CC BY
25
УДК 658.5
РАДКОВСКИЙ С.А., к.т.н. доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ГЛУЩЕНКО И.Ю., ассистент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ДИКОВ А.О., ассистент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Эффективность внедрения устройств контроля технического состояния переездной автоматики
Radkovsky S.A., Candidate of Technical Science, Associate Professor (DRTI) Glushchenko I.Yu., Assistant (DRTI) Dikov AO., Assistant (DRTI)
The effectiveness of the introduction of control devices for the technical condition of the level crossing automation
Введение
Переезды, ввиду одноуровневого пересечения железнодорожной и автомобильной магистрали, являются одними из наиболее ответственных систем обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте.
В соответствии со статистикой, ситуация с обеспечением безопасности движения на железнодорожных переездах остается
неудовлетворительной: ежегодно
фиксируется около200 ДТП [1]. Для решения данной проблемы необходим комплексный подход и внедрение новых технических средств, контролирующих и регулирующих движение на переездах.
Анализ последних исследований и публикаций
Анализ уровня надежности технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики за 2019-2020 гг. выявил улучшение показателей надежности[2]. В соответствии с данными Департамента автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» общее
количество нарушений нормальной работы устройств СЦБ по сети железных дорог снизилось на 8% (40 298 случаев против 43 549 в прошлом году), а по хозяйству Ш осталось практически на том же уровне (снижение на 2%) и составило 12 813 случаев против 13 076 в предыдущем году. Кроме этого, по вине работников дистанции
сигнализации и связи железных дорог, крушений и аварий не произошло.
Данные о допущенных случаях брака показывают, что на эксплуатационные причины приходится 79%, на производственные (заводские) -6%, на схемно-конструктивные - 6%, на остальные - 9% от их общего количества.
По информации службы сигнализации и связи ГП Донецкая железная дорога, эксплуатационные показатели работы устройств СЦБ очень схожи с приведенными выше.
Как известно, по характеру возникновения отказы принято делить на постепенные, внезапные и
перемежающиеся [3]. В работе [4], проанализировано влияние отказов на работоспособность устройств ЖАТ и выявлено, что контроль определенных
ключевых параметров систем ЖАТ, а также дальнейшая их логическая обработка позволит выявлять отказавшие устройства и узлы и установить причины неисправностей. При этом в статье делается вывод, что внедрение систем технического диагностирования и мониторинга (СТДМ), является экономически выгодным, когда затраты на внедрение, амортизацию, строительство и эксплуатацию данных систем меньше суммы сэкономленных средств за расчетный период.
Виду того, что на сети дорог существует определенное количество СТДМ проведем их анализ с целью выбора структуры и технических средств приемлемых для применения на Донецкой железной дороге (ДЖД).
Цель работы
Целью работы является синтез структуры системы контроля технического состояния переездной сигнализации для условий ДЖД.
Основная часть
Одним из наиболее эффективных способов обеспечения безопасности, снижения эксплуатационных расходов, повышения эксплуатационной
готовности систем железнодорожной автоматики, посредством обнаружения предотказных состояний аппаратуры, являются СТДМ. Данные системы характеризуются как надстраиваемые и не оказывают влияния на работу устройств. К таким системам можно отнести: ЧДК, АПК-ДК, АДК-СЦБ, АСДК и др. Анализ аппаратно-программных комплексов
перечисленных систем показал, что некоторые из них морально и физически устарели, а другие наоборот
развиваются и постоянно
совершенствуются.
Проведем детальный анализ параметров устройств переездной автоматики, контролируемых наиболее перспективными СТДМ.
Все контролируемые параметры можно условно разделить на дискретные, аналоговые и в отдельную группу выделить параметры,
прилегающих к переезду рельсовых цепей.
К группе дискретных параметров можно отнести: состояние реле направления движения, извещение приближения в правильном и неправильном направлениях; контроль трансмиттерного реле; наличие всех источников питания; наличие основного и резервного источников питания; разряда батареи; закрытия шлагбаумов; включения переездной сигнализации; открытия шлагбаумов; целостности нитей ламп переездного светофора; целостности нитей ламп
заградительного светофора.
