CC BY
133
УДК 621.398 Туйгунова Альбина Григорьевна,
к. т. н., доцент кафедры «Системы обеспечения движения поездов» КрИЖТИрГУПС,
e-mail: tuigunova@krsk.irgups.ru Худоногов Игорь Анатольевич, д. т. н., профессор кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ИрГУПС,
e-mail: hudonogovi@mail.ru
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ АМТ ДЛЯ ТЕЛЕМЕХАНИЗАЦИИ ДИСПЕТЧЕРСКОГО КРУГА ИЛАНСКОЙ ДИСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
A.G. Tuygunova, I.A. Khudonogov
RATIONALE FOR THE USE OF REMOTE CONTROL MICROPROCESSOR SYSTEM AMT FOR ILANSKAYA POWER SUPPLY DISTANCE DISPATCHING CIRCLE TELEMECHANIZATION
Аннотация. Большинство эксплуатируемых на дорогах систем телемеханики не отвечают современным требованиям. Большое количество сбоев и ошибок при передаче команд телеуправления и сообщений телесигнализации не позволяет эффективно использовать новые технологии работы энергодиспетчера. Необходим переход на новые, более защищенные протоколы передачи информации, которые обеспечивает микропроцессорная система телемеханики АМТ.
Ключевые слова: система телемеханики, автоматизированное управление, контролируемый пункт, канал связи, информация.
Abstract. Most of the remote control systems operated on roads do not meet modern requirements. A large number of failures and errors in the transmission of remote control commands and signaling messages does not allow effective use of new power dispatcher technologies. A shift to new, more secure data transfer protocols which remote control microprocessor system AMT allows is necessary.
Keywords: remote control, automated management, controlled point, communication channel, information.
Одной их основных задач инновационного развития ОАО «Российские железные дороги» является разработка автоматизированных средств управления устройствами электроснабжения электрифицированных железных дорог.
Телемеханизация на электрифицированных железных дорогах применяется тогда, когда необходимо объединить разобщённые или территори-
ально рассредоточенные объекты управления -контролируемые пункты (КП) в единый производственный комплекс.
Особое значение телемеханика приобрела в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики (воздушные, кабельные, оптоволоконные линии или радиолинии), на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за технологическим процессом и упростить управление. В энергетике предпочитают использовать термин «телемеханика», на промышленных предприятиях - АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом. В англоязычных источниках аналогом этого понятия является сокращение SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных.
Поскольку все работы на железных дорогах реализуются на основе принципов строгой централизации диспетчерских структур различных уровней, в хозяйстве электроснабжения оперативное руководство работами осуществляется через энергодиспетчерские пункты (ЭДП). Центральный энергодиспетчерский пункт (ЦЭДП), являясь вторым уровнем диспетчерского управления системой тягового электроснабжения (СТЭ) в пределах Красноярской железной дороги, связан со всеми региональными ЭЧЦ (первым уровнем диспетчерского управления) каналами связи, по которым поступает следующая информация:
• положение коммутационных аппаратов всех телемеханизируемых объектов контролируе-
мых пунктов (разъединителей контактной сети и высоковольтных линий автоматической блокировки, выключателей трансформаторов);
• результаты телеизмерений параметров функционирования СТЭ в контрольных точках;
• оперативная информация о ходе выполнения работ по техническому обслуживанию устройств в системе тягового электроснабжения, производимых под руководством энергодиспетчера ЭЧЦ.
Управляемые и контролируемые диспетчером объекты, в том числе масляные выключатели, разъединители, трансформаторы, сосредоточены на контролируемых пунктах. КП включает комплекс технологического оборудования, являющегося объектом контроля и телеуправления. Средства контроля и управления КП могут формировать управляющие воздействия самостоятельно, без вмешательства диспетчера, вызывая переключения объектов управления. В состав КП входят тяговые подстанции, посты секционирования, станции и др.
В Иланской дистанции электроснабжения (ЭЧ-5) с энергодиспетчерского пункта (ЭДП или ДП) осуществляется оперативное руководство и телеметрический контроль двумя энергодиспетчерскими кругами (на восток - до пункта параллельного соединения ППС Точильный и на запад -до станции Громадская) (рис. 1).
Передача сообщений в телемеханических системах должна осуществляться с учетом следующих требований:
• обеспечение высокой достоверности передачи в сложных условиях эксплуатации, в частно-
сти в условиях высокого уровня помех в каналах связи;
• передаваемые сигналы должны быть надежно защищены от необнаруживаемых ошибок, от неправильного приема кодовых форматов вследствие ошибок синхронизации, от потерь сообщений и возникновения ложных сообщений, в том числе их трансформации;
• обеспечение минимального времени передачи.
Работа на КС, ЭЧЭ, ВЛ СЦБ, ДПР сопровождается, как правило, большим количеством переключений электротехнического оборудования, выполняемого как средствами телемеханики, так и ручного (РУ) управления ими.
