CC BY
84 - СЕКЦИЯ КОНФЕРЕНЦИИ: Ресурсосберегающие технологии автоматики, электрической связи и энергообеспечения железнодорожного транспорта
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ДАТЧИКОВ И РАДИОКАНАЛА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ
ЕфановДмитрий Викторович Д-р техн. наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Российского университета транспорта,
Москва, РФ Руслан Борисович Абдуллаев Аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения
Императора Александра I, Санкт-Петербург, РФ
USE OF INDUSTRIAL SENSORSAND RADIO CHANNELS FOR DIAGNOSTIC DATA TRANSFERWHEN ORGANIZING RAILWAY AUTOMATION
MONITORING SYSTEMS
Dmitrii Efanov
DSc, Professor of «Automation, Remote Control and Communications on Railway Transport»Department Russian University of Transport
Moscow, Russia Ruslan Abdullaev
Postgraduate of «Automation and Remote Control on Railways» Department Emperor Alexander I Petersburg State Transport University
St. Petersburg, Russia
АННОТАЦИЯ
Большинство эксплуатируемых систем технического диагностирования и мониторинга объектов железнодорожной автоматики построены с использованием кабельных линий передачи диагностических данных. Это требует больших затрат и расчетов при внедрении подобных систем. Авторами работы предложен способ использования беспроводного способа передачи данных, снимаемых с объектов диагностирования специальными беспроводными модулями измерения параметров. При этом, подразумевается использование таких модулей снятия диагностических величин из промышленной автоматики, а не из ряда продукции брендированных производителей. Представлена архитектура предлагаемой системы с особенностями взаимодействия специальных объектных датчиков с концентраторами информации. Приведен небольшой структурный обзор подобной системы на примере использования в релейном помещении. Следует заметить, что при подобной системе в отличие от классических «проводных» систем диагностирования и мониторинга также отсутствует необходимость использования отдельных объектных контроллеров, т.к. они частично уже заключены в предлагаемых беспроводных модулях снятия и передачи измеряемых параметров.
ABSTRACT
Most of the operational systems for technical diagnostics and monitoring of railway automation facilities are built using cable lines for transmitting diagnostic data. This requires large expenses and calculations when implementing such systems. The authors proposed a method of using a radio channel for transmitting data taken from diagnostic objects using special wireless parameter measurement modules. At the same time, it implies the use of such modules for taking diagnostic values from industrial automation, and not from a number of products of branded manufacturers. The architecture of the proposed system with the features of the interaction of special object sensors with information concentrators is presented. A small structural review of such a system is given on the example of use in a relay room. It should be noted that with such a system, unlike the classic "wired" systems for diagnosis and monitoring, there is also no need to use separate object controllers, as they are partially already enclosed in the proposed wireless modules for recording and transmitting measured parameters.
Ключевые слова: железнодорожная автоматика и телемеханика, система технического диагностирования и мониторинга, радиоканал, беспроводные системы.
Key words: railway automation and remote control, technical diagnostics and monitoring system, radio channel, wireless systems.
Оглядываясь на десятилетие назад, мы понимаем, что научно-технический прогресс в сфере информационных технологий к настоящему времени достиг весьма высокого уровня. От крупногабаритных и низкофункциональныхобъектов мир переходит к использованию компактных и мобильных устройств(к примеру, уже повсеместно применяются мобильные навигационные приложения для автотранспорта), появляются технологии создания аккумуляторных батарей с высоким сроком службы(например, во многих городах уже взамен троллейбусов применяют электробусы), осуществляется постепенный переход от проводной передачи данных к передаче данных по радиоканалу(например, во многих городах давно используются точные средства позиционирования пассажирского транспорта), многие объекты управляются автоматически (примером служит управление движением поездов в развитых метрополитенах мира) и т.д. Всего этого еще недавно не было, но были идеи развития техники и технологий.
