CC BY
28
УДК 656.25:656.256
Чепцов М.Н., к.т.н., доцент (ДонИЖТ) Радковский С.А., к.т.н., доцент (ДонИЖТ)
КРИТЕРИИ ОПАСНЫХ ОТКАЗОВ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ
СТРЕЛКИ
Анализ исследований и публикаций, постановка задачи исследования. Синтез устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, непосредственно связанных с обеспечением безопасности движения поездов, должен включать анализ обоснованности принимаемых решений на каждом этапе от математического моделирования функциональности до ввода в постоянную эксплуатацию. При этом необходимо полностью исключать возможность возникновения опасных отказов. С другой стороны, для решения вопроса о том, какой отказ является опасным, необходимо сформулировать соответствующий критерий, как признак или совокупность признаков опасного состояния системы, составной частью которой является устройство [1, 2].
На основе опыта проектирования и эксплуатации релейных схем управления стрелкой такой критерий в явном виде формализован для контрольной цепи. Это фиксация в системе электрической централизации ложного контроля положения остряков стрелки [3].
Функции управления электродвигателем стрелочного привода и соответствующие цепи в традиционных устройствах выполнены на реле первого класса надежности с очень низкой интенсивностью опасных
отказов (нормативное значение °'14'10 за каждый час работы [2]). В
связи с этим не возникало практической необходимости в формализации соответствующего критерия, т.к. возможность возникновения опасного состояния системы исключалась за счет схемных решений. Такой подход изменился в связи с началом широкого внедрения микропроцессорной элементной базы для автоматизации управляющих функций в системах централизаций. Так, например, выходные каскады в первой отечественной микропроцессорной системе диспетчерской централизации «КАСКАД», предназначенные для управления стрелкой, построены на основе
применения безопасных модулей вывода [4]. Как известно, они выполнены на DC/DC преобразователях, и данное решение направлено на исключение возможности самопроизвольного перевода стрелки в результате отказа технических или программных средств микропроцессорного устройства. Подобные специальные меры при проектировании схем управления стрелкой предпринимаются практически во всех современных микропроцессорных системах управления движением поездов [5-14].
С другой стороны, анализ литературы показал отсутствие временных параметров в формальном описании критериев опасных отказов устройств управления стрелкой. Такой подход был оправдан при релейной элементной базе, однако, в настоящее время осуществляется переход на быстродействующую микропроцессорную технику и формализация временных параметров необходима как для синтеза функциональных моделей, так и для последующей оценки безопасности применяемых решений.
Таким образом, целью данной работы является дальнейшее развитие теории безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики за счет формализации критериев опасных отказов устройств управления стрелкой, включая временные характеристики безопасного функционирования.
Основной материал. Анализ литературных источников [1, 3, 4-14] показывает, что основы современных схемно-технических решений и моделей функционирования устройств управления стрелкой сформировались на основе опыта разработки, внедрения и эксплуатации релейных схем. Естественно, наиболее логичным подходом при формализации критериев опасных отказов является принятие за основу временных параметров релейных схем, как доказавших за более чем полувековой период эксплуатации высокие показатели функциональной безопасности.
Как известно, в схемах управления стрелкой наиболее ответственной является контрольная цепь (КЦ). Критерий опасного отказа для этого узла, который принимаем в качестве общего, как для релейных, так и для микропроцессорных устройств, следующий: появление контроля положения остряков стрелки при фактическом их нахождении в среднем или противоположном положении [1]. Для формализации временных характеристик данного критерия рассмотрим известные способы реализации КЦ.
Следует отметить, что в настоящее время существует значительное количество типов контрольных цепей [1, 3]. Как правило, их классификация
производится в соответствии с признаком получения контрольной информации: схемным, полярным или фазовым.
Контрольные цепи со схемным признаком являются наиболее защищенными от появления ложного контроля положения, так как контрольная информация о плюсовом и минусовом положениях передается по отдельным линейным цепям. В свою очередь, в узлах с полярным признаком формирования контрольной информации, обычно используются одна цепь. В связи с этим они являются менее защищенными от появления ложного контроля, но более экономичными по материальным затратам.
В комбинированных типах контрольных цепей используется как схемный, так и полярный признак (например, пятипроводная схема управления стрелкой [3]).
В контрольных цепях, построенных на основе фазового признака, также используются одни и те же цепи для передачи контрольной информации о плюсовом и минусовом положениях остряков стрелки [3].
Для определения характерных отказов, которые могут привести к ложному контролю положения стрелки, рассмотрим процесс получения такой информации в наиболее распространенной схеме - вентильной контрольной цепи, построенной на основе полярного признака.
Как известно [3], в большинстве находящихся в эксплуатации на железных дорогах Украины стрелочных переводах, положение остряков стрелки фиксируется автопереключателем (АП), входящим в состав стрелочного привода. Механизм АП замыкает собственные контакты в соответствии с положением остряков стрелки, чем коммутирует полярность подключения вентиля. В свою очередь вентильное устройство, посредством линейных цепей, определяет состояние контрольного реле ОК и его повторителей ПК или МК. Контакты этих реле фиксируют факт наличия или отсутствия контроля положения стрелки в системе централизации.
Для детализации процесса получения контроля рассмотрим временную диаграмму работы реле контрольной цепи (рисунок 1). Если считать фактом фиксации остряков стрелки в минусовом положении замыкание соответствующих контактов автопереключателя, то временная задержка на выдачу такой информации в систему составит 0,7 - 1 секунды.