С 1996 года на электрифицируемых железных дорогах нашла применение система телемеханики (СТМ) МСТ-95, в каналообразующей аппаратуре которой используются программируемые фильтры на основе сигнальных процессоров, универсальные передатчики и приемники каналов, работающие на любом из 19 выделенных каналов связи, многофункциональное использование тракта телесигнализации (ТС) для использования в нем телеизмерений (ТИ).
Осуществляется не только формирование информации ТИ на импульсах и паузах в пределах одной серии ТС, но и коммутация со счетом количества серий ТС и возможностью передачи в каждой из серий ТИ от двух датчиков.
Применяемые в МСТ-95 протоколы передачи данных используют кодоимпульсное кодирование со спорадической передачей команд телеуправления (ТУ) и циклической передачей ТС.
ст.Буйная
ТУ ТС РУ
10 14 15
ст.Камала(в
ТУ Тс РУ
9 11 3
ст. Громадская
ТУ ТС РУ
10 12 2
ст.Камала(з)
ТУ ТС РУ
7 7
ст.Заозерная
ТУ ТС РУ
12 14 5
ст.Филимоново
ТУ ТС РУ
7 9
ст.Канск (В)
ТУ ТС РУ
4 5 3
ст.Иланская
ТУ ТС РУ
10 10 5
ПС.Сулемка
ТУ ТС РУ
12 47 1
ПС.Солянка
ТУ ТС РУ
9 11
тп.Филимонов
ТУ ТС РУ
44 110 26
ПС.Иланка
ТУ ТС РУ
10 12 1
Диспетчерский круг 5
ст. Солянка
ТУ ТС РУ
9 10 1
ПС.Илиган
ТУ ТС РУ
8 10
ТП.Камала
ТУ ТС РУ
40 90 39
ст.Филимоново
ТУ ТС РУ
8 10
ппс.Бошняково
ТУ ТС РУ
5 7
ст.Иланка
ТУ ТС РУ
5 7 2
ст.Канск (З)
ТУ ТС РУ
5 10 5
ст.Иланская
ТУ ТС РУ
25 41 2
ТП.Иланск
ТУ ТС РУ
63 138 47
ппс.Т.Ключи
ТУ ТС РУ
3 8
ст.Стайный
ТУ ТС РУ
12 16 2
ДП
ст.Шарбыш
ТУ ТС РУ
10 14
ст.Шарбыш
ТУ ТС РУ
5 5
ст. Ключи
ТУ ТС РУ
5 7
пс.Догодаево
ТУ ТС РУ
10 12
ст.Ключи
ТУ ТС РУ
10 10 1
Диспетчерский круг 6
Иланск
ст.Ингашская
ТУ ТС РУ
12 15 2
ст.Тинская
ТУ ТС РУ
12 16 1
ТП.Ключи
ТУ ТС РУ
41 102 25
ст.Сулемка
ТУ ТС РУ
8 10 2
ТП.Шарбыш
ТУ ТС РУ
49 115 37
ст.Решоты
ТУ ТС РУ
13 15
ппс. Точильный
ТУ ТС РУ
4 10
Рис. 1. Структурная схема телемеханического управления и контроля Иланской дистанции электроснабжения
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Основным недостатком применяемых протоколов является низкая степень защиты передаваемой информации, а также отсутствие возможности наращивания содержания и объема передаваемой информации.
Основным сдерживающим фактором при расширении функциональности системы управления устройствами электроснабжения являются низкоскоростные каналы связи (не более 30 Бод), которые не обеспечивают передачу значительно возросших объемов информации. Для расширения функциональности системы телемеханики необходим переход на современные цифровые протоколы и форматы передачи данных.
Специалистами МЭЗ ОАО «РЖД» разработана новая система управления системой электроснабжения ж.-д. транспорта - АМТ. Для передачи информации используется комбинация участков технологической сети передачи данных ОАО «РЖД» и участков проводной линии связи ТУ/ТС с применением GSHDSL-модемов. Передача информации осуществляется с использованием высокоскоростной сети передачи данных и протокола TCP/IP. На диспетчерском пункте устанавливаются компьютеры (основной и резервный) с программным комплексом - автоматизированное рабочее место энергодиспетчера (АРМ ЭЧЦ). Аппаратура контролируемых пунктов выполняет обмен информацией с диспетчерским пунктом, сбор информации с объектов телесигнализации и датчиков телеизмерений, выполнение команд телеуправления. Использование стандартных сетевых решений для передачи информации обеспечивает возможность передачи больших объемов информации по телеизмерениям и диагностике аппаратуры, где величина пикового значения информационного потока может достигать 10 Кбайт/с. Эта аппаратура принципиально отличается от ранее выпускаемых СТМ применением цифровых протоколов передачи данных и использованием микроконтроллеров в оборудовании контролируемых пунктов.
Структурная схема передачи телемеханической информации посредством АМТ показана на рис. 2.