К группе аналоговых сигналов относятся: напряжение основного и резервного источников питания; напряжение питания путевых генераторов и путевых приемников; напряжение питания ламп светофоров; напряжение питания огневых реле; напряжение питания кнопочных реле; напряжение питания аккумуляторной батареи; тока нагрузки аккумуляторной батареи; тока заряда аккумуляторной батареи; напряжение питания линейных цепей; напряжение питания реле шкафа; напряжение питания светодиодного щитка; рабочего тока электродвигателя шлагбаума; измерение сопротивления изоляции кабеля и монтажа цепей питания основного и резервного источника питания.
К группе параметров рельсовых цепей относятся: напряжение на выходе генератора; напряжение на входе
основного и путевого реле; напряжение на входе блока БВС; напряжение на путевом приемнике; наличие питания ТРЦ. Детально проанализировав количество и набор параметров, можно сделать вывод, что в нем присутствует некоторая избыточность, по мнению авторов, не всегда оправданная. Данная избыточность приводит к удорожанию системы, как указывается в работе [4]. Эффективность системы СТДМ характеризуется выражением:
1[=о[ру • (N - Non + Nnn + ^ну)] . + + ЕГ=о(£д) 1>и=оКи (1)
где ру - средние потери от возникновения одного отказа; N -общее число отказов в системе ЖАТ; Non - количество не предотвращаемых отказов системой мониторинга за определенный период времени; NHH -отказы, которые могут не обнаруживаться СТДМ вследствие ее конструктивных особенностей и невозможности контролировать все элементы систем ЖАТ; Nny - не определенные отказы вследствие выхода из строя СТДМ; Ед - экономия средств за счет статей экономии, не касающихся обнаружения и ликвидации отказов; Kj - общая сумма капиталовложений на внедрение СТДМ.
Однако для вычисления реальной эффективности системы диагностики и мониторинга определить количество отказов, которые не обнаружила СТДМ вследствие ее конструктивных особенностей и невозможности контролировать все элементы систем ЖАТ, а также отказов вследствие выхода из строя СТДМ практически невозможно. Исходя из этого, в вышеприведенной формуле
целесообразнее всего использовать такой параметр, как количество
определяемых отказов. В связи с этим формула приобретает следующий вид:
ZLo [р; ■ Non] + И=О(ЕД)1 > U=oKi, (2)
где Non - количество определяемых отказов системой мониторинга за определенный период времени.
Из приведенного выражения видно, что для достижения высокой эффективности от внедрения СТДМ необходимо, чтобы левая часть неравенства была намного больше правой. При этом определяющим фактором эффективности СТДМ является ее максимальная
обнаруживающая способность. В то же время она достигается за счет усложнения программно-аппаратных средств, что может привести к удорожанию всей системы и снижению эффективности от ее внедрения. Рассмотрим подход, основанный на снижении Kj - общей суммы капиталовложений на внедрение СТДМ. Он основан на применении хорошо зарекомендовавших себя
промышленных средств автоматизации и способов передачи данных в системах.
В существующих СТДМ основным каналом передачи данных является кабельная линия связи. В то же время, в условиях ДЖД кабель, уложенный 20...30 и более лет назад, физически изношен. Закупка нового влечет за собой серьезные материальные вложения, для их экономии требуется альтернативный способ передачи информации. К такому способу можно отнести передачу информации через оператора мобильной сети, предложенному в работе [5].
Наиболее перспективным
способом обустройства систем переездной автоматики подсистемой
контроля и мониторинга в условиях Донецкой железной дороги является применение аппаратуры промышленной автоматизации. В качестве основного элемента системы предполагается использовать программируемый
логический контроллер (ПЛК), хорошо зарекомендовавший себя в различных производственных сферах. Применение ПЛК позволит: значительно упростить создание и эксплуатацию системы, сократить этап разработки, упростить процесс монтажа и отладки за счет стандартизации отдельных аппаратных и программных компонентов, а также обеспечивает повышенную надежность в процессе эксплуатации, удобный ремонт и модернизацию при необходимости [6-8]. Применение
открытых программно-аппаратных средств промышленной автоматизации позволило разработать гибкую и относительно просто настраиваемую систему. Разработанная на безе ПЛК система, легко поддается модернизации в плане расширения функциональных возможностей. Современные средства проектирования программного
обеспечения гарантируют возможность применения развитых методов обработки поступающей информации и своевременное изменение алгоритмов функционирования (при
необходимости) в процессе
эксплуатации. Отказ от использования физической линии связи сократит затраты на приобретение, монтаж и эксплуатацию кабельной продукции.