При использовании микропроцессорных устройств контроля положения стрелки необходимо учитывать их быстродействие, что связано с возможностью получения контроля положения в течение десятков миллисекунд после срабатывания автопереключателя. Из этого следует вывод, что при применении микропроцессорных устройств контроля для получения более достоверной информации о положении стрелки
необходимо контролировать поступающий сигнал как минимум в течение 0,7 с и только после этого фиксировать наличие информации о контроле положения стрелки.
Рисунок 1 - Временная диаграмма работы реле контрольной цепи
На основе вышеизложенного сформулируем критерий опасного отказа: появление на выходе устройства, контролирующего положение остряков стрелки, информации об их крайнем положении в случае их фактического нахождения в неопределенном или противоположном положении, а также выдача такой информации ранее 0,7 секунды после замыкания контактов автопереключателя. Возможна коррекция последнего параметра в сторону уменьшения для горочных стрелочных переводов.
В пусковой и рабочей цепи также возможен опасный отказ, связанный с самопроизвольным переводом стрелки. При применении микропроцессорных устройств управления стрелкой понятия пусковой и рабочей цепи утрируются, остается только цепь запуска двигателя и поэтому опасный отказ, связанный с самопроизвольным переводом стрелки становится более актуальным.
Рассмотрим процесс запуска двигателя в двухпроводной схеме управления стрелкой на основе временной диаграммы работы (рисунок 2).
Из временной диаграммы работы видно, что при подаче команды на перевод стрелки двигатель включается не сразу, а с задержкой времени (0,35 - 0,4 с.), что связано с временными характеристиками работы применяемых реле. Для пятипроводной схемы управления стрелкой такая
задержка составляет 0,25 - 0,3 секунды, что связано с отсутствием в схемных решениях реверсирующего реле Р.
Рисунок 2 - Временная диаграмма работы реле пусковой и рабочей цепи
С учетом вышеизложенного, критерий опасного отказа формализуется следующим образом: появление на электродвигателе стрелочного привода номинального напряжения в течение промежутка времени, достаточного для начала его вращения и перемещения остряков на расстояние более 4 мм от рамного рельса при отсутствии команды на перевод или если длительность такой команды менее 0,2 секунды.
Выводы и практические рекомендации. Таким образом, в работе получила дальнейшее развитие теория безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики за счет дополнения временными характеристиками критериев опасных отказов устройств управления стрелками.
Предложенные критерии могут быть использованы как при синтезе микропроцессорных систем, так и при доказательстве их функциональной безопасности. Кроме этого, приведенные временные параметры могут найти применение для обеспечения дополнительной функциональности устройств.
Список литературы
1. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие для вузов ж.д. трансп./ Под ред. Вл.В. Сапожникова. - М.: Маршрут, 2003. - 263 с.
2. ДСТУ 4178-2003. Комплекси техшчних засобiв систем керування та регулювання руху поiздiв. Функцшна безпечнють i надшнють. Вимоги та методи випробування. Кшв. Держспоживстандарт Украши. 2003. - 31 с.
3. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов ж. д. трансп. / Вл.В. Сапожников, Б.Н. Елкин, И.М. Кокурин и др.; Под. ред. Вл.В. Сапожникова. - М.: Транспорт, 1997. - 432 с.
4. Мшропроцесорна диспетчерська центрашзащя "КАСКАД" / М.1. Данько, В.1. Мойсеенко, В.З. Рахматов, В.1. Троценко, М.М. Чепцов: Навч.поабник.-Харюв, 2005.176 с.
5. Вояновски Э. Испытания новых систем управления движением поездов в рамках проекта ERTMS // Железные дороги мира. - 1998. - №12. с. 48 - 53.
6. J. del Valle Alvares, Signal und Draht, 2000, N4, S. 21- 24.
7. M. Schaal (Alcatel SEL). Signal und Draht. 1998, N 7/8, S. 20 - 22.
8. P. Böhm, J. Janle. Signal und Draht, 2000, N 6, S. 26- 29.
9. H. Thies, A. Wik. Signal und Draht, 2000, N 9, S. 16- 18, 19- 24.
10. C. Trog, G. Gatenfjord. Signal und Draht, 2002, № 5, S. 18 - 22.
11. A. Waldvogel, P. Ledergerber-Jeker. Signal und Draht, 2005, № 6, S. 34 - 38.
12. S. Schubath, U. Grotheer. Signal und Draht, 2002, № 6, S. 27 - 31.
13. Sölch R., Burkhard M. Signal und Drant, 2005, P. 25-30.
14. Busse K., Felten F. Signal und Drant, 2005, P. 10-12
УДК 656.216 : 656.259
Кошевий С.В., к.т.н., доцент (УкрДАЗТ)
ВИКОРИСТАННЯ ПАСИВНО1 Д1НАМ1ЧНО1 1ДЕНТИФ1КАЦ11 ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТР1В РУХОМОГО СКЛАДУ
Вступ. Як вщомо, у якост основних параметрiв руху по!зда виступають швидюсть руху i прискорення. Поточний контроль цих параметрiв повинен здшснюватися з метою забезпечення безпечно! зони зближення мiж попутно прямуючими сумiжними поодами. При цьому оптимальне i безпечне штервальне регулювання руху по1здв (1РРП) можливе лише при наявност необхщного об'ему шформаци про дозвшьш параметри руху, як залежать вщ ряду факторiв, що характеризують i рухомий склад (категорiя по!зду, його вага, довжина, технiчнi параметри локомотиву та вагошв - конструкцшна швидкiсть, гальмiвнi властивостi i т.д.), i дiлянку коли, по якiй рухаеться по!зд (дозвiльна швидкiсть руху у вщповщносп до полного стану попереду по!зда, категорiя та техшчний стан
