CC BY
1024
В. В. Лученков
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМ СИСТЕМЫ ЭЦ-12-03 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТИПОВЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
Ключевой задачей проектирования является сокращение сроков выполнения проекта и повышение качества выпускаемой продукции. Рассмотрена методика и процесс автоматического построения схем электрической централизации для отечественной системы ЭЦ-12-03. В основу положен принцип построения схем по топологии станции и высокая степень унификации основных функциональных узлов.
топология, функциональный узел, граф структурной схемы, центр секции, алгоритм.
Введение
В настоящее время темпы перевооружения железнодорожной автоматики диктуют необходимость увеличения производительности труда проектировщиков и повышения качества выпускаемых проектов. Это становится возможным, если проектирование типовой части схем станционной автоматики выполнять с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР).
Автоматическое проектирование систем железнодорожной автоматики позволит не только существенно сократить сроки разработки принципиальных схем системы, но и избежать большого количества проектных ошибок, связанных с человеческим фактором: отсутствием опыта, незнанием, невнимательностью, усталостью и невозможностью одновременно учитывать и обрабатывать большое количество данных по проекту и системе.
1 Разработка методики синтеза структурной схемы соединения функциональных узлов
Одним из наиболее важных преимуществ отечественных систем электрической централизации (ЭЦ) является построение схем по топологии станции (рис. 1). Топологическое построение схем ЭЦ предполагает однозначное соответствие расположения схем контроля и управления объектами ЭЦ (стрелок, секций, светофоров, переездов, приемо-отправочных путей и перегонов) реальному путевому развитию станций [1].
Другой важной чертой современных систем электрической централизации является высокая степень унификации основных функциональных узлов. Это позволяет использовать в проектах готовые
типовые схемные решения, сгруппированные в функциональные узлы для повышения скорости и качества проектирования системы.
Применение топологического принципа построения позволяет эффективно использовать узлы типовых проектных решений для ускорения проектирования схем установки и размыкания маршрутов электрической централизации станции.
Рис. 1. Путевое развитие станции
При проектировании системы разработчики создают структурную схему функциональных узлов (рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема функциональных узлов
Для каждого узла в соответствии с предназначением и типом контролируемого напольного объекта и учетом технических условий работы станции выбираются подходящие типовые проектные решения, которые необходимым образом редактируются и настраиваются на логику работы станции, а также увязываются между собой в соответствии со структурной схемой [2].
САПР позволяет автоматически проектировать схемы систем ЭЦ с использованием унифицированных функциональных узлов; полученные схемы можно применять в цепочке сквозного проектирования для дальнейшей обработки.
Исходными данными для автоматического проектирования являются: схематический план станции с сопутствующими таблицами взаимозависимости, двухниточный план станции, кабельные сети станции, а также базы данных нормативно-справочной информации и базы данных технической документации.
2 Автоматизация генерации структурной схемы размещения функциональных узлов
Для проектирования схем установки и размыкания маршрутов автоматически строится структурная схема размещения функциональных узлов (ФУ), с использованием которой в дальнейшем будут проектироваться электрические схемы.
Структурная схема ФУ строится на основе топологического размещения стрелок, стрелочных и бесстрелочных секций, светофоров, переездов, приемо-отправочных путей и перегонов согласно типам и характеристикам этих объектов, а также условиям их взаиморасположения на схематическом плане станции.
На основе схематического плана станции строится граф, в вершинах которого находятся элементы, участвующие и контролируемые в маршрутах. Ребра, соединяющие вершины, представляют собой участки путевого развития станции, по которым проходят маршруты через контролируемые элементы. Этот граф используется для формирования структурной схемы соединения блоков. Граф структурной схемы будет топологически соответствовать графу схематического плана, но в вершинах графа вместо элементов плана будут находиться блоки (рис. 3), определенные в соответствии с исходными данными.
Кроме объектов напольного технологического оборудования, заданных схематическим планом, в маршрутах также контролируются стрелочные секции. Так как стрелочные секции не имеют на схематическом плане однозначного точечного размещения, поскольку состоят из нескольких смежных стрелок, то для правильного построения структурной схемы соединения ФУ вводится логическое понятие центра секции (ЦС) - точки путевого развития, через которую проходят все передвижения по данной секции. В центрах секции на структурной схеме
размещаются ФУ, обеспечивающие выполнение технологических алгоритмов установки, размыкания, отмены и искусственной разделки маршрутов на данной секции. Поэтому необходимо вычислить центры секций и вставить их в граф структурной схемы.