В аппаратуру ДП и КП входят программные блоки с контроллерами, один из которых является ведущим модулем (Master, на ДП), а от него управляется несколько ведомых модулей (Slave, на КП) [4, 5]. В модуле Slave обрабатывается минимальная информация телеуправления и телеконтроля (ТС, ТИ). Набором количества модулей Slave можно обеспечить необходимый объем ТУ и ТС для контролируемого пункта (рис. 3). Однако внедрение микропроцессорной аппаратуры было
затруднено используемыми принципами организации системы связи.
Источник
сообщения
и
сообщение
DTE ^^ сигнал
и
Передающее устройство DCT
Кодирование DTE
Модуляция DCT
Источник помех
Линия связи
Приемное устройство DCT
Демодуляция DCT
сообщение
DTE
сигнал
u
Приемник
сообщения
Декодирование DTE
Рис. 2. Структурная схема передачи телемеханической информации в АМТ
Кадр запроса
Master W//////M
Slave Кадр ответа шш t
FTimeOut *-► « Вр :мя ожидания ответа -► t
Рис. 3. Диалоговая процедура обмена сообщениями в Modbus
Модемы, использующие весь диапазон тональных частот, не позволяли работать совместно с ранее установленными стойками телемеханики, что не позволяло выполнить последовательную замену аппаратуры контролируемых пунктов. Работа в более широком частотном диапазоне привела к уменьшению помехозащищенности, в результате имели место многочисленные повторы запросов информации от контролируемых пунктов и, как следствие, значительное ухудшение временных параметров системы АМТ. Использование
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_
ш
такого подхода вызывает трудности при подключении контролируемых пунктов, удаленных от точек подключения к сети. Действующие отраслевые документы [2, 3] не предусматривают применение протоколов TCP/IP для телеуправления. Решение проблемы было предложено учеными МИИТа [1, 6] на основе модернизации системы телемеханики с передачей команд телеуправления и сообщений телесигнализации в цифровых протоколах по существующим тональным каналам связи, а диагностической информации и телеизмерений с использованием сетей ОАО «РЖД». Необходимо также изменение структуры обслуживания, поскольку обслуживанием сети в настоящее время занимаются дорожные вычислительные центры.
Микропроцессорная система телемеханики АМТ обеспечивает использование существующих каналов связи телемеханики, повышение уровня защиты передаваемой информации и расширение функциональности, а также автоматизированную регистрацию и автоматический контроль неисправного оборудования с запретом посылки команд управления, позволяет осуществлять эффективное управление режимами работы системы по
критериям максимальном надежности и снижения
потерь электроэнергии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бакеев Е. Е. Система оперативного управления работой устройств электроснабжения участка железной дороги и пути ее совершенствования // Вестник ВНИИЖТ. 2003. № 5. С. 24-26.
2. АРМ энергодиспетчера. Руководство пользователя. «Автоматика Сервис» Днепропетровск, 2004. 82 с.
3. Аппаратура телемеханики контролируемого пункта. Технические требования. ФГУП МЭЗ. М. : 2002. 34 с.
4. Проектирование информационных систем на железнодорожном транспорте / Лецкий Э. К. и др.; под ред. Э. К.Лецкого. М. : Маршрут, 2003. 408 с.
5. Митюшкин К. Г. Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах. М. : Энергоатомиздат, 1990. 288 с.
6. Сиромаха В. Н. Автоматизация диспетчерского управления электроснабжением железнодорожного транспорта // автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М. : 2009. 24 с.
УДК 536.24:519.632 Нечаев Валерий Владимирович,
к. т. н., доцент кафедры «Энергообеспечение и теплотехника», Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, e-mail: valery.nechaev@yandex.ru
Тупицын Алексей Альбертович, д. х. н., доцент кафедры «Прикладная механика», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: altfr@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СЖИМАЕМОГО ПОТОКА ГАЗА НА КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ПРИБЛИЖЕНИИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
V.V. Nechaev, A.A. Tupitsyn
INVESTIGATION OF THE COMPRESSIBLE GAS FLOW MOVEMENT ON THE CURVILINEAR SURFACE IN THE BOUNDARY LAYER APPROXIMATION
Аннотация. Представлены постановка и решение задачи исследования течения и теплообмена при турбулентном движении газа на криволинейной поверхности. Приводятся результаты численного моделирования турбулентного пограничного слоя в условиях сжимаемости и неизо-термичности среды.
Ключевые слова: теплопередача, теплообмен между твердым телом и жидкостью или газом, численное моделирование.
Abstract. Formulation and solution of the problem of heat exchange and flow investigation during turbulent gas movement on the curvilinear surface are presented. Results of numerical simulation of turbulent boundary layer in conditions of environment compressibility and nonisothermality are considered.
Keywords: heat transfer, heat exchange, numerical simulation.
Введение
Разработка современных двигателей и энер-
