропроцессорными устройствами, производимой независимыми аппаратными каналами (реле, в данном случае, является решающим устройством, сравнивающим результаты работы двух каналов, и работающим по логической схеме «И»);
- непрерывным перекрестным контролем исправности входов и выходов модулей ввода/вывода информации;
- поверкой условий безопасности на программном уровне в соответствии с существующими типовыми альбомами и требованиями, предъявляемым к системам управления движением в метрополитене;
- исключением на программном уровне ошибочных действия ДСЦП при вводе команд в МПЦ-М;
- путем организации безопасного интерфейса взаимодействия МПЦ-М с оператором при вводе в систему ответственных команд управления.

Рис.2. Структурная схема верхнего и среднего уровней МПЦ-М
- Уменьшить количество индивидуальных каналов ввода информации с датчиков состояния устройств централизации. Так информации об одном состоянии датчиков вводиться в канал «А», а о другом – в канал «В». Для того, чтобы в каждом вычислительном канале была информация обо всех состояниях датчиков, выполняется обмен данными между ПЛК вычислительных каналов «А» и «В».
- Организовать обмен результатами тестирования между ПЛК вычислительных каналов «А» и «В», чтобы обеспечить непрерывный перекрестный контроль исправности входов и выходов удаленных модулей ввода/вывода информации.
Между основным и резервным ПЛК каждого вычислительного канала имеется «горячая» связь, которая использует канал передачи данных «Hot Stanby». С помощью этой связи осуществляется обмен информацией об исправности технических средств ПЛК. На основании этой информации, принимается решение: основной или резервный ПЛК будет участвовать в передаче команд управления на удаленные модули ввода/вывода и информации о состоянии устройств централизации. Принципы функционирования системыВ режиме управления МПЦ-М установка и отмена маршрута, искусственное размыкание маршрутов и вспомогательный и индивидуальный перевод стрелок инициируются ДСЦП. Размыкание, перекрытие сигналов и выбор сигнальных частот АРС инициируются ПЛК вычислительных каналов автоматически без участия ДСЦП.Ввод команд управления в МПЦ-М осуществляется при помощи манипулятора типа «мышь» ПромЭВМ АРМа ДСЦП. Введенная в ПромЭВМ АРМа ДСЦП команда управления проверяется на правильность действий ДСЦП. Если команду можно реализовать, тогда она передается в ПЛК вычислительных каналов и на ПромЭВМ АРМа ШН, где фиксируется время получения команды и ее тип. В противном случае, введенная команда передается только в ПромЭВМ АРМа ШН, где фиксируется время получения команды, ее тип и причина, по которой она не была выполнена.ПЛК вычислительных каналов обрабатывают поступившую от ПромЭВМ АРМа ДСЦП команду. В случае выполнения необходимых логических условий формируются сигналы управления релейными устройствами. Иначе передается информация в ПромЭВМ АРМ ДСЦП и ПромЭВМ АРМ ШН о причине, по которой команда не была выполнена ПЛК. Выходы ПЛК подключены к реле непосредственно без дополнительных устройств сопряжения (рисунок 3). Управление релейными устройствами осуществляется путем подачи или снятия полюсов питания с обмоток реле. Контактные группы этих реле образуют цепи управления стрелками, сигналами и устройствами АРС.Микропроцессорная централизация как в режиме управления МПЦ-М, так и в режиме управления релейной ЭЦ контролирует состояние устройств централизации, включая и устройств электропитания, и работоспособность технических средств обработки и передачи данных. Получение информации о состояние устройств централизации осуществляется с помощью датчиков дискретной (контакты реле) или аналоговой информации (измерительные устройства), которые опрашиваются непрерывно через заданный промежуток времени. Формирование информации контроля о состоянии устройств централизации производится ПЛК двух вычислительных каналов.Для получения информации о работоспособности технических средств выполняется:
- непрерывная внутренняя самодиагностика аппаратных средств вычислительных каналов;
- сравнение всей информации, полученной из разных каналов передачи данных, на верхнем и среднем уровне МПЦ-М;
- проверка на программном уровне в ПЛК наличия на входах и выходах удаленных модулей ввода/вывода импульсного сигнала с заданными временными параметрами.
Информация о состоянии напольных устройств и о наличии отказов технических средств МПЦ-М передается в ПромЭВМ АРМ ДСЦП. Вся полученная информация воспроизводится на схематическом плане станции. На плане определенным цветом (в соответствии с инструкциями) отображается текущее состояние объектов управления и контроля, а также в виде дополнительных индикаторов исправное состояние технических средств МПЦ-М. Подробная информация о состоянии устройств централизации и технических средств записывается в ПромЭВМ АРМа ШН с указанием времени их изменения состояния.Информация о работоспособности технических средств используются ПромЭВМ и ПЛК вычислительных каналов для принятия решения об использовании основных или резервных элементов системы МПЦ-М, а также о выдаче или снятии управляющих воздействий на релейные устройства схем управления напольным оборудованием. Построения схем вывода и ввода информацииСхемные решения разделены на два вида: по управлению и контролю. Схемы по управлению включают в себя релейные устройства схем управления и входы/выходы ПЛК. Сигналы управления с выводов удаленного модуля ввода/вывода одного вычислительного канала подаются непосредственно на один вывод обмотки реле, а с другого – на второй вывод. В зависимости от функций, выполняемых реле, схемы проектируются с использованием двух принципов построения логических схем: «И» и «ИЛИ».Принцип «И». Для включения реле на его обмотки подается питание с выходов ПЛК разных каналов. Положительный полюс коммутирует канал «А», а отрицательный – канал «В». Таким образом, при двухполюсной коммутации возбуждение исполнительного реле возможно только при одновременной выдаче команды двумя каналами. Дополнительно техническими средствами ПЛК вычислительных каналов осуществляется перекрестный контроль выдачи управляющего воздействия. Наличие сигнала на выходе канала «А» контролируется через вход канала «В» и наоборот. Двухполюсное подключение исполнительного реле к каналам ПЛК показано на рисунке 3.Принцип «ИЛИ». Для включения реле на его обмотки с выходов ПЛК каналов «А» и «В» подается положительного полюса питание, отрицательный полюс подается на обмотки реле непрерывно. Таким образом, возбуждение исполнительного реле возможно при выдаче команды любым из каналов.Дополнительно техническими средствами ПЛК вычислительных каналов осуществляется контроль выдачи управляющего воздействия. Однополюсное подключение исполнительного реле к каналам ПЛК показано на рисунке 4.
Схемы по контролю позволяют осуществить съем информации с датчиков. Этот процесс происходит с участием контактных групп необходимых для этого реле и кнопок, являющихся датчиками информации, следующим образом. К входам ПЛК подключается контактная группа реле, незадействованная в каких-либо схемах. На общий контакт реле непрерывно подается плюсовой полюс питания. Замыкание фронтового контакта контролируется вычислительным каналом «А», а тылового – каналом «Б».Схема подключения контактной группы реле к ПЛК показана на рисунке 5.Представленные на рисунках 3-5 схемы проектируются с учетом того, что будут использоваться реле первого класса надежности типа НМШ и контроллеры серии «Quantum» фирмы «Schneider Electric». Модули ввода/вывода информации этой серии контроллеров имеют гальваническую развязку по входам и выходам.