По нормам технологического проектирования в одну стрелочную секцию может быть включено от одной до трех стрелок [3]. Так как количество возможных вариантов взаиморасположения стрелок в секции ограничено, наиболее простым способом решения проблемы является определение центра секции по базе моделей секций с описанием топологии секции и месторасположения логического центра внутри секции. Но не все топологии секций, содержащие от одной до трех стрелок, имеют ЦС и являются разрешенными. Поэтому в базу центров секций внесены все возможные топологии секций, разделенные на три группы.
К первой группе относятся разрешенные для проектирования топологии секции, ко второй - запрещенные (ошибка в проектировании), т. е. между стрелками необходимо установить изолирующий стык, чаще всего негабаритный, к третьей - условно разрешенные (проектирование допустимо при соблюдении определенных требований по габаритам), т. е. для которых электрические схемы могут быть построены с использованием «краба».
Результатом выполненного анализа возможных топологий явилось создание таблицы, в которой для каждого взаиморасположения стрелок в секции, описанного двоичным числом, указаны корректность и месторасположение центра секции, если он существует. Данное решение существенно упрощает алгоритм нахождения центров стрелочных секций, позволяет быстро анализировать топологию, проверять ее правильность и выбирать местоположение центра секции из таблицы.
ТАБЛИЦА. Перечисление топологий стрелочных секций
с двумя стрелками
Номер п/п Стрелка 1 Стрелка 2 Топология секции Примечание
0 0 0 0 0 / / цс Р
1 0 0 0 1 у \. / цс Р
2 0 0 1 0 цс / \ Р
3 0 0 1 1 цс / У — Р
4 0 1 0 0 / \ о Р
5 0 1 0 1 \ \Цтс Р
6 0 1 1 0 \чс Р
7 0 1 1 1 \ ЦС / Р
8 1 0 0 0 1 2 “У 7~ УР
9 1 0 0 1 'ч Х2 З
10 1 0 1 0 Р
11 1 0 1 1 /_ Р
12 1 1 0 0 / 2 1 У З
13 1 1 0 1 / \ 1 2 УР
14 1 1 1 0 Цс/ Р
15 1 1 1 1 цс / / Р
В процессе анализа схематического плана станции программа проектирования выделяет топологии стрелочных секций, проверяет их по базе и вставляет новые вершины в граф структурной схемы.
Кроме этого, происходит анализ схематического плана станции на предмет наличия переездов. В случае обнаружения переездов происходит определение пересечения переездами стрелочных и бесстрелочных секций и при обнаружении такого пересечения добавление в граф структурной схемы узлов, отвечающих за схему переезда.
2.1 Выбор функциональных узлов для структурной схемы
Каждой вершине графа структурной схемы должен быть поставлен в соответствие ФУ, который станет основой для окончательного формирования принципиальной схемы.
Типовые проектные решения системы ЭЦ-12-03 достаточно четко описывают правила и условия выбора того или иного схемного узла для управления и контроля напольного объекта в зависимости от его предназначения и роли в работе станции [4].
Типовые схемные решения функциональных узлов системы ЭЦ-12-03 не являются статическими. В узлах могут добавляться или убираться
дополнительные реле и цепочки в зависимости от ряда условий, таких, например, как безостановочный пропуск, специализация и т. п. Число возможных вариантов схем ФУ, определяемых сочетаниями параметров, может достигать десятков. Поэтому наиболее целесообразным решением проблемы в данном случае является выделение из схемы ФУ неизменяемой общей части и подфрагментов, содержащих настроечные цепочки, динамически выбираемые и достраиваемые к основной части в зависимости от параметров работы напольного объекта. В дальнейшем под ФУ будет пониматься именно неизменяемая общая часть ФУ.
Выбор типа ФУ, который попадет в граф структурной схемы, производится при помощи специального алгоритма, который можно описать как дерево выбора решения. В узлах ветвей дерева находятся критерии, проверяющие свойства каждого объекта. В листьях дерева находится информация о типах ФУ, которые будут выбраны и установлены на структурную схему в соответствии с результатами анализа.