Наблюдается совершенствование технологий и в сфере железнодорожного транспорта для магистрального, промышленного и внеуличного городского использования. В настоящее время активно применяются устройства автоматизации на микроэлектронной и микропроцессорной основе. Однако до сих пор, в силу специфики отрасли и ее консерватизма, используется управление и энергоснабжение по проводным трактам передачи данных [1]. Тем не менее, появляются некоторые технические решения, имеющие встраиваемые источники генерации энергии, включающие в себя аккумуляторные батареи и передающие данные по радиоканалу с использованием промышленного «интернета вещей» [2]. Конечно, новым в мире технологий это сложно назвать, но в мире железнодорожного транспорта - это первые шаги к реализации распределенных вычислительных систем [3]. Первые такие системы реализуются в области средств технического диагностирования и мониторинга, так как данные средства в настоящее время не являются компонентами систем управления, а лишь надстройкой над ними, и за безопасность не отвечают [4 - 6].
Обратим внимание на системы технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики. Такие системы в настоящее время строятся с использованием проводных трактов передачи данных между измерительными
Рис. 1.
беспроводного напряжения и тока
Устройство измерения
контроллерами и пунктом концентрации диагностических данных. Это обусловлено, прежде всего, историческим развитием данных систем, простотой обеспечения достоверности передачи данных между взаимодействующими объектами, а также простотой поверки измерительных каналов. Разработка и проектирование систем технического диагностирования и мониторинга требуют значительных затрат, также как и само строительство и пуско-наладочные работы ввиду, в том числе, необходимости расчета числа жил и самой прокладки кабелей, а эксплуатация требует значительных затрат на энергоснабжение.
Авторами данной работы предлагается техническое решение, позволяющее в некотором смысле усовершенствовать решения по мониторингу устройств железнодорожной автоматики и использовать в них взамен дорогостоящих измерительных контроллеров, поставляемых разработчиками систем
технического диагностирования и мониторинга, датчиков физических величин из промышленной автоматизации с передачей данных по радиоканалу [7]. Такие устройства уже сейчас широко используются для измерения, например, токов и напряжений (рис. 1). Однако в области диагностики устройств железнодорожной автоматики их в настоящее время не применяют.
Применение приборов из промышленной автоматизации на железнодорожном транспорте ничем не сдерживается, кроме «привычки» использования стандартных технических средств от крупных разработчиков систем технического диагностирования и мониторинга.
На рис. 2 приводится архитектура системы технического диагностирования и мониторинга с передачей данных по радиоканалу. От архитектур традиционно применяемых систем, архитектура данной системы отличается наличием собственной сети промышленного «интернета вещей». Данные в ней передаются в выделенном диапазоне частот. Например, во многих странах мира, в том числе, в Российской Федерации, одним из популярных является широко применяемый диапазон
нелицензируемых частот 868,7-869,2 МГц [2]. Данные, передаваемые от диагностических приборов собираются устройством,
устанавливаемым в концентратор информации, исполняемым в виде промышленного компьютера, и защищаются при передаче средствами собственного энергоэффективного протокола передачи данных [8].
АРМ диагностики и мониторинга (АРМ-ДМ)
—ж
Концентратор информации -
Беспроводная сеть передачи данных
ш . .
Диагностические приборы измерения напряжений и токов
4 к 4 к < к > к
Схемные узлы железнодорожной автоматики (постовые объекты)
Проводной интерфейс
Беспроводной интерфейс
Рис. 2. Архитектура системы мониторинга
Полученные концентратором диагностические данные синхронизируются и помещаются в базу данных системы мониторинга, а также визуализируются на автоматизированном рабочем месте диагностики и мониторинга (АРМ ДМ). Особенностью реализации периферийных объектов является то, что они имеют аккумуляторные батареи для энергоснабжения приборов. Период диагностирования устройств является настраиваемым и может быть подобран исходя из частоты использования объекта диагностирования, его конкретных особенностей и т. д. (то есть, быть уникальным для каждого объекта диагностирования, а не типовым, как это реализовано к настоящему времени).