АПС (АПШ)
РОС «Феникс»
Мобильный телефон ШНС
ОЗМ - модуль Процессорный
модуль
\ ПЛК
АРМ
диспетчера сервер
СЦБ
Центральный пост
Рис. 1. Структурная схема устройств для контроля аппаратуры переездной автоматики
Выводы
Эффективность внедрения СТДМ определяется сокращением
обслуживающего персонала,
исключением человеческого фактора в определении отказов устройств, максимальная обнаруживающая
способность СТДМ. В то же время, применение современных программно-аппаратных платформ промышленной автоматизации, методов их построения, а также способов передачи информации влечет за собой снижение капиталовложений на внедрение системы и последующую ее модернизацию. Данный фактор напрямую влияет на эффективность применения СТДМ.
Список литературы:
1. Пресс-служба ОАО «РЖД» [Электронный ресурс]: Железнодорожники напомнили автомобилистам о необходимости соблюдения ПДД на переездах. URL: https://company.rzd.ru/ru/9397/page/10406 9?id=252455 (дата обращения: 01.09.2020).
2. Цветков В.Я. Мониторинг транспортной инфраструктуры с использованием интеллектуальных БПЛА / В.Я. Цветков, В В. Ознамец // «Автоматика, связь, информатика». -2020. - №8. - С. 18-21.
3. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учеб. пособие / В.В. Сапожников и др.; под ред. В В. Сапожникова. - М.: ФГБУ ДпО «УМЦ ЖДТ», 2017. - 318 с.
4. Сапожников В.В. Эффективность систем технической диагностики и мониторинга состояния устройств железнодорожной
автоматики и телемеханики / В.В. Сапожников др.; под ред.
B.В. Сапожникова // Транспорт Российской Федерации. - 2010. - №4. -
C. 47-49.
5. Молодцов В.П. Передача данных с устройств оборудования переезда аппаратурой АПК-ДК при отсутствии физической линии и круглосуточного дежурства / В.П. Молодцов, А.А. Иванов,
A.К. Легоньков // Автоматика на транспорте. - 2016. - №2. - С. 65-81.
6. Компел [Электронный ресурс] : Введение в ПЛК: что такое программируемый логический контроллер.
URL:https://www.compel.ru/lib/95591 (дата обращения: 01.09.2020).
7. Романов В.П. Сопровождение, диагностика и техническое обслуживание автоматизированных систем управления технологическими процессами на основе программируемых логических контроллеров S7 фирмы Siemens : Учебно-методическое пособие /
B.П. Романов. - Н., 2010. - 30 с.
8. Григорьев А.С. Подход к построению кроссплатформенного автономного контроллера автоматизации на базе синтеза его отдельных модулей / А.С. Григорьев, И.А. Ковалёв, Г.М. Мартинов // Автоматизация в промышленности. -2018. - №5. - С. 61-64.
Аннотация:
В статье детально рассмотрены пути повышения надежности и безопасности функционирования железнодорожных
переездов при помощи использования систем контроля технического состояния, диагностики и мониторинга на базе промышленных логических контроллеров и GSM-модулей. Донное решение позволяет достичь современных требований по обнаружению
отказов и предотказных состояний при минимальных экономических затратах.
Ключевые слова: Программируемый логический контроллер, GSM-модуль, АПС, система технической диагностики мониторинга, эффективность функционирования,
промышленная автоматизация.
The article discusses in detail the ways to improve the reliability and safety of the functioning of level crossings by using systems for monitoring
technical condition, diagnostics and monitoring based on industrial logic controllers and GSMmodules. The bottom solution allows you to achieve modern requirements for detecting failures and pre-failure conditions with minimal economic costs.
Keywords: Programmable logic controller, GSM-module, ACA, technical diagnostics and monitoring system, operational efficiency, industrial automation.