Параметры каждого объекта, соответствующего вершине графа структурной схемы, передаются для анализа алгоритмом выбора решения.
Анализ параметров объекта начинается с корня дерева, и в зависимости от соответствия параметров критерию происходит переход на нужную ветвь дерева. Спуск по дереву производится до тех пор, пока не будет достигнут лист с решением (рис. 4).
При проверке на соответствие критерию для каждого объекта анализируются его собственные свойства (например, тип светофора), его роль в маршрутах и свойства смежных с ним элементов, участвующих или контролируемых в маршрутах через данный объект (например, тип секции перед светофором), а также особенности маршрутов, проходящих через него (например, наличие безостановочного пропуска).
Кроме критериев проверки типовых случаев, в дерево выбора добавляются критерии, позволяющие определить наличие нетиповых случаев, требующих индивидуального анализа и проектирования, чтобы не допустить автоматической генерации заведомо неверного схемного решения и обратить внимание проектировщика, предложив ему самому сделать выбор.
Полученные по результатам работы алгоритма типы ФУ ставятся в соответствие вершинам графа структурной схемы. В ряде случаев для управления и контроля одного напольного объекта требуется несколько ФУ. При этом алгоритм выбора возвращает информацию о двух или более смежных ФУ, а в граф добавляются дополнительные смежные вершины и соединяющие их ребра.
Рис. 4. Алгоритм выбора решения
На окончательном этапе из графа формируется структурная схема. На структурной схеме ФУ схематически отображаются прямоугольниками с наименованием напольного объекта, которому они соответствуют. Также на структурной схеме отражаются связи между ФУ. Они соответствуют ребрам графа и повторяют топологию схематического плана станции.
2.2 Синтез принципиальных схем
Функциональные узлы, из которых производится синтез схем, создаются на основе фрагментов схем, построенных по типовым проектным решениям. Как уже было сказано выше, схемные решения ФУ, подготовленных для синтеза, разделены на изменяемую и неизменяемую части.
Задание внутренней начинки функциональных узлов и выделение настраиваемых составляющих производится до синтеза на основе анализа различных проектных решений для разработанных систем станционной автоматики. На этом этапе для каждой изменяемой цепочки разрабатываются критерии подстановки.
Как было указано выше, основная неизменяемая часть ФУ выбирается деревом решений. После определения ФУ критерии всех относящихся к нему настроечных подфрагментов проверяются на соответствие параметрам объекта. Цепочки подфрагментов, удовлетворяющих условиям установки, внедряются в базовый ФУ в заданные точки привязки. В результате этого образуется законченный ФУ, настроенный на заданные параметры объекта.
Формирование листа принципиальной схемы из ФУ производится в три этапа:
задаются имена всем приборам на листе;
производится увязка выходных цепей созданных листов друг с другом;
производится подбор и перенумерация контактов реле по всему проекту с добавлением повторителей в случае необходимости.
2.3 Поиск и задание имен приборов
Имена приборов на принципиальной схеме, как правило, состоят из наименования объекта станционной автоматики, работой которого управляет или который контролирует данная схема (например, Н1, М1 и т. п.), или наименования соседних объектов, участвующих и контролируемых в маршруте (НАП, 1СП и т. п.), а также букв и цифр с обозначением роли прибора на схеме (3, Р, КС и т. п.).
Для автоматического задания наименований названия приборов внутри ФУ закодированы специальным образом, позволяющим алгоритму задания имен производить поиск объектов станционной автоматики и подстановку их наименований в названия приборов по заранее заданным правилам. Наименование объекта, контролируемого данной схемой, известно всегда, поэтому поиск для него не требуется. Способ поиска наименований других объектов, контролируемых в схеме, определяется типом объекта в коде прибора. Этими типами могут быть: секция перед
светофором, секция за светофором, следующий попутный маневровый светофор, следующий встречный маневровый светофор и т. п. По графу схематического плана станции производится поиск ближайшего подходящего по типу объекта.
Например, для схемы управления маневровым светофором, кроме наименования самого светофора, производится поиск определения наименований секций перед и после него, так как они контролируются в данной схеме (рис. 5).