На рис. 3 представлен общий концепт расположения измерительных приборов системы технического диагностирования и мониторинга на примере релейного помещения.
t t t
Л
t
/У
t
/У
tJ
t t t
"a
t t t
"a
л
"a
в
Ь
Ь
/у
Диагностический прибор с автономным питанием
Рис. 3. Пример размещения диагностического оборудования системы технического диагностирования и мониторинга в релейном помещении
Отметим, что представленная авторами система с беспроводной передачей данных наследует и развивает идею авторов статьи [9], в которой данные с диагностических приборов переездной автоматики, расположенных на железнодорожных линиях, оборудованных полуавтоматической блокировкой, передаются по радиоканалу с использованием GSM-модулей. Тем не менее, новым является именно применение собственного протокола передачи и собственного «интернета вещей», а не стандарта передачи GSM.
Достоинством представленной системы технического диагностирования и мониторинга является отсутствие необходимости прокладки кабелей, а также проектирования отдельных полок на релейных стативах под систему технического диагностирования и мониторинга. В качестве недостатка отметим необходимость периодической замены источников энергоснабжения. Следует, однако, подчеркнуть то, что период обслуживания определяется величиной 2-3 года при современном развитии аккумуляторных батарей. Это говорит о реальных перспективах использования предлагаемого метода.
Использование технических средств диагностирования и мониторинга с беспроводной передачей данных особенно актуально в тех местах, где имеются сложности с прокладкой дополнительного кабеля и установкой дополнительных измерительных контроллеров, например, в релейных помещениях метрополитенов.
Список литературы:
1. Ефанов Д.В., Осадчий Г.В. Концепция современных систем управления на основе информационных технологий // Автоматика, связь, информатика. - 2018. -№5. - С. 20-23.
2. Efanov D., Osadchy G., Sedykh D., Pristensky D., Barch D. Monitoring System of Vibration Impacts on the Structure of Overhead Catenary of High-Speed Railway Lines // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016), Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 201-208, doi: 10.1109/EWDTS.2016.7807691.
3. Ефанов Д.В.Перспективы управления движением поездов с использованием энергоэффективных технологий и распределенных вычислительных ресурсов // Проблемы безопасности на транспорте: материалы IX международной научно-практической конференции: в 2 ч., Ч. 1 / Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь, Белорусская ж.д., Белорусский государственный университет транспорта; под общей редакцией Ю. И. Кулаженко. - Гомель: БелГУТ, 2019. - С. 227-228. - ISBN 978-985-554-878-3 (ч. 1).
4. Молодцов В.П., Иванов А.А. Системы диспетчерского контроля и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010, 140 с.
5. Ефанов Д.В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. - СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016, 171 с.
6. Heidmann L. Smart Point Machines: Paving the Way for Predictive Maintenance // Signal+Draht, 2018 (110), issue 9, pp. 70-75.
7. Автономные беспроводные измерительные устройства. - SchneiderElectric, MKP- BRC-ACCUTECh-13, 2013, 6, 12 c.
8. Efanov D., Pristensky D., Osadchy G., Razvitnov I., Sedykh D., Skurlov P. New Technology in Sphere of Diagnostic Information Transfer within Monitoring System of Transportation and Industry // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017, pp. 231236, doi: 10.1109/EWDTS.2017.8110152.
9. Иванов А.А., Легоньков А.К., Молодцов В.П. Передача данных с устройств оборудования переезда аппаратурой АПК-ДК при отсутствии физической линии и круглосуточного дежурства // Автоматика на транспорте. - 2016. - Том 2. - №1. - С. 65-80.
СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Ефанов Дмитрий Викторович
Д-р техн. наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Российского университета транспорта,
Москва, РФ Абдуллаев Руслан Борисович Аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургскогогосударственногоуниверситетапутейсообщения
ИмператораАлександра!, Санкт-Петербург, РФ