Рис.5. Схема подключения контактной группы реле

Рис.6. Схема коммутации

Рис.7. Схема коммутации для управления стрелочным электродвигателем
Литература
Методы построения безопасных микропроцессорных систем железнодорожной автоматики / В.В.Сапожников, Вл.В.Сапожников, Х.А.Христов, Д.В.Гавзов / Под ред. Вл.В.Сапожникова. — М.: Транспорт, 1995.
- Лаврик В.В. Электрическая централизация стрелок и сигналов метрополитенов. – М.: Транспорт, 1984.
- Станционные системы автоматики и телемеханики. / Под ред. В.В.Сапожникова. — М.: Транспорт, 1997.
- Мойсеєнко В.І. Мікропроцесорні системи залізничної автоматики. Ч.1. / Під ред. Г.І.Загарія.- Харків: ХФВ Транспорт України, 1999.
- Интеграция систем централизации в центры управления движением поездов // Железные дороги мира. – 1999. – №12.
- Системы СЦБ на железных дорогах Румынии // Железные дороги мира. – 2000. – №02.
- Система микропроцессорной централизации ESTW L90 5 для упрощенных условий эксплуатации // Железные дороги мира. – 2000. – №06.
- Развитие систем СЦБ как основа для повышения эффективности работы железных дорог // Железные дороги мира. – 2000. – №07.