2.4 Связывание межлистовых цепочек
По окончании работы алгоритма задания названий приборам производится увязывание между собой межлистовых ссылок на схемах. Для этого по географической ориентации объекта напольного оборудования, соответствующего ФУ, определяется ориентация выводов ФУ по отношению к ребрам графа, соединяющим данный ФУ с соседними. Ориентация ссылок по ребрам определяется направлением, в котором производится поиск парной ссылки для всех межлистовых переходов. Все ссылки - именованные, парной считается ссылка встречного направления с одинаковым именем.
Для каждой ссылки производится трассировка через ребра графа к соседним вершинам. Если следующая соседняя вершина не содержит парной ссылки, то производится трассировка от нее через следующее ребро по трассе маршрутов к следующей за ней вершине до тех пор, пока не будет найдена парная ссылка или не будет достигнут конец поиска, определяемый по маршрутам через данную вершину (рис. 6).
Рис. 6. Трассировка ссылок через рёбра графа
2.5 Перенумерация контактов и подбор повторителей
На этапе проектирования ФУ в них закладываются контакты реле со стандартной нумерацией. Однако эта нумерация не является универсальной, и в процессе автоматического проектирования возникают ситуации, при которых один и тот же контакт может попасть на разные листы. Также нередки ситуации, при которых объект контролируется в разных маршрутах, и контактов реле, отвечающего за контроль состояния объекта, может не хватить. Для того чтобы автоматизировать решение данной проблемы, разработан алгоритм автоматической нумерации контактов и генерации повторителей.
На последнем этапе проектирования, после того как все листы проекта сформированы, производится их анализ, по результатам анализа создается база данных приборов проекта и список контактов, которые дублируются на схемах. Для каждого из найденных повторно используемых контактов производится анализ, в процессе которого определяется, какой тип контакта необходимо перенумеровать, производится поиск по базе данных приборов проекта подходящего контакта среди контактов самого реле и его повторителей. Если подходящий контакт не найден, программа определяет новый повторитель.
Далее производится замена ошибочных контактов на найденные свободные или вновь созданные и делается соответствующая запись в базе приборов проекта. В случае определения нового повторителя его обмотка не добавляется автоматически ни на один из листов схемы, так как автоматическое размещение и подключение повторителя может быть произведено некорректно. Вместо этого выдается соответствующее предупреждение проектировщику с предложением сделать добавление самостоятельно.
Заключение
Рассмотренные общие принципы положены в основу разработанных алгоритмов автоматического синтеза схем установки и размыкания маршрутов системы ЭЦ-12-03.
Применение автоматического проектирования схем позволяет проектировщикам резко снизить трудозатраты и сократить время на проектирование готовых систем, а также увеличить качество готовых проектов.
Библиографический список
1. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций : учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. / ред. В. А. Кононов. - М. : УМК МПС России, 2002. - 316 с. - ISBN 5-89035-118-4.
2. Инструкция по содержанию технической документации на устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) / Департамент сигнализации, связи и вычислительной техники Министерства путей сообщения Российской Федерации. -М. : Трансиздат, 1999. - 32 с. - ISBN 5-900345-32-7.
3. Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте. НТП СЦБ/МПС-99 / А. Ф. Слюсарь, А. Ф. Петров. - СПб. : ГТСС 1999. - 81 с.
4. Электрическая централизация промежуточных станций с маневровой работой ЭЦ-12-03. Типовые материалы для проектирования 410305-ТМП. Альбом 1: утв. ЦТТТ ОАО РЖД письмом № ЦШТех-12/18 от 16.02.2005 / А. Н. Хоменков, М. И. Каплан. -СПб. : ГТСС, 2004. - 56 с.
Статья поступила в редакцию 01.04.2010;
представлена к публикации членом редколлегии Вл. В. Сапожниковым
УДК 629.4.02
Р. В. Рахимов, С. В. Хохлов
НОВЫЕ ТЕЛЕЖКИ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ ПРОИЗВОДСТВА ТАШКЕНТСКОГО ЗАВОДА ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И РЕМОНТУ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Рассматриваются пассажирские двухосные тележки с люлечным подвешиванием моделей 68-908 (68-909), изготовленные Ташкентским заводом по строительству и ремонту пассажирских вагонов. Представлены отличительные особенности конструкции тележки, приведены результаты испытаний.
тележка пассажирского вагона, рама, надрессорная балка, центральное рессорное подвешивание, поддон, испытания.
